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音頻技術(shù)“快刀”如何在現(xiàn)代化會(huì)議室里“斬亂麻”？

發(fā)布時(shí)間：2020-09-28 來(lái)源：亞德諾半導(dǎo)體責(zé)任編輯：lina

【導(dǎo)讀】如今，現(xiàn)代化會(huì)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(tái)。通常是在每個(gè)節(jié)點(diǎn)使用單獨(dú)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)屏蔽電纜來(lái)實(shí)現(xiàn)，但這種做法非常繁雜，且仍然需要在每個(gè)節(jié)點(diǎn)提供單獨(dú)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(hào)，易受明顯的頻率下降影響，特別是在長(zhǎng)距離安裝，或者在使用經(jīng)濟(jì)型電纜選項(xiàng)時(shí)。

如今，現(xiàn)代化會(huì)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(tái)。通常是在每個(gè)節(jié)點(diǎn)使用單獨(dú)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)屏蔽電纜來(lái)實(shí)現(xiàn)，但這種做法非常繁雜，且仍然需要在每個(gè)節(jié)點(diǎn)提供單獨(dú)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(hào)，易受明顯的頻率下降影響，特別是在長(zhǎng)距離安裝，或者在使用經(jīng)濟(jì)型電纜選項(xiàng)時(shí)。

適用于汽車(chē)音頻總線A2B®的收發(fā)器芯片通過(guò)單根非屏蔽雙絞線(UTP)電纜支持多通道數(shù)字音頻。多個(gè)收發(fā)器節(jié)點(diǎn)可以采用菊花鏈連接，除了傳輸高保真數(shù)字音頻之外，A2B總線還可以為由總線供電的遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)傳輸直流電源。圖1所示為A2B收發(fā)器的功能框圖。

音頻技術(shù)“快刀”如何在現(xiàn)代化會(huì)議室里“斬亂麻”？

圖1.A2B功能框圖。

雖然A2B收發(fā)器技術(shù)主要是為了解決汽車(chē)應(yīng)用中繁雜的音頻電纜問(wèn)題，但毫無(wú)疑問(wèn)，它也是一種更通用的音頻傳輸方法，具有廣泛的應(yīng)用潛力。在汽車(chē)領(lǐng)域之外， A2B 技術(shù)還可用于會(huì)議室系統(tǒng)中。在現(xiàn)代會(huì)議系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)一系列DSP功能，例如波束成型、主動(dòng)降噪或回聲消除，需要在會(huì)議室內(nèi)布置多個(gè)麥克風(fēng)，有時(shí)候是多個(gè)揚(yáng)聲器。另一種可能的應(yīng)用是在公共禮堂、集會(huì)，以及需要同步實(shí)時(shí)翻譯的場(chǎng)合。在大型會(huì)議室內(nèi)，真正限制A2B 應(yīng)用的因素是單根總線中的電纜總長(zhǎng)，一般限制為40米。

圖2. 會(huì)議室內(nèi)的傳統(tǒng)音頻裝置。

在這些應(yīng)用中，A2B收發(fā)器可用于簡(jiǎn)化遠(yuǎn)程音頻節(jié)點(diǎn)的布線，同時(shí)提供一種帶可選電源分配的出色數(shù)字傳輸方法。如圖2所示，之前連接這些遠(yuǎn)程音頻節(jié)點(diǎn)的方法是使用屏蔽電纜，由每個(gè)線對(duì)單向傳輸一個(gè)模擬信號(hào)，并通過(guò)直流適配器單獨(dú)提供電源。同時(shí)，使用A2B的單根雙絞線可以傳輸最多32個(gè)上行和/或最多32個(gè)下行高保真數(shù)字音頻通道和總線電源，如圖3所示；使用16位數(shù)據(jù) 時(shí)，總線中的通道不得超過(guò)50個(gè)。與傳統(tǒng)的模擬方法相比，如果在會(huì)議系統(tǒng)中部署所需的A2B功能，確實(shí)能帶來(lái)很多優(yōu)勢(shì)，包括簡(jiǎn)化布線、添加雙向高保真數(shù)字音頻功能等。

圖3. 將A2B用在會(huì)議室內(nèi)的音頻裝置中。

A2B收發(fā)器同步連接多通道芯片間音頻(I2S)，可在節(jié)點(diǎn)之間15米的距離，以及在所有節(jié)點(diǎn)總長(zhǎng)40米的電纜內(nèi)傳輸脈沖編碼調(diào)制(PCM)數(shù)據(jù)。它還將 I2S的同步、時(shí)分復(fù)用(TDM)特性擴(kuò)展到連接多個(gè)節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)，其中每個(gè)節(jié)點(diǎn)都會(huì)獲取數(shù)據(jù)或提供數(shù)據(jù)，或者兩者兼?zhèn)洹３纛l內(nèi)容外，該數(shù)據(jù)還包括控制功能；例如，A2B 收發(fā)器芯片上的GPIO（一個(gè)典型的A2B收發(fā)器上最多支持7條GPIO線路）可以連接到麥克風(fēng)節(jié)點(diǎn)的LED上，并且可由主機(jī)遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)，以指示有活動(dòng)的（實(shí)時(shí)）或無(wú)活動(dòng)的（靜音）麥克風(fēng)。

A2B總線是一種單主機(jī)、多從機(jī)系統(tǒng)，主控制器中的收發(fā)器用作主機(jī)。主機(jī)節(jié)點(diǎn)為所有從機(jī)節(jié)點(diǎn)生成時(shí)鐘、同步和幀使能信號(hào)。主機(jī)A2B 芯片可通過(guò)控制總線(I2C)編程，實(shí)現(xiàn)配置與回讀。A2B數(shù)據(jù)流中內(nèi)置該控制總線的擴(kuò)展版本，可以直接訪問(wèn)從機(jī)收發(fā)器的寄存器和狀態(tài)信息，并實(shí)現(xiàn)跨距離I2C-到-I2C通信。系統(tǒng)通電后采用搜尋發(fā)現(xiàn)機(jī)制，識(shí)別各個(gè)節(jié)點(diǎn)，并且構(gòu)成TDM結(jié)構(gòu)要求。所有從機(jī)節(jié)點(diǎn)按照從機(jī)0一直到系統(tǒng)中最后一個(gè)可用從機(jī)的順序依次發(fā)現(xiàn)。發(fā)現(xiàn)了所有的從機(jī)節(jié)點(diǎn)之后，對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行初始化，以便進(jìn)行同步數(shù)據(jù)交換。圖4所示為具有四個(gè)節(jié)點(diǎn)的簡(jiǎn)單A2B系統(tǒng)示例。主機(jī)程序在每個(gè)節(jié)點(diǎn)中注冊(cè)，以控制A2B總線上的數(shù)據(jù)流量。在本例中，將從機(jī)節(jié)點(diǎn)0和N上來(lái)自數(shù)字麥克風(fēng)和ADC的數(shù)據(jù)傳輸?shù)街鳈C(jī)節(jié)點(diǎn)，同時(shí)將來(lái)自主機(jī)節(jié)點(diǎn)的揚(yáng)聲器數(shù)據(jù)傳輸?shù)綇臋C(jī)節(jié)點(diǎn)1上的DAC。如本例所示，A2B收發(fā)器也包含一個(gè)多通道PDM接口，用于直接連接脈沖密度調(diào)制的麥克風(fēng)陣列。

圖4. 包含4個(gè)節(jié)點(diǎn)（一個(gè)主機(jī)節(jié)點(diǎn)，三個(gè)從機(jī)節(jié)點(diǎn)）的簡(jiǎn)化型A2B系統(tǒng)。

每個(gè)從機(jī)節(jié)點(diǎn)的音頻通道數(shù)量可以單獨(dú)配置，最多32個(gè)上游通道和最多32個(gè)下游通道。可以使用8、12、16、20、24、28或32位的數(shù)據(jù)插槽來(lái)匹配I2S/TDM數(shù)據(jù)字的長(zhǎng)度，但是所有節(jié)點(diǎn)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(guò)A2B總線傳輸16位、20位或24位I2S/TDM字長(zhǎng)的壓縮數(shù)據(jù)。音頻采樣頻率(fSYNCM)可以設(shè)置為44.1 kHz至48 kHz，所有節(jié)點(diǎn)同步采樣數(shù)據(jù)。從機(jī)節(jié)點(diǎn)支持1× (48 kHz)、2× (96 kHz)或4× (192 kHz)采樣速率(fS)，每個(gè)從機(jī)節(jié)點(diǎn)可單獨(dú)配置。為了在從機(jī)節(jié)點(diǎn)上支持2倍和4倍采樣速率，主機(jī)節(jié)點(diǎn)必須在連接至主機(jī)的1× fSYNCM接口使用I2S/TDM 數(shù)據(jù)通道2倍和4倍的通道。A2B收發(fā)器還包括可靠的誤差檢測(cè)功能，通過(guò)16位CRC來(lái)檢查控制數(shù)據(jù)和狀態(tài)數(shù)據(jù)。A2B收發(fā)器的另一個(gè)重要功能是故障診斷，收發(fā)器可以檢測(cè)A2B電纜何時(shí)高壓短路、接地短路、電纜短路、電纜反向或存在開(kāi)路連接。

在總線供電系統(tǒng)中，外設(shè)電源電流消耗會(huì)直接影響到系統(tǒng)中的其他節(jié)點(diǎn)。重要的是，始終保持在熱封裝限值內(nèi)，且不超過(guò)任何A2B總線節(jié)點(diǎn)的IVSSN和VIN的規(guī)格限值（內(nèi)部開(kāi)關(guān)在1.2 Ω IVSSN限值時(shí)為300 mA/100 mA，由收發(fā)器型號(hào)決定；最高提供9 V輸入電壓VIN）。A2B收發(fā)器芯片的數(shù)據(jù)手冊(cè)提供豐富的功率預(yù)算計(jì)算示例，圖5所示為一個(gè)由總線供電的系統(tǒng)的模型。

圖5.包含本地供電和由總線供電的從機(jī)的系統(tǒng)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(mǎn)足行業(yè)內(nèi)常見(jiàn)的更嚴(yán)格的EMC測(cè)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(fā)生差分-共模轉(zhuǎn)換。

多種評(píng)估板可選擇，使得工程師在設(shè)計(jì)之前進(jìn)行，全面測(cè)試和評(píng)估A2B器件的性能。以下是ADI提供的一些評(píng)估板的示例。