常见数字音频协议（PDM/PCM/I2S/TDM）的特性及区别介绍

在电子工程领域，尤其是音频处理部分，数字音频协议起着至关重要的作用。本文将深入探讨四种常见的数字音频协议——PDM（Pulse Density Modulation）、PCM（Pulse Code Modulation）、I2S（Inter-IC Sound）以及TDM（Time-Division Multiplexing）的特性及其区别。 PCM和PDM是两种不同的音频编码格式。PCM是最常见的数字音频编码方式，它基于等间隔采样原理，将模拟信号转化为数字信号。在PCM中，每个采样点的模拟信号幅度被转换成固定位数（量化深度）的二进制数，如16位或24位，代表了不同级别的声音强度。这种方法简单且广泛应用于CD、音频编解码器和许多其他音频设备中。 相比之下，PDM是一种特殊的编码方式，它使用脉冲密度来表示模拟信号的幅度。在PDM中，模拟信号的振幅通过输出脉冲的密度来表达，即脉冲越多，代表的模拟信号强度越大。PDM通常用于微小的、低功耗的应用，如数字麦克风，因为它能以较少的带宽传输音频数据。 接下来，我们转向音频硬件接口，I2S、PCM（TDM）和PDM。I2S接口设计用于音频设备间的数字音频传输，它包括几个关键信号：BCLK（串行时钟）控制数据传输速率，LRCLK（帧时钟）定义一个样本帧的边界，SD（串行数据）用于传输音频数据，而MCLK（主时钟）则用于同步整个系统。PCM接口与I2S相似，但其结构更加灵活，数据相对于帧时钟的位置、时钟极性以及帧长度可能会有所不同。PCM接口主要应用于AP（应用处理器）与modem之间的语音数据通信，比如SIM卡通话和蓝牙音频。 TDM则是在I2S基础上扩展的，用于同时传输多个通道的音频数据。通过提高采样频率，TDM能在同一根数据线上处理多个通道的信息，最高支持16个通道，这在多声道音频系统或需要处理多个音频流的场合非常有用。 PDM接口相对简单，仅由两个信号线构成：PDM_CLK提供时钟信号，而PDM_DATA单线或双线（借助select信号切换左右声道）传输包含左右声道信息的脉冲数据流。PDM接口特别适合低功耗的数字麦克风，因为其数据传输效率高，且对电路复杂度要求较低。 总结来说，这四种数字音频协议各有特点，适应不同的应用场景。PCM是基础的编码格式，广泛应用于各种音频设备；PDM适用于低功耗设备，如数字麦克风；I2S是标准的音频接口，适合音频设备间的数据传输；而TDM则通过时分复用技术提高了多通道音频的传输效率。理解这些协议的特性与差异，对于电子工程师来说至关重要，能够帮助他们更有效地设计和优化音频系统。