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硬件设计

CI1302和CI1303芯片外围仅需要少量器件就可以支持各类语音应用。针对语音部分,该芯片可以支持单麦克风差分输入或单麦克风单端输入,也可以选择是否需要AEC回声消除功能。用户可以根据设计的应用方案功能、功耗和成本要求选择合适的电路,下面对该芯片一个最简单的应用参考电路图做具体描述。

应用参考电路图

应用参考电路图如图H-1,以CI1303为例(CI1302和CI1303的引脚及电路图连接方式完全相同)。

单麦本地语音识别应用系统图

图H-1 最简方案的应用参考电路图

上图为CI1303一个支持单麦克风差分输入和功放输出的最简应用方案电路图。该芯片可以采用5V直接供电,用户可按照上图中对应的外围器件规格来进行设计。芯片内置高精度RC振荡器,正常应用时可不使用外部晶振,但如果用户方案对晶振精度有较高的要求,可以另外增加外部晶振的设计。

原理图设计时如果要考虑板级在线升级功能,可以将UART0引脚引出,以方便PCB板贴片完成后通过UART0对主芯片内部的Flash进行固件升级。芯片的PA4(PG_EN)引脚内部带上拉,上电默认为升级模式,开机后要检测外部UART0口发来的升级信号,如果有则直接启动升级。芯片默认的开机时间因为增加了升级模式的检测而延长,大概约850mS;如果用户对开机时间有很高的要求,可以将PA4脚引出,增加两个2.2K的下拉电阻到地,两个2.2K电阻连接的中间增加一个测试点,此时芯片开机为正常模式,开机时间大概约350mS,可以缩短开机时间。如果此时要在线升级可以通过外部给两个2.2K电阻连接的中间测试点供高电平,将PA4引脚拉高,再通过UART0升级。

该芯片方案可选用差分麦克风设计或单端麦克风设计,推荐采用上图中的差分麦克风设计。如果用户对成本有要求,可以将上图中麦克风部分修改为单端麦克风设计,可以比差分麦克风少使用一些被动器件,但该方式仅推荐应用在麦克风线长小于20厘米的场合中,否则会因为线太长,抗干扰效果不够,导致语音识别效果没有差分麦克风设计的方式好。上图中功放采用的是AB类的功放,推荐采用8002功放芯片,用户也可以按照方案的要求自行选择功放芯片,如果不需要功放功能时也可以去掉该部分电路以降低成本。用户如果有AEC回声消除功能的需求,可以利用一个麦克风输入通道来接AEC的模拟信号输入。

用户如果对方案的功耗没有特殊要求时,建议直接采用芯片内部的PMU供电,如果有功耗要求,可以采用增加外部DCDC芯片给芯片1.1V供电,以降低功耗。芯片的UART口均支持5V通信,上图中的UART0口是接的3.3V信号,如果要接5V,在UART0的RX和TX管脚外围增加连接到5V的上拉电阻即可,不用额外增加电压转换电路。

启英泰伦提供了多种方案参考原理图,可以满足大多数通常应用场景。客户在实际应用开发中需要根据具体产品功能性能要求,系统特性及应用场景等审慎选择参考其中一种最适合产品的参考原理图进行参考和设计优化。 由于启英泰伦无法掌握所有产品系统和应用知识,望客户或方案合作方在量产前结合产品系统和应用场景对产品功能性能(含语音芯片及模块与产品系统的匹配性)进行充分的测试验证。如果在设计修改过程中有不清楚不确定的问题点,请联系启英泰伦FAE工程师进行充分沟通。参考方案列表如下:

方案名称 方案功能 方案应用场景 文档中心链接
典型方案 单麦差分麦克风输入,带回声消除功能 适合广泛通用产品、带播音、带回声消除的产品 典型方案参考原理图
低功耗方案 1.1V电源采用外部DCDC供电,显著降低功耗 对功耗有较高要求的产品,例如有能耗等级限制的产品 低功耗方案参考原理图
高可靠方案 较强ESD\EMC抗干扰能力,抗电源干扰能力,提高产品可靠性 系统电源质量较差、产品可靠性要求高的、需要FCC\CE认证产品、对ESD有高要求产品参考 高可靠方案参考原理图
低成本方案 单端麦克风,不带AEC应用的最简电路 对成本有极致要求、可靠性要求不高的产品,麦克风线长小于20cm内的产品,例如玩具类、快消类产品 低成本方案参考原理图
双麦方案 双麦差分输入,不带AEC功能 有双麦增强、声源定位、高抗噪需求的产品 双麦方案参考原理图
外部AEC方案 单麦AEC支持外部播音和回声消除功能 需要消除外部播音的应用,例如按摩椅应用外部蓝牙播音可以采用该方案 外部AEC方案参考原理图
电池方案 电池对语音系统供电、充放电、开关机控制等功能 电池供电类智能语音产品,例如语音玩具,语音遥控器,智能语音个人穿戴产品等。 电池方案参考原理图
灯控照明方案 AC-DC电源电路、可控硅控制、过零检测、外部DCDC供电 灯控照明类产品,例如吸顶灯、台灯、筒灯等 灯控照明方案参考原理图

该原理图原文件和PCB参考资料可以到 ☞启英泰伦语音AI平台 中下载并使用。

PCB Layout设计

电源电路

  1. 电源走线 电源输入注意防护过压及浪涌防护,在5V输入设计TVS器件和4.7欧姆电阻,走线先经过TVS再经过电阻到芯片。电源走线直径依据实际电路电流大小而定,3.3V电源的走线线宽不小于15mil,1.2V电源的走线线宽不小于15mil。尽量使用覆铜方式走线,电源走线尽量短而粗,电源走线最窄处不低于8mil线宽,避免电源走线形成闭环线路。

  2. 电源退耦电容 电源退耦电容,布局时靠近对应的管脚。

静电防护要求

两层板设计时,尽量走线在TOP层,保持BOTTOM地平面的完整性。如设计有ESD器件,将ESD器件尽量靠近插件的引脚,提高防护效果。

应用其它注意事项

  1. 芯片集成了PMU管理单元,PMU包含三个LDO,分别给芯片提供3.3V和1.1V电压,如对功耗无特殊要求,方案无需外部电源芯片。
  2. 芯片采用无铅环保工艺制造,SMT焊接时请按照无铅标准设置炉温和时间等参数。
  3. 芯片取用、包装时需注意静电影响,建议采用抗静电材料隔离。
  4. CI1303芯片支持大容量神经网络模型,具备更好的降噪效果并支持OTA升级功能,CI1302芯片暂不支持OTA升级功能。