AU-60 语音处理模组：AI 降噪、回声消除与波束形成的技术实现
一、模组定位AU-60 是一个嵌入式语音前端模组，主要解决全双工通话中的三个基础问题：环境噪声压制、声学回声消除、定向拾音。它不依赖特定主机操作系统，通过硬件引脚和固件配置即可工作，适用于对音频质量有要求的通话、监控、录音类设备。二、核心功能技术说明2.1 AI 降噪（ENC）原理：基于神经网络模型对输入麦克风信号进行实时处理，区分人声与非人声。与传统降噪不同，AI 降噪对非平稳噪声（突发、瞬态、宽频）同样有效。可消除的噪声类型（规格书列示）：[*]空调、风扇等周期性机械声
[*]拍打、敲击、金属掉落等冲击声
[*]汽车鸣笛等环境突发声
[*]风直接吹向麦克风产生的气流声
性能参数：
[*]有效降噪深度：45 dB ~ 90 dB（视噪声类型和固件版本）
[*]拾音距离可调范围：10 cm ~ 500 cm（通过 T1/T2 切换）
[*]麦克风输入阻抗：30 kΩ（模拟差分/单端）
[*]最大模拟输入幅度：1.0 Vrms
该降噪功能在模拟麦克风输入和数字麦克风（PDM）输入下均可启用。2.2 回声消除（AEC）原理：通过 AECIN 引脚获取喇叭播放的参考信号，模组内部自适应滤波器估计回声路径，并从麦克风信号中减去回声成分，保留近端语音。关键指标：
[*]最大回声消除量：100 dB
[*]支持的回声延迟时间：≤100 ms（对应喇叭到麦克风的声学路径或电路延迟）
参考信号取点（硬件设计需注意）：
[*]从功放输入端取信号：信号幅度小（通常 <1 Vrms），可直接连至 AECIN，无需衰减。
[*]从功放输出端取信号：需串联阻容网络进行分压和隔直，典型值为 1 μF 电容 + 1 kΩ ~ 10 kΩ 电阻。
AEC 与 AI 降噪可同时工作，输出既无回声又无背景噪声的语音。2.3 波束形成（BF）波束形成仅在双数字麦克风（PDM）固件下可用。两个麦克风间距固定于模组上（实物布局决定），通过算法形成空间指向性。两种工作模式：
模式波束数量输出声道特性
单波束1单声道形成一个定向拾音区域，抑制侧面和背面声音
双波束（双声道独立）2双声道（左右独立）每个波束独立指向不同方向，两声道串音极低
可配置参数（固件定制）：
[*]中轴角度：波束指向的中心方向
[*]拾音范围角度：以中轴为中心的覆盖宽度（例如 ±30°）
双波束模式适用于需要同时采集两个方向语音且互不干扰的场景，如双人翻译设备、双分区对讲。三、音频接口与连接方式AU-60 提供四类音频接口，可根据主机设备类型选择连接方案：
接口类型引脚电气特性典型用途
模拟麦克风输入MIC+, MIC-差分/单端，30 kΩ，最大 1.0 Vrms连接电容麦克风
数字麦克风输入DAT, CLKPDM 格式，需专用固件连接 1 或 2 颗数字麦克风
模拟音频输出MICOUT, USPKOUT单端，输出阻抗 120 Ω，最大 1.07 Vrms送至后端功放或 Codec
I2S 数字音频LRCK, BCLK, D_IN, D_OUT主模式，16 kHz / 16 bit，飞利浦标准连接 I2S 接口的主机
USB 音频D+, D-USB 2.0 全速，UAC 1.0 免驱直接连接电脑/安卓设备
另外提供 SPI 接口（从模式），可由外部 MCU 动态写入寄存器，调整降噪强度、AEC 参数等。连接模式示例（规格书共给出十种）以下几类最具代表性：
[*]模式一：单模拟麦克风 + USB 连接（最简单，无需主机音频编解码）
[*]模式二：单模拟麦克风 + 模拟输入输出（适配传统通话主板）
[*]模式四：模拟麦克风 + 纯 I2S 数字音频输入输出（无模拟接口的主板）
[*]模式十：双数字麦克风 + 双波束双声道独立模拟输出（定向拾音+双通道）
每种模式下，AECIN 的参考信号取点方式相同，只是音频通路不同。四、硬件参数切换（T1 / T2）模组第 9 脚（T2）和第 11 脚（T1）用于选择预置的工作参数。引脚默认内部上拉至高电平，对地短接为低电平。
T1T2拾音距离（AEC 通话固件默认）
高高中距离（0.5 m ~ 2 m）
高低近距离（0.1 m ~ 0.2 m）
低高远距离（0.5 m ~ 5 m）
低低超远距离（0.5 m ~ 8 m）
在防啸叫扩音固件中，这四组状态对应不同 AI 降噪等级。参数表可通过固件重新定义，不限于拾音距离。五、电气与环境规格
参数条件数值
电源电压+5V 输入（13脚）4.0 V ~ 5.25 V
电源电压3.3V 输入（12脚，需与13脚同时供电）3.0 V ~ 3.3 V
静态电流工作状态65 mA ~ 80 mA
模拟输出信噪比MICOUT / USPKOUT105 dB
模拟输出最大幅度1 kHz，0 dBFS1.07 Vrms
参考信号最大输入AECIN（单端）6 Vrms
工作温度标准-20 ℃ ~ +70 ℃
工作温度工业级（更换主芯片）-40 ℃ ~ +85 ℃
六、机械尺寸与封装
[*]外形尺寸：37.5 mm × 16 mm
[*]半孔焊盘：长 1.5 mm，宽 0.75 mm
[*]重量：约 3.5 g（估）
[*]包装形式：防静电托盘，每盘 24 片，最小包装 240 片
七、设计注意事项
[*]数字麦克风供电：模组第 19 脚可输出 3.3V 给外部数字麦，但最大负载 ≤30 mA。建议若系统已有 3.3V 电源，优先使用外部供电。
[*]模拟输出幅度匹配：1.07 Vrms 输出可能超过某些后端 Codec 的输入范围，需增加电阻分压（例如 10 kΩ 与 10 kΩ 串联分压至 0.535 Vrms）。
[*]AECIN 信号幅度：从功放输出端取参考时，务必通过电阻分压使信号峰值不超过 6 Vrms，否则可能损坏模组。
[*]SPI 使用时序：模组上电约 2 秒后完成初始化，外部 MCU 应等待至少 3 秒再发起 SPI 通信。SPI 为从模式，具体寄存器地址需联系获取。
八、功能总结AU-60 将 AI 降噪、AEC、波束形成、多接口集成在一块小尺寸模组上，其主要技术优势在于：
[*]噪声处理全面：不限于稳态噪声，对突发噪声同样有效
[*]回声消除能力强：100 dB 消除量适应高音量喇叭近距离安装
[*]波束灵活性：支持单波束和双波束独立输出，满足定向拾音需求
[*]硬件参数切换：无需编程即可调整拾音距离/降噪强度
[*]多接口冗余：USB、模拟、I2S 可同时或选择使用，适配不同主机架构
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