模拟音频接口之TRS 接口

TRS的含义是Tip(signal)、Ring(signal)、Sleeve(ground),分别代表了这种接头的3个触点它的接头外观是圆柱体形状,分别代表了这种接头的3个触点,我们看到的就是被两段绝缘材料隔离开的三段金属柱。因此,3.5mm接头和6.3mm接头也被人称为“小三芯”和“大三芯”。通常有三种尺寸1/4"(6.3mm)、1/8"(3.5mm)、3/32"(2.5mm),我们最常见的是3.5mm尺寸的接头。



不同尺寸的TRS接头



“大三芯”的构造


TRS接口就是一个圆孔,其内部与接头对应,也有三个触点,彼此之间也被绝缘材料隔开。有的人说不还有四芯的插头吗?没错,我们在耳机或随身听上见到的四芯插头,多出来的那一芯是用来传送语音信号或控制信号。此外,还有一种用于耳机的四芯3.5mm插头则是用来传输平衡信号的。6.3mm的“大三芯”插头可用来传输平衡信号或非平衡立体声信号,也就是说它可以和我们后面要讲的XLR平衡接口一样,能够传输平衡信号,但因制作这样的平衡线成本比较高,所以一般只用在高档专业音频设备上。

当然,既然能加芯,那也可以减芯。二芯的TRS接头可以用来传送非平衡的单声道音频信号,比如电吉他用的线就是二芯的TRS线。所以,单从TRS接口外观来看,我们不会知道它是否支持平衡传输;单从芯数来看,我们也不能确定四芯及以上的TRS接头是否支持平衡传输,具体情况需要看设备。



二芯6.3mm TRS电吉他线

模拟音频接口之RCA接口

  RCA接口在我们日常生活中也非常常见,音箱、电视、功放、DVD机等设备上基本都有。它得名于美国无线电公司的英文缩写(Radio Corporation of America),上世纪40年代的时候,该公司将这种接口引入市场,用它来连接留声机和扬声器,也因此,它在欧州又称为PHONO接口。我们对它更熟悉的接头称呼则是“莲花头”。




被称为“莲花头”的RCA接头

RCA接口采用同轴传输信号的方式,中轴用来传输信号,外沿一圈的接触层用来接地。每一根RCA线缆负责传输一个声道的音频信号,因此,可以根据对声道的实际需要,使用与之数量相匹配的RCA线缆。比如要组双声道立体声就需要两根RCA线缆。

模拟音频接口之XLR接口

XLR接口又被称为“卡农口”,这是因为James H. Cannon创立的Cannon Electric公司是它最初的生产商。它们最早的产品是“cannon X”系列,后来改进产品增加了一个锁定装置(Latch),于是在“X”后面增加了一个“L”;再后来又围绕着接头的金属触点增加了橡胶封口(Rubber compound),于是又在“L”后面增加了一个“R”。人们就把三个大写字母组合在一起,称这种接头为“XLR connector”




比较常见的三芯XLR接口 有的耳放上面会提供四芯平衡XLR耳机接口



我们通常见到的XLR插头是3脚的,当然也有2脚、4脚、5脚、6脚的,比如在一些高档耳机线上,我们也会看到四芯XLR平衡接头。XLR接口与“大三芯”TRS接口一样,可以用来传输音频平衡信号。

数字音频接口之AES/EBU接口

  数字音频接口方面,我们其实讲的更多的是传输协议或标准。在接口的物理外观上看,你很难看出它是哪类型的接口。我们首先说一下AES/EBU。

  AES/EBU是Audio Engineering Society/European Broadcast Union(音频工程师协会/欧洲广播联盟)的缩写,是现在较为流行的专业数字音频标准。它是基于单根绞合线对来传输数字音频数据的串行位传输协议。无须均衡即可在长达100米的距离上传输数据,如果均衡,可以传输更远距离。







数字音频接口之S/PDIF接口

S/PDIF是Sony/Philips Digital Interconnect Format的缩写,它是索尼与飞利浦公司合作开发的一种民用数字音频接口协议。由于被广泛采用,它成为事实上的民用数字音频格式标准。S/PDIF和AES/EBU有略微不同的结构。音频信息在数据流中占有相同位置,使得两种格式在原理上是兼容的。在某些情况下AES/EBU的专业设备和S/PDIF的用户设备可以直接连接,但是并不推荐这种做法,因为在电气技术规范和信道状态位中存在非常重要的差别,当混用协议时可能产生无法预知的后果。










数字音频接口之同轴接口

  同轴接口分为两种,一种是RCA同轴接口,另一种是BNC同轴接口。前者的外观跟模拟RCA接口没有任何区别,而后者则与我们在电视机上常见的信号接口有点类似,而且加了锁紧设计。同轴线缆接头有两个同心导体,导体和屏蔽层共用同一轴心,线的阻抗是75欧姆。





数字音频接口之光纤接口

  光纤接口的英文名字为TOSLINK,来源于东芝(TOSHIBA)制定的技术标准,器材上一般标为“Optical”。它的物理接口分为两种类型,一种是标准方头,另一种是在便携设备上常见的外观与3.5mm TRS接头类似的圆头。由于它是以光脉冲的形式来传输数字信号,因此单从技术角度来说,它是传输速度最快的。








单端信号

单端信号是相对于差分信号而言的,单端输入指信号有一个参考端和一个信号端构成,参考端一般为地端。

差分信号

差分传输是一种信号传输的技术,区别于传统的一根信号线一根地线的做法(单端信号),差分传输在这两根线上都传输信号,这两个信号的振幅相等,相位相反。在这两根线上传输的信号就是差分信号。




差分信号与单端信号走线的做法相比,其优缺点分别是:

优点

1、抗干扰能力强。干扰噪声一般会等值、同时的被加载到两根信号线上,而其差值为0,即,噪声对信号的逻辑意义不产生影响。

2、能有效抑制电磁干扰(EMI)。由于两根线靠得很近且信号幅值相等,这两根线与地线之间的耦合电磁场的幅值也相等,同时他们的信号极性相反,其电磁场将相互抵消。因此对外界的电磁干扰也小。

3、时序定位准确。差分信号的接受端是两根线上的信号幅值之差发生正负跳变的点,作为判断逻辑0/1跳变的点的。而普通单端信号以阈值电压作为信号逻辑0/1的跳变点,受阈值电压与信号幅值电压之比的影响较大,不适合低幅度的信号。

缺点

若电路板的面积非常紧张,单端信号可以只有一根信号线,地线走地平面,而差分信号一定要走两根等长、等宽、紧密靠近、且在同一层面的线。这样的情况常常发生在芯片的管脚间距很小,以至于只能穿过一根走线的情况下。





















音频接头是音频信号的载体, 所传输的信号种类不同,接头也有所不同。在音频设备间传输的音频信号,可大致分成两类,平衡信号和非平衡信号。

声波转变成电信号后,如果直接传送就是非平衡信号,如果把原始信号反相(相位差为180 度),然后同时传送反相的信号和原始信号,就叫做平衡信号。

与之相对应的是音频信号的平衡传输与非平衡传输。平衡传输是一种应用广泛的音频信号传输方式。它是利用相位抵消的原理将音频信号传输过程中所受的其他干扰降至最低,即:平衡信号送入差动放大器,原信号和反相位信号相减,得到加强的原始信号,由于在传送中,两条线路受到的干扰几乎一样,在相减的过程中,减掉了干扰信号,因此抗干扰能力更强。所以,平衡传输一般出现在专业音频设备上,以及传输距离较远的场合。这种在平衡式信号线中抑制两极导线中所共同有的噪声的现象便称为共模抑制。









实现平衡传输,需要并列的三根导线来实现,即接地线、热端线、冷端线。因此,平衡输入、输出接头,必须具有三个脚位,如卡侬头,大三芯接头。

非平衡传输只有两个端子,即:信号端与接地端。对于这种单相信号,为防止共模干扰使用同轴电缆,外皮是地,中间的芯是信号线。常见的接头,如BNC 接头,RCA 接头等。这种传输方式,通常在要求不高和近距离信号传输的场合使用,如家庭音响系统。这样连接也常用于电子乐器、电吉他等设备。

这里有一点要注意:平衡信号需要用平衡接头来传输,那么反过来,看到平衡接头,如大三芯TRS 接头或者XLR3 接头,电路中传输的一定是平衡信号吗?答案是否定的。比如,当大三芯TRS 接头用来传输立体声信号的时候,Tip 脚传输左声道信号,Ring 脚传输右声道信号,Sleeve 脚接地,那么它此时传输的是两路不同的信号,即不是平衡信号。而平衡信号本质上是一路信号,只不过将其反相后,两路同时传输而已。鉴于此,需要在实际应用中,结合实际电路,细心分辨。




发布于 2018-04-02

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