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AFI-VWBK1语音模组规格书

更新时间:2021-12-11 07:38:49下载pdf

1、产品概述
VWBK1是一款单芯片实现的在线语音模组,是一款支持在线语音交互和AIoT应用的Wi-Fi模组。它适用于亚马逊智能语音Alexa等场景,同时支持蓝牙音频传输场景,可帮客户实现IoT/智能音箱/智能网关的语音入口赋能。
1.1特点

  • 内置BT MCU,Wi-Fi MCU和CEVA DSP三个内核
  • BT MCU,主频最高支持120MHz
  • Wi-Fi MCU,主频最高支持240MHz
  • DSP,负责语音打断,主频支持320MHz
  • 工作电压:3.3-4.2V,建议3.3V/1A供电
  • 外设接口:12GPIO(复用),2Uart,2ADC,8PWM(复用),1*I2C
  • 采样率:16K/16bit
  • 语音输入:内置4路音频ADC,可外接4路模拟麦克风
  • 语音输出,内置立体声2路输出,可外接功放驱动大功率喇叭
  • 推荐唤醒距离:<=5m
  • 推荐工作底噪:<=60dBC
  • Wi-Fi 连通性
    • 802.11 b/g/n20
    • 通道1-14@2.4GHz
    • 802.11b模式下最大+16dBm的输出功率
    • 板载PCB天线or IPEX天线,天线增益0.66dBi
  • BT 连通性
    • 蓝牙V5.0 完整标准,包含传统蓝牙 (BR/EDR) 和低功耗蓝牙 (蓝牙 LE)
    • 输出功率高达 +3 dBm
    • 具有–88dBm 的 蓝牙 LE 接收灵敏度

1.2主要应用领域:

  • 智能音箱和语音助手
  • 开关面板
  • 照明灯具
  • 大小家电
  • 玩具

2、模块接口
2.1模组实物及尺寸封装
VWBK1模组的实物为带板载天线的模组,其正面为屏蔽盖,实物图如下:
AFI-VWBK1语音模组规格书

模组实物图(TOP)
AFI-VWBK1语音模组规格书

模组实物图(BOTTOM)
VWBK1共有三边有引脚,另外一边为板载天线。三边引脚共39个PIN,而其PIN间距为1.5mm,模组尺寸大小为20mm(W)*28mm(L)*3.6mm(H)。具体尺寸示意图如图所示(单位:MM);
AFI-VWBK1语音模组规格书

2.2引脚定义
VWBK1模组需要外接麦克风/功放/喇叭才能完成语音交互,而VWBK1是针对亚马逊Alexa的智能语音方案,其固件的按键和状态指示也需要特定的要求。对于语音模组默认需要的一些外设我们推荐以下处理方式:
 麦克风(必选):目前支持双麦,必须外接两个麦克风,其间距推荐40-80mm,具体的麦克风规格推荐可以咨询涂鸦技术人员;也可具体参考《语音模组麦克风和喇叭选型指南》
 功放(必选):功放规格的选定,必须参考功放的规格和喇叭的规格进行选择,具体的功放规格推荐可以咨询涂鸦技术人员;也可参考《语音模组麦克风和喇叭选型指南》
 喇叭(必选):喇叭规格的选定,必须参考喇叭的规格进行选择,具体的喇叭规格和喇叭在结构内的设计可以咨询涂鸦技术人员;也可参考《语音模组麦克风和喇叭选型指南》
 语音状态指示灯(必选):针对亚马逊语音系统,支持三色单灯、环灯和线灯三种灯效。
 按键(必选):针对亚马逊语音系统,支持禁麦/唤醒/音量加/音量减按键。

其模组接口示意图如下,其中包含电源接口,指示灯接口,音频接口等;
AFI-VWBK1语音模组规格书

以上共39个PIN脚,其具体PIN脚及功能定义如表1所述:

引脚序号 功能 类型 功能描述
2 TX1 IO 串口的TX1,用于和MCU通信
3 RX1 IO 串口的RX1,用于和MCU通信
4,5 VCC P 电源输入
1,6,13,26,32 GND P 地网络
7 DN/PWM3 IO USB的DN,同时复用PWM3;预留C灯
8 DP/PWM4 IO USB的DP,同时复用PWM4;预留W灯
9 ADC13 AI/IO ADC13接口,预留外设使用;GPIO接口不足时可用作GPIO
10 ADC12 AI/IO ADC12接口,用于接口按键,接音量+/-/phone等按键;
11 PWM9 IO PWM9 调光接口(默认为语音状态指示灯,红色)
12 PWM8 IO PWM8 调光接口(默认为语音状态指示灯,绿色)
14 PWM7 IO PWM7 调光接口(默认为语音状态指示灯,蓝色)
15 PWM6 IO PWM6预留;用于驱动GREEN灯,并且预留用于红外TX
16 PWM10 IO PWM10预留,用于驱动RED灯,并且预留用于红外RX
17 ROUT-P AO 右声道输出的正极,预留外接功放驱动喇叭使用
18 ROUT-N AO 右声道输出的负极,预留外接功放驱动喇叭使用
19 LOUT-N AO 左声道输出的负极,外接功放驱动喇叭使用
20 LOUT-P AO 左声道输出的正极,外接功放驱动喇叭使用
21 MIC1P AI MIC1的正负极;用作AEC的输入接口
22 MIC1N AI MIC1的正负极;用作AEC的输入接口
23 GPIO24 IO 用于功放使能控制使用,SPK-EN
24 MIC2P AI MIC1的正极;用作AEC的输入接口
25 MIC2N AI MIC1的负极;用作AEC的输入接口
27 MIC3P AI MIC3的正极,外接麦克风
28 MIC3N AI MIC3的负极,外接麦克风
29 MIC4P AI MIC3的正极,外接麦克风
30 MIC4N AI MIC3的负极,外接麦克风
31 MICBIAS P 麦克风的电源输出,用于外接麦克风的电源使用
33 GPIO2 IO 输入信号,用于麦克风的禁麦状态检测
34 PWM0 IO PWM0驱动,用于驱动BLUE灯
35 SDA IO I2C的数据接口(需接上拉电阻),可驱动环灯及其他I2C传感器件
36 SCL IO I2C的时钟接口(需接上拉电阻),可驱动环灯及其他I2C传感器件
37 TX3 IO UART3的TX,调试接口
38 RX3 IO UART3的RX,调试接口
39 RST I 模组复位管脚

其中I/O为普通的输入输出管脚,P为电源和地管脚,AI为模拟输入管脚,AO为模拟输出管脚。

3、电气参数
3.1绝对电气参数

参数 描述 最小值 最大值 单位
Ts 存储温度 -55 125
VCC 供电电压 3.3V 4.2 V
静电释放电压(人体模型) TAMB-25℃ - ±2000 KV
静电释放电压(机器模型) TAMB-25℃ - - KV
供电电压3.3V~4.2V,推荐3.3V

3.2 工作条件

参数 描述 最小值 典型值 最大值 单位
Ta 工作温度 -20 25 85
VCC 工作电压 3.3 3.3 4.2 V
Vil IO低电平输入 -0.3 - 1.32 V
Vih IO高电平输入 2.06 - 3.6 V
Vol IO低电平输出 -0.3 - 0.4 V
Voh IO高电平输出 2.9 - 3.6 V
Imax IO驱动电流 -35 - 35 mA

3.3 Wi-Fi发射和接收功耗

工作状态 模式 速率 发射功率/接收 平均值 峰值(典型值) 单位
发射 11b 11Mbps +16dBm 279 313 mA
发射 11g 54Mbps +14dBm 280 309 mA
发射 11n MCS7 +13dBm 274 304 mA
接收 11b 11Mbps 连续接收 184 187 mA
接收 11g 54Mbps 连续接收 184 187 mA
接收 11n MCS7 连续接收 184 187 mA

备注:VBAT=3.3V

3.4 工作模式下功耗

工作模式 工作状态,Ta=25℃,VCC=3.3V ,未接PA功放和喇叭 平均值 最大值 单位
快联配网状态 模块处于快联配网状态 187 568 mA
空闲网络连接状态 模块处于联网状态 165 341 mA
语音控制状态 模块处于联网,同时语音唤醒 240 564 mA

4、射频特性
4.1基本射频特性

参数项 详细说明
工作频率 2.400~2.484GHz
Wi-Fi标准 IEEE802.11b/g/n(通道 1-14)
数据传输速率 11b:1,2,5.5,11(Mbps) 11g:6,9,12,18,24,36,48,54(Mbps) (Mbps) 11n:HT20MCS(0~7) Bluetooth LE/BR/EDR 1M
天线类型 PCB 天线,增益0.66dbi

4.2发射性能

TX连续发送性能

参数项 最小值 典型值 最大值 单位
RF平均输出功率,802.11b CCK Mode 11M - 16 - dBm
RF平均输出功率,802.11g OFDM Mode 54M - 14 - dBm
RF平均输出功率,802.11n OFDM Mode MCS7 - 13 - dBm
RF平均输出功率,Bluetooth LE/BR/EDR 1M - 3 - dBm
EVM@802.11b CCK 11Mbps Mode 16dBm - -23 - dB
EVM@802.11g OFDM 54Mbps Mode 13.5dBm - -27 - dB
EVM@802.11n OFDM MCS7 Mode 12dBm - -28 - dB
频率误差 -20 - 20 ppm

4.3接收性能

RX灵敏度

参数项 最小值 典型值 最大值 单位
PER<8%,RX灵敏度,802.11b DSSS Mode 11M - -87 - dBm
PER<10%,RX灵敏度,802.11g OFDM Mode 54M - -71 - dBm
PER<10%,RX灵敏度,802.11n OFDM Mode MCS7 - -68 - dBm
PER<30%,RX灵敏度,Bluetooth LE 1M - -88 - dBm

5、天线信息
5.1天线类型
VWBK1 默认使用的 PCB 天线是 2.4GWiFi 频段的 MIFA 板载天线。
5.2 降低天线干扰
在 Wi-Fi 模组上使用 PCB 板载天线时,为确保 Wi-Fi 性能的最优化,建议模组天线部分和其他金属件距离至少在 15mm 以上。

用户 PCB 板在天线区域勿走线甚至覆铜,以免影响天线性能。

AFI-VWBK1语音模组规格书

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6、 生产指南
涂鸦出厂的贴片封装模组建议使用SMT机器贴片,拆开包装后建议在24小时内完成焊接,如果拆封后未使用完建议放置在湿度不超过10%RH的干燥柜内,或重新进行真空包装并记录暴露时间,总暴露时间不超过168小时:
 SMT贴片所需仪器或设备:
 贴片机
 SPI
 回流焊
 炉温测试仪
 AOI
 烘烤所需仪器或设备:
 柜式烘烤箱
 防静电耐高温托盘
 防静电耐高温手套
 涂鸦出厂的模组存储条件如下:
o 防潮袋必须储存在温度<40℃、湿度<90%RH的环境中
o 干燥包装的产品,保质期为从包装密封之日起12个月的时间
密封包装内装有湿度指示卡:
AFI-VWBK1语音模组规格书

 涂鸦出厂的模组当出现可能受潮的情况下需要进行烘烤:
o 拆封前发现真空包装袋破损
o 拆封后发现包装袋内没有湿度指示卡
o 拆封后如果湿度指示卡读取到10%及以上色环变为粉色
o 拆封后总暴露时间超过168小时
o 从首次密封包装之日起超过12个月
 烘烤参数如下:
o 烘烤温度:卷盘包装60℃,湿度小于等于5%RH;托盘包装125℃,湿度小于等于5%RH(耐高温托盘非吸塑盒拖盘)
o 烘烤时间:卷盘包装48小时;托盘包装12小时
o 报警温度设定:卷盘包装65℃;托盘包装135℃
o 自然条件下冷却到36℃以下后,即可进行生产
o 若烘烤后暴露时间大于168小时没有使用完,请再次进行烘烤
o 如果暴露时间超过168小时未经过烘烤,不建议使用回流焊接工艺焊接此批次模组,因模组为3级湿敏器件超过允许的暴露时间产品可能受潮,进行高温焊接时可能会导致器件失效或焊接不良
在整个生产过程中请对模组进行静电放电(ESD)保护,为了确保产品合格率,建议使用SPI和AOI测试设备来监控锡膏印刷和贴装品质。
 推荐炉温曲线
请根据回流焊曲线图进行SMT贴片,峰值温度245℃,回流焊温度曲线如下图所示:
AFI-VWBK1语音模组规格书

o A:温度轴
o B:时间轴
o C:合金液相线温度:217-220℃
o D:升温斜率:1-3℃/S
o E:恒温时间:60-120S;恒温温度:150-200℃
o F:液相线以上时间:50-70S
o G:峰值温度:235-245℃
o H:降温斜率:1-4℃/S
o 注意:以上推荐曲线以SAC305合金焊膏为例。其他合金焊膏请按焊膏规格书推荐炉温曲线设置。
 储存条件
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注:数值单位为mm;

模组规格书版本号 更新项目 责任人 时间
V1.0.0 初版 朱永光 2021-06-21
V1.0.1 1:更改部分IO定义;2:增加部分说明 3:增加生产说明 朱永光 2021-10-13