HD Audio标准和前置面板连接技术简介

问题描述
HD Audio标准和前置面板连接技术简介

总结
本文包括HD Audio与AC’97规格对比，Azalia Link总线介绍， HD Audio总线驱动（Bus Driver）和功能驱动（Function Drivers）介绍，输入输出接口设备感知以及前置音频面板和前置音频线规格介绍，内容较多，请下载附件查看。
注：文中前置音频插座定义为Intel标准，联想采用自己的专有标准，针脚定义可能不同！

       英特尔的AC’97声卡标准在PC全面实施后，让计算机用户享受到了集成声卡的经济实惠和优美的音质。随着用户对高保真家庭影院级PC的需求，AC’97已经不能满足。于是Intel与杜比(Dolby)公司合力推出新一代的High Definition Audio（HD Audio 高保真音频）音频规范。
HD Audio比AC’97作了那些技术革新？从下面的对比表可以看出有9项重大的革新。


一、Azalia Link总线
HD Audio与AC’97相比，最根本技术革新是总线方式的改变。
AC’97用AC-Link与外部的Codec（数/模转换解码器）相连接。如下图：


AC’97软声卡的数字音频控制器、AC-Link和控制器整合在ICH（南桥）内，控制器通过AC-Link总线与外部的Codec芯片连接。


AC-Link总线有5条信号线，并采用固定带宽分配方式，总带宽仅为11.5MB/s。DMA（直接访问内存）采用预定义方式。Codec提供主时钟源。
HD Audio采用全新的Azalia-Link与外部的Codec连接。如下图：

HD Audio控制器也整合在ICH（南桥）内，通过Azalia-Link总线与外部的Codec芯片连接。

Azalia-Link总线比AC-Link增加了DMA控制器，而且是动态分配。同时Azalia-Link引入了数据流概念，每个CODEC为一条数据流，每条数据流分配一个DMA，随机接入的CODEC的改变，启用的DMA也就改变。这样就实现了HD Audio的带宽动态分配。HD Audio的单通道输入带宽达到24MB/s，输出通道带宽达到48MB/s。为实现高保真音频提供了硬件条件。

从“HD Audio的流Link概念图解”可以看到Azalia-Link总线的信号传输与AC’97xx不同。
由于Azalia-Link总线的动态分配DMA和带宽，引入数据流等新的技术，所以HD Audio整合声卡的内部音频设计精度达到32bit/192KHz，最终输出可以达到24bit/192KHz，这意味着它能够对DVD－Audio、DVD-Video进行良好的支持。也使得HD Audio支持多音频流回放。HD Audio的PC能够同时输出最多4路不同的音频，并支持Digital Surround EX， Digital Prologic IIx、，Digital Virtual Speraker、DTS、DTS ES 24/96、DTS Neo6、THX一系列的认证，实现上述解码操作。此外在麦克风方面，HD Audio还提供了软件降噪功能、回音设置和对多拾音器的麦克风、麦克风阵列的支持。同时HD Audio的录音功能还专门为视频电话、语音IP电话、视频会议进行优化，不仅支持独立多麦克风输入，还可提供质量和数据量非常平衡的信号。

二、驱动程序
Azalia-Link总线还导致声卡驱动程序的改变。
AC’97的驱动程序一般是由CODEC芯片厂商提供，主板搭配的CODEC芯片不同，驱动也就不同，造成某主板上的AC’97驱动程序未必能在另外一个主板上使用。
HD Audio把驱动分为两层：总线驱动（Bus Driver）和功能驱动（Function Drivers），其中“总线驱动”是实现最基本音频功能驱动，将统一集成在操作系统中。目前在Windows XP， Windows Server 2003，and Windows 2000系统中是微软提供的HD Audio Bus Driver，一般称之为通用音频结构(UAA)高清晰度音频类驱动程序。“功能驱动”是实现特殊功能的功能性驱动，包括音频控制面板软件一般由CODEC芯片厂商提供。
微软的HD Audio Bus Driver编号为 kb888111，一般Realtek ALC 8XX系列提供的HD Audio驱动整合了这款驱动，不需要另外安装。也有的CODEC厂商提供的驱动没有整合HD Audio Bus Driver，如：Analog Devices的AD198X系列需要先安装总线驱动（一般位于声卡驱动目录BusDrv\\0409下），否则声卡就不能工作。

三、设备感知
设备感知就是声卡的输入输出接口可以自动感应设备接入并给出提示。
AC’97声卡的几个插孔是标注颜色和字符来说明每个插孔的作用，如果把MIC接到Speaker接口上，是无法正常使用的。
HD Audio声卡支持所有输入输出接口自动感应设备接入，不仅能自行判断哪个端口有设备插入，还能为接口定义功能。比如同样把MIC接到Speaker接口上，HD Audio可以探测到该接口有设备连接，并提示有设备接入，请用户确定接入的是那种设备，用户确定后即将该接口定义为MIC输入接口，改变原接口属性。这项功能为连接音频设备提供了方便。
设备感知的原理就是利用音频插座的开关功能，配置感知逻辑电路和相关软件。如下图：

从图中可以看到HD Audio要求音频插座配有一个独立的常开开关。开关一端通过并行的电阻网连接到CODEC芯片的探测Pin（SENSE_RETURN），另一端连接到CODEC的探测Pin SENSE_SEND端。有插头插入时，开关闭合，插头拔出开关断开。CODEC里的“Pin Sense”控制器通过探测电路的电阻网络感知是哪一个插座有插头插入/拔出，并在控制器的“Presence Detect” bit(s)写入相应的代码，然后经过软件提示给用户。
图8是把音箱插头插入音频输入插座后，声卡控制面板提示“插头已插入插孔”，同时弹出“设备类型”提示，并让用户确认插入什么设备。此例中因为插入的是主音箱，所以选择“音源输出”。这样音源输入插孔就变为前置主音箱输出了。当拔出插头时，声卡控制面板又提示“插头已从插孔拔出”。


四、前置音频面板
1、AC’97的前置音频接口定义和连接
①、主板前置音频连接座和针脚定义，如下图：


在连接前置音频之前，主板的前置音频连接座的5和6，9和10针上面有跳线帽短接，连接前置音频线时需要取下。如果取下后不连接前置音频线，后置就没有音频信号输出。
②、前置音频面板的插座


一般情况下，符合AC97标准的前置音频连接线至少有7根：
1   AUD_MIC_IN     前置麦克输入。
2   AUD_GND        模拟音频电路的地线。
3   AUD_MIC_BIAS 麦克偏置。
5   AUD_FPOUT_R 输出音频信号至前置右声道。
6   AUD_RET_R     音频信号从前置右声道返回。
9   AUD_FPOUT_L 输出音频信号至前置左声道。
10 AUD_RET_L     音频信号从前置左声道返回。
还有把5/6和9/10各自合并为一根线，同时5/6和9/10又通过导线连接，共5线7个插针的。也可以认为符合AC97标准。因为5/9是输出到前置耳机，6/10是通过耳机插座的常闭开关返回再连接到后置音频输出插座。当没有插前置耳机时，音频信号经耳机插座返回到后置音频输出，后置音箱输出声音。插前置耳机后，插座的常闭开关断开，音频信号不能返回到后置音频输出，后置音箱无声音输出。标准的7线连接是前后置音箱不能同时使用。如果是5线7针的，由于5/6和9/10通过导线短接，音频信号不再经耳机插座开关返回，所以前后置音箱可同时使用。


③、前置音频的连接
AC’97标准中规定了前置音频接线规则，并给出示意图：

下面是实际接线图例：

2、HD Audio的前置音频接口定义和连接
①、主板前置音频连接座和针脚定义，如下图：

HD Audio为了在连接针座方面与AC’97兼容，仍然采用2X5的插针座。与AC’97不同的是取消了5/6，9/10的跳线帽，另外针脚定义和名称也不相同。下面是HD Audio与AC’97的针脚定义对比：

从上面的对比表可以看出，10个针脚里第1、2、3、5、9虽然名字有所变化，其功能没有改变。仍然是用于音频输入/输出的。AC97规定1、3针是麦克输入，HD规定是模拟音频口1的左右声道，即可用于音频输入，也可用于音频输出。所以，1、3针仍可连接麦克输入。5针和9针仍然是输出给前置耳机音频信号，与AC 97的定义相同。因此，AC 97前置面板的1、2、3、5、9针插在HD Audio插座上是没有问题的。
②、前置音频面板的插座

从上面的对比图可以看出HD Audio采用的前置音频插座与AC 97xx不同。AC 97声道常闭开关，以便于前后置音频切换。HD Audio采用的是独立常开开关，用于感知设备插入。
③、前置音频的连接
HD Audio标准规定了前置音频的连接，同时给出连接参考图：

5、前置音频线
英特尔对前置音频电缆做了明确的规范。为了减少串扰、信号衰减和电磁耦合干扰，要求前置音频线采用屏蔽线。由于麦克信号是低电平信号，并且对噪声很敏感，屏蔽对于麦克线尤为重要。标准建议前置音频线长度在18英寸以内。下面是标准中有关前置音频线的规则图示：

无屏蔽的排线由于抗干扰能力差，必然降低声卡的音质。特别是HD Audio，影响更大。