RK3229在智能音箱中的设计应用

邹传彬

摘要

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。

【关键词】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，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USB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。

参考文献

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[2]祥&瑞.如何打造一款人工智能音箱Echo[J].中国科技财富，2017（04）：36-36.

[3]孙锋.抢夺智能音响，关于未来的全面战争[J].商界，2017（07）：68-71.