【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 中zhong的de傳chuan輸shu格ge式shi，其qi中zhong涉she及ji到dao多duo種zhong格ge式shi，本ben文wen將jiang挑tiao選xuan一yi個ge最zui常chang用yong的de數shu字zi傳chuan輸shu格ge式shi進jin行xing相xiang關guan分fen析xi，以yi幫bang助zhu大da家jia了le解jie如ru何he合he理li地di在zai軟ruan硬ying件jian上shang進jin行xing設she計ji。

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 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？

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 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)。

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 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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