i.MX RT600 BCLK受干扰影响WS频率解决方案

问题描述最近遇到客户发现一个很有意思的问题，客户使用i.MX RT600 I2S产生2通道的I2S波形，配置希望输出I2S波形：

48Khz 采样率，32bit, 2通道， BCLK输出3.072Mhz。

测试发现现象很奇怪，如果BCLK连接的模块阻抗改变，会导致正常应该输出48K的LRCK（WS）频率会变动，有时候变成96Khz，客户的模块是专用的ASIC。

客户反应，这个问题同样可以在NXP MIMXRT685-AUD-EVK板子上复现，因为AUD-EVK FC2P0_14连接到了外部LED的驱动电路：

如果是官方的代码配置，不会复现问题，如果是使用客户的代码，能够复现问题。

如果断开R397 1_2的电阻，问题就不会复现，连接之后就会复现。

所谓复现：测试P0_15 LRCK采样率从期望的48Khz变成了96Khz：

所谓不复现：测试P0_15 LRCK采样率就是期望的48Khz：

从I2S的构架上讲，不应该出现具体I2S IP的配置因为外部的驱动情况导致不同的输出频率，而且官方的代码直接修改接口和引脚也不会出现，那么问题究竟出在哪里呢？

问题分析与解决方案经过查看官方SDK的配置和客户提供的代码，发现差别很简单，在于pinmux.c对于P0_14, P0_15的配置，客户复现问题的配置如下：

const uint32_t port0_pin14_config = (/* Pin is configured as FC2_SCK */
                                          IOPCTL_PIO_FUNC1 |
                                          /* Disable pull-up / pull-down function */
                                          IOPCTL_PIO_PUPD_DI |
                                          /* Enable pull-down function */
                                          IOPCTL_PIO_PULLDOWN_EN |
                                          /* Enables input buffer function */
                                          IOPCTL_PIO_INBUF_EN |
                                          /* Normal mode */
                                          IOPCTL_PIO_SLEW_RATE_NORMAL |
                                          /* Normal drive */
                                         IOPCTL_PIO_FULLDRIVE_DI |
                                          /* Analog mux is disabled */
                                          IOPCTL_PIO_ANAMUX_DI |
                                          /* Pseudo Output Drain is disabled */
                                          IOPCTL_PIO_PSEDRAIN_DI |
                                          /* Input function is not inverted */
                                          IOPCTL_PIO_INV_DI);
     /* PORT0 PIN14 (coords: A3) is configured as FC2_SCK */
     IOPCTL_PinMuxSet(IOPCTL, 0U, 14U, port0_pin14_config);


     const uint32_t port0_pin15_config = (/* Pin is configured as FC2_TXD_SCL_MISO_WS */
                                          IOPCTL_PIO_FUNC1 |
                                          /* Disable pull-up / pull-down function */
                                          IOPCTL_PIO_PUPD_DI |
                                          /* Enable pull-down function */
                                          IOPCTL_PIO_PULLDOWN_EN |
                                          /* Enables input buffer function */
                                          IOPCTL_PIO_INBUF_EN |
                                          /* Normal mode */
                                          IOPCTL_PIO_SLEW_RATE_NORMAL |
                                          /* Normal drive */
                                          IOPCTL_PIO_FULLDRIVE_DI |
                                          /* Analog mux is disabled */
                                          IOPCTL_PIO_ANAMUX_DI |
                                          /* Pseudo Output Drain is disabled */
                                          IOPCTL_PIO_PSEDRAIN_DI |
                                          /* Input function is not inverted */
                                          IOPCTL_PIO_INV_DI);
     /* PORT0 PIN15 (coords: A5) is configured as FC2_TXD_SCL_MISO_WS */
     IOPCTL_PinMuxSet(IOPCTL, 0U, 15U, port0_pin15_config);

官方不复现问题的配置如下：

const uint32_t port0_pin14_config = (/* Pin is configured as FC2_SCK */
                                          IOPCTL_PIO_FUNC1 |
                                          /* Disable pull-up / pull-down function */
                                          IOPCTL_PIO_PUPD_DI |
                                          /* Enable pull-down function */
                                          IOPCTL_PIO_PULLDOWN_EN |
                                          /* Enables input buffer function */
                                          IOPCTL_PIO_INBUF_EN |
                                          /* Normal mode */
                                          IOPCTL_PIO_SLEW_RATE_NORMAL |
                                          /* Normal drive */
                IOPCTL_PIO_FULLDRIVE_EN  |
                                          /* Analog mux is disabled */
                                          IOPCTL_PIO_ANAMUX_DI |
                                          /* Pseudo Output Drain is disabled */
                                          IOPCTL_PIO_PSEDRAIN_DI |
                                          /* Input function is not inverted */
                                          IOPCTL_PIO_INV_DI);
     /* PORT0 PIN14 (coords: A3) is configured as FC2_SCK */
     IOPCTL_PinMuxSet(IOPCTL, 0U, 14U, port0_pin14_config);


     const uint32_t port0_pin15_config = (/* Pin is configured as FC2_TXD_SCL_MISO_WS */
                                          IOPCTL_PIO_FUNC1 |
                                          /* Disable pull-up / pull-down function */
                                          IOPCTL_PIO_PUPD_DI |
                                          /* Enable pull-down function */
                                          IOPCTL_PIO_PULLDOWN_EN |
                                          /* Enables input buffer function */
                                          IOPCTL_PIO_INBUF_EN |
                                          /* Normal mode */
                                          IOPCTL_PIO_SLEW_RATE_NORMAL |
                                          /* Normal drive */
                IOPCTL_PIO_FULLDRIVE_EN  |
                                          /* Analog mux is disabled */
                                          IOPCTL_PIO_ANAMUX_DI |
                                          /* Pseudo Output Drain is disabled */
                                          IOPCTL_PIO_PSEDRAIN_DI |
                                          /* Input function is not inverted */
                                          IOPCTL_PIO_INV_DI);
     /* PORT0 PIN15 (coords: A5) is configured as FC2_TXD_SCL_MISO_WS */
     IOPCTL_PinMuxSet(IOPCTL, 0U, 15U, port0_pin15_config);

实际上，只要BCLK P0_14的引脚配置为FULL drive即可。

可以看到，如果配置为Full output driver，驱动能力是normal输出的两倍。所以，问题出在BCLK的引脚驱动能力这块。

然而，推荐客户改变驱动能力的方式，纵然可以输出正确的48Khz采样率波形，客户并不接受，认为高驱动能力也代表着功耗的加大，而他们的产品是对功耗要求极高的，必须要在普通驱动能力下解决问题。所以进一步分析波形，通过使用高采样率的示波器20Gsa/s，2G探头抓取出问题时候的BCLK，可以发现有一些毛刺：

通过内部的沟通，也认为这个BCLK毛刺是导致问题的原因。这里需要注意的是，有些示波器，如果采样率低可能抓不到这个毛刺，还有些探头，阻抗比较小，导致探头加上到BCLK，直接问题消失的情况，所以建议使用高阻抗探头，比如1M欧，1G采样率以上的探头即可抓到。

由于客户不接受驱动能力的改变，所以这里还可以考虑改变斜率，让上升下降变缓，滤掉毛刺区域，改变配置如下：

#define IOPCTL_PIO_SLEW_RATE_SLEW 0X80 
  const uint32_t port0_pin14_config = (/* Pin is configured as FC2_SCK */
                                           IOPCTL_PIO_FUNC1 |
                                           /* Disable pull-up / pull-down function */
                                           IOPCTL_PIO_PUPD_DI |
                                           /* Enable pull-down function */
                                           IOPCTL_PIO_PULLDOWN_EN |
                                           /* Enables input buffer function */
                                           IOPCTL_PIO_INBUF_EN |
                                           /* Normal mode */
                IOPCTL_PIO_SLEW_RATE_SLEW|//0X80|// IOPCTL_PIO_SLEW_RATE_NORMAL |
                                           /* Normal drive */
                                           IOPCTL_PIO_FULLDRIVE_DI |
                                           /* Analog mux is disabled */
                                           IOPCTL_PIO_ANAMUX_DI |
                                           /* Pseudo Output Drain is disabled */
                                           IOPCTL_PIO_PSEDRAIN_DI |
                                           /* Input function is not inverted */
                                           IOPCTL_PIO_INV_DI);
      /* PORT0 PIN14 (coords: A3) is configured as FC2_SCK */
      IOPCTL_PinMuxSet(IOPCTL, 0U, 14U, port0_pin14_config);


      const uint32_t port0_pin15_config = (/* Pin is configured as FC2_TXD_SCL_MISO_WS */
                                           IOPCTL_PIO_FUNC1 |
                                           /* Disable pull-up / pull-down function */
                                           IOPCTL_PIO_PUPD_DI |
                                           /* Enable pull-down function */
                                           IOPCTL_PIO_PULLDOWN_EN |
                                           /* Enables input buffer function */
                                           IOPCTL_PIO_INBUF_EN |
                                           /* Normal mode */
                                           IOPCTL_PIO_SLEW_RATE_NORMAL |
                                           /* Normal drive */
                                           IOPCTL_PIO_FULLDRIVE_DI |
                                           /* Analog mux is disabled */
                                           IOPCTL_PIO_ANAMUX_DI |
                                           /* Pseudo Output Drain is disabled */
                                           IOPCTL_PIO_PSEDRAIN_DI |
                                           /* Input function is not inverted */
                                           IOPCTL_PIO_INV_DI);
      /* PORT0 PIN15 (coords: A5) is configured as FC2_TXD_SCL_MISO_WS */
      IOPCTL_PinMuxSet(IOPCTL, 0U, 15U, port0_pin15_config);

测试结果如下：

可以看到波形很光滑，毛刺消失，输出也是稳定的48Khz,满足客户不改变驱动能力的要求。

小结

在使用i.MX RT600 FC2做I2S的时候，为了BCLK不受外部电路影响，从而影响到WS的波形频率，建议引脚配置以下二选一：

1.使用Full output drive,提高驱动能力2.使用慢slewrate,滤掉BCLK上升下降小毛刺

最后，特别感谢NXP 苏州SE团队 James Fan 在该解决方案上提供的大力支持！作者：周晶晶