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(jié)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(xiàn)智能無(wú)線電連接、路噪主動(dòng)降噪(RNC)、個(gè)人音區(qū)分區(qū)(PAZ)、車(chē)內(nèi)通信(ICC)和自動(dòng)駕駛等新特性和功能,這會(huì)導(dǎo)致電子系統(tǒng)的數(shù)量不斷增加,也越來(lái)越復(fù)雜路噪主動(dòng)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(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。
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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
發(fā)布時(shí)間:2018-09-20 責(zé)任編輯:lina
【導(dǎo)讀】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(jié)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(xiàn)智能無(wú)線電連接、路噪主動(dòng)降噪(RNC)、個(gè)人音區(qū)分區(qū)(PAZ)、車(chē)內(nèi)通信(ICC)和自動(dòng)駕駛等新特性和功能,這會(huì)導(dǎo)致電子系統(tǒng)的數(shù)量不斷增加,也越來(lái)越復(fù)雜路噪主動(dòng)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(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)制造商致力于使其下一代汽車(chē)比以前更安全、更智能且更節(jié)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(xiàn)智能無(wú)線電連接、路噪主動(dòng)降噪(RNC)、個(gè)人音區(qū)分區(qū)(PAZ)、車(chē)內(nèi)通信(ICC)和自動(dòng)駕駛等新特性和功能,這會(huì)導(dǎo)致電子系統(tǒng)的數(shù)量不斷增加,也越來(lái)越復(fù)雜路噪主動(dòng)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(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(tǒng)和符合政府發(fā)布的燃油效率標(biāo)準(zhǔn)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(chē)音頻ECU一般通過(guò)單獨(dú)的模擬電纜或現(xiàn)有的數(shù)字總線架構(gòu)來(lái)連接,這兩者都存在局限性、低效率、及不必要的費(fèi)用等。使用模擬傳輸線的汽車(chē)音頻系統(tǒng)需要專(zhuān)用且昂貴的屏蔽電纜,來(lái)傳輸多通道音頻信號(hào)。在如今支持多通道(5.1或7.1)Dolby或DTS解碼的高級(jí) 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(huì)增加系統(tǒng)總成本,而且還可能使某些音頻性能下降。
當(dāng)代信息娛樂(lè)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(biāo)準(zhǔn),這是因?yàn)檫@些標(biāo)準(zhǔn)能夠大幅簡(jiǎn)化模擬實(shí)施方案的連接復(fù)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(tǒng)成本。此外,這些數(shù)字總線架構(gòu)本身對(duì)節(jié)點(diǎn)之間的延遲存在著不確定性。對(duì)于ANC/RNC和ICC等易受延遲影響的應(yīng)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(chē)音頻總線簡(jiǎn)介
汽車(chē)音頻總線™(或A2B™)是ADI公司的一項(xiàng)創(chuàng)新的、為應(yīng)用而生的技術(shù)。事實(shí)證明,該技術(shù)最多能夠?qū)⒄w電纜重量減輕75%,而且還能提供高保真的數(shù)字音頻。汽車(chē)音頻總線(A2B)針對(duì)音頻應(yīng)用進(jìn)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(yuǎn)低于現(xiàn)有的數(shù)字總線標(biāo)準(zhǔn)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),A2B是一種高帶寬(50 Mbps)數(shù)字總線,它能夠在非常長(zhǎng)的距離上(節(jié)點(diǎn)間的距離最長(zhǎng)達(dá)15 m,整個(gè)菊花鏈長(zhǎng)度超過(guò)40 m),使用一條非屏蔽雙絞線將I2S音頻、I2C控制數(shù)據(jù)、時(shí)鐘、和供電一起傳輸。
汽車(chē)音頻總線基本特性
品—AD2427W和AD2426W一起,組成了最新的增強(qiáng)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(jī)的菊花鏈,以及最多10個(gè)從機(jī)節(jié)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總線距離最長(zhǎng)可達(dá)40 m,單個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的最長(zhǎng)距離可達(dá)15 m。用串行拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)代替環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是A2B技術(shù)中一個(gè)重要的元素,對(duì)整體系統(tǒng)完整性和穩(wěn)定性至關(guān)重要。如果A2B菊花鏈的一個(gè)節(jié)點(diǎn)受到影響,整個(gè)網(wǎng)絡(luò)不會(huì)崩潰。只有故障節(jié)點(diǎn)下游的節(jié)點(diǎn)會(huì)受影響。而A2B技術(shù)特有的內(nèi)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(hào),并啟動(dòng)保護(hù)措施。
圖1.A2B汽車(chē)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)本身更為高效。啟動(dòng)簡(jiǎn)單的總線初始化流程之后,無(wú)需更多處理器干預(yù),總線即可常規(guī)運(yùn)行。A2B的獨(dú)特架構(gòu)帶來(lái)的一個(gè)附加優(yōu)點(diǎn)是,系統(tǒng)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(jié)點(diǎn)在A2B總線上的位置無(wú)關(guān)。此特性對(duì)ANC/RNC和ICC等語(yǔ)音和音頻應(yīng)用極其重要,在這些應(yīng)用中,必須以時(shí)序一致的方式處理多個(gè)遠(yuǎn)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(shí)鐘和供電信號(hào)。這可降低系統(tǒng)總成本,原因如下。
與傳統(tǒng)實(shí)施方案相比,減少了物理線纜的數(shù)量。
實(shí)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(duì)于特定的應(yīng)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(jié)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(tǒng)成本。
A2B技術(shù)提供的50 Mbps總線帶寬最多可支持32個(gè)使用標(biāo)準(zhǔn)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(shè)備提供相當(dāng)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(hào)鏈可保證最高質(zhì)量的音頻品質(zhì),不會(huì)因ADC/DAC轉(zhuǎn)換造成音頻性能下降。
如前所述,系統(tǒng)級(jí)診斷功能是A2B技術(shù)的一個(gè)重要元素。在所有A2B節(jié)點(diǎn)上,都能夠判斷多種故障狀況,包括開(kāi)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?yàn)樵诔霈F(xiàn)開(kāi)路、電線短路或電線反接等故障時(shí),故障點(diǎn)上游的A2B節(jié)點(diǎn)仍然能夠正常工作。診斷功能還提供高效隔離系統(tǒng)級(jí)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(tǒng)的設(shè)計(jì)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總線帶寬計(jì)算器和誤碼率測(cè)試器(BERT)。ADI還提供眾多的全功能評(píng)估套件,可快速完成實(shí)際A2B網(wǎng)絡(luò)的原型設(shè)計(jì),從而加快系統(tǒng)方案早期驗(yàn)證和測(cè)試、驗(yàn)證和調(diào)試過(guò)程。
目標(biāo)市場(chǎng)與應(yīng)用
眾多成熟和新興的市場(chǎng)應(yīng)用將因A2B技術(shù)而受益。目標(biāo)應(yīng)用包括:
音頻ECU(車(chē)載音響主機(jī)、高級(jí)音頻功放)連接
用于免提通話/語(yǔ)音識(shí)別/車(chē)內(nèi)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(qū)分區(qū)/有源揚(yáng)聲器
eCall和遠(yuǎn)程信息處理系統(tǒng)、 自動(dòng)駕駛系統(tǒng)、自動(dòng)停車(chē)系統(tǒng)
生命體征監(jiān)測(cè)
智能無(wú)線電連接
音頻ECU連接是一個(gè)成熟的、具有吸引力的應(yīng)用領(lǐng)域。眾多量產(chǎn)汽車(chē)中已部署采用A2B。在音響主機(jī)連接至高級(jí)音頻功放的簡(jiǎn)單例子中(參見(jiàn)圖2),A2B無(wú)需使用多條線纜來(lái)連接多通道音頻、導(dǎo)航、手機(jī)和提示音。A2B可將所有相關(guān)線纜替換為低成本的非屏蔽雙絞線,這種通過(guò)A2B進(jìn)行的連接方式已經(jīng)過(guò)測(cè)試和驗(yàn)證,符合最嚴(yán)格的汽車(chē)EMC和EMI兼容性要求。
圖2.車(chē)內(nèi)的A2B汽車(chē)音頻總線示例。
高效經(jīng)濟(jì)的麥克風(fēng)連接是設(shè)計(jì)中的優(yōu)先考慮因素,促成了多種使用案例和應(yīng)用。藍(lán)牙®連接性和免提/語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)已成為標(biāo)準(zhǔn)配置,在某些地區(qū)緊急呼叫eCall系統(tǒng)已成為強(qiáng)制要求。從車(chē)廠的角度來(lái)看,趨勢(shì)是向單獨(dú)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(tǒng)發(fā)展。無(wú)論何種情況,采用A2B技術(shù)的系統(tǒng)總成本遠(yuǎn)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(dá)四個(gè)PDM麥克風(fēng)接入,從而在四個(gè)麥克風(fēng)陣列中,節(jié)省了傳統(tǒng)連接方式中的三根麥克風(fēng)線。
路噪主動(dòng)降噪是更加廣泛的ANC應(yīng)用領(lǐng)域的衍生產(chǎn)品,許多汽車(chē)制造商正在評(píng)估這項(xiàng)應(yīng)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(jī)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(tǒng)的其他輸入可來(lái)自error麥克風(fēng)——也分布于汽車(chē)內(nèi)部,比如在每個(gè)需要產(chǎn)生安靜區(qū)的乘客位置布置一個(gè)。從每個(gè)加速度計(jì)/麥克風(fēng)到寬帶ANC處理單元的連接,傳統(tǒng)實(shí)施方案采用模擬連接。顯然,其接線成本、復(fù)雜性均過(guò)高,處理單元上的連接器區(qū)域也需要很大。而這些問(wèn)題均可通過(guò)A2B方案解決。
對(duì)于需要經(jīng)濟(jì)高效的傳感器連接的新興應(yīng)用,A2B也可以被視為一項(xiàng)具有推動(dòng)作用的技術(shù)。自動(dòng)駕駛、生命體征監(jiān)測(cè)和自動(dòng)停車(chē)系統(tǒng)等應(yīng)用預(yù)計(jì)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(shì)中獲益。
總結(jié)
A2B是一種數(shù)字總線架構(gòu),能夠?yàn)榻泳€集中的音頻和控制應(yīng)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。
A2B提供遠(yuǎn)高于模擬連接的音頻質(zhì)量,同時(shí)還能提供低成本、可擴(kuò)展的數(shù)字總線架構(gòu)。
A2B可在各種汽車(chē)應(yīng)用中提供低風(fēng)險(xiǎn)解決方案。
從2016年開(kāi)始,基于A2B的系統(tǒng)已進(jìn)入部署階段,目前交付的系統(tǒng)數(shù)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(qiáng)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(shí)現(xiàn)更高集成度和性能
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