Công nghiệp ô tô

Cách mạng công nghệ kỹ thuật số A2B và Micro cho phép hiệu suất vượt trội ứng dụng trong thị trường ô tô mới nổi

Ken Waurin, Giám đốc Tiếp thị Chiến lược tại Analog Devices Inc.
Dietmar Ruwisch, chuyên gia âm thanh cao cấp tại Analog Devices, Inc.
Yu Du, Kỹ sư âm thanh chính cao cấp tại Harman International Industries.

Giới thiệu

Bài viết này chúng tôi sẽ giới thiệu về công nghệ Ô tô Audio Bus® (A2B ®) và giải thích những tiến bộ gần đây trong công nghệ kết nối micrô kỹ thuật số. Những đổi mới này cho phép áp dụng nhanh chóng các ứng dụng thay đổi phụ kiện như trò chơi trong các thế hệ hệ thống thông tin giải trí trên xe trong tương lai.

Bối cảnh về áp dụng thị trường

Trong phân khúc thiết bị điện tử trong cabin ô tô, ngày càng rõ ràng rằng thế giới của các ứng dụng liên quan đến âm thanh, giọng nói và âm học đang nhanh chóng mở rộng khi các nhà sản xuất ô tô cố gắng tạo sự khác biệt cho từng thương hiệu xe của họ với các đối thủ cạnh tranh. Ngoài ra, khi người tiêu dùng bình thường trở nên hiểu biết hơn về công nghệ, kỳ vọng của họ liên quan đến cả trải nghiệm lái xe và mức độ tương tác cá nhân với chiếc xe đang mở rộng đáng kể. Hệ thống âm thanh chất lượng như rạp hát tại nhà đã trở nên phổ biến ở tất cả các mức cho giá xe và hiện đang được tăng cường bởi hệ thống rảnh tay (HF) và hệ thống liên lạc trong xe (ICC) tinh vi. Ngoài ra, các hệ thống cách ly tiếng ồn chủ động và tiếng ồn trên đường (ANC / RNC), trước đây chỉ được triển khai trên các xe cấp cao nhất, hiện đang tiến vào các phân khúc bình dân, giá cả phải chăng hơn. Nhìn về tương lai, các kỹ thuật dựa trên âm thanh hoặc âm thanh sẽ trở thành một thành phần quan trọng trong bộ điều khiển động cơ xe tự hành Cấp 4/ Cấp 5 (ECU) khi chúng cố gắng phát hiện sự hiện diện của các phương tiện khẩn cấp khác. 

Chủ purchase soma max đề chung hiện nay như một ràng buộc tất cả các ứng dụng kế thừa và mới nổi này là sự phụ thuộc vào công nghệ cảm biến âm thanh hiệu suất cao như điện thoại siêu nhỏ và máy đo gia tốc. Và vì gần như tất cả các ứng dụng mới nổi yêu cầu nhiều cảm biến âm thanh như micrô (hoặc mảng micrô) để đạt được hiệu suất cấp hệ thống tốt nhất, nên cần có một công nghệ kết nối đơn giản, tiết kiệm chi phí để đảm bảo rằng tổng chi phí hệ thống được giảm thiểu. Về mặt lịch sử, việc thiếu công nghệ kết nối tối ưu hóa micrô là một điểm khó khăn đáng kể đối với các nhà sản xuất ô tô, vì mỗi micrô sẽ cần được kết nối trực tiếp với bộ phận xử lý bằng cáp analog đắt tiền và được che chắn. Những chi phí tăng thêm này chủ yếu về hệ thống dây điện thực tế, nhưng thứ hai là về trọng lượng tăng thêm và giảm hiệu suất nhiên liệu, trong nhiều trường hợp đã ngăn cản việc áp dụng rộng rãi các ứng dụng này, hoặc ít nhất chỉ giới hạn chúng ở các phân khúc siêu cao cấp. Những tiến bộ gần đây trong cả công nghệ kết nối và micrô kỹ thuật số đang chứng tỏ là yếu tố thúc đẩy việc áp dụng nhanh chóng các ứng dụng thay đổi trò chơi trong các thế hệ hệ thống thông tin giải trí trên xe trong tương lai. Công nghệ A2B sẽ tạo ra sự khác biệt.

Các hạn chế của Micro analog truyền thống

Sử dụng điện thoại di động cầm tay khi điều khiển phương tiện giao thông bị cấm ở hầu hết các quốc gia trên thế giới, trong khi các thiết bị rảnh tay hỗ trợ Bluetooth® đã trở thành thiết bị tiêu chuẩn trên hầu hết các phương tiện giao thông. Có sẵn một loạt các giải pháp rảnh tay, từ các thiết bị độc lập đơn giản có loa và micrô đến các giải pháp tiên tiến được tích hợp hoàn toàn trong hệ thống thông tin giải trí trên xe. Cho đến thời gian gần đây, hầu hết các hệ thống rảnh tay đều được triển khai theo kiểu rất giống nhau. Chúng chỉ bao gồm một (hiếm khi hai) micrô và công nghệ micrô đi kèm là loại micrô tụ điện (ECM) chừng 50 năm tuổi. Chất lượng âm thoại của âm thanh được truyền đi thường không đạt yêu cầu, đặc biệt là trong các thiết bị độc lập đơn giản, nơi khoảng cách giữa micrô và miệng của người nói chuyện có thể khá lớn. Chất lượng giao tiếp có thể được cải thiện nếu micrô được gắn càng gần phía miệng càng tốt (ví dụ: trong tiêu đề của xe). Tuy nhiên, trong trường hợp này, cả hai ghế trước đều yêu cầu micrô riêng nếu người lái và hành khách được hỗ trợ như nhau.

Điển hình ô tô ECM là một thiết bị kết hợp viên nang ECM với một mạch khuếch đại nhỏ trong một vỏ duy nhất. Bộ khuếch đại cung cấp tín hiệu tương tự với mức điện áp cho phép vận chuyển qua dây dẫn có chiều dài vài mét, theo yêu cầu trong các cài đặt ô tô điển hình. Nếu không có bộ khuếch đại, tín hiệu ECM ban đầu sẽ quá thấp đối với chiều dài dây như vậy, vì tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu (SNR) sẽ suy giảm quá xa do nhiễu điện từ trên dây. Ngay cả tín hiệu được khuếch đại cũng yêu cầu đi dây được che chắn, thường là cáp 2 dây với phân cực (8V) cung cấp cho thiết bị micrô. Với những yêu cầu về hệ thống dây điện như vậy, rõ ràng là số lượng thiết bị ECM được sử dụng trên các phương tiện phổ thông bị hạn chế do hạn chế về trọng lượng và chi phí đầu tư cho hệ thống.

Một trong số ít ưu điểm của ECM là hướng âm tích hợp của chúng, thường được cắt theo kiểu phân cực siêu hoặc siêu âm (mic MEMS cũng có thể được làm một chiều nhưng thường yêu cầu thiết kế âm thanh phức tạp hơn). Thông thường, nó có thể đạt được mức suy giảm lùi từ 10 dB trở lên, trong đó “lùi” có nghĩa là hướng về phía kính chắn gió, từ đó chỉ phát ra tiếng ồn (nghĩa là không có tín hiệu mong muốn, chẳng hạn như giọng nói của người nói chuyện). Có độ nhạy cao hơn theo hướng đến của tín hiệu mong muốn rất có lợi để tăng SNR. Tuy nhiên, viên nang ECM định hướng gây ra các tác dụng phụ không mong muốn như đặc tính thông cao khi độ nhạy giảm ở tần số thấp hơn. Phản hồi của tần số cắt 3 dB băng thông cao như vậy thường nằm trong khoảng từ 300 Hz đến 350 Hz. Trong những ngày đầu của công nghệ HF, hành vi vượt qua cao này là một lợi thế bởi vì tiếng ồn động cơ chủ yếu xuất hiện ở tần số thấp hơn, do đó, âm thanh động cơ đã được giảm bớt qua micrô. Tuy nhiên, vì băng thông rộng, hoặc HD, điện thoại có sẵn, hành vi vượt qua cao này bắt đầu trở thành một vấn đề. Trong cuộc gọi băng rộng, băng thông hiệu dụng được tăng từ 300 Hz lên 3400 Hz, từ 100 Hz đến 7000 Hz. Bộ lọc thông cao tích hợp của micrô giúp khuếch đại tín hiệu từ 100 Hz đến 300 Hz trong bộ phận xử lý sau, điều này sẽ không bắt buộc nếu ngay từ đầu micrô đã cung cấp băng thông âm thanh tốt hơn. Một nhược điểm khác của công nghệ ECM là sự thay đổi từng phần đáng kể về độ nhạy và đáp ứng tần số. Dung sai sản xuất tương đối lớn của ECM có thể không gây ra vấn đề gì đối với các ứng dụng micrô đơn lẻ. Tuy nhiên, nếu nhiều hơn một tín hiệu micrô được triển khai trong ứng dụng mảng micrô có khoảng cách nhỏ, thì việc kết hợp chặt chẽ giữa các micrô là điều cần thiết để có thể tối ưu hiệu suất. Trong trường hợp như vậy, ECM khó có thể được sử dụng. Hơn nữa, từ góc độ kích thước vật lý, các viên nang ECM truyền thống thường không phù hợp với các mảng micrô dạng nhỏ. 

Mảng micrô đã có khả năng ứng dụng rộng rãi kể cả trong xe cộ vì chúng có thể cung cấp hiệu suất định hướng tương tự, thường vượt trội hơn so với các ECM truyền thống. Thông tin không gian liên quan đến hướng tác động của âm thanh có thể được trích xuất từ ​​tín hiệu micrô bằng cách sử dụng hai hoặc nhiều micrô phù hợp được nhóm trong một mảng. Loại thuật toán này thường được gọi là định dạng chùm (BF). Tên gọi định dạng chùm tia được mượn từ một sự tương tự với công nghệ ăng ten mảng theo giai đoạn, trong đó một “chùm” vô tuyến được hình thành từ sự phát xạ của một mảng ăng-ten được hội tụ theo một hướng nhất định bằng cách sử dụng thuật toán tổng và bộ lọc tuyến tính đơn giản. Mặc dù không có chùm tia như vậy trong mảng micrô, nhưng thuật ngữ định dạng chùm tia cũng đã trở nên rất phổ biến trong lĩnh vực xử lý tín hiệu micrô, nơi nó bao hàm một phạm vi rộng hơn nhiều của cả thuật toán tuyến tính và không kết nối cho phép hiệu suất cao hơn và tính linh hoạt hơn của quá trình tạo chùm tuyến tính đơn giản. 

Ngoài quá trình xử lý BF, tín hiệu micrô thô hầu như luôn luôn yêu cầu xử lý sau vì mọi micrô HF đều thu được cả tín hiệu giọng nói mong muốn và những nhiễu động trong môi trường chẳng hạn như cabin xe hơi. Tiếng ồn của gió, đường đi và động cơ làm giảm SNR và các tín hiệu do loa phát khác – thường được gọi là tiếng vọng loa – là nguồn bổ sung của các tín hiệu không mong muốn. Để giảm những nhiễu như vậy và cải thiện chất lượng thoại, cần phải có các kỹ thuật xử lý tín hiệu kỹ thuật số phức tạp, thường được gọi là phương pháp khử tiếng vọng âm thanh và giảm nhiễu (AEC/NR). AEC loại bỏ âm thanh loa ngoài khỏi micrô, nếu không, âm thanh này sẽ được truyền đi dưới dạng tiếng vọng của giọng người đang nói ở đầu dây bên kia. NR làm giảm tiếng ồn lái xe liên tục trong khi tăng SNR của tín hiệu truyền. Mặc dù các thông số kỹ thuật phức tạp (ví dụ: ITU-T P.1100 và P.1110) xác định nhiều chi tiết hiệu suất của hệ thống HF đã được Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU) công bố, ấn tượng về chất lượng giao tiếp trong cuộc gọi từ một phương tiện vận hành có thể không đạt yêu cầu nếu quá trình xử lý AEC/NR có chất lượng không đạt tiêu chuẩn. Cùng với thuật toán BF đã đề cập trước đó, gói AEC/NR/BF cho phép một loạt các ứng dụng mới, tất cả đều liên quan đến một số cấp độ xử lý tín hiệu âm thanh kỹ thuật số. Để hỗ trợ các ứng dụng này, cần phải có một công nghệ micrô thế hệ mới khắc phục các nhược điểm của ECM truyền thống.

Ưu điểm về hiệu suất trong kỹ thuật số của Microphone MEMS

Công nghệ hệ thống vi cơ điện tử (MEMS) đang nhanh chóng trở thành tiêu chuẩn công nghiệp mới cho micrô, vì nó mang lại nhiều lợi thế hơn so với ECM truyền thống. Đầu tiên và quan trọng nhất, MEMS cho phép cảm biến âm thanh hệ số hình thức nhỏ hơn nhiều so với các viên nang ECM hiện có. Ngoài ra, việc tích hợp cảm biến MEMS với bộ chuyển đổi tương tự kỹ thuật số (ADC) trong một vi mạch duy nhất dẫn đến micrô kỹ thuật số cung cấp tín hiệu sẵn sàng cho quá trình xử lý AEC/NR/BF.

Micrô MEMS cổng tương tự không có ADC tích hợp cũng có sẵn, nhưng chúng có chung nhiều nhược điểm như ECM tương tự và thậm chí yêu cầu mạch khuếch đại phức tạp hơn ECM nếu hoạt động trên giao diện tương tự 2 dây truyền thống. Chỉ với công nghệ giao diện kỹ thuật số hoàn toàn, các vấn đề về nhiễu và SNR vốn có đối với dây analog có thể được giảm bớt đáng kể. Ngoài ra, từ góc độ sản xuất, MEMS được ưa thích hơn vì mic MEMS có thể được sản xuất với phương sai thông số kỹ thuật chặt chẽ hơn nhiều so với viên nang ECM, điều này rất quan trọng đối với các thuật toán BF. Cuối cùng, với micro MEMS IC, quy trình sản xuất được đơn giản hóa rất nhiều vì có thể sử dụng các kỹ thuật lắp đặt tự động, giúp giảm chi phí sản xuất tổng thể. Từ góc độ ứng dụng, yếu tố hình thức nhỏ hơn là lợi thế lớn nhất và do lỗ thông âm thanh rất nhỏ, các mảng mic MEMS có thể được làm cho hầu như không nhìn thấy. Cửa nóc và kênh âm thanh đến cảm biến đòi hỏi sự cẩn thận về mặt thiết kế và chất lượng sản xuất. Nếu bịt kín âm thanh không chặt, tiếng ồn từ cấu trúc bên trong có thể lọt vào cảm biến và rò rỉ giữa hai cảm biến có thể làm giảm hiệu suất của thuật toán BF. Khác với các viên nang ECM điển hình này có thể được thiết kế và sản xuất theo hướng đa hướng hoặc đa hướng, các phần tử micrô MEMS hầu như luôn được sản xuất để đa hướng (nghĩa là chúng không có định hướng nội tại của việc tiếp nhận âm thanh). Như vậy, micrô MEMS là cảm biến áp suất âm thanh đa hướng đúng pha mang lại tín hiệu lý tưởng cho các thuật toán BF nâng cao, trong đó người dùng có thể định cấu hình hướng suy giảm và độ rộng chùm tia thông qua phần mềm này.

Theo quy định, điều rất quan trọng là tất cả các mô-đun xử lý tín hiệu được nhóm lại trong một bộ thuật toán tích hợp. Độ trễ xử lý sẽ tăng lên một cách không cần thiết và hiệu suất tổng thể của hệ thống sẽ bị suy giảm nếu các khối chức năng được triển khai tách biệt với nhau. Ví dụ, một thuật toán BF phải luôn được triển khai cùng với AEC và tối ưu là từ cùng một nhà cung cấp. Nếu thuật toán BF đưa ra bất kỳ hiệu ứng phi tuyến nào trên tín hiệu, AEC chắc chắn sẽ tạo ra kết quả không đạt yêu cầu. Tốt nhất có thể đạt được kết quả cho lý tưởng của quá trình xử lý tín hiệu kỹ thuật số nhờ gói thuật toán tích hợp nhận tín hiệu micrô không bị gián đoạn.

Các thuật toán BF tuyến tính tiêu chuẩn và các thuật toán độc quyền ADI được so sánh chi tiết dưới đây để hiểu đầy đủ về tiềm năng hoạt động của các thuật toán BF nâng cao. Các đồ thị trong Hình 1 cho thấy ba thuật toán BF khác nhau liên quan đến đặc tính cực và đáp ứng tần số theo cả hướng trong chùm và ngoài chùm. Một thuật toán supercardioid tuyến tính tiêu chuẩn dựa trên mảng 2 micrô đóng vai trò là điểm chuẩn (các đường cong màu đen). Đường cong chuẩn cho thấy mức suy giảm tối đa theo các hướng góc 0 điển hình (nghĩa là, suy giảm tia cực đại) và “thùy sau” ở 180°, trong đó độ suy giảm ngoài tia thấp hơn. Thùy sau kết quả là sự cân bằng với chiều rộng chùm tia trong một thuật toán tuyến tính. Một chùm cardioid (không được hiển thị) có độ suy giảm tối đa chính xác ở 180°, tuy nhiên, vùng tiếp nhận của nó rộng hơn so với cấu hình hyper- hoặc supercardioid. Có thể đạt được các chùm tia có thùy sau ít đáng kể hơn và độ suy giảm chùm tia cao hơn bằng cách tiếp cận thuật toán phi tuyến, với đường cong màu đỏ hiển thị thuật toán 2 micrô ADI độc quyền của lớp này (khoảng cách micrô: 20 mm).

Hình 1. Đặc tính suy giảm cực của các thuật toán BF khác nhau

Với hai micrô đa hướng trong một mảng, luôn có sự đối xứng quay của hình dạng chùm. Nói cách khác, sự suy giảm ở X° trong đồ thị cực cũng giống như ở 360° – X°. Điều này giả định rằng đường 0° đến 180° của biểu đồ cực tương đương với đường tưởng tượng kết nối hai micrô. Hình dạng chùm tia 3 chiều có thể được tưởng tượng bằng cách xoay biểu đồ cực 2D xung quanh trục micrô này. Hình dạng chùm không đối xứng hay không có đối xứng quay hoặc chùm hẹp hơn yêu cầu ít nhất ba micrô được sắp xếp theo hình tam giác. Ví dụ, trong cài đặt bảng điều khiển trên cao điển hình, mảng 2 micrô có thể làm giảm âm thanh từ kính chắn gió. Tuy nhiên, theo định hướng như vậy, mảng 2 mic không thể phân biệt người lái và hành khách. Xoay mảng 90° sẽ giúp người lái / hành khách phân biệt được như vậy, nhưng tiếng ồn từ kính chắn gió sẽ không thể phân biệt được với âm thanh bên trong cabin. Cả khả năng giảm tiếng ồn của kính chắn gió và phân biệt người lái / hành khách chỉ có thể sử dụng ba hoặc nhiều micrô đa hướng được định cấu hình trong một mảng. Đặc tính cực mẫu của thuật toán 3 micrô độc quyền tương ứng của ADI được đưa ra bởi đường cong màu xanh lá cây xem trong Hình 1, nơi các micrô được sắp xếp theo hình tam giác đều với khoảng cách là 20 mm.

Biểu đồ vùng cực được tính toán với tiếng ồn trắng có giới hạn băng tần đến mảng micrô từ các góc khác nhau. Băng thông âm thanh được giới hạn từ 100 Hz đến 7000 Hz, là băng thông rộng (hoặc HD-voice) của các mạng điện thoại di động hiện đại. Hình 2 so sánh các đường cong đáp ứng tần số của các loại thuật toán khác nhau. Theo hướng trong chùm, đáp ứng tần số của tất cả các thuật toán, như mong đợi, bằng phẳng trong băng thông âm thanh mong muốn. Các đáp ứng tần số ngoài chùm tia được tính toán cho nửa không gian ngoài chùm tia (90° đến270 °), xác nhận độ suy hao ngoài chùm tia cao trên một dải tần số rộng.

Hình 2. Đáp ứng tần số trong chùm (đường đứt nét) và ngoài chùm (đường đậm) của các thuật toán BF khác nhau

Khoảng cách mối quan hệ giữa dãy micrô và băng thông âm thanh so với tốc độ lấy mẫu đáng để thảo luận thêm. Giọng nói HD băng rộng sử dụng tốc độ lấy mẫu là 16 kHz, đây là một lựa chọn tốt để truyền giọng nói. Có một sự khác biệt rất lớn về chất lượng giọng nói và độ rõ của giọng nói giữa tốc độ lấy mẫu băng rộng 8 kHz và 16 kHz hiện tại, được sử dụng trong các thế hệ trước của hệ thống băng tần hẹp. Được thúc đẩy bởi các nhà cung cấp nhận dạng giọng nói, ngày càng có nhiều nhu cầu về tốc độ mẫu cao hơn, chẳng hạn như 24 kHz hoặc 32 kHz. Và các thông số kỹ thuật có thể được tìm thấy khi tốc độ lấy mẫu của ứng dụng băng tần phải cao tới 48 kHz, thường là tốc độ lấy mẫu âm thanh của hệ thống chính. Động cơ cơ bản là tránh bất kỳ chuyển đổi tỷ lệ mẫu nội bộ nào. Tuy nhiên, các tài nguyên tính toán bổ sung cần thiết để hỗ trợ các tốc độ lấy mẫu cao này không thể được biện minh bằng một lợi ích rõ ràng về âm thanh, vì vậy 16 kHz hoặc 24 kHz hiện được chấp nhận rộng rãi như là tốc độ mẫu được khuyến nghị cho hầu hết các ứng dụng băng tần trong ô tô.

 Tốc độ lấy mẫu cao là vấn đề đối với các ứng dụng BF vì răng cưa không gian xảy ra ở tần số bằng tốc độ âm thanh chia cho hai lần khoảng cách micrô. Không muốn có răng cưa không gian vì không thể sử dụng BF ở các tần số răng cưa như vậy. Có thể tránh được hiện tượng răng cưa không gian trong hệ thống băng rộng (tốc độ lấy mẫu 16 kHz) nếu khoảng cách micrô bị giới hạn ở mức 21 mm hoặc nhỏ hơn. Tỷ lệ mẫu cao hơn yêu cầu khoảng cách nhỏ hơn để tránh răng cưa không gian. Tuy nhiên, khoảng cách micrô quá nhỏ cũng không được mong muốn vì dung sai micrô và đặc biệt là tiếng ồn nội tại (không âm thanh) của cảm biến micrô có thể trở thành một vấn đề. Sự khác biệt về tín hiệu giữa các micrô của một mảng sẽ bị ảnh hưởng nếu khoảng cách nhỏ và các nhiễu như tiếng ồn nội tại và độ lệch độ nhạy giữa các micrô có thể lấn át sự khác biệt tín hiệu giữa các micrô. Trong thực tế, khoảng cách giữa micrô không được nhỏ hơn 10mm.

Tổng quan về công nghệ A2B

A2B công nghệ đã được phát triển đặc biệt để đơn giản hóa thách thức kết nối trong các ứng dụng chuyên sâu về cảm biến và micrô ô tô mới nổi. Từ quan điểm triển khai, A2B là một cấu trúc liên kết dòng chính, và nhiều phụ (tối đa 10). Thế hệ thứ ba của bộ thu phát A2B hiện đang được sản xuất đầy đủ bao gồm năm thành viên trong nhóm — tất cả đều được cung cấp trong phạm vi nhiệt độ ô tô, công nghiệp và tiêu dùng. AD2428W đầy đủ tính năng, cùng với bốn dẫn xuất giảm tính năng, chi phí thấp hơn — AD2429W, AD2427W, AD2426W và AD2420W — bao gồm dòng máy thu phát A2B nâng cao, tương thích với pin mới nhất của ADI cung cấp.

AD2427W và AD2426W cung cấp chức năng giảm (chỉ phụ) và chủ yếu được nhắm mục tiêu cho các ứng dụng kết nối micrô như rảnh tay, ANC / RNC hoặc ICC. AD2429W và AD2420W là các dẫn xuất A2B cấp đầu vào cung cấp lợi thế chi phí đáng kể so với các đối tác có tính năng đầy đủ của chúng và đặc biệt phù hợp cho các ứng dụng nhạy cảm về chi phí như eCall ô tô và mảng micrô đa phần tử. Xem Bảng 1 cho thấy so sánh tính năng giữa các bộ thu phát A2B thế hệ thứ ba.

Bảng 1. A2B so sánh bộ tính năng thu phát

Dòng AD242x hỗ trợ nối chuỗi một chính duy nhất cộng với tối đa 10 subnode trên tổng khoảng cách bus là 40 m với tối đa 15 m được hỗ trợ giữa các nút riêng lẻ. Cấu trúc liên kết chuỗi, đường của A2B là một lợi thế quan trọng so với các cấu trúc liên kết vòng hiện có vì nó liên quan đến tính toàn vẹn và tính mạnh mẽ của hệ thống tổng thể. Nếu một kết nối của chuỗi daisy A2B bị xâm phạm, toàn bộ mạng sẽ không bị sập. Chỉ những nút hạ lưu từ kết nối bị lỗi mới bị ảnh hưởng bởi sự cố. Và chẩn đoán nhúng của A2B có thể cô lập nguồn gây ra lỗi, báo hiệu ngắt để thực hiện hành động khắc phục.

Cấu trúc liên kết dòng main / subnode vốn đã hiệu quả khi so sánh với các kiến ​​trúc bus kỹ thuật số hiện có của A2B’s. Sau một quá trình phát hiện bus đơn giản, không cần can thiệp bổ sung của bộ xử lý để quản lý hoạt động bình thường của bus. Là một lợi ích bổ sung của kiến ​​trúc độc đáo của A2B, độ trễ của hệ thống là hoàn toàn xác định (độ trễ chu kỳ 2 bus, nhỏ hơn 50 µs) bất kể vị trí của nút âm thanh trên bus A2B. Tính năng này cực kỳ quan trọng đối với các ứng dụng âm thanh và giọng nói như ANC / RNC và ICC, nơi các mẫu âm thanh từ nhiều cảm biến từ xa phải được xử lý theo cách căn chỉnh thời gian.Tất cả các bộ thu phát A2B cung cấp âm thanh, điều khiển, đồng hồ và cấp nguồn qua một cáp UTP đơn, 2 dây. Điều này làm giảm chi phí hệ thống tổng thể vì nhiều lý do.

Số lượng dây vật lý được giảm xuống so với các triển khai truyền thống.

  • Bản thân các dây thực tế có thể có giá thành thấp hơn, trọng lượng thấp hơn UTP so với các loại cáp có vỏ bọc đắt tiền hơn.
  • Dây jumper là quan trọng nhất, đối với các trường hợp sử dụng cụ thể, công nghệ A2B có khả năng cấp nguồn cho bus cung cấp dòng điện lên đến 300 mA đến các nút âm thanh trên chuỗi daisy A2B. Khả năng cấp nguồn bus này loại bỏ nhu cầu cung cấp nguồn cục bộ tại ECU âm thanh — do đó sẽ giảm tổng chi phí cho hệ thống hơn nữa.

Tổng băng thông bus 50 Mbps được phân phối bởi công nghệ A2B hỗ trợ lên đến 32 kênh âm thanh hướng lên và lên đến 32 kênh âm thanh xuống sử dụng tốc độ mẫu âm thanh tiêu chuẩn (44,1 kHz, 48 kHz, v.v.) và độ rộng kênh (16-24-bit). Điều này mang lại sự linh hoạt đáng kể và khả năng kết nối với nhiều loại thiết bị I/O âm thanh. Duy trì chuỗi tín hiệu âm thanh hoàn toàn bằng kỹ thuật số giữa các ECU âm thanh, để đảm bảo rằng âm thanh chất lượng cao nhất được bảo toàn mà không gây ra khả năng suy giảm âm thanh thông qua chuyển đổi ADC/DAC.

Chẩn đoán cấp hệ thống là một thành phần thiết yếu của công nghệ A2B. Tất cả các nút A2B có khả năng xác định nhiều tình trạng sự cố bao gồm mở, nối dây ngắn với nhau, dây đảo ngược hoặc dây nối đất hoặc nối đất. Khả năng này rất quan trọng từ quan điểm toàn vẹn hệ thống bởi vì, trong trường hợp hở, chập dây hoặc lỗi dây bị đảo ngược, các nút vẫn A2B hoạt động đầy đủ ở phía trên của lỗi. Khả năng chẩn đoán cũng cung cấp khả năng cô lập hiệu quả các lỗi cấp hệ thống, điều này cực kỳ quan trọng, do đó tuỳ theo quan điểm của đại lý/ nhà lắp đặt.

Thế hệ thứ tư của bộ thu phát A2B được công bố gần đây, AD243x được xây dựng dựa trên nền tảng công nghệ hiện có bằng cách tăng các thông số chức năng chính (số lượng nút tăng lên 17, công suất bus tăng lên 50 W) đồng thời bổ sung thêm một kênh điều khiển dựa trên SPI (10 Mbps) cung cấp khả năng hiệu quả của phần mềm qua mạng (SOTA) để lập trình từ xa các nút kết nối A2B thông minh. Các tính năng mới được cung cấp bởi dòng AD243x làm cho nó phù hợp với các nút micrô được trang bị đèn LED trong các kiến ​​trúc micrô siêu cao cấp.

Các cảm biến ứng dụng A2B của Microphones trong ngành công nghiệp ô tô

Từ một micrô thoại đơn lẻ đến một dãy micrô BF đa phần tử cho giao tiếp HF, từ ANC đến RNC, từ ICC đến phát hiện âm thanh còi báo động, cảm biến micrô ngày càng được tìm thấy nhiều ứng dụng hơn trong ngành công nghiệp ô tô. Phù hợp với xu hướng công nghệ và thị trường, hầu hết mọi phương tiện mới xuất hiện trên đường hiện nay đều được trang bị ít nhất một mô-đun micrô cho giao tiếp HF. Những chiếc ô tô cao cấp và sang trọng có thể đi kèm với sáu mô-đun micrô trở lên cần thiết để nhận ra toàn bộ tiềm năng của BF, AEC, ANC, RNC, ICC, v.v., trong đó cảm biến micrô MEMS kỹ thuật số có lợi thế rõ ràng.

 Số lượng micrô ngày càng tăng đặt ra một thách thức đáng kể đối với các kỹ sư thông tin giải trí trên xe — làm thế nào để đơn giản hóa các dây kết nối và giảm thiểu trọng lượng của chúng. Đây không phải là một nhiệm vụ tầm thường đối với các hệ thống analog truyền thống. Tối thiểu, một micrô tương tự yêu cầu một cặp hai dây được bảo vệ (nối đất và tín hiệu / nguồn), chân và hốc đầu nối để kết nối với nhau. Số lượng dây luôn gấp đôi số lượng mô-đun micrô trong hệ thống. Trong khi đó, tổng trọng lượng của dây nịt có thể tăng nhanh hơn nữa tùy thuộc vào chiều dài dây cần thiết để kết nối từng mô-đun micrô. Một cách đơn giản để giảm thiểu vấn đề này là giảm số lượng micrô được sử dụng trong hệ thống bằng cách chia sẻ tín hiệu micrô giữa nhiều ứng dụng. Ví dụ: cùng một tín hiệu micrô có thể được sử dụng trong giao tiếp HF và làm tín hiệu lỗi trong hệ thống ANC. Tuy nhiên, các ứng dụng khác nhau có thể yêu cầu các đặc điểm micrô khác nhau. Trong ví dụ đã đề cập trước đây, tín hiệu micrô HF thường có hình dạng đáp ứng tần số tăng (nghĩa là độ nhạy giảm khi tần số giảm) để loại bỏ nội dung tiếng ồn tần số thấp bên trong cabin. Đây là một kỹ thuật hữu ích và rất hiệu quả để cải thiện độ rõ của giọng nói do micrô thoại cung cấp. Ngược lại, một micrô ANC yêu cầu mức độ nhạy đủ ở tần số thấp vì mục đích chính của thuật toán ANC là giảm nhiễu tần số thấp. Do đó, để chia sẻ cùng một micrô trong hai ứng dụng trong hệ thống tương tự, tín hiệu đến từ micrô cần được đưa vào các mạch khác nhau để lọc tần số thích hợp. Trong trường hợp này, một hoặc nhiều vòng nối đất có thể hình thành, do đó, nó có thể gây ra các vấn đề về tiếng ồn đáng kể.

Là một xe buýt kỹ thuật số với khả năng tạo chuỗi, công nghệ A2B cùng với micrô MEMS kỹ thuật số cung cấp giải pháp phù hợp để kết nối và / hoặc chia sẻ nhiều tín hiệu micrô theo yêu cầu của âm thanh, giọng nói, khử tiếng ồn và các ứng dụng âm thanh khác đang mở rộng nhanh chóng trong các phương tiện giao thông. Hãy xem xét một trường hợp tưởng tượng ví dụ trong đó ứng dụng ô tô yêu cầu mô-đun micrô HF, mô-đun micrô ANC và mô-đun micrô mảng đơn giản bao gồm hai phần tử micrô cho BF và cả ba mô-đun được tích hợp xung quanh khu vực bảng điều khiển trên cao. Hình 3a và 3b cho thấy thiết kế như vậy có thể được thực hiện như thế nào với hệ thống tương tự truyền thống và hệ thống tương ứng A2B kỹ thuật số.

Hình 3. (a) Thiết kế hệ thống tương tự với các phần tử mic tương tự (dây được bảo vệ).
(b) Thiết kế hệ thống kỹ thuật số với các phần tử mic kỹ thuật số (công nghệ A2B và dây UTP).

Vì hệ thống tương tự không thể dễ dàng chia sẻ micrô nên mỗi khối ứng dụng (HF, ANC và BF) yêu cầu (các) micrô chuyên dụng và các dây khai thác riêng biệt để kết nối với (các) mạch chức năng tương ứng. Điều này dẫn đến bốn phần tử micrô riêng biệt và ba bộ dây nịt (tổng cộng bảy dây cộng với tấm chắn). Ngược lại, do hệ thống A2B kỹ thuật số dễ dàng hỗ trợ tín hiệu chia sẻ, nên số lượng phần tử micrô có thể giảm từ bốn xuống hai. Trong ví dụ cụ thể này, một mô-đun điện thoại vi mô đơn bao gồm hai phần tử micrô đa hướng băng thông rộng có thể được sử dụng để cung cấp hai kênh tín hiệu âm thanh đáp ứng nhu cầu của tất cả các khối ứng dụng. Khi hai kênh tín hiệu này đến bộ xử lý trung tâm (ví dụ: bộ phận đầu hoặc bộ khuếch đại) thông qua một dây UTP đơn giản, chúng có thể được chia sẻ và xử lý kỹ thuật số hỗ trợ cho các ứng dụng HF, ANC và BF.

Ví dụ minh họa trong Hình 3 có thể không đại diện cho một tình huống thực tế, nhưng nó thể hiện rõ ràng những lợi ích của công nghệ A2B so với công nghệ tương tự truyền thống. Hệ thống bus âm thanh kỹ thuật số như công nghệ A2B giải quyết thách thức của các nhà sản xuất ô tô trong việc đưa ra các khái niệm liên quan đến âm thanh và âm thanh mới nhằm nâng cao trải nghiệm của người dùng cũng như cho phép đưa các khái niệm này ra thị trường để triển khai nhanh hơn. 

Như vậy, nhiều ứng dụng mới đối với thị trường ô tô hoặc trước đây khó triển khai đã có thể thực hiện được nhờ thương mại hóa công nghệ A2B. Với tư cách là nhà cung cấp giải pháp âm thanh ô tô hàng đầu, Harman International đã phát triển một dòng micrô kỹ thuật số và mô-đun cảm biến tận dụng lợi thế của hệ thống A2B để cho phép các ứng dụng ô tô khác nhau. Hình 4 cho thấy một số micrô và cảm biến A2B trên ô tô phổ biến và cách sử dụng chúng trên xe. Các cảm biến này bao gồm micrô A2B đơn và mảng micrô đa phần tử cho ANC và giao tiếp bằng giọng nói, cảm biến gia tốc A2B cho RNC, micrô A2B gắn bên ngoài và mảng micrô A2B trên mái để phát hiện còi báo động khẩn cấp và giám sát môi trường âm thanh. Được kích hoạt bởi các micrô A2B và máy đo gia tốc này, ngày càng có nhiều giải pháp ứng dụng yêu cầu nhiều đầu vào cảm biến hiện đang được phát triển để nâng cao hơn nữa trải nghiệm người dùng trong ngành công nghiệp ô tô.

Tóm lại

Các kiến ​​trúc phương tiện trong tương lai sẽ ngày càng phụ thuộc nhiều hơn vào công nghệ cảm biến âm thanh hiệu suất cao như micrô và máy đo gia tốc. Phương pháp tiếp cận kỹ thuật số hoàn toàn bao gồm cả cảm biến, kết nối liên kết và bộ xử lý mang lại hiệu suất đáng kể và lợi ích về chi phí hệ thống. Analog Devices và Harman International đang hợp tác để cung cấp các giải pháp hiệu quả về chi phí nhằm tạo ra giá trị và sự khác biệt cho khách hàng là người dùng của họ.

Hình 4. Các cảm biến A2B và micrô thông dụng

Giới thiệu về các tác giả

  • Ken Waurin hiện là giám đốc tiếp thị chiến lược tại Analog Devices, ông chịu trách nhiệm chung về công nghệ âm thanh của Xe buýt (A2B). Kể từ khi gia nhập ADI vào năm 1996, ông đã nắm giữ các vai trò quản lý sản phẩm, phát triển kinh doanh, tiếp thị và chiến lược kinh doanh trên nhiều lĩnh vực công nghệ bao gồm DSP, MEMS, bộ chuyển đổi, video và kết nối. Trọng tâm chính là về thông tin giải trí trên ô tô và các ứng dụng mới nổi thúc đẩy sự khác biệt của các phương tiện như âm thanh cao cấp, khử tiếng ồn trên đường và liên lạc vùng trong xe. Có thể liên lạc tại: waurin@analog.com.
  • Dietmar Ruwisch là chuyên gia công nghệ âm thanh cao cấp tại Analog Devices. Ông học vật lý ở Münster, Đức, và nhận bằng thạc sĩ của mình vào năm 1998 với luận án về mạng nơ-ron nhân tạo. Kể từ đó, lĩnh vực quan trọng của ông là xử lý tín hiệu âm thanh, nơi ông nắm giữ một số bằng sáng chế. Trọng tâm của ông là cải thiện chất lượng giao tiếp bằng âm thanh — cho dù giữa con người hay với máy móc — và xử lý tương ứng các tín hiệu micrô và mảng micrô. Có thể liên lạc tại: ruwisch@analog.com.
  • Yu Du là kỹ sư âm thanh cấp cao tại Harman International Industries. Anh ấy có cả bằng B.S. và M.S. kỹ sư xe ô tô tại Đại học Thanh Hoa (Bắc Kinh, Trung Quốc) và nhận bằng Tiến sĩ về kỹ thuật cơ khí từ Virginia Tech (Blacksburg, Virginia). Nhiều kinh nghiệm nghiên cứu và phát triển của ông kéo dài hơn 20 năm trong các lĩnh vực âm học khác nhau bao gồm âm học cấu trúc, kiểm soát tiếng ồn, rung động và thụ động, thiết kế và mô phỏng bộ chuyển đổi MEMS, khoa học thính giác và xử lý tín hiệu âm thanh. Công việc hiện tại của anh tại Harman là tập trung vào phát triển công nghệ cảm biến và micrô tiên tiến trong ngành ứng dụng ô tô. Tiến sĩ Du là thành viên của Hiệp hội Âm học Hoa Kỳ (ASA), Hiệp hội Kỹ thuật Âm thanh (AES) và Hiệp hội Kỹ sư Cơ khí Hoa Kỳ (ASME). Anh hiện đang phục vụ trong Ủy ban Kỹ thuật AES về Âm thanh Ô tô.

Liên hệ:

Hanoi Ho Chi Minh City
Electronic Components  
Arrow Office – 9h Floor – Diamond Flower Tower,  Hoang Dao Thuy Street, Thanh Xuan District, Hanoi, 100000, Vietnam
Arrow Electronics Asia (S) Pte.Ltd
Arrow Electronics Asia – 3rd Floor, GTL Building, 17A Dang Tran Con Street Ben Thanh Ward, District 1, HCMC, Vietnam, 700000
P +84 24 7303 3886
F +84 4 3943 7208
sales.vietnam@arrowasia.com
www.Analog.com

 

MAP

P +84 28 3823 4407
F +84 8 3528 5407
sales.vietnam@arrowasia.com
www.Arrow.com

 

MAP

Về người đăng

IA Vietnam

Bình luận

Đăng bình luận

Quảng cáo

Bài viết mới

Share This
IA VIETNAM - Đăng ký nhận tạp chí miễn phí

Điền thông tin của bạn và gửi về cho chúng tôi, IA Vietnam sẽ tư vấn và gửi cho bạn. Cảm ơn bạn đã hợp tác cùng chúng tôi

    X
    NHẬN TẠP CHÍ