采用LVDS串行器/解串器传送车载I2S音频流

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低压差分信令(LVDS)接口是传输车载数字视频信号的最有效接口，它也是传送数字音频数据流的低成本方案。本文说明如何采用美信集成产品公司(Maxim)的MAX9205/MAX9206 10位LVDS串行器/解串器(SerDes)，通过STP线缆传送多达4个I2S音频数据流。 <P> 音频信号在模拟域与数字域之间的每次转换都会降低音质，因此尽可能保持音频数据为数字形式对获得最佳音质非常重要。面向媒体的系统传输(MOST)总线针对传送车载音频数据而设计，但实施起来比较昂贵，且对大多数应用来说大材小用。对于消费类音频设备，一般采用S/PDIF(由SONY公司与PHILIPS公司联合制定的一种数字音频输出接口)把压缩的音频数据从一个音频设备传送到另一个音频设备。不过， S/PDIF的带宽不足以以未压缩的格式传送5.1或7.1数字音频，同时也缺乏适合汽车应用的经过验证、鲁棒的物理层。
<P> 采用LVDS传送数字音频数据是一个鲁棒、低成本、高带宽的接口方案，能方便被添加到现有硬件上，而不影响系统资源。目前已经可使用的I2S数字音频数据可被传送到汽车中的不同部位，而没有实际上上的软件开销。通过保持音频数据为数字形式，系统中不再需要多个ADC、DAC和线缆，由此节省下来的成本和电路板空间可用来实现其它功能。
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图1：I2S输入信号的采样波形。

<P> LVDS已被用于将来自照相机、DVD播放器和导航系统的视频数据路由传送到汽车中的各种显示设备上。LVDS所具备的低信号幅度和差分结构允许它以很低电磁辐射传送高带宽数据。
<P> MAX9205被设计用来通过单个参考时钟传送10位并行数据。为将I2S信号SCLK、WS和SDA0-3作为数据传送，参考时钟需要与SCLK同步且至少为其频率的2倍。MAX9205要求参考时钟频率范围为16～40MHz，不过芯片将锁定参考时钟低至10MHz，从而允许使用普遍采用的12.28MHz时钟频率。
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图2：利用MAX9205/MAX9206传送I2S音频数据的电路原理图。

<P> 离开模块的信号在线束中必须非常鲁棒，能忍受苛刻的汽车环境和故障状态。LVDS总线需进行交流耦合，以免在发生高压短路状况时受到损坏。由于MAX9205不能自动对输出信号进行直流平衡，所以应确保将要传送的数据已经进行了直流平衡。在10个可用的输入中，用到的一般不超过6个，因此可以利用其余的4个输入来对传送的数据进行直流平衡。SCLK和WS信号是对称信号，因此只需对随机信号SDA0-3进行反相并馈送到未用的输入端，以确保待传送的每个双通道I2S数据包的1和0数量相等。
  

表1：串行器电路部分的元件和信号列表。

<P> 为满足MAX9205的建立和保持时间并防止MAX9206解串器输出的抖动过大，应该在I2S信号不处于转变状态时对其采样。将TCLK_R/F接至GND，使MAX9205在参考时钟(TCLK)下降沿对输入进行采样。这里假设SCLK状态在TCLK上升沿改变。如果配置不同，就要对TCLK_R/F作适当调整，以确保满足输入信号的建立和保持时间要求。I2S输入信号的正确采样波形见图1。
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表2：解串器电路部分的元件和信号描述列表。

<P> 图2给出了MAX9205和MAX9206的应用原理图。左半部分的串行器电路包含串行化和传送LVDS音频数据流所需的电路。右半部分的解串器电路包含接收和并行化LVDS音频数据流所需的电路。表1和表2分别列出了这两部分电路的元件和信号描述。
<P> 综上所述，LVDS是最有效的车载数字视频接口，也是传送音频数据的最有效接口。MAX9205/MAX9206 LVDS串行器/解串器提供了在汽车内的两点之间传送多个I2S音频流的简单、低成本方案。Maxim公司的下一代LVDS产品将继续得到改进，并支持在同一STP线上传送控制和数据，从而消除了对额外控制接口的需求。

李小路

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