A的2次方B應(yīng)用面面觀

縱觀歷史，會發(fā)現(xiàn)許多汽車行業(yè)利用相鄰和互補市場技術(shù)實現(xiàn)轉(zhuǎn)化的示例；工業(yè)、消費電子和醫(yī)療健康行業(yè)只是其中幾個。從引進采礦業(yè)的傳輸系統(tǒng)來實現(xiàn)汽車大規(guī)模生產(chǎn)的變革，到利用電子控制單元(ECU)的處理能力（該技術(shù)自30多年前首次運用微控制器功能以來持續(xù)迅速發(fā)展），這種汽車行業(yè)借用技術(shù)轉(zhuǎn)化并充分發(fā)揮其優(yōu)勢的例子不勝枚舉。現(xiàn)在，汽車行業(yè)也在回饋一項可以簡化各種應(yīng)用中的音頻分配挑戰(zhàn)的技術(shù)。

A²B^?總線是一種高帶寬雙向數(shù)字總線，最初用于解決汽車應(yīng)用中的音頻分配挑戰(zhàn)?，F(xiàn)有的汽車音頻網(wǎng)絡(luò)一般使用多個點對點模擬連接。A²B技術(shù)可以解決許多與點對點模擬連接相關(guān)的挑戰(zhàn)，包括電纜重量、電纜成本、布線難題，以及多個連接的可靠性。它有助于通過非屏蔽雙絞線（UTP）電纜和連接器基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)在分布式多節(jié)點音頻系統(tǒng)中傳輸完全同步的音頻數(shù)據(jù)（I2S / TDM / PDM）和控制數(shù)據(jù)（I2C）。A2B技術(shù)支持點對點、菊花鏈和分支網(wǎng)絡(luò)拓撲。

每個網(wǎng)絡(luò)都由一個主節(jié)點和多達10個從節(jié)點組成。主節(jié)點包含一個連接至主機處理器的A2B收發(fā)器，該收發(fā)器可以將音頻、控制數(shù)據(jù) (I2C數(shù)據(jù)) 發(fā)送至A2B總線。從節(jié)點的復(fù)雜度各不相同（從具備強大處理能力的優(yōu)質(zhì)放大器到總線供電的麥克風(fēng)節(jié)點），都可用A2B收發(fā)器連接，例如麥克風(fēng)、數(shù)字信號處理器(DSP)、揚聲器、傳感器（例如加速度計），或者D類放大器。主從收發(fā)器器件都支持多種功能，例如支持時分多路復(fù)用(TDM)和脈沖密度調(diào)制(PDM)麥克風(fēng)輸入。A²B收發(fā)器衍生出來的簡化產(chǎn)品具備各種級別的功能，例如端點從節(jié)點（不支持TDM）、簡化型主節(jié)點（支持較短的電纜和更少的從節(jié)點數(shù)量），以及簡化型端點從節(jié)點（支持較短電纜和更少的PDM輸入）。

A²B技術(shù)最初只出現(xiàn)在部分汽車應(yīng)用產(chǎn)品系列中，該技術(shù)于2019年面向廣泛市場全面開放，適合各類應(yīng)用。

圖1 A²B架構(gòu)示例

適用于非公路和多用途車輛的Fritzmeier駕駛室系統(tǒng)配合Antretter & Huber的SMARTCOM系統(tǒng)，充分利用了A2B技術(shù)的可擴展特性。SMARTCOM系統(tǒng)配有麥克風(fēng)、有源揚聲器和FM/DAB智能無線電模塊，旨在簡化與第三方模塊的集成。SMARTCOM系統(tǒng)使用的A2B總線的主要功能包括：集成多達10個連接到主節(jié)點的從節(jié)點，以及支持雙向音頻傳輸。

載人車輛（例如公共汽車、飛機和火車）構(gòu)成了運輸業(yè)的另一個重要領(lǐng)域，這些車輛現(xiàn)在也可以利用A2B技術(shù)的功能。車輛中連接的分布音頻組件明顯可采用A2B器件，例如使用經(jīng)濟高效地輕型UTP電纜來實現(xiàn)分布式揚聲器的高效連接。但是，還存在許多更微妙的用例！A²B器件可支持網(wǎng)絡(luò)上多達32個下游音頻（從主節(jié)點到從節(jié)點）和上游音頻（從從節(jié)點到主節(jié)點）通道，有助于在單個系統(tǒng)中分配包含不同音頻內(nèi)容的多個通道。這個特性可以用在旅游車上，用于分配各種類型的音樂，或者分配各種語言的導(dǎo)游指南。

A2B總線可以遠距離傳輸不太關(guān)鍵的一般輸入/輸出(GPIO)數(shù)據(jù)，此功能現(xiàn)在也用于運輸業(yè)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(guān)的處理成本極低，只需在初始化期間通過主節(jié)點配置A2B鏈路，GPIO就可以獨立運行，無需主機的進一步干預(yù)。

在運輸業(yè)以外，許多標準（例如AES67）都利用以太網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(IP)等技術(shù)在一定距離內(nèi)傳輸音頻（從住宅或小型演播室到體育場或購物中心等應(yīng)用環(huán)境）。對于許多基于以太網(wǎng)的遠距離傳輸音頻的技術(shù)來說

，A²B技術(shù)并不會直接與其競爭。相反，A2B技術(shù)可以被視為一種互補技術(shù)，非常適合在主干網(wǎng)絡(luò)和外圍設(shè)備（例如麥克風(fēng)、揚聲器等）之間提供邊緣連接。

以體育場為例，利用以太網(wǎng)技術(shù)（例如AES67）在整個場館內(nèi)或在局部區(qū)域（例如套房或餐廳）之間部署音頻時極為高效。但是，在局部區(qū)域內(nèi)，將以太網(wǎng)技術(shù)連接至網(wǎng)絡(luò)邊緣時，A²B技術(shù)具有幾個明顯優(yōu)勢。A²B收發(fā)器配有集成式網(wǎng)絡(luò)控制器和PHY。A²B器件支持的UTP連接器經(jīng)濟高效，且易于組裝，A²B器件支持的UTP電纜同樣經(jīng)濟高效、靈活輕巧。A2B技術(shù)也從節(jié)點處理的角度進行了高度優(yōu)化，可以在不使用微控制器的情況下實現(xiàn)從節(jié)點。

A²B總線設(shè)計的初衷，就是盡可能減少整個網(wǎng)絡(luò)的處理要求。在系統(tǒng)初始化期間，A²B主節(jié)點上的收發(fā)器必須配置A2B網(wǎng)絡(luò)，這是主機控制器（可以是任何帶I2C接口的IC/SoC）應(yīng)承擔的工作。

ADI提供了一個嵌入式C或Linux^? 格式的參考軟件堆棧，可用于網(wǎng)絡(luò)配置。完成網(wǎng)絡(luò)配置之后，唯一的軟件開銷是為應(yīng)用程序選擇的狀態(tài)檢查策略的功能。與其他需要在每個連接到網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點上執(zhí)行復(fù)雜堆棧的技術(shù)相比，采用這種方法的A2B技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢。

A²B技術(shù)的最低節(jié)點處理要求，以及通過電纜供電的能力，非常適合網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中需要高度簡化從節(jié)點設(shè)計的應(yīng)用。錄音棚環(huán)境中的幾種應(yīng)用可以利用這種支持實現(xiàn)由總線供電的簡單節(jié)點設(shè)計，例如對講揚聲器或拾音器。將總線供電節(jié)點和本地供電節(jié)點結(jié)合起來，系統(tǒng)設(shè)計人員可以利用A2B技術(shù)提供的24位、96 kHz數(shù)字音頻路徑創(chuàng)建復(fù)雜的錄音棚設(shè)計。A2B總線的電纜長度是錄音棚或小舞臺環(huán)境可以利用的另一個特性。小舞臺環(huán)境可以利用這種靈活性來連接各種元件，例如調(diào)音臺、監(jiān)控器、麥克風(fēng)、均衡器或放大器。

圖3 A²B軟件堆棧架構(gòu)

A²B總線支持長電纜長度，如今以遠程會議系統(tǒng)為核心的會議室也可以利用A2B總線支持長電纜長度這一特性。遠程會議系統(tǒng)需要連接各種元件，例如麥克風(fēng)、揚聲器和靜音按鈕。在實現(xiàn)波束成形麥克風(fēng)解決方案時，遠程會議系統(tǒng)還可以利用A2B技術(shù)提供的超低確定性延遲特性。所涉及的麥克風(fēng)數(shù)量、可用的處理能力和系統(tǒng)中的延遲都會影響波束成形實現(xiàn)的有效性。A2B技術(shù)提供同步數(shù)據(jù)交換，保證最大延遲低于50 μs。A2B總線提供的GPIO支持也可用于遠程會議系統(tǒng)中，用于傳送任何輔助信號，例如靜音控制按鈕、呼叫中或靜音狀態(tài)指示器。

圖2 利用A²B實現(xiàn)邊緣連接

實踐證明，A²B技術(shù)在汽車環(huán)境中具備可靠的EMI/EMC兼容性，對于那些需要在具有挑戰(zhàn)性的EMC環(huán)境中安全傳輸音頻和非關(guān)鍵數(shù)據(jù)的應(yīng)用來說，這是一個非常有吸引力的技術(shù)選項。A²B總線符合嚴格的汽車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天應(yīng)用?？梢酝ㄟ^與基本設(shè)計準則保持一致，并遵循參考設(shè)計，來確保系統(tǒng)設(shè)計符合規(guī)相關(guān)標準要求。

這種參考設(shè)計是生態(tài)系統(tǒng)的重要組成，也是幫助客戶簡化和加快設(shè)計過程的必要技術(shù)支持。ADI公司和多家第三方合作伙伴的硬件參考設(shè)計都支持A²B技術(shù)。其他傳統(tǒng)生態(tài)系統(tǒng)要素還包括樣片、文檔和評估套件的可用性。此外，A²B生態(tài)系統(tǒng)還包括其他三大要素：軟件、設(shè)計工具和第三方設(shè)計合作伙伴。

圖4 A2B評估系統(tǒng)樣片

除了前面提到的參考軟件堆棧架構(gòu)，A2B技術(shù)也受ADI備受行業(yè)贊譽的開發(fā)工具SigmaStudio?支持。SigmaStudio是一款設(shè)計工具，可以通過拖放A2B節(jié)點和輔助器件、節(jié)點配置、誤碼率分析、帶寬計算和功率計算來支持A2B設(shè)計過程-網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的各個方面。SigmaStudio獲取配置數(shù)據(jù)，并生成通用的.c和.h文件，以集成到軟件堆棧中。

圖5 SigmaStudio網(wǎng)絡(luò)配置工具

測試設(shè)備供應(yīng)商（包括Mentor和Total Phase等）也是A2B總線生態(tài)系統(tǒng)的組成部分，主要提供A2B分析儀和監(jiān)控器等產(chǎn)品。A2B分析儀可以模擬A2B網(wǎng)絡(luò)中的主節(jié)點或從節(jié)點，這在設(shè)計和創(chuàng)建A2B網(wǎng)絡(luò)的原型時會很有幫助。A2B監(jiān)控器可作為A2B網(wǎng)絡(luò)上的無源節(jié)點，用于監(jiān)測通過該節(jié)點的所有A2B音頻和數(shù)據(jù)，同時支持輸入和輸出音頻。這些工具可以幫助客戶縮短上市時間和降低設(shè)計復(fù)雜度。它們還可以在項目發(fā)布之前和之后加快調(diào)試和分析解決問題。A2B技術(shù)擁有多家第三方設(shè)計服務(wù)合作伙伴，他們已多次將A2B設(shè)計成功推向市場。這些合作伙伴提供硬件模塊、定制硬件和軟件設(shè)計支持等一系列服務(wù)。

技術(shù)生態(tài)系統(tǒng)、EMI/EMC可靠性、電纜長度支持和最低的處理成本等這些輔助因素，對于A2B總線最重要的音頻和數(shù)據(jù)傳輸功能也是有力的補充。這些綜合優(yōu)勢使得A2B技術(shù)深受很多行業(yè)應(yīng)用的青睞，例如運輸業(yè)、專業(yè)AV、音樂制作和表演等。

目前面向廣泛的市場應(yīng)用推出了5款通用型A2B收發(fā)器，其中兩款為主器件，剩余三款為從器件。5款通用收發(fā)器包括超集組件和子集組件，以及一款經(jīng)過優(yōu)化的端點從器件。支持的5款通用器件概覽如表1所示。

表1 面向廣泛市場應(yīng)用的A2B器件

A2B總線由ADI提供的一系列產(chǎn)品評估板提供支持，涵蓋各類A2B器件。第三方設(shè)計服務(wù)團隊提供的其他A2B板進一步實施補充。

表2 面向廣泛市場應(yīng)用的A2B評估板

作者簡介

Joe Triggs是ADI公司汽車事業(yè)部汽車連接和傳感(ACS)產(chǎn)品部的應(yīng)用經(jīng)理。ACS部負責(zé)提供C2B、A2B和ADI駕駛座艙傳感技術(shù)支持，如方向盤握姿-檢測和ToF技術(shù)。他于2002年獲得國立科克大學(xué)工學(xué)學(xué)士學(xué)位，之后繼續(xù)深造，2004年獲得利默里克大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位。2012年，他完成了利默里克大學(xué)Kemmy商學(xué)院工商管理碩士課程。