在為便攜式數(shù)字音頻設(shè)備和其他數(shù)字音頻源設(shè)計(jì)音頻擴(kuò)展塢和配件時(shí)，設(shè)計(jì)人員在嘗試提供最高質(zhì)量的音頻播放時(shí)受到成本的限制。

在典型的塢站和設(shè)備附件中，插入設(shè)備的數(shù)字音頻源通過塢站的數(shù)據(jù)傳輸接口（例如 USB）發(fā)送串行立體聲音頻數(shù)據(jù)流。塢站在執(zhí)行其他關(guān)鍵任務(wù)的同時(shí)捕獲數(shù)據(jù)流，并以特定的采樣率將數(shù)據(jù)流路由到音頻編解碼器或數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (DAC)，如圖 1 所示。

圖 1 典型音頻應(yīng)用

捕獲的立體聲音頻流通過串行接口流向編解碼器或 DAC。由于有許多可能的數(shù)字化音頻源，并且并非所有源都使用相同的采樣率，因此該串行接口通常會(huì)根據(jù)源調(diào)整采樣頻率或?qū)⒉蓸訑?shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換為通用數(shù)據(jù)速率。因此，對(duì)接系統(tǒng)或設(shè)備附件設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)之一是在不降低音頻質(zhì)量的情況下以盡可能低的成本執(zhí)行采樣率轉(zhuǎn)換。為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，設(shè)計(jì)人員通常使用專用的采樣率轉(zhuǎn)換電路和/或包含復(fù)雜鎖相環(huán) (PLL) 的高端音頻 DAC，以確保靈活的采樣率，以實(shí)現(xiàn)采樣音頻數(shù)據(jù)的穩(wěn)定通信。

USB 接口是一種方便的音頻數(shù)據(jù)傳輸接口。然而，為了滿足專業(yè)音頻的要求，必須解決由于 USB 時(shí)鐘和編解碼器時(shí)鐘不匹配導(dǎo)致的細(xì)微質(zhì)量損失

本應(yīng)用筆記探討了 PIC32 MCU 的可用音頻特定功能來滿足這些需求。SPI 模塊支持不同的標(biāo)準(zhǔn)音頻通信模式，并為高質(zhì)量音頻應(yīng)用提供高位分辨率。PIC32 MCU 靈活的參考時(shí)鐘輸出特性可用于為模擬前端提供主時(shí)鐘以生成不同的采樣率。參考時(shí)鐘輸出還消除了編解碼器對(duì)外部晶振/振蕩器的需要。它還消除了編解碼器上對(duì) PLL 的需要?？梢哉{(diào)整參考時(shí)鐘輸出以防止由于時(shí)鐘不匹配而引起的緩沖器欠載和溢出。PIC32 MCU 還為 USB 主機(jī)和設(shè)備模塊提供了靈活的低功耗 PLL 時(shí)鐘方案。

數(shù)字音頻數(shù)據(jù)基礎(chǔ)

當(dāng)模擬音頻轉(zhuǎn)換為離散數(shù)字格式時(shí)，模擬信號(hào)的采樣頻率至少是模擬信號(hào)中最高頻率分量的兩倍或奈奎斯特速率。因此，跨度為 0 到 20 kHz 的音頻信號(hào)可以以 44.1 kHz 的數(shù)據(jù)速率進(jìn)行采樣，在這種情況下，這是合適的奈奎斯特速率，以便在轉(zhuǎn)換回模擬域時(shí)可以在沒有混疊的情況下重建信號(hào)。除了采樣率，數(shù)據(jù)位分辨率可以是 16 位或 24 位立體聲音頻數(shù)據(jù)。對(duì)于光盤 (CD) 質(zhì)量的音頻，標(biāo)準(zhǔn)是 16 位分辨率和 44.1 kHz 采樣率。但是，還有更高性能的 CD 音樂選項(xiàng)。一種這樣的標(biāo)準(zhǔn)以 24 位分辨率對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，并將采樣率提高到 96 kHz。對(duì)于專業(yè)音頻，音頻文件以每個(gè)樣本 24 位的分辨率進(jìn)行編碼，這在音頻混合和處理時(shí)提供了空間。此外，即使使用壓縮，分辨率選擇也允許在音質(zhì)與文件大小之間進(jìn)行權(quán)衡。

USB 接口可以輕松處理通過等時(shí)傳輸?shù)母哔|(zhì)量音頻流。它提供高質(zhì)量音頻的能力非常明顯，因?yàn)樗谠S多音頻用戶中很受歡迎。憑借其普遍的易用性，當(dāng)與靈活的音頻接口打包時(shí)，USB 音頻可以傳輸高分辨率和高采樣率的音頻，抖動(dòng)可忽略不計(jì)。等時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，在其各種其他用途中，用于以恒定速率實(shí)時(shí)地將音頻數(shù)據(jù)傳入和傳出源。

立體聲音頻數(shù)據(jù)包的大小由音頻流的采樣率決定，在 USB 全速鏈路上每 1 毫秒作為 USB 幀的一部分傳輸。USB 音頻還提供對(duì)許多控制和處理單元中常見功能的控制，例如音量、音調(diào)、增益控制和均衡器。

比特率和采樣率的差異要求播放系統(tǒng)或塢站中的硬件能夠處理不同速率的數(shù)據(jù)流。為此，系統(tǒng)必須要么使用更復(fù)雜的 DAC，該 DAC 價(jià)格昂貴且可以鎖相到每個(gè)采樣率并根據(jù)每個(gè)播放選項(xiàng)進(jìn)行自我調(diào)整，要么使用帶有低成本 DAC 的外部采樣率轉(zhuǎn)換器 IC，或者使用在微控制器上運(yùn)行的算法將所有流轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)采樣率和比特率，簡(jiǎn)單的低成本 DAC 可以處理。PIC32 MCU 提供靈活的參考時(shí)鐘輸出和音頻模式來滿足這些要求，以在保持低設(shè)計(jì)成本的同時(shí)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量音頻。以下部分將探討具有音頻模式和靈活參考時(shí)鐘輸出模塊的串行接口。

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