Linner降噪无线耳机 NC90 电路与原理分析
通过分析PCBA的芯片信息和丝印信息,反向推断NC90无线耳机的硬件工作原理。
降噪耳机,应该很多人已经了解过了,对于降噪耳机好的好坏利弊,大家也有自己的认识。先看一下NC90的外形图。

很多人知道主动降噪耳机,能实现降噪,但是并不知道降噪中还有区分,而NC90采用的是混合式主动降噪:通过前馈式和反馈式降噪技术结合,达到良好的噪声消除效果。
NC90带有2重降噪模式、常规模式、监听模式,可以通过NC降噪键切换:单击NC键可以循环切换中度降噪 / 深度降噪 / 常规模式;长按NC键1秒,进入监听模式;单击NC键,退出监听模式。

今天我们就通过几张NC90的内部的PCB板来对于NC90的电路与原理进行分析。下图是NC90的内部电路板的正反面的PCB图。我们从下面的一些蛛丝马迹来理解这个系统的组成和工作原理。


蓝牙部分
既然是支持无线蓝牙功能耳机,那么一定有无线蓝牙芯片。放大图片,我们可以看到一个标有CSR标志的一个芯片CSR8635。CSR本身是一个英国的芯片制造商,后来在2015年左右被美国的高通收购。感觉这个芯片本身还是比较老的。不是太明白为什么这个产品要用这么老的产品,价格便宜么?
CSR8635本身支持Bluetooth 4.0, 可以支持一个麦克风的输入。根据数据手册上的电路图,配合着PCB的相关信息,我们可以画出蓝牙部分的框图。

具体的器件在PCB电路板上应该是如下图所示
:

对于麦克风和Jack的连接,可以直接参考如下电路图进行理解。简单来说,就是如果有插头插入Jack, 会使得JACK_DET_PIQ为低,他是接到了一个中断引脚上,CPU就会知道有插头插入,它就会输出控制信号LINE/MIC_PIO使得开关U1进行切换,从而把声音切换到不同的来源。

降噪部分。整个耳机最有特色的部分就是降噪部分,NC90里面有5个麦克风:4个ANC降噪麦克风+1个通话麦克风;刚才我们已经提到了通话麦克风接在了CSR8635上,其他的4个ANC降噪麦克风会接在降噪IC芯片上。从图片上可以看到这个降噪芯片是AS3435。

下面就具体分析一下这个芯片的工作原理和具体电路。AS3435是AMS公司的数字降噪方案。下图是AS3435的diagram.

从上面的框图可以看出,这个降噪芯片可以接两个speaker。从实际的应用来说,它也可以把speaker接在HPL和HPR两端。一个AS3435可以接两个降噪micphone。这两个microphone一个可以配置为后馈式(feedback microphone),另一个可以配置为前馈式(feed forward microphone)。
按照NC90的配置,它配了4个降噪mic,所以要用两个AS3435芯片。芯片内部比较有特色的地方是OTP和可配置的滤波电路,有兴趣的可以自己下载数据手册研究。有问题,我们也可以一起探讨。
下面是相关的参考设计,比较详细地表明了芯片周围器件的连接关系。

NC90耳机的左耳侧后方有一个NC按钮,不同于以往耳机的降噪操控(在降噪和监听之间单击/滑动切换)。这里NC90的操控方式是单击降噪键(NC)循环切换中度降噪/深度降噪/常规模式;长按1秒进入监听模式,单击退出降噪模式。
这是如何实现的呢?从AS3435的数据手册来看,它的实现方式有两种,一种是通过传统的方法,就是单击或者滑动切换。下面的电路就是这种应用的一种。

另一种就是通过另外的一个MCU来进行配置。NC90应该就是通过这种方法。我们也可以从电路板上看到这样一个IC。从下图的丝印我们可以查到这个IC是PIC16(L)F18857。这是一个28个引脚的QFN的单片机,它的片内有56KB的flash, 和4KB的RAM。从PCB来看,它的时钟是用内部的RC时钟,而没有选用外部的时钟。

从图片和芯片的一些参考设计来推断,NC按键应该是连接在pic单片机上,单片机分析NC按键的行为,然后通过Mode/CSCL和ANC/CSDA两线来配置降噪的模式和幅度,即实现单击降噪键(NC)循环切换中度降噪/深度降噪/常规模式;长按1秒进入监听模式,单击退出降噪模式等功能。
另外,NC90的右边耳罩外部金属片是触摸控制设计,在蓝牙无线状态下才能使用。通过双击触摸板可以实现开始/暂停播放音乐;如果蓝牙连接手机中有来电,可以双击接听电话,或者通话完成后双击挂断电话;长按触摸板1秒以上会自动进入监听模式,松手后自动退出监听模式,
这种功能的实现应该是一个触摸传感器连接在pic单片机上,由单片机判断用户的行为,从而实现各种功能。
PCB和外部的连接。
最后我们来标记一下PCB和外部麦克风,speaker,按键,触摸传感器等的连接。

由于条件有限,手上没有实物PCB,没有电路图,只有几张PCB的图片,可能有些地方有偏差,欢迎指正讨论。