基於Qualcomm QCC3040雙Mic cVc通話降噪+ANC主動降噪TWS Mirroring耳機方案

自從去年Apple Airpods 三代面試以來,ANC降噪功能已經成為高端TWS耳機的標配和賣點,漸漸的可能成為之後TWS耳機的標配功能。之前Qualcomm推出的ANC降噪耳機方案主要是QCC512x系列,這個系列方案價格相比其他家比較昂貴,沒有辦法爭奪中端ANC耳機市場。

2019年下半年,Qualcomm推出高性價比的TWS ANC耳機方案QCC3040,相比之前的QCC512x系列,QCC3040簡直就是為中低端ANC市場量身定製的一款方案,它是目前Qualcomm推出來的唯一一款內置Flash的TWSANC耳機方案,QCC3040內置32Mb Flash,支持1 mic或者2 mic cVc,支持Feedforward、Feedback以及Hybrid ANC。支持單藍牙地址,支持語音助手激活,同時做到了較小的封裝。

下面向大家介紹一下這個方案的詳細內容

一、硬體部分

硬體電路圖

由於QCC3040內置了32Mb Flash,所以外圍電路相對簡單,主體部分可以按照datasheet中的參考原理圖設計,如下截圖。詳細細節可以參考附件電路圖源文檔。

PCB Layout

QCC3040我們建議按照6層板設計,由於晶片封裝較小,腳位密集,如果做4層板,將很難保證板子的性能,本方案的6層板各層按照Top-GND-Sig1-Sig2-Power-Bottom(Layer1-Layer6,QCC3040放置在Layer1)

Layer1:

我們這塊開發板為了方便後續調試和測試,不需要考慮空間,所以PCB採用單面擺件,我們將所有的元器件都放置在Layer1。

在元器件擺件的時候有以下注意點:

1、關於開關電源

QCC3040內部有兩路開關電源,分別提供1.8V(1V8_SMPS)和1.1V(VDD_DIG)兩路電源,其中1.8V主要給晶片內部的模擬電路和Flash供電,也可以給外部器件供電。VDD_DIG主要給數字電路供電,兩路開關電源都使用4.7uH電感和4.7uF的電容,如下L1、C5和L2、C8。L1需要緊挨著晶片引腳H10放置,L2需要緊挨著晶片引腳J10放置,C5緊挨著L1放置,C8緊挨著L2放置,保證電源迴路儘可能小;由於開關電源會帶有很多噪聲,電源在C5和C8出來後直接緊挨著電容引腳通過過孔引入到內層走線,並且C5和C8的GND焊盤不要與表層銅皮相連,直接通過GND過孔連接到內層GND平面。K9是兩路開關電源的公共接地迴路引腳,帶有較多噪聲,所以與之相連的電容C4的GND焊盤也不要與表層銅皮相連,直接通過GND過孔連接到內層GND平面;K6是1V8_SMPS開關電源的接地迴路引腳,k4是VDD_DIG開關電源的接地迴路引腳,這兩個引腳都會帶有噪聲,與這兩個引腳相連的Bypass電容C6和C9要緊挨著晶片引腳放置,並且兩顆電容的GND焊盤不要與表層銅皮相連,直接通過GND過孔連接到內層GND平面。如下截圖。

2、晶振

晶振需要緊挨著晶片引腳放置,保證晶振的信號線走線儘可能短,晶振信號線兩邊需要用銅皮包裹,避免干擾到其他信號;晶振的GND焊盤不要與表層銅皮相連,直接在GND焊盤上通過過孔連接到內層GND平面,晶振臨近層正下方區域需要保持完整的銅皮,不允許走線。

3、QCC3040 E1和D2引腳是RF LDO電路引腳,需要保證該組電源的乾淨,實際擺件中,C11和C12需要儘量靠近E1放置;C14、C15、R6需要儘量靠近D2引腳放置,並且這5顆外圍期間建議與QCC3040放置在同一層。C11、C12、C14、C15的GND焊盤不要與表層銅皮相連,直接通過在含片上通過GND過孔連接到內層GND平面。

4、RF電路部分

實際客戶設計的時候建議在RF線路上增加帶通濾波器,否則在認證測試的時候帶外干擾項目可能無法通過。本方案因為主要是做開發板設計,不做認證測試,所以RF電路沒有增加帶通濾波器。

RF走線需要按照50R阻抗控制,走線兩邊需要用銅皮保護,走線兩邊需要增加足夠多的GND過孔,保證接地迴路儘量短。

天線周圍需要預留足夠大的淨空區間,保證天線的發射性能。

5、關於接地

QCC3040共有17個接地引腳,這些接地引腳對應不同的電路模塊,比如RF電路、XTAL電路、SMPS電路、Audio電路等等。不同接地引腳會帶有不同形式的噪聲,在實際Layout過程中,不能將所有或者其中的某些GND引腳在表層連接到一起,然後用公共的GND過孔連接到內層GND平面;而是要將每個GND引腳各自通過獨立的過孔連接到內層GND平面。

Layer2:

第二層保持完整的地平面,不走線。

Layer3、Layer4:

第三層和第四層走信號線,需要注意的是關鍵的信號線要做好隔離保護,並且需要注意臨近層之間的互相干擾,關鍵信號線包含:Mic走線、Speaker信號走線、Flash信號走線以及USB信號走線;其中Speaker和USB建議走差分線。

Layer5:

第五層走電源線,包含VBUS、VBAT、1V8_SMPS、VDD_DIG,各電源線之間需要用銅皮隔離開,防止互相干擾,也要防止干擾到鄰近層的信號走線;特別需要注意的是,電源線中1V8_SMPS、VDD_DIG是開關電源走線,帶有較大噪聲。

Layer6:

第6層走一些剩餘的信號線。



  延伸閱讀  

二、軟體部分

1、軟體框架

1)、打開MDE工具,MDE版本:2.4.0.158,點擊Open Project

2)、設置宏定義

首先關閉與溫度檢測有關的宏,在對應宏後面增加x。


軟體默認代碼有9個按鍵,實際我們用不到,客戶可以根據自己的需求修改成實際使用的按鍵數量,我們這裡默認使用一個按鍵,所以我們在宏和代碼中將按鍵數量改成1個。

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

校準晶振頻偏:在dev_cfg→subsys0_config3.htf文件中可以修改晶振頻偏值。

修改藍牙名稱:在dev_cfg→subsys7_config5.htf文件中可以修改藍牙名稱。

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

cVc調試參數保存位置:ps_cfg→cvc_config.htf。

ANC調試參數保存位置:ps_cfg→anc_tuning_config.htf。

打開ANC功能:

ANC UI控制部分代碼:可以設置ANC打開和關閉,以及存儲幾組不同ANC參數之間的切換。


場景應用圖

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產品實體圖

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展示版照片

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方案方塊圖

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核心技術優勢

1、 低成本,Qualcomm目前推出的唯一一款內置Flash的TWS ANC方案 2、 支持按鍵輔助激活 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

方案規格

1、內置32Mbit Flash 2、32‑bit Kalimba 音頻DSP 3、支持BT5.2以及2Mbps BLE 4、內置最大充電電流為200mA的充電電路 5、內置PMU管理單元,節省外部器件 6、支持UART、I2C/SPI、USB 2.0接口 6、支持Class AB和Class D輸出 7、ADC採樣率最高支持到96KHz,DAC採樣率最高支持到384KHz 支持最高96KHz採樣率ADC和最高384KHz採樣率DAC 8、5.6mm x 5.9mm x 1.0mm 90ball 0.5 mm pitch VFGBA封裝

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