作者：Ken Waurin 營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理 Analog Devices, Inc.
汽車(chē)制造商致力于使其下一代汽車(chē)比以前更安全、更智能且更節油。為此，需要在汽車(chē)中部署更多的ECU（電子控制單元），以實(shí)現智能無(wú)線(xiàn)電連接、路噪主動(dòng)降噪(RNC)、個(gè)人音區分區(PAZ)、車(chē)內通信(ICC)和自動(dòng)駕駛等新特性和功能，這會(huì )導致電子系統的數量不斷增加，也越來(lái)越復雜路噪主動(dòng)降噪。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)單獨的模擬電纜或現有的數字總線(xiàn)架構來(lái)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(xiàn)的汽車(chē)音頻系統需要專(zhuān)用且昂貴的屏蔽電纜，來(lái)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 音響系統中，所需電纜的數量迅速增加。而且，額外的模數轉換器(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)EAVB等數字總線(xiàn)標準，這是因為這些標準能夠大幅簡(jiǎn)化模擬實(shí)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(jià)格的微控制器來(lái)實(shí)施相關(guān)軟件協(xié)議棧，從而增加系統成本。此外，這些數字總線(xiàn)架構本身對節點(diǎn)之間的延遲存在著(zhù)不確定性。對于A(yíng)NC/RNC和ICC等易受延遲影響的應用，現有的數字總線(xiàn)架構存在的根本缺陷是不能被接受的。
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、為應用而生的技術(shù)。事實(shí)證明，該技術(shù)最多能夠將整體電纜重量減輕75%，而且還能提供高保真的數字音頻。汽車(chē)音頻總線(xiàn)(A2B)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。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，A2B是一種高帶寬(50 Mbps)數字總線(xiàn)，它能夠在非常長(cháng)的距離上（節點(diǎn)間的距離最長(cháng)達15 m，整個(gè)菊花鏈長(cháng)度超過(guò)40 m），使用一條非屏蔽雙絞線(xiàn)將I2S音頻、I2C控制數據、時(shí)鐘、和供電一起傳輸。
汽車(chē)音頻總線(xiàn)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(gè)從機節點(diǎn)，與第一代A2B產(chǎn)品相比，其性能提升了20%（參見(jiàn)圖1）。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15 m。用串行拓撲結構代替環(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至關(guān)重要。如果A2B菊花鏈的一個(gè)節點(diǎn)受到影響，整個(gè)網(wǎng)絡(luò )不會(huì )崩潰。只有故障節點(diǎn)下游的節點(diǎn)會(huì )受影響。而A2B技術(shù)特有的內嵌診斷功能能夠判斷故障的來(lái)源和起因，發(fā)出中斷信號，并啟動(dòng)保護措施。
圖1.A2B汽車(chē)音頻總線(xiàn)功能框圖。
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。啟動(dòng)簡(jiǎn)單的總線(xiàn)初始化流程之后，無(wú)需更多處理器干預，總線(xiàn)即可常規運行。A2B的獨特架構帶來(lái)的一個(gè)附加優(yōu)點(diǎn)是，系統延遲是確定的（2個(gè)時(shí)鐘周期的延遲），并且延遲與音頻節點(diǎn)在A(yíng)2B總線(xiàn)上的位置無(wú)關(guān)。此特性對ANC/RNC和ICC等語(yǔ)音和音頻應用極其重要，在這些應用中，必須以時(shí)序一致的方式處理多個(gè)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(xiàn)上傳輸音頻、控制、時(shí)鐘和供電信號。這可降低系統總成本，原因如下。
- 與傳統實(shí)施方案相比，減少了物理線(xiàn)纜的數量。
- 實(shí)際采用的線(xiàn)纜可以是成本更低、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，對于特定的應用場(chǎng)景，A2B技術(shù)可提供小功率的供電，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)小功率供電傳輸，便無(wú)需在音頻ECU上使用本地電源，從而進(jìn)一步降低系統成本。
A2B技術(shù)提供的50 Mbps總線(xiàn)帶寬最多可支持32個(gè)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之間維持全數字音頻信號鏈可保證最高質(zhì)量的音頻品質(zhì)，不會(huì )因ADC/DAC轉換造成音頻性能下降。
如前所述，系統級診斷功能是A2B技術(shù)的一個(gè)重要元素。在所有A2B節點(diǎn)上，都能夠判斷多種故障狀況，包括開(kāi)路、電線(xiàn)短路、電線(xiàn)反接、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，因為在出現開(kāi)路、電線(xiàn)短路或電線(xiàn)反接等故障時(shí)，故障點(diǎn)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™圖形化開(kāi)發(fā)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通過(guò)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器(BERT)。ADI還提供眾多的全功能評估套件，可快速完成實(shí)際A2B網(wǎng)絡(luò )的原型設計，從而加快系統方案早期驗證和測試、驗證和調試過(guò)程。
目標市場(chǎng)與應用
眾多成熟和新興的市場(chǎng)應用將因A2B技術(shù)而受益。目標應用包括：
- 音頻ECU（車(chē)載音響主機、高級音頻功放）連接
- 用于免提通話(huà)/語(yǔ)音識別/車(chē)內通信的麥克風(fēng)陣列
- 主動(dòng)降噪、路噪主動(dòng)降噪
- 個(gè)人音區分區/有源揚聲器
- eCall和遠程信息處理系統、 自動(dòng)駕駛系統、自動(dòng)停車(chē)系統
- 生命體征監測
- 智能無(wú)線(xiàn)電連接
音頻ECU連接是一個(gè)成熟的、具有吸引力的應用領(lǐng)域。眾多量產(chǎn)汽車(chē)中已部署采用A2B。在音響主機連接至高級音頻功放的簡(jiǎn)單例子中（參見(jiàn)圖2），A2B無(wú)需使用多條線(xiàn)纜來(lái)連接多通道音頻、導航、手機和提示音。A2B可將所有相關(guān)線(xiàn)纜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。
圖2.車(chē)內的A2B汽車(chē)音頻總線(xiàn)示例。
高效經(jīng)濟的麥克風(fēng)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(yǔ)音識別系統已成為標準配置，在某些地區緊急呼叫eCall系統已成為強制要求。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)行裝配的多麥克風(fēng)（2至4個(gè)）系統發(fā)展。無(wú)論何種情況，采用A2B技術(shù)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A2B收發(fā)器均支持多達四個(gè)PDM麥克風(fēng)接入，從而在四個(gè)麥克風(fēng)陣列中，節省了傳統連接方式中的三根麥克風(fēng)線(xiàn)。
路噪主動(dòng)降噪是更加廣泛的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(guān)的聲音，以及部分非諧波相關(guān)或隨機的聲音。這些參考輸入一般通過(guò)實(shí)體分布在車(chē)身周邊的加速度傳感器提供，最常見(jiàn)于四個(gè)懸掛中。寬帶ANC系統的其他輸入可來(lái)自error麥克風(fēng)——也分布于汽車(chē)內部，比如在每個(gè)需要產(chǎn)生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)到寬帶ANC處理單元的連接，傳統實(shí)施方案采用模擬連接。顯然，其接線(xiàn)成本、復雜性均過(guò)高，處理單元上的連接器區域也需要很大。而這些問(wèn)題均可通過(guò)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(dòng)作用的技術(shù)。自動(dòng)駕駛、生命體征監測和自動(dòng)停車(chē)系統等應用預計于2020年開(kāi)始量產(chǎn)，都能從A2B技術(shù)提供的特性、功能、便捷性和快速上市等優(yōu)勢中獲益。
總結
A2B是一種數字總線(xiàn)架構，能夠為接線(xiàn)集中的音頻和控制應用提供一系列優(yōu)化，還能提高系統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、可擴展的數字總線(xiàn)架構。
- A2B可在各種汽車(chē)應用中提供低風(fēng)險解決方案。
- 從2016年開(kāi)始，基于A(yíng)2B的系統已進(jìn)入部署階段，目前交付的系統數量已超過(guò)200萬(wàn)套。
- AD2428W以及功能精簡(jiǎn)、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)展規劃，致力于實(shí)現更高集成度和性能。
作者簡(jiǎn)介
Ken Waurin是ADI公司的戰略營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理，負責汽車(chē)信息娛樂(lè )系統相關(guān)工作。他的主要關(guān)注點(diǎn)是高級音響、主動(dòng)降噪和車(chē)內連接。
