【技术】解析时钟信号对数字音频质量的影响

时间： 2022-10-21 来源：晶科鑫公众号

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为系统中的每个设备传递标准的时钟信号是保证数字音频质量的重要步骤，因为时钟振荡器的不同，每个设备的时钟信号都会有一定量的偏差，这种偏差就会导致数字信号不精确，从而影响到音频的质量。

（理想时钟与实际时钟）

时钟恶化通常来源于抖动，在数字传输系统中，抖动被定义为数字信号的重要时刻在时间上偏离其理想位置的短暂变动，重要时刻就是在一个时间周期中对音频流采样的最佳时刻，理想情况下采样每次都在设定的精确时间上进行，但实际上会有所不同，实际信号会沿着理想信号边沿附近做周期性移动，这种变化就被认为是一种抖动，这也被称为数字信号的相位噪声。

抖动一旦过大就会出现误码，误码对数字音频造成的影响是巨大的，所以抖动越大，误码也就越大，数字音频损失越大。

抖动的大小跟集成电路系统有着密切联系，有大量的电路设计、工艺、元器件质量和系统级因素都会影响抖动，另外如果非平衡系统中存在地电位漂移、差分输入之间存在电压偏移、信号的上升和下降时间出现变化等，也可能造成这种抖动数字失真。

使用独立时钟信号设备就比把时钟信号加载在数字信号中的传输方式更加专业，在复合数字信号中包含了时钟信号和数字音频数据，时钟路径之间的接线延迟差异，数据位之间的接线延迟差异，数据和时钟路径之间不同的负载情况，分组长度差异等等，均可能对时钟信号精确度造成影响。

另外在数字设备链路上，每台设备都被锁定于前一个设备，链路最后一级上的抖动有前面几级的贡献。每台设备都要把它们本身的固有抖动加上，以及每条连接电缆都会贡献线材引入的抖动，在每一级上还会有一些抖动增益或衰减。这个过程被称作抖动累积。累积结果会随各个设备抖动特性和每一级上的数据模式而变化。但是在某些时候，出现了“病态”信号的情况下，所有抖动就会不恰当地结合在一起。在长距离传输时，在主设备和从设备中的很多点上存在抖动累积，这样的累加影响会更大。

随着抖动电平的增加，从设备对信号的解码开始出现错误，接着导致解码失败——偶尔无声、爆音或有时失锁。

想要解决时钟抖动带来的数字信号失真有两个重要所在，一是尽量采用星型拓扑结构传递时钟信号，二是使用独立时钟来解决时钟信号对音频质量影响。

时钟的精度是保持最佳音频质量的关键。为了把模拟音频进行数字化，必须精确地在重复的时间间隔取样。主时钟提供时间定位信息，并允许波形被正确取样以及重新高精度还原为模拟信号，如果时钟不精确，音频采样可能导致失真或其他错误。

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