数字音频接口
概述
数字音频接口 (DAI，Digital Audio Interfaces)，指在板级或板间传输数字音频信号的方式。相比于模拟接口，DAI 具备抗干扰能力强，硬件设计简单。在音频电路设计中，DAI 应用趋势无比明显。
例如，在传统的音频信号链路中，通常使用模拟信号进行连接，而对于数字音频信号，设计规范和应用场景更加庞大。本文将介绍常用的数字音频接口，如 I2S，PCM，和 PDM，并见题情景和核心特点。
I2S 接口
1. I2S 简介
I2S (全称 Inter-IC Sound)，是一种数字音频信号传输规范，用于在系统内部器件之间传输数字音频数据。它由飞利浦于 1986 年定义，选用于转换器 (ADC/DAC)，编解码器（CODEC），和 DSP 之间的数据通信。
I2S 采用一个主设备和一个发送设备的模式，主设备负责提供时钟（SCK 和 WS），通常由 CODEC 来控制数据流。
2. 信号定义
I2S 定义了三根信号线：
- SCK (字串时钟)：主设备提供的同步时钟，又称为 BCLK。
- SD (字串数据)：以二进制补码方式传输。
- WS (字选信号)：用于选择左/右声道。
3. 操作模式
I2S 包括标准模式（PHILIPS），左对齐（Left Justified），和右对齐（Right Justified）三种模式，同时支持多声道扩展。
PCM 接口
1. PCM 简介
PCM (脉出码转换)，是将模拟信号通过采样和量化转换为数字信号的方法。PCM 接口尽管与 I2S 相似，但通过时分复用（TDM），允许同时传输多超过 8 声道的数据。
2. 信号定义
PCM 接口使用下列信号：
- PCM_CLK：数据时钟信号。
- PCM_SYNC：帧同步信号。
- PCM_IN：接收数据信号。
- PCM_OUT：发送数据信号。
3. TDM 操作模式
TDM 是 PCM 的扩展，通过分时寻和，支持长/短帧同步和多声道数据。 在高通平台上，TDM更支持多条data线，然后通过lane_mask来区分输入和输出。 比如 4 条数据线，lane_mask=0x3(b0011)，那么lane0对应PCM_IN0，lane1对应PCM_IN1，lane2对应PCM_OUT0，lane3对应PCM_OUT1。
PDM 接口
1. PDM 简介
PDM (脉密度转换)，是一种数字化模拟信号的方式。PDM 以高采样率展示信号的密度，通过抽取滤注转换为 PCM 格式。它最大优点是只需要两根信号线（时钟和数据），应用于 MEMS 麦克风和其它软硬件设备。
2. 特点
- PDM 仅使用 1 位的 0/1 数据。
- 选择转换在接收设备进行，降低发送设备复杂性。
其它接口
- S/PDIF: 适用于短距离传输。
- Intel HDA: 用于 PC 的音频子系统。
- Ethernet AVB: 适用于离线云络的音频视频连接。
参考资料
- I2S Bus Specification - Philips
- Pulse Code Modulation - Wikipedia
- Understanding PDM Digital Audio - Audio Precision
- MS-2275: Common Inter-IC Digital Interfaces for Audio Data Transfer - Analog
- NAU85L40: Quad Audio ADC with Integrated FLL - Nuvoton