在為便攜式數字音頻設備和其他數字音頻源設計音頻擴展塢和配件時，設計人員在嘗試提供最高質量的音頻播放時受到成本的限制。

在典型的塢站和設備附件中，插入設備的數字音頻源通過塢站的數據傳輸接口（例如 USB）發送串行立體聲音頻數據流。塢站在執行其他關鍵任務的同時捕獲數據流，并以特定的采樣率將數據流路由到音頻編解碼器或數模轉換器 (DAC)，如圖 1 所示。

圖 1 典型音頻應用

捕獲的立體聲音頻流通過串行接口流向編解碼器或 DAC。由于有許多可能的數字化音頻源，并且并非所有源都使用相同的采樣率，因此該串行接口通常會根據源調整采樣頻率或將采樣數據流轉換為通用數據速率。因此，對接系統或設備附件設計的挑戰之一是在不降低音頻質量的情況下以盡可能低的成本執行采樣率轉換。為了應對這些挑戰，設計人員通常使用專用的采樣率轉換電路和/或包含復雜鎖相環 (PLL) 的高端音頻 DAC，以確保靈活的采樣率，以實現采樣音頻數據的穩定通信。

USB 接口是一種方便的音頻數據傳輸接口。然而，為了滿足專業音頻的要求，必須解決由于 USB 時鐘和編解碼器時鐘不匹配導致的細微質量損失

本應用筆記探討了 PIC32 MCU 的可用音頻特定功能來滿足這些需求。SPI 模塊支持不同的標準音頻通信模式，并為高質量音頻應用提供高位分辨率。PIC32 MCU 靈活的參考時鐘輸出特性可用于為模擬前端提供主時鐘以生成不同的采樣率。參考時鐘輸出還消除了編解碼器對外部晶振/振蕩器的需要。它還消除了編解碼器上對 PLL 的需要。可以調整參考時鐘輸出以防止由于時鐘不匹配而引起的緩沖器欠載和溢出。PIC32 MCU 還為 USB 主機和設備模塊提供了靈活的低功耗 PLL 時鐘方案。

數字音頻數據基礎

當模擬音頻轉換為離散數字格式時，模擬信號的采樣頻率至少是模擬信號中最高頻率分量的兩倍或奈奎斯特速率。因此，跨度為 0 到 20 kHz 的音頻信號可以以 44.1 kHz 的數據速率進行采樣，在這種情況下，這是合適的奈奎斯特速率，以便在轉換回模擬域時可以在沒有混疊的情況下重建信號。除了采樣率，數據位分辨率可以是 16 位或 24 位立體聲音頻數據。對于光盤 (CD) 質量的音頻，標準是 16 位分辨率和 44.1 kHz 采樣率。但是，還有更高性能的 CD 音樂選項。一種這樣的標準以 24 位分辨率對數據進行編碼，并將采樣率提高到 96 kHz。對于專業音頻，音頻文件以每個樣本 24 位的分辨率進行編碼，這在音頻混合和處理時提供了空間。此外，即使使用壓縮，分辨率選擇也允許在音質與文件大小之間進行權衡。

USB 接口可以輕松處理通過等時傳輸的高質量音頻流。它提供高質量音頻的能力非常明顯，因為它在許多音頻用戶中很受歡迎。憑借其普遍的易用性，當與靈活的音頻接口打包時，USB 音頻可以傳輸高分辨率和高采樣率的音頻，抖動可忽略不計。等時數據傳輸，在其各種其他用途中，用于以恒定速率實時地將音頻數據傳入和傳出源。

立體聲音頻數據包的大小由音頻流的采樣率決定，在 USB 全速鏈路上每 1 毫秒作為 USB 幀的一部分傳輸。USB 音頻還提供對許多控制和處理單元中常見功能的控制，例如音量、音調、增益控制和均衡器。

比特率和采樣率的差異要求播放系統或塢站中的硬件能夠處理不同速率的數據流。為此，系統必須要么使用更復雜的 DAC，該 DAC 價格昂貴且可以鎖相到每個采樣率并根據每個播放選項進行自我調整，要么使用帶有低成本 DAC 的外部采樣率轉換器 IC，或者使用在微控制器上運行的算法將所有流轉換為標準采樣率和比特率，簡單的低成本 DAC 可以處理。PIC32 MCU 提供靈活的參考時鐘輸出和音頻模式來滿足這些要求，以在保持低設計成本的同時實現高質量音頻。以下部分將探討具有音頻模式和靈活參考時鐘輸出模塊的串行接口。

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