FPGA与AD1836实现的I2S音频接口设计

"基于FPGA和AD1836的I2S接口设计，通过FPGA与AD1836的LVTTL电平连接，实现数字音频系统的高精度信号转换。AD1836集成3路D/A和2路A/D，支持I2S接口模式，模拟信号输入输出采用差分形式，降低干扰。本文主要讨论D/A部分的I2S接口设计，涉及I2S总线协议的BCLK、LRCLK和SDATA信号以及数据传输规则。硬件设计中使用Altera的EP1S10672I7 FPGA实现I2S接口。" 在数字音频系统中，FPGA（Field-Programmable Gate Array）常被用来实现复杂的数字信号处理任务，包括与各种外设的接口设计。本文关注的是FPGA与AD1836的交互，AD1836是一款由ADI公司制造的高性能声码器，适合于数字音频应用。这款设备工作在5V电源下，其数字接口与FPGA的LVTTL电平兼容，简化了连接方案。 AD1836的特点包括集成的3个立体声D/A转换器和2个立体声A/D转换器，其参考电压为2.25V。为了减少信号噪声，模拟信号路径采用了差分信号，最大峰峰值为5.6V。其中，AD1836的数字接口支持I2S模式，便于与其它I2S设备通信。 I2S总线协议是一种常见的数字音频数据传输标准，由飞利浦公司定义。协议规定了三个核心信号：BCLK（位时钟）、LRCLK（帧时钟）和SDATA（串行数据）。BCLK确定了数据传输的速率，等于2倍采样率乘以采样位数；LRCLK用于左右声道切换，频率等于采样频率；SDATA则是实际的音频数据流，采用二进制补码表示。MCLK（主时钟）虽然不是必需的，但常用于提高系统同步性，通常为采样频率的256倍或384倍。 在I2S接口的设计中，BCLK的下降沿改变数据，上升沿进行数据采样。接收端和发送端的数据位宽可以不一致，多余或不足的部分会根据情况填充0或被忽略。这种灵活性使得I2S接口能适应多种不同的音频设备。 在硬件实现上，本设计选择Altera的Stratix系列FPGA，具体型号为EP1S10672I7，其1.5V内核电压和3.3V I/O电压与AD1836的要求匹配。设计中D/A部分的I2S接口原理图展示了如何连接并控制这些信号，以实现与AD1836的正确通信。具体到采样时钟设置，通常需要根据实际应用的需求来设定，确保与AD1836的工作模式匹配。 基于FPGA和AD1836的I2S接口设计涉及到了数字音频系统的多个关键方面，包括接口协议的理解、FPGA的逻辑设计以及信号处理的细节，这些都需要精确的计算和精心的布局来确保音频数据的高质量传输。通过这样的设计，可以构建出高效、低噪的数字音频系统，满足各种应用场景的需求。