AURIX? Audio Application Kit for AURIX? lite Kit V2 深度解析

在音頻技術(shù)不斷發(fā)展的今天，一款功能強(qiáng)大且靈活的音頻應(yīng)用套件對(duì)于電子工程師來說至關(guān)重要。今天，我們就來深入探討 Infineon Technologies AG 推出的 AURIX? Audio Application Kit for AURIX? lite Kit V2，看看它能為我們帶來哪些驚喜。

文件下載：Infineon Technologies KIT_A2G_AUDIO_SHIELD AURIX?板.pdf

一、套件概述

AURIX? Audio Application Kit 由 Audio Shield Board 和 Microphone Array Board 兩塊板子組成。該套件必須與 AURIX? lite Kit V2（配備 SAK - TC375TP96F300W）搭配使用，單獨(dú)使用或與其他微控制器套件搭配均無法正常工作。其中，Audio Shield Board 可單獨(dú)與 AURIX? lite Kit V2 配合使用，而 Microphone Array Board 則需要 Audio Shield Board 的支持才能運(yùn)行。

1.1 套件可評(píng)估的音頻應(yīng)用

• 接口方面：支持 Generic I2S / TDM 接口、PDM 麥克風(fēng)接口（基于軟件或硬件的 PDM 抽?。?/li>
• 處理與生成：具備音頻 DSP 處理、聲音生成功能。
• 網(wǎng)絡(luò)音頻：支持 IP - Audiostreaming、實(shí)時(shí)同步以太網(wǎng)音頻（如 AVB、AES67）。
• 麥克風(fēng)相關(guān)：可實(shí)現(xiàn)麥克風(fēng)波束成形。
• 存儲(chǔ)與識(shí)別：支持從外部 SD 卡進(jìn)行音頻播放/錄制，還能進(jìn)行語(yǔ)音識(shí)別/熱詞檢測(cè)、智能揚(yáng)聲器功能以及警笛檢測(cè)。

1.2 兩塊板子的規(guī)格參數(shù)

1.2.1 Audio Shield Board

1.2.2 Microphone Array Board

二、硬件詳細(xì)描述

2.1 Audio Shield Board

2.1.1 系統(tǒng)概念

• I2S 仿真：AURIX? TC3xx 系列沒有原生的 I2S / TDM 接口，但可以通過使用隊(duì)列 SPI 模塊在從操作模式下與 GTM 作為時(shí)鐘發(fā)生器一起仿真該接口。外部音頻參考時(shí)鐘通過 TIM 注入 GTM 集群，TOM 對(duì)輸入時(shí)鐘進(jìn)行分頻以生成各種時(shí)鐘信號(hào)。QSPI 模塊需要一個(gè)與 BCLK 反相的時(shí)鐘來驅(qū)動(dòng)。通過調(diào)整 TOM 的參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)不同的音頻接口配置。不同采樣率下，各種時(shí)鐘頻率會(huì)有所不同，參考時(shí)鐘可由 CS2000CP - CZZ PLL 或固定的 24.576 MHz 振蕩器生成，并通過時(shí)鐘復(fù)用器選擇。
• PDM 麥克風(fēng)接口與基于軟件的抽取：該仿真概念還支持同時(shí)連接立體聲 PDM 流和 I2S 輸出。在立體聲 PDM 配置中，QSPI - CLK 頻率為 I2S - BCLK 的兩倍，以捕獲左右聲道的 PDM 位。在 TriCore 內(nèi)部，可使用“SP IT”匯編命令將交錯(cuò)的 PDM 流恢復(fù)為兩個(gè)分離的 PDM 緩沖區(qū)，使用“ME E”命令對(duì) PCM 輸出的單數(shù)據(jù)位進(jìn)行加倍。恢復(fù)后的 PDM 位可以通過各種算法進(jìn)行抽取/濾波，常見的抽取率為 64。不同采樣率下，雙數(shù)據(jù)速率 PDM 接口的時(shí)鐘頻率也有相應(yīng)的配置。

2.1.2 電源供應(yīng)

• 內(nèi)部供應(yīng)：板子可從 AURIX? lite Kit V2 的 3.3V 電源獲取電力，此時(shí)麥克風(fēng)、時(shí)鐘和音頻編解碼器等功能可用，但音頻放大器無法使用。需要將 3V3 供應(yīng)跳線設(shè)置為“LK”，LK 供應(yīng)跳線可隨意設(shè)置。
• 外部供應(yīng)：若需要使用音頻放大器，板子必須通過螺絲端子輸入 12V 到 24V 的外部電源。根據(jù)使用的揚(yáng)聲器負(fù)載和所需的放大器功率，電源應(yīng)能在 24V 時(shí)提供高達(dá) 6A 的峰值電流，否則可能導(dǎo)致瞬態(tài)輸出功率受限或系統(tǒng)復(fù)位。在這種供電模式下，AURIX? lite Kit V2 也可通過 Audio Shield Board 反向供電，3.3V 域也可由本地 LDO 供電。3V3 供應(yīng)跳線可隨意設(shè)置，但必須設(shè)置其中一個(gè)選項(xiàng)；若要反向供電給 AURIX? lite Kit V2，則需設(shè)置 LK 供應(yīng)跳線。

2.1.3 音頻輸入和輸出

默認(rèn)情況下，板子配備兩個(gè) 3.5mm 立體聲插孔，用于連接外部音頻設(shè)備，如耳機(jī)或 MP3 播放器。若要將音頻輸出連接到外部音頻設(shè)備（如 Hi - fi 接收器），可使用“LINE OUT”端口。所有這些端口都連接到 SGTL5000 音頻編解碼器。需要注意的是，耳機(jī)的 GND 是直流偏置的，不要將其與全局 GND 外部連接，若要連接其他設(shè)備，建議使用音頻隔離變壓器。

2.1.4 音頻放大器

• 立體聲 BTL 操作：默認(rèn)情況下，MA12070P 音頻放大器配置為 BTL（Bridged Tied Load）模式，可連接一對(duì)最小阻抗為 4 歐姆的立體聲揚(yáng)聲器。
• 單聲道 PBTL 操作：通過對(duì) Audio Shield Board 進(jìn)行兩項(xiàng)修改，MA12070P 可用于 PBTL（Parallel Bridged Tied Load）模式，此時(shí)放大器作為單聲道放大器，可驅(qū)動(dòng)低至 2 歐姆的負(fù)載。修改方法包括在 PCB 電阻焊盤上放置 0402 0 - 歐姆電阻或進(jìn)行焊橋連接，以及在兩個(gè)正輸出和兩個(gè)負(fù)輸出之間進(jìn)行導(dǎo)線連接。但需注意，根據(jù) MA12070P 的組裝設(shè)計(jì)步驟，在 PBTL 模式下 CLIP 指示燈可能會(huì)持續(xù)亮起，具體可參考相關(guān)勘誤表。
• I2C 操作和音頻格式：默認(rèn)情況下，I2C 總線與 MA12070P 斷開連接，以避免在 MA12070P 未供電且 3.3V 電源來自 AURIX? lite Kit V2 時(shí) I2C 總線被阻塞。MA12070P 上電復(fù)位后的默認(rèn)音頻格式配置為 2 32 位數(shù)據(jù)幀、BCLK = 64 fs、LeftJustified - I2S 格式。若需要更改音頻格式或進(jìn)行進(jìn)一步的高級(jí)配置，需橋接底部的兩個(gè)焊橋。但在沒有外部電源供應(yīng)的情況下使用 Audio Shield Board 時(shí)，I2C 總線可能無法正常工作。

2.1.5 外部音頻 ADC / DAC

為了對(duì) XENSIV? IM67D120A 麥克風(fēng)或 MERUS? MA12070P 放大器進(jìn)行進(jìn)一步的性能評(píng)估（特別是 SNR 測(cè)量），可通過排線連接外部音頻 ADC / DAC。此外，音頻也可以通過以太網(wǎng)連接進(jìn)行無壓縮流式傳輸。

2.2 Microphone Array Board

Microphone Array Board 可通過 EDSADC 模塊連接 PDM 麥克風(fēng)，內(nèi)部模擬 DS 調(diào)制器可被旁路，濾波器結(jié)構(gòu)可直接從麥克風(fēng)獲取 PDM 數(shù)據(jù)。EDSADC 具有 4…512 的可配置抽取率。為了使音頻流與其他音頻設(shè)備同步，可向 EDSADC 提供外部 PDM 時(shí)鐘，該時(shí)鐘由 TOM0CH8 生成，與其他音頻時(shí)鐘（如 MCLK、BCLK、WCLK 等）同步。由于時(shí)鐘信號(hào)需要分配到 8 個(gè)不同的時(shí)鐘接收器，因此設(shè)計(jì)中集成了時(shí)鐘緩沖器設(shè)備。

三、軟件支持

3.1 工具鏈

• Aurix? Development Studio：這是一個(gè)基于 Eclipse 的免費(fèi)集成開發(fā)環(huán)境，功能全面，包括 C 編譯器、多核調(diào)試器和 Infineon 的 iLLD 低級(jí)驅(qū)動(dòng)程序，無時(shí)間和代碼大小限制，可用于編輯、編譯和調(diào)試應(yīng)用代碼。
• FreeEntryToolchain：這是一個(gè)完整的 C / C++ 開發(fā)環(huán)境，基于 Infineon 的低級(jí)驅(qū)動(dòng)程序（iLLD），包含 PLS - MC 的源級(jí) UDE 調(diào)試器。

3.2 代碼示例

Infineon 的 GitHub 頻道上有專門為 AURIX? Audio Application Kit 設(shè)立的代碼倉(cāng)庫(kù)，其中包含進(jìn)一步的支持材料和基本代碼示例。這些代碼示例均使用 Aurix? Development Studio 開發(fā)，可直接使用，無需進(jìn)一步修改。建議大家定期查看該倉(cāng)庫(kù)，以獲取新的或更新的代碼示例。

四、原理圖和布局

文檔中提供了 Audio Shield Board 和 Microphone Array Board 的原理圖和布局圖，包括系統(tǒng)原理圖、編解碼器原理圖、放大器原理圖以及板子的正反面裝配圖，這些資料對(duì)于工程師進(jìn)行設(shè)計(jì)和調(diào)試非常有幫助。

五、網(wǎng)絡(luò)音頻應(yīng)用提示

5.1 使用以太網(wǎng) PPS 作為音頻參考時(shí)鐘

在高性能音頻網(wǎng)絡(luò)（如 AVB）中，可能需要將本地音頻時(shí)鐘從網(wǎng)絡(luò)分布式媒體時(shí)鐘（如 AVB CRF 流）中導(dǎo)出?？梢酝ㄟ^以太網(wǎng) MAC 的 PPS 輸出引腳在靈活 PPS 模式下恢復(fù)媒體時(shí)鐘，該時(shí)鐘信號(hào)可通過板載 CS2000CP - CZZ PLL 恢復(fù)為 24.576 MHz 參考時(shí)鐘。實(shí)現(xiàn)方式有硬件和軟件兩種：

• 硬件方式：PPS 信號(hào)僅在 P14.4 上可用，由于該引腳未連接到屏蔽頭，需要在 AURIX? lite Kit V2 和 Audio Shield Board 之間進(jìn)行手動(dòng)焊接導(dǎo)線連接，并確保軟件中 P10.4 處于高阻抗?fàn)顟B(tài)。
• 軟件方式：可在 P10.4 上軟件模擬 PPS 輸出，使用以太網(wǎng) MAC 的 PPS 中斷信號(hào)觸發(fā) GTM TOM2CH6 以單觸發(fā)模式輸出脈沖。

5.2 音頻 PTP 交叉時(shí)間戳

除了時(shí)鐘恢復(fù)，通常還需要在音頻時(shí)鐘（通常是 WCLK）和 PTP 時(shí)間之間實(shí)現(xiàn)精確的交叉時(shí)間戳。在 Aurix? 中，建議將模擬音頻接口與 DMA 以雙緩沖操作模式一起使用，可在硬件中直接在每個(gè)緩沖區(qū)切換時(shí)生成 PTP 交叉時(shí)間戳，無需 CPU 干預(yù)，這種方法可使音頻時(shí)鐘的時(shí)間戳精度達(dá)到 50ns 以下。如果大家在網(wǎng)絡(luò)音頻應(yīng)用方面需要進(jìn)一步的支持和信息，可聯(lián)系當(dāng)?shù)氐?Infineon 銷售代表。

總的來說，AURIX? Audio Application Kit for AURIX? lite Kit V2 為電子工程師提供了一個(gè)功能豐富、靈活多樣的音頻開發(fā)平臺(tái)。無論是在音頻接口設(shè)計(jì)、音頻處理還是網(wǎng)絡(luò)音頻應(yīng)用方面，都能滿足工程師的多種需求。大家在實(shí)際應(yīng)用中可以根據(jù)具體需求充分發(fā)揮該套件的優(yōu)勢(shì)，開發(fā)出更優(yōu)秀的音頻產(chǎn)品。不知道大家在使用類似套件時(shí)有沒有遇到過特別的問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。