XS2001/XS2002 音频DSP/NPU芯片

芯片概述与主要特性

XS200X系列是专为支持AI算法的音频信号处理而设计的DSP/NPU芯片。该芯片在超低功耗数据采样与高强度计算之间取得了平衡，既满足低至1mA的信号检测功耗需求，又具备强大的信号处理与神经网络计算能力。其主要特性包括：

• 高性能计算核心：集成32位RISC-V CPU，最高运行频率200MHz，支持SIMD指令、并行MAC计算及单精度浮点运算。
• 大内存配置：内置576kB内存，为复杂算法提供充足空间。
• 专用算法库：提供DSP处理库函数及神经网络处理库函数，加速音频AI算法部署，支持AI降噪、回声消除（AEC）及本地啸叫抑制（AFC）等核心算法。
• 超低功耗设计：采用低功耗工艺与电源管理技术，在5MHz典型工作频率下核心电流消耗约1mA。
• 核心音频处理功能：内置算法库原生支持AI智能降噪、高精度声学回声消除（AEC）以及本地自适应啸叫抑制（AFC），有效解决麦克风与扬声器系统间的声学反馈问题。

硬件特征

• CPU与内存：32位RISC-V架构，最高频率200MHz；配备576kB片上内存。
• 模拟前端：集成4路12位低功耗ADC，每路功耗约60uA。内置PGA，增益调节范围-6dB至30dB。支持全摆幅输入电压1.2Vpp。
• 电源管理：内置LDO，支持单电源或双电源模式。双电源模式可进一步优化整体功耗。
• 时钟系统：支持外部晶体输入，XS2002兼容32.768kHz、8MHz、19.2MHz、24MHz等多种频率；XS2001默认支持32.768kHz。
• 工作温度：-40°C 至 +85°C。
• 封装选项：
  • XS2001: WLCSP-25封装，尺寸2.188mm x 2.188mm。
  • XS2002: QFN32封装，尺寸4mm x 4mm x 0.75mm。

接口说明

芯片提供丰富的外设接口，满足不同应用连接需求。

• 音频接口：支持多通道TDM/I2S输入输出，最多支持8通道读、2通道写。支持I2S、左对齐等多种协议，采样率范围8kHz至192kHz。
• 控制与数据接口：
  • SPI接口：XS2002支持SPI主/从模式，时钟最高15MHz；XS2001支持SPI从模式。SPI从模式用于指令/数据加载及调试。
  • I2C接口：XS2002支持I2C主/从模式。
  • UART接口：XS2002支持。
  • GPIO：提供多个可配置GPIO引脚，用于外设控制与状态指示。
• 启动方式：XS2002支持SPI从模式启动及外接SPI NOR Flash启动；XS2001支持SPI从模式启动。
• ADC输入：提供4路模拟输入（AMIC0P-AMIC3P），支持模拟麦克风或传感器信号采集。

应用场景

XS200X系列芯片凭借其强大的AI音频处理能力和低功耗特性，尤其适用于包含麦克风和扬声器、需要解决声学反馈问题的音频系统。

• 智能语音采集与前端处理
• 声学回声消除（AEC）：有效消除麦克风采集到的扬声器播放声音产生的回音，保障通话清晰度。
• 语音增强与降噪：包括基于神经网络的AI智能降噪，可显著提升嘈杂环境下的语音可懂度。
• 本地啸叫抑制（AFC）：实时检测并抑制麦克风与扬声器之间因声学耦合产生的反馈啸叫，确保系统稳定工作。
• 关键词唤醒与人声检测
• 低功耗物联网音频设备
• 典型系统应用：
  • 降噪耳机：集成AI降噪与AEC功能，在主动降噪的同时提供清晰的双向通话体验。
  • 导游讲解器/小蜜蜂扩音器：结合AEC与AFC，在扩音场景下消除回音并防止啸叫，保证语音扩放清晰稳定。
  • 车载通信与智能头盔：在高速移动或嘈杂环境中，利用AEC和AFC消除风噪、引擎噪声带来的回音及啸叫干扰。
  • 智能可视门铃与对讲系统：实现清晰、无回音、无啸叫的双向实时语音对话。
  • 各类需要音频信号处理、AI推理及声学反馈控制的嵌入式系统。

技术参数