A2B方案給汽車(chē)音頻鏈路瘦身

摘要：隨著(zhù)汽車(chē)音頻鏈路中的節點(diǎn)數的提高，傳統音頻鏈路連接方式會(huì )給汽車(chē)帶來(lái)增重、布線(xiàn)難、電磁兼容不達標等問(wèn)題。ADI推出的A²B是一種僅需要使用一組非屏蔽雙絞線(xiàn)就可以雙向傳輸32個(gè)通道音頻數據的新型汽車(chē)數字音頻總線(xiàn)，同時(shí)也具有幻象供電、遠距離故障診斷等特性，因此可以解決多音頻節點(diǎn)下的增重、布線(xiàn)難、電磁兼容不容易達標等傳統汽車(chē)音頻總線(xiàn)所面臨問(wèn)題。本文通過(guò)比較傳統音頻鏈路連接方式和A2B音頻鏈路連接方式的區別，介紹了A2B的主要特性，提供了使用A²B的汽車(chē)音頻鏈路系統連接方案，并且詳細介紹了在汽車(chē)音頻鏈路系統中，如何使用A²B來(lái)實(shí)現遠距離故障診斷。

　　車(chē)載娛樂(lè )系統對于音頻信號的處理需求日益提升，例如藍牙通話(huà)的回音消除和背景消噪，針對發(fā)動(dòng)機和路噪的艙內主動(dòng)降噪，多通道高保真音樂(lè )等，從而導致車(chē)上的音頻節點(diǎn)數量和音頻數據量急劇增加。采用傳統的模擬音頻線(xiàn)連接多個(gè)音頻節點(diǎn)的方式，會(huì )直接增加大量線(xiàn)纜，增加整車(chē)重量，同時(shí)也增加了車(chē)載娛樂(lè )系統的復雜度和成本。

1 傳統模擬音頻傳輸系統的鏈路

　　在帶有主動(dòng)降噪的汽車(chē)音頻系統里通常包含藍牙通話(huà)麥克風(fēng)、主動(dòng)降噪麥克風(fēng)、車(chē)機以及車(chē)載功放等多個(gè)音頻節點(diǎn)。以一輛5座乘用車(chē)為例，前排座位上各需要一個(gè)誤差麥克風(fēng)，后排座位上需要2個(gè)誤差麥克風(fēng)，外加一組由3個(gè)麥克風(fēng)陣列組成的藍牙通話(huà)麥克風(fēng)，7個(gè)麥克風(fēng)分布于5個(gè)節點(diǎn)。再加車(chē)機、車(chē)載功放和有源低音喇叭之間的多聲道音頻傳輸，這輛乘用車(chē)上一共有8個(gè)音頻節點(diǎn)、十幾個(gè)音頻數據通道，如圖1。采用傳統的模擬音頻線(xiàn)纜進(jìn)行連接，將會(huì )需要十幾束模擬音頻線(xiàn)纜。這將大幅增加整車(chē)布線(xiàn)的復雜度以及車(chē)身重量。

2 使用A²B技術(shù)的音頻傳輸系統鏈路

　　A²BTM(Automotive Audio Bus)是ADI針對車(chē)載應用推出的數字音頻總線(xiàn)，只需要使用一束非屏蔽雙絞線(xiàn)就可以雙向傳輸32個(gè)通道的音頻數據，還可以實(shí)現遠程I²C控制和對多節點(diǎn)進(jìn)行故障診斷，還能對各個(gè)節點(diǎn)提供最大50mA左右的幻象供電的能力。A²B最大支持9個(gè)節點(diǎn)(1個(gè)主節點(diǎn)和8個(gè)從節點(diǎn))，采用菊花鏈形式連接，節點(diǎn)之間最大支持10米線(xiàn)纜，整條鏈路上支持最大40米距離的線(xiàn)纜，且第一個(gè)節點(diǎn)和第九個(gè)節點(diǎn)之間的音頻數據傳遞延遲最大只有50μs。

　　基于A(yíng)²BTM的特性，上述5座乘用車(chē)的音頻鏈路可以精簡(jiǎn)為圖2的鏈路，僅需要1束非屏蔽雙絞線(xiàn)就可以將8個(gè)音頻節點(diǎn)連接起來(lái)，在保證節點(diǎn)間音頻數據傳遞實(shí)時(shí)性的前提下，極大降低了整車(chē)布線(xiàn)的復雜度和車(chē)身重量，也使得整車(chē)更容易通過(guò)EMC/EMI測試。

　　同時(shí)，由于A(yíng)²BTM還能實(shí)現遠程I²C控制，因此在各個(gè)音頻節點(diǎn)上，可以省去MCU以及CAN等控制接口。在使用幻象供電的情況下，部分節點(diǎn)也不需要使用電源芯片。從而為各個(gè)音頻節點(diǎn)做了瘦身處理，降低了系統成本。

　　因此，A²BTM技術(shù)的推出可以幫助車(chē)廠(chǎng)解決傳統模擬音頻傳輸鏈路在多音頻節點(diǎn)中所帶來(lái)的一系列難題。

3 A2B故障診斷系統

　　在車(chē)載應用中，故障診斷能力至關(guān)重要。傳統模擬音頻線(xiàn)的鏈路中，需要在每個(gè)節點(diǎn)中嵌入處理器進(jìn)行故障診斷，再經(jīng)CAN等總線(xiàn)傳遞到主機端。在A(yíng)²B音頻鏈路中，由于A(yíng)²B可以實(shí)現遠端故障診斷數據的傳輸，因此可以代替CAN來(lái)完成診斷功能。A²B的故障診斷不僅包括自身的線(xiàn)診斷而且包括對各節點(diǎn)上器件的故障診斷。

3.1 線(xiàn)故障診斷

　　線(xiàn)故障診斷包括對地短路、對汽車(chē)電源短路、開(kāi)路、反接等。A2B在初始化期間會(huì )對整條鏈路上進(jìn)行線(xiàn)故障診斷，同時(shí)也會(huì )在初始化完成后，正常工作中進(jìn)行線(xiàn)故障診斷。

　　當初始化完成后，在整個(gè)音頻系統運行過(guò)程中，如果遇見(jiàn)線(xiàn)故障，中斷信息會(huì )經(jīng)A²B總線(xiàn)上傳至主節電。主節點(diǎn)的處理器在接收到中斷信息后，可以通過(guò)讀取A²B的中斷類(lèi)型寄存器，獲得相應的故障代碼，從而作對應的故障操作。

3.2 節點(diǎn)上輸入輸出器件的故障診斷

　　音頻節點(diǎn)上有麥克風(fēng)、ADC、DAC、Codec等輸入輸出音頻器件，需要對麥克風(fēng)或者各類(lèi)輸入輸出器件做相應的故障診斷和工作狀態(tài)調整。最常見(jiàn)的兩種故障診斷模式為GPIO查詢(xún)式以及PWM脈寬調制信號。

　　(1)GPIO查詢(xún)式故障診斷

　　當節點(diǎn)上的輸入輸出器件發(fā)生故障時(shí)，會(huì )發(fā)一個(gè)中斷信號給A²B收發(fā)器，通過(guò)A²B總線(xiàn)傳輸給主節點(diǎn)，主節點(diǎn)上的A²B收發(fā)器會(huì )發(fā)出一個(gè)中斷信號給處理器,處理器收到中斷信號后，查詢(xún)A²B故障寄存器，判斷是由哪個(gè)節點(diǎn)發(fā)出的中斷請求，從而對該節點(diǎn)發(fā)出I²C命令獲得故障代碼，如圖4所示。

　　(2)PWM脈寬調制信號式故障診斷

　　部分ClassAB/D類(lèi)功放芯片的故障信號采用實(shí)時(shí)的PWM形式波形傳輸，由處理器根據PWM信號的不同占空比來(lái)判斷各種故障信息。面對這類(lèi)故障傳輸模式，由于A(yíng)2B收發(fā)器擁有2組I2S/TDM接收口，所以?xún)H需把PWM故障診斷信號接到該節點(diǎn)上的A²B收發(fā)器的一組I2S/TDM接口上，同時(shí)將主節點(diǎn)上A2B收發(fā)器對應的I2S/TDM接口接到處理器的PWM接口即可。在主節點(diǎn)處理器收到相應的PWM波形判斷故障后，再通過(guò)A²B總線(xiàn)發(fā)送相應的I2C指令給節點(diǎn)上的功放器件，調整功放器件的工作狀態(tài)，比如鉗位關(guān)斷。需要注意的是，在多節點(diǎn)的音頻鏈路中，整個(gè)音頻鏈路上所對應的該組I2S/TDM接口都不能掛接其他音頻信號，僅可以作為PWM類(lèi)型的診斷信號連接。這種A2B的特殊用法保障了節點(diǎn)上傳中斷信息的實(shí)時(shí)性，且省去了在節點(diǎn)處安裝處理器專(zhuān)門(mén)用于故障診斷和控制。