轉載：TDM協議

轉自http://www.wangdali.net/i2s/

1. PCM簡介

 

PCM (Pulse Code Modulation) 是經過等時間隔（即採樣率時鐘週期）採樣將模擬信號數字化的方法。圖11爲4 bit 採樣深度的PCM數據量化示意圖。

圖11. 4-bit PCM的採樣量化

 

PCM數字音頻接口，即說明接口上傳輸的音頻數據經過PCM方式採樣獲得的，以區別於PDM方式。在音頻領域，PCM接口經常使用於板級音頻數字信號的傳輸，與I2S類似。PCM和I2S的區別於數據相對於幀時鐘（FSYNC/WS）的位置、時鐘的極性和幀的長度。其實，I2S上傳輸的也是PCM類型的數據，所以能夠說I2S不過是PCM接口的特例。

相比於I2S接口，PCM接口應用更加靈活。經過時分複用（TDM, Time Division Multiplexing）方式，PCM接口支持同時傳輸多達N個（N>8）聲道的數據，減小了管腳數目（其實是減小I2S的「組」數，由於每組I2S只能傳輸兩聲道數據嘛）。TDM不像I2S有統一的標準，不一樣的IC廠商在應用TDM時可能略有差別，這些差別表如今時鐘的極性、聲道配置的觸發條件和對閒置聲道的處理等。

TDM/PCM數字音頻接口的硬件拓撲結構也與I2S相近。圖12表示應用DSP做爲主設備控制ADC和DAC間數字音頻流的例子。

綜合很多廠商的數據手冊，筆者發現，在應用PCM音頻接口傳輸單聲道數據（如麥克風）時，其接口名稱爲PCM；雙聲道常常使用I2S；而TDM則表示傳輸兩個及以上聲道的數據，同時區別於I2S特定的格式。

 

 圖12. TDM系統框圖

2. 信號定義

 

PCM接口與I2S類似，電路信號包括：

• PCM_CLK    數據時鐘信號
• PCM_SYNC    幀同步時鐘信號
• PCM_IN    接收數據信號
• PCM_OUT    發送數據信號

TDM/PCM與I2S接口對應關係見表2：

表2. PCM vs I2S接口

 

3. 操做模式

 

根據 SD相對幀同步時鐘FSYNC的位置，TDM分兩種基本模式：

• Mode A(I2S format): 數據在FSYNC有效後，BCLK的第2個上升沿有效（圖13）
• Mode B(LJ): 數據在FSYNC有效後，BCLK的第1個上升沿有效（圖14）

 

圖13. TDM Mode A

 

圖14. TDM Mode B

注：

因爲沒有統一標準，不一樣廠商對Mode A和Mode B定義可能有所差異。

 

在實際應用中，老是以幀同步時鐘FSYNC的上升沿表示一次傳輸的開始。幀同步時鐘的頻率老是等於音頻的採樣率，好比44.1 kHz，48 kHz等。多數應用只用到FSYNC的上升沿，而忽略其降低沿。根據不一樣應用FSYNC脈衝寬度的差異，PCM幀同步時鐘模式大體分爲兩種：

• 長幀同步 Long Frame Sync
• 短幀同步 Short Frame Sync

長幀同步，短幀同步時序模式以下圖16和圖17所示。

 

注：

a. 長幀同步，如圖15所示，FSYNC脈衝寬度等於1個Slot的長度。Slot在TDM中表示的是傳輸單個聲道所佔用的位數。如圖15所示TI McASP接口的TDM包括6個Slots，即它最多可包括6聲道數據。注意，Slot的位數並不必定等於音頻的量化深度。好比Slot可能爲32 bit，其中包括24 bit有效數據位（Audio Word） + 8 bit零填充（Zero Padding）。不一樣廠商對Slot的叫法可能有所區別，好比Circus Logic稱之爲Channel Block；

 

圖15. 長幀同步模式

 

b. 短幀同步，FSYNC脈衝寬度等於1個BCLK週期長度；

c. 因爲沒有統一標準，不一樣廠商對FSYNC脈衝寬度及觸發邊沿的設置可能不一樣，以器件手冊爲準。

 

圖16. 8-bit長幀同步模式

 

 

圖17. 16-bit短幀同步模式

 

4. 時鐘（BCLK）頻率的計算

 

FSYNC的頻率等於音頻的採樣率（例如44.1 kHz，48 kHz等）。Frame每次傳輸包括全部聲道的數據。PCM採樣音頻數據量化深度通常在16-32bit（最多見爲16/24bit）。那麼對於8聲道，每一個聲道32bit音頻數據，採樣率48kHz的系統，TDM的BCLK時鐘速率爲：8 × 32 × 48kHz ＝ 12.288 MHz

在器件Datasheet中能夠見到TDM128/TDM256/TDM384/TDM512等說法，數字的含義爲單個TDM數據幀包含數據的比特數（即幀長）。如上例8聲道（Channels）32bit的音頻數據，亦稱爲TDM256（=8*32）。TDM系統時鐘速率就能夠簡單地用採樣率乘以TDM幀長計算得出。相同的例子，TDM系統時鐘速率：48kHz × 256 ＝ 12.288 MHz

下表4列出系統時鐘SCK/BCLK和採樣率fs及TDM幀長的關係：

表4. 常見音頻採樣率對應的系統時鐘

 

5. 數據格式

 

在PCM/TDM傳輸的數據幀（Slots）中，可能還包括音頻數據以外的信息。好比在CSR BC06器件Datasheet說明，其設置爲16 bit Slot字長時，3或8 bit未使用bit能夠用做標籤位（Sign Extension）、零填充（Zeros Padding）或是兼容Motorola編解碼器的3 bit音頻衰減值，如圖18所示。

圖18. 16-bit位採樣字格式