マイクロ波技術 - 超低電力Bluetooth音声リモートコントローラの設計方式

仮想アシスタントは、家庭内のより多くのデバイスに統合されています。Amazonは最近、アスリラ、メガネ、指輪を含むAlexaのための様々な新しい装置を発売し、消費者に情報を入手する方法を提供した。これらの新しい音声製品の定期的なテーマは、携帯電話や他のホストに簡単に接続し、指示を聞くことができるワイヤレスとハンズフリーです。その内部のテクノロジーは、ワイヤレス接続と音声コマンドを認識するためにウェイクアップワードエンジン（WWE）を実行している特別な埋め込まれたプロセッサーを支持しているブルートゥースRFチップセットです。

この傾向のもう一つの例は、あらゆる新しいフラットパネルテレビ、セットトップボックスとメディアプレーヤーが遠隔操作を備えているということです、そして、彼らはすぐに完全に無線でハンズフリーです。もちろん、あなたが音声制御を望むとき、多くの人々はまだ古い赤外線の視線遠隔操作モードまたは重要な対話を使います、しかし、これらは間もなく時代遅れです。ユーザーは、シームレスにコマンドに応答することができますデバイスを必要としないキーを押してキーを押してキーキーのようなキーを押します。アマゾンの近くの電子製品の波と同様に、テレビリモコンの次世代はワイヤレスでハンズフリーです。

しかし、リモートコントロールのデザインはまた、いくつかのユニークな課題をもたらします。たとえば、リモートコントロールは、通常再充電可能ではありません彼らは通常、標準的な単3電池を使用します。リモートコントロールは、ノイズの多い環境でよく実行するだけでなく、あなたの体から3〜9フィート離れている必要があります。また、ホストデバイス（テレビなど）にワイヤレスで情報を送信することもできます。

さらに、消費者は頻繁に交換する必要がない耐久性のある電池を使用することを好む。本質的には、リモートコントローラの性能は、Amazonのエコードットと同じである必要がありますが、同時に、消費電力は、インイヤーヘッドホンよりも少ない。

強力で、エネルギー効率の良い遠隔操作を設計することは挑戦です。各々の改善がバッテリ寿命を延長するので、革新的なブルートゥース解決と音声処理解決は必要です。

Bluetooth 5.0 / LEを使用して伝統的な赤外線のいくつかの問題を解決します。まず、Bluetoothは標準的なソリューションですので、デバイスは簡単に既存のBluetoothデバイスと通信することができます。加えて、ブルートゥース5.0 / LEは、無線遠隔操作に非常に適しているWiFi装置のそれに相当する伝達範囲を提供します。従来のブルートゥース解決は、より大きなバッテリー容量とより少ない消費電力を持つ携帯電話とラップトップのために最適化されました。

Atmosicの革新的な解決は、5 xによってかなりの電力消費を減らすことができて、競争的解決と比較して3～5 xでバッテリ寿命を広げます。

非常に低い電力消費を伴うブルートゥース設計に加えて、二次的なウェイクアップ受信機を使用することもできる。受信機の電力消費は、（標準受信機の20倍から50倍低い）ことができ、従って、全Bluetooth SoCは深いスリープ状態に入ることができるデバイスは別のホストの特別なモードで目覚めることができます。特別なリモートコントロールの少ない数にしか適用できないので、ここではこの技術を詳しく紹介しません。

第3の低電力技術は、バッテリ寿命を延ばすためにRF無線エネルギーを得るために、エネルギー収集を使用する。多くの家庭や建物は、リモートコントロールがテーブルの上に配置されたときに収集することができます（通常はISMバンド）、高エネルギーの多くを持っています。エネルギーレベルによれば、デバイスは数十マイクロワットのエネルギーを得ることができる。究極の目標は、可能なときにバッテリ電源を交換し、数年にバッテリーの寿命を延長することです。現在，リモートコントローラの耐用年数は6〜9か月である。産業用および専用の遠隔制御のために、他のエネルギー技術も、太陽エネルギー、熱エネルギーおよびスポーツエネルギー収集のような、使うことができる。

前述のように、本当のハンズフリー操作を達成するために、遠隔操作は同時にスマートスピーカーのように働かなければなりません、しかし、それはまた、耳のヘッドセットとして省エネルギーでなければなりません。QuickLogicのような会社は、ブルートゥースチップセットでこの挑戦に対処するために非常に最適化されて、超低電力支持装置を開発しました。

Bluetoothに接続された音声リモートコントローラは基本的に3つのモード：スタンバイモード、ウェイクアップワード検出モードとデータ伝送モードがあります。消費電力も徐々に増加する。

スタンバイモードでは、Bluetoothと付随するチップは、スリープ状態にある、周囲の環境でいくつかのウェイクアップの単語を待っている。この省エネを達成する一つの方法は、わずか10を消費するベスパーのマイクウェイクアップサウンド機能を使用することですか？A .周囲の音を待つ前に、設定済みのしきい値を超える。典型的なリビングルームユースケースでは、システムはこのモードの80 %です。

一旦閾値レベルに達すると、割込みはマイクから発されて、付随するチップを目覚めさせるこのとき、ウェイクアップワード検出モードが入力される。チップに伴うMCUは、キーワードが話されているかどうか検出するために、WWEを起動し、WWEを実行することができる。第3のパーティション（例えばRetune DSPのVoiceSpot WWE）は、マルチフィールド（3～9フィート）音声認識のために通常必要とされるマルチマイク適応ビーム形成の計算集約的な解決を使用せずに1つのマイクだけを使用しているCortex - M 4で動くことができます。

大幅に節約プロセッサリソースに加えて、システムから各マイクを減らすことも400〜650を節約することができますか？アクティブパワー。ウェイクアップワードが検出されるならば、それは中断して、データ伝送モードに入るためにブルートゥースチップを起こします。これは、ウェイクアップワードの後のユーザワードが、パルスコード変調（PCM）または圧縮データの形態でホスト（例えばテレビ）に送信される必要があるので必要である。

ウェイクアップワードが検出されない場合、システムは初期待機モードに戻る。QuickLogicのチップのようないくつかのサポートチップは、ウェイクアップワード検出モードで使用される平均システム電力を減らすために低電力音検出（LPSD）ハードウェアを専用している。例えば、ファンの音にはデシベル音圧がありますが、明らかにスピーチはありません。LPSDハードウェアは、WWEの不必要な追加電力消費を避けるために、これを感じて、音を無視するのに十分な知性を持ちます。

Bluetooth 5.0 / LEは低電力オンデマンドパケットでデータを送信できるので、データ伝送モードに非常に適しています。理想的なパートナーは、ブルートゥース装置にそれを送る前に十分な保管スペースと音声データを圧縮する処理力を持っていなければなりません。典型的な例は、Opusオーディオエンコーダを走らせることです。