支持多协议的多通道音频接口设计-AET-电子技术应用

支持多协议的多通道音频接口设计

电子技术应用

谭勋琼，李雅芳

长沙理工大学物理与电子科学学院

摘要： 针对传统音频接口存在的协议支持单一、通道容量受限等问题，设计了一种支持多协议的多通道音频接口。该设计支持全双工通信，以8组独立串行器为核心，通过时钟与帧同步生成模块产生灵活可配置的时钟与帧同步信号，结合格式化单元，支持TDM、DIT及Burst三种传输模式，可在单一接口中兼容I²S与TDM（基于TDM模式，支持多达32个通道）、S/PDIF（基于DIT模式）以及突发控制帧（基于Burst模式）等多种音频协议与传输格式，最大支持256路音频数据流。通过NC-Verilog仿真工具对设计进行功能验证，结果表明其各项功能符合预期。

关键词： 多通道音频接口 I2S TDM SPDIF

中图分类号：TN409 文献标志码：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.257461
中文引用格式： 谭勋琼，李雅芳. 支持多协议的多通道音频接口设计[J]. 电子技术应用，2026，52(9)：28-34.
英文引用格式： Tan Xunqiong，Li Yafang. Multi-channel audio interface design supporting multi-protocol[J]. Application of Electronic Technique，2026，52(9)：28-34.

Multi-channel audio interface design supporting multi-protocol

Tan Xunqiong，Li Yafang

School of Physics and Electronic Science， Changsha University of Science and Technology

Abstract： A multi-protocol and multi-channel audio interface is designed to address the limitations of traditional audio interfaces, such as limited protocol support and restricted channel capacity. The design supports full-duplex communication and employs eight independent serializers as the core. By integrating a clock and frame synchronization generation module, it produces flexibly configurable clock and frame sync signals. Combined with a formatting unit, the interface supports three transmission modes: TDM, DIT, and Burst. This enables compatibility with multiple audio protocols and formats through a single interface, including I²S and TDM (supporting up to 32 channels based on TDM mode), S/PDIF (based on DIT mode), and burst control frames (based on Burst mode), with a maximum capacity of 256 audio data streams. Functional verification via NC-Verilog simulation demonstrates that all design functions perform as expected.

Key words : multi-channel；audio interface；Inter-IC Sound；time-division multiplexing；Sony/Philips digital interface

引言

随着音频接口技术的快速发展，国际音频领域已形成多种主流协议标准，如I²S（Inter-IC Sound，集成电路内置音频总线）、TDM（Time-Division Multiplexing，时分复用）、S/PDIF（Sony/Philips Digital Interface，索尼/飞利浦数字接口）等，它们被广泛应用于消费电子、专业音频和嵌入式系统中[1-2]。支持多种音频协议已成为高性能音频处理系统实现高效实时通信的关键基础[3-4]，因此，研究支持多通道、多协议兼容的高可配置音频接口，具有重要的理论意义与工程价值[5]。

现有研究已围绕音频接口集成化与协议转换开展了一系列工作。例如，李元元[6]基于AMBA APB总线设计了数字音频输出接口IP核，实现了音频数据向I²S和S/PDIF等协议的转换，然而其功能仅限于数据发送，无法接收音频信号。关键[7]实现了基于I²S协议的收发模块，支持APB至I²S的协议转换，但仍缺乏对完整主从功能及DMA[8]传输机制的支持。肖鹭丹[9]则分别设计了APB_I2S和APB_TDM接口IP，在I²S基础上扩展出支持TDM模式的接口，然而单帧最多仅支持8个通道。曾哲[10]提出一种兼容多种协议的串行音频接口SAI，但其不支持全双工通信且通道数上限为16，音频帧长度不超过256位时钟周期，传输带宽仍受限。

针对上述接口在灵活性、功能完整性、通道数等方面的不足，本文设计了一种支持多协议的多通道音频接口。该接口支持全双工通信，单帧最高支持32个通道，帧长可配置至1 024位时钟周期，并提供8条独立数据链路。支持I²S、TDM（基于TDM模式）、S/PDIF（基于DIT模式）以及突发控制帧（基于Burst模式）等多种音频协议与传输格式，可无缝对接I²S、TDM、S/PDIF、ADC、DAC以及多麦克风阵列等多种音频设备。

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作者信息：

谭勋琼，李雅芳

（长沙理工大学物理与电子科学学院，湖南长沙 410114）

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