2024年1月21日发(作者：柴亦绿)

科大讯飞转接板硬件方案

一、概述

1.1方案应用场合

该转接板主要用于金融自助产品线的部分需要语音识别等录入音质要求比较高的产品中。

1.2实现的主要功能

实现语音唤醒，对唤醒方位音频进行增强，同时降低其他角度的声音强度和对功放放出的声音进行采样通过内置算法尽量消除白噪声，达到在较嘈杂的环境仍有较好的音频质量的效果。

1.3方案概述

该方案为科大讯飞核心板的转接板，主要由音频输出电路、回声输入电路、串口电路、电源电路按键电路等部分组成

1.3.1音频输出电路：

核心板的HPL/HPR音频输出峰峰值在500mv左右，普通电脑MIC IN接口能够接受输入音频最大峰峰一般为50mv左右，为避免音频输出到主机MIC IN的波形被削波。采用核心板数据手册推荐分压电路对输出音频进行分压处理。数据手册推荐音频分压输出电路如下：

V（HPR）=500mv V（mic+）=50 R1=10K 计算得： R2=1.1K

考虑到计算MIC IN电路存在不同，尽量减小削波的可能，提高兼容性，此处将R2调整为470欧姆，话筒输入声音增益可以通过电脑控制面板对输入声音增益进行调整。

原理图中MIC的音频输出部分电路图：

1.3.2回音输入：

回音输入电路采用数据手册中的差分方式输入，我司在金融自助产品线上使用的喇叭多为8Ω5W，由功率和阻抗算得其工作时有效电压值U=（P/R）0.5（算式来源P=U2/R）算得最大功率下电压的有效值在6.3V左右，了解得知我司在金融自助产品线上的功放多为D类功放，D类功为推完输出末端为推挽方式，该方式输出加到喇叭上电压的最大值一般为电源电压12/24V，在加上喇叭属于感性负载，考虑到设计余量，此处取最大电源电压24V的1.5倍36V作为喇叭上可能存在的最大峰峰值带入公式计算。

R3=10K R5=10K V(OUT+)-V(OUT-)=36V

参考信号输入最大电压 [V(REF+)-V(REF-)]max=150mV

计算得R4=0.083K 考虑到输入信号需要过1uf隔直电容，手册中推荐的R3，R5的阻值较大，且产品的喇叭输出音量应该不会达到100%音量状态，此处R4暂采用200欧姆电阻。实际电路如下：

1.3.3串口电路

串口电路主要用于给核心板发送控制指令，查询声源位置和软复位等功能，了解到串口功能在实际产品并没有使用，但软件和固件希望留该接口。由于增加串口会增加串口线，同时考虑到设备有USB线只用于供电，剩余D+和D-线处于闲置状态，所以可以使用USB转串口芯片CH340E（成本1元左右），使用USB线为软件提供串口功能，最后经于孙工交流了解到CH340的通信可能存在可靠性问题，推荐使用FT232，由于在CR5000中没有找到FT232封装此处未付电路原理图，望见谅。

1.3.4电源电路

查看核心板数据手册发现核心板数据手册中对电源要求较高，其要求4.9V~5.2V，最大电压纹波80mv，之前有使用这款板子的产品都是通过USB从工控机USB口取电，测量工控机整机USB的5V电源纹波峰峰值在23mV左右满足要求。5V电源纹波测试如下图：

电源波动在15.5mV左右

参照原载板5V供电设计发现载板上对5V电源只经过了几个滤波电容，没使用高频率的DC/DC电路，查看核心板电源部分，发现核心板上使用AXP223芯片对电源做了一定的处理，查看AXP223电源手册，部分内容如下：

100mv/step是AXP芯片输出电压可以通过寄存器调整输出电压的电压跃升幅度。

其输出电压的精度主要由内部高精度参考电压决定。

这是其中第二路DC-DC电源的输出电压设置寄存器的相关信息

这是第二路DC-DC电源的电源动态参数设置寄存器的一些参数

可以看出可以通过改变00H寄存器的第1位(Bit0位)值来调节电压上升速度，从而对DC-DC电源产生的波动做出更好的调整。

因此转接板的电源直接参考原开发板的转接板电源设计，从USB进来的电源通过几个滤波电容进行简单处理。电路原理图如下：

1.3.5按键部分电路

官方设计资料推荐的按键如下

考虑到防止上拉不足，按键抖动可能影响核心板工作，上拉电阻选用4.7K，使用100nf电容做硬件消抖，同时为保证按键抖动对电容和引脚电压波动影响尽可能小，此处在按键和电容和按键之间加1K稳定电阻。实际电路如下：

1.3.6指示灯电路

上电指示灯为绿色，直接由5V电源经过4.7K电阻点亮。

唤醒指示灯：唤醒指示引脚在唤醒时会输出一段时间的高电平，实测核心板IO口输入电压为3.3V，同时观察原载板Wakeup指示灯(0402封装)也是直接用IO驱动，从此可知Wakeup IO口的驱动能力应该在2mA以上，考虑到尽量简化电路同时减少不必要的元器件开销此处不用常用的三极管控制指示灯的方式，直接用IO口直接驱动。

二、核心板硬件框图

USB1系统供电USB-TTL(USB转串口)MIC+MIC-4个MIC阵列输入VCCGNDUART-TXUART-RXREF+REF-系统喇叭回声输入USB2AndroidDebug接口

用于核心板固件升级和唤醒词的更改(正常使用时不接)LOADUSBDP0USBDM0LOAD下载按键XFM10412音频核心板RSTRST复位按键GPIO-U12Aduio接口(模拟音频输出)IIS数字音频输出用户扩展按键KEYHPLHPRAGNDIIS_DATAGPIO-T14GPIO-U13GPIO-U144MIC阵列的LED1-10用于指示声源位置

核心板引脚图：

核心板引脚及功能列表

2024年1月21日发(作者：柴亦绿)

科大讯飞转接板硬件方案

一、概述

1.1方案应用场合

该转接板主要用于金融自助产品线的部分需要语音识别等录入音质要求比较高的产品中。

1.2实现的主要功能

实现语音唤醒，对唤醒方位音频进行增强，同时降低其他角度的声音强度和对功放放出的声音进行采样通过内置算法尽量消除白噪声，达到在较嘈杂的环境仍有较好的音频质量的效果。

1.3方案概述

该方案为科大讯飞核心板的转接板，主要由音频输出电路、回声输入电路、串口电路、电源电路按键电路等部分组成

1.3.1音频输出电路：

核心板的HPL/HPR音频输出峰峰值在500mv左右，普通电脑MIC IN接口能够接受输入音频最大峰峰一般为50mv左右，为避免音频输出到主机MIC IN的波形被削波。采用核心板数据手册推荐分压电路对输出音频进行分压处理。数据手册推荐音频分压输出电路如下：

V（HPR）=500mv V（mic+）=50 R1=10K 计算得： R2=1.1K

考虑到计算MIC IN电路存在不同，尽量减小削波的可能，提高兼容性，此处将R2调整为470欧姆，话筒输入声音增益可以通过电脑控制面板对输入声音增益进行调整。

原理图中MIC的音频输出部分电路图：

1.3.2回音输入：

回音输入电路采用数据手册中的差分方式输入，我司在金融自助产品线上使用的喇叭多为8Ω5W，由功率和阻抗算得其工作时有效电压值U=（P/R）0.5（算式来源P=U2/R）算得最大功率下电压的有效值在6.3V左右，了解得知我司在金融自助产品线上的功放多为D类功放，D类功为推完输出末端为推挽方式，该方式输出加到喇叭上电压的最大值一般为电源电压12/24V，在加上喇叭属于感性负载，考虑到设计余量，此处取最大电源电压24V的1.5倍36V作为喇叭上可能存在的最大峰峰值带入公式计算。

R3=10K R5=10K V(OUT+)-V(OUT-)=36V

参考信号输入最大电压 [V(REF+)-V(REF-)]max=150mV

计算得R4=0.083K 考虑到输入信号需要过1uf隔直电容，手册中推荐的R3，R5的阻值较大，且产品的喇叭输出音量应该不会达到100%音量状态，此处R4暂采用200欧姆电阻。实际电路如下：

1.3.3串口电路

串口电路主要用于给核心板发送控制指令，查询声源位置和软复位等功能，了解到串口功能在实际产品并没有使用，但软件和固件希望留该接口。由于增加串口会增加串口线，同时考虑到设备有USB线只用于供电，剩余D+和D-线处于闲置状态，所以可以使用USB转串口芯片CH340E（成本1元左右），使用USB线为软件提供串口功能，最后经于孙工交流了解到CH340的通信可能存在可靠性问题，推荐使用FT232，由于在CR5000中没有找到FT232封装此处未付电路原理图，望见谅。

1.3.4电源电路

查看核心板数据手册发现核心板数据手册中对电源要求较高，其要求4.9V~5.2V，最大电压纹波80mv，之前有使用这款板子的产品都是通过USB从工控机USB口取电，测量工控机整机USB的5V电源纹波峰峰值在23mV左右满足要求。5V电源纹波测试如下图：

电源波动在15.5mV左右

参照原载板5V供电设计发现载板上对5V电源只经过了几个滤波电容，没使用高频率的DC/DC电路，查看核心板电源部分，发现核心板上使用AXP223芯片对电源做了一定的处理，查看AXP223电源手册，部分内容如下：

100mv/step是AXP芯片输出电压可以通过寄存器调整输出电压的电压跃升幅度。

其输出电压的精度主要由内部高精度参考电压决定。

这是其中第二路DC-DC电源的输出电压设置寄存器的相关信息

这是第二路DC-DC电源的电源动态参数设置寄存器的一些参数

可以看出可以通过改变00H寄存器的第1位(Bit0位)值来调节电压上升速度，从而对DC-DC电源产生的波动做出更好的调整。

因此转接板的电源直接参考原开发板的转接板电源设计，从USB进来的电源通过几个滤波电容进行简单处理。电路原理图如下：

1.3.5按键部分电路

官方设计资料推荐的按键如下

考虑到防止上拉不足，按键抖动可能影响核心板工作，上拉电阻选用4.7K，使用100nf电容做硬件消抖，同时为保证按键抖动对电容和引脚电压波动影响尽可能小，此处在按键和电容和按键之间加1K稳定电阻。实际电路如下：

1.3.6指示灯电路

上电指示灯为绿色，直接由5V电源经过4.7K电阻点亮。

唤醒指示灯：唤醒指示引脚在唤醒时会输出一段时间的高电平，实测核心板IO口输入电压为3.3V，同时观察原载板Wakeup指示灯(0402封装)也是直接用IO驱动，从此可知Wakeup IO口的驱动能力应该在2mA以上，考虑到尽量简化电路同时减少不必要的元器件开销此处不用常用的三极管控制指示灯的方式，直接用IO口直接驱动。

二、核心板硬件框图

USB1系统供电USB-TTL(USB转串口)MIC+MIC-4个MIC阵列输入VCCGNDUART-TXUART-RXREF+REF-系统喇叭回声输入USB2AndroidDebug接口

用于核心板固件升级和唤醒词的更改(正常使用时不接)LOADUSBDP0USBDM0LOAD下载按键XFM10412音频核心板RSTRST复位按键GPIO-U12Aduio接口(模拟音频输出)IIS数字音频输出用户扩展按键KEYHPLHPRAGNDIIS_DATAGPIO-T14GPIO-U13GPIO-U144MIC阵列的LED1-10用于指示声源位置

核心板引脚图：

核心板引脚及功能列表