將A²B用於音訊會議系統

作者：ADI現場應用工程師Carlos Martins

摘要：減少會議室內的音訊線纜

如今，現代化會議室的音訊裝置面臨的主要障礙之一是需要將各種輸入/輸出感測器連接到主音訊控制台。通常是在每個節點使用單獨的點對點遮罩電纜來實現，但這種做法非常繁雜，且仍然需要在每個節點提供單獨的外部電源。除了做法繁雜之外，這些電纜並傳輸類比音訊訊號，易受明顯的頻率下降影響，特別是在長距離安裝，或者在使用經濟型電纜選項時。

適用於汽車音訊匯流排A²B^®的收發器晶片透過單根非遮罩雙絞線(UTP)電纜支援多通道數位音訊。多個收發器節點可以採用菊鏈連接，除了傳輸高保真數位音訊之外，A²B匯流排還可以為由匯流排供電的遠端節點傳輸直流電源。圖1所示為A²B收發器的功能框圖。

Figure 1. An A2B functional block diagram. — 圖1.A²B功能框圖。

雖然A²B收發器技術主要是為了解決汽車應用中繁雜的音訊電纜問題，但毫無疑問，它也是一種更通用的音訊廣播方法，具有廣泛的應用潛力。在汽車領域之外， A²B 技術還可用於會議室系統中。在現代會議系統中，為了實現一系列DSP功能，例如波束成型、主動降噪或回聲消除，需要在會議室內佈置多個麥克風，有時候是多個揚聲器。另一種可能的應用是在公共禮堂、集會，以及需要同步即時翻譯的場合。在大型會議室內，真正限制A²B 應用的因素是單根匯流排中的電纜總長，一般限制為40米。

Figure 2. Traditional audio installation in a conference room. — 圖2. 會議室內的傳統音訊裝置。

在這些應用中，A²B收發器可用於簡化遠端音訊節點的佈線，同時提供一種具有可選電源分配的傑出數位傳輸方法。如圖2所示，之前連接這些遠端音訊節點的方法是使用遮罩電纜，由每個線對單向傳輸一個類比訊號，並透過直流適配器單獨提供電源。同時，使用A²B的單根雙絞線可以傳輸最多32個上游和/或最多32個下游高保真數位音訊通道和匯流排電源，如圖3所示；使用16位元數據時，匯流排中的通道不得超過50個。與傳統的類比方法相比，如果在會議系統中部署所需的A²B功能，確實能帶來很多優勢，包括簡化佈線、增加雙向高保真數位音訊功能等。

Figure 3. Using A2B for audio installation in a conference room. — 圖3. 將A²B用在會議室內的音訊裝置中。

A²B收發器同步連接多通道晶片間音訊(I²S)，可在節點之間15米的距離，以及在所有節點總長40米的電纜內傳輸脈衝碼調變(PCM)數據。它還將 I²S的同步、分時多工(TDM)特性擴展到連接多個節點的系統，其中每個節點都會獲取數據或提供數據，或者兩者兼備。除音訊內容外，該數據還包括控制功能；例如，A²B 收發器晶片上的GPIO（一個典型的A²B收發器上最多支援7條GPIO線路）可以連接到麥克風節點的LED上，並且可由主機遠端切換，以指示有活動的（即時）或無活動的（靜音）麥克風。

A²B匯流排是一種單主機、多從機系統，主控制器中的收發器用於主機。主機節點為所有從機節點產生時脈、同步和幀啟用訊號。主機A²B 晶片可透過控制匯流排(I²C)編碼，實現配置與回讀。A²B數據流程中內建該控制匯流排的擴展版本，可以直接讀取從機收發器的暫存器和狀態資訊，並實現跨距離I²C-到-I²C通訊。系統通電後採用搜尋發現機制，識別各個節點，並且構成TDM結構要求。所有從機節點按照從機0一直到系統中最後一個可用從機的順序依次發現。發現了所有的從機節點之後，對每個節點進行初始化，以便進行同步數據交換。圖4所示為具有四個節點的簡單A²B系統示例。主機程式在每個節點中註冊，以控制A²B匯流排上的數據流程量。在本例中，將從機節點0和N上來自數位麥克風和ADC的數據傳輸到主機節點，同時將來自主機節點的揚聲器數據傳輸到從機節點1上的DAC。如本例所示，A²B收發器也包含一個多通道PDM介面，用於直接連接脈衝密度調變的麥克風陣列。

Figure 4. Simplified A2B system with four nodes (master + 3 slaves). — 圖4. 包含4個節點（一個主機節點，三個從機節點）的簡化型A²B系統。

每個從機節點的音訊通道數量可以單獨配置，最多32個上游通道和最多32個下游通道。可以使用8、12、16、20、24、28或32位元的數據插槽來匹配I²S/TDM數據字的長度，但是所有節點必須使用相同大小的slot。上游和下游可以選擇不同的slot大小。此外，12位元、16位元或20位元槽大小可以選擇性地透過A²B匯流排傳輸16位元、20位元或24位元I²S/TDM字長的壓縮數據。音訊採樣頻率(f_SYNCM)可以設定為44.1 kHz至48 kHz，所有節點同步採樣數據。從機節點支持1× (48 kHz)、2× (96 kHz)或4× (192 kHz)採樣速率(f_S)，每個從機節點可單獨配置。為了在從機節點上支持2倍和4倍採樣速率，主機節點必須在連接至主機的1× f_SYNCM介面使用I²S/TDM 數據通道2倍和4倍的通道。A²B收發器還包括可靠的誤差檢測功能，透過16位元CRC來檢查控制數據和狀態數據。A²B收發器的另一個重要功能是故障診斷，收發器可以檢測A²B電纜何時高壓短路、接地短路、電纜短路、電纜反向或存在開路連接。

在匯流排供電系統中，周邊電源電流消耗會直接影響到系統中的其他節點。重要的是，始終保持在熱封裝限值內，且不超過任何A²B匯流排節點的I_VSSN和V_IN的規格限值（內部切換在1.2 Ω IVSSN限值時為300 mA/100 mA，由收發器型號決定；最高提供9 V輸入電壓V_IN）。A²B收發器晶片的數據手冊提供豐富的功率預算計算示例，圖5所示為一個由匯流排供電的系統的模型。