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作者：Ken Waurin，營銷經理，Analog Devices, Inc. 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)、個人音區分區(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 品—AD2427W和AD2426W一起，組成了最新的增強型A2B收發器系列，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，單個節點之間的最長距離可達15 m。用串行拓撲結構代替環形拓撲結構是A2B技術中一個重要的元素，對整體系統完整性和穩定性至關重要。如果A2B菊花鏈的一個節點受到影響，整個網絡不會崩潰。只有故障節點下游的節點會受影響。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，總線即可常規運行。A2B的獨特架構帶來的一個附加優點是，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。 u 與傳統實施方案相比，減少了物理線纜的數量。 u 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。 u 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圖形化開發環境（與支持ADI公司SigmaDSP和SHARC處理器系列的開發工具相同）可大幅簡化采用A2B的系統的設計過程。SigmaStudio通過業界領先的工具鏈，初始化A2B網絡，并配置所有寄存器。SigmaStudio環境中還包含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： u 音頻ECU（車載音響主機、高級音頻功放）連接 u 用于免提通話/語音識別/車內通信的麥克風陣列 u 主動降噪、路噪主動降噪 u 個人音區分區/有源揚聲器 u eCall和遠程信息處理系統、 自動駕駛系統、自動停車系統 u 生命體征監測 u 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化，還能提高系統性能和降低系統成本。 u 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。 u A2B可在各種汽車應用中提供低風險解決方案。 u 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。 u 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收發器的最新發展即按照既定的發展規劃，致力于實現更高集成度和性能。 作者簡介 Ken Waurin是ADI公司的戰略營銷經理，負責汽車信息娛樂系統相關工作。他的主要關注點是高級音響、主動降噪和車內連接。聯系方式：kenneth.waurin@analog.com。 |
