汽車(chē)制造商致力于使其下一代的汽車(chē)比前代汽車(chē)更安全、更智能且更節油。為此，需要在汽車(chē)中安裝更多的ECU (電子控制單元)，這會(huì )導致電子系統的數量不斷增加、復雜度也越來(lái)越高，以便實(shí)現主動(dòng)噪聲消除、互聯(lián)網(wǎng)連接和車(chē)內通信等新功能。隨著(zhù)ECU數量的不斷增加，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(huì )反過(guò)來(lái)降低汽車(chē)的燃油效率，這一點(diǎn)讓汽車(chē)制造商很苦惱。
汽車(chē)制造商必須在提供先進(jìn)、功能豐富的信息娛樂(lè )系統和符合政府發(fā)布的燃油效率標準之間取得平衡。減輕現有電纜的重量可大幅提高燃油效率。
現狀
傳統的汽車(chē)音頻ECU一般通過(guò)單根模擬電纜或現有的數字總線(xiàn)架構連接，這兩者都存在局限性，效率低、會(huì )產(chǎn)生不必要的費用。使用模擬接線(xiàn)的汽車(chē)音頻系統需要專(zhuān)用且昂貴的屏蔽電纜，以用于各種音頻信號或通道。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中，所需電纜的數量迅速增加。而且，必要的模數轉換器(ADC)和數模轉換器(DAC)不僅會(huì )增加系統總成本，而且還可能使某些音頻性能下降。
當代信息娛樂(lè )系統中已經(jīng)廣泛采用MOST®或以太網(wǎng)AVB等數字總線(xiàn)標準，這是因為這些標準能夠大幅簡(jiǎn)化與模擬實(shí)施方案相關(guān)的接線(xiàn)復雜性。然而，MOST和以太網(wǎng)AVB雖然能夠提高性能和靈活性，但會(huì )增加管理其相關(guān)軟件協(xié)議堆棧的高價(jià)格微控制器，從而增加成本。此外，這些數字總線(xiàn)架構本身對節點(diǎn)之間延遲存在著(zhù)不確定性。對于車(chē)廂內主動(dòng)噪聲消除等易受延遲影響的應用，這一點(diǎn)是不能被接受的。
汽車(chē)音頻總線(xiàn)簡(jiǎn)介
汽車(chē)音頻總線(xiàn)® (或A2B®)是ADI公司的一項創(chuàng )新的和為應用應運而生的技術(shù)，事實(shí)證明，該技術(shù)最多能夠將電纜的重量減輕75%，而且還能提供高保真數字音頻。汽車(chē)音頻總線(xiàn)針對音頻應用進(jìn)行優(yōu)化，相比模擬音頻總線(xiàn)能夠提供出色的音頻質(zhì)量，而且其系統總成本遠低于現有的數字總線(xiàn)標準。最簡(jiǎn)單的A2B是一種高帶寬(50 Mbps)數字總線(xiàn)，它能夠通過(guò)在非常長(cháng)的距離(節點(diǎn)間的距離最長(cháng)達10 m)上，使用一條無(wú)屏蔽雙絞線(xiàn)將IS音頻和I2C控制數據與時(shí)鐘和功率一起傳輸。
汽車(chē)音頻總線(xiàn)基礎
從實(shí)施角度來(lái)看，A 2B是一種單主機、多從機線(xiàn)路拓撲結構。AD2410是采用A2B器件系列的首款產(chǎn)品，它在一條非屏蔽雙絞線(xiàn)上支持最多8個(gè)從節點(diǎn)的菊花鏈，從而不需要有些競爭對手技術(shù)中要求的冗余線(xiàn)纜。借助這種菊花鏈能力，A2B總線(xiàn)距離最長(cháng)可達40 m，單個(gè)節點(diǎn)之間的最長(cháng)距離可達10 m。用直線(xiàn)拓撲結構代替環(huán)形拓撲結構是A2B技術(shù)中一個(gè)重要的元素，對整體系統完整性和穩定性重要。如果A2B菊花鏈的一個(gè)連接受到影響，整個(gè)網(wǎng)絡(luò )不會(huì )崩潰。只有故障連接下游的節點(diǎn)會(huì )受到故障影響，而A2B技術(shù)特有的內嵌診斷功能則能夠隔離故障的來(lái)源和起因。
與現有的數字總線(xiàn)架構相比，A2B主從線(xiàn)拓撲結構本身更為高效。通過(guò)簡(jiǎn)單地初始化總線(xiàn)后，無(wú)需更多處理器干預即可管理常規總線(xiàn)運行。然而，A2B技術(shù)確實(shí)可響應中斷信號，因為音頻節點(diǎn)可能會(huì )在需要維修和保養時(shí)發(fā)出信號。A2B的獨特架構帶來(lái)的一個(gè)附加優(yōu)點(diǎn)是，系統延遲完全是可確定的(2個(gè)周期的延遲)，并且與音頻節點(diǎn)在A(yíng)2B總線(xiàn)上的位置無(wú)關(guān)。此特性對主動(dòng)噪聲消除等新興應用極其重要，在有源噪聲消除應用中，必須以時(shí)序一致的方式處理多個(gè)遠程傳感器產(chǎn)生的音頻樣本。
AD2410 A2B收發(fā)器可在一條非屏蔽雙絞線(xiàn)上傳輸音頻、控制、時(shí)鐘和功率信號。這可降低系統總成本，其原因如下：
* 與傳統實(shí)施方案相比，物理線(xiàn)纜的數量有所減少。
* 實(shí)際采用的電線(xiàn)可以是成本更低、重量更輕的非屏蔽雙絞線(xiàn)，而非更昂貴的屏蔽電纜。
* 最重要的是，對于特殊使用案例，A2B技術(shù)可提供小功率的電源，將不超過(guò)300 mA的電流傳輸至A2B菊花鏈上的音頻節點(diǎn)。
有了這個(gè)小功率電源，便無(wú)需在音頻ECU上使用本地電源，從而進(jìn)一步降低總系統成本。
A2B技術(shù)提供的50 Mbps總線(xiàn)帶寬總值最多可支持32個(gè)使用標準音頻采樣速率(44.1 kHz、48 kHZ)和通道寬度(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之間維持全數字音頻信號鏈可確保保證最高質(zhì)量的音頻，不會(huì )產(chǎn)生因ADC/DAC轉換造成的音頻性能下降問(wèn)題如前所述，系統級診斷功能是A2B技術(shù)的一個(gè)重要元素。所有A2B節點(diǎn)都能夠識別多種故障狀況，其中包括斷路、電線(xiàn)短路、電線(xiàn)反向或電線(xiàn)短路至電源或地。從系統完整性角度看，該功能非常重要，因為在出現斷路、電線(xiàn)短路或電線(xiàn)反向等故障時(shí)，故障上游的A2B節點(diǎn)仍然能夠正常工作。診斷功能還提供高效隔離系統級故障的能力，從汽車(chē)經(jīng)銷(xiāo)商/安裝人員的角度來(lái)看，這一點(diǎn)至關(guān)重要。
使用SigmaStudio™圖形設計環(huán)境(與支持ADI公司SigmaDSP®和SHARC®處理器系列的開(kāi)發(fā)工具相同)可大幅簡(jiǎn)化采用A2B的系統的設計過(guò)程。SigmaStudio能夠通過(guò)便于使用、業(yè)界領(lǐng)先的工具鏈，初始化A2B網(wǎng)絡(luò )并配置所有寄存器。SigmaStudio環(huán)境中還包含A2B總線(xiàn)帶寬計算器和誤碼率測試儀(BERT)。提供眾多全功能評估系統，可快速完成實(shí)際A2B網(wǎng)絡(luò )的原型設計，從而加快系統理念早期驗證以及測試、驗證和調試過(guò)程。
目標市場(chǎng)與應用
眾多成熟和新興市場(chǎng)將因A2B技術(shù)提供的高效率而受益。目標應用包括：
* 音頻ECU (車(chē)載音響主機、放大器、智能天線(xiàn))連接性
* 用于免提、語(yǔ)音識別、車(chē)內通信的麥克風(fēng)陣列
* 主動(dòng)噪聲消除
* 有源揚聲器
寬帶ANC (WB ANC)是更加廣泛的ANC應用領(lǐng)域的衍生產(chǎn)品，許多汽車(chē)制造商的正在評估這項應用。在WB ANC中，可取消與基準電壓輸入諧波相關(guān)的聲調以及部分非諧波相關(guān)或隨機的聲調。
這些基準電壓輸入一般通過(guò)實(shí)體分布在汽車(chē)周?chē)募铀俣葌鞲衅魈峁�，加速度計最常�?jiàn)于四個(gè)輪轂槽中。WB ANC系統的其他輸入可能源自error麥克風(fēng)——也分布于汽車(chē)內部，每個(gè)需要安靜區的乘客位置布置一個(gè)。從每個(gè)加速度計/麥克風(fēng)到WB ANC處理單元，傳統實(shí)施方案均使用專(zhuān)用模擬連接。顯然，此方法的接線(xiàn)成本/復雜性可能過(guò)高，處理單元上的連接器區域可能過(guò)多。所有這些問(wèn)題均可通過(guò)使用A2B方案解決。
除使用ANC外，高效且高性?xún)r(jià)比的麥克風(fēng)連接性也迅速成為設計的優(yōu)先考慮因素。藍牙連接性和免提/語(yǔ)音識別系統正逐漸變成標準設備，在某些地區緊急呼叫eCall系統有望成為強制性設備。從車(chē)廠(chǎng)的角度來(lái)看，趨勢是向單獨或以模塊為單位進(jìn)行配置的多麥克風(fēng)(2至4)系統發(fā)展。無(wú)論何種情況，采用A2B技術(shù)的系統的系統總成本遠低于模擬連接產(chǎn)生的成本，在多麥克風(fēng)陣列中尤為如此。所有AD2410均支持多達四個(gè)PDM輸入麥克風(fēng)，在四個(gè)麥克風(fēng)陣列中無(wú)需傳統連接方式中四根麥克風(fēng)線(xiàn)中的三根。
在不遠的將來(lái)，音頻ECU連接或許是最具吸引力的A2B技術(shù)應用領(lǐng)域。在音響主機連接至高級音頻功放的簡(jiǎn)單例子中，A2B無(wú)需使用多條電線(xiàn)連接多通道音頻、導航、手機和提示音。A2B可將所有電線(xiàn)替換為低成本的非屏蔽雙絞線(xiàn)，這種通過(guò)A2B進(jìn)行的連接方式已經(jīng)過(guò)測試和驗證，符合最嚴格的汽車(chē)EMC和EMI兼容性要求。
小結
A2B是一種數字總線(xiàn)架構，能夠為接線(xiàn)集中的音頻應用提供一系列優(yōu)化功能，而且還能提高性能和降低系統成本。
* A2B提供遠高于模擬連接的音頻質(zhì)量，同時(shí)還能提供低成本的數字總線(xiàn)架構的可擴展性。
* A2B可在許多汽車(chē)應用中提供低風(fēng)險解決方案。AD2410已量
產(chǎn)，并且已通過(guò)最嚴格的汽車(chē)標準的認證。
* 第一個(gè)車(chē)廠(chǎng)量產(chǎn)項目將于2016年開(kāi)始。
* AD2410是采用A2B器件的計劃系列中的首款產(chǎn)品，而且我們將會(huì )持續開(kāi)發(fā)降低成本和提高集成度的產(chǎn)品路線(xiàn)圖。
作者簡(jiǎn)介
Ken Waurin是ADI公司的戰略市場(chǎng)經(jīng)理，負責汽車(chē)信息娛樂(lè )系統的市場(chǎng)工作。他的主要關(guān)注點(diǎn)是高級音響、主動(dòng)噪聲消除和車(chē)內連接。 |
