I2S總線

I2S總線

Inter IC Sound總線又稱集成電路內置音頻總線。

I2S對數字音頻設備之間的音頻數據傳輸而制定的一種總線標準。

採用了沿獨立的導線傳輸時鐘與數據信號的設計,通過將數據和時鐘信號分離,避免了因時差誘發的失真,爲用戶節省了購買抵抗音頻抖動的專業設備的費用。

I2S模型

I2S有3個主要信號

1).串行時鐘SCLK,也叫位時鐘(BCLK),即對應數字音頻的每一位數據,SCLK都有1個脈衝。SCLK的頻率=2×採樣頻率×採樣位數。
2).幀時鐘LRCK,(也稱WS),用於切換左右聲道的數據。LRCK爲“1”表示正在傳輸的是右聲道的數據,爲“0”則表示正在傳輸的是左聲道的數據。LRCK的頻率等於採樣頻率。

命令選擇線表明了正在被傳輸的聲道。
WS=1,表示正在傳輸的是右聲道的數據。
WS=0,表示正在傳輸的是左聲道的數據。
WS可以在串行時鐘的上升沿或者下降沿發生改變,並且WS信號不需要一定是對稱的。

3).串行數據SDATA,就是用二進制補碼錶示的音頻數據。

I2S格式的信號無論有多少位有效數據,數據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。這就使得接收端與發送端的有效位數可以不同。因此最高位擁有固定的位置,而最低位的位置則是依賴於數據的有效位數。
如果接收端能處理的有效位數少於發送端,可以放棄數據幀中多餘的低位數據;如果接收端能處理的有效位數多於發送端,可以自行補足剩餘的位。這種同步機制使得數字音頻設備的互連更加方便,而且不會造成數據錯位。
隨着技術的發展,在統一的 I2S接口下,出現了多種不同的數據格式。根據SDATA數據相對於LRCK和SCLK的位置不同,分爲左對齊(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)。
爲了保證數字音頻信號的正確傳輸,發送端和接收端應該採用相同的數據格式和長度。當然,對I2S格式來說數據長度可以不同。

有時爲了使系統間能夠更好地同步,還需要另外傳輸一個信號MCLK,稱爲主時鐘,也叫系統時鐘(Sys Clock),是採樣頻率的256倍或384倍。

I2S數據傳輸示意圖

I2S數據傳輸示意圖

I2S典型的接口時序

I2S典型接口時序

時序要求

在I2S總線中,任何設備都可以通過提供必需的時鐘信號成爲系統的Master,而Slave設備通過外部時鐘信號來得到它的內部時鐘信號,這就意味着必須重視Master和數據以及命令選擇信號之間的傳播延遲,總的延遲主要由兩部分組成:
1.外部時鐘和從設備的內部時鐘之間的延遲
2.內部時鐘和數據信號以及命令選擇信號之間的延遲
對於數據和命令信號的輸入,外部時鐘和內部時的延遲不佔據主導的地位,它只是延長了有效的建立時間(set-up time)。延遲的主要部分是發送端的傳輸延遲和設置接收端所需的時間。

I2S發送端時序

I2S發送端時序

I2S接收端時序

I2S接收端時序

電氣特性

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,隨着其他IC(LSI)的流行,其他電平也會支持。

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