摘要
ADI公司A2B總線的全新增強(qiáng)功能為數(shù)據(jù)和音頻傳輸與分發(fā)帶來新的發(fā)展。智能樓宇,、大廳,、房間或智能家居均可從新型收發(fā)器的眾多集成特性中獲益,。新的A2B增強(qiáng)功能包括總線長度更長,，可達(dá)300米,，并且總線功率更高,，可達(dá)50 W,。本文重點介紹了這些增強(qiáng)功能如何幫助打造更復(fù)雜的系統(tǒng),。文中展示了一些應(yīng)用示例，其中A2B總線可以幫助簡化布線架構(gòu),，而涉及的硬件和軟件工作量非常少,。
引言
A2B是一種雙向高帶寬數(shù)字音頻總線，能夠在很長的距離上（節(jié)點間的距離長達(dá)30 m,，整個總線長度為300 m）,，使用一條2線式非屏蔽雙絞線（UTP）電纜傳輸I2S/TDM/PDM數(shù)據(jù),、I2C/SPI控制信息以及時鐘和供電信號。該總線在汽車應(yīng)用和統(tǒng)一通信應(yīng)用中已經(jīng)非常成熟,。通過不斷的深入開發(fā),，A2B還可用于許多商業(yè)和工業(yè)用途。
商業(yè),、辦公和公共建筑要求公共廣播系統(tǒng)（PA）持續(xù)可用,。PA是由麥克風(fēng)、放大器,、揚(yáng)聲器和相關(guān)設(shè)備組成的電子系統(tǒng),。它能提高人聲、樂器或其他聲源的響度,。舉例而言,，這種系統(tǒng)可以取代傳統(tǒng)的警報系統(tǒng)。在緊急情況下,，清晰的語音指示比傳統(tǒng)的警報器更能有效地引導(dǎo)人們做出正確的反應(yīng),，幫助人們更好地理解情況，并有可能避免災(zāi)難的發(fā)生,。
此外,，音樂分發(fā)、語音警報,、廣播和對講功能可以成為該系統(tǒng)的一部分,，系統(tǒng)的復(fù)雜性因而會增加,。隨著系統(tǒng)不斷發(fā)展,，以及對額外廣播功能的需求不斷增加，設(shè)計變得越來越復(fù)雜,。A2B技術(shù)可能有助于滿足這一需求,。
為了服務(wù)大量節(jié)點，使用以太網(wǎng)作為物理層時,，每個節(jié)點都需要配備昂貴的微控制器,。此方法常用于簡單的音頻和控制設(shè)備。除以太網(wǎng)外,，100V線路也被使用,，并具有通過電纜傳輸電力的優(yōu)勢，但它們在一個方向上只能傳輸一個音頻信號,，無法添加數(shù)據(jù)通信,，并且所需的變壓器非常笨重。
這就是A2B發(fā)揮作用的地方,。A2B讓本地相關(guān)設(shè)備（如揚(yáng)聲器,、麥克風(fēng),、對講站、控制面板和傳感器）能夠通過簡單線纜以菊花鏈形式連接起來,。
A2B易于使用和實施,，是理想的解決方案。A2B收發(fā)器可以連接到設(shè)備,，用戶將獲得64個雙向音頻通道（32個下行通道和32個上行通道）,，這些通道可以配對，與位于端點的外圍設(shè)備進(jìn)行I2C/SPI/GPIO通信,。無需開發(fā)或使用更復(fù)雜的時隙協(xié)議棧,。
A2B是一種高速雙向時間同步總線，可傳輸I2S/TDM以及I2C,、SPI,、GPIO數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)速率為50 Mbps,。這種高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)勢是任意兩個節(jié)點之間的延遲低至50 μs,。
借助非屏蔽雙絞線（UTP），可將多達(dá)17個節(jié)點（包括主節(jié)點）以菊花鏈形式連接到一條總線上,?？偩€長度可長達(dá)300米，而每個節(jié)點之間的距離可達(dá)30米,。通信可以從一個節(jié)點到另一個節(jié)點,，這意味著如果選擇48 kHz和16位，則每個節(jié)點都可以向任何其他節(jié)點發(fā)送32個音頻通道,。數(shù)據(jù)大小可以根據(jù)不同的需求確定,，數(shù)據(jù)速率可以設(shè)置為1.5 kHz至192 kHz之間。數(shù)據(jù)寬度越小,、數(shù)據(jù)速率越低,，可用通道數(shù)越多。
另一大亮點是總線功率,，整條總線可以傳輸高達(dá)50 W的功率,。因此，節(jié)點可以通過總線遠(yuǎn)程供電,，而無需額外的本地電源,。中等輸出功率的揚(yáng)聲器節(jié)點也可以通過A2B總線供電。但是,，如果功率需求更高,，則需要外部電源。
圖1.A2B網(wǎng)絡(luò)及其相連模塊的設(shè)置示例。
圖1展示了A2B總線的靈活性,，它能簡化系統(tǒng)設(shè)計和配置,。由于收發(fā)器已經(jīng)集成了許多模塊和接口，因此通常不需要單獨(dú)的微控制器即可運(yùn)行,。
如圖所示,，簡單的節(jié)點是一個麥克風(fēng)陣列，它采用AD2437收發(fā)器,?？蛇B接多達(dá)四個PDM麥克風(fēng)。這種麥克風(fēng)陣列可用于定位噪聲源以執(zhí)行噪聲消除,，或找到音頻的到達(dá)方向,。在這種情況下，可以從相鄰背景噪聲中提取該音頻源,。由于總線延遲非常低,，此陣列不一定需要位于同一個節(jié)點上。它可以輕松地分布于房間內(nèi)不同位置的多個節(jié)點,。電源將從總線獲取,，因為此節(jié)點的功耗非常低，無需單獨(dú)的電源,。因此,，解決方案非常小且易于安裝。例如,，我們設(shè)計過一個尺寸為35mm × 19mm的節(jié)點,，其中包括導(dǎo)線連接器和總線電源電路。
如果需要更復(fù)雜的功能,，可以通過I2S輸出將單獨(dú)的D類或任何其他功率放大器連接到AD2437,。此外，還可以連接音頻編解碼器,。由于音頻通常不會隨時中斷,，因此可以采用I2C接口來并行設(shè)置功率放大器或編解碼器,。借助這種配置,，可以創(chuàng)建一個簡單的總線供電對講終端。AD2437還具有GPIO,，其中一些提供脈沖寬度調(diào)制（PWM）輸出,。這可以用作鍵盤端口輸入來與主機(jī)交互。如果按下某個鍵,，主機(jī)就會收到中斷,，從而可以建立通信。PWM輸出可用于指示通信是否處于活動狀態(tài),，驅(qū)動LED（指示連接狀態(tài)）,，以及指示所需的所有其他信息,。這種簡單但有效的功能不需要單獨(dú)的微控制器，整個系統(tǒng)的軟件工作得以簡化,。
復(fù)雜度更高的對講終端（如帶有圖形用戶界面（GUI））可以使用微控制器通過SPI獲取數(shù)據(jù),。請注意，SPI總線最大速度為10 Mbps,。
對于純揚(yáng)聲器節(jié)點（可能位于天花板或建筑物的其他部分,，需要更高輸出功率），外部電源將足以滿足需求,?？偩€電源不需要插入到主機(jī)節(jié)點，可以將其插入到任何中間節(jié)點的某個位置,，以減輕電纜內(nèi)的電流壓力,。
圖2.公共廣播系統(tǒng)示例。
在很多其他應(yīng)用中,，功能豐富的A2B也優(yōu)于以前使用的技術(shù),，可以取而代之。這些應(yīng)用包括需要通信和多通道音頻傳輸?shù)膽?yīng)用,。
護(hù)士呼叫/通知系統(tǒng)由以太網(wǎng)配置組成,，復(fù)雜度較低。在這種情況下,，將有一個房間控制器通過以太網(wǎng)連接,，但與患者終端的連接將通過A2B運(yùn)行。此配置能夠通過一根UTP電纜將所有必要的音頻,、數(shù)據(jù)和電源傳輸?shù)椒块g內(nèi)分布的多達(dá)16張床位,。每個終端都可以輕松配備一個小型微控制器，以便為每位患者提供豐富的音頻通道選擇,。顯示屏可以指示通道選擇,、時間和警報狀態(tài)。警報按鈕可以直接連接到其中一個GPIO,，以觸發(fā)房間控制器上的中斷,。此外，如果患者行動受限,，選定的終端可以即時將麥克風(fēng)信號傳輸?shù)椒块g控制器,。系統(tǒng)可以轉(zhuǎn)換選定的關(guān)鍵詞并觸發(fā)警報。
由于此環(huán)境的安裝可能變化多端,，因此系統(tǒng)必須支持方便地修改其設(shè)置,。網(wǎng)絡(luò)中終端的添加和刪除將由主機(jī)提供的即插即用協(xié)議棧處理。為了在移除的終端上保持菊花鏈配置，可以使用一個小型適配器來橋接缺失的節(jié)點,。如果通信中斷,，診斷程序?qū)蟾婀收稀?/p>
A2B總線的超低延遲和完全同步行為對柜臺對講系統(tǒng)也有益。多個麥克風(fēng)可以位于不同位置,，使用波束成形技術(shù)清晰地分離柜臺前講話者的聲音通道,。所有來自鄰近人員的背景噪音都將被抑制。任何隔音屏障（如玻璃墻）之間都可以建立清晰的對話,。通常,，柜臺、醫(yī)院的隔離區(qū)域或潔凈室設(shè)施都很適合采用此類解決方案,。
圖3.柜臺對講系統(tǒng)示例,。
類似地，監(jiān)獄對講系統(tǒng)中的所有麥克風(fēng)數(shù)據(jù)都可以傳輸?shù)街鳈C(jī)系統(tǒng),，許多音頻通道（如不同的無線電頻道）可以廣播到每間牢房,。
使用波束成形的另一個典型例子是會議系統(tǒng)，允許在會議室中放置許多麥克風(fēng),。語音轉(zhuǎn)文本系統(tǒng)需要能夠?qū)⒉煌f話者的音頻信號清晰分離,。由于延遲低，所有麥克風(fēng)通道可以同時傳輸?shù)街鳈C(jī)控制器或數(shù)字信號處理器（DSP）,，以計算不同的波束位置,。
另一種方法是使用座位到座位桌面麥克風(fēng)或耳機(jī)，并將其連接到口譯系統(tǒng),。在這里,，所有與會者都可以獲得自動翻譯成各自母語的個性化音頻數(shù)據(jù)。通過使用較低質(zhì)量的音頻帶寬,，系統(tǒng)可以支持相當(dāng)多的通道,。因此，主機(jī)可以接收所有麥克風(fēng)信號,，并輕松進(jìn)行優(yōu)先級排序,。排序方式可以基于信號強(qiáng)度從高到低，也可以采用系統(tǒng)控制的方式,，僅向選定的人員開放語音,。在這種情況下，所有終端都可以通過總線供電,，而不需要在桌子上布置局部電源,。
家用自動化系統(tǒng)日益普及,，其便捷的燈光,、暖氣、空調(diào)和卷簾控制功能廣為人知。除此之外,，這些系統(tǒng)還需要將音頻分發(fā)到許多房間,。這樣，您在房屋的任何位置都能聽到門鈴聲,，即使在浴室中聆聽高音頻品質(zhì)的收藏播放列表也不例外,。將音頻流傳輸?shù)郊抑腥魏挝恢玫墓δ埽约爸С蛀溈孙L(fēng)通過語音命令控制房屋的功能,，都非常實用,。相較于通過WLAN進(jìn)行無線連接，有線連接可提供更可靠的鏈路并減輕無線流量負(fù)載,。
A2B非常適合專業(yè)音頻系統(tǒng),、家庭錄音室和現(xiàn)場舞臺設(shè)施，利用CAT5或XLR等現(xiàn)有電纜技術(shù)就能輕松實現(xiàn)音頻連接,。觀看視頻,，了解更多信息：A2B：不限于汽車應(yīng)用——錄音室耳機(jī)混頻器演示。
讓我們來更深入了解A2B總線,，以及它如何能夠雙向處理如此多的音頻通道,。A2B總線以48 kHz心跳的方式通過總線發(fā)送超幀。數(shù)據(jù)以1024倍的速率傳輸,，總線上的數(shù)據(jù)流頻率達(dá)到49.152 MHz,。超幀由兩部分組成：一部分是上行，另一部分是下行,，通信由同步控制幀和同步響應(yīng)幀啟動,。在下行/上行時隙內(nèi)插入所有I2S/TDM數(shù)據(jù)、I2C數(shù)據(jù),、GPIO和中斷信息,。
主機(jī)生成時鐘，所有節(jié)點與該時鐘同步,，使得系統(tǒng)始終同步,。同步控制幀中的前同步碼確保所有節(jié)點同步并且可向外設(shè)提供時鐘。這樣做的好處是整個音頻鏈不需要額外的時鐘,、本地振蕩器或異步采樣速率轉(zhuǎn)換器,。
圖5.A2B數(shù)據(jù)流。
啟動時,，直連到第一個A2B收發(fā)器芯片（如AD2437）的主機(jī)處理器將把它設(shè)置為主節(jié)點,。主機(jī)處理器提供穩(wěn)定的48 kHz信號，收發(fā)器將開始用其鎖相環(huán)（PLL）鎖定該信號,。主節(jié)點設(shè)置完成后,，它開始逐個啟動子節(jié)點,。
SigmaStudio+軟件支持全系統(tǒng)設(shè)置，包括音頻通道和節(jié)點配置,。它是一款圖形化編程,、診斷和調(diào)整工具，允許設(shè)計人員添加音頻編解碼器,、D類放大器等外設(shè),，輕松創(chuàng)建A2B網(wǎng)絡(luò)的圖形用戶界面。針對Linux系統(tǒng)的軟件協(xié)議棧和即插即用協(xié)議棧都已提供,，便于在運(yùn)行期間添加或刪除總線上的節(jié)點,。
帶XLR或RJ45連接器的主評估模塊或子節(jié)點評估模塊支持A2B，包括電源傳輸,。
結(jié)論
新型A2B收發(fā)器的功能進(jìn)一步增強(qiáng),，例如電纜更長且總線功率更高，這為各種應(yīng)用開拓了廣泛的機(jī)會,，尤其是在需要通過簡單布線將多個音頻通道連接到控制數(shù)據(jù)的情況下,。如果總線上連接的設(shè)備既有簡單節(jié)點，也有復(fù)雜節(jié)點,，那么總線允許即使在不太復(fù)雜的節(jié)點上也能采用低成本硬件實現(xiàn),。即使在非音頻應(yīng)用中，例如準(zhǔn)確同步的傳感器網(wǎng)絡(luò),，A2B也能顯著簡化應(yīng)用,。
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