我来说说究竟什么是“USB异步传输” (Asynchronous USB)吧

讨论贴：

http://www.erji.net/read.php?tid=767228&fpage=0&toread=&page=1

参考资料：

http://www.usbdacs.com/Concept/Concept.html

A:

废话不多说，直奔主题吧。

对于USB音频传输，有一个规范，叫做“标准USB音频规范”。这个规范有什么用处和好处？
它的用处就在于，实现了以USB接口实时传输音频信号。（汗）
它的好处就在于，直接集成在WINDOWS系统内，也就是说，只要符合这个规范的USB音频产品，WINDOWS系统内的集成驱动就能直接支持，而不用厂商另外开发驱动程序。相反，如果某款USB音频产品有自己的驱动程序，那么它就是不支持这个规范的。（但不表示这个产品就不好，自己开发驱动本身是有研发实力的表现。）

在这个标准USB音频规范下，有三种传输模式：同步、自适应，和异步。
同步：标准的同步模式其实很少见，基本不太用到的，这里省略。
自适应：大多数的产品（比如TI PCM270X、PCM290X系列）都是用的自适应传输模式。
异步：这里的异步，才真正是AYRE QB9所大肆宣传的异步USB传输模式。
所以严格来说，所谓“异步USB传输”，有个大前提，就是在标准USB音频规范下而言。

那么自适应传输模式和异步传输模式到底有何区别呢？
这里先要了解一下USB音频处理的大致流程。电脑通过USB接口将音频数据流传递给DAC上的USB接收芯片，USB接收芯片一边接收数据，一边合成时钟信号，然后转化为标准的I2S或者SPDIF信号，再传递给后面的数据接收芯片，再之后的流程与一般的DAC就没有分别了。
而在这个过程中，影响USB音频音质的关键，就是USB接收芯片所合成的时钟信号。

在自适应模式下，USB接收芯片，在合成时钟信号的过程中，会根据USB传输速率的变化，对时钟信号进行实时的调整。也就是说，在这种情况下，USB传输速率的变化，会直接影响到合成的时钟信号。
举个夸张点的例子：比如现在播放一段44.1K的音频，当然就要求USB接收芯片合成一个44.1K的时钟。而这个44.1K的时钟，对应于USB传输的速率，比如，胡乱说一个，是200个数据包每秒。
也就是说，如果要让USB接收芯片稳定的合成44.1K 的时钟，USB传输速率，也必须稳定在200个数据包每秒。
但现在的问题是，USB传输的速度不可能这么稳定，也许这一秒传递了200个数据包，而下一秒，突然增加到了400个。而这个时候，USB接收芯片会怎么做?它会把实际合成的时钟，提高到88.2K。如果再下一秒的USB速率又变为100个数据包每秒，那么相应的合成时钟就变成了22.05K。当然，这是一个极端夸张的例子。
可是为什么USB接收芯片要这么做？很简单。因为如果USB接收芯片只是单纯的合成44.1K的时钟，每秒处理200个数据包，那么一旦真的收到了400个或者100个数据包，缓存就会溢出，或者断流。
所以，在自适应模式下，USB接收芯片所合成的时钟信号，是随USB口的传输速率实时变化的，传输速率是主，时钟信号为从，USB传输速率的变化直接影响到合成的时钟信号。那么可想而知，这个时钟信号的JITTER有多大。从而你也可以理解，为什么有人会说，换质量好的USB线能提高音质。

那么异步传输是怎么工作的呢？说起来更简单，USB接收芯片现在只需要稳定的合成44.1K的时钟，也就是说，现在这个时钟与USB传输速率无关了。
可是如果这样的话，缓存的问题怎么解决？答案是，软件控制。通过一套软件，根据缓存的负载情况，实时的控制USB口的传输速率，从而保证缓存不会溢出或者断流。在这种情况下，时钟信号为主，传输速率为从，时钟信号不受传输速率变化的影响，理论上这时的JITTER源，就只有工作晶振本身的误差了。

这个方案，就是AYRE QB9所大肆宣传的“异步USB传输”模式。它的实现方式，就是通过TAS1020B这块芯片，配合本地的6M晶振，还有关键的控制传输速率的固件，来完成。
而TAS1020B这块芯片，是一块可编程的芯片，并不是说用了这块芯片就一定是异步USB传输。DAC1 USB，DA11用的也是这块芯片，但都只用到了它 的自适应模式，关键还是看固件怎么写。所以从某种程度上来说，现在的DAC设计，比拼的已经不是硬件，而是软件了。

B:

USB声卡的播放流程是这样的

在主机应用程序中播放音乐前，USB声卡就会从主机端收到如下的两个包：Setup包 和 控制数据包

　　根据USB音频类协议分解Setup包，可以得知，本次控制传输的作用是设置USB声卡的采样频率，那么在播放音乐前，必须把I2S控制器的采样频率做相应的设置。才能和主机端保持同步。

这是在主机开始播放音乐时做的事。

然后在播放过程中

USB音频类规定的USB同步传输周期为1ms，每隔1ms，USB设备就会收到一次主机传来的数据。而USB设备会在接收缓存中暂时性的存储这些数据。（TAS1020B的接受缓存刚好能存储24BIT/96K的数据）然后再进行处理，然后送到I2S控制器。在这个过程中，USB1.1因为带宽和优先度的原因，系统其他操作比较繁忙的时候容易出现丢包的状况，在丢包的状况下，USB芯片会把生成一个空数据包（就是全部都是0000000）。因此USB1.1的USB声卡经常出现小爆音。

异步模式的USB DAC中，I2S控制器自己生成时钟，然后向USB芯片发出反馈，USB芯片再对音频数据流进行采样的转换（SRC），转换成I2S控制器所需要的采样，再发给I2S控制器。这时I2S控制器的时钟是自己生成的。没有和USB总线时钟同步，所以很在接收USB处理后的数据时，容易受时钟误差和抖动等影响。在《USB协议及规范》中这样的处理是十分不推荐的。
“Such slips/stuffs will cause audible degradation in audio applications. ”


自适应模式的USB DAC中，USB芯片会对数据包进行处理，根据播放开始前主机端发来的采样信息，加进数据包中，而I2S信号控制器在读取数据包后，会根据采样信息建立相应的时钟，并解包，装载音频数据。

就从USB本身的协议来看，作为“目的”端来说，自适应模式无疑比异步模式更加适合音频。


从电路上来看，QB9是通过FPGA读取播放前主机发来的采样格式信号，然后选择相应频率的时钟，在FPGA上对TAS1020B输出的信号进行时钟重整。而TAS1020B异步模式时所采用的时钟依然是内置的时钟。









参考资料：

《USB协议及规范》
《USB Audio Class协议规范》

同步类型

          ——异步：不同步、但目的（sink）能提供数据速率反馈

          ——同步：同步到USB的SOF时钟

          ——可调：用反馈或feed forward 的数据速率信息实现同步