基于Qualcomm QCC3040双Mic cVc通话降噪+ANC主动降噪TWS Mirroring耳机方案

自从去年Apple Airpods 三代面试以来,ANC降噪功能已经成为高端TWS耳机的标配和卖点,渐渐的可能成为之后TWS耳机的标配功能。之前Qualcomm推出的ANC降噪耳机方案主要是QCC512x系列,这个系列方案价格相比其他家比较昂贵,没有办法争夺中端ANC耳机市场。

2019年下半年,Qualcomm推出高性价比的TWS ANC耳机方案QCC3040,相比之前的QCC512x系列,QCC3040简直就是为中低端ANC市场量身定制的一款方案,它是目前Qualcomm推出来的唯一一款内置Flash的TWSANC耳机方案,QCC3040内置32Mb Flash,支持1 mic或者2 mic cVc,支持Feedforward、Feedback以及Hybrid ANC。支持单蓝牙地址,支持语音助手激活,同时做到了较小的封装。

下面向大家介绍一下这个方案的详细内容

一、硬件部分

硬件电路图

由于QCC3040内置了32Mb Flash,所以外围电路相对简单,主体部分可以按照datasheet中的参考原理图设计,如下截图。详细细节可以参考附件电路图源文文件。

PCB Layout

QCC3040我们建议按照6层板设计,由于芯片封装较小,脚位密集,如果做4层板,将很难保证板子的性能,本方案的6层板各层按照Top-GND-Sig1-Sig2-Power-Bottom(Layer1-Layer6,QCC3040放置在Layer1)

Layer1:

我们这块开发板为了方便后续调试和测试,不需要考虑空间,所以PCB采用单面摆件,我们将所有的元器件都放置在Layer1。

在元器件摆件的时候有以下注意点:

1、关于开关电源

QCC3040内部有两路开关电源,分别提供1.8V(1V8_SMPS)和1.1V(VDD_DIG)两路电源,其中1.8V主要给芯片内部的仿真电路和Flash供电,也可以给外部器件供电。VDD_DIG主要给数字电路供电,两路开关电源都使用4.7uH电感和4.7uF的电容,如下L1、C5和L2、C8。L1需要紧挨着芯片引脚H10放置,L2需要紧挨着芯片引脚J10放置,C5紧挨着L1放置,C8紧挨着L2放置,保证电源回路尽可能小;由于开关电源会带有很多噪声,电源在C5和C8出来后直接紧挨着电容引脚通过过孔引入到内层走线,并且C5和C8的GND焊盘不要与表层铜皮相连,直接通过GND过孔连接到内层GND平面。K9是两路开关电源的公共接地回路引脚,带有较多噪声,所以与之相连的电容C4的GND焊盘也不要与表层铜皮相连,直接通过GND过孔连接到内层GND平面;K6是1V8_SMPS开关电源的接地回路引脚,k4是VDD_DIG开关电源的接地回路引脚,这两个引脚都会带有噪声,与这两个引脚相连的Bypass电容C6和C9要紧挨着芯片引脚放置,并且两颗电容的GND焊盘不要与表层铜皮相连,直接通过GND过孔连接到内层GND平面。如下截图。

2、晶振

晶振需要紧挨着芯片引脚放置,保证晶振的信号线走线尽可能短,晶振信号线两边需要用铜皮包裹,避免干扰到其他信号;晶振的GND焊盘不要与表层铜皮相连,直接在GND焊盘上通过过孔连接到内层GND平面,晶振临近层正下方区域需要保持完整的铜皮,不允许走线。

3、QCC3040 E1和D2引脚是RF LDO电路引脚,需要保证该组电源的干净,实际摆件中,C11和C12需要尽量靠近E1放置;C14、C15、R6需要尽量靠近D2引脚放置,并且这5颗外围期间建议与QCC3040放置在同一层。C11、C12、C14、C15的GND焊盘不要与表层铜皮相连,直接通过在含片上通过GND过孔连接到内层GND平面。

4、RF电路部分

实际客户设计的时候建议在RF线路上增加带通滤波器,否则在认证测试的时候带外干扰项目可能无法通过。本方案因为主要是做开发板设计,不做认证测试,所以RF电路没有增加带通滤波器。

RF走线需要按照50R阻抗控制,走线两边需要用铜皮保护,走线两边需要增加足够多的GND过孔,保证接地回路尽量短。

天线周围需要预留足够大的净空区间,保证天线的发射性能。

5、关于接地

QCC3040共有17个接地引脚,这些接地引脚对应不同的电路模块,比如RF电路、XTAL电路、SMPS电路、Audio电路等等。不同接地引脚会带有不同形式的噪声,在实际Layout过程中,不能将所有或者其中的某些GND引脚在表层连接到一起,然后用公共的GND过孔连接到内层GND平面;而是要将每个GND引脚各自通过独立的过孔连接到内层GND平面。

Layer2:

第二层保持完整的地平面,不走线。

Layer3、Layer4:

第三层和第四层走信号线,需要注意的是关键的信号线要做好隔离保护,并且需要注意临近层之间的互相干扰,关键信号线包含:Mic走线、Speaker信号走线、Flash信号走线以及USB信号走线;其中Speaker和USB建议走差分线。

Layer5:

第五层走电源线,包含VBUS、VBAT、1V8_SMPS、VDD_DIG,各电源线之间需要用铜皮隔离开,防止互相干扰,也要防止干扰到邻近层的信号走线;特别需要注意的是,电源线中1V8_SMPS、VDD_DIG是开关电源走线,带有较大噪声。

Layer6:

第6层走一些剩余的信号线。



  延伸阅读  

二、软件部分

1、软件框架

1)、打开MDE工具,MDE版本:2.4.0.158,点击Open Project

2)、设置宏定义

首先关闭与温度检测有关的宏,在对应宏后面增加x。


软件默认代码有9个按键,实际我们用不到,客户可以根据自己的需求修改成实际使用的按键数量,我们这里默认使用一个按键,所以我们在宏和代码中将按键数量改成1个。

修改蓝牙地址:在dev_cfg→subsys1_config2.htf文件中可以修改蓝牙地址。

校准晶振频偏:在dev_cfg→subsys0_config3.htf文件中可以修改晶振频偏值。

修改蓝牙名称:在dev_cfg→subsys7_config5.htf文件中可以修改蓝牙名称。

配置双Mic cVc:在文件kymera_cofig.h文件如下位置修改配置。

cVc调试参数保存位置:ps_cfg→cvc_config.htf。

ANC调试参数保存位置:ps_cfg→anc_tuning_config.htf。

打开ANC功能:

ANC UI控制部分代码:可以设置ANC打开和关闭,以及存储几组不同ANC参数之间的切换。


场景应用图

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产品实体图

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展示版照片

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方案方块图

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核心技术优势

1、 低成本,Qualcomm目前推出的唯一一款内置Flash的TWS ANC方案 2、 支持按键辅助激活 3、 支持Qualcomm aptX和aptX HD Audio 4、 支持1 Mic或者2 Mic Qualcomm headset cVc 5、 支持FF、FB以及Hybrid ANC

方案规格

1、内置32Mbit Flash 2、32‑bit Kalimba 音频DSP 3、支持BT5.2以及2Mbps BLE 4、内置最大充电电流为200mA的充电电路 5、内置PMU管理单元,节省外部器件 6、支持UART、I2C/SPI、USB 2.0接口 6、支持Class AB和Class D输出 7、ADC采样率最高支持到96KHz,DAC采样率最高支持到384KHz 支持最高96KHz采样率ADC和最高384KHz采样率DAC 8、5.6mm x 5.9mm x 1.0mm 90ball 0.5 mm pitch VFGBA封装

技术文档

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