如今,現代化會議室的音頻裝置面臨的主要障礙之一是需要將各種輸入 / 輸出傳感器連接到主音頻控制臺。通常是在每個節點使用單獨的點對點屏蔽電纜來實現,但這種做法非常繁雜,且仍然需要在每個節點提供單獨的外部電源。除了做法繁雜之外,這些電纜還攜帶模擬音頻信號,易受明顯的頻率下降影響,特別是在長距離安裝,或者在使用經濟型電纜選項時。
適用于汽車音頻總線 A2B?的收發器芯片通過單根非屏蔽雙絞線(UTP)電纜支持多通道數字音頻。多個收發器節點可以采用菊花鏈連接,除了傳輸高保真數字音頻之外,A2B 總線還可以為由總線供電的遠程節點傳輸直流電源。圖 1 所示為 A2B 收發器的功能框圖。
圖 1.A2B 功能框圖。
雖然 A2B 收發器技術主要是為了解決汽車應用中繁雜的音頻電纜問題,但毫無疑問,它也是一種更通用的音頻傳輸方法,具有廣泛的應用潛力。在汽車領域之外, A2B 技術還可用于會議室系統中。在現代會議系統中,為了實現一系列 DSP 功能,例如波束成型、主動降噪或回聲消除,需要在會議室內布置多個麥克風,有時候是多個揚聲器。另一種可能的應用是在公共禮堂、集會,以及需要同步實時翻譯的場合。在大型會議室內,真正限制 A2B 應用的因素是單根總線中的電纜總長,一般限制為 40 米。
圖 2. 會議室內的傳統音頻裝置。
在這些應用中,A2B 收發器可用于簡化遠程音頻節點的布線,同時提供一種帶可選電源分配的出色數字傳輸方法。如圖 2 所示,之前連接這些遠程音頻節點的方法是使用屏蔽電纜,由每個線對單向傳輸一個模擬信號,并通過直流適配器單獨提供電源。同時,使用 A2B 的單根雙絞線可以傳輸最多 32 個上行和 / 或最多 32 個下行高保真數字音頻通道和總線電源,如圖 3 所示;使用 16 位數據 時,總線中的通道不得超過 50 個。與傳統的模擬方法相比,如果在會議系統中部署所需的 A2B 功能,確實能帶來很多優勢,包括簡化布線、添加雙向高保真數字音頻功能等。
圖 3. 將 A2B 用在會議室內的音頻裝置中。
A2B 收發器同步連接多通道芯片間音頻(I2S),可在節點之間 15 米的距離,以及在所有節點總長 40 米的電纜內傳輸脈沖編碼調制(PCM)數據。它還將 I2S 的同步、時分復用(TDM)特性擴展到連接多個節點的系統,其中每個節點都會獲取數據或提供數據,或者兩者兼備。除音頻內容外,該數據還包括控制功能;例如,A2B 收發器芯片上的 GPIO(一個典型的 A2B 收發器上最多支持 7 條 GPIO 線路)可以連接到麥克風節點的 LED 上,并且可由主機遠程開關,以指示有活動的(實時)或無活動的(靜音)麥克風。
A2B 總線是一種單主機、多從機系統,主控制器中的收發器用作主機。主機節點為所有從機節點生成時鐘、同步和幀使能信號。主機 A2B 芯片可通過控制總線(I2C)編程,實現配置與回讀。A2B 數據流中內置該控制總線的擴展版本,可以直接訪問從機收發器的寄存器和狀態信息,并實現跨距離 I2C- 到 -I2C 通信。系統通電后采用搜尋發現機制,識別各個節點,并且構成 TDM 結構要求。所有從機節點按照從機 0 一直到系統中最后一個可用從機的順序依次發現。發現了所有的從機節點之后,對每個節點進行初始化,以便進行同步數據交換。圖 4 所示為具有四個節點的簡單 A2B 系統示例。主機程序在每個節點中注冊,以控制 A2B 總線上的數據流量。在本例中,將從機節點 0 和 N 上來自數字麥克風和 ADC 的數據傳輸到主機節點,同時將來自主機節點的揚聲器數據傳輸到從機節點 1 上的 DAC。如本例所示,A2B 收發器也包含一個多通道 PDM 接口,用于直接連接脈沖密度調制的麥克風陣列。
圖 4. 包含 4 個節點(一個主機節點,三個從機節點)的簡化型 A2B 系統。
每個從機節點的音頻通道數量可以單獨配置,最多 32 個上游通道和最多 32 個下游通道。可以使用 8、12、16、20、24、28 或 32 位的數據插槽來匹配 I2S/TDM 數據字的長度,但是所有節點必須使用相同大小的 slot。上游和下游可以選擇不同的 slot 大小。此外,12 位、16 位或 20 位槽大小可以選擇性地通過 A2B 總線傳輸 16 位、20 位 或 24 位 I2S/TDM 字長的壓縮數據。音頻采樣頻率(fSYNCM)可以設置為 44.1 kHz 至 48 kHz,所有節點同步采樣數據。從機節點支持 1× (48 kHz)、2× (96 kHz)或 4× (192 kHz)采樣速率(fS),每個從機節點可單獨配置。為了在從機節點上支持 2 倍和 4 倍采樣速率,主機節點必須在連接至主機的 1× fSYNCM 接口使用 I2S/TDM 數據通道 2 倍和 4 倍的通道。A2B 收發器還包括可靠的誤差檢測功能,通過 16 位 CRC 來檢查控制數據和狀態數據。A2B 收發器的另一個重要功能是故障診斷,收發器可以檢測 A2B 電纜何時高壓短路、接地短路、電纜短路、電纜反向或存在開路連接。
在總線供電系統中,外設電源電流消耗會直接影響到系統中的其他節點。重要的是,始終保持在熱封裝限值內,且不超過任何 A2B 總線節點的 IVSSN 和 VIN 的規格限值(內部開關在 1.2 Ω IVSSN 限值時為 300 mA/100 mA,由收發器型號決定;最高提供 9 V 輸入電壓 VIN)。A2B 收發器芯片的數據手冊提供豐富的功率預算計算示例,圖 5 所示為一個由總線供電的系統的模型。
圖 5. 包含本地供電和由總線供電的從機的系統的直流電源模式。
雖然一根基本的雙線電纜足以支持 A2B 操作,但正確選擇電纜和連接器則有助于其滿足行業內常見的更嚴格的 EMC 測試要求。需要選擇合適的電纜,以便除了典型的光譜輻射范圍之外,還能提供出色的電氣性能,以免在通信頻率諧波下發生差分 - 共模轉換。
多種評估板可選擇,使得工程師在設計之前進行,全面測試和評估 A2B 器件的性能。
責任編輯:pj
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