1.0 I2S介绍

I2S全称Inter-IC Sound,又称集成电路内置音频总线，简写IIS或I2S。是飞利浦在1986年定义专门用于在芯片与芯片之间传输数字音频的串行总线标准。

Note：除了都是由飞利浦定义外，I2S和I2C没有任何关系。

2.0 I2S总线

协议规定I2S总线一共只有三根线。

1）continuous serial clock (SCK)：连续串行时钟

2）word select (WS)：左右声道选择

3）serial data (SD)：串行数据

协议规定产生SCK和WS的设备称为主设备

 

2.1Serial Clock (SCK) 串行时钟

SCK是I2S通讯的参考时钟，SD信号、WS信号都以SCK信号作为参考源进行采样。主设备SCK由内部模块产生，从设备的SCK由主设备产生并提供，不同厂商对SCK时钟信号叫法可能不同，比如有称为BCLK/Bit Clock或SCL/Serial Clock。

2.2 Serial Data (SD)串行数据

SD串行数据以二进制补码格式传输。首先传输MSB，因为发送器和接收器可能字长不同。发送器不需要知道接收器可以处理多少位，接收器也不需要知道正在传输多少位。

当系统字长大于发送器字长时，字长会被截断，最低位被设置成0。

如果接收器接收到的位数多于其字长，则LSB之后的位将被忽略。

如果接收器接收到的位数少于其字长，则内部将缺失位则被设置成0。

因此，MSB具有固定位置，而LSB的位置取决于字长。

发送器总是在WS改变后的一个时钟周期发送下一个字的MSB。

发送器发送的SD数据可以与SCK时钟信号的下降沿或上升沿同步。但是，SD数据必须在SCK时钟信号的上升沿锁存到接收器中。

 

不同厂商对SD叫法不一样，有称作SDATA、SDIN、SDOUT、DACDAT、ADCDAT等

Note：标准协议中SD数据是半双工通信，同一时刻只能单向信号传输。但是实际音频系统会同时存在播放音乐和录音的功能，为了让播放和录音同时进行（比如K歌、通话），芯片内部设计了两条独立的数据通路：

1）SDOUT（Serial Data Output）：数据输出引脚。用于本芯片向外部发送数据（播放）。

2）SDIN（Serial Data Input）：数据输入引脚。用于本芯片从外部接收数据（录音）。

这两个引脚在芯片内部是独立的，但在总线上，它们是并联到同一根物理SD线上的，只是方向正好相反，在协议层面，这两根线在总线上分时复用，并不违背 I2S 标准。

2.3 Word Select (WS)左右声道选择

WS是左右声道的选择：

1）WS=0 代表通道1，左声道

2）WS=1 代表通道 2，右声道

WS声道选择可以在SCK时钟信号的下降沿或上升沿变化，不必对称。在从设备中，该信号在SCK时钟信号的上升沿锁存。WS线在MSB传输前一个时钟周期改变（见上图）。这样可以让从设备有足够的时间以存储当前接收的数据，并准备好接收下一组数据。

不同厂商对WS叫法不一样，有称作帧时钟即LRCLK/Left Right Clock、WCLK等。

3.0 I2S传输模式

根据SD相对于SCK和WS位置的不同，I2S分为三种传输模式，分别为标准I2S模式、左对齐模式、右对齐模式。

3.1 标准I2S模式

标准I2S模式，就是协议中规定的传输模式，左声道的SD（SDIN&SDOUT）数据MSB在WS（WCLK）下降沿之后第二个SCK（BCLK）上升沿有效，右声道数据的MSB在WS（WCLK）上升沿之后第二个SCK（BCLK）上升沿有效，时序如下图。

3.2 左对齐模式

左对齐模式很少使用，它的SD（SDIN&SDOUT）数据的MSB没有相对于SCK（BCLK）延迟一个时钟。左对齐格式的左声道的数据MSB在WS（WCLK）上升沿之后SCK（BCLK）的第一个上升沿有效；右声道的数据MSB在WS（WCLK）下降沿之后SCK（BCLK）第一个上升沿有效。

左对齐格式的优点在于，由于在WS（WCLK）变化后的第一个SCK（BCLK）上升沿就开始采样，它不需要关心左右声道数据的字长，只要WS的时钟周期足够长，左对齐的方式支持16-32bit字长格式。

3.3 右对齐模式

右对齐格式的左声道的数据LSB在WS（WCLK）下降沿的前一个SCK（BCLK）上升沿有效，右声道的数据LSB在WS（WCLK）上升沿的前一个SCK（BCLK）上升沿有效。相比于标准左对齐格式，标准右对齐的不足在于接收设备必须事先知道待传数据的字长。这也解释了为什么许多CODEC都会提供多种右对齐格式选择功能。

左对齐模式和右对齐模式的WS（WCLK）高低电平对应的左右声道与标准I2S模式的规定恰好相反！

左对齐模式和右对齐模式的WS（WCLK）高电平对应左声道，WS（WCLK）低电平对应右声道；而标准I2S模式的低电平对应左声道，WS（WCLK）高电平对应右声道！

4.0 I2S数据时钟（SCK）频率计算

例如：设声音的采样频率为44.1 KHz，即声道选择信号（帧时钟）WS（LRCLK）的频率必须也为44.1 KHz；左/右2个声道的量化深度均为16 bit，则I2S的SCK（BCLK）的频率为：44.1 KHz×16×2＝1.4112 MHz

如果需要传输20 bit、24 bit或32 bit的左右声道的数据，可以提高SCK（BCLK）的频率，由上式可以计算出需要的SCK的频率。

5. I2S 主时钟（Master Clock）