【導讀】在 PCB 板內的音頻設計時，很多時候都是以模擬信號作為前後輸入輸出，但是板內更多是以數字信號為主，例如我們可以看到各種 aux、同軸

、蓮花口等信號輸入。隻要音頻需要進行處理，一般都是需要轉成數字信號來進行的，比如當我們在用 FPGA、DSP、單片機等係統時。大多數情況下，簡單 2 通道的實現在軟硬件上還是比較簡單
，但是上升到 TDM8 以上，很多客戶就會麵臨穩定性的問題。接下來將分兩個板塊——軟件和硬件，為大家說明如何有效規避這些風險。

在上篇《ADI音頻在PCBA裏的通用傳輸格式》裏
，我們介紹了通用音頻在 PCBA zhongdechuanshugeshi，qizhongshejidaoduozhonggeshi，benwenjiangtiaoxuanyigezuichangyongdeshuzichuanshugeshijinxingxiangguanfenxi，yibangzhudajialejieruhehelidizairuanyingjianshangjinxingsheji。

在 PCB 板內的音頻設計時，很多時候都是以模擬信號作為前後輸入輸出，但是板內更多是以數字信號為主，例如我們可以看到各種 aux
、同軸、蓮花口等信號輸入。隻要音頻需要進行處理

，一般都是需要轉成數字信號來進行的，比如當我們在用 FPGA、DSP
、單片機等係統時。大多數情況下，簡單 2 通道的實現在軟硬件上還是比較簡單，但是上升到 TDM8 以上
，很多客戶就會麵臨穩定性的問題。接下來將分兩個板塊——軟件和硬件，為大家說明如何有效規避這些風險。

TDM 在軟件配置上的注意項

上文有說到 TDM 協議一般是三根線 (MCLK 除外)，有的編解碼會有四根線，主時鍾線束一般是恒定輸入的
，另外三根是 BCLK、SYNC、以及 SDATA (DATA 一般會有 DTX、DRX，或者自己靈活配置為 DTX 或 DRX)。那發射端和接收端要如何配置才能匹配起來呢？下麵將進行一一介紹：

♦ 確定傳輸多少通道的音頻

我們需要根據傳輸多少通道的音頻來選擇 TDM 接口，一般是 TDM2/4/8/12/16/32 這幾種，具體需要根據實際情況來選擇。然後確定采樣率、位深，以此得到確切的位時鍾數據。例如 TDM16，采用 48khz 的采樣率以及 32bit 的位深，那麼其確定的 BCLK 頻率就是 16 * 48khz * 32bit = 24.576Mhz。在驅動中一般需要配置具體 TDM 類型、位深和采樣率
，這裏的配置，發射端和接收端需要保持一致。

♦ 確定 SYNC 的類型和極性

對於幀同步信號，它的頻率一般就是采樣頻率，比如 TDM16 的格式，在幀同步信號的一個周期內
，可以傳輸 16 個通道的數據。同時，它有脈衝模式和 50/50 占空比模式。脈衝模式是以第一個位時鍾增加一個脈衝開始
，到該周期結束。50/50 占空比模式，是高低電平分別占用一半的通道，具體請查看 datasheet 的示例圖。它還有一個極性，即上升沿觸發還是下降沿觸發。這一部分發射端和接收端也需要保持一致。

♦ 確定 BCLK 的極性

在第一點我們已經確定了 BCLK 的時鍾大概是多少，接下來還需要進行下一步的極性配置。這個極性配置其實是對應於 SDATA 位(wei)來(lai)說(shuo)的(de)，而(er)且(qie)需(xu)要(yao)區(qu)分(fen)驅(qu)動(dong)沿(yan)和(he)采(cai)樣(yang)沿(yan)，一(yi)般(ban)情(qing)況(kuang)下(xia)，發(fa)射(she)端(duan)的(de)驅(qu)動(dong)沿(yan)配(pei)置(zhi)要(yao)和(he)采(cai)樣(yang)沿(yan)相(xiang)反(fan)
，有(you)的(de)格(ge)式(shi)要(yao)相(xiang)同(tong)，具(ju)體(ti)要(yao)核(he)對(dui)數(shu)據(ju)手(shou)冊(ce)上(shang)對(dui)於(yu)該(gai)內(nei)容(rong)的(de)描(miao)述(shu)。

其qi實shi就jiu算suan配pei置zhi的de不bu對dui
，也ye會hui有you聲sheng音yin輸shu出chu。基ji本ben上shang有you經jing驗yan的de工gong程cheng師shi都dou能neng夠gou聽ting出chu來lai
，或huo者zhe通tong過guo對dui數shu據ju數shu組zu中zhong的de數shu據ju進jin行xing分fen析xi

，不bu對dui應ying的de邊bian沿yan，采cai集ji下xia來lai的de數shu據ju無wu非fei就jiu是shi溢yi出chu，或huo者zhe少shao了le一yi位wei。當dang發fa現xian 1khz 的de正zheng弦xian波bo進jin去qu
，采cai出chu的de數shu據ju具ju備bei這zhe種zhong波bo形xing特te點dian，但dan是shi高gao位wei沒mei數shu據ju，或huo者zhe低di位wei沒mei數shu據ju

，聽ting起qi來lai原yuan聲sheng小xiao，噪zao聲sheng大da
，實shi際ji上shang就jiu是shi這zhe個ge原yuan因yin造zao成cheng的de。另ling外wai，這zhe個ge配pei置zhi發fa射she端duan和he接jie收shou端duan可ke能neng相xiang反fan，也ye可ke能neng相xiang同tong
，因yin此ci需xu要yao進jin行xing比bi對dui。

♦ 確定 SDATA 位的格式

這裏說的格式和數據傳輸中 MSB 以及 LSB 息息相關
，這一點是針對於 SYNC 來的。在 SYNC 的周期開始時，我們可以選擇 delay 1 或者左對齊右對齊等格式。這裏是要嚴格對齊的，不然數據肯定是采集不正確的，該配置發射端和接收端需要保持一致。

以上基本就是 TDM 在軟件配置中的一些注意點
，當然可能有一些芯片在這些配置的基礎上增加了某些其他功能
，這需要具體查看對應的 datasheet。比如 ADAU1452 添加了 flexTDM 功能，AD2428 的 TDM 增加了 delay 1 SYNC 以及 offset 等等，這樣做的目的基本上都是為了提升該芯片 IP 的兼容性。有一些做得差的廠商
，可能他們的 IP 都無法支持 TDM32，隻能支持到 TDM8
，但總體來說
，以上的配置指導說明能夠涵蓋這些基礎配置。

TDM 在硬件設計上的注意項

很多人會說 TDM 不就是幾根線連起來就可以了嗎？然後 IIS 跑起來也沒出過問題啊
？大部分客戶可能很少設計過 TDM8 以yi上shang的de信xin號hao
，同tong時shi極ji端duan情qing況kuang出chu現xian的de比bi較jiao少shao，這zhe是shi因yin為wei消xiao費fei電dian子zi的de音yin頻pin受shou擾rao環huan境jing少shao
，但dan在zai汽qi車che電dian子zi中zhong，外wai界jie環huan境jing比bi較jiao複fu雜za，時shi常chang出chu現xian一yi些xie不bu穩wen定ding的de現xian象xiang，下xia文wen將jiang集ji中zhong描miao述shu一yi些xie問wen題ti
，同tong時shi給gei大da家jia提ti供gong一yi些xie解jie決jue思si路lu。

為什麼要在發射端和接收端加電阻
？

如下圖 (圖1) 所示
，我們常常在 IC1 和 IC2 中間加個電阻，很多工程師其實都不清楚為什麼要加它，它到底加多大？以下為大家進行詳細說明：

圖1 信號線連接示意圖

通常我們看到音頻芯片連接線上一般都是用 0、22、33Ω 的電阻進行連接
，其實主要的目的還是為了阻抗匹配，這涉及到我們大部分的高頻電子電路的應用。簡單來講就是信號源內阻
、特征阻抗、haiyoufuzaizukang
，zuihaodezhuangtaijiushishixiansanzhededaxiaoxiangdeng
，chuanshuguolaidexinhaoxiangweiwanquanxiangtong，dangranzhepoyounandu。ruguopipeibuhaobulianxushi，huozaixinhaopinlvguogaoshi
，womenhuifaxianxinhaonengliangdiushihenduo，tongshifansheyanzhong，boxingmaocilingluan。qiyuanlikeyileibiguangjinxingfasheshi

，zaifashengzheshedetongshihaifashengfanshe，suoyiwomenzhishaoyaojinliangchaozhezhegefangxiangqukaojin。

在芯片的 TDM IP 接口設計時，實際上發射端的阻抗一般都是偏低的
，大概在 17-40Ω 左右，PCB 的單端走線一般是 50Ω
，而接收端的阻抗通常又比較大，這就是一個典型的不連續不匹配的係統，所以我們通常需要加一個 22Ω 的電阻

，加到靠近的發射端，這樣基本能在整體上保持阻抗的連續問題。不匹配典型的波形就是過衝和振鈴
，如下圖 (圖2) 所示，而這種問題的風險就是容易導致接收端誤解碼。

圖2 發射端與接收端不匹配典型波形圖

haiyizhongqingkuangshixishouganraomaichong，youshihouwomenzouxianladehenchang，ranhouzaizouxiandezhoubianyoujingchangchuxianyixiegaosutiaobiandexinhao，youqishipingxingbingpaizoude，namezhegeshihouxinhaoxianfeichangrongyishoudaoganrao，huiyouyixiemaocihezhaimaichong
，zheyangwomendejieshouduanjiuhenbuhaopandingle，yincirongyichanshengwenti。duiyuzheyileiwenti，yibantongguofeipingxingzouxianjianshaoouhe，tongshijieshouduanzengjiadadianzuxishouzhaidaimaichongdenengliangjike。

總的來說
，信號線上的電阻主要是為了匹配阻抗，降低噪聲，而限流和保護作用基本上涉及比較少，因為功率總體上比較小。

在發射端和接收端到底要不要加旁路或者去耦電容

？

接jie下xia來lai通tong過guo一yi個ge真zhen實shi的de案an例li加jia以yi說shuo明ming。某mou客ke戶hu已yi經jing把ba功gong放fang的de所suo有you產chan品pin需xu求qiu設she計ji好hao了le，並bing且qie進jin入ru量liang產chan了le，但dan是shi將jiang產chan品pin裝zhuang到dao車che上shang後hou

，在zai低di溫wen或huo者zhe一yi些xie比bi較jiao極ji限xian的de情qing況kuang下xia
，突tu發fa無wu聲sheng等deng情qing況kuang。經jing過guo許xu久jiu排pai查zha，發fa現xian核he心xin問wen題ti還hai是shi產chan生sheng在zai TDM 的旁路電容上。

為什麼要加該電容
？在汽車電子的產品中
，我們都要過車規認證，這時候會產生讓非常多工程師頭疼的問題：當 EMI 和 EMC 等deng級ji要yao求qiu過guo高gao而er無wu法fa通tong過guo時shi
，工gong程cheng師shi就jiu會hui考kao慮lv加jia一yi些xie電dian容rong了le。一yi方fang麵mian因yin為wei是shi旁pang路lu或huo者zhe去qu耦ou接jie地di能neng夠gou吃chi掉diao相xiang當dang一yi部bu分fen的de能neng量liang，使shi得de輻fu射she減jian少shao。另ling一yi方fang麵mian還hai能neng夠gou降jiang低di噪zao聲sheng，提ti高gao電dian磁ci兼jian容rong性xing。

lingwai，zaishijiyingyongzhonghaidezhuyixiezhenpinlvdewenti，youqishihexinhaopinlvjiejindexiezhenpinlv。chanshengxiezhenhou，zuirongyichuxianzaiwomenxinhaodeyuzhifujianboxingdoudong，youqizaiyixiejiduantiaojianxia
，dianrongqidewenpiaoshuxing，peihezishende ESR
，以及電路中的電阻構成 RC 濾波電路。如果出現了這個問題，基本是由於 TDM xinhaopandingbulehuozhecuoweidaozhide。suoyizaizhegedianrongqishang
，buxuyaojingguoyankerenzhengdeyibanbubijia，xuyaoguorenzhengdeyaoshiliangjiadaronglianghuozhejianxiaorongliang
，youqishishangshengyanxiajiangyanchuxianhuigou，erqiezhegepinlvyibanshihennanjisuande，tahefashejieshou、走線以及電容本身的 ESR 都有關係。

總之，在添加電容、電(dian)阻(zu)的(de)時(shi)候(hou)也(ye)需(xu)要(yao)用(yong)心(xin)，因(yin)為(wei)如(ru)果(guo)這(zhe)些(xie)條(tiao)件(jian)沒(mei)添(tian)加(jia)好(hao)，都(dou)會(hui)影(ying)響(xiang)波(bo)形(xing)質(zhi)量(liang)。電(dian)阻(zu)加(jia)得(de)大(da)，波(bo)形(xing)變(bian)成(cheng)三(san)角(jiao)波(bo)，電(dian)容(rong)加(jia)得(de)大(da)，波(bo)形(xing)爬(pa)坡(po)變(bian)成(cheng)一(yi)條(tiao)弧(hu)線(xian)
，上(shang)升(sheng)下(xia)降(jiang)沿(yan)的(de)時(shi)間(jian)都(dou)大(da)大(da)增(zeng)加(jia)了(le)，從(cong)而(er)進(jin)一(yi)步(bu)影(ying)響(xiang)波(bo)形(xing)質(zhi)量(liang)。

綜上所述，隻要對以上介紹的兩點內容和硬件的 layout 設計稍作注意，一般都可以設計出比較穩定的產品。有一些客戶出問題少，是因為大部分的 IIS 帶寬足夠低


，很少出現這種情況
，同時容錯率比較高，芯片廠商設計的 IP 足夠覆蓋。這側麵也反應出，在設計中，如果使用 TDM8 足夠
，就不需要使用 TDM16 或者 32，因為會增加一些不必要的風險。

總結

根據上麵的介紹，相信大家對 TDM dexieyiheshejifangshiyijinglejie
，zhegegeshichabuduosuanshitongyongyinpindejishi，yongdefeichangduo，xiwangnengduidajiadeshejiyousuobangzhu。tongshidajiazaixuanzeshangkeyijinkenengxuanzezhichi TDM16、32 的這種芯片，因為一般這種芯片的 IP 設計的帶寬都要比那些隻支持不到 TDM8 的芯片要好，尤其體現在一些高算力的 SOC 或者 DSP 上。

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