音響數(shù)據(jù)的采集、處理和傳輸是多媒體技術(shù)的重要組成部分。眾多的數(shù)字音頻系統(tǒng)已經(jīng)進入消費市場，例如數(shù)字音頻錄音帶、數(shù)字聲音處理器。對于設(shè)備和生產(chǎn)廠家來說，標準化的信息傳輸結(jié)構(gòu)可以提高系統(tǒng)的適應(yīng)性。I2S(Inter—IC Sound)總線是飛利浦公司為數(shù)字音頻設(shè)備之間的音頻數(shù)據(jù)傳輸而制定的一種總線標準，該總線專責于音頻設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸，廣泛應(yīng)用于各種多媒體系統(tǒng)。它采用了沿獨立的導線傳輸時鐘與數(shù)據(jù)信號的設(shè)計，通過將數(shù)據(jù)和時鐘信號分離，避免了因時差誘發(fā)的失真，為用戶節(jié)省了購買抵抗音頻抖動的專業(yè)設(shè)備的費用。

I2S總線規(guī)范

在飛利浦公司的I2S標準中，既規(guī)定了硬件接口規(guī)范，也規(guī)定了數(shù)字音頻數(shù)據(jù)的格式。I2S有3個主要信號：1.串行時鐘SCLK，也叫位時鐘(BCLK)，即對應(yīng)數(shù)字音頻的每一位數(shù)據(jù)，SCLK都有1個脈沖。SCLK的頻率=2×采樣頻率×采樣位數(shù) 2. 幀時鐘LRCK，用于切換左右聲道的數(shù)據(jù)。LRCK為“1”表示正在傳輸?shù)氖亲舐暤赖臄?shù)據(jù)，為“0”則表示正在傳輸?shù)氖怯衣暤赖臄?shù)據(jù)。LRCK的頻率等于采樣頻率。3.串行數(shù)據(jù)SDATA，就是用二進制補碼表示的音頻數(shù)據(jù)。

有時為了使系統(tǒng)間能夠更好地同步，還需要另外傳輸一個信號MCLK，稱為主時鐘，也叫系統(tǒng)時鐘(Sys Clock)，是采樣頻率的256倍或384倍。

串行數(shù)據(jù)(SD)

I2S格式的信號無論有多少位有效數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的最高位總是出現(xiàn)在LRCK變化(也就是一幀開始)后的第2個SCLK脈沖處。這就使得接收端與發(fā)送端的有效位數(shù)可以不同。如果接收端能處理的有效位數(shù)少于發(fā)送端，可以放棄數(shù)據(jù)幀中多余的低位數(shù)據(jù);如果接收端能處理的有效位數(shù)多于發(fā)送端，可以自行補足剩余的位。這種同步機制使得數(shù)字音頻設(shè)備的互連更加方便，而且不會造成數(shù)據(jù)錯位。

隨著技術(shù)的發(fā)展，在統(tǒng)一的 I2S接口下，出現(xiàn)了多種不同的數(shù)據(jù)格式。根據(jù)SDATA數(shù)據(jù)相對于LRCK和SCLK的位置不同，分為左對齊(較少使用)、I2S格式(即飛利浦規(guī)定的格式)和右對齊(也叫日本格式、普通格式)。

為了保證數(shù)字音頻信號的正確傳輸，發(fā)送端和接收端應(yīng)該采用相同的數(shù)據(jù)格式和長度。當然，對I2S格式來說數(shù)據(jù)長度可以不同。

字段(聲道)選擇(WS)

命令選擇線表明了正在被傳輸?shù)穆暤馈?/p>

WS=0，表示正在傳輸?shù)氖亲舐暤赖臄?shù)據(jù)。

WS=1，表示正在傳輸?shù)氖怯衣暤赖臄?shù)據(jù)。

WS可以在串行時鐘的上升沿或者下降沿發(fā)生改變，并且WS信號不需要一定是對稱的。在從屬裝置端，WS在時鐘信號的上升沿發(fā)生改變。WS總是在最高位傳輸前的一個時鐘周期發(fā)生改變，這樣可以使從屬裝置得到與被傳輸?shù)拇袛?shù)據(jù)同步的時間，并且使接收端存儲當前的命令以及為下次的命令清除空間。

電氣規(guī)范：

輸出電壓:

VL <0.4V

VH>2.4V

輸入電壓

VIL=0.8V

VIH=2.0V

注：目前使用的TTL電平標準，隨著其他IC(LSI)的流行，其他電平也會支持。

時序要求：

在I2s總線中，任何設(shè)備都可以通過提供必需的時鐘信號成為系統(tǒng)的主導裝置，而從屬裝置通過外部時鐘信號來得到它的內(nèi)部時鐘信號，這就意味著必須重視主導裝置和數(shù)據(jù)以及命令選擇信號之間的傳播延遲，總的延遲主要由兩部分組成：

外部時鐘和從屬裝置的內(nèi)部時鐘之間的延遲

內(nèi)部時鐘和數(shù)據(jù)信號以及命令選擇信號之間的延遲

對于數(shù)據(jù)和命令信號的輸入，外部時鐘和內(nèi)部時鐘的延遲不占據(jù)主導地位，它只是延長了有效的建立時間(set—up time)。延遲的主要部分是發(fā)送端的傳輸延遲和設(shè)置接收端所需的時間。

T是時鐘周期，Tr是最小允許時鐘周期，T>Tr這樣發(fā)送端和接收端才能滿足數(shù)據(jù)傳輸速率的要求。

對于所有的數(shù)據(jù)速率，發(fā)送端和接收端均發(fā)出一個具有固定的傳號空號比(mark—space ratio)的時鐘信號，所以t LC和tHC是由T所定義的。 t LC和tHC必須大于0.35T，這樣信號在從屬裝置端就可以被檢測到。

延遲(tdtr)和最快的傳輸速度(由Ttr定義)是相關(guān)的，快的發(fā)送端信號在慢的時鐘上升沿可能導致tdtr不能超過tRC而使thtr為零或者負。只有tRC不大于tRCmax的時候(tRCmax>：0.15T)，發(fā)送端才能保證thtr大于等于0。

為了允許數(shù)據(jù)在下降沿被記錄，時鐘信號上升沿及T相關(guān)的時間延遲應(yīng)該給予接收端充分的建立時間(set-up time)。

數(shù)據(jù)建立時間(set-up time)和保持時間(hold time)不能小于指定接收端的建立時間和保持時間。

I2S總線結(jié)構(gòu)配置

隨著WS信號的改變，導出一個WSP脈沖信號，進入并行移位寄存器，從而輸出數(shù)據(jù)被激活。串行數(shù)據(jù)的默認輸入是0，因此所有位于最低位(LSB)后的數(shù)據(jù)將被設(shè)置為0。

隨著第一個WS信號的改變，WSP在SCK信號的下降沿重設(shè)計數(shù)器。在&ldquo;1 out of n”譯碼器對計數(shù)器數(shù)值進行譯碼后，第一個串行的數(shù)據(jù)(MSB)在SCK時鐘信號的上升沿被存放進入B1，隨著計數(shù)器的增長，接下來的數(shù)據(jù)被依次存放進入B2到Bn中。在下一個WS信號改變的時候，數(shù)據(jù)根據(jù)WSP脈沖的變化被存放進入左(聲道)鎖存器或者右(聲道)鎖存器，并且將B2一Bn的數(shù)據(jù)清除以及計數(shù)器重設(shè)，如果有冗余的數(shù)據(jù)則最低位之后的數(shù)據(jù)將被忽略。注意：譯碼器和計數(shù)器(虛線內(nèi)的部分)可以被一個n比特移位寄存器所代替。

IIS總線接口可作為一個編碼解碼接口與外部8/16位的立體聲音頻解碼電路(CODEC IC)相連，從而實現(xiàn)微唱片和便攜式應(yīng)用。它支持IIS數(shù)據(jù)格式和MSB-Justified 數(shù)據(jù)格式。IIS總線接口為先進先出隊列FIFO的訪問提供DMA傳輸模式來取代中斷模式，可同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，也可只發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。