A2B方案给汽车音频链路瘦身

随着汽车音频链路中的节点数的提高，传统音频链路连接方式会给汽车带来增重、布线难、电磁兼容不达标等问题。adi推出的a2b是一种仅需要使用一组非屏蔽双绞线就可以双向传输32个通道音频数据的新型汽车数字音频总线，同时也具有幻象供电、远距离故障诊断等特性，因此可以解决多音频节点下的增重、布线难、电磁兼容不容易达标等传统汽车音频总线所面临问题。本文通过比较传统音频链路连接方式和a2b音频链路连接方式的区别，介绍了a2b的主要特性，提供了使用a2b的汽车音频链路系统连接方案，并且详细介绍了在汽车音频链路系统中，如何使用a2b来实现远距离故障诊断。
车载娱乐系统对于音频信号的处理需求日益提升，例如蓝牙通话的回音消除和背景消噪，针对发动机和路噪的舱内主动降噪，多通道高保真音乐等，从而导致车上的音频节点数量和音频数据量急剧增加。采用传统的模拟音频线连接多个音频节点的方式，会直接增加大量线缆，增加整车重量，同时也增加了车载娱乐系统的复杂度和成本。
1 传统模拟音频传输系统的链路
在带有主动降噪的汽车音频系统里通常包含蓝牙通话麦克风、主动降噪麦克风、车机以及车载功放等多个音频节点。以一辆5座乘用车为例，前排座位上各需要一个误差麦克风，后排座位上需要2个误差麦克风，外加一组由3个麦克风阵列组成的蓝牙通话麦克风，7个麦克风分布于5个节点。再加车机、车载功放和有源低音喇叭之间的多声道音频传输，这辆乘用车上一共有8个音频节点、十几个音频数据通道，如图1。采用传统的模拟音频线缆进行连接，将会需要十几束模拟音频线缆。这将大幅增加整车布线的复杂度以及车身重量。
2 使用a2b技术的音频传输系统链路
a2btm(automotive audio bus)是adi针对车载应用推出的数字音频总线，只需要使用一束非屏蔽双绞线就可以双向传输32个通道的音频数据，还可以实现远程i2c控制和对多节点进行故障诊断，还能对各个节点提供最大50ma左右的幻象供电的能力。a2b最大支持9个节点(1个主节点和8个从节点)，采用菊花链形式连接，节点之间最大支持10米线缆，整条链路上支持最大40米距离的线缆，且第一个节点和第九个节点之间的音频数据传递延迟最大只有50μs。
基于a2btm的特性，上述5座乘用车的音频链路可以精简为图2的链路，仅需要1束非屏蔽双绞线就可以将8个音频节点连接起来，在保证节点间音频数据传递实时性的前提下，极大降低了整车布线的复杂度和车身重量，也使得整车更容易通过emc/emi测试。
同时，由于a2btm还能实现远程i2c控制，因此在各个音频节点上，可以省去mcu以及can等控制接口。在使用幻象供电的情况下，部分节点也不需要使用电源芯片。从而为各个音频节点做了瘦身处理，降低了系统成本。
因此，a2btm技术的推出可以帮助车厂解决传统模拟音频传输链路在多音频节点中所带来的一系列难题。
在车载应用中，故障诊断能力至关重要。传统模拟音频线的链路中，需要在每个节点中嵌入处理器进行故障诊断，再经can等总线传递到主机端。在a2b音频链路中，由于a2b可以实现远端故障诊断数据的传输，因此可以代替can来完成诊断功能。a2b的故障诊断不仅包括自身的线诊断而且包括对各节点上器件的故障诊断。
3.1 线故障诊断
线故障诊断包括对地短路、对汽车电源短路、开路、反接等。a2b在初始化期间会对整条链路上进行线故障诊断，同时也会在初始化完成后，正常工作中进行线故障诊断。
当初始化完成后，在整个音频系统运行过程中，如果遇见线故障，中断信息会经a2b总线上传至主节电。主节点的处理器在接收到中断信息后，可以通过读取a2b的中断类型寄存器，获得相应的故障代码，从而作对应的故障操作。
3.2 节点上输入输出器件的故障诊断
音频节点上有麦克风、adc、dac、codec等输入输出音频器件，需要对麦克风或者各类输入输出器件做相应的故障诊断和工作状态调整。最常见的两种故障诊断模式为gpio查询式以及pwm脉宽调制信号。
(1)gpio查询式故障诊断
当节点上的输入输出器件发生故障时，会发一个中断信号给a2b收发器，通过a2b总线传输给主节点，主节点上的a2b收发器会发出一个中断信号给处理器,处理器收到中断信号后，查询a2b故障寄存器，判断是由哪个节点发出的中断请求，从而对该节点发出i2c命令获得故障代码，如图4所示。
(2)pwm脉宽调制信号式故障诊断
部分classab/d类功放芯片的故障信号采用实时的pwm形式波形传输，由处理器根据pwm信号的不同占空比来判断各种故障信息。面对这类故障传输模式，由于a2b收发器拥有2组i2s/tdm接收口，所以仅需把pwm故障诊断信号接到该节点上的a2b收发器的一组i2s/tdm接口上，同时将主节点上a2b收发器对应的i2s/tdm接口接到处理器的pwm接口即可。在主节点处理器收到相应的pwm波形判断故障后，再通过a2b总线发送相应的i2c指令给节点上的功放器件，调整功放器件的工作状态，比如钳位关断。需要注意的是，在多节点的音频链路中，整个音频链路上所对应的该组i2s/tdm接口都不能挂接其他音频信号，仅可以作为pwm类型的诊断信号连接。这种a2b的特殊用法保障了节点上传中断信息的实时性，且省去了在节点处安装处理器专门用于故障诊断和控制。