TWS主控晶片之爭，延遲、降噪與穩定性之間的平衡之爭

2021-12-28 307

電子愛好者網報（文/週凱陽）在眾多無線連接技術中，藍牙技術透過真無線耳機（TWS）再次掀起市場熱潮。藍牙耳機雖然已不再是新科技產品，但TWS的出現解決了大多數使用者在使用這類產品時的痛點。如今，各大手機及耳機廠商紛紛推出新款TWS耳機產品，並採用功能強大的主控晶片，實現了降噪、語音控制等附加功能。而這一切，也得益於藍牙4.0新增的低功耗協定BLE。

根據ABI Research預測，到2023年，BLE設備數量將達到1.6億台，2018年至2023年的複合年增長率將達到27%。隨著BLE技術在智慧家庭、物聯網等領域的持續普及，自2010年誕生以來，該技術一直保持著穩步成長，並因BLE音訊應用的激增而成為藍牙市場的熱點。隨著藍牙5.2的發布，BLE音訊技術實現了高品質的音訊傳輸。

作為真無線耳機（TWS）的核心，其主控晶片從根本上決定了不同藍牙耳機的性能和功能。根據Strategy Analytics的數據顯示，憑藉AirPods系列，蘋果在2019年佔據了TWS市場50%的份額。除了蘋果之外，市場上還有哪些具有競爭力的TWS終端產品？它們的主控晶片又是什麼？

博通

Galaxy Buds Live / 三星

三星去年發表的Galaxy Buds耳機被《美國消費者報告》評為2019年度最佳真無線耳機。這款耳機不僅由AKG調音，還採用了博通的BCM43014主控晶片。博通指出，該晶片融合了多年半導體技術和無線音訊工程技術，在支援藍牙5協定的同時，也無縫整合了先進的聲學演算法，有效降低背景噪音。

為了拓展主動降噪真無線耳機市場，三星今年發表了兩款新品。年初發布的 Galaxy Buds Plus 和本月發表的 Galaxy Buds Live 均採用了博通公司最新的主控晶片 BCM43015。此晶片採用 ARM Cortex-M4 作為微控制器 (MCU)，ARM Cortex-M0+ 作為感測器中央處理器。 BCM43015 還支援低功耗陰影技術 (LPST) 和擴展同步連接 (eSCO)，並採用自適應跳頻技術 (AFH) 來降低射頻幹擾。此外，晶片還內建了 Cadence 的 Xtensa Hifi-3 DSP 核心作為音頻子系統，並使用雙通道 12 位元 ADC 來監測電池電壓。

高通公司

QCC3040 結構圖 / 高通

自從高通收購CSR以來，借助CSR的藍牙晶片佔據了大部分市場份額，如今TWS自然不會放過這塊市場寶地。除了今年發表的高階藍牙晶片QCC514x之外，高通還推出了入門級和中階市場的QCC304x系列。以QCC3040晶片為例，該晶片採用兩個32位元處理器（最高頻率為32MHz）和一個120MHz可配置DSP內核，相比上一代QCC300x系列，功耗降低了70%。 QCC3040內建數位降噪技術，功耗極低，並支援最新的藍牙5.2協定。

除了卓越的性能外，高通藍牙晶片最大的優勢在於其對音訊編解碼器協定的支援。可以說，高通的aptX是目前TWS耳機中最具適應性的協定。它包含注重穩定性的aptX Adaptive、注重音質的aptX HD以及設計用來降低延遲的aptX LL（低延遲）。

Apple

第一代 AirPods / 蘋果

身為讓真無線耳機（TWS）一炮而紅的功臣，第一代AirPods採用的是蘋果自研的W1晶片。然而，在隨後推出的第二代產品和AirPods Pro中，蘋果則使用了全新的H1晶片。

這款新晶片不僅將藍牙4.2協定升級到5.0，還將通話時間延長了50%。蘋果聲稱，H1晶片使新款AirPods Pro的連接速度提升了1.5倍，同時提高了藍牙訊號的穩定性、速度和傳輸距離，延遲降低了30%，並新增了語音控制功能。

華為

麒麟A1晶片/華為

華為FreeBuds 3耳機採用麒麟A1晶片，該晶片也是全球首款通過藍牙5.1雙模認證的SoC。麒麟A1採用Cortex-M7處理器，最高主頻可達200MHz，最大功耗僅10μA/MHz，遠低於業界30μA/MHz的功耗標準。此外，該晶片還搭載了全新的雙通道同步傳輸技術和356MHz高速音訊處理單元，不僅提供穩定快速的藍牙連接，還能有效降低音訊和視訊同步延遲。麒麟A1採用即時3A通話降噪演算法和自適應降噪（ANR）技術，可提供15dB的環境噪音消除效果，並利用迴聲消除（AEC）技術有效防止通話中出現對方的迴聲。

雙通道同步傳輸技術/華為

華為透過自主研發的雙通道同步傳輸技術解決了延遲和功耗問題。傳統的TWS耳機將左右聲道訊號同時傳送到主耳機，然後再轉發到副耳機，導致轉送效率低、延遲高、容易斷連、功耗高等問題。此外，由於藍牙和2.4GHz Wi-Fi使用相同的頻段，因此容易互相干擾。這項技術讓兩個耳機分別接收左右聲道訊號，功耗降低50%，類似藍牙5.2中的低功耗同步通道。

恆玄科技

榮耀 Flypods 3 / 華為

在FreeBuds 3之前，華為的真無線耳機產品主要採用恆軒科技的主控晶片。例如，華為FreeBuds 2 Pro和榮耀FlyPods 3都內建了恆軒科技的BES2300晶片。 BES2300採用28nm HKMG CMOS工藝，整合Cortex-M4F內核，支援ANC主動降噪，平均降噪效果為25dB。除了華為之外，許多國內耳機品牌也使用恆軒科技的藍牙晶片，例如小米Air2s和OPPO Enco W51。

為了解決傳統TWS方案的傳播問題，恆軒科技也推出了自主研發的LBRT低頻轉送技術。此技術能夠將主副耳機的訊號轉發保持在低頻段（10-15MHz），從而實現低功耗、低延遲，並達到3Mbps的高位元率音樂傳輸。

瑞昱

瑞昱科技於2018年發表了用於TWS的雙模藍牙5.0晶片解決方案RTL8763B。該晶片由一個32位元ARM Cortex-M4F處理器和一個超低功耗DSP核心組成。其基頻頻率為40MHz，ROM容量為768KB，並採用了增強型Tensilica Hi-Fi-mini 24位元DSP核心。

RTL8773C晶片/瑞昱

去年，瑞昱發布了全新的降噪晶片解決方案－RTL8773系列。此晶片組支援環境降噪（ENC）和混合式主動降噪（ANC）。瑞昱表示，該晶片不僅支援其自主研發的主動降噪演算法，也支援第三方演算法，降噪效果最高可達40dB。系列中的RTL8763BFP專注於低延遲應用，可實現100ms甚至更低的延遲。與其他主控晶片相比，例如華為Freebuds 3（麒麟A1：190ms）、vivo TWS耳機（QCC5126：180ms）和AirPods Pro（H1：144ms），RTL8763BFP具有顯著優勢。

愛呂葉

Sony WF-1000XM3 耳機

羅發科技於2017年加入聯發科集團，同時也是索尼TWS產品的主要晶片供應商。索尼最新降噪TWS耳機WF-1000XM3採用了羅發科技的AB1552A晶片（聯發科型號MT2811SP）。索尼還在該耳機中加入了自家的降噪處理器QN1e。 2019年，羅發科技推出了混合主動降噪主控晶片解決方案AB155x。此系列晶片內建最高頻率156MHz的ARM Cortex-M4處理器和最高頻率312MHz的Tensilica HiFi mini DSP核心。此外，AB155x也採用了羅發科技自主研發的MCSync（多播同步）技術。支援MCSync技術的TWS耳機能夠實現更穩定的連接，減少音訊斷斷續續和延遲，並支援Hi-Res音訊解碼。

總結

與傳統藍牙耳機或傳統降噪藍牙耳機相比，TWS耳機在電池續航力、降噪效果和音質方面存在一定的缺點。但考慮到尺寸和功耗的限制，這種妥協也是情理之中的。然而，隨著藍牙晶片製程技術的進一步提升，藍牙晶片的性能未來必將取得突破。

為了降低延遲和乾擾，許多晶片廠商都提供了各自的解決方案。然而，隨著藍牙5.2市場份額的擴大，低功耗藍牙（LE）同步通道未來可能會統一使用。從藍牙技術聯盟的產品認證頁面來看，許多終端、晶片和IP廠商已經開始著手研發下一代藍牙5.2產品。由此看來，真無線耳機（TWS）佔據整個藍牙耳機市場的時代或許即將來臨。

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