一文了解车载音频A2B通信

阿宝说车

2024-12-27 09:00发布于广东汽车领域创作者

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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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