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La battaglia dei chip di controllo principali TWS, l'equilibrio tra ritardo, riduzione del rumore e stabilità
2021-12-28
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Secondo quanto riportato da Electronic Enthusiast Network (Testo/Zhou Kaiyang), tra le numerose tecnologie di connessione wireless, il Bluetooth ha nuovamente scatenato un'ondata di entusiasmo sul mercato grazie alle cuffie true wireless (TWS). Gli auricolari Bluetooth non sono più una novità tecnologica, ma l'avvento delle TWS ha risolto i problemi più comuni degli utenti. Oggi, i principali produttori di telefoni cellulari e cuffie hanno iniziato a lanciare nuovi prodotti TWS, utilizzando potenti chip di controllo principali per ottenere funzionalità aggiuntive come la riduzione del rumore e il controllo vocale. Tutto ciò beneficia anche del protocollo a basso consumo BLE introdotto con il Bluetooth 4.0.
Secondo ABI Research, il numero di dispositivi BLE raggiungerà 1.6 miliardi nel 2023, registrando un tasso di crescita annuo composto del 27% dal 2018 al 2023. Grazie alla crescente popolarità della tecnologia BLE nelle applicazioni per la casa intelligente, l'Internet delle cose e altre applicazioni, questa tecnologia è cresciuta costantemente sin dalla sua comparsa nel 2010 ed è diventata un punto di riferimento nel mercato Bluetooth grazie all'impennata delle applicazioni audio BLE. Con il lancio del Bluetooth 5.2, BLE ha sviluppato la trasmissione audio di alta qualità LE Audio.
Il chip di controllo principale, elemento centrale della tecnologia TWS, determina in modo fondamentale le prestazioni e le funzionalità dei diversi auricolari Bluetooth. Secondo Strategy Analytics, nel 2019 Apple deteneva il 50% della quota di mercato TWS grazie alla serie AirPods. Oltre ad Apple, quali sono i prodotti TWS concorrenti sul mercato e quali sono i loro chip di controllo principali?
Broadcom
Galaxy Buds Live / 三星
Gli auricolari Galaxy Buds lanciati da Samsung lo scorso anno sono stati nominati i migliori auricolari TWS del 2019 dalla rivista americana Consumer Reports. Gli auricolari non solo sono stati ottimizzati da AKG, ma utilizzano anche il chip di controllo principale BCM43014 di Broadcom. Broadcom ha sottolineato che il chip combina anni di esperienza nel settore dei semiconduttori con la tecnologia di ingegneria audio wireless. Oltre a supportare il protocollo Bluetooth 5, utilizza algoritmi acustici avanzati perfettamente integrati per ridurre il rumore di fondo.
Per espandere il mercato delle cuffie TWS con riduzione attiva del rumore, Samsung ha lanciato quest'anno due nuovi prodotti. Le Galaxy Buds Plus, presentate all'inizio dell'anno, e le Galaxy Buds Live, uscite questo mese, utilizzano entrambe il nuovo chip di controllo principale BCM43015 di Broadcom. Il chip si avvale di un'unità di controllo principale (MCU) ARM Cortex-M4 e di un processore centrale per i sensori ARM Cortex-M0+. Il BCM43015 supporta inoltre le tecnologie Low Power Shadow Technology (LPST) ed Extended Synchronous Connection (eSCO) e utilizza la tecnologia Adaptive Frequency Hopping Technology (AFH) per ridurre le interferenze a radiofrequenza. In aggiunta, il chip integra il core DSP Xtensa Hifi-3 di Cadence come sottosistema audio, utilizzando un ADC a 12 bit a doppio canale per monitorare la tensione della batteria.
Qualcomm
Schema strutturale del QCC3040 / Qualcomm
Da quando Qualcomm ha acquisito CSR, i chip Bluetooth, grazie all'integrazione con CSR, hanno conquistato gran parte del mercato e ora anche il settore TWS non intende lasciarsi sfuggire questa opportunità. Oltre al chip Bluetooth di fascia alta QCC514x, lanciato quest'anno, Qualcomm ha introdotto anche la serie QCC304x per i mercati entry-level e di fascia media. Prendiamo ad esempio il chip QCC3040. Questo chip utilizza due processori a 32 bit (con una frequenza massima di 32 MHz) e un core DSP configurabile a 120 MHz, riducendo il consumo energetico del 70% rispetto alla precedente generazione della serie QCC300x. Il QCC3040 integra una tecnologia di riduzione del rumore digitale con un consumo energetico estremamente basso e supporta il più recente protocollo Bluetooth 5.2.
Oltre alle prestazioni eccellenti, il vantaggio principale del chip Bluetooth di Qualcomm risiede nel supporto per i protocolli di codec audio. L'aptX di Qualcomm può essere considerato il protocollo più adattabile attualmente disponibile per le cuffie TWS. Include aptX Adaptive, focalizzato sulla stabilità, aptX HD, incentrato sulla qualità del suono, e aptX LL (Low Latency), pensato per ridurre al minimo la latenza.
Mela
AirPods di prima generazione / Apple
Gli AirPods, che hanno reso popolari gli auricolari TWS in un colpo solo, erano inizialmente dotati del chip W1 sviluppato internamente da Apple. Tuttavia, nei modelli di seconda generazione e negli AirPods Pro, lanciati successivamente, Apple ha utilizzato il nuovo chip H1.
Il nuovo chip non solo aggiorna il protocollo Bluetooth 4.2 alla versione 5.0, ma aumenta anche la durata delle chiamate del 50%. Apple afferma che il chip H1 consente ai successivi AirPods Pro di raggiungere una velocità di connessione 1.5 volte superiore, migliorando al contempo la stabilità, la velocità e la portata del segnale Bluetooth, riducendo la latenza del 30% e aggiungendo nuove funzioni di controllo vocale.
Huawei
Chip Kirin A1 / Huawei
Huawei utilizza il chip Kirin A1 negli auricolari FreeBuds 3, il primo SoC al mondo ad aver ottenuto la certificazione Bluetooth 5.1 dual-mode BT/BLE. Il chip utilizza un processore Cortex-M7 con una frequenza massima di 200 MHz e un consumo energetico massimo di 10 μA/MHz, nettamente inferiore allo standard di settore di 30 μA/MHz. Il chip è inoltre dotato di una nuova tecnologia di trasmissione sincrona a doppio canale e di un'unità di elaborazione audio ad alta velocità da 356 MHz, che non solo garantisce una connessione Bluetooth stabile e veloce, ma riduce anche il ritardo nella sincronizzazione audio e video. Il Kirin A1 utilizza l'algoritmo di riduzione del rumore in tempo reale 3A e la riduzione adattiva del rumore (ANR) per fornire un effetto di riduzione del rumore ambientale di 15 dB e la cancellazione dell'eco (AEC) per prevenire l'eco proveniente dall'interlocutore durante la chiamata.
Tecnologia di trasmissione sincrona a doppio canale / Huawei
Huawei risolve i problemi di latenza e consumo energetico grazie alla sua tecnologia proprietaria di trasmissione sincrona a doppio canale. Le cuffie TWS tradizionali trasmettono i canali sinistro e destro contemporaneamente all'auricolare principale, per poi inoltrarli all'auricolare secondario. Questo causa problemi di bassa efficienza di inoltro, latenza elevata, disconnessioni e consumo energetico elevato. Inoltre, poiché Bluetooth e Wi-Fi a 2.4 GHz utilizzano la stessa banda di frequenza, possono facilmente interferire tra loro. Questa tecnologia consente a due auricolari di ricevere la comunicazione rispettivamente dai canali sinistro e destro, riducendo il consumo energetico del 50%, in modo simile al canale di sincronizzazione LE del Bluetooth 5.2.
Tecnologia Hengxuan
Honor Flypods 3 / Huawei
Prima delle FreeBuds 3, i prodotti TWS di Huawei utilizzavano principalmente il chip di controllo principale di Hengxuan Technology. Ad esempio, le Huawei FreeBuds 2 Pro e le Honor FlyPods 3 integrano entrambe il chip BES2300 di Hengxuan Technology. Il BES2300 utilizza un processo CMOS HKMG a 28 nm, integra un core Cortex-M4F e supporta la riduzione attiva del rumore (ANC), con un effetto di riduzione del rumore medio di 25 dB. Oltre a Huawei, molti marchi cinesi di cuffie utilizzano i chip Bluetooth di Hengxuan Technology, come le Xiaomi Air2s e le Oppo Enco W51.
Per risolvere il problema di propagazione delle tradizionali soluzioni TWS, Hengxuan Technology ha lanciato la propria tecnologia di inoltro a bassa frequenza LBRT. Questa tecnologia consente di mantenere l'inoltro delle cuffie principali e secondarie nella banda di bassa frequenza (10-15 MHz), ottenendo così un basso consumo energetico e una bassa latenza, pur raggiungendo un'elevata velocità di trasmissione musicale di 3 Mbps.
Realtek
Nel 2018 Realtek ha rilasciato il chip Bluetooth 5.0 dual-mode RTL8763B per auricolari TWS. Il chip è composto da un processore ARM Cortex-M4F a 32 bit e un core DSP a bassissimo consumo. La sua frequenza di banda base è di 40 MHz, ha una ROM di 768 KB e utilizza un core DSP Tensilica Hi-Fi-mini a 24 bit migliorato.
RTL8773C foto / Realtek
Lo scorso anno, Realtek ha annunciato una nuova soluzione di chip per la riduzione del rumore, la serie RTL8773. Questo chipset supporta la riduzione del rumore ambientale (ENC) e la riduzione attiva del rumore (ANC) ibrida. Realtek ha affermato che il chip non solo supporta il proprio algoritmo di riduzione attiva del rumore, ma anche algoritmi di terze parti, con un effetto di riduzione del rumore fino a 40 dB. L'RTL8763BFP di questa serie è focalizzato su applicazioni a bassa latenza e può raggiungere latenze di 100 ms o anche inferiori. Questo rappresenta un grande vantaggio rispetto ad altri chip di controllo principali, come Huawei Freebuds 3 (Kirin A1: 190 ms), auricolari TWS vivo (QCC5126: 180 ms) e Airpods Pro (H1: 144 ms).
Airoha
Cuffie WF-1000XM3 / Sony
Luofa Technology è entrata a far parte del gruppo MediaTek nel 2017 ed è anche il principale fornitore di chip per i prodotti TWS di Sony. Le più recenti cuffie TWS con cancellazione del rumore di Sony, le WF-1000XM3, utilizzano il chip AB1552A di Luofa (modello MediaTek MT2811SP). Sony ha inoltre integrato nelle cuffie il proprio processore per la cancellazione del rumore QN1e. Nel 2019, Luofa ha lanciato la soluzione ibrida di chip di controllo principale per la riduzione attiva del rumore AB155x. Questa serie di chip integra un processore ARM Cortex-M4 con una frequenza massima di 156 MHz e un core DSP mini Tensilica HiFi con una frequenza massima di 312 MHz. Inoltre, l'AB155x utilizza la tecnologia MCSync (Multicast Synchronization) proprietaria. Le cuffie TWS che supportano la tecnologia MCSync possono ottenere una connessione più stabile, ridurre le interruzioni audio e la latenza, e supportare la decodifica audio ad alta risoluzione.
sommario
Rispetto alle tradizionali cuffie Bluetooth o alle tradizionali cuffie Bluetooth con cancellazione del rumore, le cuffie TWS presentano un certo degrado in termini di durata della batteria, effetto di riduzione del rumore e qualità del suono. Tuttavia, considerando i limiti imposti dalle dimensioni e dal consumo energetico, è naturale dover accettare tale compromesso. Ciononostante, con l'ulteriore miglioramento della tecnologia di processo dei chip Bluetooth, questi ultimi raggiungeranno prestazioni di gran lunga superiori in futuro.
Per ridurre ritardi e interferenze, molti produttori di chip hanno proposto soluzioni proprietarie. Tuttavia, con l'espansione della quota di mercato del Bluetooth 5.2, in futuro i canali di sincronizzazione LE potrebbero essere utilizzati in modo uniforme. A giudicare dalla pagina di certificazione dei prodotti della Bluetooth Technology Alliance, molti produttori di terminali, chip e IP stanno iniziando a preparare la prossima generazione di prodotti Bluetooth 5.2. Da questo punto di vista, l'era degli auricolari TWS che domineranno l'intero mercato degli auricolari Bluetooth potrebbe presto arrivare.
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