基于高通QCC3031 Class1之TWS藍(lán)牙音箱設(shè)計方案

核心技術(shù)優(yōu)勢/方案詳細(xì)規(guī)格/產(chǎn)品實體圖/PCB/方塊圖Datasheet/測試報告/Gerber/Schematics/User manual +一鍵獲取

QCC3031是一款入門級可程式設(shè)計藍(lán)牙音訊SoC，專為優(yōu)化的藍(lán)牙音箱而設(shè)計?；跇O低功耗架構(gòu)，支援高通aptX?和aptX HD音訊、并可開啟TWS功能將左右聲道輸出到兩個QCC3031藍(lán)牙音箱再配合高通獨有可控制開啟外部2.4 GHz TRANSMIT/RECEIVE射頻芯片將輸出功率加大、支援最高到1.8A的充電電流設(shè)計，更可以讓音樂享受不受間斷和距離的打擾。

QCC3031采用QFN封裝，旨在為客戶提供有助于縮短開發(fā)時間和成本的解決方案。除了高品質(zhì)的Analogue Audio 輸出界面之外，另可程式化的Digital audio 豐富音源輸出，輸入方面除了無線藍(lán)牙之外，有線輸入支援USB音源撥放，還可以設(shè)定成wire in的方式讓你聆聽音樂的方式不再受到限制。

現(xiàn)在將透過硬體設(shè)計的規(guī)范、測試和軟體的設(shè)定來幫助你如何快速設(shè)計高通QCC3031 Class 1 TWS藍(lán)牙音箱。

硬體設(shè)計
在硬體線路設(shè)計方面，除了QCC3031基本線路之外，我們另外考慮外部線路，此次設(shè)計不用QCC3031原來的Analogue Audio 輸出界面，而是另外設(shè)計Digital I2S界面，并留出控制外部2.4 GHz TRANSMIT/RECEIVE射頻芯片開啟腳位來達(dá)到無線輸出大功率的設(shè)計。三個按鍵足以應(yīng)付一般開關(guān)機，配對，大小聲等基本功能，當(dāng)然還可以觸發(fā)TWS功能，開啟、切換EQ等進階功能應(yīng)用。三個LED的設(shè)計也可以讓你在使用藍(lán)牙音箱時能時時刻刻知道現(xiàn)在藍(lán)牙音箱的狀態(tài)。

電路布局方面，QCC3031外包裝為QFN80 pins設(shè)計，周邊零件都可圍繞QCC3031來做擺放，不需雙面元件擺放來設(shè)計。

除了RF和Crystal下方不能有任何連接線經(jīng)過之外，在傳輸線的四周和帶通濾波器下方也盡量鉆孔連接下方的大地層。

此外還需特別注意1.8V 和1.1V SMPS buck 線路，保持SMPS周邊零件靠QCC3031 擺放除了可以避免PCB板的雜散電感而造成的電壓雜訊，并可以限制EMI的產(chǎn)生。

當(dāng)然其馀的濾波和穩(wěn)壓電容也是靠近QCC3031腳位擺放。

軟體設(shè)定
在軟件方面，高通除了Mutlicore Development Environment(MDE)開發(fā)環(huán)境之外，還有ADK Configuration tool 可以用來做按鍵觸發(fā)和I2S，TWS功能設(shè)定、LED顯示、音源輸出設(shè)定，然后再搭配QCAT來調(diào)整cVc和Music EQ效果。

關(guān)于I2S輸出設(shè)定，首先要在Project 內(nèi) Enable wire 的功能Properties/Project : ENABLE_WIRED

然后在fw_cfg_filesystemcommonsubsys3_config1.htf 設(shè)定I2S的腳位。

# Select PIOs for I2S interface 0 and 1: SCK, WS, MCLK, SD_OUT, SD_IN.
PcmPioConfig = [ 10 11 ff 12 13 ]

Build All和Deploy All之后還要再進入ADK Configuration tool去做Channel Allocation的設(shè)定。這邊須注意如果要看到I2S的選項一定要在前一步驟Enable-Wired之后才會出現(xiàn)。

我們在ADK Configuration tool 工具內(nèi)Configuration Set > Audio > Output > Channel Allocation底下將Endpoint Hardware Type改成 I2S。

如果要開啟TWS音箱的功能，也要在Properties/Project : enable_peer_device 選擇ENABLE_PEER_TWS_PEER_AVRCP。

啟動ADK configuration tool 關(guān)閉ShareMe的設(shè)定，Configuration Set > Peer Device Support > ShareMe

在Configuration Set > Peer Device Support > True Wireless Stereo設(shè)定TWS和Audio Source的來源。

以上完成軟體的所有設(shè)定之后Write Device 接著就可以Disconnect form Device。

當(dāng)HSP/HFP或A2DP 連接完成后，就可以看到I2S的輸出，再搭配Stereo I2S Audio Amplifier即可以推動大瓦數(shù)的喇叭。

QCC3031本身提供aptX Classic + aptX-HD Decoders高音質(zhì)較少損耗的無線音樂品質(zhì)，除了喇叭單體和音箱結(jié)構(gòu)設(shè)計來調(diào)整音質(zhì)之外，另外可借由QACT（Qualcomm Audio Calibration Tool）來調(diào)試基于DSP的語音和音頻后處理模塊。使用QACT可以直接在線修改參數(shù)，讓調(diào)試音樂變的直覺化、十分方便。在此我們要介紹并導(dǎo)入EQ的調(diào)整和參數(shù)寫入，讓藍(lán)牙音箱有更多樣且豐富的音樂享受。在使用調(diào)試EQ前必須先設(shè)定要開啟EQ，關(guān)掉，切換EQ等按鍵動作，這部分也是透過ADK Configuration Tool來設(shè)定。

QACT針對QCC3031只支援在線修改參數(shù)，所以必需先建立A2DP連線, 打開QACT進入工具調(diào)試。

進入QACT的畫面之后，點選上方DSP/Monitor Statistics。然后在右邊視窗的Ovverride從PTHru改成Full才可以立即感受到音樂的即時變化。

點選Equalizer, 進入調(diào)整畫面就可以編輯EQ, QCC03031支援最多10個stage的設(shè)計，可用按鍵切換高達(dá)7組的EQ。

待調(diào)整完成后、將存入的參數(shù)值填入user_ps_filesystem/subsys3_psflash.htft檔案中即可。

Class 1 設(shè)計:
在開啟控制外部Tx/Rx路徑之前，我們必須利用高通MDE開發(fā)環(huán)境加入開啟外部2.4 GHz TRANSMIT/RECEIVE射頻芯片的設(shè)定指令，之后并設(shè)定控制發(fā)射和接收的GPIO腳位。硬體方面，這里選用2.4 GHz 2401C TRANSMIT/RECEIVE 射頻前端芯片將輸出功率放大到小于+20dBm。軟體方面控制參數(shù)須放置在QCC3031專案內(nèi)的路徑 dev-cfg_filesystemsubsys1_config2.htf的檔案內(nèi)。利用三行編碼指定所需QCC3031硬體的TX(發(fā)射)和RX(接收) GPIO腳位來控制外部2.4GHz射頻前端模組即可。待設(shè)定完之后再做軟體燒錄即完成軟體設(shè)定動作。以下所有測試動作，設(shè)定使用QCC3031 GPIO20當(dāng)接收控制腳位，GPIO21當(dāng)發(fā)射控制腳位來測試。

PSKEY_TXRX_PIO_CONTROL = 1

PSKEY_TXRX_PIO_RX = 20

PSKEY_TXRX_PIO_TX = 21

設(shè)定好TX/RX 開啟腳位后，如何驗證其功能和效能就相對的重要。高通Bluetest3測試工具則提供藍(lán)牙測試基本指令，透過Bluetest3我們可以用來觀察GPIO的輸出并設(shè)定開啟的時間周期和封包來達(dá)到藍(lán)牙測試規(guī)范的要求。另外在藍(lán)牙射頻測試規(guī)范中針對Class 1 的產(chǎn)品必須要加測RF/TRM/CA/BV-03-C [Power Control]和RF/TRM/CA/BV-14-C [Enhanced Power Control]這兩項測試。針對RF/TRM/CA/BV-03-C [Power Control]和RF/TRM/CA/BV-14-C [Enhanced Power Control]測試規(guī)范，要求:

• 功率控制每一階(step size): 2dB< step size< 8 dB
• 最小輸出功率小于+4dBm

利用Bluetest3執(zhí)行三個測試指令 CFG FREQ、CFG PKT和TXDATA1來調(diào)整Basic Rate 和Enhanced Data Rate 的發(fā)射功率并符合功率控制測項的要求，以下設(shè)定以3DH5封包格式來做測試。

根據(jù)藍(lán)牙測試規(guī)范有關(guān)輸出功率的測項Payload格式是PRBS9，在Bluetest3中的TXDATA1 Payload定義就是PRBS9。TXDATA1測試指令中，除了要輸入要發(fā)射的頻率外還要填入QCC512x 內(nèi)部功率放大器的參數(shù)。功率放大器的參數(shù)包含了數(shù)位(Digital)和類比(Analog)增益(Gain)的設(shè)定值。類比增益值代表的是內(nèi)部功率放大器的衰減值A(chǔ)ttenuation (0 to 15)，數(shù)位的增益包含了Magnitude (-8 to 7) 和Exponent (0 to 3) 這兩個參數(shù)值，將這三個參數(shù)填入TXDATA1即可得到不同的輸出功率。

當(dāng)然在此步驟可以先用示波器先來確認(rèn)TX的腳位是否有正常運作，從下圖可以看到周期是我們所設(shè)定的6250us(6.25ms)。

 

另外調(diào)整Packet Type 和Packet Size也可以過測試儀器量得并顯示相對應(yīng)的封包格式。

在Class 1的測項中除了量得輸出功率外還須測試power control(功率控制)，在這里我們要利用以上面的步驟分別量得Basic Rate和Enhanced Data Rate七階的輸出功率，然后填入Power Table 并覆寫入芯片當(dāng)中(有關(guān)高通Power Table 的說明，請參考80-cf994-1_ae_qcc512x_bluetooth_power_table_optimization_application_note)，要特別注意的是在這要確認(rèn)功率控制每一階(step size): 2dB< step size< 8 dB。

 

當(dāng)完成Power Table 參數(shù)寫入后，我們也可以透過Bluetest3 ENABLE DUT MODE測試指令來測試Basic Rate和Enhanced Data Rate的輸出功率，功率控制和增強型功率控制?；蚴抢肂luetest3 Tester Interface 來測試Bluetooth Low Energy的輸出功率。

高通 QCC3031為制造商提供一種高效的設(shè)計方式，其軟體開發(fā)環(huán)境MDE和配套的音頻開發(fā)套件ADK Configuration tool，除了可支援開發(fā)TWS功能，并能滿足藍(lán)牙喇叭音箱的需求提供更高瓦數(shù)，更遠(yuǎn)距離和更大電池容量的藍(lán)牙音箱設(shè)計方案。

場景應(yīng)用圖