如何A2B技術(shù)和數(shù)字麥克風(fēng)在新興汽車應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)卓越性能

作者：Ken Waurin, Dietmar Ruwisch, and Yu Du

這篇文章關(guān)于汽車音頻總線（A?2B）技術(shù)解釋了數(shù)字麥克風(fēng)和連接技術(shù)的最新進(jìn)展。這些創(chuàng)新使未來幾代車輛信息娛樂系統(tǒng)能夠迅速采用改變游戲規(guī)則的應(yīng)用。?

市場和應(yīng)用前景

在汽車車內(nèi)電子領(lǐng)域，越來越明顯的是，隨著汽車制造商試圖使其車輛在競爭中脫穎而出，音頻、語音和聲學(xué)相關(guān)應(yīng)用的范圍正在迅速擴(kuò)大。此外，隨著普通消費(fèi)者越來越精通技術(shù)，他們對駕駛體驗(yàn)和與車輛的個(gè)人互動(dòng)水平的期望正在顯著擴(kuò)大。家庭影院質(zhì)量的音響系統(tǒng)在所有車輛價(jià)位上都很常見，現(xiàn)在正在通過復(fù)雜的免提 （HF） 和車載通信 （ICC） 系統(tǒng)得到增強(qiáng)。此外，主動(dòng)和道路降噪（ANC/RNC）系統(tǒng)過去只部署在頂級高檔車輛中，現(xiàn)在正在進(jìn)入更主流、更實(shí)惠的細(xì)分市場。展望未來，基于聲音或聲學(xué)的技術(shù)將成為4級/5級自動(dòng)駕駛汽車發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元（ECU）的關(guān)鍵組成部分，因?yàn)樗鼈冊噲D檢測緊急車輛的存在。

將所有這些傳統(tǒng)和新興應(yīng)用聯(lián)系在一起的共同點(diǎn)是對高性能聲學(xué)傳感技術(shù)（如麥克風(fēng)和加速度計(jì)）的依賴。由于幾乎所有新興應(yīng)用都需要多個(gè)聲學(xué)傳感器（如麥克風(fēng)（或麥克風(fēng)陣列））來實(shí)現(xiàn)最佳系統(tǒng)級性能，因此需要一種簡單經(jīng)濟(jì)高效的互連技術(shù)來確保將總系統(tǒng)成本降至最低。從歷史上看，缺乏麥克風(fēng)優(yōu)化的互連技術(shù)一直是汽車制造商的一個(gè)重大痛點(diǎn)，因?yàn)槊總€(gè)麥克風(fēng)都需要使用昂貴且沉重的屏蔽模擬電纜直接連接到處理單元。這些增加的成本——主要是在實(shí)際布線方面，其次是在增加重量和降低燃油效率方面——在許多情況下阻礙了這些應(yīng)用的廣泛采用，或者至少將它們限制在超高端領(lǐng)域。事實(shí)證明，數(shù)字麥克風(fēng)和連接技術(shù)的最新進(jìn)展是未來幾代車輛信息娛樂系統(tǒng)中迅速采用改變游戲規(guī)則的應(yīng)用的推動(dòng)因素。一個(gè)2B技術(shù)將有所作為。

傳統(tǒng)模擬麥克風(fēng)的實(shí)現(xiàn)和限制

大多數(shù)國家/地區(qū)禁止在操作車輛時(shí)使用手持手機(jī)，而支持藍(lán)牙的免提設(shè)備已成為幾乎所有車輛的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。提供多種免提解決方案，從包含揚(yáng)聲器和麥克風(fēng)的簡單獨(dú)立單元到完全集成在車輛信息娛樂系統(tǒng)中的高級解決方案。直到最近，大多數(shù)免提系統(tǒng)都是以非常相似的方式實(shí)現(xiàn)的。它們僅由一個(gè)（很少兩個(gè)）麥克風(fēng)組成，相關(guān)的麥克風(fēng)技術(shù)是已有50年歷史的駐極體電容麥克風(fēng)（ECM）類型。傳輸音頻的語音質(zhì)量通常不令人滿意，特別是在簡單的獨(dú)立單元中，麥克風(fēng)和說話者嘴巴之間的距離可能相當(dāng)大。如果麥克風(fēng)盡可能靠近嘴巴安裝（例如，在車輛的車頂內(nèi)襯中），則可以提高通信質(zhì)量。但是，在這種情況下，如果要平等地支撐駕駛員和乘客，則兩個(gè)前排座椅都需要單獨(dú)的麥克風(fēng)。?

典型的汽車ECM是在單個(gè)外殼中將ECM話筒頭與小型放大器電路相結(jié)合的器件。該放大器提供電壓電平的模擬信號，允許通過幾米長的電線傳輸，這是典型汽車裝置的要求。如果沒有放大，原始ECM信號對于這樣的導(dǎo)線長度來說太低，因?yàn)樾旁氡龋⊿NR）會由于導(dǎo)線上的電磁干擾而下降太遠(yuǎn)。即使是放大的信號也需要屏蔽布線，這通常是一根帶有偏置 （8 V） 的 2 線電纜，為麥克風(fēng)設(shè)備供電。鑒于這樣的布線要求，很明顯，由于重量和系統(tǒng)成本的限制，主流車輛中使用的ECM設(shè)備數(shù)量受到限制。

ECM為數(shù)不多的優(yōu)點(diǎn)之一是其內(nèi)置的聲學(xué)方向性，通常被調(diào)整為超心形或超心形指向性模式（MEMS麥克風(fēng)也可以是單向的，但通常需要更復(fù)雜的聲學(xué)設(shè)計(jì)）。通常，可以實(shí)現(xiàn) 10 dB 或更高的向后衰減，其中“向后”表示朝向擋風(fēng)玻璃的方向，僅產(chǎn)生噪聲（即沒有所需的信號，例如說話者的聲音）。在所需信號的輸入方向上具有更高的靈敏度對于提高SNR非常有益。然而，定向ECM膠囊會帶來不必要的副作用，例如高通特性，即靈敏度在較低頻率下降低。這種高通響應(yīng)的3 dB截止頻率通常在300 Hz至350 Hz范圍內(nèi)。在HF技術(shù)的早期，這種高通行為是一個(gè)優(yōu)勢，因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)噪聲主要存在于較低頻率下，因此發(fā)動(dòng)機(jī)聲音已經(jīng)通過麥克風(fēng)衰減。但是，由于寬帶或HD電話可用，這種高通行為開始成為一個(gè)問題。在寬帶呼叫中，有效帶寬從 300 Hz 增加到 3400 Hz，增加到 100 Hz 到 7000 Hz。麥克風(fēng)的內(nèi)置高通濾波器使得有必要在后處理單元中放大100 Hz至300 Hz之間的信號，如果麥克風(fēng)首先要提供更好的音頻帶寬，則不需要這樣做。ECM技術(shù)的另一個(gè)缺點(diǎn)是靈敏度和頻率響應(yīng)方面的器件間差異很大。ECM相對較大的制造公差對于單個(gè)麥克風(fēng)應(yīng)用來說可能不是問題。但是，如果在小間距麥克風(fēng)陣列應(yīng)用中部署了多個(gè)麥克風(fēng)信號，則麥克風(fēng)之間的緊密匹配對于最佳陣列性能至關(guān)重要。在這種情況下，ECM幾乎無法使用。此外，從物理尺寸的角度來看，傳統(tǒng)的ECM話筒頭通常不適合小尺寸麥克風(fēng)陣列。

麥克風(fēng)陣列已經(jīng)經(jīng)歷了廣泛的適用性，包括在車輛中，因?yàn)榕c傳統(tǒng)的ECM相比，它們可以提供相似的，通常更優(yōu)越的方向性性能。有關(guān)聲音沖擊方向的空間信息可以使用組合在一個(gè)陣列中的兩個(gè)或多個(gè)合適的麥克風(fēng)從麥克風(fēng)信號中提取。這類算法通常被稱為波束成形（BF）。波束成形這個(gè)名稱是從相控陣天線技術(shù)的類比中借來的，其中無線電“波束”是由使用簡單的純線性濾波器和求和算法聚焦在某個(gè)方向上的天線陣列的發(fā)射形成的。雖然麥克風(fēng)陣列中沒有這樣的波束，但術(shù)語波束成形在傳聲器信號處理領(lǐng)域也變得非常普遍，它涵蓋了更廣泛的線性和非線性算法，比簡單的線性波束成形過程具有更高的性能和更大的靈活性。

除了BF處理之外，原始麥克風(fēng)信號幾乎總是需要后處理，因?yàn)槊總€(gè)HF麥克風(fēng)都會捕獲所需的語音信號和車廂等環(huán)境中的干擾。風(fēng)噪聲、道路噪聲和發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲會降低 SNR，揚(yáng)聲器播放的信號（通常稱為揚(yáng)聲器回聲）是不需要的信號的額外來源。為了減少這種干擾并提高語音質(zhì)量，需要復(fù)雜的數(shù)字信號處理技術(shù)，通常稱為回聲消除和降噪（AEC/NR）。AEC 從麥克風(fēng)中移除揚(yáng)聲器聲音，否則揚(yáng)聲器聲音將作為線路另一端講話者聲音的回聲傳輸。NR降低了恒定的驅(qū)動(dòng)噪聲，同時(shí)提高了發(fā)射信號的SNR。盡管國際電信聯(lián)盟（ITU）已經(jīng)發(fā)布了詳細(xì)的規(guī)范（例如ITU-T P.1100和P.1110），定義了HF系統(tǒng)的許多性能細(xì)節(jié)，但如果AEC/NR處理質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，則對運(yùn)營車輛呼叫中通信質(zhì)量的主觀印象可能不令人滿意。結(jié)合前面提到的BF算法，AEC / NR / BF捆綁包支持各種新應(yīng)用，所有這些都與某種程度的數(shù)字音頻信號處理有關(guān)。為了支持這些應(yīng)用，需要新一代麥克風(fēng)技術(shù)來克服傳統(tǒng)ECM的缺點(diǎn)。

數(shù)字MEMS麥克風(fēng)——技術(shù)和性能優(yōu)勢

微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)正迅速成為麥克風(fēng)的新行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)樗c傳統(tǒng)ECM相比具有許多優(yōu)勢。首先，MEMS可實(shí)現(xiàn)比現(xiàn)有ECM話筒頭更小尺寸的聲音傳感器。此外，將MEMS傳感器與模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）集成到單個(gè)IC中，可以產(chǎn)生一個(gè)數(shù)字麥克風(fēng)，為AEC/NR/BF處理提供信號。

我們也可以使用不帶集成ADC的模擬端口MEMS麥克風(fēng)，但它們與模擬ECM有許多相同的缺點(diǎn)，如果在傳統(tǒng)的2線模擬接口上工作，甚至需要比ECM更復(fù)雜的放大器電路。只有采用全數(shù)字接口技術(shù)，才能顯著緩解模擬線固有的干擾和SNR問題。此外，從生產(chǎn)的角度來看，MEMS是首選，因?yàn)镸EMS麥克風(fēng)可以比ECM膠囊具有更嚴(yán)格的規(guī)格差異，這對于BF算法很重要。最后，使用MEMS IC麥克風(fēng)，由于可以利用自動(dòng)安裝技術(shù)，從而大大降低了總體生產(chǎn)成本，因此大大簡化了制造過程。從應(yīng)用的角度來看，更小的外形尺寸是最大的優(yōu)勢，而且由于聲音入口端口非常小，MEMS麥克風(fēng)陣列幾乎可以隱形。傳感器的舷窗和聲音通道在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)質(zhì)量方面需要格外小心。如果聲學(xué)密封不緊密，來自內(nèi)部結(jié)構(gòu)的噪聲可能會到達(dá)傳感器，兩個(gè)傳感器之間的泄漏可能會降低BF算法的性能。與可以設(shè)計(jì)和制造為全向或定向的典型ECM話筒頭不同，MEMS麥克風(fēng)元件幾乎總是被制造成全向的（也就是說，它們沒有聲音接收的固有方向性）。因此，MEMS麥克風(fēng)是相位真全向聲壓傳感器，可為高級BF算法提供理想信號，其中衰減方向和波束寬度可通過軟件進(jìn)行用戶配置。

通常，將所有信號處理模塊分組到一個(gè)集成算法套件中非常重要。如果功能塊彼此隔離地實(shí)現(xiàn)，處理延遲將不必要地增加，并且整體系統(tǒng)性能將下降。例如，BF 算法應(yīng)始終與 AEC 一起實(shí)現(xiàn)，并且最好由同一提供商實(shí)現(xiàn)。如果BF算法對信號引入任何非線性效應(yīng)，AEC肯定會產(chǎn)生不令人滿意的結(jié)果。數(shù)字信號處理的理想結(jié)果最好通過接收未損壞的麥克風(fēng)信號的集成算法束來實(shí)現(xiàn)。

下面詳細(xì)比較了標(biāo)準(zhǔn)線性BF和ADI專有算法，以充分了解高級BF算法的性能潛力。圖1中的曲線顯示了三種不同的BF算法，涉及波束內(nèi)和波束外方向的極性特性和頻率響應(yīng)?；?麥克風(fēng)陣列的標(biāo)準(zhǔn)線性超心形算法作為基準(zhǔn)（黑色曲線）。基準(zhǔn)曲線顯示了典型零角度方向的最大衰減（即最大離束衰減）和 180° 處的“后瓣”，其中離束衰減較低。由此產(chǎn)生的后瓣是線性算法中波束寬度的權(quán)衡。心形光束（未顯示）的最大衰減正好為 180°;然而，其接受區(qū)域比超心形或超心形配置更寬。使用非線性算法方法可以實(shí)現(xiàn)具有不太顯著的后瓣和較高波束衰減的波束，紅色曲線顯示ADI專有的此類2-mic算法（麥克風(fēng)間距：20 mm）。

圖1.不同BF算法的極性衰減特性.

在一個(gè)陣列中有兩個(gè)全向麥克風(fēng)時(shí)，波束形狀始終存在旋轉(zhuǎn)對稱性。換句話說，極坐標(biāo)圖中X°處的衰減與360°-X°處的衰減相同。這假設(shè)極坐標(biāo)圖的 0° 到 180° 線等效于連接兩個(gè)麥克風(fēng)的假想線。通過圍繞該麥克風(fēng)軸旋轉(zhuǎn)2D極坐標(biāo)圖，可以想象三維光束形狀。沒有旋轉(zhuǎn)對稱性的不對稱波束形狀或更窄的波束需要至少三個(gè)呈三角形排列的麥克風(fēng)。例如，在典型的頭頂控制臺安裝中，2 麥克風(fēng)陣列可以衰減擋風(fēng)玻璃的聲音。但是，在這樣的方向上，2 麥克風(fēng)陣列無法區(qū)分駕駛員和乘客。將陣列旋轉(zhuǎn)90°將使駕駛員/乘客的這種區(qū)分成為可能，但擋風(fēng)玻璃的噪音無法與機(jī)艙內(nèi)的聲音區(qū)分開來。擋風(fēng)玻璃噪聲衰減和駕駛員/乘客區(qū)分只能使用陣列中配置的三個(gè)或更多全向麥克風(fēng)來實(shí)現(xiàn)。ADI專有的3麥克風(fēng)算法的示例性極性特性如圖1中的綠色曲線給出，其中麥克風(fēng)排列在間距為20 mm的等邊三角形中。

極坐標(biāo)圖是用從不同角度到達(dá)麥克風(fēng)陣列的帶限白噪聲計(jì)算的。音頻帶寬限制為 100 Hz 至 7000 Hz，這是最先進(jìn)的手機(jī)網(wǎng)絡(luò)的寬帶（或高清語音）帶寬。圖2比較了不同算法類型的頻率響應(yīng)曲線。在波束內(nèi)方向，正如預(yù)期的那樣，所有算法的頻率響應(yīng)在所需的音頻帶寬內(nèi)都是平坦的。計(jì)算光束外半空間（90°至270°）的光束外頻率響應(yīng)，確認(rèn)在寬頻率范圍內(nèi)具有高光束外衰減。

圖2.不同BF算法的波束內(nèi)（虛線）和波外（粗線）頻率響應(yīng)。

陣列麥克風(fēng)間距與音頻帶寬與采樣率之間的關(guān)系值得進(jìn)一步討論。寬帶高清語音使用16 kHz的采樣率，是語音傳輸?shù)牟诲e(cuò)選擇。當(dāng)前的16 kHz寬帶采樣率和8 kHz之間的語音質(zhì)量和語音清晰度存在巨大差異，后者用于前幾代窄帶系統(tǒng)。在語音識別提供商的推動(dòng)下，對更高采樣率（例如 24 kHz 或 32 kHz）的需求不斷增長。在語音頻段應(yīng)用的采樣率應(yīng)高達(dá)48 kHz（通常是主要系統(tǒng)音頻采樣率）的情況下，可以找到規(guī)格。潛在的動(dòng)機(jī)是避免任何內(nèi)部采樣率轉(zhuǎn)換。然而，支持這些高采樣率所需的額外計(jì)算資源不能用切實(shí)的聽覺優(yōu)勢來證明，因此16 kHz或24 kHz現(xiàn)在被廣泛接受為大多數(shù)語音頻段應(yīng)用的推薦采樣率。

高采樣率對于BF應(yīng)用來說是有問題的，因?yàn)榭臻g混疊發(fā)生在等于聲速除以麥克風(fēng)間距兩倍的頻率下?？臻g混疊是不可取的，因?yàn)樵谶@種混疊頻率下不可能出現(xiàn)BF。如果麥克風(fēng)間距限制在 21 mm 或更小，則可以避免寬帶系統(tǒng)（16 kHz 采樣率）的空間混疊。較高的采樣率需要較小的間距以避免空間混疊。然而，麥克風(fēng)間距過小也是不可取的，因?yàn)辂溈孙L(fēng)容差，尤其是麥克風(fēng)傳感器的固有（非聲學(xué)）噪聲可能會成為一個(gè)問題。如果間距很小，陣列麥克風(fēng)之間的信號差異就會變得很小，并且麥克風(fēng)之間的固有噪聲和靈敏度偏差等干擾可能會壓倒麥克風(fēng)之間的信號差異。實(shí)際上，麥克風(fēng)間距不應(yīng)小于 10 毫米。

一個(gè)2B 技術(shù)概述

一個(gè)2B技術(shù)專為簡化新興汽車麥克風(fēng)和傳感器密集型應(yīng)用中的連接挑戰(zhàn)而開發(fā)。從實(shí)現(xiàn)的角度來看，A2B 是單主、多子節(jié)點(diǎn)（最多 10 個(gè)）線路拓?fù)?。第三?A2目前全面生產(chǎn)的B型收發(fā)器由五個(gè)系列成員組成，均提供汽車、工業(yè)和消費(fèi)類溫度范圍。全功能AD2428W以及四種功能縮減、成本更低的衍生產(chǎn)品（AD2429W、AD2427W、AD2426W和AD2420W）構(gòu)成了ADI最新的引腳兼容、增強(qiáng)型A系列。2B 收發(fā)器。

AD2427W和AD2426W提供精簡（僅子節(jié)點(diǎn)）功能，主要面向免提、ANC/RNC或ICC等麥克風(fēng)連接應(yīng)用。AD2429W和AD2420W均為入門級A級2與全功能同類產(chǎn)品相比，B 類衍生產(chǎn)品具有顯著的成本優(yōu)勢，特別適合對成本敏感的應(yīng)用，如汽車 eCall 和多元件麥克風(fēng)陣列。表1顯示了第三代A之間的功能比較2B 收發(fā)器。

AD242x系列支持以菊花鏈方式連接單個(gè)主節(jié)點(diǎn)和多達(dá)10個(gè)子節(jié)點(diǎn)，總線總距離為40 m，各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間支持長達(dá)15 m。一個(gè)2與現(xiàn)有環(huán)形拓?fù)湎啾?，B 的菊花鏈線拓?fù)渚哂兄匾獌?yōu)勢，因?yàn)樗P(guān)系到整體系統(tǒng)的完整性和魯棒性。如果 A 的一個(gè)連接2B菊花鏈被破壞，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)不會崩潰。只有故障連接下游的節(jié)點(diǎn)才會受到故障的影響。和一2B 的嵌入式診斷可以隔離故障源，發(fā)出中斷信號以啟動(dòng)糾正措施。

一個(gè)2與現(xiàn)有的數(shù)字總線架構(gòu)相比，B的主/子節(jié)點(diǎn)線路拓?fù)浔举|(zhì)上是高效的。在簡單的總線發(fā)現(xiàn)過程之后，無需額外的處理器干預(yù)即可管理正常的總線操作。作為 A 的額外好處2B的獨(dú)特架構(gòu)，系統(tǒng)延遲是完全確定的（2總線周期延遲，小于50 μs），無論音頻節(jié)點(diǎn)在A上的位置如何2B巴士。此功能對于 ANC/RNC 和 ICC 等語音和音頻應(yīng)用非常重要，在這些應(yīng)用中，來自多個(gè)遠(yuǎn)程傳感器的音頻樣本必須以時(shí)間對齊的方式進(jìn)行處理。

全部 A2B 收發(fā)器通過單根 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，對于特定用例，A2B 技術(shù)提供總線電源功能，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。這種總線電源功能消除了音頻ECU對本地電源的需求，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、48 kHz 等）和通道寬度（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)字的音頻信號鏈可確保保留最高質(zhì)量的音頻，而不會通過ADC/DAC轉(zhuǎn)換引入音頻降級的可能性。

系統(tǒng)級診斷是 A 的重要組成部分2B技術(shù)。全部 A2B 節(jié)點(diǎn)能夠識別各種故障條件，包括開路、電線短路、電線反接或電線短路到電源或接地。從系統(tǒng)完整性的角度來看，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)級故障，從經(jīng)銷商/安裝商的角度來看，這一點(diǎn)至關(guān)重要。

最近發(fā)布的第四代 A2B收發(fā)器AD243x在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上，增加了關(guān)鍵功能參數(shù)（節(jié)點(diǎn)數(shù)增加到17個(gè)，總線功率增加到50 W），同時(shí)增加了一個(gè)額外的基于SPI的控制通道（10 Mbps），為智能A的遠(yuǎn)程編程提供高效的軟件無線（SOTA）功能2B 連接節(jié)點(diǎn)。AD243x系列提供的新功能使其非常適合超高級麥克風(fēng)架構(gòu)中的LED麥克風(fēng)節(jié)點(diǎn)。

A 的應(yīng)用2B 汽車工業(yè)中的麥克風(fēng)和傳感器

從單個(gè)語音麥克風(fēng)到用于HF通信的多元件BF麥克風(fēng)陣列，從ANC到RNC，從ICC到警笛聲音檢測，麥克風(fēng)在汽車行業(yè)的應(yīng)用越來越多。根據(jù)技術(shù)和市場趨勢，今天上路的幾乎每輛新車都配備了至少一個(gè)用于HF通信的麥克風(fēng)模塊。高檔和豪華車可能配備六個(gè)或更多麥克風(fēng)模塊，這些模塊是實(shí)現(xiàn)BF、AEC、ANC、RNC、ICC等全部潛力所必需的，其中數(shù)字MEMS麥克風(fēng)具有明顯的優(yōu)勢。

不斷增長的麥克風(fēng)數(shù)量給車輛信息娛樂工程師帶來了一個(gè)重大挑戰(zhàn)——如何簡化連接線束并減輕其重量。對于傳統(tǒng)的模擬系統(tǒng)來說，這不是一項(xiàng)微不足道的任務(wù)。模擬麥克風(fēng)至少需要一對兩根屏蔽線（接地和信號/電源）、引腳和連接器腔進(jìn)行互連。電線數(shù)量始終是系統(tǒng)中麥克風(fēng)模塊數(shù)量的兩倍。同時(shí)，線束的總重量可能會更快地增加，具體取決于連接每個(gè)麥克風(fēng)模塊所需的電線長度。緩解此問題的一種簡單方法是通過在多個(gè)應(yīng)用程序之間共享麥克風(fēng)信號來減少系統(tǒng)中使用的麥克風(fēng)數(shù)量。例如，相同的麥克風(fēng)信號可用于HF通信，并作為ANC系統(tǒng)中的錯(cuò)誤信號。但是，不同的應(yīng)用可能需要不同的麥克風(fēng)特性。在前面提到的示例中，HF麥克風(fēng)信號通常更喜歡具有上升的頻率響應(yīng)形狀（即靈敏度隨著頻率的降低而降低），以消除機(jī)艙內(nèi)的低頻噪聲成分。這是一種有用且非常有效的技術(shù)，可以提高語音麥克風(fēng)提供的語音清晰度。相反，ANC麥克風(fēng)在低頻下需要足夠的靈敏度水平，因?yàn)锳NC算法的主要目的是降低低頻噪聲。因此，為了在模擬系統(tǒng)中的兩個(gè)應(yīng)用中共享同一個(gè)麥克風(fēng)，需要將來自麥克風(fēng)的信號饋送到不同的電路中進(jìn)行適當(dāng)?shù)念l率濾波。在這種情況下，可能會形成一個(gè)或多個(gè)接地環(huán)路，這可能會導(dǎo)致嚴(yán)重的噪聲問題。

作為具有菊花鏈功能的數(shù)字總線，A2B技術(shù)與數(shù)字MEMS麥克風(fēng)一起為互連和/或共享多個(gè)麥克風(fēng)信號提供了非常適合的解決方案，這些信號是音頻、語音、降噪和其他在車輛中迅速擴(kuò)展的聲學(xué)應(yīng)用所需要的?？紤]一個(gè)虛構(gòu)的示例案例，其中汽車應(yīng)用需要 HF 麥克風(fēng)模塊、ANC 麥克風(fēng)模塊和由兩個(gè)用于 BF 的麥克風(fēng)元件組成的簡單陣列麥克風(fēng)模塊，并且所有三個(gè)模塊都集成在頭頂控制臺區(qū)域周圍。圖3a和3b顯示了如何使用傳統(tǒng)的模擬和數(shù)字A實(shí)現(xiàn)這種設(shè)計(jì)2分別是 B 系統(tǒng)。

圖3.（a） 使用模擬麥克風(fēng)元件（屏蔽線）的模擬系統(tǒng)設(shè)計(jì)。（b） 采用數(shù)字麥克風(fēng)元件的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)（A2B 技術(shù)和 UTP 電線）。

由于模擬系統(tǒng)無法輕松實(shí)現(xiàn)麥克風(fēng)共享，因此每個(gè)應(yīng)用模塊（HF、ANC 和 BF）都需要專用麥克風(fēng)和單獨(dú)的線束來連接相應(yīng)的功能電路。這導(dǎo)致四個(gè)獨(dú)立的麥克風(fēng)元件和三組線束（總共七根電線加上屏蔽）。相比之下，因?yàn)閿?shù)字A很容易支持共享信號2B系統(tǒng)中，麥克風(fēng)元件的數(shù)量可以從四個(gè)減少到兩個(gè)。在此具體示例中，由兩個(gè)寬帶寬全向麥克風(fēng)元件組成的單個(gè)麥克風(fēng)模塊可用于提供兩個(gè)聲學(xué)信號通道，以滿足所有應(yīng)用模塊的需求。一旦這兩個(gè)信號通道通過簡單的UTP線到達(dá)中央處理單元（例如，音響主機(jī)或放大器），就可以對其進(jìn)行共享和數(shù)字處理，以支持HF、ANC和BF應(yīng)用。

盡管圖 3 中所示的示例可能并不代表真實(shí)情況，但它清楚地展示了 A 的優(yōu)勢。2B技術(shù)優(yōu)于傳統(tǒng)模擬技術(shù)。像A這樣的數(shù)字音頻總線系統(tǒng)2B技術(shù)解決了汽車制造商面臨的挑戰(zhàn)，即提供新的音頻和聲學(xué)相關(guān)概念，以增強(qiáng)用戶體驗(yàn)，并允許將這些概念推向市場以加快實(shí)施速度。

事實(shí)上，許多汽車市場新應(yīng)用或以前難以實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用都是通過汽車市場的商業(yè)化而實(shí)現(xiàn)的。2B技術(shù)。例如，作為領(lǐng)先的汽車音頻解決方案提供商，哈曼國際開發(fā)了一系列數(shù)字麥克風(fēng)和傳感器模塊，該模塊利用了2B系統(tǒng)支持各種汽車應(yīng)用。圖 4 顯示了一些常見的汽車 A2B 麥克風(fēng)和傳感器以及如何在車輛上使用它們。這些傳感器包括單個(gè) A2用于主動(dòng)降噪和語音通信的 B 麥克風(fēng)和多元件麥克風(fēng)陣列，A2用于 RNC 的 B 加速度計(jì)，外部安裝的保險(xiǎn)杠 A2B 麥克風(fēng)和屋頂 A2用于緊急警報(bào)器檢測和聲學(xué)環(huán)境監(jiān)測的 B 麥克風(fēng)陣列。由這些 A 啟用2B麥克風(fēng)和加速度計(jì)，越來越多的需要多個(gè)傳感器輸入的應(yīng)用解決方案目前正在開發(fā)中，以進(jìn)一步增強(qiáng)汽車行業(yè)的用戶體驗(yàn)。

總結(jié)

未來的車輛架構(gòu)將越來越依賴于高性能聲學(xué)傳感技術(shù)，如麥克風(fēng)和加速度計(jì)。包括傳感器、互連和處理器在內(nèi)的全數(shù)字化方法可提供顯著的性能和系統(tǒng)成本優(yōu)勢。ADI公司和哈曼國際公司正在合作提供經(jīng)濟(jì)高效的解決方案，為其最終客戶創(chuàng)造價(jià)值和差異化。

審核編輯：郭婷