数字音频接口时序简介

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最近在做音频这块，接触了挺多接口，收集了一下各种音频接口的介绍，包括：
PCM、I2S、TDM、PDM。

1.PCM(脉冲编码调制)

        区别于PCM编码，也是种通讯协议，一般传输单声道数据，比如麦克风。通常用于AP处理器和通信MODEM之间传输语音数据（就是双向打电话的数据）。
电路信号包括：

• PCM_CLK 数据时钟信号
• PCM_SYNC 帧同步时钟信号
• PCM_IN 接收数据信号
• PCM_OUT 发送数据信号

PCM_SYNC频率等于采样率，PCM_SYNC信号之后开始数据字的传输，单个的数据位按顺序进行传输，1个时钟周期传输1个数据字。

        PCM接口很容易实现，原则上能够支持任何数据方案和任何采样率，但需要每个音频通道获得一个独立的数据队列。

2.I2S（Integrated Interchip Sound）

PCM和I2S的区别于数据相对于帧时钟（FSYNC/LRCK）的位置、时钟的极性和帧的长度。其实，I2S上传输的也是PCM类型的数据，因此可以说I2S不过是PCM接口的特例。

• 位时钟信号（BCLK）
• 同步信号（LRCK）
• 数据输入（SDIN）
• 数据输出（SDOUT）

与PCM相比，IIS更适合于立体声系统。
(1) LRCLK为低时，左声道数据被传输
(2) LRCLK为高时，右声道数据被传输

I2S操作模式又可细分为：标准IIS模式、左对齐模式和右对齐模式

• 标准I2S模式 Phillips Standard
  I2S模式是标准左对齐格式再延迟一个时钟位变化来的：
  

• 左对齐模式 Left Justified Standard
  标准左对齐格式的数据的MSB没有相对于BCLK延迟一个时钟。左对齐格式的左右声道数据的MSB在LRCLK边沿变化后BCLK的第一个上升沿有效：
  

• 右边对齐模式 Right Justified Standard
  也叫日本格式，sony格式，接收设备必须事先知道待传数据的字长：
  

注意左右对齐模式的WS时钟高电平为左声道，低电平为右声道，刚好与标准I2S相反。

        在I2S/PCM接口的ADC/DAC系统中，CODEC经常还需要控制器提供MCLK (Master Clock)，这是由CODEC内部基于Delta-Sigma (ΔΣ)的架构设计要求使然。MCLK时钟频率一般为256*FS，具体参考特定器件手册。

参考：IIS接口详细介绍

3.TDM（时分多路复用）

        TDM感觉不算是一种接口，而是一种方式。因为I2S仅仅能够两个通道，当需要传输多个通道的数据时就得歇菜了，而PCM通过时分复用TDM方式可以承载多达N（N>8）通道的数据，并有一个类似于I2S的数据/时钟结构。

TDM每个通道的数据都使用数据总线上的一个槽（Slot），其宽度相当于帧的1/N，
其中N是传输通道的数量。出于实用考虑，N通常四舍五入到最近的2次幂（2、4、8、或16），并且任何多余通道都被空闲。一个TDM帧时钟通常实现为一位宽的脉冲，这与I2S的50%占空比时钟相反。超过25
MHz的时钟速率通常不用于TDM数据，原因是较高的频率会引起印刷电路板设计者要避免的板面布局问题。

        TDM: 包括PCM format 和 I2S format，下图是TDM-I2S Mode, 在I2S format下传输多channel。

PCM: short frame 和long frame。long frame 模式下，LRCK脉冲宽度占2个BCLK时钟周期。
short frame模式下，LRCK 只占一个BCLK时钟周期，如下图。

参考：数字音频接口时序----IIS、TDM、PCM、PDM

4.PDM（Pulse Density Modulation）

PDM的逻辑相对复杂，但只需要两根线，时钟和数据。

主设备分别在时钟的上升沿（左声道）和下降沿（右声道）触发选择Source 1/2作为数据输入。
它在PDM_CLK的上升沿采样左声道数据，在PDM_CLK下降沿采样右声道数据：

参考：PDM接口介绍

综合不少厂商的数据手册，笔者发现，在应用PCM音频接口传输单声道数据（如麦克风）时，其接口名称为PCM；双声道经常使用I2S；而TDM则表示传输两个及以上声道的数据，同时区别于I2S特定的格式。

好文参考：数字音频接口