如何设计一款创新型数字总线架构降低音频系统？

汽车制造商致力于使其下一代汽车比以前更安全、更智能且更节油。为此，需要在汽车中部署更多的ECU（电子控制单元），以实现智能无线电连接、路噪主动降噪(RNC)、个人音区分区(PAZ)、车内通信(ICC)和自动驾驶等新特性和功能，这会导致电子系统的数量不断增加，也越来越复杂路噪主动降噪。随着ECU数量的不断增加，连接各种ECU所需的电缆的重量和成本也随之增加。增加的重量会反过来降低汽车的燃油效率，这一点让汽车制造商很苦恼。
汽车制造商必须在提供先进、功能丰富的信息娱乐系统和符合***发布的燃油效率标准之间取得平衡。减轻现有电缆的重量可大幅提高燃油效率。

孙翼飞

2019-8-7 18:21:00

现状
传统的汽车音频ECU一般通过单独的模拟电缆或现有的数字总线架构来连接，这两者都存在局限性、低效率、及不必要的费用等。使用模拟传输线的汽车音频系统需要专用且昂贵的屏蔽电缆，来传输多通道音频信号。在如今支持多通道（5.1或7.1）Dolby或DTS解码的高级音响系统中，所需电缆的数量迅速增加。而且，额外的模数转换器(ADC)和数模转换器(DAC)不仅会增加系统总成本，而且还可能使某些音频性能下降。
当代信息娱乐系统中已经广泛采用MOST®或以太网EAVB等数字总线标准，这是因为这些标准能够大幅简化模拟实施方案的连接复杂性。然而，MOST和以太网EAVB虽然能够提高性能和灵活性，
但需要加入高价格的微控制器来实施相关软件协议栈，从而增加系统成本。此外，这些数字总线架构本身对节点之间的延迟存在着不确定性。对于ANC/RNC和ICC等易受延迟影响的应用，现有的数字总线架构存在的根本缺陷是不能被接受的。
汽车音频总线简介
汽车音频总线™（或A2B™）是ADI公司的一项创新的、为应用而生的技术。事实证明，该技术最多能够将整体电缆重量减轻75%，而且还能提供高保真的数字音频。汽车音频总线(A2B)针对音频应用进行优化，相比模拟音频总线能够提供出色的音频质量，而且其系统总成本远低于现有的数字总线标准。简单来说，A2B是一种高带宽(50 Mbps)数字总线，它能够在非常长的距离上（节点间的距离最长达15 m，整个菊花链长度超过40 m），使用一条非屏蔽双绞线将I2S音频、I2C控制数据、时钟、和供电一起传输。
汽车音频总线基本特性
品—AD2427W和AD2426W一起，组成了最新的增强型A2B收发器系列，且引脚兼容。这种最新型的产品支持采用单主机的菊花链，以及最多10个从机节点，与第一代A2B产品相比，其性能提升了20%（参见图1）。借助这种菊花链能力，A2B总线距离最长可达40 m，单个节点之间的最长距离可达15 m。用串行拓扑结构代替环形拓扑结构是A2B技术中一个重要的元素，对整体系统完整性和稳定性至关重要。如果A2B菊花链的一个节点受到影响，整个网络不会崩溃。只有故障节点下游的节点会受影响。而A2B技术特有的内嵌诊断功能能够判断故障的来源和起因，发出中断信号，并启动保护措施。

图1.A2B汽车音频总线功能框图。

现状
传统的汽车音频ECU一般通过单独的模拟电缆或现有的数字总线架构来连接，这两者都存在局限性、低效率、及不必要的费用等。使用模拟传输线的汽车音频系统需要专用且昂贵的屏蔽电缆，来传输多通道音频信号。在如今支持多通道（5.1或7.1）Dolby或DTS解码的高级音响系统中，所需电缆的数量迅速增加。而且，额外的模数转换器(ADC)和数模转换器(DAC)不仅会增加系统总成本，而且还可能使某些音频性能下降。
当代信息娱乐系统中已经广泛采用MOST®或以太网EAVB等数字总线标准，这是因为这些标准能够大幅简化模拟实施方案的连接复杂性。然而，MOST和以太网EAVB虽然能够提高性能和灵活性，
但需要加入高价格的微控制器来实施相关软件协议栈，从而增加系统成本。此外，这些数字总线架构本身对节点之间的延迟存在着不确定性。对于ANC/RNC和ICC等易受延迟影响的应用，现有的数字总线架构存在的根本缺陷是不能被接受的。
汽车音频总线简介
汽车音频总线™（或A2B™）是ADI公司的一项创新的、为应用而生的技术。事实证明，该技术最多能够将整体电缆重量减轻75%，而且还能提供高保真的数字音频。汽车音频总线(A2B)针对音频应用进行优化，相比模拟音频总线能够提供出色的音频质量，而且其系统总成本远低于现有的数字总线标准。简单来说，A2B是一种高带宽(50 Mbps)数字总线，它能够在非常长的距离上（节点间的距离最长达15 m，整个菊花链长度超过40 m），使用一条非屏蔽双绞线将I2S音频、I2C控制数据、时钟、和供电一起传输。
汽车音频总线基本特性
品—AD2427W和AD2426W一起，组成了最新的增强型A2B收发器系列，且引脚兼容。这种最新型的产品支持采用单主机的菊花链，以及最多10个从机节点，与第一代A2B产品相比，其性能提升了20%（参见图1）。借助这种菊花链能力，A2B总线距离最长可达40 m，单个节点之间的最长距离可达15 m。用串行拓扑结构代替环形拓扑结构是A2B技术中一个重要的元素，对整体系统完整性和稳定性至关重要。如果A2B菊花链的一个节点受到影响，整个网络不会崩溃。只有故障节点下游的节点会受影响。而A2B技术特有的内嵌诊断功能能够判断故障的来源和起因，发出中断信号，并启动保护措施。

图1.A2B汽车音频总线功能框图。

李韵

2019-8-7 18:21:11

与现有的数字总线架构相比，A2B主从线拓扑结构本身更为高效。启动简单的总线初始化流程之后，无需更多处理器干预，总线即可常规运行。A2B的独特架构带来的一个附加优点是，系统延迟是确定的（2个时钟周期的延迟），并且延迟与音频节点在A2B总线上的位置无关。此特性对ANC/RNC和ICC等语音和音频应用极其重要，在这些应用中，必须以时序一致的方式处理多个远程传感器的音频样本。
AD2428W、AD2427W和AD2426W A2B收发器可在一条非屏蔽双绞线上传输音频、控制、时钟和供电信号。这可降低系统总成本，原因如下。

与传统实施方案相比，减少了物理线缆的数量。
实际采用的线缆可以是成本更低、重量更轻的非屏蔽双绞线，而非更昂贵的屏蔽电缆。
最重要的是，对于特定的应用场景，A2B技术可提供小功率的供电，将不超过300 mA的电流传输至A2B菊花链上的音频节点。有了这个小功率供电传输，便无需在音频ECU上使用本地电源，从而进一步降低系统成本。

A2B技术提供的50 Mbps总线带宽最多可支持32个使用标准音频采样速率（44.1 kHz、48 kHZ）和位宽（12位、16位、24位）的上行和下行音频通道。这可为多种音频I/O设备提供相当大的灵活性和连接性。在音频ECU之间维持全数字音频信号链可保证最高质量的音频品质，不会因ADC/DAC转换造成音频性能下降。
如前所述，系统级诊断功能是A2B技术的一个重要元素。在所有A2B节点上，都能够判断多种故障状况，包括开路、电线短路、电线反接、电线短路至电源或地。从系统完整性角度看，该功能非常重要，因为在出现开路、电线短路或电线反接等故障时，故障点上游的A2B节点仍然能够正常工作。诊断功能还提供高效隔离系统级故障的能力，从汽车经销商/安装人员的角度来看，这一点至关重要。
使用SigmaStudio™图形化开发环境（与支持ADI公司SigmaDSP®和SHARC®处理器系列的开发工具相同）可大幅简化采用A2B的系统的设计过程。SigmaStudio通过业界领先的工具链，初始化A2B网络，并配置所有寄存器。SigmaStudio环境中还包含A2B总线带宽计算器和误码率测试器(BERT)。ADI还提供众多的全功能评估套件，可快速完成实际A2B网络的原型设计，从而加快系统方案早期验证和测试、验证和调试过程。
目标市场与应用
众多成熟和新兴的市场应用将因A2B技术而受益。目标应用包括：

音频ECU（车载音响主机、高级音频功放）连接
用于免提通话/语音识别/车内通信的麦克风阵列
主动降噪、路噪主动降噪
个人音区分区/有源扬声器
eCall和远程信息处理系统、自动驾驶系统、自动停车系统
生命体征监测
智能无线电连接

与现有的数字总线架构相比，A2B主从线拓扑结构本身更为高效。启动简单的总线初始化流程之后，无需更多处理器干预，总线即可常规运行。A2B的独特架构带来的一个附加优点是，系统延迟是确定的（2个时钟周期的延迟），并且延迟与音频节点在A2B总线上的位置无关。此特性对ANC/RNC和ICC等语音和音频应用极其重要，在这些应用中，必须以时序一致的方式处理多个远程传感器的音频样本。
AD2428W、AD2427W和AD2426W A2B收发器可在一条非屏蔽双绞线上传输音频、控制、时钟和供电信号。这可降低系统总成本，原因如下。

与传统实施方案相比，减少了物理线缆的数量。
实际采用的线缆可以是成本更低、重量更轻的非屏蔽双绞线，而非更昂贵的屏蔽电缆。
最重要的是，对于特定的应用场景，A2B技术可提供小功率的供电，将不超过300 mA的电流传输至A2B菊花链上的音频节点。有了这个小功率供电传输，便无需在音频ECU上使用本地电源，从而进一步降低系统成本。

A2B技术提供的50 Mbps总线带宽最多可支持32个使用标准音频采样速率（44.1 kHz、48 kHZ）和位宽（12位、16位、24位）的上行和下行音频通道。这可为多种音频I/O设备提供相当大的灵活性和连接性。在音频ECU之间维持全数字音频信号链可保证最高质量的音频品质，不会因ADC/DAC转换造成音频性能下降。
如前所述，系统级诊断功能是A2B技术的一个重要元素。在所有A2B节点上，都能够判断多种故障状况，包括开路、电线短路、电线反接、电线短路至电源或地。从系统完整性角度看，该功能非常重要，因为在出现开路、电线短路或电线反接等故障时，故障点上游的A2B节点仍然能够正常工作。诊断功能还提供高效隔离系统级故障的能力，从汽车经销商/安装人员的角度来看，这一点至关重要。
使用SigmaStudio™图形化开发环境（与支持ADI公司SigmaDSP®和SHARC®处理器系列的开发工具相同）可大幅简化采用A2B的系统的设计过程。SigmaStudio通过业界领先的工具链，初始化A2B网络，并配置所有寄存器。SigmaStudio环境中还包含A2B总线带宽计算器和误码率测试器(BERT)。ADI还提供众多的全功能评估套件，可快速完成实际A2B网络的原型设计，从而加快系统方案早期验证和测试、验证和调试过程。
目标市场与应用
众多成熟和新兴的市场应用将因A2B技术而受益。目标应用包括：

音频ECU（车载音响主机、高级音频功放）连接
用于免提通话/语音识别/车内通信的麦克风阵列
主动降噪、路噪主动降噪
个人音区分区/有源扬声器
eCall和远程信息处理系统、自动驾驶系统、自动停车系统
生命体征监测
智能无线电连接

李婧

2019-8-7 18:21:23

音频ECU连接是一个成熟的、具有吸引力的应用领域。众多量产汽车中已部署采用A2B。在音响主机连接至高级音频功放的简单例子中（参见图2），A2B无需使用多条线缆来连接多通道音频、导航、手机和提示音。A2B可将所有相关线缆替换为低成本的非屏蔽双绞线，这种通过A2B进行的连接方式已经过测试和验证，符合最严格的汽车EMC和EMI兼容性要求。

图2.车内的A2B汽车音频总线示例。
高效经济的麦克风连接是设计中的优先考虑因素，促成了多种使用案例和应用。蓝牙®连接性和免提/语音识别系统已成为标准配置，在某些地区紧急呼叫eCall系统已成为强制要求。从车厂的角度来看，趋势是向单独或以模块为单位进行装配的多麦克风（2至4个）系统发展。无论何种情况，采用A2B技术的系统总成本远低于模拟连接产生的成本，在多麦克风阵列中尤为如此。所有A2B收发器均支持多达四个PDM麦克风接入，从而在四个麦克风阵列中，节省了传统连接方式中的三根麦克风线。
路噪主动降噪是更加广泛的ANC应用领域的衍生产品，许多汽车制造商正在评估这项应用。在宽带ANC中，可抵消与参考输入谐波相关的声音，以及部分非谐波相关或随机的声音。这些参考输入一般通过实体分布在车身周边的加速度传感器提供，最常见于四个悬挂中。宽带ANC系统的其他输入可来自error麦克风——也分布于汽车内部，比如在每个需要产生安静区的乘客位置布置一个。从每个加速度计/麦克风到宽带ANC处理单元的连接，传统实施方案采用模拟连接。显然，其接线成本、复杂性均过高，处理单元上的连接器区域也需要很大。而这些问题均可通过A2B方案解决。
对于需要经济高效的传感器连接的新兴应用，A2B也可以被视为一项具有推动作用的技术。自动驾驶、生命体征监测和自动停车系统等应用预计于2020年开始量产，都能从A2B技术提供的特性、功能、便捷性和快速上市等优势中获益。

音频ECU连接是一个成熟的、具有吸引力的应用领域。众多量产汽车中已部署采用A2B。在音响主机连接至高级音频功放的简单例子中（参见图2），A2B无需使用多条线缆来连接多通道音频、导航、手机和提示音。A2B可将所有相关线缆替换为低成本的非屏蔽双绞线，这种通过A2B进行的连接方式已经过测试和验证，符合最严格的汽车EMC和EMI兼容性要求。

图2.车内的A2B汽车音频总线示例。
高效经济的麦克风连接是设计中的优先考虑因素，促成了多种使用案例和应用。蓝牙®连接性和免提/语音识别系统已成为标准配置，在某些地区紧急呼叫eCall系统已成为强制要求。从车厂的角度来看，趋势是向单独或以模块为单位进行装配的多麦克风（2至4个）系统发展。无论何种情况，采用A2B技术的系统总成本远低于模拟连接产生的成本，在多麦克风阵列中尤为如此。所有A2B收发器均支持多达四个PDM麦克风接入，从而在四个麦克风阵列中，节省了传统连接方式中的三根麦克风线。
路噪主动降噪是更加广泛的ANC应用领域的衍生产品，许多汽车制造商正在评估这项应用。在宽带ANC中，可抵消与参考输入谐波相关的声音，以及部分非谐波相关或随机的声音。这些参考输入一般通过实体分布在车身周边的加速度传感器提供，最常见于四个悬挂中。宽带ANC系统的其他输入可来自error麦克风——也分布于汽车内部，比如在每个需要产生安静区的乘客位置布置一个。从每个加速度计/麦克风到宽带ANC处理单元的连接，传统实施方案采用模拟连接。显然，其接线成本、复杂性均过高，处理单元上的连接器区域也需要很大。而这些问题均可通过A2B方案解决。
对于需要经济高效的传感器连接的新兴应用，A2B也可以被视为一项具有推动作用的技术。自动驾驶、生命体征监测和自动停车系统等应用预计于2020年开始量产，都能从A2B技术提供的特性、功能、便捷性和快速上市等优势中获益。

吴帆

2019-8-7 18:21:38

总结
A2B是一种数字总线架构，能够为接线集中的音频和控制应用提供一系列优化，还能提高系统性能和降低系统成本。

A2B提供远高于模拟连接的音频质量，同时还能提供低成本、可扩展的数字总线架构。
A2B可在各种汽车应用中提供低风险解决方案。
从2016年开始，基于A2B的系统已进入部署阶段，目前交付的系统数量已超过200万套。
AD2428W以及功能精简、低成本的衍生产品AD2427W和AD2426W，代表了功能增强型A2B收发器的最新发展即按照既定的发展规划，致力于实现更高集成度和性能。

胡谦倩

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孙翼飞

李韵

李婧

吴帆

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