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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

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

公开使用2

助听设备

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。

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

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

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)

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

公开使用8

NFMI简介

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

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

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

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)

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

公开使用14

NxH2280 NFMI无线电

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

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

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！

公开使用18

无线耳机应用

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

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

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

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”

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

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

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

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

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

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

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

公开使用31

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