语音模组 VWXR2 硬件设计指导

更新时间:2022-04-26 03:58:14下载pdf

尺寸封装

VWXR2共有三排引脚,引脚间距为1.5mm;

VWXR2尺寸大小:20mm(W)*30mm(L)*3.6mm(H)。

尺寸如下图所示:

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管脚定义

VWXR2模组如下图所示:

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VWXR2模组引脚定义

引脚序号 功能 描述
1 GPIO GPIOA0
2 GPIOA1
3 GPIOA2
4 GPIOA3
5 GPIOB16
6 GPIOB17(默认为配网&禁麦按键)
11 RST 系统复位,低电平复位
12 PWM0 PWM调光接口(默认为语音状态指示灯,推荐红色)
13 PWM1 PWM 调光接口(默认为语音状态指示灯,推荐蓝色)
14 PWM3 PWM 调光接口
15 PWM5 PWM 调光接口
16 PWM6 PWM 调光接口
18 SPK+ 喇叭正极
19 SPK- 喇叭负极
21 MIC1- MIC1负极
22 MIC1+ MIC1正极
23 MIC2+ MIC2正极
24 MIC2- MIC2负极
27 ADC_CH5 外部模拟信号检测
28 ADC_CH0 ADC按键接口
30 TWI0-SCL I2C
31 TWI0-SDA
32 IR_RX 红外接收引脚
33 IR_TX 红外发射引脚
34 UART0-TX 日志串口,烧录串口
35 UART0-RX
36 UART1_RTS 串口1,用于MCU对接通讯,全串口用于流控
37 UART1_CTS
38 UART1_RX
39 UART1_TX
7、10、17、20、25、26、29 GND GND
8、9 5V 5V电源

关于GPIO引脚使用说明

  • GPIOB17(默认为配网&禁麦按键)。

  • 配网指示灯以及语音相关的指示灯默认PWM0和PWM1,其他应用可以考虑采用PWM3/PWM5/PWM6做LED显示灯效扩展(PWM对呼吸灯支持会比较好,如果无需呼吸效果,GPIOA0/1/2/3/16也可以使用)。

  • ADC_CH5可以根据用户需求用于外部模拟信号采集,输入电压要求低于2.5V。

  • 针对GPIO资源比较紧张的应用,可以使用ADC_CH0根据客户实际需求采用分压的办法接多路按键以减少GPIO的占用,因为输入耐压2.5V,所以分压接法电源轨建议设计成1.8V,即外部提供1.8V的电源来设计分压方式的按键电路。

  • PWM0/1/3/5/6这5路PWM在用于照明应用是可以分别用来驱动RGBCW,即

    • PWM0---->R 红灯
    • PWM1---->G 绿灯
    • PWM3---->B 蓝灯
    • PWM5---->C 冷色
    • PWM6---->W 暖色
  • VWXR2的GPIO电平都是3.3V。

参考设计电路

VWXR2模组的最小系统设计

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电源设计

具体设计可以参考上面的最小系统设计。

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这里列举几个设计注意事项:

  • 滤波电容C7不能太小,建议在10uF以上,注意耐压要在10V及以上。

  • 考虑到模块输入的电源来源未知,如果电源噪声比较大的可考虑加一个磁珠。

  • VCC-5V电压纹波不能太大,不能超过5.5V,超过可以会导致模块损坏,详细可以参考模块的规格书。

  • VWXR2模块要求电源输出5V/1A以上的电源,来确保设备稳定运行。

MIC选型推荐和MIC电路

MIC电路如下所示,本方案推荐驻极体MIC,MIC选型可以参考如下表格,需注意,为了保证系统的性能,SNR要求要大于65db,灵敏度越高越好(-28db高于-30db),一般建议灵敏度要≥-30db。当然如果用户对性能要求不高,选型的参数可以适当放宽。

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MIC电路部分,为了简化外围电路,外围只需要按如下图设计即可,预留ESD保护电路和TDD抑制电路。
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SPK电路

VWXR2模块集成了D类功放,可以在5V供电情况下,驱动4欧姆的喇叭可以推出2W功率。SPK设计电路如下图所示。
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由于客户会对喇叭会有各种各样的要求,选型的时候不做太多限定,但是请注意喇叭在额定功率下,THD不要≤10%。

麦克风选型指南

MIC选型参数介绍

以下是涂鸦验证过的一款驻极体MIC的规格书。

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参数上:

  • 灵敏度选的越高,拾音距离越远,一般要求不低于-30db。对距离要求不高的,可以选择灵敏度稍微低一些的驻极体MIC:例如-38db。

  • S/N Ratio,信噪比部分,一般要求不低于64db。信噪比太低,会影响远场拾音效果。如果对拾音距离要求不高,可以视情况而定,选择信噪比低一些的MIC。

喇叭选型指南

喇叭选型很难有一个标准的方案可以推荐,原因有以下几点:

  • 客户对喇叭的尺寸要求不一样,通常受限于ID。

  • 客户对喇叭频响要求不一样。

  • 客户对喇叭失真要求也不一样。

喇叭选型时您可以参考以下内容:

  • 建议喇叭尽量功率控制在3W以内,(喇叭腔室到麦克风要衰减20dB以上)
  • 喇叭的f0尽可能的低,THD在200HZ~8KHZ范围内小于10%(此要求针对非音箱方案,如果用在音箱上,THD指标请参考相关文档的选型指南)
  • 喇叭和结构配合非常精密,相关的喇叭这块的腔体设计包括和MIC之间的声学约束规则请参考结构设计文档。
  • 如果没有太多结构和音腔设计经验,推荐可以参考SPK-BOX。

复位电路以及配网电路

VWXR2复位电路可以参考下图,RST推荐上拉到VCC_BAT(通常是5V),低电平复位,建议预留ESD,详细请参考上面的最小系统设计电路

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VWXR2配网和禁麦按键,可以参考下图,GPIO推荐上拉到VCC_CC(通常是3.3V),低电平有效,建议预留ESD。

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ESD和TDD防护设计

下图是MIC电路ESD和TDD,ESD器件可以根据产品定义来选型,本文不做设计推荐。

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TDD电路,C5,C6,C4等电容建议预留。如没有空间,可以去掉,一般用于手机滤除 TDMA 217Hz干扰。

TDD补充说明:

关于 MIC 这 3 个电容的作用截取一些较专业的解释可供参考:

  • 当手机处于发射状态下,整个手机是处于手机发射的强磁场内,因此除了手机本身的防电磁干扰以外,对于MIC也提出了抗电磁干扰的问题。

  • 设计上,采用在S-D之间并接电容的办法,根据频率的不同并接不同的电容,通常手机使用10P,33P两个电容分别针对GSM手机和两个频段,即900MHZ,1800MHZ

模块安放/天线位置

为确保 RF 性能的最优化,建议模块天线部分和其他金属件距离至少在 15mm 以上。 由于 VWXR2的使用是通过 SMT 工艺,贴到主控板上配合其他元器件一起应用。 那么 PCB 天线的摆放位置和摆放方式会直接影响 RF 性能。以下是我们推荐的摆放位置, 和不建议的摆放位置。 推荐使用方案 1 和方案 2 的摆放位置,天线在板框外或天线附近挖空。性能和单独 模块 RF 测试性能基本一致。 如果设计受限必须将 PCB 天线放在底板上,可以参考方案 3 的摆放方式,天线在 板框内,但天线附近不覆铜和走线。但射频性能会有一些损失,差不多衰减 1-2dBm。 不建议使用方案 4 的摆放位置,天线在板框内,且天线下覆铜或走线。射频信号会 明显的衰减。

  • 方案 1:天线在板框外
  • 方案2:天线沿板边放置,且下方挖空
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  • 方案 3:天线沿板边放置,且下方均不覆铜
  • 方案 4:天线板框内放置,且下方挖空
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封装说明

VWXR2 外形尺寸如下图所示

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注:1)[ ]内数值单位为mm,[ ]外数值单位为inch