智能硬件設計，I2S、PDM、TDM選什么音頻接口?

在智能硬件和物聯網產品設計中，經常遇到聲音的傳輸。本文主要講一下最常用的音頻接口，以及使用場景。

主要分類：模擬、數字(I2S、PCM、PDM、TDM)

模擬音頻，就是功放輸出的，驅動音箱和喇叭的音頻。模擬麥克風采樣回來的數據也是模擬音頻。通常會有單端或差分兩種信號。

數字音頻，不能直接驅動喇叭，必須要通過DAC轉換成模擬音頻，才能發出聲音來。數字音頻的接口比較多，目前較為通用的是I2S、PCM、PDM和TDM接口。

什么時候用模擬的?

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

通常看到的音頻波形，都是模擬音頻，能夠和聲音實際的波動完全對應起來。

當前有不少音頻產品使用D類音頻功放，輸出波形看起來是方波，但實際上還是屬于模擬音頻類型的。是高頻載波疊加的模擬音頻的波形，經過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類功放輸出的方波狀的音頻信號，上半部分的正玄波是還原出來的模擬音頻波形。

圖.D類功放輸出的方波狀的模擬音頻信號

什么時候用數字接口?

智能硬件產品的設備內音頻傳輸，采用I2S、PCM、TDM、PDM等數字接口。

I2S速度快，專門用于傳音樂。

從MCU往Codec傳音樂數據，一般使用I2S。包含主時鐘、左右聲道時鐘、正反兩根數據線。

如下圖的I2S接口的時序，最典型的特征是LRCLK，用于區分左右聲道的時鐘。

圖.I2S接口的時序

PCM/TDM，主要用來傳語音

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，通常用于AP處理器和通信MODEM之間傳輸語音數據(就是雙向打電話的數據)。

AP處理器和藍牙之間也是通過PCM來傳輸語音數據，打電話的藍牙數據走的是PCM，放音樂的藍牙數據走的是串口(不是PCM)。

I2S只能傳2個聲道的數據，PCM可以傳多達16路數據，采用時分復用的方式，就是TDM。像現在最流行的語音智能音箱的7麥克風矩陣，一般都是用TDM來傳的數據，同時可以傳輸7路麥克風輸入和3路以上的音頻反饋信號。

如下圖是某智能音箱，7個麥克風通過5個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，傳音樂，編碼方式和I2S不同。

很多數字麥克風使用的PDM接口，有數據和時鐘兩根線。PDM接口和I2S最大的區別是編碼方式不同。

圖.PDM和I2S接口的數字麥克風

其他數字接口：USB

除了上述幾個，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，方便調試。

但是萬變不離其宗，不管用的什么接口，傳輸的都是PCM或者PDM編碼的數字音頻。

審核編輯：湯梓紅