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硬件设计

CI1306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,该芯片可以支持双麦克风输入或单麦克风输入+AEC回声消除的方案。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,下面对该芯片一个单麦克风输入+AEC回声消除方案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,是CI1306一个支持单麦克风输入+AEC回声消除和功放输出的应用方案电路图。

单麦本地语音识别应用系统图

图H-1 CI1306应用参考电路图

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。

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2.2KΩ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2.2KΩ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。用户如果不用AEC回声消除功能,也可以去掉该部分电路以降低成本。

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。用户可参考如下文件:

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
双麦AEC方案 双麦差分麦克风输入,带回声消除功能 有双麦克风输入、回声消除需求的产品 双麦AEC方案参考原理图

该原理图源文件和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. CI1306芯片方案推荐直接使用外接晶振。如果用户对成本有较高要求,但对芯片主频大小和精度、工作环境温度范围无要求的,可以采用芯片内置的RC振荡器,但请注意芯片内置的RC振荡器因半导体技术原理,在高温和低温环境会产生一定的温漂,使用时请降低系统主频到220MHz以下。如果应用的工作环境温度需要-40到85℃,请采用外接晶振。
  2. 如果应用场景的工作温度范围在-10到70℃,且仅和上位机进行低速串口通信(波特率小于或等于115200bps),该类电路方案可以直接采用芯片内置的RC振荡器(上位机频偏 ≤ ±1.5%)。当上位机为免晶振设计时,需要尽量减小通讯误差。启英泰伦可提供串口波特率自适应方案,该方案需要在串口协议中增加一个握手指令,并且上位机保证在收到该握手指令的50ms内会按照协议要求回复。增加该自适应方案后,产品可以用于工作环境温度为-20到85℃的场景。
  3. 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,外供5V电源纹波需小于300mV。
  4. 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。
  5. 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。