Equipe

1. Objetivos

Este trabalho tem por objetivo realizar um estudo aplicado aos fones de ouvido Cisco Series 730, com o intuito de descrever suas características, detalhes de arquitetura e funcionalidades, destacando suas capacidades técnicas, integrações com dispositivos e plataformas, além de aspectos relacionados à usabilidade.

2. Seleção do sistema embarcado

Para este estudo, foi selecionado o Cisco Series 730, um fone de ouvido com sistema embarcado que é um produto de mercado amplamente utilizado em ambientes corporativos e pessoais.

Devido à sua complexidade e funcionalidades avançadas, o Cisco 730 será analisado individualmente, com foco em suas características técnicas, detalhes de arquitetura e recursos, como processamento de áudio, integração com dispositivos e capacidades de comunicação com e sem fio.

Figura 01 - Visão geral Cisco Headset 730.

3. Informações a serem levantadas sobre o sistema

Cisco Headset 730

Os headsets Cisco Series 730 foram projetados para atender às necessidades de profissionais móveis e de escritório, oferecendo uma experiência de áudio premium e adaptável. Equipados com cancelamento de ruído ativo, esses dispositivos garantem comunicações nítidas e sem distrações, além de contar com segurança de nível empresarial para proteger informações sensíveis.

O design moderno e o microfone de alto desempenho garantem qualidade e conforto durante o uso. Com integrações avançadas aos aplicativos e dispositivos de colaboração da Cisco, os headsets Series 730 oferecem uma experiência intuitiva para os usuários e recursos inteligentes de gerenciamento para equipes de TI. Esses diferenciais tornam o Cisco 730 uma solução ideal para aumentar a produtividade e aprimorar a conectividade em ambientes corporativos.

Tabela de Funcionalidades

Tabela 01 - Tabela de funcionalidades.

Listagem de Características

Unidade de processamento(Qualcomm QCC5127):

Um SoC (System on Chip) de áudio Bluetooth é um tipo de chipset integrado que combina diferentes componentes de hardware necessários para gerenciar áudio sem fio via Bluetooth em um único chip. Esses chips são usados principalmente em dispositivos de áudio sem fio, como fones de ouvido, alto-falantes Bluetooth e headsets.

CPU

Tabela 02 - Especificações CPU.

DSP

Tabela 02 - Especificações DSP.

O QCC5127 é um chipset Bluetooth desenvolvido pela Qualcomm. Ele faz parte da linha de processadores da Qualcomm voltados para dispositivos de áudio, como fones de ouvido e alto-falantes, e é projetado para oferecer suporte a funcionalidades avançadas de áudio sem fio premium de baixíssimo consumo de energia.

Figura 02 - Chipset Cisco 730.

Características principais do QCC5127:

Tabela 03 - Características QCC5127.

Memória:

Os fones Cisco série 730 utilizam diferentes tipos de memória para suportar suas funcionalidades avançadas, garantindo desempenho eficiente e experiência de usuário aprimorada.

1. Memória Volátil (RAM)

• Finalidade: Armazenar dados temporários durante a operação do dispositivo, como:
  • Processamento de áudio em tempo real (Cancelamento Ativo de Ruído - ANC, equalização e chamadas).
  • Execução das instruções do firmware e do DSP.
• Capacidades:
  • RAM de Dados: 256 kB, usada principalmente pelo DSP.
  • RAM de Programa: 80 kB, destinada ao armazenamento de código em execução.

2. Memória Não Volátil (Flash)

• Finalidade:
  • Armazenar o firmware dos fones de maneira permanente.
  • Salvar configurações do usuário, como emparelhamentos Bluetooth e preferências de áudio.
• Benefícios:
  • Permite atualizações de firmware via USB-C, garantindo melhorias contínuas.
  • Preserva configurações mesmo após o dispositivo ser desligado.

Sistema Operacional:

Dispositivos de comunicação e/ou transmissão de áudio via bluetooth, normalmente não possuem um sistema operacional propriamente dito em execução. Isso por que a maioria dos comandos envolvem atividades que tem uma ação do usuário, como por exemplo, clicar no botão de "aumentar volume", e requerem uma resposta imediata ao comando, não se justificando a necessidade de um sistema operacional.

Nesse contexto, o que o hardware do cisco 730 executa é um firmware que possibilita a utilização de protocolos de comunicação como o UART, SPI ou o I2C, bem como o controle e execução dos comandos realizados pelo usuário via interface de usuário no hardware físico ou pelo aplicativo.

Os três protocolos estão detalhados na tabela abaixo.

Tabela 04 - Especificações protocolos de transmissão de dados por fio. Fonte: I2C vs SPI vs UART – Introduction and Comparison of their Similarities and Differences

Apesar do cisco 730 se tratar de um dispositivo de transmissão de áudio bluetooth, os protocolos seriais acima são de transmissão cabeada.

Detalhando um pouco mais, isso ocorre por que o áudio enviado via bluetooth, é transmitido/recebido pelo módulo bluetooth via protocolo AVRCP (Audio/Video Remote Control Profile), e o hardware com firmware em execução, processa essa informação que foi recebida ou que será enviada via bluetooth, direcionando comandos dados no próprio headset (aumentar volume por exemplo) para a execução ou vice-e-versa.

O usuário também tem a opção de gerenciar e atualizar a versão do firmware instalado por meio do aplicativo oficial oferecido pela Cisco. Nesse sentido, ainda existe um sistema de notificação via LED para notificar o usuário de que o firmware está em atualização. Essa funcionalidade é melhor discutida na seção Interface com o Usuário (UI).

Sensores e Atuadores:

• Sensores:

  • Microfone: microfones condensadores de eletreto, tem em sua composição um material dielétrico, ou seja, possui uma carga elétrica permanente criando um campo elétrico constante. As ondas sonoras fazem a membrana vibrar, alterando a distância entre as placas do condensador e uma variação na sua capacitância, com isso, gera uma pequena corrente elétrica alternada (proporcional à amplitude e frequência da onda sonora). O sinal elétrico analógico é convertido para o digital (discreto) através do Convesor Analógico-Digital. São integrados via barramento de comunicação digital (como I2S ou 12C), e conectados ao QCC5127 que realiza o processamento digital. A interface I²S (Inter-IC Sound), interface de barramento serial eletrônico, usada para integradar dispositivos de áudio digital.

    Configurações do microfone:

    Funcionalidade	Descrição
    Cancelamento ativo de ruído	4 Microfones com 3 modos de cancelamento de ruído. 1º Adaptativo – Ajusta-se automaticamente ao ambiente; 2º Manual – Configurado no aplicativo; 3º Ambiente – Com capacidade de ouvir conversar no ambiente;
    Proteção auditiva	Proteção de sons superiores a 118 dB (A), contra choque acústico.
    Tipo do microfone	Consiste em 2 Microfones Condensadores de Eletreto (ECMs) direcionais, integrados exclusivamente para minimizar o ruído indesejado, melhorar a voz do usuário e cancelar os conversadores de fundo
    Direcionalidade do microfone	Unidirecional
    Resposta de frequência	80 a 6800 Hz

Tabela 05 - Configurações do Microfone.

• Sensor de Bateria: monitura o nível de carga de bateria do fone, com a funcionalidade de notificar o usuário quando a bateria está em um nível baixo.

• Sensor infravermelhos: são sensores inteligentes integrados no fone para detectar quando o usuário coloca ou tira o fone de ouvido.

• Atuadores:

  • Alto-falante: o som do fone vem a transformação de sinais digitais em vibrações sonoras. O sinal digital é convertido pelo Conversor Digital-Analógico (DAC), amplificado o sinal e depois realiza a vibração mecânica em uma membrana criando ondas sonoras.

    Configurações do alto-falante:

    Funcionalidade	Descrição
    Tipo de alto-falante	Estéreo
    Tamanho do alto-falante	40 Mm
    Impedância do alto-falante	32 ohms
    Largura de banda do alto-falante	20 Hz a 20 kHz

    Tabela 06 - Configurações de auto-falante.

  • LEDs: luzes para dar informações sobre o status do fone de ouvido, como se está ligado ou desligado, status de energia, tipo de conectividade, por exemplo se o Bluetooth está conectado, mostrar modos de operação, e sobre a conectividade do dispositivo.

    • LEDs conexão USB-C (estado do sistema):

      Funcionalidade	Descrição
      Verde sólido	Totalmente carregado
      Verde piscando	Alto (duração de 15 horas ou mais)
      Piscando amarelo	Médio (duração entre 15 e 5 horas)
      Piscando vermelho	Baixa (duração de 5 horas ou menos)
      Alternando vermelho, amarelo e verde	atualização do firmware

    Tabela 07 - LEDs USBC.

    • LED Bluetooth:

      Funcionalidade	Descrição
      Azul piscando	Fone de ouvido no modo de emparelhamento
      Azul constante e, em seguida, apagado	Conexão Bluetooth bem-sucedida

    • LEDs chamadas:

      Funcionalidade	Descrição
      Vermelho sólido	Ocupado
      Piscando vermelho	Chamada recebida

    Tabela 08 - LEDs chamadas.

  • Os drivers de áudio são componentes fundamentais do fone de ouvido, responsável pela reprodução do som, transformando sinais elétricos amplificados em ondas sonoras, também desempenham as funções dos modos de cancelamento de ruído, personalização do som com a funcionalidade de equalização.

  • Motores de vibração: resposta tátil de algumas funções do fone de ouvido, botões e sensores inteligentes.

  • Botões:

    Funcionalidade	Descrição
    Liga/Desliga	Ligar ou desligar o aparelho
    Volume	Aumentar ou desligar o som
    Chamada	Atender, rejeitar, silenciar, colocar em espera e encerrar chamada
    Mudo	Colocar microfone no mudo
    Passador	Realizar a troca de música, próxima ou anterior
    Interruptor de sensores	Selecionar o cancelamento de ruído ou deligar
    Começar/Pausar	Começar ou pausar a música

Tabela 09 - Botões.

Interfaces de Comunicação com fio:

Tipo de Conexão

Os fones vêm com um cabo P2 (3,5 mm) incluso, permitindo conectividade com dispositivos analógicos, como:

• Smartphones com entrada de fone de ouvido.
• Computadores e laptops sem Bluetooth.
• Sistemas de entretenimento em aviões.

Figura 03 - Chipset.

Controles e Funcionalidades

• Algumas funcionalidades, como, controle de chamadas e ajuste de volume podem ser limitadas no modo P2.
• A conexão P2 oferece uma transmissão de áudio analógica com boa qualidade, embora não permita aproveitar recursos digitais avançados, como equalização personalizada.
• A entrada P2 permite que os fones funcionem mesmo quando a bateria está descarregada o que é Útil em situações onde o Bluetooth não seja viável.

Interfaces de Comunicação sem fio:

A principal interface de comunicação sem fio dos fones Cisco 730 é o Bluetooth® (5.0), permitindo:

Figura 04 - Antena.

• Maior alcance: Aproximadamente 30 metros em ambientes sem barreiras.

• Menor consumo de energia: Permite maior duração da bateria.

• Melhor estabilidade: Reduz interferências, especialmente em ambientes com múltiplos dispositivos Bluetooth.

• Suporte a criptografia avançada, protegendo os dados transmitidos de interceptações

• Os fones suportam vários perfis de Bluetooth, incluindo:

  • HSP (Headset Profile): Para chamadas de voz simples.
  • HFP (Hands-Free Profile): Para chamadas de áudio e comandos de voz.
  • A2DP (Advanced Audio Distribution Profile): Para áudio de alta qualidade, como música.
  • AVRCP (Audio/Video Remote Control Profile): Para controle de reprodução de mídia.

• Pode se conectar a dois dispositivos simultaneamente, permitindo alternância fácil entre, por exemplo, um laptop e um smartphone.

Unidades de Entrada/Saída (I/O):

O chipset Qualcomm QCC5127, possui diversas unidades de entrada/saída em sua arquiteura:

Figura 05 - Unidades de entrada e saída.

• GPIO (General Purpose Input/Output): Interação com o botões e indicadores visuais (LEDs). As funcionalidades de entradas são pelos botões, passadores e sensores tátil, onde são processados pelo processador. Já os LEDs (output), possuem a funcionalidade de status do dispositivo, ou seja, trazer informações ao usuário.

• Conversor Analógico-Digital e Digital-Analógico: Presente no Qualcomm® QCC5127 System-on-Chip (SoC) e com a funcionalidade de converter sinais analógicos dos microfones em sinais digitais. Também responsável por transformar sinais digitais em sinais analógicos para a reprodução do áudio para os alto-falantes, tratamento de ruídos e equalização de áudios.

• PWM (Pulse Width Modulation): Com suporte no SoC, o PWM é usado para um controle mais preciso dos sinais analógicos, oferecendo portanto áudio de melhor qualidade, funcionalidade de tratamento de ruídos, e também pelo controle dos LEDs, fazendo eles piscarem, utilizando da intensidade dos LEDs.

Fonte de Energia e Sistema de Alimentação:

• Tipo: O Cisco Headset 730 utiliza bateria de íons de lítio (Li-ion) integrada, projetado para oferecer longa duração de bateria, pois exige baixo consumo de energia de seus componentes e exige um carregamento rápido. Ultrabaixo consumo de energia pelo chip, pois foi projetado para oferecer um consumo de energia eficiente.

  

Figura 06 - Bateria.

• Gerenciamento de Energia e Supervisão de energia: O Headset possui um chip dedicado ao controle e distribuição de energia para todos os componentes, Integrated Power Management Unit (PMU), Unidade de gerenciamento de energia integrada. Esse chip controla a regulação de tensão, ou seja, ele é responsável por distribuir as tensões corretas para cada componente presente no headset. Gerenciamento de energia demonstrando detalhes do nível de bateria e por último a proteção contra sobrecorrente e curto-circuito.

  Configurações elétricas:

  Funcionalidade	Descrição
  Faixa de Tensão de Operação	Geralmente opera dentro de uma escala de 1.8V a 3.3V
  Consumo de Energia	Projetado para uso eficiente de energia, pois foi projetado para uso ultrabaixo de consumo de energia
  Faixa de Frequência	Suporta faixas de frequência específicas necessárias para suas funções de comunicação

  Tabela 10 - Configurações elétricas.

  Características Térmicas:

  Funcionalidade	Descrição
  Resistência Térmica	O pacote CSP (pacote de escala de Chip - P124) oferece um bom desempenho térmico devido ao seu design compacto
  Temperatura de funcionamento	Opera dentro de uma faixa de temperatura de 0 a 40°C
  Temperatura não operacional	-10 a 60°C

Tabela 11 - características Térmicas.

Firmware e Atualizações:

• Firmware: O firmware do fone é fundamental para o controle de instruções do hardware, sendo um software que realiza as operações fundamentais do headset, como drivers, gestão de bateria, conectividade e processamento de áudio.

• Atualizações Over-the-Air (OTA): As atualizações de firmware corrigem erros, melhoram a experiência do produto e acrescentam novas funcionalidades. O fone pode ser atualizado remotamente ou via cabo USB. Para atualizar remotamente é necessário emparelhar o fone com algum aparelho e entrar no software para realizar o download e atualizar o fone. Atualização via cabo também segue a mesma ideia, conectar o fone a um computador entrar no software, realizar o download e carregar no headset, tempo de atualização geralmente levam de 7 a 10 minutos.

Unidade de Proteção e Segurança:

Interface com o Usuário (UI):

A Interface com o usuário no Cisco 730 é realizada principalmente pela utilização de botões e Leds de indicação para o estado de algumas das funcionalidades do produto.

Alguns desses botões são compartilhados entre funções, como por exemplo o bluetooth e o botão de energia. Já os LEDS tem diferentes padrões de exibição (como luz azul sólida, ou luz azul piscando por exemplo) que são utilizados para indicar diferentes estados de funcionamento das funções do produto. Dessa maneira, são atendidos os principios de feedback constante para o usuário e a possibilidade de atingir seu objetivo em até 3 cliques.

Por exemplo, para ligar/desligar o aparelho, controle de volume, pareamento bluetooth, carregamento de bateria, avançar/retroceder em músicas ou áudios, atender/desligar chamadas são todas funcionalidades que são controladas via botões e LEDs indicativos. Abaixo na Figura 07 está a visão geral das interfaces de usuário no Cisco 730.

Figura 07 - Desenho das interfaces com Usuário (UI) do headset Cisco 730. Fonte: Cisco Headset 730 Quick reference guide.

Ligar/Desligar

Para ligar e desligar o aparelho é utilizado o botão do tipo switch, compartilhado com a função de pareamento de bluetooth.

Figura 08 - Botão de energia do Cisco 730. Fonte: Cisco Headset 730 user guide.

No estado do aparelho em que está desligado, o botão fica completamente deslizado para baixo. Para ligar, basta desliza-lo para cima até que ele fique centralizado no espaço que tem para deslizar.

Assim que o aparelho é ligado, o usuário recebe uma notificação de voz pelo próprio fone, com a informação de bateria restante. Esse mesmo tipo de notificação também é enviado quando resta menos de 1 hora de uso de bateria.

Um LED de energia, localizado logo abaixo do ícone de energia abaixo do switch de controle, também é acendido, e pode assumir algumas cores para indicar o estado da bateria (Figura 09)

Figura 09 - LED indicativo de energia do Cisco 730. Fonte: Cisco Headset 730 user guide.

Vale ressaltar que o botão switch é usado de maneira bastante eficiente controlando não apenas o estado ligado/desligado do aparelho como o bluetooth, por meio de um mecanismo de retração automática do botão.

Controle de volume

O controle de volume é feito pelos botões na lateral do headset, o botão que aumenta o volume fica na parte superior e o que diminui na parte inferior, conforme mostra a Figura 10.

Figura 10 - Botões de controle de volume do Cisco 730. Fonte: Cisco Headset 730 user guide.

Controle de chamadas

O controle de chamadas fica na lateral esquerda, oposta ao lado de controle de volume e de andamento de mídia conforme ilustrado na Figura 11, e é realizado apenas por um botão.

Figura 11 - Botão de controle de chamadas do Cisco 730. Fonte: Cisco Headset 730 user guide.

O aparelho utiliza notificações sonoras para informar o usuário de eventos relacionados a chamadas, de modo que botão suporta alguns tipos de interação que realizam diferentes atividades. São elas:

1. Atender uma chamada recebida: 1 clique rápido após notificação de "incoming call"
2. Desligar uma chamada em andamento: clicar e segurar por 2 segundos, durante uma chamada
3. Rejeitar uma chamada recebida: 2 cliques rápidos após a notificação de incoming call
4. Colocar a chamada em espera: 1 clique rápido durante uma chamada

Além disso, é também possível ativar e desativar o mudo do microfone a qualquer momento utilizando um botão dedicado na parte lateral superior esquerda do produto, conforme exibido na Figura 12.

Figura 12 - Botão de controle do microfone do Cisco 730. Fonte: Cisco Headset 730 user guide.

Para ativar ou desativar o mudo, basta 1 clique rápido no botão.

Também com relação às chamadas, existe um led nas duas laterais do headset, que atua como um feedback visual de que o usuário está em chamada/ocupado ou recebendo uma ligação. O status ocupado é ativado sempre que o mudo do microfone está ativado, ou quando uma chamada está em andamento e caracteriza-se pelos LEDs acesos na cor vermelha. O status de chamada recebida por sua vez é caracterizado pelos LEDs piscando também em vermelho.

Figura 13 - LEDs de chamada/ocupado do Cisco 730. Fonte: Cisco Headset 730 user guide.

Controle de músicas/áudios

Para tocar/pausar e avançar/retroceder em músicas e áudios, pode-se utilizar os botões dedicados na lateral direita do Headset (Figura 14). Os botões identificados com os símbolos "<" e ">" são respectivamente de retroceder e de avançar, ao passo que o botão central é usado para tocar/pausar.

Figura 14 - Botões de controle de música e áudio do Cisco 730. Fonte: Cisco Headset 730 user guide.

Controle de Cancelamento de ruído

Outra funcionalidade oferecida pelo Cisco 730 é a de cancelamento de ruído externo, e ativação de som ambiente.

Para essa finalidade, existe um botão switch dedicado na parte traseira direita do headset (Figura 15).

Figura 15 - Switch de controle de cancelamento de ruído e som ambiente do Cisco 730. Fonte: Cisco Headset 730 user guide.

O som ambiente serve para que o headset possibilite o usuário de ouvir sons ao seu redor com mais clareza, como se não estivesse usando o fone. Já o cancelamento de ruído pode ser usado para o contrário, cancelar todos os sons externos o máximo possível, isolando o usuário. As possibilidades de interação são como segue:

1. Switch na possição central: Som ambiente e Cancelamento de ruído desligados.
2. Switch na posição superior: Som ambiente ativado, Cancelamento de ruído desligado.
3. Switch na posição inferior: Cancelamento de ruído ativado, som ambiente desligado.

Controle de estado do pareamento Bluetooth

O pareamento bluetooth pode ser verificado por meio do led de controle de estado e controlado por meio do mesmo switch de energia do aparelho. O LED localiza-se logo acima do simbolo de bluetooth impresso acima do switch no lado esquerdo do headset.

Cada sequência de led possuí um significado conforme exibido na Figura 16.

Figura 16 - LEDs de feedback do estado de pareamento bluetooth do Cisco 730. Fonte: Cisco Headset 730 user guide.

Para iniciar o pareamento, basta levantar o switch e segurar por alguns segundos, uma notificação sonora informa o usuário que o dispositivo já está em pareamento e o Led fica azul piscando.

Quando a conexão é bem-sucedida, o led fica azul por alguns segundos e em seguida apaga.

O botão também pode ser usado para apagar todos os dispositivos pareados, que são no máximo 9, segurando o switch para cima por 9 segundos. Uma notificação sonora informa o usuário que os dispositivos foram removidos e o usuário pode começar a parear novos dispositivos.

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• Processamento avançado de sinais digitais.
• Memória não volátil para armazenamento de firmware e configurações.
• Conectividade sem fio (Bluetooth, Wi-Fi ou ambos).
• Integração de tecnologias de áudio avançadas.

6. Referencial Bibliográfico

J. Chen and S. Huang, "Analysis and Comparison of UART, SPI and I2C," 2023 IEEE 2nd International Conference on Electrical Engineering, Big Data and Algorithms (EEBDA), Changchun, China, 2023, pp. 272-276, doi: 10.1109/EEBDA56825.2023.10090677. keywords: {Resistance;Protocols;Power demand;Transmitters;Wires;Full-duplex system;Receivers;UART;SPI;I2C},

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QUALCOMM. QCC5127: QCC5100 Series Premium Bluetooth Audio SoC. Disponível em: https://www.qualcomm.com/products/internet-of-things/consumer/audio/qcc5100-series/qcc5127. Acesso em: 3 dez. 2024.

FCC ID. FCC ID LDKHS7302077. Disponível em: https://fccid.io/LDKHS7302077. Acesso em: 4 dez. 2024.

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CISCO. Cisco Headset 700 Series Datasheet. Disponível em: https://www.cisco.com/c/en/us/products/collateral/collaboration-endpoints/headset-700-series/datasheet-c78-743083.html. Acesso em: 1 dez. 2024.

CISCO. Guia do usuário do Fone de ouvido Cisco 730. 2021. Disponível em: https://www.cisco.com/c/dam/en/us/td/docs/voice_ip_comm/cuipph/Headsets/730/QRG/Localization/730_QRG-pt_BR.pdf. Acesso em: 4 dez. 2024.

EMBARCADOS. Comunicação I2C. 2024. Disponível em: https://embarcados.com.br/comunicacao-i2c/. Acesso em: 4 dez. 2024.

SEMICONDUCTORS, P. I2S bus specification. 1986. Disponível em: https://www.sparkfun.com/datasheets/BreakoutBoards/I2SBUS.pdf. Acesso em: 4 dez. 2024.

WEBEX. Agrade o firmware do Cisco Headset 730. 2024. Disponível em: https://help.webex.com/pt-br/article/npfm5s/Agrade-o-firmware-do-Cisco-Headset-730. Acesso em: 4 dez. 2024.

WEBEX. Get iniciado com o headset 730. 2024. Disponível em: https://help.webex.com/pt-br/article/nxxey0cb/Get-iniciado-com-o-headset-730. Acesso em: 4 dez. 2024

WEBEX. Notas de versão do Cisco Headset 730. 2024. Disponível em: https://help.webex.com/pt-br/article/risde3/Notas-de-versão-do-Cisco-Headset-730. Acesso em: 4 dez. 2024