CI1301

点击前往公司官网 CI1301 Datasheet CI1301 数据手册 高性能神经网络智能语音芯片 SSOP24 长 8.6mm 宽 6mm 高 1.64mm • 脑神经网络处理器（BNPU） • GPIO – BNPU V3，支持 DNN\TDNN\RNN\CNN 等神经 – 10 个高速 GPIO，响应速率可达 20MHz 网络及并行矢量运算，可实现语音识别、声 – 其中 7 个 GPIO 支持 5V 输入 纹识别、命令词自学习、语音检测及深度学 • 复位和电源管理 习降噪等功能 – 内置电源管理单元 PMU • CPU 和存储器 – PMU 输入电压范围: 3.6V 到 5.5V – CPU 主频可达 220 MHz – 内置上电复位（POR） – 内置 1MBytes Flash 存储器 – 内置电压检测 (PVD) – 内置 640KBytes SRAM • 时钟 – 内置 512bit eFuse，可用于应用加密 – 内置 RC 振荡器，也支持外接晶体振荡器； • Audio Codec 开发者可根据不同应用方案选择采用内置 RC – 高性能低功耗 audio ADC，SNR ≥ 95dB 或者外接晶体作为芯片时钟源 – 低功耗 audio DAC，SNR ≥ 95dB • 通讯接口 • 音频接口 – 1 路 IIC 接口 – 1 路 IIS 接口，支持主从可配 – 3 路 UART 接口，支持 5V 通讯，支持最高 – 1 路双通道 PDM 接口 3Mbps 速率 • ADC 和 PWM • 定时器和看门狗 – 内置 1 通道 12bit SAR ADC – 内置 4 组 32 位定时器和 2 组看门狗 – 支持 6 路 PWM 接口 点击前往启英泰伦语音 AI 平台 第 1 页 V1.2 点击前往公司官网 CI1301 Datasheet 目录 1 概述........................................................................................................................3 1.1 功能描述....................................................................................................3 1.2 芯片规格....................................................................................................4 2 引脚图和功能描述................................................................................................6 2.1 引脚图........................................................................................................6 2.2 管脚描述....................................................................................................7 2.3 复用功能....................................................................................................9 3 电气特性..............................................................................................................10 4 封装信息..............................................................................................................12 5 订购信息..............................................................................................................13 6 应用方案..............................................................................................................14 6.1 应用参考电路图......................................................................................14 6.2 应用其它注意事项..................................................................................15 点击前往启英泰伦语音 AI 平台 第 2 页 V1.2 点击前往公司官网 CI1301 Datasheet 1 概述 1.1 功能描述 CI1301 是启英泰伦研发的新一代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 和 CPU 内核，系统主频可达 220MHz，内置高达 640KByte 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。 CI1301 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 4KV 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。 CI1301 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。该芯片因 Flash 容量的原因仅支持较小声学模 型，命令词仅支持 100 条以内，应用于正常家居中等噪声场景。如方案有更多命令词需求或 强噪声环境应用的，请用 CI1302 或 CI1303 芯片。CI1301 因 Flash 容量的原因如支持声纹 识别，则不支持语音识别，如想既支持声纹识别又支持语音识别，请用 CI1303 或 CI1306 芯片。 点击前往启英泰伦语音 AI 平台 第 3 页 V1.2 点击前往公司官网 1.2 CI1301 Datasheet 芯片规格 CI1301 芯片功能框图如下图所示： 图 1-1 芯片功能框图  脑神经网络处理器 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、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 220MHz - 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 1MB 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 点击前往启英泰伦语音 AI 平台 第 4 页 V1.2 点击前往公司官网 CI1301 Datasheet - 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 - 1 路 12bit SAR ADC 输入通道，采样频率可达 1MHz  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 10 个 GPIO 口，可以作为主控 IC 使用 - 每个 GPIO 口可配置中断功能，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  软件开发支持 - 提供完整软件开发包、应用方案示例和语音开发平台在线制作固件等功能，详情 请访问：https://aiplatform.chipintelli.com  固件烧录和保护 -  支持 UART 升级和固件保护 EMC 和 ESD - 良好 EMC 设计，支持 FCC 标准 - 内部 ESD 增强设计，可通过 4KV 接触放电试验  ROHS 和 REACH - 采用环保材料，支持通过 ROHS 和 REACH 测试  封装和工作温度范围 - 封装形式：SSOP24，尺寸为长 8.6mm，宽 6mm，高 1.64mm - 工作环境温度：-40℃ 到 85℃ 点击前往启英泰伦语音 AI 平台 第 5 页 V1.2 CI1301 Datasheet 点击前往公司官网 2 引脚图和功能描述 2.1 引脚图 AVDD 1 24 AGND VIN5V 2 23 VCM VDD33 3 22 MICBIAS VDD11 4 21 MICPL GND 5 20 MICNL XIN 6 19 MICNR XOUT 7 18 GND 8 17 MICPR 24 PA2 9 16 PA3 10 15 PA5 11 14 PA4 12 13 HPOUT 23 AIN2 PB6 22 PB5 21 PA6 图 2-1 CI1301 SSOP24 引脚图 点击前往启英泰伦语音 AI 平台 第 6 页 V1.2 CI1301 Datasheet 点击前往公司官网 2.2 管脚描述 表 2-1 管脚描述 管脚号 管脚名称 类型 IO 5V 耐压 IO 上电默 认状态 1 AVDD P - - 2 VIN5V P - - 3 VDD33 P - - 4 VDD11 P - - 5 GND P - - 6 XIN I - - 7 XOUT O - - 8 GND P - - 9 PA2 IO √ IN，T+D 10 PA3 IO √ IN，T+D 11 PA5 IO √ IN，T+D 12 PA4 IO √ IN，T+U 13 PA6 IO √ IN，T+D 14 PB5 IO √ IN，T+U 点击前往启英泰伦语音 AI 平台 第 7 页 管脚复用和功能描述 3.3V 模拟 LDO 输出管脚，同时也是模拟 供电输入管脚，外接 4.7uF 电容 VIN5V 是 PMU 电源输入引脚。正常工作 输入电压范围为 3.6V-5.5V。外部连接一 个 4.7uf 输入电容器。该引脚的最大输入 电压为 6.5V。请注意该引脚需要添加过压 和浪涌保护装置，例如 TVS 和 4.7 欧姆电 阻，以防止浪涌冲击 3.3V LDO 输出管脚，外接 4.7uF 电容 1.1V LDO 输出管脚，同时也是内核供电 输入管脚，外接 4.7uF 电容 Ground 外部晶振管脚 XIN（正常应用无需外接晶 振） 外部晶振管脚 XOUT（正常应用无需外接 晶振） Ground 1. GPIO PA2（上电默认状态） 2. IIS_SDI 3. IIC_SDA 4. UART1_TX 5. PWM0 1. GPIO PA3（上电默认状态） 2. IIS_LRCLK 3. IIC_SCL 4. UART1_RX1 5. PWM1 1. GPIO PA5（上电默认状态） 2. IIS_SCLK 3. PDM_DAT 4. UART2_TX 5. PWM3 1. GPIO PA4（上电默认状态）/PG_EN（根 据上电时电平状态判断是否进行编程，高 电平时启动编程功能） 2. IIS_SDO 3. PWM2 1. GPIO PA6（上电默认状态） 2. IIS_MCLK 3. PDM_CLK 4. UART2_RX 5. PWM4 1. GPIO PB5（上电默认状态） 2. UART0_TX V1.2 CI1301 Datasheet 点击前往公司官网 3. 4. 1. 2. 3. 4. IIC_SDA PWM1 GPIO PB6（上电默认状态） UART0_RX IIC_SCL PWM2 15 PB6 IO √ IN，T+U 16 AIN2 IO - IN，T+U SAR ADC input channel 2 17 18 19 HPOUT MICPR MICNR O I I - - DAC output Right Microphone P input Right Microphone N input 20 MICNL I - - Left Microphone N input 21 22 23 24 MICPL MICBIAS VCM AGND I O O P - - Left Microphone P input Microphone bias output VCM Output Analog ground 符号定义： I 输入 O 输出 IO 双向 P 电源和地 T+D 三态下拉 T+U 三态上拉 OUT 上电默认输出 IN 上电默认输入 所有 IO 支持驱动能力可配，上下拉电阻可配。 点击前往启英泰伦语音 AI 平台 第 8 页 V1.2 CI1301 Datasheet 点击前往公司官网 2.3 复用功能 表 2-2 IO 复用功能 Analog Specific Function Function Pin Name Function1 Function2 Function3 Function4 Function5 XIN - - - - - XIN XOUT - - - - - XOUT PA2 PA2 IIS_SDI IIC_SDA UART1_TX PWM0 - PA3 PA3 IIS_LRCLK IIC_SCL UART1_RX PWM1 - PA4 PA4 IIS_SDO - - PWM2 - PA5 PA5 IIS_SCLK PDM_DAT UART2_TX PWM3 - PA6 PA6 IIS_MCLK PDM_CLK UART2_RX PWM4 - PB5 PB5 UART0_TX IIC_SDA PWM1 - - PB6 PB6 UART0_RX IIC_SCL PWM2 - - AIN2 - - - - - AIN2 PG_EN Note1 Note1：芯片 12 脚 PA4（PG_EN）内部默认上拉，当上电判断为高时，芯片上电时检测到 UART0 上有升级信号即可自动进入升级模式，这时可使用配套的升级工具对芯片内部的 Nor Flash 进行编程。未检测到 UART0 上有升级信号将进入正常工作模式。 点击前往启英泰伦语音 AI 平台 第 9 页 V1.2 CI1301 Datasheet 点击前往公司官网 3 电气特性 表 3-1 电气特性表 符号 描述 最小值 典型值 最大值 单位 VIN5V PMU输入管脚电压，一般为5V 3.6 5 5.5 V AVDD 模拟和Codec供电电压 2.97 3.3 3.63 V VDD33 芯片IO供电电压 2.97 3.3 3.63 V VDD11 芯片内核供电电压 0.99 1.1 1.22 V 0.7×VDD33 - - V - - 0.3×VDD33 V VIH VIL 输入高电压，3.0V ≤ VDD33 ≤ 3.6V 输入低电压，3.0V ≤ VDD33 ≤ 3.6V VOL 输出低电压 @IOL = 12mA - - 0.4 V VOH 输出高电压 @IOH = 20mA 2.4 - - V 5 - 23 mA 12 - 26 mA - - 180 mA 70 - 150 mW 145 - 250 mW I5VIO IO（5V耐压）输出3.3V时驱动电流 IO（3.3V耐压）输出3.3V时驱动电 I33VIO ΣIVDD 流 芯片所有IO总电流之和 采用5V供电，芯片1.1V采用外部 Pde DC-DC芯片供电，正常识别时5V输 入的总功耗（环境温度TA = 25 ° C） 采用5V给芯片供电，芯片采用内部 Pdi PMU，正常识别时5V输入的总功耗 （环境温度TA = 25 °C） RC振荡器 TA = -40 to 85℃ -4 - +3 % 精度 TA = -20 to 85℃ -3 - +3 % Note1 TA = -10 to 70℃ -2.5 - +2.5 % -40 - +85 ℃ -10 - +70 ℃ 芯片采用外部晶振可适应的工作 TA Note2 Note3 环境温度 芯片采用内部RC振荡器可适应的 工作环境温度 点击前往启英泰伦语音 AI 平台 第 10 页 V1.2 CI1301 Datasheet 点击前往公司官网 TST 芯片储存环境温度 -55 - +150 ℃ Note1：芯片内置的 RC 振荡器会随环境温度变化产生一定的温漂。该时钟温漂可能对需要高 精度时钟的应用，或者与上位机串口通信的准确率带来影响。 Note2：应用方案需要高精度时钟的，或者需要进行串口通信且环境温度范围超过-10 到 70℃ 的，建议采用外部晶振作为时钟源，工作环境温度可以达到或超过工业标准规格。如采用内 部 RC 振荡器作为时钟源，串口通信波特率必须小于或等于 115200bps，同时与上位机串口 波特率之间总偏差不得超过 4%，以保证良好通信。工作环境温度为-10 到 70℃的，配合的 上位机串口波特率偏差在该温区须不超过±1.5%。如工作环境温度为-20 到 85℃的，上位机 串口波特率偏差在该温区须不超过±1%。 Note3：当上位机为免晶振设计时，需要尽量减小通讯误差。启英泰伦可提供串口波特率自 适应方案，该方案需要在串口协议中增加一个握手指令，并且上位机保证在收到该握手指令 的 50ms 内会按照协议要求回复。增加该自适应方案后，产品可以用于工作环境温度为-20 到 85℃的场景。 点击前往启英泰伦语音 AI 平台 第 11 页 V1.2 CI1301 Datasheet 点击前往公司官网 4 封装信息 COMMON DIMENSIONS SYMBOL UNIT：MILLIMETER MIN NOM MAX A _ _ 1.75 A1 0.10 0.15 0.25 A2 1.30 1.48 1.50 A3 0.6 0.65 0.70 b 0.23 _ 0.31 c 0.20 _ 0.24 D 8.55 8.6 8.75 E 5.80 6.00 6.20 E1 3.80 3.90 4.00 e 0.635BSC h 0.30 _ 0.50 L 0.50 _ 0.80 L1 θ 点击前往启英泰伦语音 AI 平台 第 12 页 1.05REF 0 _ 8° V1.2 CI1301 Datasheet 点击前往公司官网 5 订购信息 表 5-1 订购信息表 Orderable Device CI1301 Flash Status 1MByte TBD 点击前往启英泰伦语音 AI 平台 Package Type SSOP24/Tube Pins Package 24 第 13 页 Qty 50 Eco Plan MSL Op Temp Peak Temp (℃) RoHS & Level-3 Green 260C-UNLIM -40 to 85 V1.2 点击前往公司官网 CI1301 Datasheet 6 应用方案 6.1 应用参考电路图 CI1301 芯片外围仅需要少量器件就可以支持各类语音应用。针对语音部分，该芯片可 以支持单麦克风差分输入或单麦克风单端输入，也可以选择是否需要 AEC 回声消除功能。用 户可以根据设计的应用方案功能、功耗和成本要求选择合适的电路，下面对该芯片一个最简 单的应用参考电路图做具体描述。 图 6-1 CI1301 最简单方案的应用参考电路图 上图为 CI1301 一个支持单麦克风差分输入和功放输出的最简应用方案电路图。该芯片 可以采用 5V 直接供电，用户可按照上图中对应的外围器件规格来进行设计。 原理图设计时如果要考虑板级在线升级功能，可以将 UART0 引脚引出，以方便 PCB 板贴 片完成后通过 UART0 对主芯片内部的 Flash 进行固件升级。芯片的 PA4（PG_EN）引脚内部 带上拉，上电默认为升级模式，开机后要检测外部 UART0 口发来的升级信号，如果有则直接 启动升级。芯片默认的开机时间因为增加了升级模式的检测而延长，大概约 850mS；如果用 户对开机时间有很高的要求，可以将 PA4 脚引出，增加两个 2.2KΩ的下拉电阻到地，两个 2.2KΩ电阻连接的中间增加一个测试点，此时芯片开机为正常模式，开机时间大概约 350mS， 可以缩短开机时间。如果此时要在线升级可以通过外部给两个 2.2KΩ电阻连接的中间测试 点供高电平，将 PA4 引脚拉高，再通过 UART0 升级。 该芯片方案可选用差分麦克风设计或单端麦克风设计，推荐采用上图中的差分麦克风设 计。如果用户对成本有要求，可以将上图中麦克风部分修改为单端麦克风设计，可以比差分 点击前往启英泰伦语音 AI 平台 第 14 页 V1.2 点击前往公司官网 CI1301 Datasheet 麦克风少使用一些被动器件，但该方式仅推荐应用在麦克风线长小于 20 厘米的场合中，否 则会因为线太长，抗干扰效果不够，导致语音识别效果没有差分麦克风设计的方式好。上图 中功放采用的是 AB 类的功放，推荐采用 8002 功放芯片，用户也可以按照方案的要求自行选 择功放芯片，如果不需要功放功能时也可以去掉该部分电路以降低成本。用户如果有 AEC 回声消除功能的需求，可以利用一个麦克风输入通道来接 AEC 的模拟信号输入。 用户如果对方案的功耗没有特殊要求时，建议直接采用芯片内部的 PMU 供电，如果有功 耗要求，可以采用增加外部 DCDC 芯片给芯片 1.1V 供电，以降低功耗。芯片的 UART 口均支 持 5V 通信，上图中的 UART0 口是接的 3.3V 信号，如果要接 5V，在 UART0 的 RX 和 TX 管脚 外围增加连接到 5V 的上拉电阻即可，不用额外增加电压转换电路。 6.2 应用其它注意事项 1. 芯片内置的 RC 振荡器因半导体技术原理，在高温和低温环境会产生一定的温漂，用 户的应用场景的工作温度范围如果为-40 到 85℃的，推荐电路方案采用外接晶振。另外，如 果应用场景中需要高精度 PWM 输出（频率精度误差要求小于±2%）或高速串口通信（波特率 大于 115200bps），也推荐采用外接晶振。 2. 如果应用场景的工作温度范围在-10 到 70℃，且仅和上位机进行低速串口通信（波 特率小于或等于 115200bps），该类电路方案可以直接采用芯片内置的 RC 振荡器（上位机 频偏 ≤ ±1.5%）。当上位机为免晶振设计时，需要尽量减小通讯误差。启英泰伦可提供串 口波特率自适应方案，该方案需要在串口协议中增加一个握手指令，并且上位机保证在收到 该握手指令的 50ms 内会按照协议要求回复。增加该自适应方案后，产品可以用于工作环境 温度为-20 到 85℃的场景。 3. 如果应用场景对 RC 振荡器的频率精度无要求，可采用芯片内置的 RC 振荡器。 4. 芯片集成了 PMU 管理单元，PMU 包含三个 LDO，分别给芯片提供 3.3V 和 1.1V 电压， 如对功耗无特殊要求，方案无需外部电源芯片，外供 5V 电源纹波需小于 300mV。 5. 芯片采用无铅环保工艺制造，SMT 焊接时请按照无铅标准设置炉温和时间等参数。 6. 芯片取用、包装时需注意静电影响，建议采用抗静电材料隔离。 7. CI1301 芯片因 Flash 容量的原因仅支持小声学模型，命令词在较短的播报语情况下 支持 100 条以内，如方案有更多命令词需求的，请用 CI1302 或 CI1303 芯片。  启英泰伦保留说明书的更改权，恕不另行通知！客户在下单前应获取最新版本资料，并验证相关信息是否完 整和最新。  任何半导体产品特定条件下都有一定的失效或发生故障的可能，买方有责任在使用本产品进行系统设计和整 机制造时遵守安全标准并采取安全措施，以避免潜在失败风险可能造成人身伤害或财产损失情况的发生！  产品提升永无止境，我司将竭诚为客户提供更优秀的产品！ 点击前往启英泰伦语音 AI 平台 第 15 页 V1.2