微波技術 - 超低功耗藍牙語音遙控器的設計方案

虛擬助理集成到家庭中的更多設備中。 亞馬遜最近宣佈，將為Alexa推出各種新設備，包括耳塞、眼鏡和戒指，為消費者提供更多獲取資訊的管道。 這些新語音產品中反復出現的主題是無線和免提，可以輕鬆連接到手機或其他主機，並聽取訓示。 其內部科技是一個支持無線連接的藍牙射頻晶片組和一個運行喚醒字引擎（WWE）的特殊嵌入式處理器，以識別語音命令。

這一趨勢的另一個例子是，每臺新的平板電視、機上盒和媒體播放機都配有遙控器，很快它們將完全無線且免提。 當然，當你需要語音控制時，許多人仍然使用老式的紅外視線遙控模式或按鍵對話，但這些模式很快就過時了。 用戶需要一種能够無縫響應命令的設備，而不是像對講機一樣必須按住通話鍵的設備。 與亞馬遜附近的電子產品浪潮類似，下一代電視遙控器將是無線和免提的。

然而，遠程控制設計也帶來了一些獨特的挑戰。 例如，遙控器通常不可充電； 他們通常使用標準AA電池。 遙控器不僅需要在嘈雜的環境中運行良好，還需要離身體3到9英尺遠。 它還可以將資訊無線傳輸到主機設備（如電視）。

此外，消費者更喜歡使用不需要頻繁更換的耐用電池。 從本質上講，遙控器的效能必須與亞馬遜echo dot相同，但同時功耗低於入耳式耳機。

設計一種功能强大、節能的遙控器是一項挑戰。 需要創新的藍牙解決方案和音訊處理解決方案，因為每一項改進都將延長電池壽命。

使用藍牙5.0/le解决了傳統紅外的幾個問題。 首先，藍牙是一種標準解決方案，囙此設備可以輕鬆地與現有藍牙設備通信。 此外，藍牙5.0/le提供了相當於WiFi設備的傳輸範圍，非常適合語音遙控。 傳統的藍牙解決方案針對電池容量更大、功耗更低的手機和筆記型電腦進行了優化。

與競爭對手的解決方案相比，Atmosic的創新解決方案可將功耗顯著降低5倍，並將電池壽命延長3至5倍。

除了功耗極低的藍牙設計外，還可以使用輔助喚醒接收器。 接收機功耗可以更低（比標準接收機低20-50倍），使整個藍牙SOC進入深度睡眠狀態； 設備可以在另一臺主機的特殊模式下喚醒。 我們在此不詳細介紹這項科技，因為它只適用於少數特殊遙控器。

第3種低功耗科技使用能量收集來獲取射頻無線能量，以延長電池壽命。 許多家庭和建築物都有大量射頻能量（通常在ISM頻段），當遙控器放在桌子上時，可以收集這些能量。 根據能量水准，一臺設備可以獲得數十微瓦的能量。 最終目標是在可能的情况下更換電池電源，並將電池的使用壽命延長到幾年。 現時，遙控器的使用壽命只有6到9個月。 對於工業和特殊用途的遙控器，還可以使用其他能源科技，如太陽能、熱能和運動能量收集。

如前所述，要實現真正的免提操作，遙控器必須同時像智慧揚聲器一樣工作，但也必須像入耳式耳機一樣節能。 QuickLogic等公司已開發出高度優化的超低功耗支持設備，以應對藍牙晶片組的這一挑戰。

與藍牙連接的語音遙控器基本上有3種模式：待機模式、喚醒字檢測模式和資料傳輸模式。 功耗也逐漸新增。

在待機模式下，藍牙和附帶的晶片處於睡眠狀態，等待周圍環境中的一些喚醒詞。 實現這種節能的一種方法是使用vesper的麥克風喚醒聲音功能，該功能僅消耗10？ A、等待環境聲音超過預先配寘的閾值。 在一個典型的客廳用例中，系統80%的時間處於這種模式。

一旦達到閾值水准，麥克風將觸發中斷並喚醒附帶的晶片； 此時，進入喚醒字檢測模式。 晶片附帶的MCU可以啟動WWE並運行一段時間，以檢測是否說出關鍵字。 協力廠商解決方案（如retune DSP的voicespot WWE）可以在cortex-m4上運行，只使用一個麥克風，而不使用多麥克風自我調整波束形成的計算密集型解決方案，這通常是中場（3到9英尺）語音辨識所需的。

除了顯著節省處理器資源外，從系統中减少每個麥克風還可以節省400到650？ A（有功功率）。 如果檢測到喚醒字，它將中斷並喚醒藍牙晶片以進入資料傳輸模式。 這是必要的，因為喚醒字之後的用戶字需要以脈衝碼調制（PCM）或壓縮數據的形式傳輸到主機（如TV）。

如果未檢測到喚醒字，系統將返回初始待機模式。 一些支持晶片，如QuickLogic晶片，具有專用的低功耗聲音檢測（LPSD）硬體，以降低喚醒字檢測模式中使用的平均系統功耗。 例如，一些風扇的聲音具有高分貝聲壓，但顯然不是語音。 LPSD硬體有足够的智慧來感知這一點並忽略聲音，以避免WWE不必要的額外功耗。

藍牙5.0/le非常適合資料傳輸模式，因為它可以在低功耗按需分組中傳輸數據。 理想的合作夥伴應該擁有足够的存儲空間和處理能力，以便在將語音數據發送到藍牙設備之前對其進行壓縮。 典型的示例是運行opus音訊編碼器。