1.引言

DFSDM 全稱為 Digital filter for sigma delta modulators。顧名思義，其作用主要是對外部 Σ?調制的數字信號進行濾波。STM32L462xx 系列支持最多 4 個外部串行通道，2 個數字濾波器，最大可達到 24bit 的 ADC 分辨率。并且支持 SPI 接口和曼切斯特編碼 1-wire接口。

2.問題分析

客戶使用 STM32L462xx 的 DFSDM 連接數字麥克風，將麥克風的 PDM 信號轉化為 PCM 信號，并采集數據。使用的參數為 16KHz 采樣，2M 左右的時鐘驅動數字麥克風，能夠正常讀取麥克風數據。了解到他們所使用的數字麥克風可以使用 768K 時鐘驅動，從而達到更低功耗的狀態，但是客戶無法配置出合適的時鐘，即使勉強配置到了768K 附近，通過 DFSDM 采集到的數據也是混亂的，完全無法解析。

了解到基本需求后，我們需要對 DFSDM 的時鐘有一定了解。從 RM0394 參考手冊中可以找到如下內容：

DFSDM 可以提供一個時鐘用于驅動外部 sigma delta 調制器，并且時鐘來源可以是DFSDM 時鐘或者 Audio 時鐘，其中 Audio 時鐘就是 SAI1 的時鐘。

在處理和時鐘相關的配置問題時，強烈建議使用 CubeMX 的時鐘配置界面進行配置。我們先來看下客戶用于驅動外部數字麥克風的時鐘配置。

從圖中可以看出，DFSDM 的時鐘為 36MHz，來自 PCLK2。SAI1 的時鐘約為 34.29MHz來自 PLLSAI1P。

這是關于 DFSDM 輸出時鐘的代碼片段，可以看到使用了 AUDIO 的時鐘作為輸出，并且使用 17 分頻，那么最終驅動數字麥克風的時鐘為 34.29/17≈2.02MHz。

再來看看濾波器部分參數的設計：

其中，使用了 4 階 SINC 濾波，過采樣參數為 128，那么 2.02MHz/128≈16KHz。也就是說這種配置參數下，可以接近 16KHz 的采樣率來對音頻數據采樣。

客戶想要將麥克風驅動時鐘重新配置為 768K，但只考慮修改 Divider 和 Oversampling 參數是配置不出來的。

3.問題解決

我們可以反過來推，要想獲得 16KHz 采樣率，768KHz 的時鐘，首先需要滿足以下公式：768K/ Oversampling = 16K， 那么 Oversampling=48。Oversampling 這個參數是比較好確定的，而 768K 來自于 CLK_SAI1/Divider， 這兩個參數目前無法確定，其中 CLK_SAI1 又來自于 PLLSAI1P，它由 PLLSAI1_N, PLLSAI1_P 兩個系數決定。也就是說要想獲得 768K 的時鐘，需要把這些參數都配置為合適的值。到這一步，實際上沒有直接的公式可以求下去了，只能自己測試并調整，建議可以先將 Divider 定好，然后通過 CLK_SAI1/Divider=768K 就可以求出CLK_SAI1 的值，將這個值手動輸入到 Cubemx 的時鐘配置界面可以自動求出合適的

PLLSAI1_N, PLLSAI1_P 系數，這樣可以大大減少調整時間。如果無法求出合適的值，CubeMX也會進行提示，那么只能重新換 Divider 來測試了。

最終調試下來的值如下圖所示：

我選擇的 Divider=50，那么可以算出CLK_SAI1=50*768K=38.4MHz，輸入到上圖界面中可以得到 PLLSAI1_N=12, PLLSAI1_P=5。

至此，已經可以正確得到 768KHz 的時鐘驅動麥克風了，但是目前仍然無法獲取到準確的音頻數據。

由于前面修改了 Oversampling，該參數會影響采樣值。在參考手冊中可以找到下表：

從表中可以看到，之前是 FOSR=128，Sinc4，對應的數值為+/-268435456，但是DFSDM 的數據寄存器只有 24bit，2^23<268435456 的，也就是說需要進行移位，只能以損失精度為代價進行轉換。客戶代碼中有以下配置：

數據需要右移 5 位保存到數據寄存器，那么現在我們的 FOSR 修改為了 48，對應上表可以看到數值是比較小的，不需要移位處理，所以改為：

到這里，我們需要修改的內容就全部結束了。將這些修改內容通知客戶，讓其進行測試，測試結果也比較滿意。

小結

DFSDM 在數字音頻應用中比較常見，主要用于將數字麥克風的 PDM 信號轉換為PCM 信號，如果沒有DFSDM 外設，就只能使用軟件庫進行轉化，效率比較低。當然，也可以用于一些模擬信號的采集，需要外部 Sigma Delta 調制器調制好之后再進行濾波，這樣得到的 ADC 精度要比通用的 ADC 精度更高，在要求高精度 ADC 的場合，不失為一種較好的方案。

原文標題：工程師筆記|DFSDM 時鐘配置問題

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審核編輯：湯梓紅