音频技术“快刀”如何在现代化会议室里“斩乱麻”？

时间：2020-09-29 16:06:08

关键字：模拟信号音频技术

手机看文章

扫描二维码
随时随地手机看文章

[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。

点击蓝字进入亚德诺半导体，然后右上角“设为标星”吧~

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。

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。

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。

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。

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(f_SYNCM)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× f_SYNCM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I_VSSN和V_IN的规格限值（内部开关在1.2 Ω I_VSSN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V_IN）。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。