智能硬件設(shè)計(jì)，I2S、PDM、TDM選什么音頻接口?

在智能硬件和物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，經(jīng)常遇到聲音的傳輸。本文主要講一下最常用的音頻接口，以及使用場(chǎng)景。

主要分類(lèi)：模擬、數(shù)字(I2S、PCM、PDM、TDM)

模擬音頻，就是功放輸出的，驅(qū)動(dòng)音箱和喇叭的音頻。模擬麥克風(fēng)采樣回來(lái)的數(shù)據(jù)也是模擬音頻。通常會(huì)有單端或差分兩種信號(hào)。

數(shù)字音頻，不能直接驅(qū)動(dòng)喇叭，必須要通過(guò)DAC轉(zhuǎn)換成模擬音頻，才能發(fā)出聲音來(lái)。數(shù)字音頻的接口比較多，目前較為通用的是I2S、PCM、PDM和TDM接口。

什么時(shí)候用模擬的?

在智能硬件產(chǎn)品中，模擬音頻主要用在：喇叭播放聲音、Line-in外接音源、麥克風(fēng)輸入等。設(shè)備外的音頻傳輸一般使用模擬信號(hào)。

通常看到的音頻波形，都是模擬音頻，能夠和聲音實(shí)際的波動(dòng)完全對(duì)應(yīng)起來(lái)。

當(dāng)前有不少音頻產(chǎn)品使用D類(lèi)音頻功放，輸出波形看起來(lái)是方波，但實(shí)際上還是屬于模擬音頻類(lèi)型的。是高頻載波疊加的模擬音頻的波形，經(jīng)過(guò)LC濾波之后能夠還原成模擬音頻波形。

如下圖，下半部分是D類(lèi)功放輸出的方波狀的音頻信號(hào)，上半部分的正玄波是還原出來(lái)的模擬音頻波形。

圖.D類(lèi)功放輸出的方波狀的模擬音頻信號(hào)

什么時(shí)候用數(shù)字接口?

智能硬件產(chǎn)品的設(shè)備內(nèi)音頻傳輸，采用I2S、PCM、TDM、PDM等數(shù)字接口。

I2S速度快，專(zhuān)門(mén)用于傳音樂(lè)。

從MCU往Codec傳音樂(lè)數(shù)據(jù)，一般使用I2S。包含主時(shí)鐘、左右聲道時(shí)鐘、正反兩根數(shù)據(jù)線(xiàn)。

如下圖的I2S接口的時(shí)序，最典型的特征是LRCLK，用于區(qū)分左右聲道的時(shí)鐘。

圖.I2S接口的時(shí)序

PCM/TDM，主要用來(lái)傳語(yǔ)音

這里講的PCM不是PCM編碼，而是PCM接口。和I2S差不多，也是4根線(xiàn)，通常用于AP處理器和通信MODEM之間傳輸語(yǔ)音數(shù)據(jù)(就是雙向打電話(huà)的數(shù)據(jù))。

AP處理器和藍(lán)牙之間也是通過(guò)PCM來(lái)傳輸語(yǔ)音數(shù)據(jù)，打電話(huà)的藍(lán)牙數(shù)據(jù)走的是PCM，放音樂(lè)的藍(lán)牙數(shù)據(jù)走的是串口(不是PCM)。

I2S只能傳2個(gè)聲道的數(shù)據(jù)，PCM可以傳多達(dá)16路數(shù)據(jù)，采用時(shí)分復(fù)用的方式，就是TDM。像現(xiàn)在最流行的語(yǔ)音智能音箱的7麥克風(fēng)矩陣，一般都是用TDM來(lái)傳的數(shù)據(jù)，同時(shí)可以傳輸7路麥克風(fēng)輸入和3路以上的音頻反饋信號(hào)。

如下圖是某智能音箱，7個(gè)麥克風(fēng)通過(guò)5個(gè)ADC，接入一組TDM接口上，傳輸給AP處理器。

圖.某智能音箱TDM接口(局部)

PDM，只有2根線(xiàn)，傳音樂(lè)，編碼方式和I2S不同。

很多數(shù)字麥克風(fēng)使用的PDM接口，有數(shù)據(jù)和時(shí)鐘兩根線(xiàn)。PDM接口和I2S最大的區(qū)別是編碼方式不同。

圖.PDM和I2S接口的數(shù)字麥克風(fēng)

其他數(shù)字接口：USB

除了上述幾個(gè)，在很多外接的音頻模塊上，用的是USB音頻。

像科大訊飛的多mic降噪模塊，用的就是usb接口，方便調(diào)試。

但是萬(wàn)變不離其宗，不管用的什么接口，傳輸?shù)亩际荘CM或者PDM編碼的數(shù)字音頻。

審核編輯：湯梓紅