1、前言
1.1说明
文档详细介绍本TG6210A语音芯片硬件部分：包括TG6210A芯片介绍，典型的语音应用方案介绍，典型电路设计参考，PCB布局参考以及应用环境等方面的信息。在本文档和其他相关文档的帮助下，开发者可快速理解TG6210A语音芯片A的硬件功能并进行产品硬件开发。
1.2相关文档
TG6210A_Datasheet.pdf<br /> TG6210_module参考原理图<br /> TG6210A_DVK_MB_V10<br /> TG6210A-GPIO Mapping_V1.0
2、TG6210A芯片概述
TG6210A是智能互联推出的一颗高集成化的语音芯片。包含两个CPU，集成了高性能的音频codec和WiFi/BT/BLE无线模块，集成了8MB Flash/4MB PSRAM/700KB SRAM，可实现高性能，低功耗和语音控制的应用。。
2.1 TG6210A芯片的框图
2.2 GPIO分配
2.2.1 GPIO口的复用功能
详见TG6210A-GPIO Mapping_V1.0 和TG6210A_datasheet。
2.2.2 GPIO口的功能参考
TG6210A的GPIO有27个GPIO，其中GPIO40/41 可作为外部RTC晶体输入口。
其他复用具体描述如下：
- SPI接口：支持2个，其中一个QSPI用于外部Flash扩展。SPI支持master和slave模式，作为master模式时速率为25MHz，作为slave 模式时速率为20MHz。
- I2C接口：支持4个，支持master 和slave 模式。
- PWM接口：支持2 组PWM 信号，每组包含4 通道PWM 信号输出，每通道可以设置为2 路互补PWM。
- UART接口：支持4个，支持RS485、ISO 17987-8、ISO11898-1。UART（GPIO20/21）用于debug和生产软件烧录使用。
- SDIO：支持1个。GPIO0~GPIO5配置成SDIO2.0接口。最高速率50MHz，只能做host使用。
- USB接口:支持1个，USB2.0 HS OTG。USB接口可用于软件烧录(仅用于研发阶段)。
- I2S：支持1个，支持master和slave模式。
- PDM：1个PDM音频模块，支持3个数字MIC输入。
- ADC：10个ADC。一般GPIO16 作为按键KEY使用。
2.3 TG6210A的芯片封装
3、TG6210A典型应用方案框图
4、TG6210A芯片硬件电路设计指南
本小节将详细介绍芯片的各功能模块的电路设计注意事项，详细设计请参考:TG6210A参考原理图。
4.1 电源模块
| 引脚名称 | Min | Typical | Max | 单位 |
|---|---|---|---|---|
| VDD33_DCC18 | 3 | 3.3 | 3.63 | V |
| VDD33_CIS(USB) | 3 | 3.3 | 3.63 | V |
| VDDIO1/3/4 | 3/1.62 | 3.3/1.8 | 3.63/1.98 | V |
| VDDIO2 | 3 | 3.3 | 3.63 | V |
| VDD33_RF | 3 | 3.3 | 3.63 | V |
| AVDD33_CODEC | 3 | 3.3 | 3.63 | V |
- VDDIO1/2/3/4：每个IO都可以独立供电，建议保持与内核3.3V保持一致。
- VDD33_RF和AVDD33_CODEC，设计时与主电源做隔离或者星型设计。
- 上电时序：Bootstrap引脚为GPIO39.
（d）PU_CHIP：为高有效。设计时，需要用RC电路做延迟电路。详细可参数原理图。
4.2 射频模块
TG6210A芯片包含WiFi和BT的射频模块，WiFi和BT是共用RF端口。在射频设计时，需要增加π型匹配电路。由于TG6210A芯片出厂的TX发射功率误差±2dB，所以推荐生产增加功率和频偏校准的动作。
4.3 音频模块
TG6210A的音频模块包括三部分：数字MIC，模拟MIC和Audio输出
| DMIC *3 | 三个DMIC共用clock，Data分三个。具体配置参考GPIO配置表。 |
|---|---|
| AMIC*3 | MIC1-MIC3(其中MIC3为AEC回采) |
| Line Out*2 | 支持双喇叭输出。目前支持mono输出。 |
4.3.1 MIC模块
TG6210A芯片具有3个模拟MIC输入接口和3个PDM接口。MIC1、MIC2接口用于连接2个模拟MIC，MIC3接口是AEC输入端口。PDM接口连接三数字MIC设计。
具体的模拟MIC的设计电路参考如下：
数字MIC的设计电路参考如下：
Layout时，clock和data信号线做包地处理；clock信号线上串接的0欧电阻靠近芯片放置；data信号线上的0欧姆靠近数字MIC放置。原理图设计时预留clock和data信号线的对地电容，目的是EMC整改。
3.3.2 Speaker电路
TG6210A支持模拟音频输出，有两路模拟音频输出PIN脚，分别是LOUT_1P/N和LOUT_2P/N。但两路音频输出目前暂不支持立体声输出，输出的是相同的单声道信号。用户可以使用任意一组信号，没有区别。<br />音频模拟输出为差分信号，分别是LOUT_1P和LOUT_1N，以及LOUT_2P和LOUT_2N。<br />参考设计如下图所示：<br /><br />参考：外部模拟PA参考电路<br /><br />参考: 音频模拟输出差分信号走线
注1:该参考设计为5V供电，驱动额定功率为3W/4欧姆的喇叭。若需要增大喇叭功率，需要提高PA的供电电压。
3.3.3 AEC电路
TG6210A的AEC回路，把PA端输出的音频信号通过AEC回路回传到芯片。默认使用MIC3接口作为AEC回路信号。
下图的参考设计为5V PA供电时的参考。若采用PA采用其他供电电压的供电，需要调整下图中的R202和R203的分压电阻。
AEC调整方法：（以提供的Demo参考为例）
整个音频链路的数学模型如下图：
从上面的数学模型来看，VAEC只与放大器的放大倍数Gp和分压电路的K有关系，与PA的负载无关。
TG6210A内对AEC回路采集增益和芯片LineOut输出的增益，软件已固定。所以Vin和VAEC相对是固定的。以参考设计为例，Gp=4，,所以VAEC=Vin 。如果在最终产品中要调整放大器的放大倍数Gp，就需要根据上面的公式调整K，让VAEC=Vin。
3.4 IO口的常规设计
3.4.1 UART串口电路
TG6210A芯片的UART(GPIO20/21)用于固件加载和软件调试，其他的UART口是可以用于外部串口设备。<br /> 固件加载时，底板上需要将GPIO20/21和GND三个信号预留装备测试点。PC机通过USB接口，经USB/串口转换板连接到底板的对应测试点，进行固件加载。
3.4.2 SPI接口
TG6210A芯片具有2个SPI接口，其中一个QSPI仅用于外部连接SPI Flash。硬外一个可以用来连接SPI接口的显示屏。SPI的时钟速率典型值是26MHz。<br />SPI显示屏的参考设计如下图所示：<br />
3.4.3 I2C接口
TG6210A芯片具有4个I2C Master接口，可以用来连接I2C设备，如TP等。I2C的速率配置为100KHz。<br />I2C建议外部使用4.7k上拉到IO电源。如下是接TP的参考设计。<br />
3.4.4 PWM接口
TG6210A芯片具有8个PWM接口，可以用来控制呼吸灯、控制LCD背光等。<br />LED这个，需要注意该管脚在开机默认是内部弱上拉输出。<br /> PWM的控制LED灯参考电路如下图所示：<br /><br />PWM1由于默认内部弱上拉，如果在上电瞬间不想亮灯，则需要对控制逻辑进行反向。例如下图的参考设计中，使用2个NPN管进行反向逻辑控制。<br />
3.4.5 ADC按键电路
TG6210A芯片具有1个ADC KEY接口，可以实现5颗按键识别。避免复合按键使用，建议使用3个按键。参考如下：<br />
4、热设计
4.1 芯片工作温度范围
芯片工作环境温度范围：-20℃~80℃（芯片需要良好的散热设计）
4.2芯片的散热设计
TG6210A芯片在麦克风阵列工作状态下，平均功耗约在TBD。
建议的一些散热设计如下：
1）按照建议的PCB封装设计底部散热PAD。
2）散热PAD接主地，做通孔到底层，通孔数量建议99以上
3）PCB背面对应散热PAD的区域，建议露铜刷点阵锡膏
4）PCB板上其他发热器件，如Speaker PA、DCDC等，尽量远离芯片，建议保持20mm以上距离
5）双层板尽量保障一面PCB做完整GND层，并多加GND过孔
6）适当增加PCB板面积对散热有帮助（9060mm）
7）在2）基础上在PCB底层增加散热片，能较大程度改善发热。
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