【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 weilaishuode
，erqiexuyaoqufenqudongyanhecaiyangyan，yibanqingkuangxia，fasheduandequdongyanpeizhiyaohecaiyangyanxiangfan，youdegeshiyaoxiangtong，jutiyaoheduishujushouceshangduiyugaineirongdemiaoshu。

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 dezhengxianbojinqu

，caichudeshujujubeizhezhongboxingtedian，danshigaoweimeishuju，huozhediweimeishuju
，tingqilaiyuanshengxiao
，zaoshengda，shijishangjiushizhegeyuanyinzaochengde。lingwai，zhegepeizhifasheduanhejieshouduankenengxiangfan，yekenengxiangtong，yincixuyaojinxingbidui。

♦ 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

還hai一yi種zhong情qing況kuang是shi吸xi收shou幹gan擾rao脈mai衝chong，有you時shi候hou我wo們men走zou線xian拉la得de很hen長chang


，然ran後hou在zai走zou線xian的de周zhou邊bian又you經jing常chang出chu現xian一yi些xie高gao速su跳tiao變bian的de信xin號hao
，尤you其qi是shi平ping行xing並bing排pai走zou的de
，那na麼me這zhe個ge時shi候hou信xin號hao線xian非fei常chang容rong易yi受shou到dao幹gan擾rao
，會hui有you一yi些xie毛mao刺ci和he窄zhai脈mai衝chong

，這zhe樣yang我wo們men的de接jie收shou端duan就jiu很hen不bu好hao判pan定ding了le

，因yin此ci容rong易yi產chan生sheng問wen題ti。對dui於yu這zhe一yi類lei問wen題ti，一yi般ban通tong過guo非fei平ping行xing走zou線xian減jian少shao耦ou合he，同tong時shi接jie收shou端duan增zeng加jia大da電dian阻zu吸xi收shou窄zhai帶dai脈mai衝chong的de能neng量liang即ji可ke。

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
？

jiexialaitongguoyigezhenshideanlijiayishuoming。moukehuyijingbagongfangdesuoyouchanpinxuqiushejihaole

，bingqiejinruliangchanle，danshijiangchanpinzhuangdaocheshanghou，zaidiwenhuozheyixiebijiaojixiandeqingkuangxia
，tufawushengdengqingkuang。jingguoxujiupaizha，faxianhexinwentihaishichanshengzai 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 dengjiyaoqiuguogaoerwufatongguoshi，gongchengshijiuhuikaolvjiayixiedianrongle。yifangmianyinweishipangluhuozhequoujiedinenggouchidiaoxiangdangyibufendenengliang，shidefushejianshao。lingyifangmianhainenggoujiangdizaosheng，tigaodiancijianrongxing。

另ling外wai，在zai實shi際ji應ying用yong中zhong還hai得de注zhu意yi諧xie振zhen頻pin率lv的de問wen題ti
，尤you其qi是shi和he信xin號hao頻pin率lv接jie近jin的de諧xie振zhen頻pin率lv。產chan生sheng諧xie振zhen後hou，最zui容rong易yi出chu現xian在zai我wo們men信xin號hao的de閾yu值zhi附fu件jian波bo形xing抖dou動dong，尤you其qi在zai一yi些xie極ji端duan條tiao件jian下xia
，電dian容rong器qi的de溫wen漂piao屬shu性xing
，配pei合he自zi身shen的de 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 的(de)協(xie)議(yi)和(he)設(she)計(ji)方(fang)式(shi)已(yi)經(jing)了(le)解(jie)，這(zhe)個(ge)格(ge)式(shi)差(cha)不(bu)多(duo)算(suan)是(shi)通(tong)用(yong)音(yin)頻(pin)的(de)基(ji)石(shi)，用(yong)的(de)非(fei)常(chang)多(duo)
，希(xi)望(wang)能(neng)對(dui)大(da)家(jia)的(de)設(she)計(ji)有(you)所(suo)幫(bang)助(zhu)。同(tong)時(shi)大(da)家(jia)在(zai)選(xuan)擇(ze)上(shang)可(ke)以(yi)盡(jin)可(ke)能(neng)選(xuan)擇(ze)支(zhi)持(chi) 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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