創(chuàng)新的數(shù)字總線架構(gòu)降低音頻系統(tǒng)成本

汽車制造商努力使未來(lái)幾代汽車比其前輩更安全、更智能、更省油。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，隨著越來(lái)越多的電子控制單元（ECU）被部署在車輛中，電子系統(tǒng)的數(shù)量和復(fù)雜性不斷增加，從而實(shí)現(xiàn)新的特性和功能，如智能無(wú)線電連接、道路噪聲消除（RNC）、個(gè)人音頻區(qū)域（PAZ）、車載通信（ICC）和自動(dòng)駕駛。隨著ECU數(shù)量的增加，在各種ECU之間提供連接的所需電纜線束的重量和成本也在增加。這種增加的重量反過(guò)來(lái)又降低了車輛的燃油效率，這讓汽車制造商非常懊惱。

汽車制造商必須在提供先進(jìn)、功能豐富的信息娛樂(lè)系統(tǒng)的愿望與遵守政府規(guī)定的燃油效率標(biāo)準(zhǔn)的需求之間取得平衡。減輕現(xiàn)有電纜線束的重量可以顯著提高燃油效率。

現(xiàn)狀

傳統(tǒng)上，汽車音頻ECU通過(guò)單獨(dú)的模擬電纜或現(xiàn)有的數(shù)字總線架構(gòu)進(jìn)行連接，這兩者都存在局限性、低效率和不必要的費(fèi)用。使用模擬布線的汽車音響系統(tǒng)需要為每個(gè)音頻信號(hào)或通道使用專用的、昂貴的屏蔽電纜。在當(dāng)今的高端音頻系統(tǒng)中，通過(guò)支持多聲道（5.1 或 7.1）杜比或 DTS 解碼，所需的電纜數(shù)量迅速增加。此外，所需的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）和數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）會(huì)增加系統(tǒng)總成本，同時(shí)引入音頻性能下降的潛在領(lǐng)域。

MOST或以太網(wǎng)AVB等數(shù)字總線標(biāo)準(zhǔn)已廣泛應(yīng)用于當(dāng)前一代信息娛樂(lè)系統(tǒng)，因?yàn)樗鼈兇蟠蠛?jiǎn)化了與模擬實(shí)現(xiàn)相關(guān)的布線復(fù)雜性。然而，MOST和以太網(wǎng)AVB增加的性能和靈活性帶來(lái)了昂貴的微控制器管理其相關(guān)軟件協(xié)議棧的額外成本。此外，這些數(shù)字總線架構(gòu)本質(zhì)上是不確定的，具有節(jié)點(diǎn)之間的可變系統(tǒng)延遲?，F(xiàn)有數(shù)字總線架構(gòu)中的這一基本缺陷對(duì)于延遲敏感的語(yǔ)音和基于語(yǔ)音的應(yīng)用（如 ANC/RNC 和 ICC）是不可接受的。

介紹汽車音頻總線

汽車音頻總線（或?2B）是ADI公司的一項(xiàng)創(chuàng)新應(yīng)用調(diào)諧技術(shù)，經(jīng)證明可將線束重量減輕多達(dá)75%，同時(shí)提供高保真數(shù)字音頻。一個(gè)?2B針對(duì)音頻應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化，可提供相對(duì)于模擬連接的卓越音頻質(zhì)量，與現(xiàn)有數(shù)字總線標(biāo)準(zhǔn)相比，總系統(tǒng)成本要低得多。在最簡(jiǎn)單的形式中，A2B 是高帶寬 （50 Mbps） 數(shù)字總線，能夠傳輸 I2S 音頻和我2C 使用單根 2 線非屏蔽雙絞線電纜在很長(zhǎng)的距離內(nèi)控制數(shù)據(jù)以及時(shí)鐘和電源 - 節(jié)點(diǎn)之間長(zhǎng)達(dá) 15 m，整個(gè)菊花鏈之間長(zhǎng)達(dá) 40 m。

汽車音頻總線基礎(chǔ)知識(shí)

從實(shí)現(xiàn)的角度來(lái)看，A2B 是單主、多從線拓?fù)洹?a target="_blank">AD2428W與兩款功能精簡(jiǎn)、成本更低的衍生產(chǎn)品AD2427W和AD2426W一起構(gòu)成了最新的引腳兼容增強(qiáng)型A系列。2B 收發(fā)器。這些最新推出的產(chǎn)品支持單個(gè)主節(jié)點(diǎn)的菊花鏈，加上多達(dá) 10 個(gè)從節(jié)點(diǎn)，與第一代 A 相比增加了 20%2B 產(chǎn)品，如圖 1 所示。這種菊花鏈功能允許最大 A2B 距離可達(dá) 40 m，各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間支持長(zhǎng)達(dá) 15 m。使用線拓?fù)涠皇?a target="_blank">環(huán)形拓?fù)涫?A 的重要元素2B 技術(shù)與整體系統(tǒng)完整性和穩(wěn)健性有關(guān)。如果 A 的一個(gè)連接2B菊花鏈被破壞，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)不會(huì)崩潰。只有故障連接下游的節(jié)點(diǎn)會(huì)受到故障的影響，而 A 固有的嵌入式診斷2B技術(shù)能夠隔離故障源，發(fā)出中斷信號(hào)以啟動(dòng)糾正措施。

圖1.A2B 汽車音頻收發(fā)器功能框圖。

該 A2與現(xiàn)有的數(shù)字總線架構(gòu)相比，B 主從線路拓?fù)浔举|(zhì)上是高效的。在簡(jiǎn)單的總線發(fā)現(xiàn)過(guò)程之后，無(wú)需額外的處理器干預(yù)即可管理正常的總線操作。作為唯一 A 的額外好處2B 架構(gòu)，系統(tǒng)延遲是完全確定的（2 周期延遲），與音頻節(jié)點(diǎn)在 A 上的位置無(wú)關(guān)2B巴士。此功能對(duì)于語(yǔ)音和音頻應(yīng)用（如 ANC/RNC 和 ICC）極其重要，在這些應(yīng)用中，來(lái)自多個(gè)遠(yuǎn)程傳感器的音頻樣本必須以時(shí)間對(duì)齊的方式進(jìn)行處理。

AD2428W、AD2427W和AD2426W A2B 收發(fā)器通過(guò)單根 2 線 UTP 電纜提供音頻、控制、時(shí)鐘和電源。由于各種原因，這降低了整體系統(tǒng)成本：

與傳統(tǒng)實(shí)現(xiàn)相比，物理導(dǎo)線的數(shù)量減少了。

與更昂貴的屏蔽電纜相比，實(shí)際電線本身可以是成本更低、重量更輕的 UTP。

最重要的是，對(duì)于特定用例，A2B 技術(shù)提供幻象電源功能，可為 A 上的音頻節(jié)點(diǎn)提供高達(dá) 300 mA 的電流2B 菊花鏈。這種幻象電源功能消除了音頻ECU對(duì)本地電源的需求，從而進(jìn)一步降低了系統(tǒng)總成本。

A 提供的總 50 Mbps 總線帶寬2B 技術(shù)支持多達(dá) 32 個(gè)上行和多達(dá) 32 個(gè)下行音頻通道，使用標(biāo)準(zhǔn)音頻采樣率（44.1 kHz 和 48 kHz）和通道寬度（12 位、16 位、24 位）。這為各種音頻 I/O 設(shè)備提供了極大的靈活性和連接性。在音頻ECU之間保持完全數(shù)字的音頻信號(hào)鏈可確保保留最高質(zhì)量的音頻，而不會(huì)通過(guò)ADC/DAC轉(zhuǎn)換引入音頻降級(jí)的可能性。

如前所述，系統(tǒng)級(jí)診斷是 A 的重要組成部分2B技術(shù)。全部 A2B 節(jié)點(diǎn)能夠識(shí)別各種故障情況，包括開路、導(dǎo)線短路、導(dǎo)線反接或?qū)Ь€與電源或接地短路。從系統(tǒng)完整性的角度來(lái)看，此功能非常重要，因?yàn)樵陂_路、導(dǎo)線短路或?qū)Ь€反轉(zhuǎn)故障的情況下，A2B 節(jié)點(diǎn)在故障上游仍完全正常運(yùn)行。診斷功能還可以有效隔離系統(tǒng)級(jí)故障，從經(jīng)銷商/安裝商的角度來(lái)看，這一點(diǎn)至關(guān)重要。

設(shè)計(jì)一個(gè) A2使用SigmaStudio大大簡(jiǎn)化了B支持系統(tǒng)的過(guò)程?圖形設(shè)計(jì)環(huán)境—與支持ADI公司SigmaDSP和SHARC處理器系列的開發(fā)工具相同。SigmaStudio 提供初始化 A 的功能??2B 通過(guò)用戶友好、行業(yè)領(lǐng)先的工具鏈將所有寄存器聯(lián)網(wǎng)和配置。一個(gè)2B總線帶寬計(jì)算器和誤碼率測(cè)試（BERT）也包含在SigmaStudio環(huán)境中。廣泛的全功能評(píng)估系統(tǒng)可用于快速制作實(shí)際 A 的原型2B網(wǎng)絡(luò)，便于早期系統(tǒng)概念驗(yàn)證、測(cè)試、驗(yàn)證和調(diào)試。

目標(biāo)市場(chǎng)和應(yīng)用

各種各樣的市場(chǎng)，無(wú)論是成熟的還是新興的，都將受益于A提供的效率。2B技術(shù)。目標(biāo)應(yīng)用包括：

音頻ECU（音響主機(jī)和高級(jí)音頻放大器）連接

用于免提/語(yǔ)音識(shí)別/車載通信的麥克風(fēng)陣列

主動(dòng)降噪、道路降噪

個(gè)人音頻區(qū)域/有源揚(yáng)聲器

電子呼叫和遠(yuǎn)程信息處理系統(tǒng)

自動(dòng)駕駛系統(tǒng)

自動(dòng)泊車系統(tǒng)

生命體征監(jiān)測(cè)

智能無(wú)線電連接

音頻ECU連接是一個(gè)有吸引力的成熟應(yīng)用領(lǐng)域，其中2B 已經(jīng)部署在量產(chǎn)車輛中。在一個(gè)簡(jiǎn)單的示例中，如圖 2 所示。當(dāng)音響主機(jī)連接到高級(jí)干線放大器時(shí)，A2B 消除了對(duì)多聲道音頻以及 NAV、手機(jī)和鈴聲的單獨(dú)電線的需求。A2B 用低成本的單根 2 線 UTP 電纜取代所有這些電線，該電纜已經(jīng)過(guò)測(cè)試并確認(rèn)通過(guò)了最嚴(yán)格的汽車 EMC 和 EMI 兼容性要求。

高效且經(jīng)濟(jì)高效的麥克風(fēng)連接是推動(dòng)各種用例和應(yīng)用的設(shè)計(jì)優(yōu)先事項(xiàng)。藍(lán)牙連接和免提/語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)是標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，eCall系統(tǒng)在某些地區(qū)已經(jīng)是強(qiáng)制性的。從OEM的角度來(lái)看，趨勢(shì)是轉(zhuǎn)向單獨(dú)配置或作為模塊配置的多麥克風(fēng)（兩到四個(gè)）系統(tǒng)。在任何一種情況下，使用?2與模擬連接相比，B 技術(shù)的整體系統(tǒng)成本顯著降低，尤其是在多麥克風(fēng)陣列中。每個(gè) A2B 收發(fā)器最多可支持 4 個(gè) PDM 輸入麥克風(fēng)，無(wú)需在 4 麥克風(fēng)陣列中使用 4 根麥克風(fēng)線中的 3 根。

道路噪音消除是更廣泛的ANC應(yīng)用領(lǐng)域的衍生產(chǎn)品，現(xiàn)在許多汽車制造商正在研究。在寬帶ANC中，可以消除與參考輸入諧波相關(guān)的音調(diào)，以及一些非諧波相關(guān)或隨機(jī)音調(diào)。這些參考輸入通常通過(guò)物理分布在車輛周圍的加速度計(jì)提供，最常見的是在四個(gè)輪艙中。寬帶ANC系統(tǒng)的其他輸入將來(lái)自錯(cuò)誤麥克風(fēng)，分布在車輛內(nèi)部，每個(gè)乘客安靜區(qū)需要一個(gè)。傳統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案使用從每個(gè)加速度計(jì)/麥克風(fēng)到寬帶ANC處理單元的專用模擬連接。顯然，這種方法在布線成本/復(fù)雜性以及處理單元上的連接器面積方面都可能令人望而卻步。所有這些問(wèn)題都使用 A 解決2B 實(shí)現(xiàn)。

A2B也可以被認(rèn)為是需要經(jīng)濟(jì)高效的傳感器連接的新興應(yīng)用的使能技術(shù)。自動(dòng)駕駛、生命體征監(jiān)測(cè)和自動(dòng)泊車系統(tǒng)等應(yīng)用，目標(biāo)是在2020年及以后投產(chǎn)，都可以從A提供的特性、功能、簡(jiǎn)單性和上市時(shí)間優(yōu)勢(shì)中受益。2B技術(shù)。

總結(jié)

A2B 是一種數(shù)字總線架構(gòu)，可為布線密集型音頻和控制應(yīng)用提供優(yōu)化的功能集、性能水平和系統(tǒng)成本。

A2B提供相對(duì)于模擬連接的卓越音頻質(zhì)量，同時(shí)提供更昂貴的數(shù)字總線架構(gòu)的可擴(kuò)展性。

A2B在各種汽車應(yīng)用中提供低風(fēng)險(xiǎn)解決方案。

A2自 2016 年以來(lái)，基于 B 的系統(tǒng)已經(jīng)部署，已經(jīng)出貨了超過(guò) 2M 個(gè)系統(tǒng)。

AD2428W與特性/成本更低的衍生產(chǎn)品AD2427W和AD2426W代表了功能增強(qiáng)型A的最新發(fā)展2B型收發(fā)器，計(jì)劃實(shí)現(xiàn)更高的集成度和性能。

審核編輯：郭婷