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基本电子产品:具有Inter-IC声音(I2S)总线的高质量音频
发布时间:2021-04-03 10:03:24  阅读次数:

作为20世纪必不可少的音频产品,CD播放器在一个盒子中装有一个传输器和一个DAC。但是,您是否想知道传输信息如何连接到CD播放器内部的DAC?IC间声音(I2S)总线是关键!


在此文中,将介绍以下主题:

  • IC间声音(I2S)简介

  • IC间声音(I2S)与集成电路间(I2C)

  • 什么是I2S?

  • I2S操作模式


IC间声音(I2S)简介

与CD播放器类似,许多数字音频系统都需要(V)LSI IC进行处理:

  • DAC和ADC

  • 数字信号处理器

  • CD和数字录音的纠错

  • 数字滤波器

  • 数字量输入/输出接口


标准化的通信结构对于制造商至关重要,以增加系统的灵活性。I2S就是为此目的而设计的。


IC间声音(I2S)或集成芯片间声音是飞利浦1986年2月定义的数字音频串行总线接口传输标准(1996年6月修订)。它旨在在系统内部设备(例如,CODEC,DSP,数字输入/输出接口,DAC,ADC和数字滤波器)之间传输数字音频数据。


注意不要将I2S与其他Phillips Semiconductor协议(内部集成电路(I2C))混淆,该协议于1982年发布。


IC间声音(I2S)与集成电路间(I2C)

IC间声音(I2S)
  • 用于连接数字音频设备。它也是电气总线接口标准。

  • 低抖动连接,因为数据和时钟信号是分开发送的。

  • 支持全双工/半双工

  • 支持主/从模式

  • 支持多通道,因为I2S的变体支持多通道时分多路复用

  • 提供全数字音频信号链。它消除了传统音频链中通常存在的ADC / DAC和前置放大器

  • 使用主时钟进行同步没有问题


集成电路间(I2C)

基本电子产品:具有Inter-IC声音(I2S)总线的高质量音频(图1)

  • I2C包括电气和时序规范,以及相关的总线协议。

  • 低速两线串行数据连接总线。

  • 双向数据传输。

  • 用于同一PCB上IC之间的信号传输。

  • 多个主机和多个从机之间只有两条线,串行Dara(SDA)和串行时钟(SCL)。

  • 同步通信,它在主机和从机之间具有全局时钟信号。

  • 支持不同的数据速率,例如100Kbps,400Kbps,1Mbps和3.4Mbps。

  • 独特的启动和停止条件。起始和停止位以及ACK位用于每8位数据传输。

  • 无固定长度可传输


总之,I2C总线用于连接微控制器及其外围设备,而I2S总线则专注于数字音频设备之间的音频数据传输。


但是,什么是I2S,它实际上是做什么的?


什么是I2S?

基本电子产品:具有Inter-IC声音(I2S)总线的高质量音频(图2)

参考 I2S配置

总线只需要处理音频信号,而其他信号(例如子编码和控制)则分别传输。为了最大程度地减少引脚数,I2S总线中定义了三行:

  • 字选择线(WS)

  • 连续串行时钟线(SCK)

  • 串行数据线(SD)


生成SCK和WS的设备是主设备。但是,很难为具有多个发送器和接收器的系统定义主机。在这种情况下,系统主机定义为控制各种IC之间的数字音频数据流。因此,发送器需要在外部时钟的控制下生成数据并充当从设备。

基本电子产品:具有Inter-IC声音(I2S)总线的高质量音频(图3)

I2S接口时序图。参考 Phillips的I2S总线规范

单词选择线

字选择线是频道选择信号,指示发送器选择的频道。

  • WS = 0,通道1(左)

  • WS = 1,频道2(右)

WS可以在串行时钟的后沿或前沿改变,但是不必对称。


在从机中,信号锁存在时钟信号的上升沿。WS线在发送MSB之前更改一个时钟周期,从而允许从发送器导出将设置用于发送的串行数据的同步时序。此外,它使接收器能够存储前一个单词并清除下一个单词的输入。


时钟线

正式的“连续串行时钟(SCK)”,通常写为“位时钟(BCLK)”,是模块中的同步信号,该信号在从机模式下由外部提供,而在主控模式下由内部产生。


SCK =采样频率(例如48kHz,44.1kHz等)*字长(16bit,24bit,32bit)* 2(左右声道)


考虑到主时钟与数据和/或字选择信号之间的传播延迟,总延迟为:

  • 外部(主机)时钟与从机内部时钟之间的延迟;和

  • 内部时钟与数据和/或WS信号之间的延迟。


数据线

串行数据首先与MSB进行二进制补码传输。由于发送器和接收器之间的字长不同,因此发送了MSB。

  • 如果系统字长大于发送器字长,则该字将被截断(LSB设置为“ 0”)以进行数据传输。

  • 如果发送给接收器的比特数多于其字长,则忽略LSB之后的比特。

  • 如果发送给接收器的比特数少于其字长,则内部会将丢失的比特设置为零。


MSB具有固定位置,而LSB的位置取决于字长。在WS更改后的一个时钟周期内,发送方始终发送下一个字的MSB。


发送器发送的串行数据可以与时钟信号的下降沿或上升沿同步。但是,串行数据必须在时钟信号的上升沿锁存到接收器中。


I2S操作模式

根据SD相对于SCK和WS的位置,I2S分为三种不同的操作模式:菲利普斯标准,左对齐标准,右对齐标准。


菲利普斯标准

基本电子产品:具有Inter-IC声音(I2S)总线的高质量音频(图4)

菲利普斯标准(Phillips Standard)是左对齐的一种特殊情况,它比标准左对齐标准延迟了一个时钟位。WS更改后,第二个SCK / BCLK上升沿之后,左右通道的数据MSB有效。


左对齐标准

基本电子产品:具有Inter-IC声音(I2S)总线的高质量音频(图5)

左对齐标准未被广泛使用,相对于BCLK,它没有延迟一个时钟。WS更改后,两个通道的MSB在SCK / BCLK的第一个上升沿之后有效。


正确的正当标准

基本电子产品:具有Inter-IC声音(I2S)总线的高质量音频(图6)

右对齐标准,也称为日文格式,日本电子工业协会(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。


与左对齐标准相比,右对齐标准的缺点是接收设备必须事先知道要发送的数据的字长。


请注意,对于“右对齐标准”和“左对齐标准”:

  • WS = 1,频道1(左)

  • WS = 0,通道2(右)

它与菲利普斯标准相反!



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