实验室的干燥器具体属于哪一类干燥器? 实验室小型喷雾干燥机
2023-09-06
很多朋友对常用的数字音频接口,音频数据传输的常见IC间数字接口介绍不是很了解,每日小编刚好整理了这方面的知识,今天就来带大家一探究竟。
随着音频集成电路转向更精细的工艺规模,在同一高密度数字电路硅片上设计高性能模拟电路变得更加困难,集成的性价比下降。因此,音频系统架构师将音频信号链的模拟部分进一步推向输出和输入,并以数字方式连接它们。
如图1所示,传统音频信号链包括麦克风、前置放大器、模数转换器(ADC)、数模转换器(DAC)、输出放大器和扬声器,它们通过模拟信号相连。但由于模拟电路被推到了信号链的边缘,信号链中的集成电路之间会出现更多的数字接口。DSP通常是数字连接的。一般来说,传感器和放大器只有模拟接口,但现在它们也包括数字接口的功能。
目前,IC设计人员正在将转换器中的ADC、DAC和调制器集成到信号链的另一端,因此无需在印刷电路板(PCB)上放置任何模拟音频信号,信号链中的器件数量也得以减少。图2示出了完整的数字音频信号链的例子。
数字音频数据传输有许多标准。可以使用许多格式来实现同一PCB上的IC之间的通信,例如i2s(IC间音频)、TDM(时分复用)和PDM(脉冲时分复用)。其他音频格式主要用于不同印刷电路板之间通过电缆的数据连接,如PDIF和AVB以太网。
本文重点讨论IC之间数字音频格式的差异和优缺点。如果选择数字接口不匹配的音频组件,系统设计将变得更加复杂。在选择元件之前了解不同接口的优缺点,有助于提高元件选择的效率,保证信号链最高效的实现。
IC (12S)之间的音频是集成电路之间音频数据传输最常见的数字音频格式。飞利浦半导体(现为恩智浦半导体)于1986年推出了12S标准。1996年对格式进行了修订。这种接口首次广泛应用于CD播放器的设计中,现在几乎在任何涉及集成电路间数字音频数据转换的应用中都可以看到。大多数音频ADC、DAC、DSP、采样速率转换器和一些微控制器都有I2S接口。
I2S总线使用三条信号线进行数据传输:帧时钟、位时钟和数据线。根据系统架构,接收IC、发射IC甚至单个时钟主IC都可以产生两个时钟(图3)。带有I2S端口的集成电路通常可以设置为主模式或从模式。除非在设计的信号链中使用采样速率转换器,否则系统通常只有一个I2S主机来避免数据同步问题。
对于这些信号,飞利浦标准将字选择命名为WS,将时钟命名为SCK,将数据命名为SD。但是,电路制造商似乎很少在自己的IC数据表中使用这些名称。字选择也被称为LRCLK,意思是“左/右时钟”,而SCK也被称为BCLK,意思是位时钟,或SCLK,意思是串行时钟。
对于不同的电路供应商,甚至是同一供应商的产品,IC串行数据引脚的名称都是不同的。根据音频IC数据表的快速调查,SD信号也可以称为SDATA、SDIN、SDOUT、DACDAT、ADCDAT或这些名称的其他变体,具体取决于数据引脚是输入还是输出。
I2S数据流可以以典型的位时钟速率承载一个或两个通道的数据,该位时钟速率在512 kHz(对应于8 kHz采样速率)和12.288 MHz(采样速率为192 kHz)之间。数据字的长度通常为16、24,即32位。对于小于32位的数据字长,帧长一般为64位,不用的位由发送IC驱动为低电平。
一些IC仅支持每立体声音频帧最大时钟为32位或48位的接口I2S,尽管这种情况很少见。如果使用这种IC,系统设计人员必须确保连接到另一端的器件也支持这些位时钟速率。图IC设计人员正在将传感器中的ADC、DAC和调制器集成到信号链的另一端,因此无需在PCB上放置模拟音频信号,并减少了信号链上的器件数量。图中显示了一个完整的数字音频信号链示例。
虽然I2S是最常用的格式,但同样的三行结构还有其他变体,如左对齐、右对齐和PCM模式。这些格式在帧中数据字的位置、时钟的极性或每帧的位时钟周期数方面与I2S不同。TDM格式
一些IC支持使用公共时钟的多通道I2S数据输入或输出,但这种方法明显增加了数据传输所需的引脚数量。当同一条数据线上传输两个以上的数据通道时,应使用TDM格式。TDM数据流可以承载多达16个通道的数据,其数据/时钟结构类似于I2S。
每个通道的数据使用数据总线上的一个时隙,其宽度相当于帧的1/N,其中N是传输通道的数量。出于实际原因,n通常四舍五入到最接近的二次幂(2、4、8、或16),任何冗余通道都是空闲的。与I2S的50%占空比时钟相反,TDM帧时钟通常实现为一位宽的脉冲。
超过25 MHz的时钟速率通常不用于TDM数据,因为更高的频率会导致电路板布局问题,这是PCB设计人员应该避免的。
TDM常用于多个源馈入一个输入端或单个源驱动多个器件的系统。在前一种情况下,每个TDM源共享一条公共数据总线。源必须配置为仅在其适用通道期间驱动总线,当其他器件驱动其他总线时,其驱动器应设置为三种状态。
TDM接口还没出现类似飞利浦I2S的其他标准,因此,很多IC都有着自己略微不同的TDM实现方法。这些变化体现在时钟极性、通道配置,以及闲置通道的三态化和驱动上。当然,通常情况下不同IC是可以一起工作的,但系统设计者必须确保一个器件的输出格式要符合另一只器件输入端的预期
PDM数据连接
PDM数据连接在手机和平板电脑等便携音频应用上方面变得越来越普遍。PDM在尺寸受限应用中优势明显,因为它可以将音频信号的布放围绕LCD显示屏等高噪声电路,而不必处理模拟音频信号可能面临的干扰问题。
有了PDM,仅两根信号线就可以传输两个音频通道。如图4系统框图所示,两个PDM源将一根公共数据线驱动为一个接收器。系统主控生成一个可被两个从设备使用的时钟,这两个从设备交替使用时钟的边缘,通过一根公共信号线将其数据输出出去。
这些数据调制在一个64速率上,从而形成一个通常为1到3.2 MHz的时钟。音频信号带宽随着时钟频率的增加而增加,因此,可以在系统中使用较低频率的时钟,从而抵消了为节省功耗而降低的带宽。
基于PDM的架构不同于I2S和TDM之处是,抽取滤波器是不在发送IC中,而是位于接收IC中。源输出是原始的高采样率调制数据,如Sigma-Delta调制器的输出,而不是像I2S中那样的抽取数据。基于PDM的架构减少了源器件的复杂性,通常会利用已经存在于编解码器ADC中的抽取滤波器。
通过这种方法,系统设计者不仅可以利用可能已被使用的音频编解码器, 也可以利用到数字数据连接对干扰不敏感的优点。此外,通过使用面向编码器或处理器制造的更精细硅工艺尺度,而不是用于话筒IC的工艺,就可以实现更高效的抽取滤波器。
编解码器、DPS,和放大器拥有I2S端口很多年了,但直到现在,麦克风等系统输入设备还是模拟或PDM输出。随着数字接口进一步靠近信号链的两端,将需要新的IC来支持新的系统架构。
拥有集成I2S接口的话筒(如Analog Devices公司的ADM441 MEMS话筒)使设计者很容易将该元件做到不容易使用PDM话筒的系统中,或不希望用模拟接口的系统中。只有少部分音频编解码器能接受PDM输入,极少专门针对手机和平板电脑设计的处理器才能原生地接受这种类型数据流。
在有些设计中,一只I2S输出的话筒可以完全无需任何模拟前端电路,因此很多设计可能只有一只ADC和PGA,从而支持话筒对处理器的单个输入。这样一个系统的实例是一种带数据发射器的无线话筒。无线传输SOC可能并没有内置ADC,因此采用一个I2S话筒,就能实现换能器与发射器之间的完全数字化连接。
I2S、TDM与PDM音频接口各有其优点与最适合的应用。随着更多音频IC从模拟接口转向数字接口,系统设计者与架构师们会需要了解哪种接口最适合于自己的特定设计。从话筒到DSP再到放大器,这样一个数字信号链可以完全脱离开PCB,而仅存在于音频域中。
以上知识分享希望能够帮助到大家!
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