A2B應用面面觀

2020-11-13 13:15:57 來源:ADI
縱觀歷史,會發現許多汽車行業利用相鄰和互補市場技術實現轉化的示例;工業、消費電子和醫療健康行業只是其中幾個。從引進采礦業的傳輸系統來實現汽車大規模生產的變革,到利用電子控制單元(ECU)的處理能力(該技術自30多年前首次運用微控制器功能以來持續迅速發展),這種汽車行業借用技術轉化并充分發揮其優勢的例子不勝枚舉?,F在,汽車行業也在回饋一項可以簡化各種應用中的音頻分配挑戰的技術。
 
A2B®總線是一種高帶寬雙向數字總線,最初用于解決汽車應用中的音頻分配挑戰?,F有的汽車音頻網絡一般使用多個點對點模擬連接。A2B技術可以解決許多與點對點模擬連接相關的挑戰,包括電纜重量、電纜成本、布線難題,以及多個連接的可靠性。它有助于通過非屏蔽雙絞線(UTP)電纜和連接器基礎結構在分布式多節點音頻系統中傳輸完全同步的音頻數據(I2S / TDM / PDM)和控制數據(I2C)。A2B技術支持點對點、菊花鏈和分支網絡拓撲。
 
每個網絡都由一個主節點和多達10個從節點組成。主節點包含一個連接至主機處理器的A2B收發器,該收發器可以將音頻、控制數據 (I2C數據) 發送至A2B總線。從節點的復雜度各不相同(從具備強大處理能力的優質放大器到總線供電的麥克風節點),都可用A2B收發器連接,例如麥克風、數字信號處理器(DSP)、揚聲器、傳感器(例如加速度計),或者D類放大器。主從收發器器件都支持多種功能,例如支持時分多路復用(TDM)和脈沖密度調制(PDM)麥克風輸入。A2B收發器衍生出來的簡化產品具備各種級別的功能,例如端點從節點(不支持TDM)、簡化型主節點(支持較短的電纜和更少的從節點數量),以及簡化型端點從節點(支持較短電纜和更少的PDM輸入)。
 
A2B技術最初只出現在部分汽車應用產品系列中,該技術于2019年面向廣泛市場全面開放,適合各類應用。
 
圖1.A2B架構示例
 
適用于非公路和多用途車輛的Fritzmeier駕駛室系統配合Antretter & Huber的SMARTCOM系統,充分利用了A2B技術的可擴展特性。SMARTCOM系統配有麥克風、有源揚聲器和FM/DAB智能無線電模塊,旨在簡化與第三方模塊的集成。SMARTCOM系統使用的A2B總線的主要功能包括:集成多達10個連接到主節點的從節點,以及支持雙向音頻傳輸。
 
載人車輛(例如公共汽車、飛機和火車)構成了運輸業的另一個重要領域,這些車輛現在也可以利用A2B技術的功能。車輛中連接的分布音頻組件明顯可采用A2B器件,例如使用經濟高效地輕型UTP電纜來實現分布式揚聲器的高效連接。但是,還存在許多更微妙的用例!A2B器件可支持網絡上多達32個下游音頻(從主節點到從節點)和上游音頻(從從節點到主節點)通道,有助于在單個系統中分配包含不同音頻內容的多個通道。這個特性可以用在旅游車上,用于分配各種類型的音樂,或者分配各種語言的導游指南。
 
A2B總線可以遠距離傳輸不太關鍵的一般輸入/輸出(GPIO)數據,此功能現在也用于運輸業的多種用例中。例如,公共汽車和觀光車中部署的停止按鈕可以利用這種A2B功能,其相關的處理成本極低,只需在初始化期間通過主節點配置A2B鏈路,GPIO就可以獨立運行,無需主機的進一步干預。
 
在運輸業以外,許多標準(例如AES67)都利用以太網和互聯網協議(IP)等技術在一定距離內傳輸音頻(從住宅或小型演播室到體育場或購物中心等應用環境)。對于許多基于以太網的遠距離傳輸音頻的技術來說
,A2B技術并不會直接與其競爭。相反,A2B技術可以被視為一種互補技術,非常適合在主干網絡和外圍設備(例如麥克風、揚聲器等)之間提供邊緣連接。
 
以體育場為例,利用以太網技術(例如AES67)在整個場館內或在局部區域(例如套房或餐廳)之間部署音頻時極為高效。但是,在局部區域內,將以太網技術連接至網絡邊緣時,A2B技術具有幾個明顯優勢。A2B收發器配有集成式網絡控制器和PHY。A2B器件支持的UTP連接器經濟高效,且易于組裝,A2B器件支持的UTP電纜同樣經濟高效、靈活輕巧。A2B技術也從節點處理的角度進行了高度優化,可以在不使用微控制器的情況下實現從節點。
 
A2B總線設計的初衷,就是盡可能減少整個網絡的處理要求。在系統初始化期間,A2B主節點上的收發器必須配置A2B網絡,這是主機控制器(可以是任何帶I2C接口的IC/SoC)應承擔的工作。
 
ADI提供了一個嵌入式C或Linux® 格式的參考軟件堆棧,可用于網絡配置。完成網絡配置之后,唯一的軟件開銷是為應用程序選擇的狀態檢查策略的功能。與其他需要在每個連接到網絡的節點上執行復雜堆棧的技術相比,采用這種方法的A2B技術具有明顯的優勢。
 
A2B技術的最低節點處理要求,以及通過電纜供電的能力,非常適合網絡環境中需要高度簡化從節點設計的應用。錄音棚環境中的幾種應用可以利用這種支持實現由總線供電的簡單節點設計,例如對講揚聲器或拾音器。將總線供電節點和本地供電節點結合起來,系統設計人員可以利用A2B技術提供的24位、96 kHz數字音頻路徑創建復雜的錄音棚設計。A2B總線的電纜長度是錄音棚或小舞臺環境可以利用的另一個特性。小舞臺環境可以利用這種靈活性來連接各種元件,例如調音臺、監控器、麥克風、均衡器或放大器。
 
圖3.A2B軟件堆棧架構
 
A2B總線支持長電纜長度,如今以遠程會議系統為核心的會議室也可以利用A2B總線支持長電纜長度這一特性。遠程會議系統需要連接各種元件,例如麥克風、揚聲器和靜音按鈕。在實現波束成形麥克風解決方案時,遠程會議系統還可以利用A2B技術提供的超低確定性延遲特性。所涉及的麥克風數量、可用的處理能力和系統中的延遲都會影響波束成形實現的有效性。A2B技術提供同步數據交換,保證最大延遲低于50 µs。A2B總線提供的GPIO支持也可用于遠程會議系統中,用于傳送任何輔助信號,例如靜音控制按鈕、呼叫中或靜音狀態指示器。
 
圖2.利用A2B實現邊緣連接
 
實踐證明,A2B技術在汽車環境中具備可靠的EMI/EMC兼容性,對于那些需要在具有挑戰性的EMC環境中安全傳輸音頻和非關鍵數據的應用來說,這是一個非常有吸引力的技術選項。A2B總線符合嚴格的汽車EMC標準,包括排放、抗干擾性和ESD要求等,非常適合航空電子和航空航天應用??梢酝ㄟ^與基本設計準則保持一致,并遵循參考設計,來確保系統設計符合規相關標準要求。
 
 
這種參考設計是生態系統的重要組成,也是幫助客戶簡化和加快設計過程的必要技術支持。ADI公司和多家第三方合作伙伴的硬件參考設計都支持A2B技術。其他傳統生態系統要素還包括樣片、文檔和評估套件的可用性。此外,A2B生態系統還包括其他三大要素:軟件、設計工具和第三方設計合作伙伴。
 
圖4.A2B評估系統樣片
 
除了前面提到的參考軟件堆棧架構,A2B技術也受ADI備受行業贊譽的開發工具SigmaStudio®支持。SigmaStudio是一款設計工具,可以通過拖放A2B節點和輔助器件、節點配置、誤碼率分析、帶寬計算和功率計算來支持A2B設計過程-網絡設計的各個方面。SigmaStudio獲取配置數據,并生成通用的.c和.h文件,以集成到軟件堆棧中。
 
圖5.SigmaStudio網絡配置工具
 
測試設備供應商(包括Mentor和Total Phase等)也是A2B總線生態系統的組成部分,主要提供A2B分析儀和監控器等產品。A2B分析儀可以模擬A2B網絡中的主節點或從節點,這在設計和創建A2B網絡的原型時會很有幫助。A2B監控器可作為A2B網絡上的無源節點,用于監測通過該節點的所有A2B音頻和數據,同時支持輸入和輸出音頻。這些工具可以幫助客戶縮短上市時間和降低設計復雜度。它們還可以在項目發布之前和之后加快調試和分析解決問題。A2B技術擁有多家第三方設計服務合作伙伴,他們已多次將A2B設計成功推向市場。這些合作伙伴提供硬件模塊、定制硬件和軟件設計支持等一系列服務。
 
技術生態系統、EMI/EMC可靠性、電纜長度支持和最低的處理成本等這些輔助因素,對于A2B總線最重要的音頻和數據傳輸功能也是有力的補充。這些綜合優勢使得A2B技術深受很多行業應用的青睞,例如運輸業、專業AV、音樂制作和表演等。
 
目前面向廣泛的市場應用推出了5款通用型A2B收發器,其中兩款為主器件,剩余三款為從器件。5款通用收發器包括超集組件和子集組件,以及一款經過優化的端點從器件。支持的5款通用器件概覽如表1所示。
 
表1.面向廣泛市場應用的A2B器件

A2B器件 AD2428 AD2427 AD2426 AD2429 AD2420
產品描述 主機 從機 端點從機 經過優化的主機 經過優化的端點從機
支持主機
TRX功能模塊 A + B A + B A B
 
A
I2S/TDM支持
PDM麥克風輸入 4 4 4 4 2
支持的從機數 高達10個 N/A N/A 高達2 N/A
節點間最大線纜長度 15米 15米 15米 5米 5米
 
A2B總線由ADI提供的一系列產品評估板提供支持,涵蓋各類A2B器件。第三方設計服務團隊提供的其他A2B板進一步實施補充。
 
表2.面向廣泛市場應用的A2B評估板

A2B評估板 說明
EVAL-AD2428WB1BZ 總線供電的從機板,支持帶兩個PDM麥克風的I2S/TDM
EVAL-AD2428WC1BZ 總線供電的從機板,帶四個PDM麥克風;不支持I2S/TDM
EVAL-AD2428WD1BZ 主機供電和本地供電的從機板,支持帶三個PDM麥克風的I2S/TDM
EVAL-AD2428WG1BZ 本地供電的從機板,支持不帶PDM麥克風的I2S/TDM
ADZS-AUDIOA2BAMP 包含用于驅動揚聲器的D類放大器
ADZS-SC589-MINI SHARC®音頻模塊,配有A2B收發器和ADSP-SC589音頻處理器
 
如需了解A2B產品,以及更多與A2B應用相關的信息,請訪問analog.com/a2b。
 
作者簡介

Joe Triggs是ADI公司汽車事業部汽車連接和傳感(ACS)產品部的應用經理。ACS部負責提供C2B、A2B和ADI駕駛座艙傳感技術支持,如方向盤握姿-檢測和ToF技術。他于2002年獲得國立科克大學工學學士學位,之后繼續深造,2004年獲得利默里克大學工學碩士學位。2012年,他完成了利默里克大學Kemmy商學院工商管理碩士課程。


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