數字音頻接口時序簡介

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最近在做音頻這塊，接觸了挺多接口，收集了一下各種音頻接口的介紹，包括：
PCM、I2S、TDM、PDM。

1.PCM(脈衝編碼調製)

        區別於PCM編碼，也是種通訊協議，一般傳輸單聲道數據，比如麥克風。通常用於AP處理器和通信MODEM之間傳輸語音數據（就是雙向打電話的數據）。
電路信號包括：

• PCM_CLK 數據時鐘信號
• PCM_SYNC 幀同步時鐘信號
• PCM_IN 接收數據信號
• PCM_OUT 發送數據信號

PCM_SYNC頻率等於採樣率，PCM_SYNC信號之後開始數據字的傳輸，單個的數據位按順序進行傳輸，1個時鐘週期傳輸1個數據字。

        PCM接口很容易實現，原則上能夠支持任何數據方案和任何採樣率，但需要每個音頻通道獲得一個獨立的數據隊列。

2.I2S（Integrated Interchip Sound）

PCM和I2S的區別於數據相對於幀時鐘（FSYNC/LRCK）的位置、時鐘的極性和幀的長度。其實，I2S上傳輸的也是PCM類型的數據，因此可以說I2S不過是PCM接口的特例。

• 位時鐘信號（BCLK）
• 同步信號（LRCK）
• 數據輸入（SDIN）
• 數據輸出（SDOUT）

與PCM相比，IIS更適合於立體聲系統。
(1) LRCLK爲低時，左聲道數據被傳輸
(2) LRCLK爲高時，右聲道數據被傳輸

I2S操作模式又可細分爲：標準IIS模式、左對齊模式和右對齊模式

• 標準I2S模式 Phillips Standard
  I2S模式是標準左對齊格式再延遲一個時鐘位變化來的：
  

• 左對齊模式 Left Justified Standard
  標準左對齊格式的數據的MSB沒有相對於BCLK延遲一個時鐘。左對齊格式的左右聲道數據的MSB在LRCLK邊沿變化後BCLK的第一個上升沿有效：
  

• 右邊對齊模式 Right Justified Standard
  也叫日本格式，sony格式，接收設備必須事先知道待傳數據的字長：
  

注意左右對齊模式的WS時鐘高電平爲左聲道，低電平爲右聲道，剛好與標準I2S相反。

        在I2S/PCM接口的ADC/DAC系統中，CODEC經常還需要控制器提供MCLK (Master Clock)，這是由CODEC內部基於Delta-Sigma (ΔΣ)的架構設計要求使然。MCLK時鐘頻率一般爲256*FS，具體參考特定器件手冊。

參考：IIS接口詳細介紹

3.TDM（時分多路複用）

        TDM感覺不算是一種接口，而是一種方式。因爲I2S僅僅能夠兩個通道，當需要傳輸多個通道的數據時就得歇菜了，而PCM通過時分複用TDM方式可以承載多達N（N>8）通道的數據，並有一個類似於I2S的數據/時鐘結構。

TDM每個通道的數據都使用數據總線上的一個槽（Slot），其寬度相當於幀的1/N，
其中N是傳輸通道的數量。出於實用考慮，N通常四捨五入到最近的2次冪（2、4、8、或16），並且任何多餘通道都被空閒。一個TDM幀時鐘通常實現爲一位寬的脈衝，這與I2S的50%佔空比時鐘相反。超過25
MHz的時鐘速率通常不用於TDM數據，原因是較高的頻率會引起印刷電路板設計者要避免的板面佈局問題。

        TDM: 包括PCM format 和 I2S format，下圖是TDM-I2S Mode, 在I2S format下傳輸多channel。

PCM: short frame 和long frame。long frame 模式下，LRCK脈衝寬度佔2個BCLK時鐘週期。
short frame模式下，LRCK 只佔一個BCLK時鐘週期，如下圖。

參考：數字音頻接口時序----IIS、TDM、PCM、PDM

4.PDM（Pulse Density Modulation）

PDM的邏輯相對複雜，但只需要兩根線，時鐘和數據。

主設備分別在時鐘的上升沿（左聲道）和下降沿（右聲道）觸發選擇Source 1/2作爲數據輸入。
它在PDM_CLK的上升沿採樣左聲道數據，在PDM_CLK下降沿採樣右聲道數據：

參考：PDM接口介紹

綜合不少廠商的數據手冊，筆者發現，在應用PCM音頻接口傳輸單聲道數據（如麥克風）時，其接口名稱爲PCM；雙聲道經常使用I2S；而TDM則表示傳輸兩個及以上聲道的數據，同時區別於I2S特定的格式。

好文參考：數字音頻接口