A2B方案給汽車音頻鏈路瘦身

摘要：隨著汽車音頻鏈路中的節點數的提高，傳統音頻鏈路連接方式會給汽車帶來增重、布線難、電磁兼容不達標等問題。ADI推出的A²B是一種僅需要使用一組非屏蔽雙絞線就可以雙向傳輸32個通道音頻數據的新型汽車數字音頻總線，同時也具有幻象供電、遠距離故障診斷等特性，因此可以解決多音頻節點下的增重、布線難、電磁兼容不容易達標等傳統汽車音頻總線所面臨問題。本文通過比較傳統音頻鏈路連接方式和A2B音頻鏈路連接方式的區別，介紹了A2B的主要特性，提供了使用A²B的汽車音頻鏈路系統連接方案，并且詳細介紹了在汽車音頻鏈路系統中，如何使用A²B來實現遠距離故障診斷。

　　車載娛樂系統對于音頻信號的處理需求日益提升，例如藍牙通話的回音消除和背景消噪，針對發動機和路噪的艙內主動降噪，多通道高保真音樂等，從而導致車上的音頻節點數量和音頻數據量急劇增加。采用傳統的模擬音頻線連接多個音頻節點的方式，會直接增加大量線纜，增加整車重量，同時也增加了車載娛樂系統的復雜度和成本。

1 傳統模擬音頻傳輸系統的鏈路

　　在帶有主動降噪的汽車音頻系統里通常包含藍牙通話麥克風、主動降噪麥克風、車機以及車載功放等多個音頻節點。以一輛5座乘用車為例，前排座位上各需要一個誤差麥克風，后排座位上需要2個誤差麥克風，外加一組由3個麥克風陣列組成的藍牙通話麥克風，7個麥克風分布于5個節點。再加車機、車載功放和有源低音喇叭之間的多聲道音頻傳輸，這輛乘用車上一共有8個音頻節點、十幾個音頻數據通道，如圖1。采用傳統的模擬音頻線纜進行連接，將會需要十幾束模擬音頻線纜。這將大幅增加整車布線的復雜度以及車身重量。

2 使用A²B技術的音頻傳輸系統鏈路

　　A²BTM(Automotive Audio Bus)是ADI針對車載應用推出的數字音頻總線，只需要使用一束非屏蔽雙絞線就可以雙向傳輸32個通道的音頻數據，還可以實現遠程I²C控制和對多節點進行故障診斷，還能對各個節點提供最大50mA左右的幻象供電的能力。A²B最大支持9個節點(1個主節點和8個從節點)，采用菊花鏈形式連接，節點之間最大支持10米線纜，整條鏈路上支持最大40米距離的線纜，且第一個節點和第九個節點之間的音頻數據傳遞延遲最大只有50μs。

　　基于A²BTM的特性，上述5座乘用車的音頻鏈路可以精簡為圖2的鏈路，僅需要1束非屏蔽雙絞線就可以將8個音頻節點連接起來，在保證節點間音頻數據傳遞實時性的前提下，極大降低了整車布線的復雜度和車身重量，也使得整車更容易通過EMC/EMI測試。

　　同時，由于A²BTM還能實現遠程I²C控制，因此在各個音頻節點上，可以省去MCU以及CAN等控制接口。在使用幻象供電的情況下，部分節點也不需要使用電源芯片。從而為各個音頻節點做了瘦身處理，降低了系統成本。

　　因此，A²BTM技術的推出可以幫助車廠解決傳統模擬音頻傳輸鏈路在多音頻節點中所帶來的一系列難題。

3 A2B故障診斷系統

　　在車載應用中，故障診斷能力至關重要。傳統模擬音頻線的鏈路中，需要在每個節點中嵌入處理器進行故障診斷，再經CAN等總線傳遞到主機端。在A²B音頻鏈路中，由于A²B可以實現遠端故障診斷數據的傳輸，因此可以代替CAN來完成診斷功能。A²B的故障診斷不僅包括自身的線診斷而且包括對各節點上器件的故障診斷。

3.1 線故障診斷

　　線故障診斷包括對地短路、對汽車電源短路、開路、反接等。A2B在初始化期間會對整條鏈路上進行線故障診斷，同時也會在初始化完成后，正常工作中進行線故障診斷。

　　當初始化完成后，在整個音頻系統運行過程中，如果遇見線故障，中斷信息會經A²B總線上傳至主節電。主節點的處理器在接收到中斷信息后，可以通過讀取A²B的中斷類型寄存器，獲得相應的故障代碼，從而作對應的故障操作。

3.2 節點上輸入輸出器件的故障診斷

　　音頻節點上有麥克風、ADC、DAC、Codec等輸入輸出音頻器件，需要對麥克風或者各類輸入輸出器件做相應的故障診斷和工作狀態調整。最常見的兩種故障診斷模式為GPIO查詢式以及PWM脈寬調制信號。

　　(1)GPIO查詢式故障診斷

　　當節點上的輸入輸出器件發生故障時，會發一個中斷信號給A²B收發器，通過A²B總線傳輸給主節點，主節點上的A²B收發器會發出一個中斷信號給處理器,處理器收到中斷信號后，查詢A²B故障寄存器，判斷是由哪個節點發出的中斷請求，從而對該節點發出I²C命令獲得故障代碼，如圖4所示。

　　(2)PWM脈寬調制信號式故障診斷

　　部分ClassAB/D類功放芯片的故障信號采用實時的PWM形式波形傳輸，由處理器根據PWM信號的不同占空比來判斷各種故障信息。面對這類故障傳輸模式，由于A2B收發器擁有2組I2S/TDM接收口，所以僅需把PWM故障診斷信號接到該節點上的A²B收發器的一組I2S/TDM接口上，同時將主節點上A2B收發器對應的I2S/TDM接口接到處理器的PWM接口即可。在主節點處理器收到相應的PWM波形判斷故障后，再通過A²B總線發送相應的I2C指令給節點上的功放器件，調整功放器件的工作狀態，比如鉗位關斷。需要注意的是，在多節點的音頻鏈路中，整個音頻鏈路上所對應的該組I2S/TDM接口都不能掛接其他音頻信號，僅可以作為PWM類型的診斷信號連接。這種A2B的特殊用法保障了節點上傳中斷信息的實時性，且省去了在節點處安裝處理器專門用于故障診斷和控制。