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为了使 PWM 音频达到相当好的质量,PWM 的载波频率应该至少 12 倍于信号的
带宽,而且定时器的分辨率(即占空比的间隔时间)应该有 16 位。由于载波频率
的需求,传统PWM 音频电路曾经被用于窄带音频,比如超重低音。但是,利用目
前的高速处理器,就可以扩展到更宽的音频谱。
PWM 流必须经过低通滤波,以去除高频载波。这通常是用驱动扬声器的放大器
电路来完成。D 类放大器已经被成功地用于这种结构。当不需要放大时,一个低
通滤波器就足以用作输出级。在一些低成本应用中,声音的品质不是那么重要,
就可以把 PWM 流与扬声器直接相连。在这样的系统中,扬声器纸盆的机械惯性充
当了滤除载波频率的低通滤波器。
音频转换器的简要背景
音频 ADC
完成 A/D 转换可以有许多种方法。一个传统的方法是逐次逼近的方案,该方
案使用一个比较器对模拟输入信号与一连串中间 D/A 转换输出之间的比较结果
进行检测,然后得到最后的结果。
但目前的大多数 ADC 都是 Σ- Δ转换器。这种转换器不是使用逐次逼近的方
法来产生很高的分辨率,而是使用了 1 位的 ADC。为了对这个减少了的量化等级
数进行补偿,这些转换器在比 Nyquist 频率高得多的频率下进行过采样操作。把
这些过采样的 1 位样点流转换成一个较低速率、较高分辨率的样点流是使用这些
转换器内部的数字滤波模块完成的,目的是为了适应传统 PCM 流的处理。例如,
一个 16 位 44.1kHz 的 Σ- Δ ADC可以用 64 倍的过采样率,产生一个速率为
2.8224MHz 的 1 位样点流。然后用一个数字抽取滤波器把这个超级采样的样点流
转换成一个速率等于 44.1kHz 的 16 位样点流。
由于对模拟信号的过采样操作,Σ- Δ ADC放宽了对用来限制输入信号带宽
的模拟低通滤波器的性能要求。这些转换器还具有将输出噪声分布在比传统转换
器更宽的频谱内的优点。
正如图 3b 中的框图所指出的,AD1871 ADC 与 Blackfin 处理器可无缝连接。
电路的模拟部分被简化了,因为在这个讨论中只有数字信号才是重要的。AD1871
的过采样率由外部晶振提供。图中的处理器有 2 个串行端口 (SPORT)和一个 SPI
端口,用于连接 AD1871。被配置成 I2S 模式的 SPORT 是与 AD1871 进行数据连接
的端口,而 SPI 端口用作控制连接。
I2S 协议是由 Philips(NXP 半导体)为音频信号的数字传输而开发的一个标
准。该标准使音频设备制造商所生产的器件可以相互兼容。
确切地说,I2S 是一种用于传输立体声数据的 3 线串行接口。正如图 4a 中
所示,它规定了位时钟 (中)、数据线(下)和左右同步线 (上),而左右同步线用来
选择当前正在传送的数据帧是左声道的还是右声道的。
从本质上讲,I2S 是一个带有两个活动声道的时分复用(TDM)串行流。TDM
是一种通过一条物理链路传输超过一个声道(比如左声道与右声道)的方法。
在 AD1871 电路结构中,当对SPORT 时钟(RSCLK)和帧同步 (RFS)线进行驱动
时,ADC 可以降低它从外部晶振接收到的 12.288 MHz 采样率。该配置保证了采
样和数据传输是同步的。
SPI 接口,如图 4b 所示,是 Motorola 为了使主处理器可以与各种数字器件
相连而设计的。这个在 SPI 主设备与 SPI 从设备之间的接口由一条时钟线(SCK)、
两条数据线 (MOSI和 MISO)和一条从设备选择 (SPISEL)线组成。其中一条数据线
由主设备(MOSI)驱动,而另一条由从设备(MISO)驱动。在图 3b 的例子中,处理
器的 SPI 端口是无缝地与 AD1871 的 SPI 模块相连接的。
图4 (a)数据信号由 AD1871 使用 I2S 协议进行传送
(b) SPI 3线接口用于控制 AD1871
带有独立SPI控制端口的音频编解码器允许主处理器在运行中修改ADC 的设
置。除了静音和增益控制外,其中一个确实很有用的 ADC(如 AD1871)设置是对节
电模式的设置能力。对于电池供电的应用来说,这通常是一个本质功能。
DAC 与编解码器
将音频 DAC 与主处理器相连接与我们才讨论过的与 ADC 连接的过程完全一
样。在一个同时使用 ADC 和 DAC 的系统中,同一个支持双向传输的串行端口可以
同时连接这两者。
但是,如果您正在考
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