采用I²S接口为MCU系统中的数字音频提升质量

采用I²S接口为MCU系统中的数字音频提升质量

I²S接口由飞利浦定义。由于首字母缩略词的相似性，许多人认为它在技术上与I²C接口有关。实际上，唯一的联系是飞利浦定义了两者。 I²S速度更快，包括完全不同的信令结构，并且严格定义用于传输双声道音频数据。

MCUI²S支持

将I²S添加到16位MCU

通常，MCU供应商仅在32位MCU上支持I²S，因为高端音频和音乐应用通常要求32位CPU提供的性能。但是16位MCU性能大幅提升，您可能会发现自己需要将这样的MCU连接到以音频为中心的外设，如立体声ADC。

图2：您可以使用标准串行端口和一些外部逻辑在16位MCU上实现I²S支持，如TI MSP430的情况所示。

I²S实现的部分复杂性是需要支持多路复用数据来传输两个立体声通道。该标准规定左右声道数据由字时钟发信号通知有效 - 上升沿有一个通道，下降沿有一个通道。图2中描述的电路使用4位计数器和一些离散逻辑来实现5位计数器，而不是产生精确传输I²S链路的16位字所需的信号。

I²S外围IC

恩智浦IC是单调放大器，但您也可以购买立体声D类放大器。例如，ADI公司提供SSM2518立体声线性放大器。然而，与恩智浦不同，ADI公司选择将其设计基于DAC和sigma-delta调制器，以优化音频质量。

图3：四通道TI TAS5711线性放大器链接到MCU通过I²S并使用PWM转换器和H桥电路来驱动扬声器。

Cirrus编解码器使用以PC为中心的AC-Link接口来链接主机处理器和编解码器。但编解码器还支持三个同步I²S输入和一个I²S输出，用于连接其他数字音频外设功能。

特定于应用的实现

到目前为止，我们专注于使用I²S相对于纯音频为中心的设计，其中音频支持是应用要求的核心。但I²S也广泛用于音频支持是必要但次要功能的产品。您还可以找到专为某些终端产品设计的基于I²S的IC。

考虑Nuvoton技术。该公司在称为ChipCorder的ISD15100产品系列中制造了一对IC（图4）。 ChipCorder IC实现了数字录音和播放设备（如数字应答机）所需的所有功能。

图4：Nuvoton的ChipCorder IC系列包括音频记录和回放所需的所有功能，并提供到主机MCU的I²S链接。

这些IC包括数字音频压缩硬件，集成闪存以及专用的模拟和数字音频信号路径。 ISD15108 IC可以存储8分钟的音频，ISD15116 IC可以在集成的Flash中存储16分钟的音频。这两个图都是指以8 kHz采样的音频，并使用4位ADPCM进行编码。 Nuvoton IC支持多种压缩格式选择，包括2至5位ADPCM，6至8位μ律或差分μ律，以及8位，10位或12位PCM。

IC包括模拟音频输入和差分音频输入。您可以使用I²S或SPI将数字音频传输到IC或从IC传输数字音频，尽管前者提供更高的保真度。该IC还包括一个可以直接驱动小型扬声器的D类音频放大器。

特定应用的故事继续发生在片上系统（SoC）产品中，该产品集成了强大的处理内核，外设和接口，如I²S。在讨论SoC时，我们首先讨论了MCU，然后是使用I²S连接到MCU的外设，现在是SoC，除了片上SoC功能外，还需要I²S连接外设。例如，麦克雷尔通过其KSZx692系列SoC针对一系列以通信为中心的应用（图5）。许多目标应用需要高端音频支持，例如支持多媒体的住宅网关。

图5：Micrel的KSZx692系列SoC针对以通信为中心的应用，如多媒体住宅网关，提供I²S接口，用于音频支持。

USB 3.0应用程序

现在应该清楚的是，您需要在规范开发过程的早期阶段考虑项目中是否需要I²S。您可能不会使用纯粹以音频为中心的产品，但添加音频支持可以大大增加许多系统设计的价值主张。 I²S是支持高质量音频的最简单方式，也许增加了产品设计取得广泛成功的机会。但是，在大多数情况下，您必须从包含I²S支持的MCU或SoC开始，以实现最佳设计。此外，还要对市场上的I²S集成电路进行全面审查。您可能会发现一个具有特定于应用程序的功能，可以大大简化您的设计周期。

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