【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 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 yishangdexinhao
，tongshijiduanqingkuangchuxiandebijiaoshao，zheshiyinweixiaofeidianzideyinpinshouraohuanjingshao，danzaiqichedianzizhong
，waijiehuanjingbijiaofuza
，shichangchuxianyixiebuwendingdexianxiang，xiawenjiangjizhongmiaoshuyixiewenti，tongshigeidajiatigongyixiejiejuesilu。

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

、還hai有you負fu載zai阻zu抗kang
，最zui好hao的de狀zhuang態tai就jiu是shi實shi現xian三san者zhe的de大da小xiao相xiang等deng，傳chuan輸shu過guo來lai的de信xin號hao相xiang位wei完wan全quan相xiang同tong，當dang然ran這zhe頗po有you難nan度du。如ru果guo匹pi配pei不bu好hao不bu連lian續xu時shi，或huo在zai信xin號hao頻pin率lv過guo高gao時shi，我wo們men會hui發fa現xian信xin號hao能neng量liang丟diu失shi很hen多duo
，同tong時shi反fan射she嚴yan重zhong
，波bo形xing毛mao刺ci淩ling亂luan。其qi原yuan理li可ke以yi類lei比bi光guang進jin行xing發fa射she時shi
，在zai發fa生sheng折zhe射she的de同tong時shi還hai發fa生sheng反fan射she，所suo以yi我wo們men至zhi少shao要yao盡jin量liang朝chao著zhe這zhe個ge方fang向xiang去qu靠kao近jin。

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？

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 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 信(xin)號(hao)判(pan)定(ding)不(bu)了(le)或(huo)者(zhe)錯(cuo)位(wei)導(dao)致(zhi)的(de)。所(suo)以(yi)在(zai)這(zhe)個(ge)電(dian)容(rong)器(qi)上(shang)
，不(bu)需(xu)要(yao)經(jing)過(guo)嚴(yan)苛(ke)認(ren)證(zheng)的(de)一(yi)般(ban)不(bu)必(bi)加(jia)，需(xu)要(yao)過(guo)認(ren)證(zheng)的(de)要(yao)適(shi)量(liang)加(jia)大(da)容(rong)量(liang)或(huo)者(zhe)減(jian)小(xiao)容(rong)量(liang)，尤(you)其(qi)是(shi)上(shang)升(sheng)沿(yan)下(xia)降(jiang)沿(yan)出(chu)現(xian)回(hui)勾(gou)，而(er)且(qie)這(zhe)個(ge)頻(pin)率(lv)一(yi)般(ban)是(shi)很(hen)難(nan)計(ji)算(suan)的(de)，它(ta)和(he)發(fa)射(she)接(jie)收(shou)
、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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