I²S协议概述与信号线说明

news2025/4/17 14:36:46

IIS协议概述

I²S（Inter-IC Sound）协议，又称 IIS（Inter-IC Sound），是一种专门用于数字音频数据传输的串行总线标准，由飞利浦（Philips）公司提出。该协议通常用于微控制器（MCU）、数字信号处理器（DSP）、数模转换器（DAC）、模数转换器（ADC）、音频编解码器（CODEC）等之间的音频数据交换。

1. I²S 协议基本特征

特性	描述
主从结构	一般由主设备提供时钟（BCLK 和 LRCK），从设备接收数据或发送数据。通常用于连接一个发送器（Master 或 Transmitter）和一个或多个接收器（Slave 或 Receiver）。
数据格式	串行传输，MSB（最高位）先发送，数据左对齐，通常为 16/24/32 位。
数据类型	一般支持双声道（立体声）数据，左声道和右声道交替传输。
时钟同步	使用两个时钟信号同步数据传输：位时钟（BCLK）和帧时钟（LRCK/WS）。

2. I²S 信号线说明

主要的信号线（通常至少 3 条）：

SCK (Serial Clock) / BCLK (Bit Clock)： 串行时钟或位时钟。
- 功能： 为总线上的每个数据位提供时钟。每一位数据在 SCK 的一个时钟周期内传输。
- 频率： 通常等于 采样率 (Fs) × 每个通道的位数 (Word Length) × 通道数。例如，对于 44.1 kHz 立体声（2通道）、16位音频，理论上 SCK 至少需要 44.1 kHz * 16 * 2 = 1.4112 MHz。但实际上，为了兼容不同的位深，常常使用固定的 SCK 周期数，例如每个通道帧固定为 32 个 SCK 周期，此时 SCK = Fs * 64 = 44.1 kHz * 64 = 2.8224 MHz。
- 谁驱动： 通常由 Master 设备驱动。
WS (Word Select) / LRCLK (Left-Right Clock)： 字选择或左右声道时钟。
- 功能：
  - 指示当前传输的是哪个声道的数据（通常：Low = 左声道，High = 右声道，但也可能相反，需查阅设备手册）。
  - 标记每个音频样本（“字”）的开始。
- 频率： 等于音频的采样率 (Fs)。例如，对于 44.1 kHz 音频，WS 信号的频率就是 44.1 kHz。
- 谁驱动： 通常由 Master 设备驱动。
SD (Serial Data) / DIN / DOUT： 串行数据线。
- 功能： 承载实际的 PCM 音频数据。数据是串行传输的，通常是最高有效位 (MSB) 优先。
- 方向： 从发送器 (Transmitter/Master/Slave) 到接收器 (Receiver/Slave)。可能有 DIN（数据输入）和 DOUT（数据输出）分开的引脚。

可选信号线：

MCLK (Master Clock)：主时钟（有时也叫 SYSCLK）。
- 功能： 提供一个比 SCK 更高频率的系统时钟，通常供 DAC 或 ADC 内部的Σ-Δ调制器等部件使用。
- 频率： 通常是采样率 Fs 的整数倍，如 128Fs, 256Fs, 384Fs, 512Fs 等。
- 谁驱动： 通常由系统中的主时钟源（可能是 Master 设备，也可能是独立的晶振）驱动。并非所有 I²S 实现都需要 MCLK。

信号线	全称	说明
BCLK	Bit Clock	每发送一个比特就跳变一次。数据线 DIN 在 BCLK 上升沿或下降沿有效（取决于实现）。
LRCK/WS	Word Select	指示当前数据是左声道还是右声道。低电平表示左声道，高电平表示右声道。
DIN	Data Input	数据线，主机输出音频数据，从设备读取（如 MAX98357）。
DOUT	Data Output	麦克风（如 INMP441）将音频数据通过此引脚发送出去。
MCLK(可选)	Master Clock	可选的主时钟，一些系统使用（如 CODEC），但许多模块如 MAX98357 不需要。