傳統(tǒng)I2S—為何要包括系統(tǒng)時鐘？
過去，我們在討論音頻話題時，偶爾會提及I2S。我在以前的一些文章中提到過I2S，其他人在做音頻研究時也都會提到它。簡而言之，它是一種將立體聲數(shù)據(jù)從一端傳輸至另一端的同步方法。
大多數(shù)人認(rèn)為I2S 有三種信號：
1. 數(shù)據(jù)：輸入或者輸出數(shù)據(jù)
2. 位時鐘(Bitclock，BCK)：確立數(shù)據(jù)流中兩個相鄰位之間邊界的信號
3. 左/右時鐘(LRCK)/字時鐘(Wordclock)：一個在采樣速率下運(yùn)行、占空比為50% 的慢時鐘，它確立數(shù)據(jù)流中兩條相鄰?fù)ǖ溃ㄗ蠛陀遥┲g的邊界。
I2S 的幕后英雄是主時鐘(MCK)，也稱作系統(tǒng)時鐘(SCK)，它常常被數(shù)字信號處理器(DSP) 程序員和其他處理器愛好者們忽略。主時鐘(MCK/SCK)，通常為一個64、128、256和512倍采樣速率(FS) 的時鐘。它可以由一個輸入引腳直接提供，也可以通過一個鎖相環(huán)路(PLL) 在某些器件內(nèi)部產(chǎn)生。
一般而言，DSP 不需要音頻主時鐘，因?yàn)樗鼈兡軌蛞砸环N完全不同的速率對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后在BCK 和LRCK 的驅(qū)動下，讓數(shù)據(jù)以某種速率進(jìn)入輸出緩沖器（或者通過輸入緩沖器接收數(shù)據(jù)）。
如果您能暫時將注意力從您的處理器上移開，您會發(fā)現(xiàn)音頻主時鐘重要得多。大多數(shù)MCK/SCK 輸入的音頻轉(zhuǎn)換器，都要求時鐘同步，而有一些則允許異相位。這就意味著，它們需要由相同的高速時鐘來提供，然后被除小。我接觸過的一些客戶會突發(fā)靈感地告訴我：“我的ADC 需要一個MCK，但它離我的DAC 太遠(yuǎn)。因此，我要在每個轉(zhuǎn)換器旁邊放置一個晶體……”有這種想法可以理解，但請您“千萬別這么做！”
您在購買晶體時，無法保證它剛好為48.000 kHz。您的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 晶體的運(yùn)行精確度可能會為+5%，而數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC) 的運(yùn)行精確度可能為–5%。這樣的精確度，會給您的設(shè)計帶來災(zāi)難性的后果！這是為什么呢，下面將為您娓娓道來。
用于I2S
用于音頻ADC 的主時鐘
如圖1 所示，高速主時鐘（例如：24.576 MHz時鐘）用于驅(qū)動ADC 的過采樣調(diào)制器。之后，來自過采樣調(diào)制器的數(shù)據(jù)被消減分解成LRCK 給定的采樣速率。
當(dāng)ADC 運(yùn)行在主模式（生成BCK 和LRCK，作為輸出）下時，ADC 只是對MCK/SCK 進(jìn)行劃分，產(chǎn)生LRCK 和BCK 信號。這就對啦！LRCK/BCK 和主時鐘被同步—相位也可能同步（除非它是一個特殊分割器）。
圖1 通用ADC 結(jié)構(gòu)圖
如果作為一個從器件，并且主時鐘不同步，則它產(chǎn)生的數(shù)據(jù)會過多或者過少，以至于數(shù)字抽取器無法剛好適合于輸出字。在這種條件下，許多ADC 會拒絕流傳輸數(shù)據(jù)。
DAC 也是如此。圖2 顯示了一個高級DAC 結(jié)構(gòu)圖。此處，需要通過MCK/SCK 運(yùn)行內(nèi)插器，而MCK/SCK 同時還驅(qū)動△∑ 調(diào)制器。如果MCK/SCK 不是采樣速率的整倍數(shù)(64/128/256/512)，則在△∑ 調(diào)制器輸出端可能會出現(xiàn)錯誤數(shù)據(jù)。
圖2 通用DAC 結(jié)構(gòu)圖
我在哪里/如何生成MCK/SCK 呢？
在當(dāng)今的工業(yè)應(yīng)用中，CMOS 振蕩器由許多晶體振蕩器支持，并緊靠這些晶體振蕩器。它們都擁有非常好的精確度和較低的抖動。偶爾會用到壓控振蕩器 (VCO)，但它們會受到其輸出抖動的困擾。
許多現(xiàn)代的音頻轉(zhuǎn)換器現(xiàn)在都集成了一個PLL，以通過慢BCK 產(chǎn)生MCK。這樣做很有效。但是，您應(yīng)該注意，使用PLL 時始終都會有產(chǎn)生抖動的可能，從而降低了音頻性能。
另外，我建議，如果在晶體源驅(qū)動ADC 或是DAC 兩者之間選擇，請您選擇通過一個晶體產(chǎn)生源來運(yùn)行ADC。如果輸入很糟糕，那么您做什么都于事無補(bǔ)?。ň拖衲豢赡馨褷€泥打磨光亮！）
因此，我的建議遵循的原則是：
1、如果轉(zhuǎn)換器為一個I2S 從器件，則您必須通過相同源（如果轉(zhuǎn)換器帶有，則可以依靠內(nèi)部PLL），提供所有三個I2S 時鐘（MCK、BCK 和LRCK）。
2、如果轉(zhuǎn)換器為一個I2S 主器件，則請確定能夠提供一個可靠的無抖動MCK源。然后，讓轉(zhuǎn)換器自己分配。在可能的情況下，讓ADC 通過一個可靠的低抖動MCK 源在主模式下運(yùn)行。這樣做可以確保最低抖動和最小高頻失真。
建議參閱資料：
· 《關(guān)于抖動》，作者：Dan Lavry，Lavry 工程公司，版權(quán)所有©1997。