PDM

1 Protocols Introduction

1.1 PDM Introduction

PDM，即脉冲密度调制，是一种用数字信号表示模拟信号的调制方法。PDM使用1M~5M的始终调制模拟分量，只有1位输出，非0即1，因此通过PDM方式表示的数字音频也被称为Oversampled 1-bit Audio。它是1位数字采样的高频数据流。在PDM信号中，脉冲的相对密度对应于模拟信号的幅度。大量的‘1’对应于高（正）幅度值，而大量的‘0’对应于低（负）幅度值，交替的‘1’与‘0’对应于幅度值‘0’。

1.2 PCM Introduction

PCM，即脉冲编码调制，在PCM信号中，具体的幅度值被编码为脉冲。PCM数据流有两个基本属性，他们决定了数据流相对于原始模拟信号的保真度：

• 采样率
• 位深
  采样率是为了以数字方式表示信号，每秒采集的信号样本数。位深决定了每个样本中信息的位数。

1.3 PDM To PCM

以PDM方式作为模数转换的接收端，需要用到抽取滤波器（Decimation Filter），将密密麻麻的0和1代表的密度分量转换为幅值分量，即PCM格式。故一般单片机的PDM接口实际上是一个PDM格式转PCM格式的功能。
为了将PDM流转换为PCM样本，需要对PDM流进行滤波和抽取。在抽取阶段，PDM信号的采样率降低至目标音频采样率，可以简单理解为在每M个样本中选择一个，将采样率降低为1/M。因此，PDM CLK是应用所需的目标音频采样率的M倍，其中M为抽取因子。
PDM频率 = 音频采样频率 * 抽取因子
抽取因子通常处于48至128的范围之间。

2 PDM StructurePDM Structure

2.1 Block Diagram

下图以Nordic为例

2.2 Main Features

• 1 Instance
• 2 Channel
• 16k采样率
• HW decimation filters
• DMA supported
• Programmable gain control

2.3 PDM Timing

默认情况下：PDM在CLK的上升沿采样左声道数据 ，在CLK的下降沿采样右通道数据。
如下图所示![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/2021012719344533.png

2.3 Hardware Connect

PDM接口的连接方式有三种：左声道、右声道、立体声（分别如下图所示）。

2.5 Application

PDM主要应用于声音的采集，对于空间限制严格的场合，即尺寸受限应用中优势明显，有着广泛的应用场景。

• 手机、平板、手环等消费类电子
• 耳机
• 门禁、智能家居

3 Functional Description

3.1 Operation

一般而言，左通道在时钟的上升沿采集数据，右通道在时钟的下降沿采集数据，PDM则会产生两个bit流。PDM模块中包含一个抽取滤波器，其目的是将PDM输入的1位数据转换为PCM音频样本。滤波器的输入为两通道PDM串行流（左通道为高时钟，右通道为低时钟）。它的输出为2 * 16位PCM数据流，采样率比PDM时钟速率低采样因子倍。

3.2 Gain

一般而言，在PDM的链路中是支持可编程增益控制的。该控制由两个独立寄存器控制，分别控制左通道和右通道。可参考计算公式如下：