TDM格式和PDM数据连接

转自 https://blog.youkuaiyun.com/baiyibin0530/article/details/79549749

 

      有些IC支持使用一个公共时钟的多路I2S数据输入或输出，但这样的方法显然会增加数据传输所需要的管脚数量。当同一个数据线上传输两个以上通道的数据时，就要使用TDM格式。TDM数据流可以承载多达16通道的数据，并有一个类似于I2S的数据/时钟结构。

　　每个通道的数据都使用数据总线上的一个槽（Slot），其宽度相当于帧的1/N， 其中N是传输通道的数量。出于实用考虑，N通常四舍五入到最近的2次幂（2、4、8、或16），并且任何多余通道都被空闲。一个TDM帧时钟通常实现为一位宽的脉冲，这与I2S的50%占空比时钟相反。超过25 MHz的时钟速率通常不用于TDM数据，原因是较高的频率会引起印刷电路板设计者要避免的板面布局问题。

　　TDM常用于多个源馈入一个输入端，或单源驱动多只器件的系统。在前一种情况下，（多源馈入一个输入端），每个TDM源共享一个公共的数据总线。该信源必须配置为在其适用通道期间才驱动总线，而当其它器件在驱动其它总线时，其驱动器要置为三态。

　　TDM接口还没出现类似飞利浦I2S的其他标准，因此，很多IC都有着自己略微不同的TDM实现方法。这些变化体现在时钟极性、通道配置，以及闲置通道的三态化和驱动上。当然，通常情况下不同IC是可以一起工作的，但系统设计者必须确保一个器件的输出格式要符合另一只器件输入端的预期

　　PDM数据连接

　　PDM数据连接在手机和平板电脑等便携音频应用上方面变得越来越普遍。PDM在尺寸受限应用中优势明显，因为它可以将音频信号的布放围绕LCD显示屏等高噪声电路，而不必处理模拟音频信号可能面临的干扰问题。

　　有了PDM，仅两根信号线就可以传输两个音频通道。如图4系统框图所示，两个PDM源将一根公共数据线驱动为一个接收器。系统主控生成一个可被两个从设备使用的时钟，这两个从设备交替使用时钟的边缘，通过一根公共信号线将其数据输出出去。

　　这些数据调制在一个64×速率上，从而形成一个通常为1到3.2 MHz的时钟。音频信号带宽随着时钟频率的增加而增加，因此，可以在系统中使用较低频率的时钟，从而抵消了为节省功耗而降低的带宽。

　　基于PDM的架构不同于I2S和TDM之处是，抽取滤波器是不在发送IC中，而是位于接收IC中。源输出是原始的高采样率调制数据，如Sigma-Delta调制器的输出，而不是像I2S中那样的抽取数据。基于PDM的架构减少了源器件的复杂性，通常会利用已经存在于编解码器ADC中的抽取滤波器。

　　通过这种方法，系统设计者不仅可以利用可能已被使用的音频编解码器， 也可以利用到数字数据连接对干扰不敏感的优点。此外，通过使用面向编码器或处理器制造的更精细硅工艺尺度，而不是用于话筒IC的工艺，就可以实现更高效的抽取滤波器。

　　编解码器、DPS，和放大器拥有I2S端口很多年了，但直到现在，麦克风等系统输入设备还是模拟或PDM输出。随着数字接口进一步靠近信号链的两端，将需要新的IC来支持新的系统架构。

　　拥有集成I2S接口的话筒（如Analog Devices公司的ADM441 MEMS话筒）使设计者很容易将该元件做到不容易使用PDM话筒的系统中，或不希望用模拟接口的系统中。只有少部分音频编解码器能接受PDM输入，极少专门针对手机和平板电脑设计的处理器才能原生地接受这种类型数据流。

　　在有些设计中，一只I2S输出的话筒可以完全无需任何模拟前端电路，因此很多设计可能只有一只ADC和PGA，从而支持话筒对处理器的单个输入。这样一个系统的实例是一种带数据发射器的无线话筒。无线传输SOC可能并没有内置ADC，因此采用一个I2S话筒，就能实现换能器与发射器之间的完全数字化连接。

　　I2S、TDM与PDM音频接口各有其优点与最适合的应用。随着更多音频IC从模拟接口转向数字接口，系统设计者与架构师们会需要了解哪种接口最适合于自己的特定设计。从话筒到DSP再到放大器，这样一个数字信号链可以完全脱离开PCB，而仅存在于音频域中。