AURIX? Audio Application Kit for AURIX? lite Kit V2 深度解析

在音頻技術不斷發展的今天，一款功能強大且靈活的音頻應用套件對于電子工程師來說至關重要。今天，我們就來深入探討 Infineon Technologies AG 推出的 AURIX? Audio Application Kit for AURIX? lite Kit V2，看看它能為我們帶來哪些驚喜。

文件下載：Infineon Technologies KIT_A2G_AUDIO_SHIELD AURIX?板.pdf

一、套件概述

AURIX? Audio Application Kit 由 Audio Shield Board 和 Microphone Array Board 兩塊板子組成。該套件必須與 AURIX? lite Kit V2（配備 SAK - TC375TP96F300W）搭配使用，單獨使用或與其他微控制器套件搭配均無法正常工作。其中，Audio Shield Board 可單獨與 AURIX? lite Kit V2 配合使用，而 Microphone Array Board 則需要 Audio Shield Board 的支持才能運行。

1.1 套件可評估的音頻應用

• 接口方面：支持 Generic I2S / TDM 接口、PDM 麥克風接口（基于軟件或硬件的 PDM 抽取）。
• 處理與生成：具備音頻 DSP 處理、聲音生成功能。
• 網絡音頻：支持 IP - Audiostreaming、實時同步以太網音頻（如 AVB、AES67）。
• 麥克風相關：可實現麥克風波束成形。
• 存儲與識別：支持從外部 SD 卡進行音頻播放/錄制，還能進行語音識別/熱詞檢測、智能揚聲器功能以及警笛檢測。

1.2 兩塊板子的規格參數

1.2.1 Audio Shield Board

1.2.2 Microphone Array Board

二、硬件詳細描述

2.1 Audio Shield Board

2.1.1 系統概念

• I2S 仿真：AURIX? TC3xx 系列沒有原生的 I2S / TDM 接口，但可以通過使用隊列 SPI 模塊在從操作模式下與 GTM 作為時鐘發生器一起仿真該接口。外部音頻參考時鐘通過 TIM 注入 GTM 集群，TOM 對輸入時鐘進行分頻以生成各種時鐘信號。QSPI 模塊需要一個與 BCLK 反相的時鐘來驅動。通過調整 TOM 的參數，可以實現不同的音頻接口配置。不同采樣率下，各種時鐘頻率會有所不同，參考時鐘可由 CS2000CP - CZZ PLL 或固定的 24.576 MHz 振蕩器生成，并通過時鐘復用器選擇。
• PDM 麥克風接口與基于軟件的抽取：該仿真概念還支持同時連接立體聲 PDM 流和 I2S 輸出。在立體聲 PDM 配置中，QSPI - CLK 頻率為 I2S - BCLK 的兩倍，以捕獲左右聲道的 PDM 位。在 TriCore 內部，可使用“SP IT”匯編命令將交錯的 PDM 流恢復為兩個分離的 PDM 緩沖區，使用“ME E”命令對 PCM 輸出的單數據位進行加倍。恢復后的 PDM 位可以通過各種算法進行抽取/濾波，常見的抽取率為 64。不同采樣率下，雙數據速率 PDM 接口的時鐘頻率也有相應的配置。

2.1.2 電源供應

• 內部供應：板子可從 AURIX? lite Kit V2 的 3.3V 電源獲取電力，此時麥克風、時鐘和音頻編解碼器等功能可用，但音頻放大器無法使用。需要將 3V3 供應跳線設置為“LK”，LK 供應跳線可隨意設置。
• 外部供應：若需要使用音頻放大器，板子必須通過螺絲端子輸入 12V 到 24V 的外部電源。根據使用的揚聲器負載和所需的放大器功率，電源應能在 24V 時提供高達 6A 的峰值電流，否則可能導致瞬態輸出功率受限或系統復位。在這種供電模式下，AURIX? lite Kit V2 也可通過 Audio Shield Board 反向供電，3.3V 域也可由本地 LDO 供電。3V3 供應跳線可隨意設置，但必須設置其中一個選項；若要反向供電給 AURIX? lite Kit V2，則需設置 LK 供應跳線。

2.1.3 音頻輸入和輸出

默認情況下，板子配備兩個 3.5mm 立體聲插孔，用于連接外部音頻設備，如耳機或 MP3 播放器。若要將音頻輸出連接到外部音頻設備（如 Hi - fi 接收器），可使用“LINE OUT”端口。所有這些端口都連接到 SGTL5000 音頻編解碼器。需要注意的是，耳機的 GND 是直流偏置的，不要將其與全局 GND 外部連接，若要連接其他設備，建議使用音頻隔離變壓器。

2.1.4 音頻放大器

• 立體聲 BTL 操作：默認情況下，MA12070P 音頻放大器配置為 BTL（Bridged Tied Load）模式，可連接一對最小阻抗為 4 歐姆的立體聲揚聲器。
• 單聲道 PBTL 操作：通過對 Audio Shield Board 進行兩項修改，MA12070P 可用于 PBTL（Parallel Bridged Tied Load）模式，此時放大器作為單聲道放大器，可驅動低至 2 歐姆的負載。修改方法包括在 PCB 電阻焊盤上放置 0402 0 - 歐姆電阻或進行焊橋連接，以及在兩個正輸出和兩個負輸出之間進行導線連接。但需注意，根據 MA12070P 的組裝設計步驟，在 PBTL 模式下 CLIP 指示燈可能會持續亮起，具體可參考相關勘誤表。
• I2C 操作和音頻格式：默認情況下，I2C 總線與 MA12070P 斷開連接，以避免在 MA12070P 未供電且 3.3V 電源來自 AURIX? lite Kit V2 時 I2C 總線被阻塞。MA12070P 上電復位后的默認音頻格式配置為 2 32 位數據幀、BCLK = 64 fs、LeftJustified - I2S 格式。若需要更改音頻格式或進行進一步的高級配置，需橋接底部的兩個焊橋。但在沒有外部電源供應的情況下使用 Audio Shield Board 時，I2C 總線可能無法正常工作。

2.1.5 外部音頻 ADC / DAC

為了對 XENSIV? IM67D120A 麥克風或 MERUS? MA12070P 放大器進行進一步的性能評估（特別是 SNR 測量），可通過排線連接外部音頻 ADC / DAC。此外，音頻也可以通過以太網連接進行無壓縮流式傳輸。

2.2 Microphone Array Board

Microphone Array Board 可通過 EDSADC 模塊連接 PDM 麥克風，內部模擬 DS 調制器可被旁路，濾波器結構可直接從麥克風獲取 PDM 數據。EDSADC 具有 4…512 的可配置抽取率。為了使音頻流與其他音頻設備同步，可向 EDSADC 提供外部 PDM 時鐘，該時鐘由 TOM0CH8 生成，與其他音頻時鐘（如 MCLK、BCLK、WCLK 等）同步。由于時鐘信號需要分配到 8 個不同的時鐘接收器，因此設計中集成了時鐘緩沖器設備。

三、軟件支持

3.1 工具鏈

• Aurix? Development Studio：這是一個基于 Eclipse 的免費集成開發環境，功能全面，包括 C 編譯器、多核調試器和 Infineon 的 iLLD 低級驅動程序，無時間和代碼大小限制，可用于編輯、編譯和調試應用代碼。
• FreeEntryToolchain：這是一個完整的 C / C++ 開發環境，基于 Infineon 的低級驅動程序（iLLD），包含 PLS - MC 的源級 UDE 調試器。

3.2 代碼示例

Infineon 的 GitHub 頻道上有專門為 AURIX? Audio Application Kit 設立的代碼倉庫，其中包含進一步的支持材料和基本代碼示例。這些代碼示例均使用 Aurix? Development Studio 開發，可直接使用，無需進一步修改。建議大家定期查看該倉庫，以獲取新的或更新的代碼示例。

四、原理圖和布局

文檔中提供了 Audio Shield Board 和 Microphone Array Board 的原理圖和布局圖，包括系統原理圖、編解碼器原理圖、放大器原理圖以及板子的正反面裝配圖，這些資料對于工程師進行設計和調試非常有幫助。

五、網絡音頻應用提示

5.1 使用以太網 PPS 作為音頻參考時鐘

在高性能音頻網絡（如 AVB）中，可能需要將本地音頻時鐘從網絡分布式媒體時鐘（如 AVB CRF 流）中導出。可以通過以太網 MAC 的 PPS 輸出引腳在靈活 PPS 模式下恢復媒體時鐘，該時鐘信號可通過板載 CS2000CP - CZZ PLL 恢復為 24.576 MHz 參考時鐘。實現方式有硬件和軟件兩種：

• 硬件方式：PPS 信號僅在 P14.4 上可用，由于該引腳未連接到屏蔽頭，需要在 AURIX? lite Kit V2 和 Audio Shield Board 之間進行手動焊接導線連接，并確保軟件中 P10.4 處于高阻抗狀態。
• 軟件方式：可在 P10.4 上軟件模擬 PPS 輸出，使用以太網 MAC 的 PPS 中斷信號觸發 GTM TOM2CH6 以單觸發模式輸出脈沖。

5.2 音頻 PTP 交叉時間戳

除了時鐘恢復，通常還需要在音頻時鐘（通常是 WCLK）和 PTP 時間之間實現精確的交叉時間戳。在 Aurix? 中，建議將模擬音頻接口與 DMA 以雙緩沖操作模式一起使用，可在硬件中直接在每個緩沖區切換時生成 PTP 交叉時間戳，無需 CPU 干預，這種方法可使音頻時鐘的時間戳精度達到 50ns 以下。如果大家在網絡音頻應用方面需要進一步的支持和信息，可聯系當地的 Infineon 銷售代表。

總的來說，AURIX? Audio Application Kit for AURIX? lite Kit V2 為電子工程師提供了一個功能豐富、靈活多樣的音頻開發平臺。無論是在音頻接口設計、音頻處理還是網絡音頻應用方面，都能滿足工程師的多種需求。大家在實際應用中可以根據具體需求充分發揮該套件的優勢，開發出更優秀的音頻產品。不知道大家在使用類似套件時有沒有遇到過特別的問題呢？歡迎在評論區分享交流。