【音频相关】I2S接口规范时序以及其同DSP的连接

I2S接口概述

I²S或I2S（Inter-IC Sound或Integrated Interchip Sound）是由飞利浦公司（现NXP）在1986年制定的一种用于音频IC或者设备之间传输数字PCM信息的一种接口标准。I2S常被使用在各种音源到音频DAC中。由于I2S将信号以及时钟分开传送，它的jitter失真十分地小。I2S和I2C名字非常的像，但是切记，他们完全不是一个东西，甚至连时序都不太像，要说同I2S最像的还是SPI。I2S规范最终的修订是在1996年。

I2S接口硬件定义

NXP公司的I2S是一套硬件+时序规范。I2S硬件上有3个主要信号：

1. continuous serial clock，连续串行时钟SCK，在一些资料中也就SCLK或者BCLK，即对应数字音频的每一位数据，SCLK有1个脉冲。SCLK的频率=2×采样频率×采样位数。
2. word select，字选择WS，又叫帧时钟LRCK，用于切换左右声道的数据。WS为“0”表示代表传输的是左声道的数据，为“1”则表示正在传输的是右声道的数据。WS的频率等于采样频率。
3. serial data，串行数据SD，又叫SDATA，是用二进制补码表示的音频数据。
4. 有时为了使系统间能够更好地同步，还需要另外传输一个信号MCLK，称为主时钟，也叫系统时钟（Sys Clock），是采样频率的256倍或384倍，这个信号在后面会单独讲到。

I2S接口时序与对齐

I2S接口有着统一的硬件定义，但是数据的传输格式又各有不同，我们把他们分成三类：

• I2S格式
• 左对齐格式，left justified
• 右对齐格式，right justified，也叫EIAJ或者SONY格式

这三种传输格式，基本都是相同的，不同之处在于SD数据同WS信号的对齐位置。I2S格式的信号无论有多少位有效数据，数据的最高位总是出现在WS变化（也就是一帧开始）后的第2个SCK脉冲处，见下面I2S格式图：

i2s timing

故名思议，左对齐（left justified）、右对齐（right justified)指的是数据信号对齐的方式，左对齐的时候最高位数据在第一个时钟就出现，而右对齐的时候数据最低位在最后一个时钟出现。这就是他们的本质区别。左右对齐模式随具体的芯片不同而不同，在使用的时候需要仔细阅读芯片手册。I2S允许接收端与发送端的有效位数可以不同。如果接收端能处理的有效位数少于发送端，可以放弃数据帧中多余的低位数据；如果接收端能处理的有效位数多于发送端，可以自行补足剩余的位。这种同步机制使得数字音频设备的互连更加方便，而且不会造成数据错位。

I2S接口的MCLK作用

MCLK是Master clock的缩写，在DAC内部的delta-sigma调制器以及数字滤波器都需要用到这个时钟，大部分的DAC可以使用内部的振荡器产生这个时钟，在某些要求较高的场合，例如HIFI音响系统等，需要使用一个额外的高质量的时钟用以获得最好的性能。这时候就需要用到MCLK信号了。切记，MCLK并不是必须的。可有可无，看设计要求。MCLK一般是Fs*256或者Fs*384。