3GPP

Source 3GPP specification series: 31series

spec number	title	notes
TS 31.048	Security mechanisms for the (U)SIM application toolkit; Test specification
TS 31.101	UICC-terminal interface; Physical and logical characteristics
TS 31.102	Characteristics of the Universal Subscriber Identity Module (USIM) application
TS 31.103	Characteristics of the IP Multimedia Services Identity Module (ISIM) application
TS 31.104	Characteristics of the Hosting Party Subscription Identity Module (HPSIM) application
TS 31.105	Characteristics of the Slice Subscriber Identity Module application
TS 31.110	Numbering system for telecommunication IC card applications
TS 31.111	Universal Subscriber Identity Module (USIM) Application Toolkit (USAT)
TS 31.112	Universal Subscriber Identity Module Application Toolkit (USAT) interpreter architecture description
TS 31.113	Universal Subscriber Identity Module Application Toolkit (USAT) interpreter byte codes
TS 31.114	Universal Subscriber Identity Module Application Toolkit (USAT) interpreter protocol and administration
TS 31.115	Secured packet structure for (Universal) Subscriber Identity Module (U)SIM Toolkit applications
TS 31.116	Remote APDU Structure for (U)SIM Toolkit applications
TS 31.117	Universal Subscriber Identity Module Application Toolkit (USAT) application behavioural test specification
TS 31.120	UICC-terminal interface; Physical, electrical and logical test specification
TS 31.121	UICC-terminal interface; Universal Subscriber Identity Module (USIM) application test specification
TS 31.122	Universal Subscriber Identity Module (USIM) conformance test specification
TS 31.123	(Universal) Subscriber Interface Module ((U)SIM) toolkit interpreter test	SPECIFICATION WITHDRAWN
TS 31.124	Mobile Equipment (ME) conformance test specification; Universal Subscriber Identity Module Application Toolkit (USAT) conformance test specification
TS 31.127	UICC-terminal interaction; non-removable Universal Subscriber Identity Module (nrUSIM) application behavioural test specification
TS 31.130	(U)SIM Application Programming Interface (API); (U)SIM API for Java™ Card
TS 31.131	C-language binding to (U)SIM API
TS 31.133	IP Multimedia Services Identity Module (ISIM) Application Programming Interface (API); ISIM API for Java Card™
TS 31.134	Mobile Equipment (ME) conformance test specification; IP Multimedia Services Identity Module (ISIM) interworking with IP Multimedia Subsystem (IMS) test specification	SPECIFICATION WITHDRAWN
TS 31.213	Test specification for (U)SIM; Application Programming Interface (API) for Java Card™
TS 31.220	Characteristics of the Contact Manager for 3GPP UICC applications
TS 31.221	Contact Manager Application Programming Interface (API); Contact Manager API for Java Card
TS 31.222	GBA_U Based APIs
TS 31.320	Contact Manager for 3GPP UICC applications test specifications	SPECIFICATION WITHDRAWN
TS 31.321	Contact Manager API for Java™ Card test specification	SPECIFICATION WITHDRAWN
TS 31.50U	Essential requirements for UMTS Mobile Stations (ME) operating within frequency bands 1885-1980, 2010-2025 and 2110-2200 MHz	SPECIFICATION WITHDRAWN
TS 31.60U	Essential requirements for UMTS Mobile Earth Stations (MES) operating within frequency bands 1980- 2010 and 2170-2200 MHz	SPECIFICATION WITHDRAWN
TR 31.801	Technical requirements for the secure platform for 3GPP applications
TR 31.822	Study on GBA_U Based APIs
TR 31.826	Study on new UICC application for NSSA
TR 31.828	UICC access to IMS
TR 31.829	Conformance requirements for IP Multimedia Services Identity Module (ISIM) application test specification
TR 31.890	CT WG6 aspects of 5G System Phase 1
TR 31.900	SIM/USIM internal and external interworking aspects
TR 31.901	Review of dedicated 3GPP UICC features (Red_UCe)
TR 31.919	2G/3G Java Card™ Application Programming Interface (API) based applet interworking
TR 31.970	UICC power optimisation for Machine-Type Communication (MTC)

MEMS 麥克風的數位 PDM 與 I²S 介面的比較

 Source MEMS 麥克風 – PDM 與 I²S 的比較 | DigiKey

作者：CUI Devices 應用工程與動作控制部門副總裁 Jeff Smoot

2022-07-11

麥克風已用於嵌入式系統多年。然而，自 MEMS 麥克風問世以來，由於家庭、汽車和穿戴式裝置中以語音為基礎的應用不斷擴張，MEMS 麥克風的市場使用量也迅速成長。MEMS 麥克風不僅提供顯著的優勢，包含縮減的覆蓋區、低功率要求和改善的電雜訊耐受性，還具有更大的設計靈活性和多種輸出選項。工程師仍然可以選擇類比輸出 MEMS 麥克風，以及脈衝密度調變 (PDM) 和積體電路內置音訊匯流排 (I²S) 等數位輸出。

本文將詳細討論這兩種數位介面，概述兩者的獨特特性以及在系統設計方面的優缺點。工程師會對兩種技術進行檢驗，並瞭解各種協定如何更適合特定的應用條件，進而做出選擇。需考慮的幾個關鍵因素包括：

• 音訊品質
• 功耗
• 物料清單 (BOM) 成本
• 設計的空間限制
• 硬體作業環境

脈衝密度調變 (PDM) 概述

PDM 訊號用於將類比訊號電壓轉換為單位元脈衝密度調變數位流，PDM 訊號更接近縱波，而非音訊中的典型橫波。不過，它們是類比訊號的數位呈現。

圖 1：PDM 協定 (圖片來源：CUI Devices)

上圖 1 顯示高位元的密度如何隨著類比訊號幅度的增加而增加。結果是，數位訊號在代表類比訊號幅度的下端時，會保持低值較長時間。這創造了一種訊號，其具備數位訊號許多優點，同時仍與類比訊號直接相關。為了達到這一點，PDM 訊號需要更高的採樣率 (高於 3 MHz)，因為數位脈衝必須比所代表的類比訊號振盪更頻繁。

與類比訊號相比，PDM 的數位特性使其對電雜訊環境的耐受性顯著提升。發生訊號降額時，還增加了誤碼容限。然而，訊號的高頻特性會導致距離限制，因為較長傳輸線上的電容增加可能會產生不必要的衰減，並造成音訊品質下降。PDM 訊號還需由外部 DSP 或具有適當編解碼器的微控制器進行額外處理，透過低通濾波器傳輸 PDM 訊號，減退抽樣 (decimate) 或降低取樣頻率 (downsample) 到較低的採樣率，使其可用於其他裝置。此簡單的概念代表 PDM 裝置只需兩個訊號，因此通常更便宜、功耗更低、覆蓋區更小。這些優勢來自於需增加電路來處理 PDM 裝置的訊號。

積體電路內置音訊匯流排 (I²S) 概述

I²S 是另一種流行的數位介面選項，最初出現在 1980 年代中期，直到最近才用於麥克風和其他小型裝置。I²S 和 PDM 都是雙通道介面，它們的相似之處僅此而已。比較 I²S 和 I2C 協定時，通常還會以為兩者有其他關係或被混淆，但它們的名稱純屬巧合。

圖 2：I²S 協定 (圖片來源：CUI Devices)

I²S 與 PDM 不同，I²S 是完全數位訊號，因此無須編碼或解碼。它是一種三線序列協定，具有時脈、資料和「字元選擇」線，「字元選擇」指示與傳輸資料關聯的右通道或左通道。雖然對資料傳輸速度無普遍要求，但仍有依據傳輸資料及其精密度的最低速率需求。例如，如果音訊採樣率是 44.1 kHz 的產業標準，精密度為 8 位元，則單聲道需要至少 352.8 kHz 的時脈速度。立體聲應用將會是 705.6 kHz (雙倍)。精密度若有任何變化，也會改變最小傳輸頻寬。

採樣頻率 * 資料精密度 * 通道數 = 頻寬

44,100 Hz * 8 位元 * 2 通道 = 705,600 Hz

I²S 的主要優點之一是可透過其內建濾波器，使用內部編解碼器。PDM 需要外部編解碼器來降低其採樣率，但含 I²S 音訊訊號的資料速率在到達 DSP 時已可接受。因此在整體設計中，無須處理擷取音訊資料所需的額外零件，使 I²S 非常適合完全自足式，且需要考量高能效電池供電操作的應用。在無需額外外部零件的情況下，穿戴式裝置等緊湊型設計的成本和空間節約也成為關鍵因素。

探討整體系統設計時，必須注意 DSP 功能是否已經到位。如果是這樣，可以選用設計內建 DSP 功能的 PDM 裝置，這可能是比 I²S 更好的選擇，因為 I²S 會從三條訊號線消耗更多的功率和資源。

PDM 與 I²S 的比較

PDM 是對優先考量音訊品質的應用而言，更有吸引力的選項，因為它具有更好的誤碼容限和抗噪性。另一方面，I²S 是考慮空間受限或 BOM 成本的可靠選擇，因為它易於安裝、覆蓋區更小且無需外部零件進行處理。I²S 還可以在更長的距離提供更佳的訊號品質；當麥克風和處理電路在 PCB 上沒有很靠近時，是比 PDM 更好的選擇。話雖如此，I²S 並不是專門為經由纜線或其他傳輸裝置進行傳輸所設計，因此這並非絕對，因為許多裝置沒有適當的匹配阻抗。追根究底，在做出任何最終決定前，需要對應用需求、可用零件、預期資料傳輸率進行更多研究。

結論

MEMS 麥克風在各電子裝置中的用途不斷增加，選擇合適的介面 (無論是類比或是數位) 才能在最終應用中獲得最佳結果。CUI Devices 提供豐富的 MEMS 麥克風產品組合，可滿足各種音訊系統要求。除了類比介面單元，還有各種 PDM 和 I²S 數位介面麥克風。

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