TWI695313B - 音訊介面偵測裝置及方法 - Google Patents

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Abstract

一種音訊介面偵測裝置，包含一處理單元、一第一音訊介面傳輸電路、一第二音訊介面傳輸電路。該處理單元用來產生一時脈訊號以及一字元選擇訊號。該第一音訊介面傳輸電路，用來根據該時脈訊號產生一第一音訊資料。該第二音訊介面傳輸電路，用來根據該時脈訊號以及該字元選擇訊號產生一第二音訊資料。當該字元選擇訊號維持低電位超過一預定時間或該字元選擇訊號維持高電位超過該預定時間，該處理單元切換為第一音訊介面傳輸電路。當該字元選擇訊號在該預定時間內電位發生變化，該處理單元切換成第二音訊介面傳輸電路。

Description

音訊介面偵測裝置及方法
本發明係關於一種音訊介面偵測裝置及方法，尤指一種可偵測並自動切換音訊介面的偵測電路及方法。
在目前市面上有多種數位麥克風(DMIC,Digital Microphone)的音訊傳輸介面，常用的音訊傳輸介面包含脈衝密度調變(PDM,Pulse Density Modulation)、晶片間聲訊傳輸(I2S,Inter-IC Sound)、分時多工(Time Division Multiplexing)等其他DMIC音訊傳輸介面。
請參考第1圖，第1圖所示為I2S音訊晶片腳位示意圖。I2S音訊晶片12具有序列時脈(Serial Clock,SCK)腳位、字元選擇(Word Select,W_S)腳位、LR(Left Right)腳位、序列資料(Serial Data)腳位以及高電位VDD與低電位GND。I2S音訊傳輸協定由兩個晶片將音訊資料分為左聲道與右聲道兩組資料以序列的方式傳輸，接著由序SCK腳位連接位元時脈線(Bit Clock Line)來接收時鐘訊號，再由W_S腳位接收訊號以分辨音訊頻道為左頻道(Left Channel)或右頻道(Right Channel)，而LR腳位則是用來選擇晶片所處理的是左聲道或右聲音的音訊資料，LR腳位接地GND即為左聲道，LR腳位接高電位VDD即為右聲音。由於W_S腳位可以分辯晶片所傳輸的是左聲道或右聲道的序列，音訊資料可以直接通過晶片SD(Serial Data)腳位傳送到處理單元，不需額外的音訊解碼器來解讀所傳輸的資料。
請參考第2圖，第2圖所示為PDM音訊晶片腳位示意圖。PDM音訊晶片14具有時脈(Clock,CLK)腳位、LR(Left Right)腳位、資料輸 出(Data output,DOUT)腳位以及高電位VDD與低電位GND。在PDM音訊資料串流中，只需CLK腳位接收時脈訊號及LR腳位來選擇左右聲道，以及高電位VDD及接地電位GND作為參考電位，接著再通過DOUT腳位將音訊資料輸出至處理單元，因此PDM音訊傳輸協定具有電路元件簡單及傳輸訊號較少的優點。
請參考第3圖，第3圖所示為TDM音訊晶片腳位示意圖。TDM音訊晶片16具有序列時脈(Serial Clock,SCK)腳位、字元選擇(Word Select,W_S)腳位、CONFIG(Configure)腳位、序列資料(Serial Data)腳位以及高電位VDD與低電位GND。TDM音訊傳輸協定同樣需要SCK、W_S、LR與SD腳位，此外，由於TDM晶片可以串聯以增加聲道數量，因此尚需一額外的WSO位，來將本級晶片的WS訊號通過WSO腳位傳送到下一次晶片的W_S腳位，TDM晶片最多可通過菊鏈拓撲(Daisy Chain Topology)串聯16個晶片，意即利用TDM音訊傳輸協定最多可同時傳輸16個頻道的音訊資料。
I2S傳輸協定具有不需音訊解碼器的優點，然而同時只能傳輸兩聲道的音訊資料。PDM傳輸協定具有電路及訊號簡單的優點，然而需要音訊解碼器以解讀所傳輸的音訊資料。TDM傳輸協定可以依需求串聯1至16個晶片，然而所需的腳位較多。因此，在各種傳輸協定各具有優缺點的情況下，數位麥克風通常具有可以同時傳輸這三種協定的介面，造成在製造數位麥克風的音訊處理晶片時，需要用三種封裝分別製成適用於三種不同的音訊處理晶片，造成生產成本較高。
故，有必要提供一種音訊介面偵測裝置及方法，可以自動偵測所傳輸的音訊資料協定，並切換到正確的音訊介面以傳輸音訊資料。
本發明提供一種音訊介面偵測裝置，包含一處理單元、一第一音訊介面傳輸電路、一第二音訊介面傳輸電路以及一偵測單元。該處理單元用來產生一時脈訊號以及一字元選擇訊號。該第一音訊介面傳輸電路，用來根據該時脈訊號產生一第一音訊資料，並將該第一音訊資料以一 第一傳輸協定傳送到該處理單元。該第二音訊介面傳輸電路，用來根據該時脈訊號以及該字元選擇訊號產生一第二音訊資料，並將該第二音訊資料以一第二傳輸協定傳送到該處理單元。該偵測單元，用來根據該字元選擇訊號產生一偵測結果。當該字元選擇訊號維持低電位超過一預定時間或該字元選擇訊號維持高電位超過該預定時間，該偵測結果為第一傳輸協定，該處理單元切換為第一音訊介面傳輸電路。當該字元選擇訊號在該預定時間內電位發生變化，該偵測結果為第二傳輸協定，該處理單元切換成第二音訊介面傳輸電路。
較佳地，該音訊介面偵測裝置，其另包含一第三音訊介面傳輸電路，用來根據該時脈訊號以及該字元選擇訊號產生一第三音訊資料，並將該第三音訊資料以一第三傳輸協定傳送到該處理單元。其中，當兩個相鄰的該字元選擇訊號的上升沿間隔或下降沿間隔為64個時脈，且該字元選擇訊號維持高電位32個時脈，則該測結果為第三傳輸協定，該處理單元切換為第三音訊介面傳輸電路。當兩個相鄰的該字元選擇訊號的上升沿間隔或下降沿間隔為64個時脈，且該字元選擇訊號未維持高電位32個時脈，則該測結果為該第二傳輸協定，該處理單元切換為該第二音訊介面傳輸電路。當兩個相鄰的該字元選擇訊號的上升沿間隔或下降沿間隔不是64個時脈，則該測結果為該第二傳輸協定，該處理單元切換為該第二音訊介面傳輸電路。
較佳地，該第一傳輸協定為脈衝密度調變、該第二傳輸協定為分時多工。
較佳地，該第三傳輸協定為晶片間聲訊傳輸。
較佳地，該預定時間為512個時脈。
本發明另提供一種一種音訊介面偵測方法，通過偵測一處理單元所產生的字元選擇訊號切換音訊介面，其包含步驟一至步驟四。步驟一偵測該字元選擇訊號。步驟二判斷該字元選擇訊號是否維時電位恆定超過一特定時間，若是則執行步驟三，若否則執行步驟四。步驟三：將該處理單元的音訊介面切換為一第一 音訊介面傳輸電路。步驟四：將該處理單元的音訊介面切換為一第二音訊介面傳輸電路。
較佳地，該步驟四包含判斷是否兩個相鄰的該字元選擇訊號的上升沿間隔為64個時脈或兩個相鄰的該字元選擇訊號的下降沿間隔為64個時脈，若是且該字元選擇訊號維持高電位32個時脈，則將該處理單元的音訊介面切換為一第三音訊介面傳輸電路，否則將該處理單元的音訊介面切換該為第二音訊介面傳輸電路。
較佳地，該第一音訊介面傳輸電路為脈衝密度調變傳輸電路，該第二音訊介面傳輸電路為分時多工傳輸電路。
較佳地，該第三音訊介面傳輸電路為晶片間聲訊傳輸。
較佳地，該預定時間為512個時脈。
本發明利用偵測字元選擇訊號在不同音訊傳輸協定中具有不同的電位特性，以偵測處理單元所接收到的音訊資料是通過何種音訊傳輸協定傳輸，使處理單元可以自動切換至對應的音訊介面以處理所接收到的音訊資料。相較於習知技術中多種音訊傳輸協定需要不同的處理電路來傳收音訊資料，利用本發明的音訊介面偵測裝置及方法，只需一種處理單元便可同時解碼多種傳輸協定所傳送的音訊資料，可節少封裝製程，大副降低音訊裝置的製作成本。
10‧‧‧處理單元
12、42、44‧‧‧I2S音訊晶片
14、62、64‧‧‧PDM音訊晶片
16、82、84、88‧‧‧TDM音訊晶片
104‧‧‧時脈訊號接口
106‧‧‧音訊資料接口
108‧‧‧字元選擇接口
S100、S102、S104、S106‧‧‧步驟
S202、S204、S206‧‧‧步驟
第1圖所示為I2S音訊晶片腳位示意圖。
第2圖所示為PDM音訊晶片腳位示意圖。
第3圖所示為TDM音訊晶片腳位示意圖。
第4圖所示為I2S傳輸電路示意圖。
第5圖所示為第4圖所示I2S傳輸電路的訊號時序圖
第6圖所示為PDM傳輸電路示意圖。
第7圖所示為第6圖所示PDM傳輸電路的訊號時序圖
第8圖所示為TDM傳輸電路示意圖。
第9圖所示為第8圖所示TDM傳輸電路的訊號時序圖
第10圖所示為具有多個TDM音訊晶片的TDM傳輸電路訊號時序圖
第11圖所示為本發明音訊介面偵測方法流程圖。
為了讓本發明之上述及其他目的、特徵、優點能更明顯易懂，下文將特舉本發明較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。再者，本發明所提到的方向用語，例如上、下、頂、底、前、後、左、右、內、外、側面、周圍、中央、水平、橫向、垂直、縱向、軸向、徑向、最上層或最下層等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用以說明及理解本發明，而非用以限制本發明。
請參照第4圖之I2S傳輸電路示意圖，如圖4所示，I2S傳輸電路具有處理單元10以及兩個I2S音訊晶片42、44，處理單元10具有時脈訊號接口104、音訊資料接口106以及字元選擇接口108，時脈訊號接口104傳輸時脈訊號至I2S音訊晶片42、44。在本發明的實施例中，I2S音訊晶片42的LR腳位連接低電位，I2S音訊晶片44的LR腳位連接高電位，因此I2S音訊晶片42與44分別處理左聲道及右聲道的音訊資料。
請一併參考第5圖，係為本發明第4圖中I2S傳輸電路的訊號時序圖，I2S傳輸電路包括兩個I2S音訊晶片42、44及處理單元10的訊號時序圖。處理單元10的時脈訊號接口104以及字元選擇接口108分別傳送時脈訊號SCK與字元選擇訊號WS至I2S音訊晶片42、44，I2S音訊晶片42與42的分別輸出時序資料SD(LR=0)及時序資料SD(LR=1)，其中時序資料的起始與結束分別為最高有效單位(Most Significant Bit,MSB)與最低有效單位(Least Significant Bit,LSB)。字元選擇訊號WS決定接左聲道或右聲道的音訊資料。如第5圖所示，字元選擇訊號WS在前32個時脈期間為低電位，此時LR腳位連接低電位的I2S音訊晶片42輸出有效單位。而字元選擇訊號WS在接下來的32個時脈期間為高電位，此時LR腳位連接高電位的I2S音訊晶片44輸出有效單位。因此，處理單元10的音訊資料接 口106在前32時脈期間接收到左聲道的音訊資料，在第33-64的時脈期間接收到右聲道的音訊資料。
第6圖為PDM傳輸電路示意圖。PDM傳輸電路具有處理單元10以及PDM音訊晶片62、64。處理單元10的時脈訊號接口104傳送時脈訊號SCK至PDM音訊晶片62與64的CLK腳位，PDM音訊晶片62與64根據時脈訊號SCK來輸出音訊資料DOUT1與DOUT2。
請參考第7圖，係為第6圖所示PDM傳輸電路的訊號時序圖，由於PDM音訊晶片62的LR腳位連接低電位，PDM音訊晶片64的LR腳位連接高電位，因此PDM音訊晶片62在時脈訊號SCK為低電位時輸出有效的音訊資料DOUT1，PDM音訊晶片64在時脈訊號SCK為高電位時輸出有效的音訊資料DOUT2，因此使用PDM音訊協定傳輸時，不需要如I2S音訊協定需要字元選擇訊號WS決定哪一個聲道傳輸有效音訊資料。
第8圖為TDM傳輸電路示意圖。TDM傳輸電路具有處理單元10以及TDM音訊晶片82、84及88。本實施例以TDM傳輸電路具有3個TDM音訊晶片為例，值得注意的是，TDM可以通過本級的WSO腳位傳輸字元選擇訊號WS至下一級的W_S腳位，因此TDM傳輸電路可以依據音訊聲道的需求來調整TDM音訊晶片的數量。在TDM傳輸電路中，處理單元10同樣具有時脈訊號接口104、音訊資料接口106以及字元選擇接口108，處理單元10的時脈訊號接口104傳輸時脈訊號至TDM音訊晶片82、84、88的SCK腳位，處理單元10傳送字元選擇訊號WS至TDM音訊晶片82的W_S腳位，TDM音訊晶片82通過WSO腳位將字元選擇訊號WS傳輸至下一級的TDM音訊晶片84的W_S腳位，TDM音訊晶片84再通過WSO腳位將字元選擇訊號WS傳輸至下一級的TDM音訊晶片88的W_S腳位。以此類推，當TDM傳輸電路具有超過三個TDM音訊晶片時，TDM音訊晶片的W_S腳位接收上一級的WSO腳位所傳送的字元選擇訊號WS。
第9圖為第8圖中TDM傳輸電路的訊號時序圖，處理單元10輸出字元選擇訊號WS及時脈訊號SCK，TDM音訊晶片82的SD腳位輸出音訊資料SD1，TDM音訊晶片82的WSO腳位傳送字元選擇輸出訊號 WSO1至TDM音訊晶片84的W_S腳位，TDM音訊晶片84的SD腳位輸出音訊資料SD2，TDM音訊晶片84的WSO腳位傳送字元選擇輸出訊號WSO2至TDM音訊晶片88的W_S腳位，TDM音訊晶片84的SD腳位輸出音訊資料SD3。因此處理單元10的音訊資料接口106所接收的訊號為音訊資料SD_out。
第10圖為TDM傳輸電路具有n個TDM音訊晶片時的訊號時序示意圖。其中，當n=1或2時，時脈週期(clock cycle)為64，若n=1，WS(2)不會產生高電位，因此Data02沒有訊號輸出。當n=3或n=4時，時脈週期(clock cycle)為128，若n=3，WS(4)不會產生高電位，因此Data 04沒有訊號輸出。當n=5-8時，時脈週期(clock cycle)為256，若n≠8時，WS(n+1)不會產生高電位，因此Data(n+1)沒有訊號輸出。以此類推當n=介於9與16之間時，時脈週期(clock cycle)為512，在剩餘的時脈期間不WS(n+1)不會產生高電位，因此Data(n+1)沒有訊號輸出。因此第10圖所示的TDM傳輸電路的訊號時序示意圖僅是一範圍，任何具有本領域通知知識者，可以由TDM的傳輸原理而組成具有不同數量的TDM音訊晶片的TDM傳輸電路，均是本發明之範疇。
第11圖所示為本發明音訊介面偵測方法流程圖。步驟S100是處理單元10收到音訊資料時，音訊協定偵測開始。步驟102，偵測字元選擇訊號WS。步驟S104偵測字元選擇訊號WS是否超過512個時脈沒有電位變化，意即字元選擇訊號WS是否維持高電位或維持低電位超過512個時脈，若是，則代表音訊資料使用的是不需要字元選擇訊號WS來選擇聲道，因此處理單元10所接收的是通過PDM音訊傳輸協定所傳送的音訊資料。因此若字元選擇訊號WS若超過512個時脈沒有電位變化，則執行步驟S202。若字元選擇訊號WS在一特定時間內(如64、128、256或512等特定時脈長度期間)電位發生變化，則執行步驟S106。依照電路設計需求，當使用PDM協定傳輸音訊資料時，處理單元10的W_S可設為持續高電位或持續低電位。其中步驟S104偵測字元選擇訊號WS是否維持電位超過512個時脈是一實施例而非用以限定本發明，依照電路設計需求，舉凡可以偵測出WS在一定的時間是否維持等電位，而可得知處理單元10所接 收的音訊資料是通過PDM音訊傳輸協定所傳送的時脈長度，均是本發明之範疇。
當步驟S104中判斷處理單元10收到的音訊資料並非以PDM音訊傳輸協定傳送時，則繼續執行步驟S106。步驟S106偵測時脈週期是否為64個時脈，詳細來說，I2S音訊傳輸協定與TDM傳輸協定的差別在於，I2S音訊傳輸協定只能傳輸兩個聲道的音訊資料，左右兩個聲道各別佔用32個時脈，因此I2S音訊傳輸協定的時脈週期為64個時脈。而TDM音訊傳輸協定可串聯16個TDM音訊晶片，即TDM音訊傳輸協定可同時傳送16個聲道的音訊資料。當音訊傳輸協定傳送1至2個聲道的音訊資料時，時脈週期為64個時脈。當音訊傳輸協定傳送3至4個聲道的音訊資料時，時脈週期為128個時脈。當音訊傳輸協定傳送5至8個聲道的音訊資料時，時脈週期為256個時脈。當音訊傳輸協定傳送9至16個聲道的音訊資料時，時脈週期為512個時脈。因此步驟S106偵測所接收的音訊資料時脈週期是否為64個時脈，若是，則音訊資料可能是通過I2S或TDM其中一個音訊傳輸協定所傳送，此時便執行步驟S108進一步判別音訊資料的傳輸介面，若否，則音訊資料是通過TDM音訊傳輸協定所傳送，此時便執行步驟S206。
步驟S108是偵測字元選擇訊號WS是否持續32個時脈為高電平。由於在I2S音訊傳輸協定中，字元選擇訊號WS會維持高電平32個時脈後，再維持低電平32個時脈，再接著維持高電平32個時脈，如此高平電平交替各維持32個時脈不斷循環至音訊資料傳輸結束。然而在TDM音訊傳輸協定中，字元選擇訊號WS只是一個短脈衝，只會輸出高電平幾個時脈長度，不會如I2S音訊傳輸協定中的字元選擇訊號WS維持高電平32個時脈長度。因此當步驟S108偵測字元選擇訊號WS的電平是否維持高電平32個時脈，若是，則音訊資料是通過I2S音訊傳輸協定輸送，此時執行步驟S204，若否，則音訊資料是通過TDM音訊傳輸協定傳送，此時執行步驟S206。
步驟S202是將音訊傳輸介面切換為PDM音訊傳輸介面。步驟S204是將音訊傳輸介面切換為I2S音訊傳輸介面。步驟S206是將音 訊傳輸介面切換為TDM音訊傳輸介面。
以往不同音訊介面的晶片需要不同的電路封裝製程，通過本發明的音訊介面偵測裝置及方法，可以處理單元可以通過字元選擇訊號(或W_S腳位)的訊號電位變化，來判斷接收到的音訊資料是通過何種傳輸協定傳送，因此處理單元可以同時間處理通過PDM、I2S或TDM音訊傳輸協定所傳送的音訊資料，因此在單一電路的封裝製程中，便可生產具有三種音訊介面的封裝電路，如此一來便可減少晶片的封裝製程，同時大幅降低電子麥克風的生產成本，減少晶片所需的布線面積，使產品更為小型，更可適用於各種輕薄化的可攜式電子裝置中。
雖然本發明已以較佳實施例揭露，然其並非用以限制本發明，任何熟習此項技藝之人士，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種更動與修飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
S100、S102、S104、S106‧‧‧步驟
S202、S204、S206‧‧‧步驟

Claims (10)

  1. 一種音訊介面偵測裝置，其包含：一處理單元，用來產生一時脈訊號以及一字元選擇訊號；一第一音訊介面傳輸電路，用來根據該時脈訊號產生一第一音訊資料，並將該第一音訊資料以一第一傳輸協定傳送到該處理單元；一第二音訊介面傳輸電路，用來根據該時脈訊號以及該字元選擇訊號產生一第二音訊資料，並將該第二音訊資料以一第二傳輸協定傳送到該處理單元；一偵測單元，用來根據該字元選擇訊號產生一偵測結果；當該字元選擇訊號維持低電位超過一預定時間或該字元選擇訊號維持高電位超過該預定時間，該偵測結果為該第一傳輸協定，該處理單元切換為該第一音訊介面傳輸電路；當該字元選擇訊號在該預定時間內電位發生變化，該偵測結果為該第二傳輸協定，該處理單元切換成該第二音訊介面傳輸電路。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之音訊介面偵測裝置，其另包含一第三音訊介面傳輸電路，用來根據該時脈訊號以及該字元選擇訊號產生一第三音訊資料，並將該第三音訊資料以一第三傳輸協定傳送到該處理單元；其中，當兩個相鄰的該字元選擇訊號的上升沿間隔或下降沿間隔為64個時脈，且該字元選擇訊號維持高電位32個時脈，則該測結果為該第三傳輸協定，該處理單元切換為該第三音訊介面傳輸電路； 當兩個相鄰的該字元選擇訊號的上升沿間隔或下降沿間隔為64個時脈，且該字元選擇訊號未維持高電位32個時脈，則該測結果為該第二傳輸協定，該處理單元切換為該第二音訊介面傳輸電路；當兩個相鄰的該字元選擇訊號的上升沿間隔或下降沿間隔不是64個時脈，則該測結果為該第二傳輸協定，該處理單元切換為該第二音訊介面傳輸電路。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之音訊介面偵測裝置，其中該第一傳輸協定為脈衝密度調變、該第二傳輸協定為分時多工。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之音訊介面偵測裝置，其中該第三傳輸協定為晶片間聲訊傳輸。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之音訊介面偵測裝置，其中該預定時間為512個時脈。
  6. 一種音訊介面偵測方法，通過偵測一處理單元所產生的字元選擇訊號切換音訊介面，其包含：步驟一：偵測該字元選擇訊號；步驟二：判斷該字元選擇訊號是否維時電位恆定超過一特定時間，若是則執行步驟三，若否則執行步驟四；步驟三：將該處理單元的音訊介面切換為一第一音訊介面傳輸電路；步驟四：將該處理單元的音訊介面切換為一第二音訊介面傳輸電路。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之音訊介面偵測方法，其中步驟四包含判斷是否兩個相鄰的該字元選擇訊號的上升沿間隔為 64個時脈或兩個相鄰的該字元選擇訊號的下降沿間隔為64個時脈，若是且該字元選擇訊號維持高電位32個時脈，則將該處理單元的音訊介面切換為一第三音訊介面傳輸電路，否則將該處理單元的音訊介面切換為該第二音訊介面傳輸電路。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之音訊介面偵測方法，其中該第一音訊介面傳輸電路為脈衝密度調變傳輸電路，該第二音訊介面傳輸電路為分時多工傳輸電路。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之音訊介面偵測方法，其中該第三音訊介面傳輸電路為晶片間聲訊傳輸。
  10. 如申請專利範圍第6項所述之音訊介面偵測方法，其中該預定時間為512個時脈。
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