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A batalha dos chips de controle principais TWS: o equilíbrio entre atraso, redução de ruído e estabilidade.
2021-12-28
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A Electronic Enthusiast Network noticiou (Texto/Zhou Kaiyang) que, entre as diversas tecnologias de conexão sem fio, o Bluetooth voltou a gerar grande interesse no mercado com o auxílio dos fones de ouvido totalmente sem fio (TWS). Os fones de ouvido Bluetooth já não são uma novidade tecnológica, mas o surgimento dos TWS resolveu os principais problemas enfrentados pelos usuários. Atualmente, as principais fabricantes de celulares e fones de ouvido lançaram novos modelos TWS, utilizando chips de controle principais potentes para oferecer funções adicionais, como redução de ruído e controle por voz. Tudo isso se beneficia do protocolo de baixo consumo de energia BLE, adicionado ao Bluetooth 4.0.
Segundo a ABI Research, o número de dispositivos BLE atingirá 1.6 bilhão em 2023, alcançando uma taxa de crescimento anual composta de 27% entre 2018 e 2023. Com a crescente popularidade da tecnologia BLE em casas inteligentes, Internet das Coisas e outras aplicações, essa tecnologia tem crescido de forma constante desde seu surgimento em 2010 e se tornou um destaque no mercado Bluetooth devido ao aumento das aplicações de áudio BLE. Com o lançamento do Bluetooth 5.2, o BLE desenvolveu a transmissão de áudio de alta qualidade LE Audio.
Como núcleo dos fones de ouvido TWS, seu chip de controle principal determina fundamentalmente o desempenho e os recursos de diferentes fones de ouvido Bluetooth. De acordo com a Strategy Analytics, a Apple detinha 50% do mercado de TWS em 2019 com a ajuda da linha AirPods. Além da Apple, quais são os concorrentes no mercado de fones de ouvido TWS e quais são seus principais chips de controle?
Broadcom
Galaxy Buds Live / Hoje
Os Galaxy Buds, lançados pela Samsung no ano passado, foram eleitos os melhores fones de ouvido TWS de 2019 pela Consumer Reports americana. Os fones não só contaram com ajustes da AKG, como também utilizam o chip controlador principal BCM43014 da Broadcom. A Broadcom destacou que o chip combina anos de experiência em semicondutores e tecnologia de engenharia de áudio sem fio. Além de ser compatível com o protocolo Bluetooth 5, ele utiliza algoritmos acústicos avançados integrados para reduzir o ruído de fundo.
Para expandir o mercado de fones de ouvido TWS com cancelamento de ruído ativo, a Samsung lançou dois novos produtos este ano. Os Galaxy Buds Plus, lançados no início do ano, e os Galaxy Buds Live, lançados este mês, utilizam o novo chip controlador principal BCM43015 da Broadcom. O chip usa ARM Cortex-M4 como microcontrolador e ARM Cortex-M0+ como processador central de sensores. O BCM43015 também suporta as tecnologias Low Power Shadow Technology (LPST) e Extended Synchronous Connection (eSCO), e utiliza a tecnologia Adaptive Frequency Hopping Technology (AFH) para reduzir a interferência de radiofrequência. Além disso, o chip possui o núcleo DSP Xtensa HiFi-3 da Cadence integrado como subsistema de áudio, utilizando um conversor analógico-digital (ADC) de 12 bits de dois canais para monitorar a tensão da bateria.
Qualcomm
Diagrama de estrutura do QCC3040 / Qualcomm
Desde que a Qualcomm adquiriu a CSR, os chips Bluetooth da CSR têm dominado o mercado, e agora os fones de ouvido sem fio (TWS) certamente não deixarão essa oportunidade escapar. Além do chip Bluetooth de ponta QCC514x lançado este ano, a Qualcomm também lançou a série QCC304x para os mercados de entrada e intermediário. Tomemos como exemplo o chip QCC3040. Este chip utiliza dois processadores de 32 bits (com frequência máxima de 32 MHz) e um núcleo DSP configurável de 120 MHz, o que reduz o consumo de energia em 70% em comparação com a geração anterior da série QCC300x. O QCC3040 possui tecnologia de redução de ruído digital integrada, com consumo de energia extremamente baixo, e suporta o mais recente protocolo Bluetooth 5.2.
Além do excelente desempenho, a maior vantagem do chip Bluetooth da Qualcomm é o suporte a protocolos de codecs de áudio. O aptX da Qualcomm pode ser considerado o protocolo mais adaptável entre os fones de ouvido TWS atualmente. Ele inclui o aptX Adaptive, que prioriza a estabilidade, o aptX HD, que prioriza a qualidade do som, e o aptX LL (Low Latency), que visa a baixa latência.
Apple
AirPods de 1ª geração / Apple
Assim como os AirPods, que popularizaram os fones de ouvido sem fio (TWS) de uma só vez, a primeira geração do produto utilizava o chip W1, desenvolvido pela própria Apple. No entanto, nos produtos de segunda geração e nos AirPods Pro lançados posteriormente, a Apple utilizou o novo chip H1.
O novo chip não só atualiza o protocolo Bluetooth 4.2 para 5.0, como também aumenta a duração da chamada em 50%. A Apple afirma que o chip H1 permite que os AirPods Pro alcancem uma velocidade de conexão 1.5 vezes maior, além de melhorar a estabilidade, a velocidade e o alcance do sinal Bluetooth, reduzir a latência em 30% e adicionar novas funções de controle por voz.
Huawei
Chip Kirin A1 / Huawei
A Huawei utiliza o chip Kirin A1 nos FreeBuds 3, sendo este o primeiro SoC do mundo a obter a certificação Bluetooth 5.1 de modo duplo BT/BLE. O chip utiliza um processador Cortex-M7 com frequência máxima de 200 MHz e consumo máximo de energia de 10 µA/MHz, muito inferior ao padrão da indústria de 30 µA/MHz. O chip também conta com uma nova tecnologia de transmissão síncrona de canal duplo e uma unidade de processamento de áudio de alta taxa de 356 MHz, que não só proporciona uma conexão Bluetooth estável e rápida, como também reduz o atraso na sincronização de áudio e vídeo. O Kirin A1 utiliza o algoritmo de redução de ruído em tempo real 3A e a redução adaptativa de ruído (ANR) para proporcionar uma redução de ruído ambiente de 15 dB, além de cancelamento de eco (AEC) para evitar o eco da outra pessoa durante a chamada.
Tecnologia de transmissão síncrona de canal duplo / Huawei
A Huawei resolve os problemas de atraso e consumo de energia através de sua tecnologia de transmissão síncrona de canal duplo, desenvolvida internamente. Os fones de ouvido TWS tradicionais transmitem os canais esquerdo e direito simultaneamente para o fone principal e, em seguida, os encaminham para o fone secundário. Isso causa problemas como baixa eficiência de encaminhamento, alto atraso, desconexões e alto consumo de energia. Além disso, como o Bluetooth e o Wi-Fi de 2.4 GHz utilizam a mesma faixa de frequência, podem interferir um com o outro com facilidade. Essa tecnologia permite que os dois fones recebam a comunicação pelos canais esquerdo e direito separadamente, reduzindo o consumo de energia em 50%, similar ao canal de sincronização LE do Bluetooth 5.2.
Tecnologia Hengxuan
Honor Flypods 3 / Huawei
Antes do FreeBuds 3, os fones de ouvido TWS da Huawei utilizavam principalmente o chip controlador principal da Hengxuan Technology. Por exemplo, o Huawei Freebuds 2 Pro e o Honor FlyPods 3 possuem o chip BES2300 da Hengxuan Technology integrado. O BES2300 utiliza um processo CMOS HKMG de 28 nm, integra um núcleo Cortex-M4F e suporta cancelamento ativo de ruído (ANC), com uma redução média de ruído de 25 dB. Além da Huawei, muitas marcas nacionais de fones de ouvido utilizam chips Bluetooth da Hengxuan Technology, como o Xiaomi Air2s e o Oppo Enco W51.
Para solucionar o problema de propagação das soluções TWS tradicionais, a Hengxuan Technology lançou sua própria solução: a tecnologia de encaminhamento de baixa frequência LBRT. Essa tecnologia permite que o encaminhamento dos fones de ouvido principal e secundário seja mantido na faixa de baixa frequência (10-15 MHz), resultando em baixo consumo de energia e baixa latência, além de uma transmissão de música com alta taxa de bits de 3 Mbps.
Realtek
Em 2018, a Realtek lançou o chip RTL8763B para Bluetooth 5.0 de modo duplo, voltado para fones de ouvido sem fio (TWS). O chip consiste em um processador ARM Cortex-M4F de 32 bits e um núcleo DSP de ultrabaixo consumo. Sua frequência de banda base é de 40 MHz, possui 768 KB de memória ROM e utiliza um núcleo DSP Tensilica Hi-Fi-mini de 24 bits aprimorado.
RTL8773C foto / Realtek
No ano passado, a Realtek anunciou uma nova solução de chip para redução de ruído, a série RTL8773. Este chipset suporta redução de ruído ambiental (ENC) e redução de ruído ativa híbrida (ANC). A Realtek mencionou que o chip não só suporta seu próprio algoritmo de redução de ruído ativa, como também algoritmos de terceiros, com um efeito de redução de ruído de até 40dB. O RTL8763BFP desta série foca-se em aplicações de baixa latência e pode atingir latências de 100ms ou até menos. Isto representa uma grande vantagem em comparação com outros chips de controle principais, como os Huawei Freebuds 3 (Kirin A1: 190ms), os fones de ouvido vivo TWS (QCC5126: 180ms) e os AirPods Pro (H1: 144ms).
Airoha
Fones de ouvido WF-1000XM3 / Sony
A Luofa Technology tornou-se membro do Grupo MediaTek em 2017 e é também a principal fornecedora de chips para os produtos TWS da Sony. Os mais recentes fones de ouvido TWS com cancelamento de ruído da Sony, o WF-1000XM3, utilizam o chip AB1552A da Luofa (modelo MT2811SP da MediaTek). A Sony também adicionou seu próprio processador de cancelamento de ruído, o QN1e, aos fones de ouvido. Em 2019, a Luofa lançou a solução de chip de controle principal para redução ativa de ruído híbrida, o AB155x. Esta série de chips possui um processador ARM Cortex-M4 integrado com frequência máxima de 156 MHz e um núcleo mini DSP HiFi Tensilica com frequência máxima de 312 MHz. Além disso, o AB155x utiliza a tecnologia MCSync (Multicast Synchronization) desenvolvida pela própria Luofa. Fones de ouvido TWS compatíveis com a tecnologia MCSync podem alcançar uma conexão mais estável, reduzir interrupções de áudio e latência, além de suportar decodificação de áudio de alta resolução.
resumo
Em comparação com fones de ouvido Bluetooth tradicionais ou fones de ouvido Bluetooth com cancelamento de ruído tradicionais, os fones de ouvido TWS apresentam certa degradação na duração da bateria, no efeito de redução de ruído e na qualidade do som. Mas, considerando as limitações de tamanho e consumo de energia, é natural fazer esse compromisso. No entanto, com o aprimoramento da tecnologia de fabricação de chips Bluetooth, esses chips alcançarão avanços significativos em desempenho no futuro.
Para reduzir atrasos e interferências, muitos fabricantes de chips desenvolveram suas próprias soluções. No entanto, com a expansão do Bluetooth 5.2 no mercado, os canais de sincronização LE podem ser utilizados de forma uniforme no futuro. Analisando a página de certificação de produtos da Bluetooth Technology Alliance, muitos fabricantes de terminais, chips e propriedade intelectual estão começando a preparar a próxima geração de produtos Bluetooth 5.2. Nesse sentido, a era dos fones de ouvido TWS dominando o mercado de fones de ouvido Bluetooth pode estar próxima.
Este artigo foi reproduzido de "Rede de Entusiastas de EletrônicaApoie a proteção dos direitos de propriedade intelectual. Ao reproduzir este conteúdo, indique a fonte original e o autor. Caso haja alguma violação de direitos autorais, entre em contato conosco para que possamos removê-lo.
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