用于音頻數據傳輸的常見(jiàn)IC間數字接口

先了解不同接口的優(yōu)缺點(diǎn)而后選擇元件，這有利于更加合理地選擇元件，保證信號鏈的高效實(shí)現。

隨著(zhù)音頻集成電路轉向更精細的工藝尺度，要在相同一片高密度數字電路硅片上設計出高性能的模擬電路變得更為困難，集成的性?xún)r(jià)比減小。因此，音頻系統架構師正在將音頻信號鏈中的模擬部分進(jìn)一步推至輸出和輸入端，而相互間以數碼方式連接起來(lái)。

如圖1所示，傳統的音頻信號鏈中有麥克風(fēng)、前置放大器、模/數轉換器（ADC）、數/模轉換器(DAC)、輸出放大器，以及揚聲器，它們之間使用模擬信號連接。但是，由于模擬電路被推到了信號鏈的邊緣，信號鏈中各集成電路間將出現更多數字接口。DSP通常是數字連接，換能器、放大器一般而言只有模擬接口，但現在也正在包含數字接口的功能。

目前，集成電路設計人員正在將換能器內的ADC、DAC和調制器集成到信號鏈的另一端，這樣就不必在印刷電路板(PCB)上布放任何模擬音頻信號，并且減少了信號鏈中的器件數量。圖2給出了一個(gè)完整數字音頻信號鏈的例子。

數字音頻數據傳輸現在有許多標準。很多格式都可以用于在同一塊PCB上實(shí)現IC間的通信，如I2S（IC間音頻）、TDM（時(shí)分復用）和PDM（脈沖分時(shí)復用）等格式。其它音頻格式則主要面向不同印刷電路板之間通過(guò)電纜的數據連接，如S/PDIF和以太AVB。

本文的重點(diǎn)是IC之間數字音頻格式的區別與優(yōu)缺點(diǎn)。如選擇了數字接口不匹配的音頻組件，則會(huì )不必要地使系統設計變得更加復雜。了解不同接口的優(yōu)缺點(diǎn)后再選擇部件，有助于提高組件選擇效率和保證信號鏈的最高效實(shí)現。

IC之間音頻(12S)是用于集成電路之間音頻數據傳輸的最常見(jiàn)數字音頻格式。飛利浦半導體（即現在的恩智浦半導體）于1986年推出了12S標準。1996年對該格式進(jìn)行了修訂。該接口首次廣泛應用于CD播放器的設計,現在幾乎在涉及集成電路間數字音頻數據轉換的任何應用上都可以看到該接口。多數音頻ADC、DAC、DSP，與采樣速率轉換器，以及一些微控制器都帶有I2S接口。

一個(gè)I2S總線(xiàn)會(huì )使用三根信號線(xiàn)做數據傳輸：幀時(shí)鐘，位時(shí)鐘，以及數據線(xiàn)。接收IC、發(fā)送IC，甚至一個(gè)單獨的時(shí)鐘主控IC都可以生成兩個(gè)時(shí)鐘，這取決于系統架構(圖3)。帶有I2S端口的集成電路通?？梢栽O置為主模式或從模式。除非設計的信號鏈中使用了采樣率轉換器，否則系統通常會(huì )有單一的I2S主設備，以避免出現數據同步問(wèn)題。

對于這些信號，飛利浦標準中將字選擇命名為WS，時(shí)鐘命名為SCK，數據命名為SD，然而電路制造商似乎很少在自己的IC數據表中使用這些名稱(chēng)。字選擇另稱(chēng)為L(cháng)RCLK，表示“左/右時(shí)鐘”，而SCK則另稱(chēng)為BCLK，指位時(shí)鐘，或叫SCLK，即串行時(shí)鐘。

IC串行數據管腳的名稱(chēng)因不同的電路供應商而不同，甚至同一個(gè)供應商各產(chǎn)品間的命名也不同。據音頻IC數據表的一份快速調查顯示，SD信號也可以稱(chēng)為SDATA、SDIN、SDOUT、DACDAT、ADCDAT，或這些名稱(chēng)的其他變體，取決于數據管腳是輸入還是輸出。

I2S數據流能夠以一個(gè)典型位時(shí)鐘速率，攜帶一個(gè)或兩個(gè)通道的數據，典型的位時(shí)鐘率在512 kHz（對應8 kHz采樣速率）與12.288 MHz（為192 kHz采樣速率）之間。數據字的長(cháng)度通常是16、24，或32位。對于小于32位的數據字長(cháng)，幀長(cháng)度一般還是64位，沒(méi)有用到的位由發(fā)送IC驅動(dòng)至低電平。

有些IC僅支持每個(gè)立體聲音頻幀最大32位或48位時(shí)鐘的接口I2S，雖然很少見(jiàn)。如果使用這類(lèi)IC，系統設計人員就必須確保其連接另一端的設備也支持這些位時(shí)鐘率。

圖2 IC設計人員正在換能器中的ADC、DAC和調制器集成到信號鏈的另一端，從而無(wú)需在PCB板上布放模擬音頻信號，并減少了信號鏈上的器件數量。圖中是一個(gè)完整數字音頻信號鏈的例子。