I2S音訊匯流排

helloxchen發表於2010-10-28
音訊

I2S匯流排概述

音響資料的採集、處理和傳輸是多媒體技術的重要組成部分。眾多的數字音訊系統已經進入消費市場，例如數字音訊錄音帶、數字聲音處理器。對於裝置和生產廠家來說，標準化的資訊傳輸結構可以提高系統的適應性。I2S(Inter—IC Sound)匯流排是飛利浦公司為數字音訊裝置之間的音訊資料傳輸而制定的一種匯流排標準，該匯流排專責於音訊裝置之間的資料傳輸，廣泛應用於各種多媒體系統。它採用了沿獨立的導線傳輸時鐘與資料訊號的設計，透過將資料和時鐘訊號分離，避免了因時差誘發的失真，為使用者節省了購買抵抗音訊抖動的專業裝置的費用。

I2S匯流排規範

在飛利浦公司的I2S標準中，既規定了硬體介面規範，也規定了數字音訊資料的格式。


2S匯流排結構配置

隨著WS訊號的改變，匯出一個WSP脈衝訊號，進入並行移位暫存器，從而輸出資料被啟用。序列資料的預設輸入是0，因此所有位於最低位(LSB)後的資料將被設定為0。
　　隨著第一個WS訊號的改變，WSP在SCK訊號的下降沿重設計數器。在“1 out of n”譯碼器對計數器數值進行譯碼後，第一個序列的資料(MSB)在SCK時鐘訊號的上升沿被存放進入B1，隨著計數器的增長，接下來的資料被依次存放進入B2到Bn中。在下一個WS訊號改變的時候，資料根據WSP脈衝的變化被存放進入左(聲道)鎖存器或者右(聲道)鎖存器，並且將B2一Bn的資料清除以及計數器重設，如果有冗餘的資料則最低位之後的資料將被忽略。注意：譯碼器和計數器(虛線內的部分)可以被一個n位元移位暫存器所代替。
　　IIS匯流排介面可作為一個編碼解碼介面與外部8/16位的立體聲音訊解碼電路（CODEC IC）相連，從而實現微唱片和行動式應用。它支援IIS資料格式和MSB-Justified 資料格式。IIS匯流排介面為先進先出佇列FIFO的訪問提供DMA傳輸模式來取代中斷模式，可同時傳送和接收資料，也可只傳送或接收資料。

I2S有3個主要訊號

　　1.序列時鐘SCLK，也叫位時鐘（BCLK），即對應數字音訊的每一位資料，SCLK都有1個脈衝。SCLK的頻率=2×取樣頻率×取樣位數。
　　2. 幀時鐘LRCK，(也稱WS)，用於切換左右聲道的資料。LRCK為“1”表示正在傳輸的是右聲道的資料，為“0”則表示正在傳輸的是左聲道的資料。LRCK的頻率等於取樣頻率。
　　3.序列資料SDATA，就是用二進位制補碼錶示的音訊資料。
　　有時為了使系統間能夠更好地同步，還需要另外傳輸一個訊號MCLK，稱為主時鐘，也叫系統時鐘（Sys Clock），是取樣頻率的256倍或384倍。

序列資料（SD）

　　I2S格式的訊號無論有多少位有效資料，資料的最高位總是出現在LRCK變化（也就是一幀開始）後的第2個SCLK脈衝處。這就使得接收端與傳送端的有效位數可以不同。如果接收端能處理的有效位數少於傳送端，可以放棄資料幀中多餘的低位資料；如果接收端能處理的有效位數多於傳送端，可以自行補足剩餘的位。這種同步機制使得數字音訊裝置的互連更加方便，而且不會造成資料錯位。
　　隨著技術的發展，在統一的 I2S介面下，出現了多種不同的資料格式。根據SDATA資料相對於LRCK和SCLK的位置不同，分為左對齊（較少使用）、I2S格式（即飛利浦規定的格式）和右對齊（也叫日本格式、普通格式）。
　　為了保證數字音訊訊號的正確傳輸，傳送端和接收端應該採用相同的資料格式和長度。當然，對I2S格式來說資料長度可以不同。

欄位（聲道）選擇（WS）

　　命令選擇線表明了正在被傳輸的聲道。
　　WS=0，表示正在傳輸的是左聲道的資料。
　　WS=1，表示正在傳輸的是右聲道的資料。
　　WS可以在序列時鐘的上升沿或者下降沿發生改變，並且WS訊號不需要一定是對稱的。在從屬裝置端，WS在時鐘訊號的上升沿發生改變。WS總是在最高位傳輸前的一個時鐘週期發生改變，這樣可以使從屬裝置得到與被傳輸的序列資料同步的時間，並且使接收端儲存當前的命令以及為下次的命令清除空間。
　　電氣規範：
　　輸出電壓:
　　VL <0.4V
　　VH>2.4V
　　輸入電壓
　　VIL=0.8V
　　VIH=2.0V
　　注：目前使用的TTL電平標準，隨著其他IC（LSI）的流行，其他電平也會支援。

時序要求：

　　在I2s匯流排中，任何裝置都可以透過提供必需的時鐘訊號成為系統的主導裝置，而從屬裝置透過外部時鐘訊號來得到它的內部時鐘訊號，這就意味著必須重視主導裝置和資料以及命令選擇訊號之間的傳播延遲，總的延遲主要由兩部分組成：
　　1.外部時鐘和從屬裝置的內部時鐘之間的延遲
　　2.內部時鐘和資料訊號以及命令選擇訊號之間的延遲
　　對於資料和命令訊號的輸入，外部時鐘和內部時鐘的延遲不佔據主導地位，它只是延長了有效的建立時間(set—up time)。延遲的主要部分是傳送端的傳輸延遲和設定接收端所需的時間。
　　T是時鐘週期，Tr是最小允許時鐘週期，T>Tr這樣傳送端和接收端才能滿足資料傳輸速率的要求。
　　對於所有的資料速率，傳送端和接收端均發出一個具有固定的傳號空號比(mark—space ratio)的時鐘訊號，所以t LC和tHC是由T所定義的。 t LC和tHC必須大於0.35T，這樣訊號在從屬裝置端就可以被檢測到。
　　延遲(tdtr)和最快的傳輸速度(由Ttr定義)是相關的，快的傳送端訊號在慢的時鐘上升沿可能導致tdtr不能超過tRC而使thtr為零或者負。只有tRC不大於tRCmax的時候(tRCmax>：0.15T)，傳送端才能保證thtr大於等於0。
　　為了允許資料在下降沿被記錄，時鐘訊號上升沿及T相關的時間延遲應該給予接收端充分的建立時間(set-up time)。
　　資料建立時間(set-up time)和保持時間(hold time)不能小於指定接收端的建立時間和保持時間。[@more@]

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