汽车音频总线(A2B)
音频是智能座舱的核心功能,涵盖车载音响、语音识别、e-Call、消噪及回声消除等应用。
A2B总线用于连接车辆中的音频设备,如MIC、功放(AMP)、多媒体主机(Head Unit)和T-Box等。
通过一条低成本的 非屏蔽双绞线(UTP) ,进行跨距离传输音频数据(I2S/TDM)、控制信号(I2C)、时钟和电源。
数字接口能够省去外围DAC/ADC 转换,为音频设备提供更加简单方便的解决方案。
A2B链路及应用
A2B总线是一款车载高带宽(50 Mbps)、双向、数字音频总线,采用菊花链的结构,是一种单主机(Master)、多从机(Slave)系统,最多支持11个节点(10个从节点),节点间距离最长15米,整个菊花链最长40米。
A2B可用于车载音频ECU、麦克风阵列、功放、喇叭、Tuner、主动降噪等连接。福特在2016年首次应用,随后BBA、沃尔沃,国内的BYD、长城、长安、上汽、吉利开始逐步应用。
如上图所示的车载A2B链路,一般音响主机Head Unit作为Master,后端依次为T-Box、MIC、喇叭、Tuner、AMP功放和Active subwoofer低音炮等,如需增加节点,可直接串入链路中。Mater提供时钟和同步信号,一定会是链路第一个节点。
A2B是一个一主多从的链路,只能有一个Master,在架构设计阶段提前会配置好,一般为Head Unit主机。如果主机挂掉,车上存在T-Box,为保证安全,T-Box可以从slave切换到master向下发送数据,以保证后续网络正常工作。如果链路中间某个slave挂掉,该节点下游链路会挂掉,链路会从该节点折返,上游功能会维持正常。
A2B优势
降低重量成本
A2B总线在音频性能提升的同时,采用更少的线缆(减重75%)、降低系统和电缆成本、重量、复杂性、以及整车油耗等,为音频设计提供更简单、更方便的解决方案。
A2B系统成本要低于现有的数字总线标准,如MOST。MOST(Media Oriented System Transport)是一种面向媒体的系统传输总线,用于车载音频、视频、图像等场景,最高支持50Mbps的数据传输,也能减轻线束重量和EMI,但专利和光线收发器的成本较高,基本常见于高端BBA车型等。A2B音频总线的门槛较低,兼顾成本和性能的优势,在接下来的信息娱乐域中将有较多应用。
高带宽低时延
A2B总线理论最大带宽50Mbps,<50uS的链路时延,支持实现ANC主动降噪,多音区识别等功能实现,支持实现HIFI高保真音响。
双向多通道传输
同一条A2B总线可以传输双向32个通道的音频数据,可以将车机、功放、MIC、T-BOX等节点一并串入,一对UTP线可以替代多路复杂线束,灵活、低风险、简单易配置,且能实现远程节点的基本配置和诊断。
纯数字可扩展
A2B总线为纯数字传输,数字接口能省去外围的DAC/ADC转换,抗干扰能力强,最大程度保证音频质量,提升用户的听觉体验。
在A2B架构下,在车机、MIC等节点定型之后,在节点没有达到最大时还能拓展接入额外节点,如ANC麦克风等。
A2B 使远程I2S和TDM成为可能
首先要明确I2C和I2S是两个完全不同的协议总线,只是两个名字很相近,但是总线的协议是完全不同的。
I2C一般用于芯片的通信,而I2S在专门的音频接口通信,适用的场景不一样,目前大部分芯片都是通用接口,所以I2C用的比较多。
简单说就是I2C是传输数据 ,I2S 是传输音频。
在音频的数据传输中,我们的目的不是将音频数据直接传送到连接外设,如相同电路板上的音频编解码器,而是将数据通过总线与控制信息一起传送到包含外围设备的远程节点,从而扩展主机设备的I2S和I2C功能。通常分为两个节点,需要两端都有协议栈、内存和处理器开销,以便处理数据,但A2B没有这种要求,收发器直接通过A2B总线接收并提供I2S或TDM音频数据,无需对数据传输进行管理。配置位从A2B总线读取数据的收发器接收数据并将其输出到串行数据引脚上,配置位写入数据的收发器,除非在I2S或TDM流或PDM麦克风输入中,则将数据输出至串行数据引脚上,并将其直接置于A2B总线上,同时主设备以与数据交换相同的方式工作,并且主机处理器完全不会产生数据交换,管理开销,A2B总线在所有节点上都是双向和同步的。因此,系统中的所有收发器均被编程为利用A2B总线上的特定时隙,不会发生冲突和争用。
A2B实际上是汽车音频总线的缩写,是为解决汽车音频系统设计中的特定问题而开发的,主要是为了减轻重量,减小尺寸,降低所需电缆成本,同时也是为了简化越来越多的数字麦克风在此系统中的运用方式,支持车载信息娱乐以及有源和路噪降噪算法的需求,改善乘客整体音频体验,提高车载音频系统的欣赏价值,营造安静的座舱环境,使驾乘人员可以放心免提接听电话。A2B技术已进入第三代,与30多家OEM制造商签订合作协议,可以说这种技术已经发展成熟。
汽车音频传统模式
用图片来说明,传统方法是将音响主机连接到放大器和低音炮上,红线是屏蔽模拟电缆,蓝线是数字控制线,然后将麦克风添加到座舱中,这些麦克风也要用屏蔽电缆连接到音响主机,随着座舱内噪声消除技术的出现,甚至需要更多的麦克风,这就需要将更多的模拟电缆连接到噪声消除放大器上,其结果是连接太多,所有这些电缆形成的物理线束不但笨重,而且成本高昂
汽车音频总线(新模式)
同时,麦克风也在不断发展,采用脉冲、密度调制或PDM技术的数字麦克风不仅更便宜更容易获得,而且允许通过增加麦克风以支持数字波束成形,识别声源位置。使用A2B技术,单根UTP电缆就可以代替以前需要的全部笨重线束,随着电缆重量和成本的大幅降低,A2B还可为整个同步分布式音频系统提供低延迟保证,并能通过同一根UTP电缆为从属节点远程供电。
A2B 与音频线/连接器选项
由于A2B是音频总线,因此我们自然地会考虑与线有关的选项,例如模拟和数字音频或Dante和AES67以太网相关的电缆和连接器问题,A2B没有标准电缆或连接器,对于UTP电缆唯一的要求是100欧姆的特性阻抗,例如ADI公司使用Cat5e电缆开发该技术,业界讲这种电缆广泛用于以太网,不同之处在于A2B仅需要一根UTP电缆,而以太网通常需要2-4根电缆。
A2B + 以太网
相对以太网,A2B有何优势,对于距离较短的系统,A2B可以取代以太网,但A2B也可以用于扩展以太网,并与边缘音频设备,如麦克风和扬声器以及与非关键传感器如加速度计进行通信,只要有支持以太网的处理器如ADI(亚德诺半导体公司)的音频处理器,可以将以太网网络桥接到A2B系统。
二者相结合,整个系统就可以兼具二者的优势,一方面获得以太网更长的距离和更高的带宽,另一方面A2B成本更低,在2-5美元之间,且无需支付专利权使用费,同时还能为边缘设备提供有效的端点解决方案。
总结
总结一下,如图所示,A2B可以大幅减少电缆重量,降低车载应用的复杂性,传统技术使用的大型双绞线电缆对,A2B技术使用的是简单的UTP双绞线电缆,在此处列出的要点中,一个关键是降低了系统成本,因为UTP电缆价格便宜一些,同时还消除了从节点上的智能和可选电源电路,另一个关键是A2B可用于传输非关键数据和音频,其成本仅为等效以太网组件的一小部分。
https://zhuanlan.zhihu.com/p/153216855
https://blog.csdn.net/hs_2017112123/article/details/126008845