La innovadora arquitectura de bus digital reduce los costos del sistema de audio

Los fabricantes de automóviles se esfuerzan por hacer que la próxima generación de vehículos sea más segura, más inteligente y más eficiente en combustible que sus predecesores. Para lograr esto, los sistemas electrónicos continúan aumentando en número y complejidad a medida que se implementan más unidades de control electrónico (ECU) en el vehículo, lo que permite nuevas características y capacidades, como la conectividad de radio inteligente. , cancelación de ruido de la carretera (RNC), zonas de audio personal (PAZ), comunicación en el oído (ICC) y conducción autónoma. A medida que aumenta la cantidad de ECU, también aumenta el peso y el costo de los arneses de cableado necesarios que brindan conectividad entre las diversas ECU. Este peso adicional, a su vez, reduce la eficiencia de combustible del vehículo, que ha sido un factor importante para los fabricantes de automóviles.

Los fabricantes de automóviles deben equilibrar su deseo de proporcionar sistemas de protección de características avanzadas con la necesidad de cumplir con los estándares de eficiencia de combustible exigidos por el gobierno. Reducir el peso de los arneses de cables existentes puede conducir a mejoras significativas en la eficiencia energética.

panorama actual

Tradicionalmente, las ECU de audio automotriz se han conectado a través de cables analógicos individuales o arquitecturas de bus digital, las cuales tienen limitaciones, ineficiencias y costos innecesarios. Los sistemas de audio para automóviles que usan cableado analógico para cada señal o canal de audio requieren cables blindados dedicados y costosos. En los sistemas de audio de gama alta de hoy en día, con soporte para decodificación Dolby o DTS multicanal (5.1 o 7.1), la cantidad de cables necesarios aumenta rápidamente. Además, los convertidores de analógico a digital (ADC) y los convertidores de digital a analógico (DAC) necesarios aumentan el costo total del sistema e introducen áreas potenciales de degradación del rendimiento de audio.

Estándares de bus digital como MOST^® o Ethernet AVB se han adoptado ampliamente en los sistemas de información y entretenimiento de la generación actual porque simplifican enormemente las complejidades de cableado de la operación analógica. Sin embargo, el rendimiento y la flexibilidad adicionales de MOST y Ethernet AVB vienen con el costo adicional de microcontroladores costosos para administrar sus pilas de protocolos de software asociados. Además, las arquitecturas digitales de estos buses son inherentemente no deterministas con retrasos de sistema variables de nodo a nodo. Esta falla fundamental en las arquitecturas de bus digital existentes es inaceptable para aplicaciones de voz y voz sensibles a las maldiciones, como ANC/RNC e ICC.

Presentación del autobus de audio

Autobus de audio^® (o uno²b^®) es una tecnología innovadora y fácil de aplicar de Analog Devices diseñada para reducir el peso de un arnés de cables hasta en un 75 % al tiempo que ofrece audio digital de alta fidelidad. A²B está optimizado para aplicaciones de audio que brindan una mejor calidad de audio sobre la conectividad analógica a un costo total del sistema que es significativamente más bajo que los estándares de bus digital actuales. En su forma más simple, A es²B es un bus digital de gran ancho de banda (50 Mbps) capaz de transportar I²S sonido y yo²Los datos de control C, así como el reloj y la alimentación, utilizan un solo cable de par trenzado sin blindaje de 2 hilos en distancias significativas, hasta 15 m entre nodos y 40 m a través de la guirnalda.

Conceptos básicos del bus de audio automotriz

En términos de implementación, A²B es una topología de un solo maestro, múltiples líneas esclavas. El AD2428W, junto con dos derivados de menor costo y funcionalidad reducida, AD2427W y AD2426W, son la última familia de conectores A mejorados compatibles con pines.²transceptores B. Estas últimas entradas de productos admiten la conexión en cadena de un solo maestro, así como hasta 10 nodos esclavos, lo que representa un aumento del 20 % con respecto a la primera generación A.²agrega B, como se muestra en la Figura 1. Esta capacidad de conexión en cadena permite un máximo²B Longitud hasta 40m, soportada hasta 15m entre nodos individuales. Una parte importante de A es usar topología de línea en lugar de topología de anillo²Tecnología B relacionada con la integridad y robustez general del sistema. Si hay una conexión de A²La cadena Daisy B está comprometida, toda la red no colapsa. La falla afecta solo a los nodos aguas abajo del enlace fallido y los diagnósticos a bordo inherentes a A²La tecnología B es capaz de aislar la fuente de la falla, lo que señala una ruptura para iniciar una acción correctiva.

La A²Una topología de línea B maestro-esclavo es inherentemente eficiente en comparación con las arquitecturas de bus digital existentes. Después de un proceso de descubrimiento de bus simple, no se requiere ninguna intervención adicional de la CPU para mantener el funcionamiento normal del bus. Como una ventaja añadida de la A²Arquitectura B, la latencia del sistema es totalmente determinista (retraso de 2 ciclos) independientemente de la posición del nodo de audio en A²bus B. Esta característica es particularmente importante para aplicaciones de voz y audio, como ANC/RNC e ICC, donde las muestras de audio de múltiples sensores de detección remota deben procesarse de manera sincronizada.

Los AD2428W, AD2427W y AD2426W son A²Los transceptores B proporcionan audio, control, reloj y alimentación a través de un solo cable UTP de 2 hilos. Esto reduce el costo total del sistema por varias razones:

• El número de subprocesos físicos se reduce en comparación con las implementaciones tradicionales.
• Los propios cables pueden ser cables UTP más baratos y ligeros, en comparación con los cables blindados más caros.
• Más importante aún, en casos de uso específicos, el A²La tecnología B proporciona capacidad de alimentación fantasma que suministra hasta 300 mA de corriente a los nodos de audio en A²guirnalda B. Esta capacidad de alimentación fantasma elimina la necesidad de fuentes de alimentación locales en la ECU de audio, lo que reduce aún más los costos generales del sistema.

El ancho de banda total del bus proporcionado por el A es de 50 Mbps²La tecnología B admite hasta 32 canales de audio ascendentes y hasta 32 canales de audio descendentes utilizando frecuencias de muestreo de audio estándar (44,1 kHz y 48 kHz) y anchos de canal (12 bits, 16 bits, 24 bits). Esto proporciona una flexibilidad y conectividad considerables para una amplia gama de dispositivos de E/S de audio. La introducción de la conversión ADC/DAC garantiza que se conserve la más alta calidad de audio sin la posibilidad de degradación del audio al mantener una cadena de señal de audio totalmente digital entre las ECU de audio.

Como se describió anteriormente, los diagnósticos a nivel del sistema son una parte esencial de A²tecnología B. Todo²Los nodos B tienen la capacidad de reconocer una variedad de condiciones de falla que incluyen circuitos abiertos, cables en cortocircuito, cables inversos o cables en cortocircuito a alimentación o tierra. Esta capacitancia es importante para la integridad del sistema, como en el caso de aperturas, cortocircuitos o fallas de cable inverso, A²El nodo B siempre está operando completamente aguas arriba de la falla. La capacidad de diagnóstico también aísla eficazmente las fallas a nivel del sistema, lo cual es fundamental desde la perspectiva del distribuidor/instalador.

Estimado A²El sistema compatible con B se simplifica enormemente gracias a SigmaStudio^™ entorno de diseño gráfico: la misma herramienta de desarrollo que admite SigmaDSP de Analog Devices^® y SHARC^® familias de procesadores. SigmaStudio ofrece la oportunidad de A²red B y configure cada programa a través de una cadena de herramientas líder en la industria fácil de usar. Automóvil club británico²La calculadora de ancho de banda de bus B y la prueba de tasa de error de bits (BERT) también se incluyen en el entorno SigmaStudio. Se encuentra disponible una amplia gama de sistemas de evaluación completos para la creación rápida de prototipos de real-A²Red B para facilitar la prueba de concepto, las pruebas del sistema, la verificación y la depuración.

Mercados objetivo y aplicaciones

Una amplia gama de mercados, tanto maduros como emergentes, se beneficiarán de las eficiencias que ofrece A²tecnología B. Las aplicaciones objetivo incluyen:

• Conectividad de audio ECU (unidad principal y amplificadores de audio de gama alta)
• Arreglos de micrófonos para manos libres/reconocimiento de voz/comunicación en el automóvil
• Cancelación de ruido activa, cancelación de ruido de la carretera
• Zonas de audio personales/altavoces activos
• eCall y sistemas telemáticos
• Sistemas de conducción autónomos
• Sistemas de estacionamiento automático
• Monitoreo de signos vitales
• Conectividad de radio inteligente

La conectividad de ECU de audio es un área de aplicación atractiva y madura donde A²B ya está implementado en vehículos de producción. En un ejemplo simple, como se ve en la Figura 2, donde una unidad principal se conecta a un amplificador troncal premium, A²B elimina la necesidad de cables individuales para audio multicanal, además de NAV, móvil y tonos de llamada. A²B reemplaza todos estos cables con un solo cable UTP de 2 hilos de bajo costo que ha sido probado y certificado para cumplir con los requisitos más estrictos de compatibilidad con EMC y EMI para automóviles.

La conectividad de micrófonos eficiente y rentable es una prioridad de diseño, lo que lleva a una variedad de casos de uso y aplicaciones. Bluetooth^® Los sistemas de conectividad y manos libres/reconocimiento de voz son equipos estándar y los sistemas eCall ya son obligatorios en algunas regiones. La tendencia desde el punto de vista OEM es avanzar hacia sistemas multimicrófonos (dos o cuatro) configurados individualmente o en módulos. En ambos casos, un sistema utilizado por A²La tecnología B tiene un costo general del sistema mucho más bajo que la conectividad analógica, especialmente en arreglos de múltiples micrófonos. todo un²El transceptor B puede admitir hasta cuatro micrófonos de entrada PDM, lo que elimina la necesidad de tres de los cuatro micrófonos en una matriz de 4 micrófonos.

La cancelación de ruido de la carretera es un derivado del área de aplicación más amplia de ANC y actualmente está siendo investigada por muchos fabricantes de automóviles. En ANC de banda ancha, se pueden cancelar los tonos armónicamente relacionados de una entrada de referencia, así como algunos tonos no armónicamente relacionados o tonos aleatorios. Estas entradas de referencia generalmente las proporcionan velocímetros distribuidos físicamente alrededor del vehículo, a menudo en los cuatro pasos de rueda. Las entradas adicionales al sistema ANC de banda ancha provendrían de micrófonos de error, distribuidos por todo el vehículo, uno requerido para cada zona silenciosa de pasajeros. Una implementación tradicional utiliza conexiones analógicas dedicadas desde cada acelerómetro/micrófono a la unidad de procesamiento ANC de banda ancha. Obviamente, este enfoque puede ser prohibitivo en términos de costo/complejidad de cableado, así como del área del conector en la unidad de procesamiento. Todos estos problemas se resuelven con la ayuda de A²Implementación b.

A²B también puede considerarse una tecnología habilitadora para aplicaciones emergentes que requieren una conectividad de sensores rentable. Las aplicaciones como la conducción autónoma, el control de signos vitales y los sistemas de estacionamiento automático, que tienen como objetivo las fechas de producción en 2020 y más allá, pueden beneficiarse de las características, las capacidades, la simplicidad y los beneficios del tiempo de comercialización que ofrece A.²tecnología B.

Resumen

A²B es una arquitectura de bus digital que proporciona un conjunto de funciones, un rendimiento y un costo del sistema optimizados para el cableado de aplicaciones de control y audio intensivas.

• A²B proporciona una mejor calidad de audio que las conexiones analógicas al tiempo que proporciona la escalabilidad de las arquitecturas de bus digital más caras.
• A²B proporciona una solución de bajo riesgo en una amplia gama de aplicaciones automotrices.
• A²Los sistemas basados ​​en B se han implementado desde 2016, con más de 2 millones de sistemas ya entregados.
• El AD2428W, junto con los derivados de función/costo reducidos AD2427W y AD2426W, representan la última evolución de A²Transceptores B con una hoja de ruta planificada para una mejor integración y rendimiento.