原理

PWM信号生成：
- PWM信号是一种数字信号，通过快速地切换信号的高低电平，并通过改变高电平持续时间（脉冲宽度）来表示不同的信号强度。
- PWM频率（载波频率）应远高于音频信号的最高频率，以便后续处理能有效地提取音频信号。
调制音频信号：
- 数字音频信号（例如，从一个数字音频文件中读取的音频样本）用于调制PWM信号的脉宽。每个音频样本对应一个PWM周期，音频样本的值决定了该周期内高电平的持续时间。
- 在每个PWM周期内，高电平的时间与音频样本值成正比。例如，较高的音频样本值会导致较长的高电平时间，较低的样本值会导致较短的高电平时间。
输出PWM信号：
- 通过DAC（数模转换器）或直接通过GPIO（通用输入输出）引脚输出PWM信号。输出的PWM信号在物理线路上表现为一系列快速切换的脉冲。
低通滤波：
- 由于PWM信号包含高频成分，需要通过一个低通滤波器来滤除高频部分，只保留音频信号的低频部分。低通滤波器可以是一个简单的电阻-电容（RC）滤波器或更复杂的滤波电路。
- 滤波器的截止频率应设计为音频信号的最高频率，以确保能够有效地提取音频信号。

特点

优点

实现简单，特别适合资源受限的嵌入式系统。
成本低，无需复杂的DAC电路。

缺点

需要高频率的PWM信号，可能会增加EMI（电磁干扰）。
需要精确的低通滤波器设计，否则音质可能较差。

实际案例

以下代码的是基于Ingenic-Freertos-x1600 pwm放音demo进行说明

流程说明

以上图所示为例，pwm控制器频率通过AHB2或者MCLK进行分频得到一个固定时钟频率280M，基于这个频率对音频的量化。这里base_freq选择112000（可修改），音频采样率选择8K（与实际音源采样率需要一致）

参数分析

在实际的工程代码中，有以下几个参数需要进行理解

关于Freq频率相关参数
- SampleRate
  
  采样率，1s内采样点的个数。采样率8k说明1s需要输出8000个音频数据，从pwm波形来看就是1s内需要输出8000个方波，每一个方波表征一个数据点（调整占空比即调整数据大小）
- BaseFreq
  
  基频（载波频率），一样是频率所以它表示1s内采样点的个数是112000个。这个频率还需要满足samplerate的数据分布，所以这个频率需要是samplerate的整数倍（这里是14倍）。理解起来就是：每一个采样点的数据重复data_mul次（8k * 14）
  
  (D1 D1 D1 D1 D1 D1 … D2 D2 D2 D2 D2 …)
- PwmFreq
  
  PWM频率。PwmFreq与BaseFreq的关系和BaseFreq与samplerate的关系一样。也就是说BaseFreq上的每一个数据点用在PwmFreq上用pwm_full_num（2500）个方波进行表征。也就是一个数据点对应的PWM个数是2500
其它参数
- buffer_size
  
  代码中对于buffer_size的计算方式是：buffer_size = base_freq * unit_time / 1000 = 112000 * 50 / 1000
  
  BaseFreq是1s内需要准备112000个数据，除1000就表示1ms内需要准备的数据点个数。所以buffer_size大小就是 unit_time 毫秒内需要输出的采样点个数所对应的空间
- diff
  
  代码中对于buffer_size的计算方式是：diff = data[0] * pwm_full_num / (0xFFFF)，这里data[0]是第一个实际数据（short类型）
  1
  data / 2^{16} = diff / pwm\_full\_num
  实际数据占最大数据的百分比 = （diff）占总共pwm个数的百分比

PWM放音实现

pwm放音本身没有时钟进行同步，在音频播放的时候可能导致两个时间间隔内出现断音的情况。

这个问题出现的原因可能有：系统中进程线程调度的问题，当系统调度时间长或者系统资源紧张的时候，如果pwm缓冲区没有及时准备好数据则导致断音的出现；

对于PWM放音代码上需要采取的策略为：软件层面提供数据，硬件来保证同步关系。具体实施方案如下：整体分为两部分，PWM驱动层使用若干Descriptor串成一个环，启动DMA之后循环传输，没传输完成一个Desc来一次中断。应用层则是调用PWM驱动提供的接口写数据，而该接口在PWM 驱动中需要做到当Circle Buffer有空间的时候才能写数据否则就wait，直到dma中断到来

FAQ

PWM音频有底噪？
- 提高PWM频率。保证PWM的频率在20kHz以上，对于部分噪声可以滤除
- 降低功放增益倍数。根据DataSheet调整终端电阻的阻值减小功放增益倍数，或者联系厂商取到一个最合理的值。
- 硬件电路优化。是否需要增加增加去耦电容、是否需要进行阻抗匹配、是否喇叭质量存在问题等等

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