1.引言

DFSDM 全称为 Digital filter for sigma delta modulators。顾名思义，其作用主要是对外部 Σ∆调制的数字信号进行滤波。STM32L462xx 系列支持最多 4 个外部串行通道，2 个数字滤波器，最大可达到 24bit 的 ADC 分辨率。并且支持 SPI 接口和曼切斯特编码 1-wire接口。

3 d! Z1 p- a3 B: y2 ~) |) o, |
5 m, Z! H2 i1 Q0 W/ y1 i" b

2.问题分析

客户使用 STM32L462xx 的 DFSDM 连接数字麦克风，将麦克风的 PDM 信号转化为 PCM 信号，并采集数据。使用的参数为 16KHz 采样，2M 左右的时钟驱动数字麦克风，能够正常读取麦克风数据。了解到他们所使用的数字麦克风可以使用 768K 时钟驱动，从而达到更低功耗的状态，但是客户无法配置出合适的时钟，即使勉强配置到了768K 附近，通过 DFSDM 采集到的数据也是混乱的，完全无法解析。

了解到基本需求后，我们需要对 DFSDM 的时钟有一定了解。从 RM0394 参考手册中可以找到如下内容：

$ a- Q6 p! \: T% c! r5 W

DFSDM 可以提供一个时钟用于驱动外部 sigma delta 调制器，并且时钟来源可以是DFSDM 时钟或者 Audio 时钟，其中 Audio 时钟就是 SAI1 的时钟。

在处理和时钟相关的配置问题时，强烈建议使用 CubeMX 的时钟配置界面进行配置。我们先来看下客户用于驱动外部数字麦克风的时钟配置。

+ J: @+ c- U: l# q

从图中可以看出，DFSDM 的时钟为 36MHz，来自 PCLK2。SAI1 的时钟约为 34.29MHz来自 PLLSAI1P。

( |5 W1 v" K! _7 k+ {. J# J

这是关于 DFSDM 输出时钟的代码片段，可以看到使用了 AUDIO 的时钟作为输出，并且使用 17 分频，那么最终驱动数字麦克风的时钟为 34.29/17≈2.02MHz。

再来看看滤波器部分参数的设计：

4 m  T7 t  e, s2 \

其中，使用了 4 阶 SINC 滤波，过采样参数为 128，那么 2.02MHz/128≈16KHz。也就是说这种配置参数下，可以接近 16KHz 的采样率来对音频数据采样。

客户想要将麦克风驱动时钟重新配置为 768K，但只考虑修改 Divider 和 Oversampling 参数是配置不出来的。

3.问题解决

我们可以反过来推，要想获得 16KHz 采样率，768KHz 的时钟，首先需要满足以下公式：768K/ Oversampling = 16K， 那么 Oversampling=48。Oversampling 这个参数是比较好确定的，而 768K 来自于 CLK_SAI1/Divider， 这两个参数目前无法确定，其中 CLK_SAI1 又来自于 PLLSAI1P，它由 PLLSAI1_N, PLLSAI1_P 两个系数决定。也就是说要想获得 768K 的时钟，需要把这些参数都配置为合适的值。到这一步，实际上没有直接的公式可以求下去了，只能自己测试并调整，建议可以先将 Divider 定好，然后通过 CLK_SAI1/Divider=768K 就可以求出CLK_SAI1 的值，将这个值手动输入到 Cubemx 的时钟配置界面可以自动求出合适的

PLLSAI1_N, PLLSAI1_P 系数，这样可以大大减少调整时间。如果无法求出合适的值，CubeMX也会进行提示，那么只能重新换 Divider 来测试了。

最终调试下来的值如下图所示：

% y6 e$ `/ Q4 y! M/ {

. t$ u+ }: w/ f* w* P+ e

我选择的 Divider=50，那么可以算出CLK_SAI1=50*768K=38.4MHz，输入到上图界面中可以得到 PLLSAI1_N=12, PLLSAI1_P=5。

至此，已经可以正确得到 768KHz 的时钟驱动麦克风了，但是目前仍然无法获取到准确的音频数据。

由于前面修改了 Oversampling，该参数会影响采样值。在参考手册中可以找到下表：

- k; B$ N) ~2 W) e! N; M% p& _

从表中可以看到，之前是 FOSR=128，Sinc4，对应的数值为+/-268435456，但是DFSDM 的数据寄存器只有 24bit，2^23<268435456 的，也就是说需要进行移位，只能以损失精度为代价进行转换。客户代码中有以下配置：

数据需要右移 5 位保存到数据寄存器，那么现在我们的 FOSR 修改为了 48，对应上表可以看到数值是比较小的，不需要移位处理，所以改为：

到这里，我们需要修改的内容就全部结束了。将这些修改内容通知客户，让其进行测试，测试结果也比较满意。

) I7 g5 B1 a& e6 r5 c0 y

小结

DFSDM 在数字音频应用中比较常见，主要用于将数字麦克风的 PDM 信号转换为PCM 信号，如果没有DFSDM 外设，就只能使用软件库进行转化，效率比较低。当然，也可以用于一些模拟信号的采集，需要外部 Sigma Delta 调制器调制好之后再进行滤波，这样得到的 ADC 精度要比通用的 ADC 精度更高，在要求高精度 ADC 的场合，不失为一种较好的方案。

: Y/ U( F5 t* X! b" ]3 I/ _