RK3229在智能音箱中的设计应用

1、 RK3229在智能音箱中的设计应用 邹传彬Summary智能产品已深入人们生活中的各个方面，特别是随着技术的发展，交互方式已由视觉、触觉转向为更为便捷的声觉，智能语音交互产品呈现大爆发的趋势。本文基于RK3229芯片，从功能、硬件组成、软件流程及设计注意事项等方面，介绍了其在智能音箱产品上的设计应用，以实现用RK3229开发智能音箱产品，具有实际应用价值。【Key】智能产品 智能语音 智能音箱RK3229在国外，亚马逊在2014年11月推出Echo智能音箱，率先让智能语音交互技术走进了普通消费者的人群，两年之后，谷歌也推出了Google Home，同时，在国内，京东、阿里、小米、百度等都纷纷

2、推出自己的智能音箱产品。近年来，国内外智能音箱市场的火热有目共睹，产品销量也是爆发式增长。前年（2016年）智能音箱的市场销量只有300万台，去年爆发式的增长10倍到3000万台，智能音箱为什么会有这么高的增长？我们看到它的卖点在于成为智能家庭的控制中心，相对于传统音箱而言，智能音箱不仅是音响产品，同时是涵盖了内容服务、互联网服务及语音交互功能的智能化产品，不仅具备Wi-Fi连接功能，提供音乐、有声读物等内容服务及信息查询、网购等互联网服务，还能与智能家居連接，实现场景化智能家居控制。在CES 2018中，联发科联合阿里巴巴量身打造了两款芯片，加速天猫精灵的生态圈布局;高通也宣布其智能音频平台

3、对微软、Android、Google提供服务支持;同时，包括亚马逊、LG，索尼、百度、京东、联想等厂商都展出各自的智能音箱产品。市场分析公司Canalys进一步预测，到今年年底智能音箱全球出货量将达到5630万台，并称2018年将是智能音箱普及的“决定性年份”。1 RK3229简介RK3229是Rockchip（瑞芯微）在2017年正式发布基于“AI语音助手”的两款方案之一，应用于中高端的语音智能音箱系统，并在2017年谷歌I/O开发者大会上，发布了基于RK3229的Android系统平台的谷歌语音助手（Google Assistant）解决方案。RK3229谷歌语音助手方案定位于中高端智能音

4、箱产品及智能语音交互系列产品，采用四核Cortex-A7内核架构，在语音算法上结合谷歌在音频领域深厚的技术积累：支持声源定位、声源增强、回声消除、噪音抑制技术;RK3229在行业内率先支持8路数字硅麦直连的芯片方案，从而实现高性价比，高扩展性的整体解决方案。RK3229可支持科大讯飞、猎豹、思必驰、声智、捷通华声麦克阵列算法，以及支持谷歌对AI平台最新的操作系统：Android things，因安卓系统更开放、更成熟、更互联的特性，将解决软硬件厂商开发Linux智能应用周期长、兼容性差的痛点。基于Android平台的RK3229 Google Assistant方案，有助于生态链合作伙伴根据产

5、品特性、用户习惯基于Android系统开发APP服务平台，从而与语音智能交互无缝结合，深度粘合用户，提升用户体验。另外，RK3229有丰富的输入、输出接口，很容易对功能进行扩展，如有3个USB、1个SDMMC、HDM12.0、SPDIF OUT、10/100MEthemet以及I2C、UART等等。图1为它的功能框图。2 最小系统设计为了便于说明RK3229的设计中应注意的事项，我们搭建了此芯片的最小应用系统，图2 为最小系统框图。2.1 时钟电路RK3229芯片内部的反馈电路与外接的24MHz晶振一起构成系统时钟，另外，系统时钟还可以直接由外部的晶振时钟电路产生时钟，通过XIN_OSC脚输入

6、，此时钟的精度要求为20PPM。2.2 复位电路RK3229芯片内部集成上电复位电路，低电平有效，需要复位脚上增加一个100nF电容来消除抖动，并此电容要靠近IC放置。2.3 DDR电路RK3229 DDR控制器接口支持DDR3/DD3L/LPDDR2/LPDDR3 SDRAM标准，提供一个32bit的DDR控制器接口，分别包含2个DDR SDRAM片选、2个ODT、1组CK，支持数据总线位宽32bit，地址总线最大支持16bit。2.4 eMMC电路PK3229支持eMMC4.5接口协议，支持单通道eMMC颗粒，8bit模式，并支持HS200工作模式。eMMC控制器包括两组电源，这两组电源没

7、有上电时序的要求，但必须在RK3229的CMD命令发出前上电，并保持稳定的工作电压。2.5 电源电路PK3229有多组电源供电，如VDDARM/VDD_LOG/VDD_DDR/VCCIO/VCC_18等，上电时序应遵循同一模块低压先上、高压后上;相同模块相同电压一起上的原则，不同模块间无时序要求。推荐上电时充如下：VDD_10-VDD_ARM&VDD_LOG-VCC_DDR-VCC18-VCCIO。PLL电源建议使用LDO单独供电，特别是DDR工作频率较高，稳定的PLL电源有助于提高高频下的工作稳定性，且去耦电容应靠近主控脚管脚摆放。CPU电源峰值电流接近1A，均值接近400mA，由外部PMU

8、提供，并由12C的接口写寄存器进行电压调整，支持DVFS动态调频调压功能，Layout时应将大电容放置在RK3229背面，以保证电源纹波在100mV以内，避免大负载情况下引起电源纹波偏大，且电源的远端反馈布线需要芯片端连接到DC_DC电源的FB端，可有效避免PCB线路阻抗引起的损耗，并提高电源动态调整的实时性。同样的原理，GPU及LOGIC电源也需如此处理。DDR电源，芯片内部集成了Vref电路，产生参考电压VCC_DDR/2。DDR电源根据颗粒的不同，可调整反馈脚的分压值，调整输出电压。另外Vref管脚供电可以通过1Kohm电阻分压提供，并在每个参考电源管脚放置一个1nF的去祸电容。在此应该

9、用中，RK3229采用PMU：RK805来供电，在应用时就特别注意散热，底层需要大面积的铺地以保证散热。2.6 SDIO/SDMMC电路为了满足ESD保护要求，在电路设计时应在SDMMC电路上增加保护器件，并紧靠SDMMC连接器放置，且它的寄生电容需小于10pF。SDIO/SDMMC的CLK应单独走线，并作包地处理;Data走线间距遵守3W规则;CLK与Data、CMD的走线要注意避免干扰，保持一致性，并要保持参考层的完整性，与同一层的其他线有GND隔离。2.7 Wi-Fi/BT电路Wi-Fi是通过SDIO与RK3229通信的，BT是通过UARI、PCM接口通信，UARI在PCB走線时也尽量保

10、持参考层的完整性，PCM的布线上相邻的参考层也要保持完整，避免一些电源等其他信号的干扰，与同一层的其他走线要有GND隔离。2.8 以太网口电路RK3229内部集成了一个千兆以太网的mac，以及内部百兆PHY。在设计时，以太网的供电电压需与GMAC_IO电平保持一致;MAC对PHY的复位方式用GPIO来控制，也可以使用RC硬件复位电路;所有的MDIO信号需要上拉，TX也需要增加上拉;需要在信号上串接10ohm的电阻，差分信号的上接电阻需接在网络变压器端，而不是芯片端;对此部分供电两个管脚需放置最少两个去耦电容，并靠近管脚处;并严格控制好差分阻抗，要有完整的参考层。2.9 USB电路RK3229有

11、四组USB2.0接口，包括OTG&HOST复用一路，独立的HOST口3路。其中，USBO做为系统固件烧写口，不可随意调整，OTG与HOST口可以独立使用。USB控制器参考电阻要选用1%精度，该电阻关系到USB幅度及眼图。需在USB电路上预留ESD/EMC保护措施，并在LAYOUT严格按照差分走线，拐角不能为直角或锐角，阻抗要为90ohm，走线尽可能减少过孔，并保证走线参考面是一个连续完整的参考面。2.10 HDMI电路RK3229有一组HDMI输出接口，支持HDMI2.0协议，它的控制器参考电阻也要选用1%精度，在接口电路要有防倒灌设计，同时它的12C不支持5V电平，需增加电平转换电路。需在U

12、SB电路上预留ESD/EMC保护措施，并在LAYOUT严格按照差分走线，阻抗要求为100ohm，走线尽可能减少过孔，并保证走线参考面是一个连续完整的参考面。3 应用软件及流程相对于普通音响，一个智能音箱软件结构要复杂的多，基本上可以看成是一个小型操作系统了，涉及到各种系统底层及应用层的软件开发。如图3所示，这是一个基本的智能音箱的软件架构图，包含如基本控制、系统升级、网络配置、语音助手、消息管理、业务服务及APP等功能。4 总结综上所述，本文简述了智能音箱的发展趋势，提出了用RK3229来实现智能音箱的方案，列出来从硬件设计、PCB LAYOUT上面所要注意的事项，并给出了一个基本软件架构框图，从而搭建一个简单的智能音箱的设计方案。当然，这只是一个简单并初级的应用，只是给出了一个初步框架，具体详细的设计还需进一步细化。Reference1郑世帅.基于交互理论智能音箱设计J.工业设计，2017（02）：95-99.2祥&瑞.如何打造一款人工智能音箱EchoJ.中国科技财富，2017（04）：36-36.3孙锋.抢夺智能音响，关于