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US516P5_硬件设计

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  • 已拥有了US516P6-KIT评估板，且查阅US516P6-KIT_硬件使用
  • 已详细测试了US516P6-KIT评估板的识别率，误识别率等，拾音距离的性能
  • 已详细了解US516P6项目情况，且已查阅US516P6-KIT_项目导入
  • 已确认US516P6离线语音控制方案性能可满足导入项目产品中

US516P6 datasheet 导读​

查看Unisound-蜂鸟M(US516P6) SOC产品手册.pdf，其US516P6描述的为裸片（不含固件）的硬件特性。了解基本的硬件数据，电气特性。

基本特性​

  • 商用温度等级（-20 °C to 85 °C）
  • QSOP24 封装
  • 60mA典型工作电流，5V供电
  • 内置了16Mbit Flash
  • 3V3 I/0 高电平
  • 内部集成了LDO 和两路ADC和DAC

电源​

根据datasheet得知 US516P6 仅需5V电源供应，其芯片内置部分LDO，无需在外围再添加其他电源设计

I/O 映射​

US516P6的逻辑I/O接口的功能使用由固件定义，datasheet 无描述I/O 功能使用，需参考木瓜科技原理来选择使用特定的I/O map。

时钟信号​

US516P6外部需要12MHz无源晶振接入作为启动晶振，无再需要其他晶体。

音频​

US516P6 内部集成了1路ADC 支持驻极体麦克风输入, SNR≥94db；内部集成了2路DAC ,支持Line-out是指输出播报音频

原理图设计​

US516P6外部设计比较简单，整体看需要主控芯片US516P6芯片，12MHz无源晶振，运放器件和麦克风电路即可。其参考设计如下图

主控和PIN说明​

US516P6是一个高度集成的语音芯片，有逻辑控制核心和DSP 核心运行语音识别模型。所以US516P6需要烧录对应的语音模型和逻辑控制程序固件才能完全运转起来。根据参考原理的图的说明，这里首先列举一下US516P6的PIN的说明，如下

PIN 脚功能脚软件定义功能描述
1GPIO_B0US_TCK专用JTAG烧录用的US_TCK功能脚，不建议其他用途
2GPIO_B1US_TMS专用JTAG烧录用的US_TMS功能脚，不建议其他用途
3GPIO_A25-GPIO保留使用，可以编程定义使用
4GPIO_A26-GPIO保留使用，可以编程定义使用
5GPIO_A27-GPIO保留使用，可以编程定义使用
6GPIO_A28US_SPK_MUTE喇叭的mute信号，控制运放的是使能信号
7GPIO_B6US_UART1_RXDUS516P6的UART的RX接收引脚
8GPIO_B7US_UART1_TXDUS516P6的UART的TX发送引脚
9GPIO_B8US_UART_TXDLog打印输出，便于打印使用，需要debug固件来配合
10DAC_X-US516P6播报音line-out单声道输出
11AVSS-芯片系统的模拟地
12VMID-1.75V的电源输出，需要外部加滤波电容
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13DAC_R-不使用，已经有US_DAC_X作为音频输出
14DAC_L-不使用，已经有US_DAC_X作为音频输出
15MIC4-麦克风输入，接驻极体模拟麦克风正极
16AVDD-模拟3V3A电源输出，用于麦克风的电源使用
17LDOIN-电源5V输入，整个系统电源供应
18LDO33DO-LDO数字3V3电源输出,需要外部加滤波电容
19LDO12O-LDO数字1V2电源输出,需要外部加滤波电容
20DVSS-芯片系统的数字地
21GPIO_B2US_GPIO_B2板载PCBA量产时作批量烧录程序接口，建议留测试点
22GPIO_B3US_GPIO_B3板载PCBA量产时作批量烧录程序接口，建议留测试点
23GPIO_B4XTAL_IN无源晶振输入引脚来连接使用
24GPIO_B5XTAL_OUT无源晶振输输出引脚来连接使用

针对参考原理设计图，其中需要说明的是：

  • POWER_SYS为5V电源输入，整个系统仅需要5V输入，无需要其他电源输入。并且主控内部集成了LDO，能够为外部提供3V3数字电源和3V3A模拟电源来使用。

  • LDO12O，LDO33DO，LDOIN，VMID等电源都需要加4u7和100nF的电容进行滤波，芯片内部无滤波电容

  • 12MHz 无源晶振对应相应pin脚直接接入即可，XTAL_IN和XTAL_OUT需要串上个82K的电阻，可以不需要加RC的电容作为起振，如参考设计。

  • 作为量产固件的烧录，建议用户保留US_GPIO_B2和US_GPIO_B3来做脱机狗烧录方式即可；而US_TCK和US_TMS是作为专用JTAG烧录使用，不适合用户使用，一般为固件提供方使用，建议保留测试点。

  • GPIO_B8是log printf打印输出引脚，保留测试点，能够接上usb转串口模块，使用波特率 57600来试试打印调试使用，需要debug固件才会有log printf打印输出，release固件没有打印输出

  • US_UART1_RXD和US_UART1_TXD为US516P6对外输出的串口指令数据，为3V3 TTL电平，波特率可以调整，我司默认是使用9600的波特率

麦克风和运放设计​

麦克风设计​

US516P6作为单麦语音芯片，通常我们建议用户使用驻极体麦克风即可（如确实需要贴片模拟麦克风，可以参考PDF档的参考设计），通常情况下，驻极体麦克风的供应商供货方式为麦克风组件的方式，麦克风组件包括了咪头，咪头胶套，音频双绞线，1.27mm的线材公头端子， 如示意图

针对参考原理设计图，其中需要说明的是：

  • 麦克风的供应电源由AVDD引脚供应，通过电阻分压得到相应的麦克风基准电平输入到MIC4引脚，其中的电阻的和电容的数值不建议更改

  • 在麦克风输入到MIC4引脚前，一定需要加上1uF的隔直电容

  • 麦克风的负极需要加上滤波电容直接接地，而麦克风的模拟地和US516P6的数字地不需要做区分，直接相通即可

  • 如果是使用麦克风组件的方式，需要设计一个1.27mm间距的2pin的麦克风端子（母座）

运放设计​

US516P6 内置了DAC， 可以通过DAC_X直接通过line-out输出识别后的语音播报反馈音，但是line-out的输出难以推动3W或者更大的喇叭，需要在Line-out输出加上一个D类运放芯片加大驱动实现喇叭输出。

针对参考原理设计图，其中需要说明的是：

  • 运放芯片有多种型号，和LPA4871 Pin to pin , 用户自行选择

  • 建议运放的比例为1：1（30K电阻进行比较增益）即可，同时建议选择大于10K的电阻

  • 喇叭没有区分正负极，正反接仅是反相而已，没有影响正常输出。并且一般喇叭供应也是组件的方式，适当预留好2.0mm的2P母座端子

  • 运放的电源供应可以是使用5V也可以使用3V3, 由于系统仅有5V作为电源供应，这里选择使用POWER_SYS作为运放的供电

  • DAC_X音频输入到运放前，一定需要加上隔直电容1uF进行隔直处理

检查表 Check List​

框架检查​

  • 确认我司芯片供应是否是已经包含了固件，以确认是否需要预留好固件烧录接口

  • 确认US516P6的UART输出对接的其他MCU是否是3V3 的I/O串口电平，已确认是否需要加上电平转换电路

  • 根据产线的量产测试要求，是否已经有预留足够的测试点以配合烧录和产测

  • 如设计有运放电路，5V电源供应需要满足2A的供应能力，以满足驱动3W喇叭

PCBA问题排查​

语音唤醒时，硬件没有任何反应

一般第一版本固件都会有开机播报音，如完成了硬件设计，并且确认固件已经烧录到语音芯片上，上电没有播报音，则说明喇叭电路或者US516P6主控设计出现了问题

可以先使用示波器探测DAC_X引脚，在上电的完成后，是否有波形输出：

  • 如果有声音波形，则说明主控已经正常运转，回来检查运放电路和喇叭的连接
  • 如果没有声音波形，则说明主控没有正常运转，或者没有烧录固件，检查晶振设计和5V电源的电平是否正常

如果有语音播报音，喊唤醒词没有反应，则回来检查麦克风电路设计是否有问题

识别性能不够好

识别的性能跟很多因素有关系，建议使用裸板进行测试先，并且通过和我司的US516P6-KIT评估板进行对比测试，如果仍存在很大的区别，则是麦克风电路设计出现了偏差，或者麦克风选型上有太大的区别。驻极体麦克风的选型要求为>= -32dB SNR的麦克风为优。

如果是已经装上结构测试的性能识别性能不够好，则是结构的声学没有设计好，一般需要麦克风跟结构外壳一定是没有缝隙的，且看US516P6的项目导入文档的说明

服务​

US516P6的硬件设计用户需要自行完成，结合木瓜科技提供的参考原理图设计，文档完成设计。

木瓜科技可以为用户提供US516P6芯片供应服务，US516P6固件，整体设计如有技术问题，可以发邮件发rd@pawpaw.cn 咨询。