使用高度集成的處理器設計高效的汽車高端音響系統

汽車音響已從單純的娛樂用途發展成為駕駛體驗不可或缺的一部分，旨在提高駕駛員的舒適度和安全性。主動噪聲消除 (ANC)、沉浸式環繞聲和個性化音頻區域等音響功能傳統上僅限于高端車型，如今也開始下放到入門級車型。

為了跟上這一趨勢，同時提高汽車效率、降低制造難度，原始設備制造商(OEM)和音響系統設計人員正在設法提高汽車放大器中使用的嵌入式處理器的集成度。這些處理器需要滿足系統音頻處理要求以及OEM信息安全和功能安全要求。音響系統設計人員還希望這些系統具有可擴展性，從而簡化不同OEM和車型配置之間的重新設計。

在本文中，我們將探討德州儀器AM62D-Q1處理器和AM2754-Q1微控制器(MCU)等嵌入式器件的發展，以及將這些器件與其他先進的半導體結合使用來開發現代車輛中的數字放大器時最重要的設計注意事項。

汽車音頻處理器和配套元件的發展

音響仍是 OEM 之間的一個差異化因素。事實上，大多數OEM都會提供升級或替換舊音響系統的套件，例如高級品牌音響系統、品牌沉浸式環繞聲功能、附加中音揚聲器和低音炮。如果您最近購買過汽車，您可能會熟悉當前車型中的各種音響選件。

過去，高端汽車音響系統中的數字放大器采用分布式架構進行音頻處理，由單獨的 MCU、數字信號處理器 (DSP) 和網絡集成電路 (IC) 處理不同的任務。雖然這種分立式方法通常提供了設計靈活性，但也增加了系統復雜性、成本和尺寸。為了增加沉浸式環繞聲和道路噪聲消除 (RNC) 以提供家庭影院般的體驗，同時優化燃油和能源效率，需要增加元件、音頻通道和軟件類型的數量。圖 1 展示了現代車輛中的音響系統示例，其中包含用于環繞聲的多個揚聲器和用于 RNC 的麥克風。

圖1 帶環繞聲揚聲器和RNC麥克風的現代音響系統示意圖

嵌入式處理器更高的器件集成度有助于簡化音響系統設計。例如，AM62D-Q1 處理器和 AM275x-Q1 MCU 高度集成的汽車級 SoC 采用 TI 的 C7x DSP 內核、存儲器和元件，旨在幫助您通過單個器件滿足外部功能安全要求、信息安全要求和音頻網絡要求。

單芯片處理平臺還從硬件和軟件的角度簡化了可擴展性，因為這些 MCU 和處理器系列包括引腳對引腳兼容的選件，并支持在不同設計之間進行代碼重用。

從車輛安全角度來看，這些器件通過簡化聲音合成系統（例如電動汽車中的發動機聲音合成或聲學車輛警報系統）的設計，有助于提高車外的音頻性能。這些系統可以從車外揚聲器發出行人能夠聽到的聲音，以及發出與車輛內部發動機噪音相同的聲音，來增強車輛的安全性。

每個C7x DSP內核還包含一個單周期L2存儲器高速緩存（可訪問容量高達 2.25MB），其處理性能比傳統的基于標量的音頻DSP高出四倍，并且與矩陣乘法加速器配對形成片上神經處理單元 (NPU)。這種架構可以處理傳統音頻算法和基于邊緣 AI 的音頻算法，從而支持在單芯片中實現多種高端音頻功能。

這些高級音頻功能還有助于保持與高性能音頻放大器（例如采用單電感器 (1L) 調制技術的 TAS6754-Q1）、模數轉換器和電源管理集成電路 (PMIC)（例如 TPS65224-Q1）的兼容性，從而完善現代汽車中的音頻信號鏈。圖 2 顯示了包含 TI 嵌入式處理器、模擬和電源 IC 的高端音響系統的方框圖。

圖2 功能齊全的高端音響系統的終端設備方框圖

與汽車音頻處理器的進步類似，TPS65224-Q1等PMIC的更高集成度可確保充分利用系統處理器并有助于降低系統級的總體BOM成本和尺寸，讓設計人員能夠設計出可擴展、緊湊和可靠的汽車音響系統，從而滿足OEM和終端消費者的期望。這些器件還集成了功能安全特性，可在系統級達到ASIL-B標準。

結語

具有 DSP 功能的高度集成式音頻處理器正在助力新一代高端汽車音響系統提供沉浸式音效、ANC和個性化音響功能。但是，為了充分發揮這些處理器的潛力，需要經過優化的嵌入式軟件架構和開發流程。

通過考慮 DSP 軟件架構、音頻框架、調優工具和軟件重用等因素，汽車系統工程師可以解鎖先進音頻器件的功能，同時管控車載系統集成復雜性。隨著對高端音響的需求不斷增長，注重硬件和軟件創新將是保持汽車市場競爭力的首要因素。

（本文來源于《EEPW》202504）