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CI-C22GS02S模块数据手册

概述

CI-C22GS02S模块是一款低成本离线语音应用方案模块，具有通用性好、低功耗高性能的特点，其主芯片为CI1122，可支持200条以内本地命令词的离线语音识别。

图1 模块框图

本模块具有以下主要特点：

• 体积小巧，长X宽为18x20mm，工作电压范围4.5V-5.5V，支持一路麦克风、一路喇叭、2路UART接口、3路PWM接口。其与上位机的连接方式为邮票孔焊接方式，设计有2排邮票孔，可用于回流焊贴片，或在邮票孔上焊接插针将接口引出。

• 其主芯片CI1122支持离线神经网络计算，支持单麦克风降噪增强，单麦克风回声消除，360度全方位拾音，可抑制环境噪音，以保证模块再嘈杂环境中的语音识别性能。本模块的应用不依赖于网络，时延小，识别性能好，可实现97%以上的高识别率、10米超远距离识别、响应时间最快可达0.2S。

• 可以应用于电池供电类能耗等级要求高的产品方案中，运行功耗≤150mW。
• 高可靠性，模块选材均选用工业级器件，通过了双85高温高湿测试等多项可靠性实验。

本模块需搭载配套的上位机主板或调试底板，方可实现其应用。其配套的上位机主板或调试底板状态信息，请登录我司文档中心查看，或咨询我司FAE。

模块主芯片介绍

CI1122是一颗专用于语音识别处理的人工智能芯片，可广泛应用于家电、家居、照明、玩具、穿戴设备、汽车等领域的产品，以实现语音交互及控制。CI1122采用内置的自主研发的脑神经网络处理器BNPU以实现本地语音识别。

CI1122内置高性能低功耗Audio Codec模块，还支持多路UART、IIC、PWM、GPIO等接口。

若需了解CI1122芯片更多的信息，请登录我司文档中心查看，或咨询我司FAE。

模块应用场景

本模块可应用于语音识别前端+客户硬件主控的组合方案，也可作为灯具、玩具等产品的单芯片主控模块应用。

图2 模块作为语音识别前端应用示意图

本模块支持200条以内的离线语音识别命令词，可应用于智能电风扇、取暖桌、晾衣机、小家电、玩具、灯具等多种终端产品。

图3 可应用本模块的终端产品示例

模块规格

模块实物图

图4 模块实物和芯片对应位置图

本模块实物如图4所示，其采用单面贴片工艺方式，主要IC包括语音识别芯片CI1122、音频功放等。其语音识别的工作流程为：语音指令从麦克风输入，经语音识别IC进行语音识别、指令处理后，系统反馈的播报音经音频功放放大后由扬声器完成播报，音频功放的最大驱动功率为1.1W@8Ω或2W@4Ω。

模块尺寸图

图5 模块尺寸图

本模块的结构尺寸如图5所示，用户可根据此尺寸进行应用终端产品的PCB及空间设计。

模块硬件接口定义

图6 模块引脚图

本模块有以下功能接口：

1. 双线单麦克风接口，请在模块的承载底板设计麦克风插座或者焊点，并在麦克风线路上设计ESD器件，为保障模块的语音识别性能，建议采用灵敏度为-32±3dB、信噪比≥65dB的麦克风；
2. 双线单扬声器接口，请在模块的承载底板设计扬声器插座或者焊点，为保障语音播报的音质效果，建议采用带腔体的扬声器；
3. UART0接口可用于模块的固件升级，承载底板上请设计对应的插针以方便后续升级应用；UART1接口可应用于与上位机MCU通讯，PWM信号可应用于灯控或红外控制信号的收发。本模块的所有UART接口均可配置为GPIO口。 本模块的引脚定义及顺序请参考图5和图6。

本模块的引脚定义及功能描述如表2所示：

表2 模块引脚及功能对照表

引脚号	引脚名称	I/O类型	IO驱动能力	IO上电默认状态	功能定义
1	3.3V	P	-	-	3.3V电源输出，Note1
2	PWM3	IO，T+D	4mA	IN，T+D	1.PWM输出通道3 2.GPIO1_4
3	PWM4	IO，T+D	4mA	IN，T+D	1.PWM输出通道4 2.GPIO1_5
4	PWM5	IO，T+D	4mA	IN，T+D	1.PWM输出通道5 2.GPIO1_6
5	GND	P	-	-	地信号
6	RX0	IO，T+U	4mA	IN，T+U	1.UART0_RX 2.GPIO1_7
7	TX0	IO，T+U	4mA	IN，T+U	1.UART0_TX 2.GPIO2_0
8	5V	P	-	-	5V电源
9	MCLK	IO，T+D	4mA	-	1.UART_UPDATE_EN 2.I2S1_MCLK Note2 3.GPIO2_7
10	TX1	IO，T+U	4mA	IN，T+U	1.UART1_TX 2.I2C0_SCL 3.GPIO3_0
11	RX1	IO，T+U	4mA	IN，T+U	1.UART1_RX 2.I2C0_SDA 3.GPIO3_1
12	MICL-	-	-	-	麦克风负极
13	MICL+	-	-	-	麦克风正极
14	SKPL-	-	-	-	喇叭输出
15	SKPL+	-	-	-	喇叭输出
16	GND	P	-	-	地信号
17	5V	P	-	-	5V电源

note1：3.3v输出电流小于50mA。

Note2：该引脚复用两种功能，模块上电时系统会检测该引脚的电平状态，若为高电平则模块进入升级模式，若为低电平则模块正常启动。

上表中的标注符号释义如下：

I input

O output

IO bidirectional

P power or ground

T+D tristate plus pull-down

T+U tristate plus pull-up

OUT power-on defaults to output mode

模块电气特性参数

表3 模块电气特性参数表

参数	条件	最小值	典型值	最大值	单位	备注
模块供电电压	/	4.5	5	5.5	V	NOTE1
模块播音状态电流（正常音量）	8欧2W喇叭	/	110	/	mA	NOTE2
模块工作电流	/	/	67.8	/	mA	NOTE3
安静环境下监听状态电流	5V供电	/	52.8	/	mA	/
芯片IO接口电压	/	3	3.3	3.6	V	/

NOTE1：模块的典型供电电压为5V，若改电压超过5.5V将导致模块损坏。

NOTE2：模块播音状态下5V供电的最大电流可达250mA，按照两倍余量的原则，模块供电电源的电流驱动能力要求不小于500mA。

NOTE3：典型值测试状态为静音状态。最大值测试状态为最大音量播音状态。

模块温湿度参数

表4 温湿度参数表

参数	最小值	典型值	最大值	单位	备注
模块工作环境温度	-20	25	85	°C	/
模块存储环境温度	-20	25	100	°C	/
模块存储湿度	0%	/	5%	RH	/

模块应用

模块承载底板设计参考

使用本模块需要设计承载的上位机底板或调试底板，底板上的模块供电输入端需设计有100uF的电容和5V稳压管，扬声器和麦克风接口处需设计ESD器件。PG_EN引脚需设计通过4.7K电阻上拉到3.3V的预置上拉跳线，以方便通过跳线使能系统升级。 底板上还需设计有UART0引脚的外接排针，以方便模块升级连接。底板的参考设计如下图所示。

图7 底板设计参考图

模块上电及启动

本模块接上5V供电即可启动，上电后扬声器将会播报开机播报音，此时UART口会有打印信息输出，用户可将该UART口通过USB串口调试工具与电脑连接，并在电脑的串口调试窗口查看模块输出的上电打印信息，如图8所示。注意模块的UART接口为3.3V电平接口，若与5V电平的电脑系统对接，需在连接线路中串接电平转换设备。

本模块的5V供电电源经模块上的LDO和DCDC电路转换后，输出系统工作所需的3.3V和1.2V。模块上的音频功放的供电规格也为5V供电，因此模块的5V供电电源需保证不小于500mA的供电电流，要求电源电压稳定，纹波不大于300mVp-p。模块的8脚和17脚均需要外接5V供电。

图8 模块正常启动后的打印信息示例

模块默认命令词

本模块的默认出厂状态为默认固件和命令词状态，客户定制模块的出厂状态为客户定制的固件和命令词状态。默认固件命令词如下图所示：

图9 模块默认固件命令词

模块默认串口通讯协议

默认固件的模块支持串口通讯，用于与上位机或对接的系统通讯。该串口的协议可扩展，有以下特点:

• 完整传输包，包含：头尾，长度，校验，消息类型，消息序列号。
• 支持变长命令，方便扩展。
• 消息类型(命令，通知，回复)。
• 命令消息，可配置，回复ACK。通知消息无ACK。
• 消息格式将与bootloader升级的相同，通过header来与bootloader协议区分。
• 默认波特率使用9600。
• 注意：模块只预留UART0接口，UART0接口默认为打印输出接口。如需UART0作为上述串口协议接口，必须修改代码，修改方式可参照☞CI1122芯片SDK 的串口协议部分文档实现。
• 支持的命令：查询协议版本号，查询系统版本号，设置音量（音量分级在user_config.h中定义），播放本地播报音，复位命令等，具体协议格式如下图所示：

图10 串口协议格式

举例说明1：

A5 FC 07 00 A0 91 18 01 55 E0 01 00 00 1B 9B 02 FB解析如下，

A5 FC：head

07 00:有效数据为7byte

A0 ：这是命令词信息

91 ：命令号码为0x91（本次数据内容为命令词数据）

18 ：包序号，本串口第0x08次外发数据，该数值不断累加

01 55 E0 01 00 00：当前命令词的唯一数据

1B ：命令词阈值

9B 02：累加和

FB：结尾数据

备注：如果应用中仅关注命令词和阈值，则只关注蓝色部分的7个有效数据就可以了。

举例说明2：

A5 FC 02 00 A3 9A 17 00 B1 05 02 FB 解析如下：

A5 FC ：head

02 00：有效数据2byte

A3 ：当前为通知数据

9A ：命令号码为0X9A（本次数据内容为语音模块内容改变）

17 ：本串口第0x07次外发数据，该数值不断累加

00 B1：有效数据。（本数据表示进入唤醒状态）

05 02：累加和

FB：结尾数据

备注：该数据为通知数据，用户可根据实际需要的情况选择使用该信息。

更多的内容解析数据可参考我司软件开发工具包中的串口协议部分，也可咨询我司FAE。下图为串口协议数据参考截图：

图11 串口协议数据参考截图

软件开发

客户可根据应用本模块的终端产品的实际需求，自行开发应用固件，定制系统的命令词、播报词、串口通讯协议以及其他功能。

软件开发流程主要包含以下几个步骤：

• SDK开发包资料下载
• 模型制作（语言模型+声学模型）
• 语音合成
• 命令词信息表与音频文件关联
• 固件打包

具体开发流程及工具请咨询我司FAE。

固件烧录

烧录前准备工作

用户烧录模块固件需准备以下工具：

• 待烧录的模块
• USB转串口工具
• 固件烧录工具（pack_update_tool.exe）
• 固件文件（*.bin格式的文件）
• 系统需要的麦克风和扬声器
• 杜邦线若干

图12 固件烧录需准备的工具

硬件连接并烧录

采用USB TYPE-C 转接线连接模块与电脑，如果没有上述底板，则需要USB转串口工具，如上图所示。烧录前需先将USB转串口工具的电源、地、串口收发引脚分别与模块的对应引脚连接，（注意USB转串口的RXD和TXD分别对应模块的UART0_TX和UART0_RX）、短接模块的PG_EN引进和3.3V上拉引脚。模块烧录的接线图、以及模块背面的丝印图如下图所示。

图13 模块和USB转串口工具连接

打开固件烧录软件工具（该工具可以在SDK开发包中CI1122_SDK\tools目录找到PACK_UPDATE_TOOL.exe），选择对应的芯片型号，点击固件升级按钮，选择需烧录的固件文件，并确认电脑分配给USB转串口工具的串口端口号。准备就绪后，将模块的PG_EN引脚的插针与USB工具上的3.3V短接（以拉高PG_EN管脚电平），然后接通模块供电，模块即可进入固件升级模式，开始下载固件。若电脑无法识别USB转串口工具，请首先安装对应的驱动程序。

图14 固件烧录工具示意图

烧录后功能测试

固件烧录结束后，建议对模块进行功能测试，以确认固件烧录是否成功、固件是否正确。功能测试前模块需接入麦克风呼入扬声器，上电确认是否能有上电播报音，并确认模块是否可响应唤醒词和命令词。

常见问题及排查方法

本章节列举了模块调试及应用过程中，可能遇到的问题及排查方法。

• 模块不能烧录固件 主要排查点：
  1. 模块上电前是否已拉高PG_EN引脚至3.3V；
  2. 串口引脚连接是否正确，TX和RX是否被反接，USB转串口工具及驱动是否正常，PC端烧录工具是否选择了正确的串口号和烧录芯片的型号；
  3. 若上述1、2点无异常，可使用万用表测量模块上的5V、3.3V、1.2V是否正确，使用示波器测量晶体是否有起振波形，频率是否为12.288Mhz，以排查模块硬件故障。模块的各硬件测量点如下图。如上述检查均无异常但仍不能烧录模块的固件，请联系我司FAE获取帮助。

图15 模块测试点分布图

• 模块烧录完成，上电后无播报。 主要排查点：
  1. 确认烧录固件是否与模块匹配；
  2. 确认模块供电正常，扬声器连接正确； 采用示波器测量CI1122芯片的语音输出测试点,若无输出则需确认固件是否正确，若有输出则需检查模块上的音频功放本身及其线路上的器件是否焊接完好，测试点如下图。如上述检查均无异常，请联系我司FAE获取帮助。

图16 模块语音输出测量点

• 模块烧录完成，上电后有播报但不识别命令词： 主要排查点：
  1. 检查麦克风接口处的接插是否完好；
  2. 检查麦克风正负极方向是否插反；
  3. 采用万用表测量主芯片对应的MICBIAS引脚的电压是否约2.8V，使用示波器测量麦克风输入引脚是否有输入的语音波形（示波器每格电压调整为100mv档位）。若语音输入信号正常，则需确认固件是否正确； 若语音输入信号异常，则需排查麦克风输入线路的硬件状态是否有异常，测试点如下图。如上述检查均无异常，请联系我司FAE获取帮助。

图17 模块麦克风信号测试点

其它应用注意事项

• 由于CI1122芯片的ESD性能较好，本模块的设计中没有设计ESD器件。对ESD性能有特殊要求的终端产品，可在配套底板的麦克风、扬声器、电源接口等位置设计ESD器件。

• 建议用户在本模块的检验、产线焊接等生产过程中，要求操作人员佩戴防静电手环、防静电手套或指套等，做好静电防护措施。

• 用户可采用USB转串口工具进行模块软件调试，调试时需在SDK软件中相应位置加上串口打印命令，编译后生成固件并烧录，即可进行调试验证。

• 本模块的所有IO均为3.3V电平接口，若需要连接5V等其他电平的通讯设备，必须串接电平转换电路。

• 本模块的承载底板或上位机主板设计时，本模块的5V供电接口需设计容值不小于100uF的电容和5V规格的稳压管，麦克风输入线路的走线尽量短且需要注意屏蔽，走线线路的PCB背面不得有其它信号走线跨跃；SPK信号走线尽量短而粗，走线线路的PCB背面不得有其它信号走线跨跃。

• 本模块的搭载底板翘曲程度不可大于0.5%，以防止模块焊接不良。

生产指南、存储和包装订购信息

生产存储指南

1. 出应用生产时，需采用SMT贴片工艺贴片，SMT贴片操作时本模块在拆开包装后须于24小时内完成贴片，否则要重新进行抽真空包装。

2. CI-C22GS02S模块存储条件如下：

• 防静电袋真空包装，包装袋储存在温度25±5℃、湿度65%±10%RH的存储环境中。
• 防静电袋真空包装袋里须有干燥剂和湿度卡:

图18 湿度指示卡

3. 打开包装后若发现湿度指示卡有以下变色情况，需在相应烘烤参数下进行烘烤：

• 湿度指示卡读值30%、40%、50%色环均为蓝色，则需对模块进行持续烘烤2小时
• 湿度指示卡读取到30%色环变为粉色，则需对模块进行持续烘烤4小时
• 湿度指示卡读取到30%、40%色环变为粉色，则需对模块进行持续烘烤6小时
• 拆湿度指示卡读取到30%、40%、50%色环变为粉色，则需对模块进行持续烘烤12小时

4. 烘烤参数如下：

• 烘烤温度：125±5℃
• 报警温度设定：130℃
• 室温环境下烘烤后的模块自然冷却至36℃以下，即可进行SMT贴片
• 干燥次数：1次
• 若烘烤后的模块超过12小时没有焊接，请再次进行烘烤

5. 若模块的拆封时间超过3个月仍未用于生产，则该批模块禁止采用SMT工艺焊接，需采取的具体处理方法及应对措施请咨询我司FAE。

6. 为了确保模块的上线合格率，SMT贴片前请对模块进行目测、AOI检测全检，并确认模块的摆放方向正确、焊接的炉温设置正确。

推荐炉温曲线

图19 模块焊接炉温曲线图

包装订购信息

表5 模块包装及订购信息

产品型号	包装方式	每个托盘中模块的数量	单个包装袋内模块数量	单个包装箱模块的数量
CI-C22GS02S	托盘+静电袋+纸箱	140pcs	15个托盘共2100pcs	3袋共6300pcs

采购和技术支持

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