一文了解车载音频A2B通信

科技   2024-12-15 20:18   上海  

作者 | 海角
出品 | 焉知

A2B通信技术是一种高带宽、双向、数字音频总线技术,主要用于汽车音频系统。以下是关于A2B通信的背景、优点特性以及使用场景的详细介绍:

A2B通信技术由美国的Analog Devices, Inc.(ADI)公司开发。ADI是全球领先的半导体公司,致力于在现实世界与数字世界之间架起桥梁,实现智能边缘领域的突破性创新。

A2B通信技术旨在解决传统汽车音频系统中存在的技术难题。这些问题主要包括采用模拟传输线时,需要专用且成本高昂的屏蔽电缆来传输多通道音频信号。此外,随着高级音响系统的发展,所需电缆数量的迅速增加导致了成本和系统复杂性的显著提升。A2B技术通过简化连接和降低电缆重量,提供了一种更高效的音频传输解决方案。

优点特性


高带宽与双向传输能力:A2B技术利用单一的双绞线无屏蔽电缆(UTP),在最长15米的节点间距离以及整个40米的菊花链结构中,实现了I2S/TDM/PDM数据流、I2C控制信息以及时钟信号和电源的传输。

设计简化:A2B收发器使得I2C主机能够访问系统内所有收发器,通过SigmaStudio®图形化开发环境,简化了系统设计流程。

成本与重量降低:A2B技术的应用可显著减轻电缆重量,最多可达75%,同时提供高保真数字音频输出。

同步时钟机制:A2B网络确保所有节点的时钟同步,这对于需要精确时序的应用(例如主动噪声消除)而言至关重要。

确定性延迟特性:系统延迟完全可预测(小于50 µs),并且与音频节点在A2B总线上的位置无关。

支持总线供电A2B技术支持通过同一根UTP电缆为从属节点提供远程供电,供电能力最高可达300mA,特别适合于数字麦克风的应用。

使用场景


会议系统:A2B在会议系统中的应用,实现多麦克阵列的连接,并通过音频DSP产品实现降噪、回音消除、智能均衡的功能。

工业在线监测:A2B总线可以对子节点进行控制,在工业在线监测领域,实现多个传感器的控制和数据传输,简化了工厂布线结构。

汽车音频系统:A2B技术在汽车音频系统中应用广泛,提供高保真度音频传输,同时减轻现有电缆线束的重量。

以下会简单讲解对A2B初步认识的流程。

一、深入理解A2B通信的基本概念 


A2B(汽车音频总线)是一种创新的高带宽、双向、数字音频总线技术,它被设计用来简化音频设计的复杂性。这种总线技术通过一条双线UTP电缆,能够高效地传输I2S/TDM/PDM数据和I2C控制信息,同时还能传输时钟和电源,从而为汽车音频系统提供了一个全新的解决方案。
图1. A2B整车总线

二、深入了解A2B的关键术语和架构


为了全面掌握A2B通信技术,你需要熟悉一系列关键术语。例如,Phantom Power(幻象电源)是一种为远程设备提供电源的技术,而PRBS(伪随机二进制序列)则用于测试和验证数据传输的完整性。Preamble(前导码)是数据传输前的信号模式,用于同步和识别数据包。Response Time(响应时间)指的是系统对输入信号做出反应所需的时间。Slave Node(从节点)是指在A2B网络中,接收主节点控制和数据的设备。Synchronization Control and Response Frames(SCF/SRF)(同步控制和响应帧)确保了数据传输的同步性和可靠性。Synchronous Data(同步数据)指的是在特定时间点同时采样的数据。Superframe(超帧)是A2B通信中用于组织数据传输的高级结构单元。

三、全面掌握A2B的工作原理


要深入理解A2B的工作原理,首先需要学习其超帧结构,这包括下行传输周期和上行传输周期。下行传输周期是指数据从主节点传输到从节点的过程,而上行传输周期则是从节点向主节点发送数据的过程。此外,了解所有信号是如何通过线路编码在A2B总线上传输的,以及如何通过同步前导码实现同步,对于深入掌握A2B通信技术至关重要。

图2.超帧结构

A2B超帧结构组成

1.同步控制帧(SCF, Synchronization Control Frame):超帧的起始部分,包含前同步码,用于确保所有节点同步,并提供时钟信号给外设。

2.下行数据流(Downstream Data):紧随SCF之后,包含TDM同步数据,直接添加在控制帧之后。每个从节点可以消费或添加下行数据。

3.同步响应帧(SRF, Synchronization Response Frame):超帧的结束部分,由最后一个从节点在响应时间后发送,包含响应帧。

4.上行数据流(Upstream Data):在SRF之后,包含TDM同步数据,由每个节点在响应帧之后直接添加。

A2B超帧周期和数据宽度

超帧周期(Tsuperframe):在48 kHz采样率下,超帧周期为20.83微秒。

超帧数据宽度:超帧被分为1024位时间,即1024位数据宽度。

A2B超帧带宽和延迟

l带宽:A2B总线预留给音频数据流的带宽为816位(16位数据时为16×51个流,24位数据时为24×34个流)。控制帧和响应帧各占64位。

l数据速率:A2B总线数据速率为每秒4915.2万位(Mbps),通常四舍五入为50 Mbps。

l延迟:A2B的关键特性之一是音频数据的固定延迟,无论数据来自哪个节点以及被路由到多少个节点。

四、学习A2B的接口和编程


在A2B通信技术中,I2C接口扮演着至关重要的角色。它不仅用于直接访问收发器寄存器空间,还通过A2B总线远程交换I2C数据。此外,信箱(Mailboxes)的概念也是理解A2B通信的关键。信箱允许主机和从节点控制处理器之间进行高效通信,是实现复杂音频系统控制逻辑的基础。

寄存器名称
功能描述
CR1/I2CCON
控制I2C的启动、停止以及控制I2C模式等,控制ACK信号、时钟设置、中断开启和标识
CR2
配置时钟频率、起始/停止条件生成
I2C_OAR2
双地址模式下的接口地址,在7位地址模式下,OAR1和OAR2都被识别
I2C_DR
8位数据寄存器,存放接收数据或放置发送数据
I2C_SR1
状态寄存器,指示模块操作期间的状态
I2CxADD
保存从器件地址
I2CxBRG
波特率发生器的波特率发生器重载值
I2CxRCV
接收缓冲寄存器,只读
I2CxTRN
发送寄存器,发送操作期间字节写入该寄存器
表1.A2B寄存器

五、实际操作和配置


在实际操作中,学习如何通过I2C接口访问远程I2C寄存器是至关重要的一步。这涉及到对寄存器进行读写操作,以配置主收发器和从收发器。同时,掌握系统启动和发现的过程,包括复位和操作状态的管理,对于确保系统稳定运行和高效数据传输至关重要。具体可参考表一
         

 

六、使用专业工具和资源


为了深入学习和应用A2B通信技术,使用Analog Devices提供的SigmaStudio软件进行系统设计和配置是必不可少的。SigmaStudio提供了一个直观的图形化界面,使得工程师能够轻松地进行音频系统的配置和优化。此外,阅读技术参考手册,如AD2426/7/8_A2B收发器技术参考手册,可以让你深入了解A2B收发器的工作原理和配置方法,从而在实际应用中更加得心应手。

图3.SigmaStuido软件

七、实践和案例学习


理论知识的学习需要通过实践来巩固。A2B学习实践取决于你的具体需求和目的或许需要A2Banalyzer。A2Banalyzer是一个强大的开发工具,它支持基于AD242x/3x的A2B网络的设计和调试。它能够配置为主动总线仿真工具和/或被动总线监控器,用于音频和控制通信的高速USB接口。

网络监控:A2Banalyzer可以作为总线监控器使用,帮助你捕获和分析A2B网络上的音频和事件流量。

节点仿真:它可以配置为主节点或子节点仿真器,用于模拟A2B网络中的节点行为。

调试和测试:在开发和测试A2B网络时,A2Banalyzer提供了一个工具来模拟网络中的节点,这对于调试和验证网络配置非常有用。

如果你只是进行基本的学习实践,可能不需要A2Banalyzer。但是,如果你需要深入分析、监控或仿真A2B网络,那么A2Banalyzer将是一个不可或缺的工具。总的来说,是否需要A2Banalyzer取决于你的学习实践是否涉及到网络监控、节点仿真或调试等高级功能。
图4.A2B Analyzer

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