车载娱乐信息系统用A2B汽车音频总线

2023年12月15日发(作者：20万以内suv推荐)

车载娱乐信息系统用A2B汽车音频总线

[摘要]

A2B （Automotive Audio Bus）简称汽车音频总线，是一种具有高带宽、双向传输、数字音频总线，由美国 ADI公司设计研发。第一代A2B总线支持多达11个节点（1个主节点，10个从节点），只需要一条普通双线UTP（非屏蔽双绞线）电缆，即可传输包括音频、控制信息、时钟数据及电压等数据信息，节点间距离最长达15米，整个菊花链长度为40米，自从ADI公司2014年推出以来，已经获得超过90%的车厂用于新车架构的开发，逐步成为新一代车载娱乐信息系统用音频数据总线的标准，并成为国内外包括新能源汽车在内的各大车厂新车型的主流配置。

详细介绍了以ADI音频处理技术为核心的A2B音频总线在车载娱乐信息系统中的应用及其主要特点：1）降低汽车的能耗，使续航里程更长；2）改变传统上音响为保证音质对线束要求高，布线成本高的弱点；3）传输延时非常低，这样可以带来非常好的声音处理表现，同时满足车规级要求。这些特点都源自于：A2B技术把传统音响数字化以后，高的双向传输速率，对应的线束拓扑成本很低，使线材重量减少，相应地布线更简单，延时缩短，提高了音质，降低了成本。

[关键词] A2B汽车音频总线，车载娱乐信息系统，数字音频总线 ，ADI音频处理技术

1引言

首先我们先了解汽车发展的背景，汽车制造商致力于使其下一代的汽车比前代汽车更安全、更智能且更节油。为此，需要在汽车中安装更多的ECU (电子控制单元)，这会导致电子系统的数量不断增加、复杂度也越来越高，以便实现主动噪声消除、互联网连接和车内通信等新功能。随着ECU数量的不断增加，连接各种ECU所需的电缆的重量和成本也随之增加。增加的重量会反过来降低汽车的燃油效率，这一点让汽车制造商很苦恼。

汽车制造商必须在提供先进、功能丰富的娱乐信息系统和符合政府发布的燃油效率标准之间取得平衡。减轻现有电缆的重量可大幅提高燃油效率成为了必然的选择。

传统的汽车音频ECU一般通过单根模拟电缆或现有的数字总线架构连接，这两者都存在局限性，效率低、会产生不必要的费用。使用模拟接线的汽车音频系统需要专用且昂贵的屏蔽电缆，以用于各种音频信号或通道。在如今支持多通道(5.1或7.1)Dolby或DTS解码的高级音响系统中，所需电缆的数量迅速增加。而且，必要的模数转换器(ADC)和数模转换器(DAC)不仅会增加系统总成本，而且还可能使某些音频性能下降。

当代娱乐信息系统中已经广泛采用MOST?或以太网AVB等数字总线标准，这是因为这些标准能够大幅简化与模拟实施方案相关的接线复杂性。然而，MOST和以太网AVB虽然能够提高性能和灵活性，但会增加管理其相关软件协议堆栈的高价格微控制器，从而增加成本。此外，这些数字总线架构本身对节点之间延迟存在着不确定性。对于车厢内主动噪声消除等易受延迟影响的应用，这一点是不能被接受的，于是A2B技术应运而生。

基于ADI公司A2B和SHARC?音频处理器的音频解决方案不仅提供沉浸式座舱体验，而且支持可持续发展趋势，ADI的解决方案使音频系统能够连接到低延时总线架构中，不仅能保证音频的高保真度，还可在车内减轻多达50公斤的线缆和绝缘装置。

A2B总线和CAN总线有一定的相似之处，CAN 是控制器局域网的缩写。早期的车辆ECU（电子控制单元）通信为点对点通信，这种方式的缺点是线束多且复杂，并且可靠性低，物料成本高，重量大。但随着车辆功能越来越多，如果依然使用点对点布线，难度、成本都会相应的升高。CAN处理的是ECU和启停系统、驻车辅助系统和传感器之间通信，而A2B则是帮助车辆解决数字音频的难题。A2B总线可连接车辆中的音频设备，如MIC、功放（AMP）、多媒体主机（Head Unit）和T-BOX等，因此在车载娱乐信息系统中，A2B总线起到非常关键的作用。

2回顾A2B音频总线的发展应用历程

2016年，福特汽车公司已选中汽车音频总线TM (A2B)作为其首要信息娱乐网络技术，并将在2016年投入生产的四个汽车平台上使用ADI公司的AD2410收发器——A2B产品组合中的首款产品。

2019年，中国汽车制造商比亚迪宣布采用 ADI公司的汽车音频总线 (A2B?) 及SHARC? 数字信号处理器 (DSP)，打造能效更高、更节能环保的汽车平台，提升驾乘人员的沉浸式车载音频信息娱乐体验。

2020年，现代汽车公司与ADI达成战略合作，计划推出汽车行业首个采用ADI汽车音频总线(A2B?)技术的全数字路噪降噪系统。此外，现代汽车公司还计划在其汽车产品的基础音频连接和信息娱乐系统中更广泛地采用ADI的A2B技术。

2021年，ADI与沃尔沃汽车公司宣布，沃尔沃汽车公司的首款纯电动SUV—沃尔沃XC40 Recharge采用ADI的集成电路提供电池管理系统(BMS)和汽车音频总线 (A2B)功能

目前国内众多小轿车、新能源汽车（包括比亚迪、长城、长安、上汽、吉利、蔚来空间、理想汽车等）在更新车型中逐步采用ADI公司的A2B汽车音频总线架构，部分应用A2B音频总线的新能源高配车型的音响喇叭更是多达20多个。

3车载娱乐信息系统传统模式连接方式与A2B音频总线的对比 图一为车载娱乐信息系统传统模式的连接方式，主要以MOST?或以太网AVB等数字总线为主。该模式存在以下弊病：

1）汽车麦克风采用模拟连接方式，存在高延迟，及使用DAC和ADC；

2）新型应用，例如声学噪音抑制需要增加麦克风；

3）连接线过多。

图一 车载娱乐信息系统传统模式的连接方式

图二为车载娱乐信息系统A2B连接方式，该方式凸显以下优势：

1）电缆成本和线材需求双降；

2）更轻----续航里程更长，二氧化碳排放更少；

3）全数字连接----数据传输更可靠；

4）低延迟，音质有保证；

5）连接数量减至最低； 6）总线供电麦克风节点。

A2B总线在节省音频连接成本和重量上也发挥积极作用，特别是在当前新能源汽车提高能效的竞争中具有积极意义。汽车音频系统的电缆在总电缆重量中占了很大比重，这是因为模拟线路要求从音频源到输出端（扬声器）都采用价格高昂的屏蔽电缆，而A2B音频数字总线则可以使用普通的UTP线缆，价格低廉且连接线束在数量及重量上大幅度减少。

图二 车载娱乐信息系统A2B连接方式

4A2B音频总线特点及拓扑结构

4.1A2B音频总线的特点

4.1.1A2B 是一种高带宽双向数字音频总线。A2B 能够使用一根 2类线 UTP 电缆，在距离长达15米的节点之间以及整个40米的菊花链上，传输 I2S/TDM/PDM 数据和

I2C 控制信息以及时钟和电源。A2B 可用作具有嵌入式子网的自身网络，也可用作端点传输总线，与其他更远距离协议配合使用。在 A2B 网络中，所有节点上的时钟是同步的。系统中的每个节点同时接收麦克风和串行音频数据； 4.1.2该技术最多能够将电缆的重量减轻75%，而且还能提供高保真数字音频。汽车音频总线针对音频应用进行优化，相比模拟音频总线能够提供出色的音频质量，而且其系统总成本远低于现有的数字总线标准。最简单的A2B是一种高带宽(50 Mbps)数字总线，它能够通过在非常长的距离(节点间的距离最长达10 m)上，使用一条无屏蔽双绞线将I2S音频和I2C控制数据与时钟和功率一起传输；

4.1.3A2B总线理论最大带宽50Mbps，<50uS的链路时延，支持实现ANC主动降噪，多音区识别等功能实现，支持实现HIFI高保真音响；

4.1.4同一条A2B总线可以传输双向32个通道的音频数据，可以将车机、功放、MIC、T-BOX等节点一并串入，一对UTP线可以替代多路复杂线束，灵活、低风险、简单易配置，且能实现远程节点的基本配置和诊断；

4.1.5A2B总线为纯数字传输，数字接口能省去外围的DAC/ADC转换，抗干扰能力强，最大程度保证音频质量，提升用户的听觉体验。同时，由于A2B还能实现远程I2C控制，因此在各个音频节点上，可以省去MCU以及CAN等控制接口[1]。

4.2A2B音频总线的拓扑结构

A2B技术专门用来简化新兴汽车麦克风和传感器密集型应用的连接挑战,从实现角度看，A2B是单个主器件、多个子节点（最多10个）的串行拓扑结构[2]。图三为A2B音频总线典型的主从结构拓扑图。目前最新的第三代ADI 243X单条总线可支持的节点数增加到17个，进一步提升了可扩展性。 图三 A2B音频总线主从结构拓扑图

5A2B音频总线优势

5.1 可配置、灵活、低风险且易于使用

A2B收发器允许I2C主机访问系统中的所有收发器。使用SigmaStudio?图形化开发环境（与支持ADI公司SigmaDSP?和SHARC?处理器系列的开发工具相同）可简化采用A2B的系统的设计过程。ADI还提供众多的全功能评估系统，可快速完成A2B网络的原型制作并加快早期系统概念验证、测试、验证和调试过程；

5.2 降低系统和电缆成本、重量和复杂性

使用 A2B 时，不再需要昂贵的微控制器和外部存储器。收发器能够通过用于传输数据的同一条 UTP（非屏蔽双绞线）为远程节点供电，因而每个总线供电的从属节点上不再需要本地电源，降低了总体系统 BOM 成本。与需要两个或三个双绞线连接或昂贵布线方案的其他数字总线架构相比，例如用于在汽车内连接音频系统的大量线束，UTP 电缆可提供系统级节省。

实际采用的电线可以是成本更低、重量更轻的非屏蔽双绞线，而非更昂贵的屏蔽电缆。 最重要的是，对于特殊使用案例，A2B技术可提供小功率的电源，将不超过300 mA的电流传输至A2B菊花链上的音频节点。有了这个小功率电源，便无需在音频ECU上使用本地电源，从而进一步降低总系统成本。

5.3出色的音频质量

A2B技术提供的50 Mbps总线带宽总值最多可支持32个使用标准音频采样速率(44.1

kHz、48 kHZ)和通道宽度(12位、16位、24位)的上行和下行音频通道。

这可为多种音频I/O设备提供相当大的灵活性和连接性。在音频ECU之间维持全数字音频信号链可确保保证最高质量的音频，不会产生因ADC/DAC转换造成的音频性能下降问题；

5.4确定性低延迟

A2B技术确保在每个帧的所有系统节点上同步采样和传递数据。帧结构在主机节点上被完全控制，以便对每个收发器在两个方向上使用可用的数据时隙进行编程，无论是贡献、提取或读取数据并将其传递到线路拓扑结构中的下一个节点。由于总线冲突或分组数据重组而导致的延迟会被移除。 A2B 具有低于50 ?s的确定性极低延迟。

6A2B音频总线的应用

除了用在汽车音频上，A2B的应用非常广泛，涉及专业影音设备、家庭影院、住宅对讲系统、A/V会议室、运输行业等领域。

1）飞机上影音娱乐系统 A2B技术在上行和下行总线上支持多达32个音频通道（可以多个A2B总线做32*N音频通道）, 可以支持不同旅客影音娱乐节目选择；

2）会议系统

基于ADI公司A2B和音频处理器ADSP-21569的完整会议系统解决方案，可以支持多个麦克风接入会议解决方案，实现回声消除，环境噪声去除，动态均衡器等功能。同时A2B 还可以远距离传输输入/输出（GPIO）数据，实现会议系统投票表决功能；

3）录音棚环境中的应用：可以利用这种支持实现由总线供电的简单节点设计，例如对讲扬声器或拾音器，将总线供电节点和本地供电节点结合起来，系统设计人员可以利用A2B技术提供的24位、96 kHz数字音频路径创建复杂的录音棚设计；

4) 运输业的多种用例中，例如公共汽车和观光车中部署的停止按钮可以利用这种A2B功能，其相关的处理成本极低，只需在初始化期间通过主节点配置A2B链路，GPIO就可以独立运行，无需主机的进一步干预。

实践证明，A2B技术在汽车环境中具备可靠的EMI/EMC兼容性，对于那些需要在具有挑战性的EMC环境中安全传输音频和非关键数据的应用来说，这是一个非常有吸引力的技术选项。A2B总线符合严格的汽车EMC标准，包括排放、抗干扰性和ESD要求等，非常适合汽车电子、航空电子和航空航天应用。

7结语

笔者详细论述了ADI数字音频处理技术为核心的A2B汽车音频总线的优势与特点，及其在汽车娱乐信息系统中的应用。