数字音频接口的上风
顾名思义，3.5 mm仿照耳机插孔是将仿照音频旗子暗记传输到耳机或其它音频配件。数模转换(DAC)和放大器电路必须集成到主机设备(如智好手机)中。耳机本身可以是无源的，因此本钱非常低。
比较之下，包括通用串行总线(USB)和Apple Lightning在内的一些较新的接口标准能够传输数字音频数据。在这种情形下，耳机或其它音频配件必须实现DAC和放大器电路的功能。该电路须要电源，可以通过外部供电，或者更常见的是通过USB或Lightning接口本身供电。
仿照和数字音频接口各有其独特的上风，匆匆使智好手机和消费性电子产品制造商在较新设备上采取数字接口的一些主要缘故原由如下：
●战胜空间限定。在大多数智好手机中，仿照耳机插孔和干系音频电路霸占了大量的空间(面积和体积)。利用数字音频，PCB所占空间会减小，或许更严格地说，整体产品的厚度可能都会减小。开释的空间可用于增加电池尺寸，集成新功能或减小产品形状尺寸。
●提高设计灵巧性并改进性能。目前，消费者可能会选择从随机附送的耳机升级到高端耳机，但是常日音频性能会受到主机设备内置的DAC、放大器和其它电路的限定。利用USB或Lightning数字音频，使耳机制造商能够根据终极产品的层级和定价来改进全体音频旗子暗记处理链(DAC，放大器等)的性能。这种方法能使制造商灵巧地避免在产品性价比中进行折中设计。
●启用高等功能。虽然具有3.5 mm仿照耳机插头的耳机产品已经引入了一些增值功能，如自适应噪声肃清(ANC)，但是这须要为耳机本身添加一个电池，从而导致设计难度增大。而且，仿照耳机插孔的有限的返回旗子暗记路径功能阻碍了耳机和主机设备之间的高等交互。数字音频接口肃清了电源和通信障碍。利用USB或Lightning 接口的耳机和其它配件可以从主机设备上得到电源，而无需其余的电池。此外，数字接供词给强大的高带宽双向通信，可以开拓在主机设备上运行的配套运用程序，从而得到更高等的功能和掌握。
仿照耳机插孔的其它选择
虽然到目前为止，我们专注于数字音频，但肃清仿照耳机插孔并不虞味着一定须要数字技能。USB标准供应了通过USB Type C连接器传送仿照音频的机制。当设计职员对肃清仿照耳机插孔进行评估时，这可以为他们供应另一种可考虑的选择。图1显示了用更新的接口替代仿照耳机插孔的紧张办法。
图1：更换仿照耳机插孔的办法。
利用USB-C的仿照音频
新的USB Type-C连接器支持用于新增功能的非USB数据协议，包括视频(例如DisplayPort，HDMI)、仿照音频和高速串行(例如Thunderbolt，PCIe)协议。可以为这种附加功能分配一个引脚子集，在利用配置通道(CC1 / CC2)线连接时在主机和设备之间进行协商，如图2中的连接器引脚分配所示。该协商支持两种不同的模式——Alternate Mode和Audio Adapter Accessory Mode。
当利用USB 3.1 SuperSpeed线路时，Alternate Mode支持DisplayPort、PCIe和其它通信协议。
Audio Adapter Accessory Mode支持通过USB Type-C连接器路由仿照音频。在此模式下，USB主机(例如智好手机)通过D + / D-线驱动立体声仿照音频旗子暗记。对付须要麦克风功能的运用，利用边带旗子暗记(SBU1 / SBU2)支持来自外部的麦克风旗子暗记。
Audio Adapter Accessory Mode为制造商供应了一种便利的办法来构建非常便宜的USB-C至3.5 mm仿照耳机插孔适配器，从而许可消费者连续利用大量的仿照音频配件。只管这将减缓从传统仿照耳机插孔向数字接口的过渡，但随着数字配件的发展，其在市场上的主要性和利用率将随着韶光的推移而降落。
图2：USB-C插座引脚分配。
利用USB的数字音频
USB供应足够的带宽来支持高质量的数字音频。对付大多数须要立体声音频的消费性运用而言，USB 2.0 full-speed(12 Mbps)就足够了。除了一些须要极高采样率和/或多声道音频的专业运用之外，常日不须要USB 2.0 high-speed(480Mbps)或USB 3.0 SuperSpeed(5+Gbps)。USB开拓者论坛(USB-IF)还开拓了Audio Device Class，其定义了通过USB传输音频的标准机制，以确保USB音频设备的互操作性。
USB耳机音频设备不是市场上新涌现的，近些年来由于同PC上的音频和视频会议运用程序一起利用而变得很普遍。然而，随着脱销的消费性设备(如智好手机和平板电脑)上的仿照耳机插孔的取消，这些产品的需求估量将成倍增加。
如前所述，利用支持数字音频的USB有一些优点，包括更高的音频质量和高等功能。
然而，与大多数变革一样，通过USB支持数字音频也带来了一些寻衅。耳机和配件制造商面临着一项主要的设计事情，即通过USB实现稳定的流式音频。例如，通过USB传输音频哀求从主机到设备的数据同步。虽然USB规范定义了强大的同步方案，但履行仍旧是有设计寻衅性的，纵然对付最有履历的音频开拓团队也是如此。此外，USB本身是一个繁芜的协议，须要充足的开拓韶光和本钱才能精确履行并进行认证。除了最初的产品支配之外，随着紧张的PC操作系统的更新，须要持续的固件和驱动程序的支持和掩护。
USB音频桥接掌握器通过集成所有必需的硬件和软件模块简化了USB音频配件的开拓，从而无需繁芜的USB和音频开拓。例如，Silicon Labs的CP2615 USB数字音频桥接器简化了将音频数据从USB转换到I2S的过程，而无需任何代码开拓。
设计音频配件时的另一个关键考量成分是DAC或CODEC的设置和配置。市场上存在各种各样的CODEC和DAC，每个都须要自定义配置以实现最佳性能。这给希望其产品支持多种CODEC的开拓职员带来了更高的繁芜性和更重的软件包袱。如图3所示，USB音频桥接掌握器常日供应内部存储器资源来存储CODEC配置，并支持一系列CODEC和DAC的预编程配置值。
图3：范例的USB音频桥接掌握器示例系统。
利用Lightning技能的数字音频
去年秋日，苹果公司在iPhone 7和iPhone 7 Plus上移除了仿照耳机插孔，成为环球的头条新闻。在先容这些智好手机产品的主题演讲中，该公司提到了取消插孔的三个紧张缘故原由：
●Lightning端口可以处理相同的功能。
●去除插孔可以释放手机内部的空间。
●苹果的远期目标是无线音频。
关于Lightning端口，苹果提醒受众，从一开始Lightning的设计目的便是为数字音频供应极大支持。事实上，Lightning能实现仿照耳机插孔根本无法实现的功能。例如，Lightning能够为音频配件供应电源。这许可耳机制造商去包含诸如ANC等高等功能，同时不须要耳机具有独立电池。此外，构建基于Lightning的音频产品的制造商可以开拓一个配套运用程序，以直不雅观易用的办法向用户展示高等功能。
然而，这些新功能对iPhone音频配件的设计职员来说，增加了一些额外的繁芜性。为了帮助设计职员跳过普通功能开拓并专注于增值产品的差异化，可以用数字音频桥接芯片和评估套件简化iOS设备配件的开拓。例如，Silicon Labs的CP2614接口芯片为广泛的利用全数字Lightning 接口的iPod / iPhone / iPad(MFi)设备制造供应了交钥匙音频桥接办理方案。目标运用包括浩瀚音频配件，诸如吉他和麦克风录音加密狗以及音频基座。桥接芯片还供应iOS运用程序和配件硬件之间的通信功能，支持利用配套iOS运用程序来操作的大量IoT配件。
数字音频桥接芯片和评估套件为iOS配件开拓职员供应了一个经济高效的综合开拓平台，可通过具有固定功能的MFi支持实现快速上市。诸如CP2614办理方案等浩瀚桥接芯片不须要固件开拓，这可以帮助开拓职员快速启动和运行其MFi配件设计。开拓职员可以通过易用的基于GUI的配置工具来大略地选择他们的自定义选项。
CP2614桥接芯片旨在管理和最小化功耗，在事情模式和空闲模式下实现超低功耗。CP2614 芯片友好的功耗使实在用于主机供电的配件。CP2614还集成了一个5 V低压差(LDO)调节器，其可以为自供电配件减少物料清单(BOM)本钱和占板面积。高度集成的桥接器件无需外部晶振或存储配置的EEPROM。无晶圆构造和集成的EEPROM进一步降落了BOM本钱以及PCB空间，从而使开拓职员能够设计出更小、更精简且本钱更低的配件。
CP2614音频桥接芯片支持24位单向和16位双向数字音频流，使开拓职员能够创建高品质、高性能的专业级音频配件。可以利用iOS运用程序建立通信通道，使运用程序能够通过通用输入/输出(GPIO)读/写，直接与配件硬件进行交互，并访问UART以自定义数据流。GPIO可以配置为按钮输入和LED输出，并从iOS运用程序远程访问或用于掌握音频播放。
结论
随着制造商逐步淘汰仿照耳机插孔，数字音频接口变得越来越遍及。虽然利用USB或Lightning接口有很多优点，但是这些接口为数字音频配件的设计职员带来了繁芜性。通过USB或Lightning获取音频是一项繁芜而耗时的设计任务，诸如音频数据流的同步和CODEC / DAC配置等紧张设计问题，乃至可能会给专家级的嵌入式和音频设计职员带来寻衅。具有固定功能的交钥匙数字音频桥接器通过供应不须要软件开拓的、即插即用的办理方案可以最大限度地减少这种繁芜性。这些桥接器件为简化USB音频设计供应了一种大略而经济的方法。凭借高集成度和可配置性，它们肃清了对深奥协议知识和固件开拓的需求，使设计职员能够将其时间和资源集中在运用的创新和差异化上。
本文来自《电子工程专辑》2017年8月刊，版权所有，回绝转载
