不久前,ADI与沃尔沃汽车公司宣布,沃尔沃汽车公司的首款纯电动SUV—沃尔沃XC40 Recharge采用ADI的集成电路提供电池管理系统(BMS)和汽车音频总线 (A2B)功能。如果没记错,这是自ADI公司发布独创的A2B汽车音频总线在2014年推出后第四个业界公开的Design-win新闻。事实上,据称A2B已经获得超过90%的车厂用于新车架构的开发。在这些公开的报道中,我们可以看到一些显著的应用趋势——A2B总线获得越来越多的创新功能应用开发。

 

 

随着2016年福特公司在其四个量产汽车上使用了A2B系列的首款产品,并将A2B作为其首要信息娱乐网络技术以来,该总线技术在汽车领域默默“攻城略地”。在2020年,ADI宣布与现代汽车公司合作推出的A2B汽车应用,则是业界首个全数字路噪降噪系统,这个有史以来第一个降噪系统,能大幅度降低车厢内的噪音。而最新与沃尔沃的联合发布中,很明显将强调了 “信息娱乐网络技术”与“降噪”两者——“基于ADI公司A2B和SHARC®音频处理器的音频解决方案不仅提供沉浸式座舱体验,而且支持可持续发展趋势,ADI的解决方案使音频系统能够连接到低延时总线架构中,不仅能保证音频的高保真度,还可在车内减轻多达50公斤的线缆和绝缘装置。”。低延时总线架构是汽车主动降噪功能对音频总线的核心特性要求。

 

早期应用关注核心优势是“功能丰富”、简化与减重
在首款应用新闻中提及使用A2B技术能够将音频和控制数据连同时钟和供电通过一条非屏蔽双绞线传输,支持实现技术先进、功能丰富的车载信息娱乐系统,同时降低连线密集型汽车应用的系统成本。该次应用中使用了A2B产品组合中的首款产品——AD2410收发器, 该A2B系列还包括AD2401和AD2402收发器,这些产品针对麦克风连接做过专门调整,特别适合主动噪声消除、免提和车内通信等应用。

 

A2B总线作为一种高带宽双向数字总线,最初用于解决汽车应用中的音频分配挑战。因为现有的汽车音频网络一般使用多个点对点模拟连接,A2B技术可以解决许多与点对点模拟连接相关的挑战,包括电缆重量、电缆成本、布线难题,以及多个连接的可靠性。它有助于通过非屏蔽双绞(UTP)线和连接器基础设施,在整个分配式多节点音频系统中传输完全同步的音频数据(I2S/TDM/PDM)和控制数据(I2C)。该技术在上行和下行总线上支持多达32个音频通道,提供50 Mbps总带宽。A2B技术支持点对点、菊花链和分支网络拓扑。
 

传统的汽车音频线缆与A2B简化的车内音频系统线缆

 

每个网络都由一个主节点和多达10个从节点组成。主节点包含一个连接至主机处理器的A2B收发器,该收发器可以将音频、控制数据和I2C数据发送至A2B总线。从节点的复杂度各不相同(从具备强大处理能力的优质放大器到总线供电的麦克风节点),都包含A2B收发器,可连接各种器件,例如麦克风、数字信号处理器(DSP)、扬声器、传感器(例如加速度计),或者D类放大器。主从收发器器件支持多种其他特性,例如支持时分多路复用(TDM)和脉冲密度调制(PDM)麦克风输入。从A2B收发器衍生出来的简化产品具备各种级别的功能,例如端点从节点(不支持TDM)、简化型主节点(支持较短的电缆和更少的从节点数量),以及简化型端点从节点(支持较短电缆和更少的PDM输入)。

 

如与沃尔沃的合作新闻中所提到“可在车内减轻多达50公斤的线缆和绝缘装置”,A2B总线在节省音频连接成本和重量上也发挥积极作用,特别是在当前新能源汽车提高能效的竞争中具有积极意义。汽车音频系统的电缆在总电缆重量中占了很大比重,这是因为模拟线路要求从音频源到端(扬声器)都采用价格高昂的屏蔽电缆。A2B支持串联拓扑,即单个主机最多连接10个菊花链形式的从机。A2B针对音频应用进行优化,速度为50Mbps。通过使用非屏蔽双绞线(UTP),大幅简化连接,线束的总重量减少高达75%。

 

主动降噪,为音频应用再添“宝藏”功能
主动降噪功能近年来成为耳机产品很火的功能概念,想要“静静”的,不仅仅有耳机,其中汽车则可能是继耳机之后最重要的应用领域。主动降噪功能的原理是很简单的,但在汽车应用中却并不简单。以汽车主动降噪为例,由于噪声测量和分析技术的局限性,现有的主动降噪仅在噪声恒定且可预测噪声发生时才能使用,过去常见的汽车主动降噪技术最常用于抵消恒定的发动机噪音。考虑到道路或发动机噪音到达乘客只需要大约 0.009 秒,因此当前技术是鞭长莫及。

 

作为一项创新的汽车音频总线,A2B支持串联拓扑,即单个主机最多连接10个菊花链形式的从机。A2B针对音频应用进行优化,速度为50Mbps,非常适合数字麦克风。而非常重要的是,A2B可以保证延时最多2个时钟周期,为ANC/RNC这样的延时敏感型应用提供时间确定性。而正是在50Mbps下的两个时钟周期时延,为0.009秒的声音传播条件下的噪声消除创造了必要条件。

 

在ADI与现代汽车合作以及ADI与沃尔沃的合作新闻中,A2B低延迟特性被作为重要特性被提到。路噪降噪系统使用加速度传感器计算从道路到汽车的振动,控制计算机分析道路噪音,由于其计算和信号传输速度得到了优化,因此仅需 0.002 秒即可分析噪声并产生由数字信号处理器产生的反向声波。麦克风不断监视道路噪音消除状态,并将信息发送到DSP。全数字路噪降噪系统能够进行准确的噪声分析和快速计算,以分别消除驾驶员座椅,乘客座椅和后排座椅的道路噪声。

 

据了解,通过首创的 全数字路噪降噪系统技术,现代汽车集团能够大大提高机舱内的安静度。新系统可以实时分析各种类型的噪声并产生倒转的声波。例如,新技术可以处理不同类型的道路噪音,例如轮胎和车轮之间产生的共鸣声或道路上发出的隆隆声。由于有了这一成就,与以前相比,现代可以使用更少的隔音部件和减震器来减少车辆的簧下重量。

 

不止于汽车,A2B正在拓展更多音频应用领域
上述的汽车音频应用中,A2B总线主要应用于一般的轿车中。事实上,它由于可以远距离传输不太关键的一般输入/输出(GPIO)数据,此功能现在也用于运输业的多种用例中,例如公共汽车和观光车中部署的停止按钮可以利用这种A2B功能,其相关的处理成本极低,只需在初始化期间通过主节点配置A2B链路,GPIO就可以独立运行,无需主机的进一步干预

 

 

此外,在一些应用场景,许多标准(例如AES67)都利用以太网和互联网协议(IP)等技术在一定距离内传输音频,例如从住宅或小型演播室到体育场或购物中心等应用环境,但A2B技术可以作为一种互补技术,非常适合在主干网络和外围设备(例如麦克风、扬声器等)之间提供边缘连接。以体育场为例,利用以太网技术在整个场馆内或在局部区域之间部署音频时极为高效。

 

A2B技术的最低节点处理要求,以及通过电缆供电的能力,非常适合网络环境中需要高度简化从节点设计的应用。录音棚环境中的几种应用可以利用这种支持实现由总线供电的简单节点设计,例如对讲扬声器或拾音器。将总线供电节点和本地供电节点结合起来,系统设计人员可以利用A2B技术提供的24位、96 kHz数字音频路径创建复杂的录音棚设计。A2B总线支持长电缆长度,这是录音棚或小舞台环境可以利用的另一个特性。A2B音频总线丰富的功能特性成为音频应用的“宝藏”总线,正在从汽车和运输应用拓展开来,在智能楼宇和消费电子等更多的领域获得成功应用。