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公开使用
PIETER VERSCHUEREN
产品经理FTF-MHW-N1979
2016年9月
引言
使用助听应用开发套件1.0
实现NFMI无线耳机设计
![Page 2: NXP Powerpoint template confidential 16:9 Widescreencache.nxp.com/zh-Hans/files/FTF-MHW-N1979.pdfUART I2C SPI GPIO 电源管理单元 CoolFlux音频DSP 音频延迟控制器 I2S 音频编解码器——](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052120/5b2ab3637f8b9a55068b7514/html5/thumbnails/2.jpg)
公开使用1 公开使用1
议程• 助听设备
• NFMI简介
• NxH2280 NFMI无线电
• 无线耳机应用
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公开使用2
助听设备
![Page 4: NXP Powerpoint template confidential 16:9 Widescreencache.nxp.com/zh-Hans/files/FTF-MHW-N1979.pdfUART I2C SPI GPIO 电源管理单元 CoolFlux音频DSP 音频延迟控制器 I2S 音频编解码器——](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052120/5b2ab3637f8b9a55068b7514/html5/thumbnails/4.jpg)
公开使用3
无需电缆,畅享欢快运动时光!
• 在运动和健身活动期间使用的音频解决方
案应该简单易用并且安全可靠。
• 一个真正的无线耳塞解决方案应该能够让
您在锻练健身时享受喜爱的音乐。
• 结合生命体征连续监控功能时,您还可获
取体能反馈,从而优化训练内容。
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公开使用4
现有RF解决方案:几乎已堪称完美
• 市场上现有的耳塞仍然在两个耳塞之间采用有线连接。
• 使用标准蓝牙A2DP配置文件不可能向两个不同耳塞发送立体声音频流:这是一个点对点解决方案。
• 使用现有2.4 GHz RF解决方案在两耳之间转发高品质音频流显然非常困难。大多数信号都会被人体组织吸收。 Bluetooth
Audio
L+R
Audio R
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公开使用5
NFMI,打造真正的无线耳塞!
• NFMI是用于两耳之间无线音频和数据连接的最佳技术。
• 可接近人体可靠地工作。
• 短距离传输音频和数据流时提供最低功耗。(<1m)
Bluetooth
Audio
L+R
Audio R
NFMI
![Page 7: NXP Powerpoint template confidential 16:9 Widescreencache.nxp.com/zh-Hans/files/FTF-MHW-N1979.pdfUART I2C SPI GPIO 电源管理单元 CoolFlux音频DSP 音频延迟控制器 I2S 音频编解码器——](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052120/5b2ab3637f8b9a55068b7514/html5/thumbnails/7.jpg)
公开使用6
NFMI,打造真正的无线耳塞!
Audio R
NFMI
MP3 player
inside
• NFMI是用于两耳之间无线音频和数据连接的最佳技术。
• 可接近人体可靠地工作。
• 短距离传输音频和数据流时提供最低功耗。(<1m)
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公开使用7
不仅仅是一个耳机:而是助听设备!
• 无线可穿戴式计算听筒:
− 支持语音输入,将音频结果返回给耳朵
− 可作为可穿戴设备系统的一部分:以智能手表/
手机为中心
− 可单独工作:以助听设备为核心
• 助听器行业的突破性技术(低成本器件)
• 入耳式设计和传感器:心率、体温、加速度计……
• 助听设备支持:
− 真正的无线立体声
− 听音乐和通话
− 传感器/追踪功能
− 语音UI
− 增强听力
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公开使用8
NFMI简介
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公开使用9
什么是NFMI,与RF有何不同?
射频
• 天线发送传播EM波
• 所有传送的能量辐射至可用空间=“远距离”传输
近场磁感应(NFMI)
• 耦合两个设备之间紧凑的低功耗非传播场=“近场”通信
• 可通过弱耦合变压器建模
• 初级绕组中的交流电流引发次级绕组中的交流电压
I_tx
V_rx
V_rx
I_tx
Ideal transformer
Coupling = 1
NFMI transceiver
Coupling << 1
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公开使用10
NFMI技术的主要优势
高能效短距离传输时,NFMI比射频能效更高。距离取决于天线大小。典型的耳机距离:20 … 25 cm。
1
2适合人体NFMI穿过(人体)组织时,信号强度下降较小,而射频则不然。NFMI的特定吸收率比蓝牙低10000倍。
3可靠且私密MI信号强度随距离急剧下降可降低干扰水平,从而提高了可靠性。这还可增加私密性。允许同一房间的多个耳机重复使用载波频率。
(人体)组织
Tx (RF)
Tx (MI)
Rx (RF)
Rx (MI)
无信号或低信号
高信号合适
距离
功效
0.5…..1m
射频
MI
射频无线电MI无线电
MI射频
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公开使用11
NFMI天线和范围
NFMI性能相关因素
• 材料特性:铁氧体磁芯
• TX和RX天线外形尺寸
• 发射功率:可片上配置
• 集成:PCB的噪声
最小耳塞天线尺寸
• 参见图片:D=2mm,L=6mm
• 较大的天线:增大通信范围
• 通信范围:20 … 25 cm
天线设计
• 多数时候采用自定义设计
• 仅提供很少的标准型号
6 mm
2 mm
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公开使用12
天线对齐的影响
TX
RX
A
RX
BRX C
area of TX and RX coil
co-axial
area of TX and RX coil
co-planar
area of TX and RX coil
orthogonal
(no reception)
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公开使用13
NFMI无线电与NFC
NFC NFMI无线电
近距离(<10 cm) ARM长度(最长1 m)
无源标签和有源读卡器 有源收发器(TX和RX)
点对点通信 支持高达15个设备的网络
NFC读卡器并非低功耗 低功耗发射机
短数据包 数据包与音频流
使用ISM频段的标准方案 专有解决方案
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公开使用14
NxH2280 NFMI无线电
![Page 16: NXP Powerpoint template confidential 16:9 Widescreencache.nxp.com/zh-Hans/files/FTF-MHW-N1979.pdfUART I2C SPI GPIO 电源管理单元 CoolFlux音频DSP 音频延迟控制器 I2S 音频编解码器——](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052120/5b2ab3637f8b9a55068b7514/html5/thumbnails/16.jpg)
公开使用15
NxH2280 NFMI无线电:主要特点(1/2)
• 面向无线音频和数据应用的单芯片解决方案
• 第二代NFMI技术
596 kbit/s传输率
低功耗、可靠、私密
人体组织低吸收率
• 集成ARM Cortex-M0处理器
多种外设
完全客户可编程
• 用于音频处理的CoolFlux DSP
音频子系统
系统
控制器子系统
接口
系统
存储器
控制
器总
线
EEPROMARM Cortex-M0
DMA 定时器
时钟产生单元UART
I2C SPI
GPIO
电源管理单元
CoolFlux音频DSP
音频延迟控制器
I2S
音频编解码器——G.722/ADPCM
MI MAC控制器
音频总线 接口
音频采样速率转换器
磁感应收发器
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公开使用16
NxH2280 NFMI无线电:主要特点(2/2)
• 单独工作或与外部MCU配合工作
• 灵活的嵌入式网络:
针对低延迟音频优化的协议
并行处理多个音频和数据流
• 超低功耗运行
双向语音:1.6 mW @ fs=16 kHz
单向音频:2.5 mW @ fs=48 kHz
• 凸起晶粒封装10.4 mm2
• 单块锌空电池供电
音频子系统
系统
控制器子系统
接口
系统
存储器
控制
器总
线
EEPROMARM Cortex-M0
DMA 定时器
时钟产生单元UART
I2C SPI
GPIO
电源管理单元
CoolFlux音频DSP
音频延迟控制器
I2S
音频编解码器——G.722/ADPCM
MI MAC控制器
音频总线 接口
音频采样速率转换器
磁感应收发器
![Page 18: NXP Powerpoint template confidential 16:9 Widescreencache.nxp.com/zh-Hans/files/FTF-MHW-N1979.pdfUART I2C SPI GPIO 电源管理单元 CoolFlux音频DSP 音频延迟控制器 I2S 音频编解码器——](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052120/5b2ab3637f8b9a55068b7514/html5/thumbnails/18.jpg)
公开使用17
NxH2280 NFMI无线电:软件开发套件
内容
• 3 x NxH2280软件开发板
• 3 x NFMI天线
• 1 x LPC expresso调试板
• 1 x USB连接线
• 2 x 音频线(耳机孔插头)
• 含软件和文档的闪存磁盘
• 免费的LPCXpresso开发环境
SDK的演示用例显示:
• 单向、双向和立体声音频
• 针对无线电性能的误码率应用
• 数据流
恩智浦样品店供货!
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公开使用18
无线耳机应用
![Page 20: NXP Powerpoint template confidential 16:9 Widescreencache.nxp.com/zh-Hans/files/FTF-MHW-N1979.pdfUART I2C SPI GPIO 电源管理单元 CoolFlux音频DSP 音频延迟控制器 I2S 音频编解码器——](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052120/5b2ab3637f8b9a55068b7514/html5/thumbnails/20.jpg)
公开使用19
NxH2280 ADK 左耳塞,创建者电路板(BT + NFMI)
Debug
board
Earbud
board
battery
removable
flat cable
balanced
armature
NFMI antenna
15 mm
22 mm
![Page 21: NXP Powerpoint template confidential 16:9 Widescreencache.nxp.com/zh-Hans/files/FTF-MHW-N1979.pdfUART I2C SPI GPIO 电源管理单元 CoolFlux音频DSP 音频延迟控制器 I2S 音频编解码器——](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052120/5b2ab3637f8b9a55068b7514/html5/thumbnails/21.jpg)
公开使用20
NxH2280 ADK 右耳塞,支持者电路板(仅限NFMI)
NFMI antennaBalanced armature
Battery
debug board
Earbud
boardremovable
flat cable 15 mm
17 mm
![Page 22: NXP Powerpoint template confidential 16:9 Widescreencache.nxp.com/zh-Hans/files/FTF-MHW-N1979.pdfUART I2C SPI GPIO 电源管理单元 CoolFlux音频DSP 音频延迟控制器 I2S 音频编解码器——](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052120/5b2ab3637f8b9a55068b7514/html5/thumbnails/22.jpg)
公开使用21
NxH2280助听设备应用开发套件(2/2)
NxH2280开发环境:
• IDE:LPCXpresso,免费授权
• ADK套件包中提供示例代码,包括听音乐和通话用例
NxH2280 EEPROM编程:
• 使用NxH2280 I2C接口:
• 含脚本,可将新固件镜像下载至NxH2280,使用LPC-LINK2
开发板
• 客户可在生产中重复使用
CSR:
• 所有演示应用的设置和软件文件均在ADK1.0套件包中
• CSR特定支持不在恩智浦支持团队的工作范围内
![Page 23: NXP Powerpoint template confidential 16:9 Widescreencache.nxp.com/zh-Hans/files/FTF-MHW-N1979.pdfUART I2C SPI GPIO 电源管理单元 CoolFlux音频DSP 音频延迟控制器 I2S 音频编解码器——](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052120/5b2ab3637f8b9a55068b7514/html5/thumbnails/23.jpg)
公开使用22
NxH2280 ADK1.0:支持的用例
听音乐
通话
NFMIBluetooth
Audio L+R
Sensor + control data Sensor + control data
Audio R
NFMIBluetooth
Voice TX/RX
Sensor + control data Sensor + control data
Audio R
“Creator” “Joiner”
“Creator”
![Page 24: NXP Powerpoint template confidential 16:9 Widescreencache.nxp.com/zh-Hans/files/FTF-MHW-N1979.pdfUART I2C SPI GPIO 电源管理单元 CoolFlux音频DSP 音频延迟控制器 I2S 音频编解码器——](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052120/5b2ab3637f8b9a55068b7514/html5/thumbnails/24.jpg)
公开使用23
NxH2280 ADK1.0:一般特性
• 使用NFC技术轻松配对(NTAG)
• NFMI设备配对
• 右耳塞的自动低功耗模式
−没有NFMI连接:可切换至低功耗模式:在线唤醒
−持续丢失连接:设备功耗、按钮唤醒
• 无线固件升级:
−首发ADK1.0的软件未预留升级
−硬件可实施此功能
−左耳塞需要使用其他uC + 外部EEPROM来保存原厂镜像
− SDK中的示例代码
![Page 25: NXP Powerpoint template confidential 16:9 Widescreencache.nxp.com/zh-Hans/files/FTF-MHW-N1979.pdfUART I2C SPI GPIO 电源管理单元 CoolFlux音频DSP 音频延迟控制器 I2S 音频编解码器——](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052120/5b2ab3637f8b9a55068b7514/html5/thumbnails/25.jpg)
公开使用24
NxH2280 ADK1.0框图:左耳塞(1/2)
NxH2280UK
3.7V
SMPS-1.8VSMPS-1.2V
VbatVio
Codec
MAX9867
MCLK
I2C-SCL
I2C-SDA
I2S-WS
I2S-SCKI2S-SO I2S-SI
I2S-SO
I2S-WS
I2S-SCK
I2C-SCL
I2C-SDA
I2C-SCL
I2C-SDA
I2S-SI
I2S-WS
I2S-SCK
CSR8670HostInt
NTAG
NT3H1201I2C-SCL
I2C-SDA
FD#
SWMx
LA
LB
![Page 26: NXP Powerpoint template confidential 16:9 Widescreencache.nxp.com/zh-Hans/files/FTF-MHW-N1979.pdfUART I2C SPI GPIO 电源管理单元 CoolFlux音频DSP 音频延迟控制器 I2S 音频编解码器——](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052120/5b2ab3637f8b9a55068b7514/html5/thumbnails/26.jpg)
公开使用25
NxH2280 ADK1.0框图:左耳塞(2/2)
• BT平台:CSR8670(最常用的设备)
• 电源管理:由BT芯片处理
• NTAG:用于轻松实现BT配对的恩智浦NFC芯片
• 用户界面:
− 1个按钮:开/关/静音/播放/配对
− 3个LED:开/关/配对/BT连接
• 扬声器:平衡电枢(Knowles)
• 电池:锂离子,65 mAh
• 麦克风:
− 可选1个麦克风或2个麦克风
− ADK1.0软件只使用1个麦克风
• 编解码器:MAX9867
− 简单的小型设备
− 仅用作DAC
− AB类放大器
低NFMI干扰
− 右耳塞需要
− 左耳塞可选
对称的音频质量
− BT设备是I2S主机
![Page 27: NXP Powerpoint template confidential 16:9 Widescreencache.nxp.com/zh-Hans/files/FTF-MHW-N1979.pdfUART I2C SPI GPIO 电源管理单元 CoolFlux音频DSP 音频延迟控制器 I2S 音频编解码器——](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052120/5b2ab3637f8b9a55068b7514/html5/thumbnails/27.jpg)
公开使用26
NxH2280 ADK1.0框图:右耳塞(1/2)
NxH2280UK
Vb
at
Vio
I2S
- SO
I2S
- WS
I2S
- SC
K
I2C-SCL
I2C-SDA
HostInt
I2C-SCL
I2C-SDA
I2S
-WS
可选
LPC1102LVUK
3-轴
振荡器12.288 MHz
编解码器最大值9867
I2S
- SC
K
I2S
- SI
SWMx
启用
Mclk
SWMx
SWMx
LA
LB
SMPS
1.8V
LDO
1.2V
最大值17048X+
电量计
I2C
-SC
L
I2C
-SD
A
电池充电器3.7V
充电器检测
RE
SE
TN
SW
Mx
PS
U_
Hol d
64 KB闪存
![Page 28: NXP Powerpoint template confidential 16:9 Widescreencache.nxp.com/zh-Hans/files/FTF-MHW-N1979.pdfUART I2C SPI GPIO 电源管理单元 CoolFlux音频DSP 音频延迟控制器 I2S 音频编解码器——](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052120/5b2ab3637f8b9a55068b7514/html5/thumbnails/28.jpg)
公开使用27
NxH2280 ADK1.0框图:右耳塞(2/2)
• 耳塞仅含NFMI设备,不含BT
• 电源管理:
电池充电器
电量计
SMPS:生成1.8V Vio
LDO:生成1.2V Vbat
电量计:电池状态
开关电路
−用户界面:
按钮:1个,用于开/关/静音/播放
LED:2个,指示模式(开/关/连接)
−扬声器:平衡电枢(Knowles)
−电池:锂离子,65 mAh
• 编解码器:MAX9867
−简单的小型设备
−仅用作DAC
− AB类放大器
低NFMI干扰
−编解码器设备是I2S主机
• uC:LPC1102LVUK
−可选,尚未使用
−无线固件升级需要
• 闪存
−可选,尚未使用
−无线固件升级需要
![Page 29: NXP Powerpoint template confidential 16:9 Widescreencache.nxp.com/zh-Hans/files/FTF-MHW-N1979.pdfUART I2C SPI GPIO 电源管理单元 CoolFlux音频DSP 音频延迟控制器 I2S 音频编解码器——](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052120/5b2ab3637f8b9a55068b7514/html5/thumbnails/29.jpg)
公开使用28
NxH2280 ADK1.0:音频传输延迟补偿
• 使用NFMI传输音频可导致音频流延迟
• NxH2280中的硬件可保持延迟恒定且可预测
• NxH2280支持对本地音频流的传输延迟补偿
I2S
SlaveG.722
encode
NFMI
radio
Latency
controller
NFMI
radio
G.722
decode
ASRC
Delay line in SW
Stereo A2DP: L+R
NxH2280
R
L
I2S_SICSR8670
Phone
I2S slave
NxH2280
I2S_SO
Headphone
amplifier
Headphone
amplifier
![Page 30: NXP Powerpoint template confidential 16:9 Widescreencache.nxp.com/zh-Hans/files/FTF-MHW-N1979.pdfUART I2C SPI GPIO 电源管理单元 CoolFlux音频DSP 音频延迟控制器 I2S 音频编解码器——](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022052120/5b2ab3637f8b9a55068b7514/html5/thumbnails/30.jpg)
公开使用29
NxH2280 ADK1.0:性能(听音乐)
创建者电路板(NFMI+BT)
• 总功耗(@ 85dBSPL):78 mW
• 电池寿命(@ 85dBSPL):3 h
• NxH2280功耗:2.5 mW
支持者电路板(仅限NFMI)
• 总功耗(@ 85dBSPL):22 mW
• 电池寿命(@ 85dBSPL):11h
• NxH2280功耗:2.5 mW
系统
• NFMI通信距离*:20 cm
*使用D=2mm,L=6mm,K67铁氧体磁棒NFMI天线
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