用于音頻數據傳輸的常見(jiàn)IC間數字接口

盡管I2S是最常使用的格式，但也有其它相同三線(xiàn)結構的變體，如左對齊、右對齊和PCM模式。這些格式與I2S的區別在于幀中數據字的位置、時(shí)鐘的極性，或每個(gè)幀中位時(shí)鐘周期的數量。

TDM格式

有些IC支持使用一個(gè)公共時(shí)鐘的多路I2S數據輸入或輸出，但這樣的方法顯然會(huì )增加數據傳輸所需要的管腳數量。當同一個(gè)數據線(xiàn)上傳輸兩個(gè)以上通道的數據時(shí)，就要使用TDM格式。TDM數據流可以承載多達16通道的數據，并有一個(gè)類(lèi)似于I2S的數據/時(shí)鐘結構。

每個(gè)通道的數據都使用數據總線(xiàn)上的一個(gè)槽（Slot），其寬度相當于幀的1/N, 其中N是傳輸通道的數量。出于實(shí)用考慮，N通常四舍五入到最近的2次冪(2、4、8、或16)，并且任何多余通道都被空閑。一個(gè)TDM幀時(shí)鐘通常實(shí)現為一位寬的脈沖，這與I2S的50%占空比時(shí)鐘相反。超過(guò)25 MHz的時(shí)鐘速率通常不用于TDM數據，原因是較高的頻率會(huì )引起印刷電路板設計者要避免的板面布局問(wèn)題。

TDM常用于多個(gè)源饋入一個(gè)輸入端，或單源驅動(dòng)多只器件的系統。在前一種情況下，（多源饋入一個(gè)輸入端)，每個(gè)TDM源共享一個(gè)公共的數據總線(xiàn)。該信源必須配置為在其適用通道期間才驅動(dòng)總線(xiàn)，而當其它器件在驅動(dòng)其它總線(xiàn)時(shí)，其驅動(dòng)器要置為三態(tài)。

TDM接口還沒(méi)出現類(lèi)似飛利浦I2S的其他標準，因此，很多IC都有著(zhù)自己略微不同的TDM實(shí)現方法。這些變化體現在時(shí)鐘極性、通道配置，以及閑置通道的三態(tài)化和驅動(dòng)上。當然，通常情況下不同IC是可以一起工作的，但系統設計者必須確保一個(gè)器件的輸出格式要符合另一只器件輸入端的預期

PDM數據連接

PDM數據連接在手機和平板電腦等便攜音頻應用上方面變得越來(lái)越普遍。PDM在尺寸受限應用中優(yōu)勢明顯，因為它可以將音頻信號的布放圍繞LCD顯示屏等高噪聲電路，而不必處理模擬音頻信號可能面臨的干擾問(wèn)題。

有了PDM，僅兩根信號線(xiàn)就可以傳輸兩個(gè)音頻通道。如圖4系統框圖所示，兩個(gè)PDM源將一根公共數據線(xiàn)驅動(dòng)為一個(gè)接收器。系統主控生成一個(gè)可被兩個(gè)從設備使用的時(shí)鐘，這兩個(gè)從設備交替使用時(shí)鐘的邊緣，通過(guò)一根公共信號線(xiàn)將其數據輸出出去。

這些數據調制在一個(gè)64×速率上，從而形成一個(gè)通常為1到3.2 MHz的時(shí)鐘。音頻信號帶寬隨著(zhù)時(shí)鐘頻率的增加而增加，因此，可以在系統中使用較低頻率的時(shí)鐘，從而抵消了為節省功耗而降低的帶寬。

基于PDM的架構不同于I2S和TDM之處是，抽取濾波器是不在發(fā)送IC中，而是位于接收IC中。源輸出是原始的高采樣率調制數據，如Sigma-Delta調制器的輸出，而不是像I2S中那樣的抽取數據?；赑DM的架構減少了源器件的復雜性，通常會(huì )利用已經(jīng)存在于編解碼器ADC中的抽取濾波器。

通過(guò)這種方法,系統設計者不僅可以利用可能已被使用的音頻編解碼器, 也可以利用到數字數據連接對干擾不敏感的優(yōu)點(diǎn)。此外，通過(guò)使用面向編碼器或處理器制造的更精細硅工藝尺度，而不是用于話(huà)筒IC的工藝，就可以實(shí)現更高效的抽取濾波器。

編解碼器、DPS，和放大器擁有I2S端口很多年了，但直到現在，麥克風(fēng)等系統輸入設備還是模擬或PDM輸出。隨著(zhù)數字接口進(jìn)一步靠近信號鏈的兩端，將需要新的IC來(lái)支持新的系統架構。

擁有集成I2S接口的話(huà)筒（如Analog Devices公司的ADM441 MEMS話(huà)筒）使設計者很容易將該元件做到不容易使用PDM話(huà)筒的系統中，或不希望用模擬接口的系統中。只有少部分音頻編解碼器能接受PDM輸入，極少專(zhuān)門(mén)針對手機和平板電腦設計的處理器才能原生地接受這種類(lèi)型數據流。

在有些設計中，一只I2S輸出的話(huà)筒可以完全無(wú)需任何模擬前端電路，因此很多設計可能只有一只ADC和PGA，從而支持話(huà)筒對處理器的單個(gè)輸入。這樣一個(gè)系統的實(shí)例是一種帶數據發(fā)射器的無(wú)線(xiàn)話(huà)筒。無(wú)線(xiàn)傳輸SOC可能并沒(méi)有內置ADC，因此采用一個(gè)I2S話(huà)筒，就能實(shí)現換能器與發(fā)射器之間的完全數字化連接。

I2S、TDM與PDM音頻接口各有其優(yōu)點(diǎn)與最適合的應用。隨著(zhù)更多音頻IC從模擬接口轉向數字接口，系統設計者與架構師們會(huì )需要了解哪種接口最適合于自己的特定設計。從話(huà)筒到DSP再到放大器，這樣一個(gè)數字信號鏈可以完全脫離開(kāi)PCB，而僅存在于音頻域中。