A2B應(yīng)用面面觀

縱觀歷史，會(huì)發(fā)現(xiàn)許多汽車行業(yè)利用相鄰和互補(bǔ)市場(chǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化的示例;工業(yè)、消費(fèi)電子和醫(yī)療健康行業(yè)只是其中幾個(gè)。從引進(jìn)采礦業(yè)的傳輸系統(tǒng)來(lái)實(shí)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(yùn)用微控制器功能以來(lái)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(shì)的例子不勝枚舉?，F(xiàn)在，汽車行業(yè)也在回饋一項(xiàng)可以簡(jiǎn)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(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模擬連接。A2B技術(shù)可以解決許多與點(diǎn)對(duì)點(diǎn)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(gè)連接的可靠性。它有助于通過(guò)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(diǎn)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(diǎn)對(duì)點(diǎn)、菊花鏈和分支網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?

每個(gè)網(wǎng)絡(luò)都由一個(gè)主節(jié)點(diǎn)和多達(dá)10個(gè)從節(jié)點(diǎn)組成。主節(jié)點(diǎn)包含一個(gè)連接至主機(jī)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(diǎn)的復(fù)雜度各不相同(從具備強(qiáng)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(diǎn))，都可用A2B收發(fā)器連接，例如麥克風(fēng)、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、揚(yáng)聲器、傳感器(例如加速度計(jì))，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(shí)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(lái)的簡(jiǎn)化產(chǎn)品具備各種級(jí)別的功能，例如端點(diǎn)從節(jié)點(diǎn)(不支持TDM)、簡(jiǎn)化型主節(jié)點(diǎn)(支持較短的電纜和更少的從節(jié)點(diǎn)數(shù)量)，以及簡(jiǎn)化型端點(diǎn)從節(jié)點(diǎn)(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(chǎng)全面開(kāi)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(kuò)展特性。SMARTCOM系統(tǒng)配有麥克風(fēng)、有源揚(yáng)聲器和FM/DAB智能無(wú)線電模塊，旨在簡(jiǎn)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(dá)10個(gè)連接到主節(jié)點(diǎn)的從節(jié)點(diǎn)，以及支持雙向音頻傳輸。

載人車輛(例如公共汽車、飛機(jī)和火車)構(gòu)成了運(yùn)輸業(yè)的另一個(gè)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(jì)高效地輕型UTP電纜來(lái)實(shí)現(xiàn)分布式揚(yáng)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(dá)32個(gè)下游音頻(從主節(jié)點(diǎn)到從節(jié)點(diǎn))和上游音頻(從從節(jié)點(diǎn)到主節(jié)點(diǎn))通道，有助于在單個(gè)系統(tǒng)中分配包含不同音頻內(nèi)容的多個(gè)通道。這個(gè)特性可以用在旅游車上，用于分配各種類型的音樂(lè)，或者分配各種語(yǔ)言的導(dǎo)游指南。

A2B總線可以遠(yuǎn)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(yùn)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(guò)主節(jié)點(diǎn)配置A2B鏈路，GPIO就可以獨(dú)立運(yùn)行，無(wú)需主機(jī)的進(jìn)一步干預(yù)。

在運(yùn)輸業(yè)以外，許多標(biāo)準(zhǔn)(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(chǎng)或購(gòu)物中心等應(yīng)用環(huán)境)。對(duì)于許多基于以太網(wǎng)的遠(yuǎn)距離傳輸音頻的技術(shù)來(lái)說(shuō)，A2B技術(shù)并不會(huì)直接與其競(jìng)爭(zhēng)。相反，A2B技術(shù)可以被視為一種互補(bǔ)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(yáng)聲器等)之間提供邊緣連接。

以體育場(chǎng)為例，利用以太網(wǎng)技術(shù)(例如AES67)在整個(gè)場(chǎng)館內(nèi)或在局部區(qū)域(例如套房或餐廳)之間部署音頻時(shí)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(shí)，A2B技術(shù)具有幾個(gè)明顯優(yōu)勢(shì)。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(jì)高效，且易于組裝，A2B器件支持的UTP電纜同樣經(jīng)濟(jì)高效、靈活輕巧。A2B技術(shù)也從節(jié)點(diǎn)處理的角度進(jìn)行了高度優(yōu)化，可以在不使用微控制器的情況下實(shí)現(xiàn)從節(jié)點(diǎn)。

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

ADI提供了一個(gè)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(kāi)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(gè)連接到網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)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(shì)。

A2B技術(shù)的最低節(jié)點(diǎn)處理要求，以及通過(guò)電纜供電的能力，非常適合網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中需要高度簡(jiǎn)化從節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)由總線供電的簡(jiǎn)單節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，例如對(duì)講揚(yáng)聲器或拾音器。將總線供電節(jié)點(diǎn)和本地供電節(jié)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jì)。A2B總線的電纜長(zhǎng)度是錄音棚或小舞臺(tái)環(huán)境可以利用的另一個(gè)特性。小舞臺(tái)環(huán)境可以利用這種靈活性來(lái)連接各種元件，例如調(diào)音臺(tái)、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(zhǎng)電纜長(zhǎng)度，如今以遠(yuǎn)程會(huì)議系統(tǒng)為核心的會(huì)議室也可以利用A2B總線支持長(zhǎng)電纜長(zhǎng)度這一特性。遠(yuǎn)程會(huì)議系統(tǒng)需要連接各種元件，例如麥克風(fēng)、揚(yáng)聲器和靜音按鈕。在實(shí)現(xiàn)波束成形麥克風(fēng)解決方案時(shí)，遠(yuǎn)程會(huì)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(huì)影響波束成形實(shí)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(yuǎn)程會(huì)議系統(tǒng)中，用于傳送任何輔助信號(hào)，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(shí)現(xiàn)邊緣連接

實(shí)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(duì)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(lái)說(shuō)，這是一個(gè)非常有吸引力的技術(shù)選項(xiàng)。A2B總線符合嚴(yán)格的汽車EMC標(biāo)準(zhǔn)，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^(guò)與基本設(shè)計(jì)準(zhǔn)則保持一致，并遵循參考設(shè)計(jì)，來(lái)確保系統(tǒng)設(shè)計(jì)符合規(guī)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

這種參考設(shè)計(jì)是生態(tài)系統(tǒng)的重要組成，也是幫助客戶簡(jiǎn)化和加快設(shè)計(jì)過(guò)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(jì)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(píng)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(jì)工具和第三方設(shè)計(jì)合作伙伴。

圖4.A2B評(píng)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(yù)的開(kāi)發(fā)工具SigmaStudio®支持。SigmaStudio是一款設(shè)計(jì)工具，可以通過(guò)拖放A2B節(jié)點(diǎn)和輔助器件、節(jié)點(diǎn)配置、誤碼率分析、帶寬計(jì)算和功率計(jì)算來(lái)支持A2B設(shè)計(jì)過(guò)程-網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的各個(gè)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(cè)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(diǎn)或從節(jié)點(diǎn)，這在設(shè)計(jì)和創(chuàng)建A2B網(wǎng)絡(luò)的原型時(shí)會(huì)很有幫助。A2B監(jiān)控器可作為A2B網(wǎng)絡(luò)上的無(wú)源節(jié)點(diǎn)，用于監(jiān)測(cè)通過(guò)該節(jié)點(diǎn)的所有A2B音頻和數(shù)據(jù)，同時(shí)支持輸入和輸出音頻。這些工具可以幫助客戶縮短上市時(shí)間和降低設(shè)計(jì)復(fù)雜度。它們還可以在項(xiàng)目發(fā)布之前和之后加快調(diào)試和分析解決問(wèn)題。A2B技術(shù)擁有多家第三方設(shè)計(jì)服務(wù)合作伙伴，他們已多次將A2B設(shè)計(jì)成功推向市場(chǎng)。這些合作伙伴提供硬件模塊、定制硬件和軟件設(shè)計(jì)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(zhǎng)度支持和最低的處理成本等這些輔助因素，對(duì)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(bǔ)充。這些綜合優(yōu)勢(shì)使得A2B技術(shù)深受很多行業(yè)應(yīng)用的青睞，例如運(yùn)輸業(yè)、專業(yè)AV、音樂(lè)制作和表演等。

目前面向廣泛的市場(chǎng)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(guò)優(yōu)化的端點(diǎn)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(chǎng)應(yīng)用的A2B器件

A2B總線由ADI提供的一系列產(chǎn)品評(píng)估板提供支持，涵蓋各類A2B器件。第三方設(shè)計(jì)服務(wù)團(tuán)隊(duì)提供的其他A2B板進(jìn)一步實(shí)施補(bǔ)充。

表2.面向廣泛市場(chǎng)應(yīng)用的A2B評(píng)估板