當前可穿戴等消費電子設備功能愈發復雜，之前在專業的設備上高不可攀的功能，已經在大眾消費電子設備上得以搭載和普及。這些專業技術在消費端的下沉和普及，面臨著諸多的挑戰。在復雜多變的環境里，小體積的設備上，采集到精準的數據，然后實現數據的處理計算，同時還要保證消費級功耗水平。針對這種需求，這需要芯片廠商提供全新的方案支持。ADI中國近日就發布了針對主動降噪耳機和可穿戴醫療的全新芯片，從中國本土需求出發提供一流的應用解決方案。
TWS耳機主動降噪的設計挑戰
TWS耳機已經逐漸取代有線耳機，而無線之后的下一個產品力，業界都不約而同地瞄準了降噪。降噪的需求并不僅僅來自于廠商追求產品力和差異化，更有著健康方面的意義。從出生開始，人的聽力就進入了不可逆的下降曲線：新出生的嬰兒的聽力頻率范圍是20K左右，而后每年損失約200Hz。到20歲的時候大概有8k Hz，以后隨著年齡增長會逐步降低。此外，當下人們的生活環境中也充斥著各種噪音，加之不良的生活習慣也造成了更大范圍聽力損傷。主動降噪技術（ANC）可以幫助我們在嘈雜的環境中，實現更好的聽力保護。
據ADI中國產品事業部高級市場應用經理何源分享，主動降噪技術最初的量產搭載，是1989年Bose為美國空軍提供的耳機，該技術在耳機上的量產搭載給美軍每年節省了兩億美元的噪聲致殘補償金。2000年時ANC技術進入民用市場走高端路線，某些航空公司頭等艙還以標配降噪耳機作為其賣點。2014年是一個重要節點， 這一年Bose推出了數字ANC的方案，將主動降噪耳機的價格拉到了更多人可以接觸到的區間內。而后到了當下，降噪技術已經不僅僅局限于大體積的發燒耳機型號上，在小體積的TWS耳機上也開始逐步普及。但這種ANC技術呈現出的效果，不同耳機千差萬別。對于耳機廠商而言，在小體積的TWS上實現優異的降噪體驗也面臨著諸多挑戰。
對于系統工程師而言，“降噪”是一個系統工程，也是一門妥協的藝術。來自耳機內聲學器件、芯片本地噪聲、電源串擾、射頻雜訊等的底噪會在ANC模式下變得更為突出；戶外場景下的風噪也不容易處理；半入耳式的降噪要保證實時的降噪特性調整；降噪帶來的負壓感、爆破音的處理、實現量產的降噪效果一致性……以上諸多的問題給系統工程師的設計開發提出了極高的要求。
ADAU1850/60：靈活硬件模塊+自研降噪系統
針對諸多的ANC設計挑戰，ADI中國推出了專門的芯片解決方案——ADAU1850/60。ADAU1850是一款非常精簡的降噪芯片，在藍牙芯片上外掛該芯片就可以為TWS耳機實現ANC降噪的功能。內置了可編程FastDSP音頻處理器，提供高達768kHz的采樣率，這是降噪的核心。3通道低延遲24位ADC， 支持3個模擬麥克風輸入和4個數字麥克風輸入；高性能的DAC信噪比高達110dB，在不開noise gating情況下底噪實測僅為3uV。何源介紹到，ADAU1850內置的高精度EQ動態范圍和精度可以達到小數點后54個0，為調音師提供了風格化調音的硬件基礎。ADAU1860是旗艦機的主動降噪芯片，功耗相比上代降低了30%，在ADAU1850一個 FastDSP的基礎上，額外增加了一個高性能 Tensilica HiFi DSP核，提供了更強大的DSP算力。
針對上述提到的設計挑戰，ADI中國在新的芯片上都有相應的硬件設計來進行處理。首先底噪是一個綜合的噪聲的擬合，來自多個方面。ADAU1850/60首先是通過底層的優秀的ADC和DAC來保證本身的底噪較小；優化的指令集讓用戶可以在調整ANC的同時，調整優化的音頻路徑，通過數字方式來減少底噪。最后是在整個系統底噪上，ADI中國可以幫助客戶做布板布線的設計制造，從系統層面上減少干擾產生的底噪。
針對風噪的處理，用戶可以利用芯片內部靈活的硬件檢測模塊，自己搭建硬件級別的檢測系統，來感知麥克風的風噪，進行動態的調整。因為是硬件級別的響應，因此實時性和功耗都有所保證。
針對半入耳式耳機，ADI中國獨立研發出了一套自適應的降噪系統。因為半入耳式耳機與用戶的耳朵之間位置關系隨時都在發生細微變化，所以需要系統跟隨這些特征參數的變化，動態地進行降噪音頻參數的調整。據悉在今年上半年，ADI的這套自適應降噪系統就可能在一些終端產品上搭載。
針對負壓感的處理，是通過在降噪上添加一個聲學模型的輸入。ADI將對于心理模型的理解，耦合到了降噪調節功能上，為用戶提供安靜又舒適的體驗。
針對切換順滑度的處理，同樣也是因為硬件級別的處理，所以實時性響應有很好的保證，可以實現每秒190萬次的采樣，這樣出來的變化擬合曲線，對于人耳來說就是一個平滑的感受。
總的來說，ADAU1850/60因為采用了靈活可靠的硬件模塊，同時提供了自研的指令集級別的降噪系統，可以在保證實時性的效果同時，提供非常好的功耗表現。該ANC芯片，并不僅僅是一個芯片，更是一個系統級別的主動降噪解決方案。搭配其簡潔易用的開發工具鏈，可以大幅降低設計人員的開發周期。
醫療級檢測下沉到可穿戴的挑戰
近年來因為不健康的生活習慣和環境，很多疾病的患病者有著年輕化的趨勢。對于健康的監控和管理，愈發獲得大眾的關注。在可穿戴設備集成的醫療檢測功能也越來越多，而這些功能從專業醫療設備到可穿戴設備的下沉，也面臨著不小的設計挑戰。
專業的醫療設備的使用環境比較穩定，因此更容易獲得準確的模擬數據采集。例如在測心電圖的時候要求用戶平躺、在皮膚上涂抹很多液體、采用6個電極，以此來提高數據獲取的準確性。但可穿戴的設備的使用環境非常多變，而且受制于外形尺寸的限制，數據采集的條件更為復雜，這樣就為數據的捕獲提出了更高的挑戰。以可穿戴手表的光學檢測為例，用戶不同膚色的透光性、不同的體毛長度、紋身和傷疤；環境的空氣干燥程度、光照條件……諸多的變量疊加之后，數據的可靠性獲取是首要的挑戰，其次是在可穿戴的移動設備上實現準確的算法分析。
ADPD6000：硬件和算法深度耦合
ADPD6000是ADI中國最新推出的多模前端，可以提供PPG、ECG和BIA的檢測，針對可穿戴設備使用條件進行了專門的硬件設計優化。
據何源介紹，ADPD6000可以將環境中燈光的頻閃、光學傳感器的漏光、太陽光干擾等靜態干擾都忽略掉，同時ADI的光路特征也可以保證采集到的數據是可靠穩定的。電極測量的部分，可以有效地完成心電信號的收集，憑借ADI的專利技術也可以獲得精準的生物阻抗信號的收集，提供給用戶包括體脂、基礎代謝率等信息。
為了克服將醫療級別的檢測下沉到可穿戴設備上的挑戰，僅僅有先進的硬件設計是不夠的，ADI通過對不同年齡、性別、體重、身高等人群數據統計，結合臨床特征和算法模型深入理解，得到了自己的一套精準的算法方案，這套方案中包括心率、血氧飽和度、心理狀態、血糖等十多項，已經覆蓋了可穿戴終端的產品需求。
以阻抗數據誤差把控舉例，實際的工況下，鏈路并不對稱，阻抗平衡的問題疊加后，測量誤差比理想情況下要差很多，數據的準確性無法保證。而通過ADI獨有技術，幅度誤差能夠被還原到3%以內，滿足算法分析的輸入數據精準度要求。
“ADI中國”的核心競爭力
以上的新品全部都是由ADI中國的團隊，從芯片定義開始獨立設計研發的。這些芯片的優勢，不僅僅是硬件層面上的參數，更多的競爭力來自于ADI對于信號全鏈的知識積累和融合，對于應用層面的深入理解，結合硬件設計上的專利技術。能夠做出這樣的產品，和ADI中國的策略密不可分。中國是半導體廠商最為重視的市場， ADI對于中國市場策略，與其他廠商有先人一步的區別。
據ADI中國產品事業部總經理趙軼苗分享，ADI中國是單獨成本核算主體，這在諸多跨國半導體公司里是唯一的存在。ADI中國去年獲得了兩位數的營收增長，總收入占到了全球的20%以上，已經和歐洲部分的營收差不多了。
ADI中國的前身可以追溯到2000年，ADI在中國收購了一家小型公司。此后成立了中國研發中心，在2019年成立了中國產品事業部。ADI在中國經過了20幾年的發展，從幾個人到兩百人的團隊，積累了70多項專利、發布了6篇以上ISSCC論文。
中國市場的發展已經實現了從跟隨到引領的變化，很多的創新都是從中國本土向全球進行推動的。設立ADI中國產品事業部是為了專注于中國需求挖掘，實現本土設計制造，服務中國客戶的同時，結合了ADI全球的供應鏈管理優勢。
目前ADI中國布局了包括BMS、光通信控制芯片、健康管理芯片和音頻處理芯片幾大類別，分別推出了獨立研發的芯片產品。除了上文提到的健康和音頻產品外，值得一提的是在BMS的業務上，ADI中國在無線BMS、電池生命鏈價值挖掘、電池精準測量等角度上提供了創新的價值點，為整個產業生態發展提供了專業的技術視角和支持。
總結
ADI中國已經不僅僅是一家單獨芯片供應商的角色：信號鏈上的整合方案、結合應用層面的深入理解、自研的算法模型、產品級的設計支持，這些在一起構成了一個完整的服務，提供給中國和全球的客戶。此次推出的ADAU1850/60和ADPD6000，相信也會很快在中國市場上產生良好的反響。
