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            基本電子產品:具有Inter-IC聲音(I2S)總線的高質量音頻
            發布時間:2021-04-03 10:03:24  閱讀次數:

            作為20世紀必不可少的音頻產品,CD播放器在一個盒子中裝有一個傳輸器和一個DAC。但是,您是否想知道傳輸信息如何連接到CD播放器內部的DAC?IC間聲音(I2S)總線是關鍵!


            在此文中,將介紹以下主題:

            • IC間聲音(I2S)簡介

            • IC間聲音(I2S)與集成電路間(I2C)

            • 什么是I2S?

            • I2S操作模式


            IC間聲音(I2S)簡介

            與CD播放器類似,許多數字音頻系統都需要(V)LSI IC進行處理:

            • DAC和ADC

            • 數字信號處理器

            • CD和數字錄音的糾錯

            • 數字濾波器

            • 數字量輸入/輸出接口


            標準化的通信結構對于制造商至關重要,以增加系統的靈活性。I2S就是為此目的而設計的。


            IC間聲音(I2S)或集成芯片間聲音是飛利浦1986年2月定義的數字音頻串行總線接口傳輸標準(1996年6月修訂)。它旨在在系統內部設備(例如,CODEC,DSP,數字輸入/輸出接口,DAC,ADC和數字濾波器)之間傳輸數字音頻數據。


            注意不要將I2S與其他Phillips Semiconductor協議(內部集成電路(I2C))混淆,該協議于1982年發布。


            IC間聲音(I2S)與集成電路間(I2C)

            IC間聲音(I2S)
            • 用于連接數字音頻設備。它也是電氣總線接口標準。

            • 低抖動連接,因為數據和時鐘信號是分開發送的。

            • 支持全雙工/半雙工

            • 支持主/從模式

            • 支持多通道,因為I2S的變體支持多通道時分多路復用

            • 提供全數字音頻信號鏈。它消除了傳統音頻鏈中通常存在的ADC / DAC和前置放大器

            • 使用主時鐘進行同步沒有問題


            集成電路間(I2C)

            基本電子產品:具有Inter-IC聲音(I2S)總線的高質量音頻(圖1)

            • I2C包括電氣和時序規范,以及相關的總線協議。

            • 低速兩線串行數據連接總線。

            • 雙向數據傳輸。

            • 用于同一PCB上IC之間的信號傳輸。

            • 多個主機和多個從機之間只有兩條線,串行Dara(SDA)和串行時鐘(SCL)。

            • 同步通信,它在主機和從機之間具有全局時鐘信號。

            • 支持不同的數據速率,例如100Kbps,400Kbps,1Mbps和3.4Mbps。

            • 獨特的啟動和停止條件。起始和停止位以及ACK位用于每8位數據傳輸。

            • 無固定長度可傳輸


            總之,I2C總線用于連接微控制器及其外圍設備,而I2S總線則專注于數字音頻設備之間的音頻數據傳輸。


            但是,什么是I2S,它實際上是做什么的?


            什么是I2S?

            基本電子產品:具有Inter-IC聲音(I2S)總線的高質量音頻(圖2)

            參考 I2S配置

            總線只需要處理音頻信號,而其他信號(例如子編碼和控制)則分別傳輸。為了最大程度地減少引腳數,I2S總線中定義了三行:

            • 字選擇線(WS)

            • 連續串行時鐘線(SCK)

            • 串行數據線(SD)


            生成SCK和WS的設備是主設備。但是,很難為具有多個發送器和接收器的系統定義主機。在這種情況下,系統主機定義為控制各種IC之間的數字音頻數據流。因此,發送器需要在外部時鐘的控制下生成數據并充當從設備。

            基本電子產品:具有Inter-IC聲音(I2S)總線的高質量音頻(圖3)

            I2S接口時序圖。參考 Phillips的I2S總線規范

            單詞選擇線

            字選擇線是頻道選擇信號,指示發送器選擇的頻道。

            • WS = 0,通道1(左)

            • WS = 1,頻道2(右)

            WS可以在串行時鐘的后沿或前沿改變,但是不必對稱。


            在從機中,信號鎖存在時鐘信號的上升沿。WS線在發送MSB之前更改一個時鐘周期,從而允許從發送器導出將設置用于發送的串行數據的同步時序。此外,它使接收器能夠存儲前一個單詞并清除下一個單詞的輸入。


            時鐘線

            正式的“連續串行時鐘(SCK)”,通常寫為“位時鐘(BCLK)”,是模塊中的同步信號,該信號在從機模式下由外部提供,而在主控模式下由內部產生。


            SCK =采樣頻率(例如48kHz,44.1kHz等)*字長(16bit,24bit,32bit)* 2(左右聲道)


            考慮到主時鐘與數據和/或字選擇信號之間的傳播延遲,總延遲為:

            • 外部(主機)時鐘與從機內部時鐘之間的延遲;和

            • 內部時鐘與數據和/或WS信號之間的延遲。


            數據線

            串行數據首先與MSB進行二進制補碼傳輸。由于發送器和接收器之間的字長不同,因此發送了MSB。

            • 如果系統字長大于發送器字長,則該字將被截斷(LSB設置為“ 0”)以進行數據傳輸。

            • 如果發送給接收器的比特數多于其字長,則忽略LSB之后的比特。

            • 如果發送給接收器的比特數少于其字長,則內部會將丟失的比特設置為零。


            MSB具有固定位置,而LSB的位置取決于字長。在WS更改后的一個時鐘周期內,發送方始終發送下一個字的MSB。


            發送器發送的串行數據可以與時鐘信號的下降沿或上升沿同步。但是,串行數據必須在時鐘信號的上升沿鎖存到接收器中。


            I2S操作模式

            根據SD相對于SCK和WS的位置,I2S分為三種不同的操作模式:菲利普斯標準,左對齊標準,右對齊標準。


            菲利普斯標準

            基本電子產品:具有Inter-IC聲音(I2S)總線的高質量音頻(圖4)

            菲利普斯標準(Phillips Standard)是左對齊的一種特殊情況,它比標準左對齊標準延遲了一個時鐘位。WS更改后,第二個SCK / BCLK上升沿之后,左右通道的數據MSB有效。


            左對齊標準

            基本電子產品:具有Inter-IC聲音(I2S)總線的高質量音頻(圖5)

            左對齊標準未被廣泛使用,相對于BCLK,它沒有延遲一個時鐘。WS更改后,兩個通道的MSB在SCK / BCLK的第一個上升沿之后有效。


            正確的正當標準

            基本電子產品:具有Inter-IC聲音(I2S)總線的高質量音頻(圖6)

            右對齊標準,也稱為日文格式,日本電子工業協會(EIAJ)或SONY格式。左通道的LSB在WS的下降沿之前在SCK / BCLK的上升沿有效,而右通道的LSB在WS的上升沿之前在SCK / BCLK的上升沿有效。


            與左對齊標準相比,右對齊標準的缺點是接收設備必須事先知道要發送的數據的字長。


            請注意,對于“右對齊標準”和“左對齊標準”:

            • WS = 1,頻道1(左)

            • WS = 0,通道2(右)

            它與菲利普斯標準相反!



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