Tecnologia RF - Schema di progettazione del telecomando vocale Bluetooth di potenza molto bassa

Gli assistenti virtuali sono integrati in più dispositivi in casa. Amazon ha recentemente annunciato che lancerà una varietà di nuovi dispositivi per Alexa, inclusi tappi per le orecchie, occhiali e anelli, per fornire ai consumatori più modi per ottenere informazioni. I temi ricorrenti di questi nuovi prodotti vocali sono wireless e vivavoce, che possono facilmente connettersi a telefoni cellulari o altri host e ascoltare le istruzioni. La sua tecnologia interna è un chipset Bluetooth RF che supporta la connessione wireless e uno speciale processore incorporato che esegue wake-up word engine (WWE) per riconoscere i comandi vocali.

Un altro esempio di questa tendenza è che ogni nuovo televisore a schermo piatto, set-top box e lettore multimediale è dotato di un telecomando, e presto saranno completamente wireless e hands-free. Naturalmente, quando si desidera il controllo vocale, molte persone utilizzano ancora la vecchia modalità di controllo remoto della linea infrarossa di vista o dialogo chiave, ma questi sono presto obsoleti. Gli utenti hanno bisogno di un dispositivo in grado di rispondere senza soluzione di continuità ai comandi, piuttosto che di un dispositivo che deve premere e tenere premuto il tasto di chiamata come un walkie talkie. Simile all'ondata di prodotti elettronici vicino ad Amazon, la prossima generazione di telecomando TV sarà wireless e hands-free.

Tuttavia, il design del telecomando porta anche alcune sfide uniche. Ad esempio, il telecomando di solito non è ricaricabile; Di solito usano batterie AA standard. Il telecomando non solo deve funzionare bene in un ambiente rumoroso, ma deve anche essere a 3-9 piedi di distanza dal corpo. Può anche trasmettere informazioni in modalità wireless al dispositivo host (come la TV).

Inoltre, i consumatori preferiscono utilizzare batterie durevoli che non devono essere sostituite frequentemente. In sostanza, le prestazioni del telecomando devono essere le stesse di quelle di Amazon echo dot, ma allo stesso tempo, il consumo energetico è inferiore a quello delle cuffie in ear.

Progettare un telecomando potente ed efficiente dal punto di vista energetico è una sfida. Sono necessarie soluzioni Bluetooth innovative e soluzioni di elaborazione audio, perché ogni miglioramento prolunga la durata della batteria.

L'utilizzo del Bluetooth 5.0/le risolve diversi problemi dell'infrarosso tradizionale. In primo luogo, il Bluetooth è una soluzione standard, quindi il dispositivo può facilmente comunicare con i dispositivi Bluetooth esistenti. Inoltre, Bluetooth 5.0/le fornisce un raggio di trasmissione equivalente a quello dei dispositivi WiFi, che è molto adatto per il controllo vocale remoto. Le soluzioni Bluetooth tradizionali sono state ottimizzate per telefoni cellulari e laptop, che hanno una maggiore capacità della batteria e un minor consumo energetico.

La soluzione innovativa di Atmosic può ridurre significativamente il consumo energetico di 5x e prolungare la durata della batteria da 3 a 5x rispetto alle soluzioni competitive.

Oltre al design Bluetooth con bassissimo consumo energetico, è possibile utilizzare anche un ricevitore di sveglia secondario. Il consumo energetico del ricevitore può essere inferiore (da 20 a 50 volte inferiore a quello del ricevitore standard), in modo che l'intero SOC Bluetooth possa entrare in uno stato di sonno profondo; Il dispositivo può svegliarsi in una modalità speciale di un altro host. Non introdurremo in dettaglio questa tecnologia in questo caso, perché è applicabile solo a un piccolo numero di telecomandi speciali.

La terza tecnologia a bassa potenza utilizza la raccolta di energia per ottenere energia wireless RF per prolungare la durata della batteria. Molte case e edifici hanno molta energia RF (solitamente nella banda ISM), che può essere raccolta quando il telecomando è posizionato sul tavolo. Secondo il livello di energia, un dispositivo può ottenere decine di microwatt di energia. L'obiettivo finale è quello di sostituire l'alimentazione della batteria quando possibile e prolungare la durata della batteria a pochi anni. Attualmente, la durata del telecomando è di soli 6-9 mesi. Per i telecomandi industriali e speciali possono essere utilizzate anche altre tecnologie energetiche, come l'energia solare, l'energia termica e la raccolta di energia sportiva.

Come accennato in precedenza, per ottenere un vero e proprio funzionamento a mani libere, il telecomando deve funzionare come un altoparlante intelligente allo stesso tempo, ma deve anche essere a risparmio energetico come un auricolare in ear. Aziende come QuickLogic hanno sviluppato dispositivi di supporto altamente ottimizzati e a bassissima potenza per far fronte a questa sfida con chipset Bluetooth.

Il telecomando vocale collegato con Bluetooth ha fondamentalmente tre modalità: modalità standby, modalità di rilevamento delle parole di sveglia e modalità di trasmissione dati. Anche il consumo energetico è gradualmente aumentato.

In modalità standby, Bluetooth e il chip di accompagnamento sono in stato di sospensione, in attesa di alcune parole di sveglia nell'ambiente circostante. Un modo per ottenere questo risparmio energetico è quello di utilizzare la funzione di sveglia del microfono vesper, che consuma solo 10? R. Attendere che il suono ambientale superi la soglia preconfigurata. In un tipico caso d'uso del soggiorno, il sistema è in questa modalità 80% del tempo.

Una volta raggiunto il livello soglia, dal microfono verrà attivato un'interruzione e riattivare il chip di accompagnamento; In questo momento, viene inserita la modalità di rilevamento delle parole di sveglia. L'MCU che accompagna il chip può avviare ed eseguire WWE per un periodo di tempo per rilevare se la parola chiave è pronunciata. Soluzioni di terze parti (come il voicespot WWE di retune DSP) possono funzionare sulla corteccia-m4, utilizzando un solo microfono senza utilizzare una soluzione computazionale intensiva di beamforming adattivo multi microfono, che di solito è necessaria per il riconoscimento vocale a medio campo (da 3 a 9 piedi).

Oltre a risparmiare significativamente le risorse del processore, ridurre ogni microfono dal sistema può anche risparmiare da 400 a 650? A (potenza attiva). Se viene rilevata la parola di sveglia, interrompe e attiva il chip Bluetooth per entrare nella modalità di trasmissione dati. Ciò è necessario perché la parola utente dopo la parola di sveglia deve essere trasmessa all'host (come la TV) sotto forma di modulazione del codice di impulso (PCM) o dati compressi.

Se non viene rilevata alcuna parola di sveglia, il sistema tornerà alla modalità standby iniziale. Alcuni chip di supporto, come il chip di QuickLogic, dispongono di hardware dedicato per il rilevamento del suono a bassa potenza (LPSD) per ridurre la potenza media del sistema utilizzata nella modalità di rilevamento delle parole di sveglia. Ad esempio, alcuni suoni della ventola hanno una pressione sonora alta decibel, ma ovviamente non il discorso. L'hardware LPSD ha abbastanza intelligenza per percepire questo e ignorare il suono per evitare inutili consumi energetici aggiuntivi della WWE.

Bluetooth 5.0/le è molto adatto per la modalità di trasmissione dati perché può trasmettere dati in pacchetti on-demand a bassa potenza. Un partner ideale dovrebbe avere abbastanza spazio di archiviazione e potenza di elaborazione per comprimere i dati vocali prima di inviarli ai dispositivi Bluetooth. Un esempio tipico è quello di eseguire opus audio encoder.