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音频技术“快刀”如何在现代化会议室里“斩乱麻”?

发布时间:2020-09-28 来源:亚德诺半导体 责任编辑:lina

【导读】如今,现代化会议室的音频装置面临的主要障碍之一是需要将各种输入/输出传感器连接到主音频控制台。通常是在每个节点使用单独的点对点屏蔽电缆来实现,但这种做法非常繁杂,且仍然需要在每个节点提供单独的外部电源。除了做法繁杂之外,这些电缆还携带模拟音频信号,易受明显的频率下降影响,特别是在长距离安装,或者在使用经济型电缆选项时。
 
如今,现代化会议室的音频装置面临的主要障碍之一是需要将各种输入/输出传感器连接到主音频控制台。通常是在每个节点使用单独的点对点屏蔽电缆来实现,但这种做法非常繁杂,且仍然需要在每个节点提供单独的外部电源。除了做法繁杂之外,这些电缆还携带模拟音频信号,易受明显的频率下降影响,特别是在长距离安装,或者在使用经济型电缆选项时。
 
适用于汽车音频总线A2B®的收发器芯片通过单根非屏蔽双绞线(UTP)电缆支持多通道数字音频。多个收发器节点可以采用菊花链连接,除了传输高保真数字音频之外,A2B总线还可以为由总线供电的远程节点传输直流电源。图1所示为A2B收发器的功能框图。
 
音频技术“快刀”如何在现代化会议室里“斩乱麻”?
图1.A2B功能框图。
 
虽然A2B收发器技术主要是为了解决汽车应用中繁杂的音频电缆问题,但毫无疑问,它也是一种更通用的音频传输方法,具有广泛的应用潜力。在汽车领域之外, A2B 技术还可用于会议室系统中。在现代会议系统中,为了实现一系列DSP功能,例如波束成型、主动降噪或回声消除,需要在会议室内布置多个麦克风,有时候是多个扬声器。另一种可能的应用是在公共礼堂、集会,以及需要同步实时翻译的场合。在大型会议室内,真正限制A2B 应用的因素是单根总线中的电缆总长,一般限制为40米。
 
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图2. 会议室内的传统音频装置。
 
在这些应用中,A2B收发器可用于简化远程音频节点的布线,同时提供一种带可选电源分配的出色数字传输方法。如图2所示,之前连接这些远程音频节点的方法是使用屏蔽电缆,由每个线对单向传输一个模拟信号,并通过直流适配器单独提供电源。同时,使用A2B的单根双绞线可以传输最多32个上行和/或最多32个下行高保真数字音频通道和总线电源,如图3所示;使用16位数据 时,总线中的通道不得超过50个。与传统的模拟方法相比,如果在会议系统中部署所需的A2B功能,确实能带来很多优势,包括简化布线、添加双向高保真数字音频功能等。
 
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图3. 将A2B用在会议室内的音频装置中。
 
A2B收发器同步连接多通道芯片间音频(I2S),可在节点之间15米的距离,以及在所有节点总长40米的电缆内传输脉冲编码调制(PCM)数据。它还将 I2S的同步、时分复用(TDM)特性扩展到连接多个节点的系统,其中每个节点都会获取数据或提供数据,或者两者兼备。除音频内容外,该数据还包括控制功能;例如,A2B 收发器芯片上的GPIO(一个典型的A2B收发器上最多支持7条GPIO线路)可以连接到麦克风节点的LED上,并且可由主机远程开关,以指示有活动的(实时)或无活动的(静音)麦克风。
 
A2B总线是一种单主机、多从机系统,主控制器中的收发器用作主机。主机节点为所有从机节点生成时钟、同步和帧使能信号。主机A2B 芯片可通过控制总线(I2C)编程,实现配置与回读。A2B数据流中内置该控制总线的扩展版本,可以直接访问从机收发器的寄存器和状态信息,并实现跨距离I2C-到-I2C通信。系统通电后采用搜寻发现机制,识别各个节点,并且构成TDM结构要求。所有从机节点按照从机0一直到系统中最后一个可用从机的顺序依次发现。发现了所有的从机节点之后,对每个节点进行初始化,以便进行同步数据交换。图4所示为具有四个节点的简单A2B系统示例。主机程序在每个节点中注册,以控制A2B总线上的数据流量。在本例中,将从机节点0和N上来自数字麦克风和ADC的数据传输到主机节点,同时将来自主机节点的扬声器数据传输到从机节点1上的DAC。如本例所示,A2B收发器也包含一个多通道PDM接口,用于直接连接脉冲密度调制的麦克风阵列。
 
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图4. 包含4个节点(一个主机节点,三个从机节点)的简化型A2B系统。
 
每个从机节点的音频通道数量可以单独配置,最多32个上游通道和最多32个下游通道。可以使用8、12、16、20、24、28或32位的数据插槽来匹配I2S/TDM数据字的长度,但是所有节点必须使用相同大小的slot。上游和下游可以选择不同的slot大小。此外,12位、16位或20位槽大小可以选择性地通过A2B总线传输16位、20位 或24位I2S/TDM字长的压缩数据。音频采样频率(fSYNCM)可以设置为44.1 kHz至48 kHz,所有节点同步采样数据。从机节点支持1× (48 kHz)、2× (96 kHz)或4× (192 kHz)采样速率(fS),每个从机节点可单独配置。为了在从机节点上支持2倍和4倍采样速率,主机节点必须在连接至主机的1× fSYNCM接口使用I2S/TDM 数据通道2倍和4倍的通道。A2B收发器还包括可靠的误差检测功能,通过16位CRC来检查控制数据和状态数据。A2B收发器的另一个重要功能是故障诊断,收发器可以检测A2B电缆何时高压短路、接地短路、电缆短路、电缆反向或存在开路连接。
 
在总线供电系统中,外设电源电流消耗会直接影响到系统中的其他节点。重要的是,始终保持在热封装限值内,且不超过任何A2B总线节点的IVSSN和VIN的规格限值(内部开关在1.2 Ω IVSSN限值时为300 mA/100 mA,由收发器型号决定;最高提供9 V输入电压VIN)。A2B收发器芯片的数据手册提供丰富的功率预算计算示例,图5所示为一个由总线供电的系统的模型。
 
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图5.包含本地供电和由总线供电的从机的系统的直流电源模式。
 
虽然一根基本的双线电缆足以支持A2B操作,但正确选择电缆和连接器则有助于其满足行业内常见的更严格的EMC测试要求。需要选择合适的电缆,以便除了典型的光谱辐射范围之外,还能提供出色的电气性能,以免在通信频率谐波下发生差分-共模转换。
 
多种评估板可选择,使得工程师在设计之前进行,全面测试和评估A2B器件的性能。以下是ADI提供的一些评估板的示例。
 
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图6. EVAL-AD2428WD1BZ, A2B主机或本地电源从机模式(I2S/TDM 、3个PDM麦克风)。
 
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图7.EVAL-AD2428WB1BZ,由总线供电的A2B从机节点(I2S/TDM、2个PDM麦克风)。
 
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图8. EVAL-AD2428WC1BZ,由总线供电的A2B从机节点(无I2S/TDM、4个PDM麦克风)。
 
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图9. EVAL-AD2428WG1BZ,本地电源供电的 A2B从机节点(I2S/TDM、无PDM麦克风)。
 
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图10. ADZS-AUDIOA2BAMP, A2B D类放大器模块。
 
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图11. SHARC®音频模块:适合音频应用的扩展硬件/软件平台。
 
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