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

2018-09-23

  汽車制造商致力于使其下一代汽車比以前更安全,、更智能且更節(jié)油。為此,,需要在汽車中部署更多的ECU(電子控制單元),,以實現(xiàn)智能無線電連接、路噪主動降噪(RNC),、個人音區(qū)分區(qū)(PAZ),、車內(nèi)通信(ICC)和自動駕駛等新特性和功能,這會導致電子系統(tǒng)的數(shù)量不斷增加,,也越來越復雜路噪主動降噪,。隨著ECU數(shù)量的不斷增加,連接各種ECU所需的電纜的重量和成本也隨之增加,。增加的重量會反過來降低汽車的燃油效率,這一點讓汽車制造商很苦惱,。

  汽車制造商必須在提供先進,、功能豐富的信息娛樂系統(tǒng)和符合政府發(fā)布的燃油效率標準之間取得平衡。減輕現(xiàn)有電纜的重量可大幅提高燃油效率,。

  現(xiàn)狀

  傳統(tǒng)的汽車音頻ECU一般通過單獨的模擬電纜或現(xiàn)有的數(shù)字總線架構(gòu)來連接,,這兩者都存在局限性、低效率,、及不必要的費用等,。使用模擬傳輸線的汽車音頻系統(tǒng)需要專用且昂貴的屏蔽電纜,來傳輸多通道音頻信號,。在如今支持多通道(5.1或7.1)Dolby或DTS解碼的高級 音響系統(tǒng)中,,所需電纜的數(shù)量迅速增加。而且,,額外的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)不僅會增加系統(tǒng)總成本,,而且還可能使某些音頻性能下降。

  當代信息娛樂系統(tǒng)中已經(jīng)廣泛采用MOST或以太網(wǎng)EAVB等數(shù)字總線標準,,這是因為這些標準能夠大幅簡化模擬實施方案的連接復雜性,。然而,MOST和以太網(wǎng)EAVB雖然能夠提高性能和靈活性,,

  但需要加入高價格的微控制器來實施相關軟件協(xié)議棧,,從而增加系統(tǒng)成本。此外,,這些數(shù)字總線架構(gòu)本身對節(jié)點之間的延遲存在著不確定性,。對于ANC/RNC和ICC等易受延遲影響的應用,,現(xiàn)有的數(shù)字總線架構(gòu)存在的根本缺陷是不能被接受的。

  汽車音頻總線簡介

  汽車音頻總線(或A2B)是ADI公司的一項創(chuàng)新的,、為應用而生的技術,。事實證明,該技術最多能夠?qū)⒄w電纜重量減輕75%,,而且還能提供高保真的數(shù)字音頻,。汽車音頻總線(A2B)針對音頻應用進行優(yōu)化,相比模擬音頻總線能夠提供出色的音頻質(zhì)量,,而且其系統(tǒng)總成本遠低于現(xiàn)有的數(shù)字總線標準,。簡單來說,A2B是一種高帶寬(50 Mbps)數(shù)字總線,,它能夠在非常長的距離上(節(jié)點間的距離最長達15 m,,整個菊花鏈長度超過40 m),使用一條非屏蔽雙絞線將I2S音頻,、I2C控制數(shù)據(jù),、時鐘、和供電一起傳輸,。

  汽車音頻總線基本特性

  品—AD2427W和AD2426W一起,,組成了最新的增強型A2B收發(fā)器系列,且引腳兼容,。這種最新型的產(chǎn)品支持采用單主機的菊花鏈,,以及最多10個從機節(jié)點,與第一代A2B產(chǎn)品相比,,其性能提升了20%(參見圖1),。借助這種菊花鏈能力,A2B總線距離最長可達40 m,,單個節(jié)點之間的最長距離可達15 m,。用串行拓撲結(jié)構(gòu)代替環(huán)形拓撲結(jié)構(gòu)是A2B技術中一個重要的元素,對整體系統(tǒng)完整性和穩(wěn)定性至關重要,。如果A2B菊花鏈的一個節(jié)點受到影響,,整個網(wǎng)絡不會崩潰。只有故障節(jié)點下游的節(jié)點會受影響,。而A2B技術特有的內(nèi)嵌診斷功能能夠判斷故障的來源和起因,,發(fā)出中斷信號,并啟動保護措施,。

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  圖1.A2B汽車音頻總線功能框圖,。

  與現(xiàn)有的數(shù)字總線架構(gòu)相比,A2B主從線拓撲結(jié)構(gòu)本身更為高效。啟動簡單的總線初始化流程之后,,無需更多處理器干預,,總線即可常規(guī)運行。A2B的獨特架構(gòu)帶來的一個附加優(yōu)點是,,系統(tǒng)延遲是確定的(2個時鐘周期的延遲),,并且延遲與音頻節(jié)點在A2B總線上的位置無關。此特性對ANC/RNC和ICC等語音和音頻應用極其重要,,在這些應用中,,必須以時序一致的方式處理多個遠程傳感器的音頻樣本。

  AD2428W,、AD2427W和AD2426W A2B收發(fā)器可在一條非屏蔽雙絞線上傳輸音頻,、控制、時鐘和供電信號,。這可降低系統(tǒng)總成本,,原因如下。

  u        與傳統(tǒng)實施方案相比,,減少了物理線纜的數(shù)量,。

  u        實際采用的線纜可以是成本更低、重量更輕的非屏蔽雙絞線,,而非更昂貴的屏蔽電纜,。

  u        最重要的是,對于特定的應用場景,,A2B技術可提供小功率的供電,,將不超過300 mA的電流傳輸至A2B菊花鏈上的音頻節(jié)點,。有了這個小功率供電傳輸,,便無需在音頻ECU上使用本地電源,從而進一步降低系統(tǒng)成本,。

  A2B技術提供的50 Mbps總線帶寬最多可支持32個使用標準音頻采樣速率(44.1 kHz,、48 kHZ)和位寬(12位、16位,、24位)的上行和下行音頻通道,。這可為多種音頻I/O設備提供相當大的靈活性和連接性。在音頻ECU之間維持全數(shù)字音頻信號鏈可保證最高質(zhì)量的音頻品質(zhì),,不會因ADC/DAC轉(zhuǎn)換造成音頻性能下降,。

  如前所述,系統(tǒng)級診斷功能是A2B技術的一個重要元素,。在所有A2B節(jié)點上,,都能夠判斷多種故障狀況,包括開路,、電線短路,、電線反接,、電線短路至電源或地。從系統(tǒng)完整性角度看,,該功能非常重要,,因為在出現(xiàn)開路、電線短路或電線反接等故障時,,故障點上游的A2B節(jié)點仍然能夠正常工作,。診斷功能還提供高效隔離系統(tǒng)級故障的能力,從汽車經(jīng)銷商/安裝人員的角度來看,,這一點至關重要,。

  使用SigmaStudio圖形化開發(fā)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)可大幅簡化采用A2B的系統(tǒng)的設計過程。SigmaStudio通過業(yè)界領先的工具鏈,,初始化A2B網(wǎng)絡,,并配置所有寄存器。SigmaStudio環(huán)境中還包含A2B總線帶寬計算器和誤碼率測試器(BERT),。ADI還提供眾多的全功能評估套件,,可快速完成實際A2B網(wǎng)絡的原型設計,從而加快系統(tǒng)方案早期驗證和測試,、驗證和調(diào)試過程,。

  目標市場與應用

  眾多成熟和新興的市場應用將因A2B技術而受益。目標應用包括:

  u        音頻ECU(車載音響主機,、高級音頻功放)連接

  u        用于免提通話/語音識別/車內(nèi)通信的麥克風陣列

  u        主動降噪,、路噪主動降噪

  u        個人音區(qū)分區(qū)/有源揚聲器

  u        eCall和遠程信息處理系統(tǒng)、 自動駕駛系統(tǒng),、自動停車系統(tǒng)

  u        生命體征監(jiān)測

  u        智能無線電連接

  音頻ECU連接是一個成熟的,、具有吸引力的應用領域。眾多量產(chǎn)汽車中已部署采用A2B,。在音響主機連接至高級音頻功放的簡單例子中(參見圖2),,A2B無需使用多條線纜來連接多通道音頻、導航,、手機和提示音,。A2B可將所有相關線纜替換為低成本的非屏蔽雙絞線,這種通過A2B進行的連接方式已經(jīng)過測試和驗證,,符合最嚴格的汽車EMC和EMI兼容性要求,。

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  圖2.車內(nèi)的A2B汽車音頻總線示例。

  高效經(jīng)濟的麥克風連接是設計中的優(yōu)先考慮因素,,促成了多種使用案例和應用,。藍牙®連接性和免提/語音識別系統(tǒng)已成為標準配置,在某些地區(qū)緊急呼叫eCall系統(tǒng)已成為強制要求。從車廠的角度來看,,趨勢是向單獨或以模塊為單位進行裝配的多麥克風(2至4個)系統(tǒng)發(fā)展,。無論何種情況,采用A2B技術的系統(tǒng)總成本遠低于模擬連接產(chǎn)生的成本,,在多麥克風陣列中尤為如此,。所有A2B收發(fā)器均支持多達四個PDM麥克風接入,從而在四個麥克風陣列中,,節(jié)省了傳統(tǒng)連接方式中的三根麥克風線,。

  路噪主動降噪是更加廣泛的ANC應用領域的衍生產(chǎn)品,許多汽車制造商正在評估這項應用,。在寬帶ANC中,,可抵消與參考輸入諧波相關的聲音,以及部分非諧波相關或隨機的聲音,。這些參考輸入一般通過實體分布在車身周邊的加速度傳感器提供,,最常見于四個懸掛中。寬帶ANC系統(tǒng)的其他輸入可來自error麥克風——也分布于汽車內(nèi)部,,比如在每個需要產(chǎn)生安靜區(qū)的乘客位置布置一個,。從每個加速度計/麥克風到寬帶ANC處理單元的連接,傳統(tǒng)實施方案采用模擬連接,。顯然,,其接線成本、復雜性均過高,,處理單元上的連接器區(qū)域也需要很大,。而這些問題均可通過A2B方案解決。

  對于需要經(jīng)濟高效的傳感器連接的新興應用,,A2B也可以被視為一項具有推動作用的技術,。自動駕駛、生命體征監(jiān)測和自動停車系統(tǒng)等應用預計于2020年開始量產(chǎn),,都能從A2B技術提供的特性,、功能,、便捷性和快速上市等優(yōu)勢中獲益,。

  總結(jié)

  A2B是一種數(shù)字總線架構(gòu),能夠為接線集中的音頻和控制應用提供一系列優(yōu)化,,還能提高系統(tǒng)性能和降低系統(tǒng)成本,。

  u        A2B提供遠高于模擬連接的音頻質(zhì)量,同時還能提供低成本,、可擴展的數(shù)字總線架構(gòu),。

  u        A2B可在各種汽車應用中提供低風險解決方案。

  u        從2016年開始,基于A2B的系統(tǒng)已進入部署階段,,目前交付的系統(tǒng)數(shù)量已超過200萬套,。

  u        AD2428W以及功能精簡、低成本的衍生產(chǎn)品AD2427W和AD2426W,,代表了功能增強型A2B收發(fā)器的最新發(fā)展即按照既定的發(fā)展規(guī)劃,,致力于實現(xiàn)更高集成度和性能。


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