創(chuàng)新型汽車音頻總線 提高系統性能、降低成本

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)、車內通信(ICC)和自動駕駛等新特性和功能，這會導致電子系統的數量不斷增加，也越來越復雜路噪主動降噪。隨著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

傳統的汽車音頻ECU一般通過單獨的模擬電纜或現有的數字總線架構來連接，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。

當代信息娛樂系統中已經廣泛采用MOST?或以太網EAVB等數字總線標準，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議棧，從而增加系統成本。此外，這些數字總線架構本身對節(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，現有的數字總線架構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量，而且其系統總成本遠低于現有的數字總線標準。簡單來說，A2B是一種高帶寬(50 Mbps)數字總線，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控制數據、時鐘、和供電一起傳輸。

汽車音頻總線基本特性從實施角度來看，A2B是一種單主機、多從機的線路拓撲結構。AD2428W和兩款功能精簡、低成本的衍生產品—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。用串行拓撲結構代替環(huán)形拓撲結構是A2B技術中一個重要的元素，對整體系統完整性和穩(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。

圖1. A2B汽車音頻總線功能框圖。

與現有的數字總線架構相比，A2B主從線拓撲結構本身更為高效。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的獨特架構帶來的一個附加優(yōu)點是，系統延遲是確定的（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。這可降低系統總成本，原因如下。

* 與傳統實施方案相比，減少了物理線纜的數量。* 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。* 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之間維持全數字音頻信號鏈可保證最高質量的音頻品質，不會因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。從系統完整性角度看，該功能非常重要，因為在出現開路、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級故障的能力，從汽車經銷商/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的系統的設計過程。SigmaStudio通過業(yè)界領先的工具鏈，初始化A2B網絡，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網絡的原型設計，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：

* 音頻ECU（車載音響主機、高級音頻功放）連接* 用于免提通話/語音識別/車內通信的麥克風陣列* 主動降噪、路噪主動降噪* 個人音區(qū)分區(qū)/有源揚聲器* eCall和遠程信息處理系統、自動駕駛系統、自動停車系統* 生命體征監(jiān)測* 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過測試和驗證，符合最嚴格的汽車EMC和EMI兼容性要求。

圖2. 車內的A2B汽車音頻總線示例

高效經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/語音識別系統已成為標準配置，在某些地區(qū)緊急呼叫eCall系統已成為強制要求。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）系統發(fā)展。無論何種情況，采用A2B技術的系統總成本遠低于模擬連接產生的成本，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系統的其他輸入可來自error麥克風——也分布于汽車內部，比如在每個需要產生安靜區(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)測和自動停車系統等應用預計于2020年開始量產，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

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

* A2B提供遠高于模擬連接的音頻質量，同時還能提供低成本、可擴展的數字總線架構。* A2B可在各種汽車應用中提供低風險解決方案。* 從2016年開始，基于A2B的系統已進入部署階段，目前交付的系統數量已超過200萬套。* AD2428W以及功能精簡、低成本的衍生產品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，致力于實現更高集成度和性能。