XVF3800概述和主要功能

        XVF3800 集成了一系列先进的数字信号处理 (DSP) 算法，包括声学回声消除 (AEC)、波束成形、去混响、噪声抑制和自动增益控制。这些先进的 DSP 算法可实现高信噪比、自然流畅的语音效果，并消除声学回声，同时保持透明且低延迟的通信链路。

        XVF3800解决方案的主要特点包括：

• 在会议室和客厅环境下，可实现高水平的声学回声消除和抑制。

• 先进、稳定、自然的双讲/全双工性能。

• 即使用户距离数米远，也能获得很高的语音清晰度，无需定向麦克风。

• 快速自适应波束成形，用于跟踪多个近端用户。

• 静态/动态噪声抑制。

• 自动增益控制。

主要功能模块

下图展示了该解决方案的高级示意图。

麦克风输入

        XVF3800 通过四个数字麦克风采集语音信号，并将其从脉冲密度调制 (PDM) 转换为脉冲编码调制 (PCM)。它将转换后的信号以及经过数模转换器 (DAC) 和放大器后在扬声器上播放的远端信号一起传递到语音传输管道。

声学回声消除器

        处理流程的第一阶段是声学回声消除器（AEC），它使用自适应滤波器从麦克风信号中消除远端信号的回声。每个麦克风信号都独立处理，AEC 的输出被送入波束形成器。

        启动时，AEC 会校准自适应滤波器，以匹配扬声器和麦克风之间的声学​​路径。这需要一些远端音频内容来为设备提供信号。如果在运行过​​程中，AEC 检测到声学路径发生显著变化（例如，设备被移动），它将启动重新收敛操作。

波束形成器

        波束形成器模块处理AEC信号以选择目标说话人。波束形成器包含一组自适应滤波器，可将来自四个麦克风的信号相干叠加，从而选择来自特定方向的声音。此操作可提高特定方向上的语音噪声比，同时降低点噪声源和混响的影响。

        XVF3800 采用三束光束：一束自由波束用于扫描环境中的新说话者，两束聚焦波束用于跟踪单个说话者。它还支持另一种工作模式，在该模式下，两束聚焦光束可以固定在用户指定的方位角。流程的最后阶段会自动选择哪束光束作为设备的输出。

        可通过 XVF3800 控制界面访问所选波束的信息。该设备提供到达方向 (DoA) 测量值，指示所选光束的方向。

后处理器

        波束形成器的输出信号被送至后处理阶段，进一步降低混响并抑制漫射噪声和点噪声源。之后，信号经过可编程均衡滤波器以调节输出信号的频率响应，以及增益控制模块以确保输出电平的一致性，不受扬声器与麦克风距离的影响。最终输出信号通过限幅器，以防止过大的信号导致输出过载。该管道的输出是所需的近端语音的增强语音信号，没有回声和混响。

自动语音识别 (ASR) 输出

        波束形成器的输出可用作自动语音识别 (ASR) 引擎的输入。在此模式下，XVF3800 提供可配置的固定增益，以使输入电平适应 ASR 引擎。（这里注意ASR引擎的降噪没有那么厉害，用于ASR的识别，而通话的时候降噪模式不一样，在调试的时候注意不同的应用场景使用不同的模式和配置）

输入和输出

        XVF3800 支持两种音频接口，用于与主机系统之间传输音频：I²S或USB。这两种接口互斥，在构建固件映像时进行选择。

I2S音频接口

        XVF3800 支持 16 kHz 或 48 kHz 的 I²S采样率。输入和输出必须使用相同的采样率。

        音频管道以 16 kHz 的采样率处理数据，因此，如果使用 48 kHz 的输入，则需要在信号路径中引入一个采样率转换器模块来转换采样率。采样率在固件中设置，在设备运行期间无法更改。采样位深度固定为 32 位。

        当使用 UA 模式（通过 USB 传输主机音频）时，XVF3800 具有主动式 I 2 S 主输出，可将远端信号提供给 DAC。

USB音频接口

        XVF3800 在自适应模式下实现了标准的 UAC 2.0 音频类，兼容支持 USB 2.0 和 3.0 接口的 USB 主机。所有主流操作系统现在都原生支持 USB 音频类 2 (UAC 2) 设备，无需安装额外的音频驱动程序。

        在 UA 配置中，XVF3800 的音频采样率可以是 16 kHz 或 48 kHz（在构建时固定），并且必须与连接到 I²S输出的 DAC 的输出采样率相同。USB 采样的位深度可以是 16 位、24 位或 32 位（在构建时固定）。

AEC参考信号

        XVF3800 支持单声道音频输出，并使用单个声道为声学回声消除器 (AEC) 提供参考信号。远端 AEC 参考信号必须通过 I²S或USB 输入信号的左声道 (0) 提供。右声道的数据将被忽略。为了确保房间内播放的远端信号与 AEC 预期的远端信号一致，DAC 配置为将左声道输入信号同时输出到左右声道（XVF3800 内部只有一个 AEC 引擎，它默认系统是单声道播放的）。

关键参数

下表显示了音频处理流程的关键运行参数。

参数项目	参数值	说明
麦克风数量	4 颗 PDM 麦克风	如 Infineon IM69D130
麦克风一致性	±2 dB	麦克风灵敏度差异
麦克风阵列结构	线性阵列 / 方形阵列	两种布局均可
工作频率范围	80 Hz ～ 8 kHz	有效语音带宽
采样率	16 kHz	语音处理采样率
AEC 回声抵消尾长	192 ms	回声滤波器可处理的尾长
AEC 参考通道数量	1（单声道）	Echo Reference 输入
输出到 DAC	支持	—
双讲检测	连续检测	支持持续双讲判断
参考延时补偿范围	0 ～ 500 ms（固定）	主机输出到参考信号延时对齐
麦克风与参考信号对齐	支持	自动对齐参考与麦克风输入
波束数量	3 个	2 个定向波束 + 1 个扫描波束
波束扫描角度	360° 全向	支持任意角度拾音
噪声抑制能力	最多 25 dB	取决于输入信噪比
推荐工作距离	0.3 m ～ 5 m	最佳拾音范围
波束形成更新时间	16 ms	波束方向刷新周期
输入延迟	最低 58 ms	麦克风 → I2S 输出的处理延时
输出延迟	典型 50 ms	若设备端进行远端处理（Far-end）
I2S/USB 采样率	16 kHz 或 48 kHz	固件可配置
I2S 输出位深	32 bit	固件可选
USB 输入位深	16 / 24 / 32 bit	固件可选
USB 输出位深	16 / 24 / 32 bit	固件可选
内部 PLL 调整范围	±1000 ppm	满足 USB 自适应音频要求

引脚配置

        下图展示了 XVF3800 的引脚图，包括所有可选接口。部分引脚说明指明了这些引脚在 XMOS XK-VOICE-SQ66 开发套件 (DVK) 上的分配方式，但可以通过固件重新配置以用于其他用途。

        VDDIOT、VDDIOL 和 VDDIOR 必须连接到 3.3V 电源。VDDIO18 必须连接到 1.8V 电源，所有 VDD 引脚必须连接到 0.9V 电源。所有封装引脚（61 至 65 号引脚）都必须连接。建议在每个引脚下方放置一个过孔，以便将其直接连接到 PCB 电源层。

引脚描述

下表列出了上述所有引脚的功能，并按它们在封装体上的排列顺序排列。

Pin#	引脚名	信号名	描述	备注	方向	电源域
1	X0D05	QSPI_D1	QSPI 数据线 D1 / 启动模式选择	上电时 4.7k 上拉=SPI 从机启动；浮空=QSPI 主机启动	I/O	IOL
2	X0D07	QSPI_D3	QSPI 数据线 D3	—	I/O	IOL
3	X0D01	QSPI_CS_N	QSPI Flash 片选	需外接 4.7k 上拉	O	IOL
5	X0D10	QSPI_CLK	QSPI 时钟	—	O	IOL
6	X0D00	SPI_CS_N	SPI 从机启动 / 外设 SPI 片选	需 4.7k 上拉	I	IOL
7	X0D11	SPI_MOSI	SPI 主发从收	—	I	IOL
8	VDDIOL	VDDIOL	I/O 电源 3.3V	所有 VDD 必须连接	PWR	—
9	X1D00	I2S_DATA0	I2S 数据线	INT-Device：参考输入；UA/Host：输出	I/O	IOL
10	X1D01	I2S_LRCK	I2S LR 时钟	Master/Slave 可选	O/I	IOL
11	X1D09	P_BUTTON_0	按键输入 0	10k 上拉（XK-VOICE-SQ66）	I	IOL
13	X1D10	I2S_BCLK	I2S 位时钟	16k/48k 可配	O/I	IOL
14	X1D11	MCLK_INOUT	主时钟输入/输出	INT-Device 可作输入	I/O	IOL
15	XOUT	XOUT	晶振输出	使用外部时钟时需悬空	O	IOB
16	XIN	XIN	晶振输入或外部时钟输入	—	I	IOB
17	VDDIOB18	VDDIOB18	I/O 电源 1.8V	必须连接	PWR	—
18	TDI	TDI	JTAG 数据输入	内部弱上拉	I	IOB
20	TDO	TDO	JTAG 数据输出	—	O	IOB
21	RST_N	RST_N	复位输入	低有效，内部弱上拉	I	IOB
22	PLL_AVDD	PLL_AVDD	PLL 模拟电源	使用滤波的 0.9V	PWR	—
23	TMS	TMS	JTAG 模式选择	内部弱上拉	I	IOB
24	TCK	TCK	JTAG 时钟	内部弱下拉	I	IOB
25	NC	NC	无连接	不能连任何网	—	IOB
26	VDDIOB18	VDDIOB18	I/O 电源 1.8V	必须连接	PWR	—
28	USB_DM	USB_DM	USB D–	无 USB 可悬空	I/O	—
29	USB_DP	USB_DP	USB D+	无 USB 可悬空	I/O	—
30	USB_VDD33A	USB_VCC33A	USB 3.3V 供电	无 USB 可悬空	PWR	—
31	USB_VDD18A	USB_VCC18A	USB 1.8V 供电	无 USB 可悬空	PWR	—
32	X1D13	P_BUTTON_1	按键输入 1	10k 上拉	I	IOR
33	X1D16	XL_DN1	XLINK	Debug 高级调试	I	IOR
35	X1D17	XL_DN0	XLINK	Debug	I	IOR
36	X1D18	XL_UP0	XLINK	Debug	O	IOR
37	X1D19	XL_UP1	XLINK	Debug	O	IOR
38	VDDIOR	VDDIOR	I/O 电源 3.3V	必须连接	PWR	—
39	X1D22	I2S_DATA1	I2S 数据	INT-Device：输出；INT-Host：参考输入	I/O	IOR
40	X0D29	CODEC_RST_N	外部 DAC/AMP 复位信号	—	O	IOR
41	X0D35	MCLK	主时钟输入	需连接 Pin14	I	IOR
43	X0D36	MIC_CLK	PDM 麦克风时钟	3.072MHz	O	IOR
44	X0D37	I2C_SCL	I2C 时钟	控主机/控制 DAC	I/O	IOR
45	X0D38	I2C_SDA	I2C 数据	控主机/控制 DAC	I/O	IOR
46	X0D40	MIC_DATA0	麦克风数据 0	SDR	I	IOT
47	X0D39	SPI_MISO	SPI 主入从出	SPI 控制模式使用	O	IOT
48	X0D42	MIC_DATA2	麦克风数据 2	SDR	I	IOT
50	X0D41	MIC_DATA1	麦克风数据 1	SDR	I	IOT
51	X0D43	MIC_DATA3	麦克风数据 3	SDR	I	IOT
52	VDDIOT	VDDIOT	I/O 3.3V 电源	必须连接	PWR	—
53	X1D34	I2S_DATA2	I2S 数据 2	INT-Device 远端音频输出	O	IOT
54	X0D30	SQ_nLIN	麦克风拓扑选择	—	O	IOT
55	X0D31	INT_N	向主机发中断	—	O	IOT
56	X0D32	LED_R	红色 LED	—	O	IOT
58	X0D33	LED_G	绿色 LED	—	O	IOT
59	X0D04	QSPI_D0	QSPI 数据线 D0	—	I/O	IOL
60	X0D06	QSPI_D2	QSPI 数据线 D2	—	I/O	IOL
65	GND	GND	地	必须连到地平面	GND	—
61–64	VDD	VDD	核心电源 0.9V	全部必须连接	PWR	—
4,12,19,27,34,42,49,57	VDD	VDD	核心电源 0.9V	全部必须连接	PWR	—