音頻技術(shù)“快刀”如何在現(xiàn)代化會議室里“斬亂麻”？

如今，現(xiàn)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(jié)點使用單獨的點對點屏蔽電纜來實現(xiàn)，但這種做法非常繁雜，且仍然需要在每個節(jié)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(jīng)濟型電纜選項時。

適用于汽車音頻總線A²B?的收發(fā)器芯片通過單根非屏蔽雙絞線(UTP)電纜支持多通道數(shù)字音頻。多個收發(fā)器節(jié)點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)點傳輸直流電源。圖1所示為A²B收發(fā)器的功能框圖。

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應(yīng)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(yīng)用潛力。在汽車領(lǐng)域之外， A²B 技術(shù)還可用于會議室系統(tǒng)中。在現(xiàn)代會議系統(tǒng)中，為了實現(xiàn)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(nèi)布置多個麥克風(fēng)，有時候是多個揚聲器。另一種可能的應(yīng)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(nèi)，真正限制A²B 應(yīng)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(nèi)的傳統(tǒng)音頻裝置。

在這些應(yīng)用中，A²B收發(fā)器可用于簡化遠(yuǎn)程音頻節(jié)點的布線，同時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(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，總線中的通道不得超過50個。與傳統(tǒng)的模擬方法相比，如果在會議系統(tǒng)中部署所需的A²B功能，確實能帶來很多優(yōu)勢，包括簡化布線、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)點之間15米的距離，以及在所有節(jié)點總長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、時分復(fù)用(TDM)特性擴展到連接多個節(jié)點的系統(tǒng)，其中每個節(jié)點都會獲取數(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)點的LED上，并且可由主機遠(yuǎn)程開關(guān)，以指示有活動的（實時）或無活動的（靜音）麥克風(fēng)。

A²B總線是一種單主機、多從機系統(tǒng)，主控制器中的收發(fā)器用作主機。主機節(jié)點為所有從機節(jié)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(xiàn)配置與回讀。A²B數(shù)據(jù)流中內(nèi)置該控制總線的擴展版本，可以直接訪問從機收發(fā)器的寄存器和狀態(tài)信息，并實現(xiàn)跨距離I2C-到-I2C通信。系統(tǒng)通電后采用搜尋發(fā)現(xiàn)機制，識別各個節(jié)點，并且構(gòu)成TDM結(jié)構(gòu)要求。所有從機節(jié)點按照從機0一直到系統(tǒng)中最后一個可用從機的順序依次發(fā)現(xiàn)。發(fā)現(xiàn)了所有的從機節(jié)點之后，對每個節(jié)點進(jìn)行初始化，以便進(jìn)行同步數(shù)據(jù)交換。圖4所示為具有四個節(jié)點的簡單A²B系統(tǒng)示例。主機程序在每個節(jié)點中注冊，以控制A²B總線上的數(shù)據(jù)流量。在本例中，將從機節(jié)點0和N上來自數(shù)字麥克風(fēng)和ADC的數(shù)據(jù)傳輸?shù)街鳈C節(jié)點，同時將來自主機節(jié)點的揚聲器數(shù)據(jù)傳輸?shù)綇臋C節(jié)點1上的DAC。如本例所示，A²B收發(fā)器也包含一個多通道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個節(jié)點（一個主機節(jié)點，三個從機節(jié)點）的簡化型A²B系統(tǒng)。

每個從機節(jié)點的音頻通道數(shù)量可以單獨配置，最多32個上游通道和最多32個下游通道?？梢允褂?、12、16、20、24、28或32位的數(shù)據(jù)插槽來匹配I2S/TDM數(shù)據(jù)字的長度，但是所有節(jié)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(shù)據(jù)。音頻采樣頻率(f_SYNCM)可以設(shè)置為44.1 kHz至48 kHz，所有節(jié)點同步采樣數(shù)據(jù)。從機節(jié)點支持1× (48 kHz)、2× (96 kHz)或4× (192 kHz)采樣速率(fS)，每個從機節(jié)點可單獨配置。為了在從機節(jié)點上支持2倍和4倍采樣速率，主機節(jié)點必須在連接至主機的1× f_SYNCM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功能，通過16位CRC來檢查控制數(shù)據(jù)和狀態(tài)數(shù)據(jù)。A²B收發(fā)器的另一個重要功能是故障診斷，收發(fā)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(tǒng)中，外設(shè)電源電流消耗會直接影響到系統(tǒng)中的其他節(jié)點。重要的是，始終保持在熱封裝限值內(nèi)，且不超過任何A²B總線節(jié)點的I_VSSN和V_IN的規(guī)格限值（內(nèi)部開關(guān)在1.2 Ω I_VSSN限值時為300 mA/100 mA，由收發(fā)器型號決定；最高提供9 V輸入電壓V_IN）。A2B收發(fā)器芯片的數(shù)據(jù)手冊提供豐富的功率預(yù)算計算示例，圖5所示為一個由總線供電的系統(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足行業(yè)內(nèi)常見的更嚴(yán)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(fā)生差分-共模轉(zhuǎn)換。

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

圖6.?EVAL-AD2428WD1BZ, A²B主機或本地電源從機模式(I2S/TDM 、3個PDM麥克風(fēng)）。

圖7.EVAL-AD2428WB1BZ，由總線供電的A²B從機節(jié)點(I2S/TDM、2個PDM麥克風(fēng)）。

圖8.?EVAL-AD2428WC1BZ,由總線供電的A²B從機節(jié)點（無I2S/TDM、4個PDM麥克風(fēng)）。

圖9.?EVAL-AD2428WG1BZ，本地電源供電的 A²B從機節(jié)點(I2S/TDM、無PDM麥克風(fēng)）。

圖10.?ADZS-AUDIOA²BAMP, A²B D類放大器模塊。

圖11.?SHARC^?音頻模塊：適合音頻應(yīng)用的擴展硬件/軟件平臺。

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