与3大汽车巨头“牵手”,ADI A2B的“魔力”在哪里?

2016年,福特汽车公司已选中汽车音频总线TM (A2B)作为其首要信息娱乐网络技术,并将在2016年投入生产的四个汽车平台上使用AD2410收发器——A2B产品组合中的首款产品。 

2019年,中国汽车制造商比亚迪宣布采用 ADI 公司的汽车音频总线 (A2B®) 及 SHARC® 数字信号处理器 (DSP),打造能效更高、更节能环保的汽车平台,提升驾乘人员的沉浸式车载音频信息娱乐体验。

2020年,现代汽车公司与ADI达成战略合作,计划推出汽车行业首个采用ADI汽车音频总线(A2B®)技术的全数字路噪降噪系统。此外,现代汽车公司还计划在其汽车产品的基础音频连接和信息娱乐系统中更广泛地采用ADI的A2B技术。

那么ADI的A2B技术到底有怎么样的魔力,获得3大汽车巨头的青睐呢?

首先我们先了解汽车发展的背景,汽车制造商致力于使其下一代的汽车比前代汽车更安全、更智能且更节油。为此,需要在汽车中安装更多的ECU (电子控制单元),这会导致电子系统的数量不断增加、复杂度也越来越高,以便实现主动噪声消除、互联网连接和车内通信等新功能。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政府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。

不过传统的汽车音频ECU一般通过单根模拟电缆或现有的数字总线架构连接,这两者都存在局限性,效率低、会产生不必要的费用。使用模拟接线的汽车音频系统需要专用且昂贵的屏蔽电缆,以用于各种音频信号或通道。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,必要的模数转换器(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AVB等数字总线标准,这是因为这些标准能够大幅简化与模拟实施方案相关的接线复杂性。然而,MOST和以太网AVB虽然能够提高性能和灵活性,但会增加管理其相关软件协议堆栈的高价格微控制器,从而增加成本。此外,这些数字总线架构本身对节点之间 延迟存在着不确定性。对于车厢内主动噪声消除等易受延迟影响的应用,这一点是不能被接受的。

于是A2B技术应运而生,A2B 是一种高带宽双向数字音频总线。A2B 能够使用一根 2 线 UTP 电缆,在距离长达 15 m 的节点之间以及整个 40 m 的菊花链上,传输 I2S/TDM/PDM 数据和 I2C 控制信息以及时钟和电源。A2B 可用作具有嵌入式子网的自身网络,也可用作端点传输总线,与其他更远距离协议配合使用。在 A2B 网络中,所有节点上的时钟是同步的。系统中的每个节点同时接收麦克风和串行音频数据。

该技术最多能够将电缆的重量减轻75%,而且还能提供高保真数字音频。汽车音频总线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。最简单的A2B是一种高带宽(50 Mbps)数字总线,它能够通过在非常长的距离(节点间的距离最长达10 m)上,使用一条无屏蔽双绞线将I2S音频和I2C控制数据与时钟和功率一起传输。

A2B 音频总线的优点

可配置、灵活、低风险且易于使用

A2B收发器允许I2C主机访问系统中的所有收发器。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)可简化采用A2B的系统的设计过程。ADI还提供众多的全功能评估系统,可快速完成A2B网络的原型制作并加快早期系统概念验证、测试、验证和调试过程

降低系统和电缆成本、重量和复杂性

使用 A2B 时,不再需要昂贵的微控制器和外部存储器。收发器能够通过用于传输数据的同一条 UTP(非屏蔽双绞线)为远程节点供电,因而每个总线供电的从属节点上不再需要本地电源,降低了总体系统 BOM 成本。与需要两个或三个双绞线连接或昂贵布线方案的其他数字总线架构相比,例如用于在汽车内连接音频系统的大量线束,UTP 电缆可提供系统级节省。

出色的音频质量

凭借可配置的 44.1 kHz 或 48 kHz 帧速率和高达 50 Mbps 的带宽,A2B 适用于传输数字音频,可实现优于模拟连接的出色音频质量。系统节点在每个方向可支持多达 32 个总线槽,而且槽宽度最多可编程至 32 位,从而支持 I2S 和多达 TDM32 的多种 TDM 配置。本机也支持 PDM 输入,收发器在将输入置于 A2B 总线上之前,将输入抽取成 PCM 格式。

确定性低延迟

A2B 技术确保在每个帧的所有系统节点上同步采样和传递数据。帧结构在主机节点上被完全控制,以便对每个收发器在两个方向上使用可用的数据时隙进行编程,无论是贡献、提取或读取数据并将其传递到线路拓扑结构中的下一个节点。由于总线冲突或分组数据重组而导致的延迟会被移除。 A2B 具有低于50 µs的确定性极低延迟。

比如ADI A2B系列的首款产品AD2410,它在一条非屏蔽双绞线上支持最多8个从节点的菊花链,从而不需要有些竞争对手技术中要求的冗余线缆。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10 m。用直 线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重要。如果A2B菊花链的一个连接受到影响,整个网络不会崩溃。只有故障连接下游的节点会受到故障影响,而A2B技术特有的内嵌诊断功能则能够隔离故障的来源和起因。

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。通过简单地初始化总线后,无需更多处理器干预即可管理常规总线运行。然而,A2B技术确实可响应中断信号,因为音频节点可能会在需要维修和保养时发出信号。A2B的独特架构带 来的一个附加优点是,系统延迟完全是可确定的(2个周期的延迟),并且与音频节点在A2B总线上的位置无关。此特性对主动噪声消除等新兴应用极其重要,在有源噪声消除应用中,必须以时序一致的方式处理多个远程传感器产生的音频样本。

AD2410 A2B收发器可在一条非屏蔽双绞线上传输音频、控制、时钟和功率信号。这可降低系统总成本,其原因如下:

  • 与传统实施方案相比,物理线缆的数量有所减少。
  • 实际采用的电线可以是成本更低、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,对于特殊使用案例,A2B技术可提供小功率的电源,将不超过300 mA的电流传输至A2B菊花链上的音频节点。有了这个小功率电源,便无需在音频ECU上使用本地电源,从而进一步降低总系统成本。

A2B技术提供的50 Mbps总线带宽总值最多可支持32个使用标准音频采样速率(44.1 kHz、48 kHZ)和通道宽度(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确保保证最高质量的音频,不会产生因ADC/DAC转换造成的音频性能下降问题