一、启英泰伦三代芯片技术演进与市场定位

最近离线自然说（离线NLP）很火，即使不联网也能实现出色的识别效果，支持的说法很丰富，和在线识别支持的说法差不多，今天就和大家聊一下启英泰伦第三代离线语音识别芯片CI13XX如何选型和开发。

启英泰伦第三代离线语音识别芯片CI13XX系列，是一款高性能神经网络智能语音芯片，集成了启英泰伦自研的脑神经网络处理器BNPU V3，系统主频可达240MHz，内置高达640KB的SRAM，集成PMU电源管理单元和RC振荡器，集成双通道高性能低功耗Audio Codec和多路UART、IIC、IIS、PWM、GPIO、PDM等外围控制接口。芯片仅需少量电阻电容等外围器件就可以实现各类智能语音产品硬件方案，性价比极高。CI13XX系列采用了启英泰伦的3代BNPU技术，该技术支持DNN\TDNN\RNN\CNN等神经网络及并行矢量运算，可实现语音识别、声纹识别、命令词自学习、语音检测及深度学习降噪等功能，具备强劲的回声消除和环境噪声抑制能力。该芯片方案还支持汉语、英语、日语等多种全球语言，可广泛应用于家电、照明、玩具、可穿戴设备、工业、汽车等产品领域，实现语音交互及控制和各类智能语音方案应用。相较于前代产品，CI13XX在算力密度、主频比及开发易用性上实现显著突破。由此可见，三代芯片还是有很多亮点的。

1. 技术迭代对比

代际	典型型号	核心架构	FLASH	CPU主频	应用场景
第二代	CI110X	RISC-V单核+BNPU V2	外置	168Mhz	离线指令识别
第三代	CI13XX	RISC-V双核+BNPU V3	内置	240Mhz	自然语言识别

二、CI13XX系列芯片架构深度解析

1. 核心架构组成

神经网络处理器BNPU V3

• 采用3代硬件BNPU技术，支持DNN\TDNN\RNN\CNN等神经网络及并行矢量运算，可实现语音识别、声纹识别、离线自然说、命令词自学习、语音检测及深度学习降噪等功能

  CPU

• 32位高性能CPU，运行频率最高支持240MHz

• 32-bit单周期乘法器，支持DSP扩展加速

  存储器

• 内置640KB SRAM

• 内置512bit eFuse

• 内置1~4MB Flash

  音频接口

• 内置高性能低功耗Audio Codec模块，支持双路ADC采样和单路DAC播放

• 支持Automatic Level Control (ALC)功能

• 支持8kHz/16kHz/24kHz/32kHz/44.1kHz/48kHz采样率

• 支持一路IIS音频扩展通路

• 支持一路PDM接口，可对接单个或两个数字MEMS麦克风

• 电源管理单元PMU

• 内置3个高性能LDO，无需外加电源芯片，外围仅需少量阻容器件

• 支持5V供电直接输入，供电范围最小支持3.6V输入，最大支持5.5V输入

  时钟

• 内置RC振荡器，也支持外接晶体振荡器；开发者可根据不同应用方案选择采用内置RC或者外接晶体作为芯片时钟源

  SAR ADC

• 4路12bit SAR ADC输入通道，采样频率可达1MHz

• ADC IO可与数字GPIO进行功能复用

  外设和定时器

• 3路UART接口，最高可支持3M波特率

• 1路IIC接口，可以外接IIC器件进行扩展

• 6路PWM接口，灯控和电机类应用可直接驱动

• 内置4组32-bit timer

• 内置1组独立看门狗（IWDG）

• 内置1组窗口看门狗（WWDG）

  GPIO

• 支持26个GPIO口，可以作为主控IC使用

• 除PD对应的4个GPIO口外，其它GPIO口可配置中断功能，全部GPIO口支持上下拉可配置

• 部分GPIO支持宽压5V电平信号直接通信，无需外接电平转换但需要外接上拉到5V的电阻

图2-1：CI1306应用框图

三、芯片选型策略与型号对比

了解了三代芯片整体的参数、我们再来看看具体怎么选芯片型号，以下是几个常用型号的对比表。

1. 主流型号参数对比

型号	Flash	RAM	封装	适用场景
CI1301	1MB	256KB	SSOP24(8.6mm*6mm)	离线指令识别，需要较多IO口的场景
CI1302	2MB	256KB	SSOP24(8.6mm*6mm)	自然语言识别，需要较多IO口的场景
CI1306	4MB	256KB	QFN32(4mmx4mm)	双麦降噪（AEC+深度分离+降混响） 双麦+DOA+AEC
CI1312	2MB	256KB	SOP16(9.9mm*6.0mm)	自然语言识别且需要单面贴片的场景

CI13XX型号多种，客户可以根据具体产品选择型号，如果客户需要较多词条，支持自然说法，建议选择CI1302\CI1312,若客户为单面板，工厂贴装水平不足以贴SSOP24封装，可以选择SOP16封装的CI1312。若客户算法需求较多，要支持双麦降噪、AEC 、DOA等，可以选择CI1306,其拥有4MB的flash空间，支持更多算法。

四、硬件设计关键要点

CI13XX系统集成度高、因此硬件设计比较简单、也有以下几点注意事项。

1. 电源管理设计

​供电管理及防护：

• 内置3个高性能LDO，无需外加电源芯片，LDO输出需要一颗4.7uF的电容用于稳定输出电压，且电容需靠近芯片管脚。

• 为了增强电源端的防浪涌特性，建议在电源输入端增加一颗4.7R的电阻和一颗TVS。

2. 音频输入输出设计

麦克风电路​：

• 麦克风输入VCM和MICBIAS管脚各需一颗4.7uF电容，且靠近芯片管脚

• 走线规则：差分对长度匹配＜50mil，远离高频信号

• 抗干扰措施：麦克风地线单独铺铜，通过单点连接至系统GND

• 音频输出噪声抑制：hpout线路尽量短切需要参考模拟地。

• 功放POP音抑制：采用功放使能脚控制功能在上电时候mute功放，后续播音再打开

  3. 可靠性设计

  整机产品都有较多的可靠性要求，包括高低温运行、高温高湿工作、浪涌测试、ESD等级测试、群脉冲测试等。CI13XX使用工业级设计标准，具有较高的环境可靠性，芯片工作温度范围在-40°C到 +85°C之间，符合MSL3级湿敏等级，符合IEC 61000-4-2 的4K接触放电试验标准，符合FCC电磁兼容标准，符合ROHS和REACH环保标准。为了满足更高的的可靠性要求，需注意以下几点：

• 对有高精度PWM输出（如红外发射），对系统主频精度有要求的应用，需要外置晶体

• 串口输入输出需要串接电阻和增加ESD器件，防止生产制造导致静电损坏。

• 在麦克风输入电路串入一颗10欧电阻，麦克风对地增加一颗ESD器件。

五、量产烧录测试支持

1. 量产烧录方案

产品方案开发完成后还需要考虑怎么量产烧录和测试。量产烧录采用启英泰伦标准烧录器、该烧录器由烧录器及以下配件组成。以下简单介绍一下烧录器的功能、更多信息可以上启英泰伦官网了解。

1.1 烧录器设备

名称	数量	说明
烧录器	1	烧录主机，可以烧录CI13XX芯片固件
XH2.54-4P屏蔽线	1	用于外接通讯供电，随烧录器给出
电源适配器	1	烧录器主板供电，12V/1A，随烧录器给出
SD卡	1	用于存储需要烧录的固件，随烧录器给出
SD读卡器	1	用于读取修改SD卡内容，自备
公对公DB9通讯线	1	用于烧录机台控制，随烧录器给出
SOCKET转接板	1	定制用于升级启英泰伦芯片的SOCKET转接板，可以用于烧录芯片和测试功能。需单独购买

1.2 烧录原理

烧录器通过串口将固件烧录到芯片flash中，默认使用芯片串口0烧录。

1.3 启英泰伦三代芯片的SD卡内容

将技术人员提供的升级固件通过SD读卡器拷贝到SD中如下图所示：（共4项，SD卡里面最好不要放其它不相关文件）

1.4 硬件说明

编号	说明
1	接socket转接板的4PIN排线
2	拨码开关
3	液晶显示
4	机台控制通讯口
5	喇叭接口（如有需要可接入喇叭）
6	12V电源适配器接口
7	TYPE C供电接口
8	电源开关
9	SD卡插槽
10	升级按键（点按开始手动升级）
11	校验按键（点按校验对比已升级的固件是否正确）
12	CI13XX SOCKET

2. 量产测试方案

芯片烧录好后贴片到风扇板，为了检验贴片的质量需要对风扇板进行功能测试，这个时候就需要用到测试治具，启英泰伦测试治具介绍如下：

治具由测试主板、操作板、转接板等电子部件构成、测试主板可以实现自动烧录及测试的功能。操作板实现整体测试功能的指令输入输出、转接板用于对接被测板。

2.1 产测治具组成

序号	名称	说明
1	压杆	和压板一起提供下压机械力
2	压板	和压杆一起提供下压机械力
3	载板	固定被测模块板
4	电源开关	控制产测治具电源通断
5	开始按键	开始烧录或测试按键
6	模式选择开关	用于选择测试模式（烧录、测试、I/O测试）
7	模式选择指示灯	对应模式选择后会亮灯
8	自检绿灯1个	自检中闪烁，自检完成常亮
9	自检红灯4个	自检失败会常亮，最左为自检红灯1#
10	模块指示灯	一个模块对应一组红绿灯，灯的旁边标明了模块编号
11	电源线	电源适配器的连接

表5-1 产测治具外部组件表

图5-1 产测治具外部组件图（对应表5-1）

序号	名称	说明
1	10pin排线	连接操作板与转接板
2	操作板	用于人工操作和状态显示
3	测试主板插槽	用于安装测试主板
4	测试主板	用于测试对应的被测模块
5	转接板	用于安装探针、承载测试主板
6	TF卡槽	用于固定TF卡

表5-2 产测治具内部组件表

图5-2 产测治具内部组件图（对应表5-2）

2.2 模块和指示灯匹配说明

如下图所示，被测模块的位置编号和转接板上的位置依次相对应，指示灯和被测模块的编号均按照从左到右、从下到上的顺序递增，左下角第一块为1#号模块，对应的指示灯也为左下角1#。（图1-3中相同颜色的状态指示灯与相同颜色被测模块对应）。

烧录模式、测试模式的操作通过拨码开关选择，当选择对应模式开启，对应的状态指示灯点亮。

图5-3 模块编号

在转接板背面有被测模块的位置编号，也有对应的测试主板编号，每个测试主板都有一个板载的红色电源灯（测试主板通电后常亮）和一个蓝色状态灯（正常工作状态下会闪烁），如下图1-4所示：

以上对启英泰伦产测治具做了初步介绍，欲了解更多信息可以上启英泰伦官网文档中心了解完整资料。