A2B應用面面觀

作者:ADI汽車事業部汽車連接和感測(ACS)產品部應用經理Joe Triggs


縱觀歷史,會發現許多汽車產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產業只是其中幾個。從引進採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),這種汽車產業借用技術轉化並充分發揮其優勢的例子不勝枚舉。現在,汽車產業也在回饋一項可以簡化各種應用中的音訊分配挑戰的技術。

A2B®匯流排是一種高頻寬雙向數位匯流排,最初用於解決汽車應用中的音訊分配挑戰。現有的汽車音訊網路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類比連接相關的挑戰,包括電纜重量、電纜成本、佈線難題,以及多個連接的可靠性。它有助於透過非遮罩雙絞(UTP)線和連接器基礎設施,在整個分配式多節點音訊系統中傳輸完全同步的音訊資料(I2S/TDM/PDM)和控制資料(I2C)。該技術在上游和下游匯流排上支援多達32個音訊通道,提供50 Mbps總頻寬。A2B技術支援點對點、菊鏈和分支網路拓撲。

每個網路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,該收發器可以將音訊、控制資料和I2C資料發送至A2B匯流排。從節點的複雜度各不相同(從具備強大處理能力的優質放大器到匯流排供電的麥克風節點),都包含A2B收發器,可連接各種元件,例如麥克風、數位訊號處理器(DSP)、揚聲器、感測器(例如加速度計),或者D類放大器。主從收發器元件支援多種其他特性,例如支援時分多工(TDM)和脈衝密度調變(PDM)麥克風輸入。從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(不支援TDM)、簡化型主節點(支援較短的電纜和更少的從節點數量),以及簡化型端點從節點(支援短電纜和更少的PDM輸入)。

A2B技術最初只出現在部分汽車應用產品系列中,該技術於2019年針對廣泛市場全面開放,

A2B 匯流排在汽車產業的成功用例與運輸產業的許多用例密切相關,但在過去,運輸業無法獲取和使用A2B匯流排。作為運輸業的一個領域,建築和農業設備正在經歷飛速的技術發展。對於操作人員來說,這些機器就是他們的工作環境,這表示免持聽筒、整合多個麥克風來推動波束成型、緊急呼叫系統和降噪等特性將機器變為更安全、更舒適、互聯性更高的工作環境。

Figure 1. Example A2B architecture.
圖1.A2B架構示例。

適用於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、主動式 揚聲器和FM/DAB智慧無線電模組,旨在簡化與協力廠商模組的整合。SMARTCOM系統使用的A2B匯流排的主要功能包括:整合多達10個連接到主節點的從節點,以及支援向音訊廣播。

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。車輛中連接的分佈音訊元件明顯可採用A2B元件,例如使用經濟高效地輕型UTP電纜來實現分散式揚聲器的高效連接。但是,還存在許多更微妙的使用案例!A2B元件可支援網路上多達32個下游音訊(從主節點到從節點)和上游音訊(從從節點到主節點)通道,有助於在單一系統中分配包含不同音訊內容的多個通道。這個特性可以用在遊覽車上,用於分配各種類型的音樂,或者分配各種語言的導遊指南。

A2B匯流排可以遠距離傳輸不太關鍵的一般輸入/輸出(GPIO)資料,此功能現在也用於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,只需在初始化期間透過主節點配置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)都利用乙太網路和互聯網協定(IP)等技術在一定距離內傳輸音訊(從住宅或小型演播室到體育場或購物中心等應用環境)。對於許多基於乙太網路的遠距離傳輸音訊技術而言,A2B技術並不會直接與其競爭。相反的,A2B技術可以被視為一種互補技術,非常適合在骨幹絡和週邊設備(例如麥克風、揚聲器等)之間提供邊緣連接。

以體育場為例,利用乙太網路技術(例如AES67)在整個場館內或在局部區域(例如套房或餐廳)之間部署音訊時極為高效。但是,在局部區域內,將乙太網路技術連接至網路邊緣時,A2B技術具有幾個明顯優勢。A2B收發器配有整合式網路控制器和PHY。A2B元件支援的UTP連接器經濟高效,且易於組裝,A2B元件支援的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。

Figure 2. Leveraging A2B for edge connectivity.
圖2.利用A2B實現邊緣連接。

A2B匯流排設計的初衷,就是盡可能減少整個網路的處理要求。在系統初始化期間,A2B主節點上的收發器必須配置A2B網路,這是主機控制器(可以是任何帶I2C介面的IC/SoC)應承擔的工作。ADI提供了一個嵌入式C或Linux® 格式的參考軟體堆疊,可用於網路配置。完成網路配置之後,唯一的軟體開銷是為應用程式選擇的狀態檢查策略的功能。與其他需要在每個連接到網路的節點上執行複雜堆疊的技術相比,採用這種方法的A2B技術具有明顯的優勢。

A2B技術的最低節點處理要求,以及透過電纜供電的能力,非常適合網路環境中需要高度簡化從節點設計的應用。錄音室環境中的幾種應用可以利用這種支援實現由匯流排供電的簡單節點設計,例如對講揚聲器或拾音器。將匯流排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位元、96 kHz數位音訊路徑創建複雜的錄音室設計。A2B匯流的電纜長度是錄音室或小舞台環境可以利用的另一個特性。小舞台環境可以利用這種靈活性來連接各種元件,例如調音台、監控器、麥克風、等化器或放大器。

Figure 3. A2B software stack architecture.
圖3.A2B軟體堆疊架構。

A2B匯流排支援長電纜長度,如今以遠端會議系統為核心的會議室也可利用A2B匯流排支援長電纜長度特性。遠端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,遠端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技術提供同步資料交換,保證最大延遲低於50 µs。A2B匯流排提供的GPIO支援也可用於遠端會議系統中,用於傳送任何輔助訊號,例如靜音控制按鈕、呼叫中或靜音狀態指示器。

實踐證明,A2B技術在汽車環境中具備可靠的EMI/EMC相容性,對於那些需要在具有挑戰性的EMC環境中安全傳輸音訊和非關鍵資料的應用來說,這是一個非常有吸引力的技術選項。A2B匯流排符合嚴格的汽車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太應用。可以透過與基本設計準則保持一致,並遵循參考設計,確保系統設計符合法規相關標準要求。

這種參考設計是生態系統的重要組成,也是説明客戶簡化和加快設計過程的必要技術支援。ADI和多家協力廠商合作夥伴的硬體參考設計都支援A2B技術。其他傳統生態系統要素並包括樣品、文檔和評估套件的可用性。此外,A2B生態系統也包括其他三大要素:軟體、設計工具和協力廠商設計合作夥伴。

Figure 4. Sample A2B evaluation system.
圖4.A2B評估系統樣品。

除了前面提到的參考軟體堆疊架構,A2B技術也得到ADI備受產業讚譽的開發工具SigmaStudio®支援。SigmaStudio是一款設計工具,可以透過拖放A2B節點和輔助元件、節點配置、誤碼率分析、頻寬計算和功率計算來支援A2B設計過程-網路設計的各個方面。SigmaStudio獲取配置資料,並產生通用的.c和.h檔,以整合到軟體堆疊中。

Figure 5. SigmaStudio network configuration tool.
圖5.SigmaStudio網路配置工具。

測試設備供應商(包括Mentor和Total Phase等)也是A2B匯流排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分析儀可以類比A2B網路中的主節點或從節點,這在設計和創建A2B網路的原型時會很有幫助。A2B監控器可作為A2B網路上的被動節點,用於監測通過該節點的所有A2B音訊和資料,同時支援輸入和輸出音訊。這些工具可以協助客戶縮短上市時間和降低設計複雜度。它們還可以在專案發佈之前和之後加快除錯和分析解決問題。A2B技術擁有多家協力廠商設計服務合作夥伴,他們已多次將A2B設計成功推向市場。這些合作夥伴提供硬體模組、定制硬體和軟體設計支援等一系列服務。

技術生態系統、EMI/EMC可靠性、電纜長度支援和最低的處理成本等這些輔助因素,對於A2B匯流排最重要的音訊和資料傳輸功能也是有力的補充。這些綜合優勢使得A2B技術深受許多產業應用的青睞,例如運輸業、專業AV、音樂製作和表演等。

目前針對廣泛的市場應用推出了5款通用型A2B收發器,其中兩款為主元件,剩餘三款為從元件。5款通用收發器包括超集合元件和子集元件,以及一款經過優化的端點從元件。支援的5款通用元件概覽如表1所示。

表1.針對廣泛市場應用的A2B元件
A2B 元件 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
支援主機 No No
TRX功能模組 A + B A + B A B A
I2S/TDM支持
PDM麥克風輸入 4 4 4 4 2
支援的從機數 高達10個 N/A N/A 高達2個 N/A
節點間最大線纜長度 15 米 15 米 15 米 5 米 5 米

A2B匯流排由ADI提供的一系列產品評估板提供支援,涵蓋各類A2B元件。協力廠商設計服務團隊提供的其他A2B板進一步建置補充。

表2.針對廣泛市場應用的A2B評估板
A2B 評估板 說明
EVAL-AD2428WB1BZ 匯流排供電的從機板,支援附帶兩個PDM麥克風的I2S/TDM
EVAL-AD2428WC1BZ 匯流排供電的從機板,附帶四個PDM麥克風;不支援I2S/TDM
EVAL-AD2428WD1BZ 主機供電和本地供電的從機板,支援附帶三個PDM麥克風的I2S/TDM
EVAL-AD2428WG1BZ 本地供電的從機板,支援不帶PDM麥克風的I2S/TDM
ADZS-AUDIOA2BAMP 包含用於驅動揚聲器的D類放大器
ADZS-SC589-MINI SHARC®音訊模組,配有A2B收發器和ADSP-SC589音訊處理器

如需瞭解A2B產品,以及更多與A2B應用相關的資訊,請瀏覽: analog.com/a2b