Wi-Fi 和蜂窝双模 AI 语音方案

硬件方案背景介绍

涂鸦 Wi-Fi 和蜂窝双模 AI 盒子是采用杭州涂鸦信息技术有限公司开发的 Wi-Fi 和蓝牙双模模组 T5-E1-IPEX 与蜂窝模组 L511C-Y6E 开发的语音交互产品。该产品在硬件上搭载 1 路 MIC、1 路音频回采、1 路 Speaker、1 个拨码开关、1 个功能按键、1 个外接按键（可选）、1 个 eSIM 卡以及带 NTC 功能的锂电池等。产品支持豆包、DeepSeek、通义千问、OpenAI、Gemini 等大模型，支持按键唤醒、唤醒词唤醒、随意对话等功能，可以为用户提供生动有趣的 AI 语音交互体验。

关键器件介绍

主控模组 T5-E1-IPEX

T5-E1-IPEX 模组 （以下简称 T5 模组）是一个高度集成的单天线单频段 2.4GHz Wi-Fi 6（IEEE 802.11b/g/n/ax）和蓝牙 5.4 低功耗（LE）双模 IoT 模组。模组采用多外设封装和超低功耗芯片工艺，为 IP 摄像机、HMI 应用、智能锁和其它先进的物联网应用提供高集成度、高安全性和最低功耗的产品使用环境。

CPU 和片上存储器

• 内置涂鸦定制 T5QN88 芯片，ARMv8-M Star（M33F）处理器，支持高达 480 MHz 的时钟频率，工作电压范围为 2.0 V~3.6 V。
• 8 MB Flash
• 16 MB PSRAM
• 640 KB Share SRAM
• 64 KB ROM

Wi-Fi 特性

• 支持 IEEE 802.11b/g/n/ax
• 20 MHz 和 40 MHz 的信道带宽
• 支持下行链路多用户多输入多输出（DL MU-MIMO）
• 支持正交频分多址（OFDMA）
• 支持目标唤醒时间（TWT）
• 集成蓝牙/Wi-Fi 共存（PTA）
• 发射功率高达 +20 dBm
• 接收灵敏度 -99 dBm

蓝牙特性

• 支持蓝牙 LE5.4 标准
• 支持蓝牙低功耗 1 Mbps 和远距离模式（125 Kbps 和 500 Kbps）
• 发射功率 +6 dBm
• 接收灵敏度 -97 dBm

蜂窝模组 L511C-Y6E

L511C-Y6E 模组 是一款封装小、性能稳定可靠、109 pin LCC + LGA 的 CAT.1BIS 模组，支持 FDD/TDD 通讯方式，具备三种低功耗模式，可灵活解决不同场景对功耗的要求。模组同时支持 FOTA、AT 指令等功能，具备多种接口和丰富协议，多版本 USB 驱动使应用简单便捷，广泛应用在 IoT 领域。

特性

• ARM Cortex-M3 处理器，最高工作频率 204 MHz

• 1 MB SRAM + 4 MB Flash

• 支持频段

  • TDD-LTE：B34/B38/B39/B40/B41

  • FDD-LTE：B1/B3/B5/B8

• 输出功率 23 dBm ± 2dB

• 支持 3GPP R14 CAT.1BIS 标准

• 工作电压 3.3 V~4.5 V（推荐 3.8 V）

• 低功耗

  • 空闲模式（3mA@3.8V）

  • 休眠模式（0.13mA@3.8V）

  • 关机模式（1uA@3.8V）

• 传输速率

  • LTE-FDD：最大下行速率 10 Mbps、最大上行速率 5 Mbps

  • LTE-TDD：最大下行速率 8.96 Mbps、最大上行速率 3.1 Mbps

电池充电管理芯片 ETA4056D2I

ETA4056D2I 是钰泰出品的一款单节锂电池充电管理芯片，具备恒流和恒压充电功能，适用于便携式设备。芯片内置热反馈机制、软启动功能和预充功能，无需外部电流检测电阻或阻断二极管，最高支持 1.2 A 的充电电流。

特性

• 16 V 输入隔离电压
• 4.2 V 充电终止电压
• 2.9 V 涓流充电阈值
• 充电电流可通过外置电阻调节，最高 1.2 A
• 不充电时低至 250 nA 的 BAT 电流
• 支持 NTC
• 内置软启动

BUCK 芯片 ETA3485S2F

ETA3485S2F 是钰泰出品的一款高效率 DCDC 降压转换器，具有高达 96% 的效率，可提供最高 1.5 A 的输出电流，适用于 2.6 V~7 V 输入电压范围，芯片输出电压范围 0.6 V~VIN 可调，适合低电压功率转换应用。

特性

• 效率高达 96%
• 固定开关频率 2 MHz
• 内置软启动控制电路
• 具有短路保护与过热保护

音频功放 CS8302M

CS8302M 是智普欣出品的一款高效率、超低 EMI3.0W 单声道 Ｄ 类音频放大器，芯片采用独创的 AERC 技术，能提供优异的全带宽 EMI 抑制能力，适合 FM、CMMB、手机模拟电视等易受 EMI 干扰的应用。芯片内置过流保护、短路保护和过热保护，能有效保护芯片在异常的工作条件下不被损坏。

特性

• 工作电压范围 2.5 V~6.0 V
• 无需滤波的 class-D 结构
• 效率高达 90%
• 高电源抑制比
• 40 ms 启动时间
• 3 mA 静态电流，＜0.1 uA 关断电流

硬件设计规范

Wi-Fi 蜂窝双模 AI 盒子功能框图与电源树分别如下：

功能框图

电源树

原理图设计规范

电源相关电路

VBUS 输入分别过 0R 保护电阻、TVS 与滤波电容后，再经由电池充电管理芯片给电池充电。电池输出端与后级主电源通路上串有 PMOS，PMOS 通断由拨码开关来控制。蜂窝模组与音频功放都使用电池电压域，T5 模组使用 3.3 V 电压域。

• Type-C 相关电路：

  

  Type-C 的 CC1 与 CC2 分别通过 5.1k 电阻接地，确保设备始终作为 UFP 使用，避免插入快充适配器设备无法上电等情况出现。SBU1 与 SBU2 分别通过串阻连接 T5 模组的 UART0，方便通过 C 口直接进行烧录授权与产测。

• 电池充放电电路：

  

  充电管理芯片选用钰泰的 ETA4056D2I，该芯片充电截止电压 4.2 V，TVS1 用于抑制电源浪涌电压保护充电管理芯片，R5 为充电电流设置电阻。根据实际使用电池调整对应参数，计算公式请参考下图：

  

  • 电阻 1k 时，充电电流约为 920 mA；电阻 2k 时，充电电流约为 480 mA。LED1 用于显示电池状态，充电过程红灯亮，充电完成绿灯亮。R1 与 C57 需根据使用的锂电池 NTC 型号进行匹配，图中的参数适配电池 NTC 为 10kΩ@25℃，B=3380k，对应充电温度范围为 0~45℃。

  • SW2 为拨码开关，用于控制 VCAT1 的通断。当 SW1 拨向 Pin1 侧时，Q1 导通，VCAT1 即为 VBAT 电压，当 SW1 拨向 Pin3 侧时，Q1 关断，VCAT1 无输出。

• BUCK 电路：

  

  BUCK 选用钰泰的的 ETA3485S2F。图中的 R8 与 R13 用于设置输出电压，前馈电容 C10 用于改善电源动态响应，C5、C6 以及 C7、C8、C9 分为 BUCK 输入输出端的滤波电容。功率电感 L1 需注意其饱和电流要满足产品实际需求，3V3 输出通过磁珠 FB1 给 T5 模组供电，磁珠用于抑制电源线上的高频噪声与尖峰干扰。

蜂窝模组相关电路

• CAT.1 相关电路：

  

  蜂窝模组选用 L511C-Y6E。模组电源与电池保持相同电压域，电源线上使用大电容与小电容并联的方式。大电容用于提高电源的瞬间大电流续流能力，小电容用于旁路，滤除电源中的高频干扰。

  模组 PWRKEY 管脚对地预留电阻 R21，同时通过 D3 连接 T5 模组的 Pin16，用于控制蜂窝模组的开关机。模组复位管脚通过 D4 连接 T5 模组的 Pin8，对该管脚输入一个持续时间超过 100 ms 的低电平就会触发蜂窝模组复位使其重启。蜂窝与 T5 模组通过 USB 进行通信，USB_VBUS 为 USB 插入检测管脚，线上并 1 uF 与 22 pF 滤波电容，该管脚由 T5 模组通过 Q2 与 Q3 组成的开关电路控制，确保蜂窝模组休眠后 T5 可将其唤醒并进行 USB 通信。

  蜂窝模组天线焊盘 Pin35 通过由 C22、R19、C23 组成的 π 型匹配电路（参数根据整机实测情况进行调整）分别连接 IPEX 天线座与 Pogo Pin，具体天线方式依实际结构而定。需注意 Pogo Pin 顶针高度与结构的适配情况，确保装配后接触良好。MAIN_UART 作为全功能串口，通过串阻引出测试点，MAIN_DTR 通过串阻连接 T5 模组的 Pin33，预留作为 T5 模组唤醒蜂窝模组的通道。

• SIM 卡电路：

  

  SIM 卡因产品尺寸受限选择 USIM 封装直接焊于 PCB 上，电源与 GND 之间并联 0.1 uF 与 33 pF 电容用于滤波与旁路，SIM 卡信号与时钟线对地均需用 33 pF 电容用于滤除高频干扰。

  详情可以参阅 L511C-Y6E 模组规格书。

T5 模组相关电路

T5 模组作为主控（BAT_ADC 预留用于检测锂电池电压并估算其剩余容量）：

• CHRG_STAT 与 CHRG_STDBY 用于判断电池充电状态。
• FUN_KEY 与 KEY_DET 为按键输入检测。
• PWM_R 与 PWM_G 用于控制红绿 LED 亮灭。
• UART0 为烧录授权产测串口通过 Type-C 连接器引出。
• UART1 为 log 串口预留测点。
• SCL、SDA 与 INT 与 GSENSOR 传感器相关（预留）。
• SPK_CTRL 为音频功放使能控制信号（高电平使能）。
• MIC1 接口外接麦克风实物用于拾音，MIC2 接口用于音频回采做回声消除，音频信号经音频功放放大后通过 Speaker 进行语音播报。

详情请参阅 T5-E1-IPEX 模组规格书。

按键与指示灯相关电路

RGB 灯珠 LED2 使用红绿双色分别指示设备不同工作状态，R48 与 R49 为限流电阻，限流电阻阻值可根据产品实际效果进行调整。

板上按键 SW1 与外接按键 CN3 功能可自行定义。为兼容不同结构适配的按键数量不一致问题，这里将两路按键信号通过 R72 进行互联，实际应用根据项目要求进行选焊。

音频相关电路

MIC 与喇叭相关电路

音频相关电路如图 10 所示。MIC_BIAS 为 MIC 偏置电压，C38 用于过滤来自电源电压的干扰，R56、R58、R61、R63 为偏置电阻，C40、C44 与 C48 用于滤除干扰信号，C41 与 C45 为隔直电容，用于滤除麦克风信号中的直流分量，TVS5 与 TVS6 用于防止 MIC 引入静电。AEC 电路中，功放后级的信号通过 R57、R59、C42 以及 R62、R60、C46 分压并滤波后，再分别通过隔直电容 C39 与 C47 进入 T5 模组的 MIC2 接口，作回声消除使用。

音频功放使用 VCAT1 直接供电。C50 与 C51 对电源进行去耦，使能管脚通过 R64 下拉，确保上电后处于关闭状态。C54、C55、R68、R70 用于音频信号输入端高通滤波器截止频率与放大倍数的设定，图中参数所设定的放大倍数为 3 倍。输出通路上的 R69、R71 与C52、C56 用于抑制噪声与改善信号质量。

PCB 设计规范

布局参考

板子使用 4 层板，自上而下分别是 TOP 层、GND 层、SIG 层与 BOTTOM 层，每层走线如下图所示:

PCB 各层走线图：

布线规范

• 与结构相关的如 Type-C 连接器、拨码开关、按键、指示灯等，需按要求摆放，避免发生干涉。

• BUCK 电路部分，输入输出电容与 VCAT1 和 GND 的连接环路尽可能小，SW 走线要短而粗来提高过流能力，反馈电阻尽可能靠近芯片反馈引脚放置，反馈电压从输出电容后级出线。

  

• 电源走线宽度要满足最大通流要求，如 5 V 电源输入、电池充放电回路、蜂窝模组供电电源、T5 模组供电电源、音频功放电源走线等，换层时需打足够数量的过孔来提高通流能力。

  

• 芯片电源的去耦电容尽可能靠近对应管脚放置，走线确保先经电容滤波再进入芯片内部，如下图中 CAT.1 模组电源、SIM 卡电源与 BUCK 芯片的电源去耦电容等。

  

• USB 数据线采用差分线走线并控制 90Ω 阻抗，与其它信号用地线进行隔离，RF 走线尽可能短且需控制 50Ω 阻抗，走线周围用铜箔包裹并沿走线均匀打接地过孔，RF 连接器周边尽量少放器件并保持地的相对完整性。

  

• 所有防护器件要靠近信号输入端放置，且走线必须先经过防护器件，再进入芯片内部，如下图所示。

  

T5 模组天线连接器规格

结构设计规范

根据客户实际产品形态而定。为保证良好的回声消除效果，建议拉大喇叭和 MIC 距离并将两者安装于不同的参考平面。

参考 BOM

需线下向产品经理索取。

产测工装制作说明

待续。

SDK 开发指导

请参阅 Wukong AI 硬件开发框架。