AURIX™ Audio Application Kit for AURIX™ lite Kit V2 深度解析

在音频技术不断发展的今天，一款功能强大且灵活的音频应用套件对于电子工程师来说至关重要。今天，我们就来深入探讨 Infineon Technologies AG 推出的 AURIX™ Audio Application Kit for AURIX™ lite Kit V2，看看它能为我们带来哪些惊喜。

文件下载：Infineon Technologies KIT_A2G_AUDIO_SHIELD AURIX™板.pdf

一、套件概述

AURIX™ Audio Application Kit 由 Audio Shield Board 和 Microphone Array Board 两块板子组成。该套件必须与 AURIX™ lite Kit V2（配备 SAK - TC375TP96F300W）搭配使用，单独使用或与其他微控制器套件搭配均无法正常工作。其中，Audio Shield Board 可单独与 AURIX™ lite Kit V2 配合使用，而 Microphone Array Board 则需要 Audio Shield Board 的支持才能运行。

1.1 套件可评估的音频应用

• 接口方面：支持 Generic I²S / TDM 接口、PDM 麦克风接口（基于软件或硬件的 PDM 抽取）。
• 处理与生成：具备音频 DSP 处理、声音生成功能。
• 网络音频：支持 IP - Audiostreaming、实时同步以太网音频（如 AVB、AES67）。
• 麦克风相关：可实现麦克风波束成形。
• 存储与识别：支持从外部 SD 卡进行音频播放/录制，还能进行语音识别/热词检测、智能扬声器功能以及警笛检测。

1.2 两块板子的规格参数

1.2.1 Audio Shield Board

类别	详情
音频放大器	Infineon MERUS™ MA12070P
麦克风	Infineon XENSIV™ IM67D120A（AEC - Q103 合格）
电源供应	Infineon OPTIREGTM 系列
音频编解码器	NXP SGTL5000
音频 PLL	Cirrus Logic CS2000CP - CZZ
参考振荡器	ECS 7050MV - 245.7 - BN - TR（24.576 MHz）
尺寸	68.5x 53.3 mm
电源	可选电源供应：3.3V 来自 AURIX T lite Kit v2（除音频放大器外所有功能可用）；12V 到 24V 输入（所有功能可用）
连接器	音频输入 - 3.5 mm 立体声插孔；耳机输出 - 3.5 mm 立体声插孔；电源输入 - 5.0mm 螺丝端子（26....14 AWG）；立体声音频放大器输出 - 5.0 mm 螺丝端子（26..14 AWG）
其他	外部电源输入反极性保护；AURIX™ lite Kit V2 反向电源供应（使用外部电源时）；参考时钟复用；额外未组装音频线路输出

1.2.2 Microphone Array Board

类别	详情
麦克风	Infineon XENSIV™ IM67D120A（AEC - Q103 合格）
时钟分配	Texas Instruments LMK1C1108
尺寸	131.0x66.04 mm
电源	3.3V 来自 AURIX™ lite Kit V2
其他	12 个呈 360° 圆形排列的 LED；3 个通用状态 LED

二、硬件详细描述

2.1 Audio Shield Board

2.1.1 系统概念

• I²S 仿真：AURIX™ TC3xx 系列没有原生的 I²S / TDM 接口，但可以通过使用队列 SPI 模块在从操作模式下与 GTM 作为时钟发生器一起仿真该接口。外部音频参考时钟通过 TIM 注入 GTM 集群，TOM 对输入时钟进行分频以生成各种时钟信号。QSPI 模块需要一个与 BCLK 反相的时钟来驱动。通过调整 TOM 的参数，可以实现不同的音频接口配置。不同采样率下，各种时钟频率会有所不同，参考时钟可由 CS2000CP - CZZ PLL 或固定的 24.576 MHz 振荡器生成，并通过时钟复用器选择。
• PDM 麦克风接口与基于软件的抽取：该仿真概念还支持同时连接立体声 PDM 流和 I²S 输出。在立体声 PDM 配置中，QSPI - CLK 频率为 I²S - BCLK 的两倍，以捕获左右声道的 PDM 位。在 TriCore 内部，可使用“SP IT”汇编命令将交错的 PDM 流恢复为两个分离的 PDM 缓冲区，使用“ME E”命令对 PCM 输出的单数据位进行加倍。恢复后的 PDM 位可以通过各种算法进行抽取/滤波，常见的抽取率为 64。不同采样率下，双数据速率 PDM 接口的时钟频率也有相应的配置。

2.1.2 电源供应

• 内部供应：板子可从 AURIX™ lite Kit V2 的 3.3V 电源获取电力，此时麦克风、时钟和音频编解码器等功能可用，但音频放大器无法使用。需要将 3V3 供应跳线设置为“LK”，LK 供应跳线可随意设置。
• 外部供应：若需要使用音频放大器，板子必须通过螺丝端子输入 12V 到 24V 的外部电源。根据使用的扬声器负载和所需的放大器功率，电源应能在 24V 时提供高达 6A 的峰值电流，否则可能导致瞬态输出功率受限或系统复位。在这种供电模式下，AURIX™ lite Kit V2 也可通过 Audio Shield Board 反向供电，3.3V 域也可由本地 LDO 供电。3V3 供应跳线可随意设置，但必须设置其中一个选项；若要反向供电给 AURIX™ lite Kit V2，则需设置 LK 供应跳线。

2.1.3 音频输入和输出

默认情况下，板子配备两个 3.5mm 立体声插孔，用于连接外部音频设备，如耳机或 MP3 播放器。若要将音频输出连接到外部音频设备（如 Hi - fi 接收器），可使用“LINE OUT”端口。所有这些端口都连接到 SGTL5000 音频编解码器。需要注意的是，耳机的 GND 是直流偏置的，不要将其与全局 GND 外部连接，若要连接其他设备，建议使用音频隔离变压器。

2.1.4 音频放大器

• 立体声 BTL 操作：默认情况下，MA12070P 音频放大器配置为 BTL（Bridged Tied Load）模式，可连接一对最小阻抗为 4 欧姆的立体声扬声器。
• 单声道 PBTL 操作：通过对 Audio Shield Board 进行两项修改，MA12070P 可用于 PBTL（Parallel Bridged Tied Load）模式，此时放大器作为单声道放大器，可驱动低至 2 欧姆的负载。修改方法包括在 PCB 电阻焊盘上放置 0402 0 - 欧姆电阻或进行焊桥连接，以及在两个正输出和两个负输出之间进行导线连接。但需注意，根据 MA12070P 的组装设计步骤，在 PBTL 模式下 CLIP 指示灯可能会持续亮起，具体可参考相关勘误表。
• I²C 操作和音频格式：默认情况下，I²C 总线与 MA12070P 断开连接，以避免在 MA12070P 未供电且 3.3V 电源来自 AURIX™ lite Kit V2 时 I²C 总线被阻塞。MA12070P 上电复位后的默认音频格式配置为 2 32 位数据帧、BCLK = 64 fs、LeftJustified - I²S 格式。若需要更改音频格式或进行进一步的高级配置，需桥接底部的两个焊桥。但在没有外部电源供应的情况下使用 Audio Shield Board 时，I²C 总线可能无法正常工作。

2.1.5 外部音频 ADC / DAC

为了对 XENSIV™ IM67D120A 麦克风或 MERUS™ MA12070P 放大器进行进一步的性能评估（特别是 SNR 测量），可通过排线连接外部音频 ADC / DAC。此外，音频也可以通过以太网连接进行无压缩流式传输。

2.2 Microphone Array Board

Microphone Array Board 可通过 EDSADC 模块连接 PDM 麦克风，内部模拟 DS 调制器可被旁路，滤波器结构可直接从麦克风获取 PDM 数据。EDSADC 具有 4…512 的可配置抽取率。为了使音频流与其他音频设备同步，可向 EDSADC 提供外部 PDM 时钟，该时钟由 TOM0CH8 生成，与其他音频时钟（如 MCLK、BCLK、WCLK 等）同步。由于时钟信号需要分配到 8 个不同的时钟接收器，因此设计中集成了时钟缓冲器设备。

三、软件支持

3.1 工具链

• Aurix™ Development Studio：这是一个基于 Eclipse 的免费集成开发环境，功能全面，包括 C 编译器、多核调试器和 Infineon 的 iLLD 低级驱动程序，无时间和代码大小限制，可用于编辑、编译和调试应用代码。
• FreeEntryToolchain：这是一个完整的 C / C++ 开发环境，基于 Infineon 的低级驱动程序（iLLD），包含 PLS - MC 的源级 UDE 调试器。

3.2 代码示例

Infineon 的 GitHub 频道上有专门为 AURIX™ Audio Application Kit 设立的代码仓库，其中包含进一步的支持材料和基本代码示例。这些代码示例均使用 Aurix™ Development Studio 开发，可直接使用，无需进一步修改。建议大家定期查看该仓库，以获取新的或更新的代码示例。

四、原理图和布局

文档中提供了 Audio Shield Board 和 Microphone Array Board 的原理图和布局图，包括系统原理图、编解码器原理图、放大器原理图以及板子的正反面装配图，这些资料对于工程师进行设计和调试非常有帮助。

五、网络音频应用提示

5.1 使用以太网 PPS 作为音频参考时钟

在高性能音频网络（如 AVB）中，可能需要将本地音频时钟从网络分布式媒体时钟（如 AVB CRF 流）中导出。可以通过以太网 MAC 的 PPS 输出引脚在灵活 PPS 模式下恢复媒体时钟，该时钟信号可通过板载 CS2000CP - CZZ PLL 恢复为 24.576 MHz 参考时钟。实现方式有硬件和软件两种：

• 硬件方式：PPS 信号仅在 P14.4 上可用，由于该引脚未连接到屏蔽头，需要在 AURIX™ lite Kit V2 和 Audio Shield Board 之间进行手动焊接导线连接，并确保软件中 P10.4 处于高阻抗状态。
• 软件方式：可在 P10.4 上软件模拟 PPS 输出，使用以太网 MAC 的 PPS 中断信号触发 GTM TOM2CH6 以单触发模式输出脉冲。

5.2 音频 PTP 交叉时间戳

除了时钟恢复，通常还需要在音频时钟（通常是 WCLK）和 PTP 时间之间实现精确的交叉时间戳。在 Aurix™ 中，建议将模拟音频接口与 DMA 以双缓冲操作模式一起使用，可在硬件中直接在每个缓冲区切换时生成 PTP 交叉时间戳，无需 CPU 干预，这种方法可使音频时钟的时间戳精度达到 50ns 以下。如果大家在网络音频应用方面需要进一步的支持和信息，可联系当地的 Infineon 销售代表。

总的来说，AURIX™ Audio Application Kit for AURIX™ lite Kit V2 为电子工程师提供了一个功能丰富、灵活多样的音频开发平台。无论是在音频接口设计、音频处理还是网络音频应用方面，都能满足工程师的多种需求。大家在实际应用中可以根据具体需求充分发挥该套件的优势，开发出更优秀的音频产品。不知道大家在使用类似套件时有没有遇到过特别的问题呢？欢迎在评论区分享交流。