市場(chǎng)和應用概況

 

在汽車(chē)座艙電子市場(chǎng)，隨著(zhù)汽車(chē)制造商努力實(shí)現車(chē)輛差異化以區別于競爭對手，一個(gè)越來(lái)越明顯的趨勢是音頻、語(yǔ)音和聲學(xué)相關(guān)應用正在迅速擴張。此外，隨著(zhù)普通消費者對技術(shù)越來(lái)越了解，其對駕駛體驗和個(gè)人與車(chē)輛交互水平的期望也在大幅提高。家庭影院質(zhì)量的音響系統已成為所有價(jià)位車(chē)輛的尋常配置，現在還出現了復雜的語(yǔ)音免提(HF)和車(chē)內通信(ICC)系統。另外，傳統上僅部署于頂級高端車(chē)輛中的主動(dòng)降噪和路噪降噪(ANC/RNC)系統，現在也進(jìn)入了一般人負擔得起的主流市場(chǎng)。展望未來(lái)，基于音頻或聲學(xué)的技術(shù)將成為L(cháng)4/L5級自動(dòng)駕駛車(chē)輛發(fā)動(dòng)機控制單元(ECU)的關(guān)鍵組成部分，因為ECU需要檢測是否存在應急車(chē)輛。

 

所有這些傳統和新興應用的共同點(diǎn)是依賴(lài)于高性能聲學(xué)檢測技術(shù)，例如麥克風(fēng)和加速度計。幾乎所有新興應用都需要多個(gè)聲學(xué)傳感器（如麥克風(fēng)或麥克風(fēng)陣列）來(lái)實(shí)現最佳系統級性能，因此需要一種簡(jiǎn)單但經(jīng)濟高效的互連技術(shù)來(lái)確保系統總成本最小化。長(cháng)久以來(lái)，缺乏麥克風(fēng)優(yōu)化的互連技術(shù)一直是汽車(chē)制造商的一大痛點(diǎn)，每個(gè)麥克風(fēng)都需要使用昂貴笨重的屏蔽模擬電纜直連到處理單元。這些增加的成本——主要是實(shí)際的布線(xiàn)，其次是重量增加和燃油效率降低方面——在許多情況下阻礙了這些應用的廣泛采用，或者至少是將其限制在高端市場(chǎng)。數字麥克風(fēng)和連接技術(shù)的最新進(jìn)展有望推動(dòng)變革性應用在新世代車(chē)輛信息娛樂(lè )系統中迅速得到采用。A2B技術(shù)將大有可為。

 

傳統模擬麥克風(fēng)的實(shí)現和局限

 

大多數國家和地區都禁止開(kāi)車(chē)時(shí)使用手持電話(huà)，支持Bluetooth^®的免提裝置已成為幾乎所有車(chē)輛的標配設備。市場(chǎng)上有各種各樣的免提解決方案——從簡(jiǎn)單的包含揚聲器和麥克風(fēng)的獨立單元，到完全集成在車(chē)輛信息娛樂(lè )系統中的高級解決方案。直到最近，大多數免提系統是以非常相似的方式實(shí)現的。此類(lèi)系統僅包含一個(gè)（少數有兩個(gè)）麥克風(fēng)，相關(guān)的麥克風(fēng)技術(shù)是50年前的駐極體電容麥克風(fēng)(ECM)類(lèi)型。所傳輸音頻的語(yǔ)音質(zhì)量常常不能令人滿(mǎn)意，尤其是簡(jiǎn)單的獨立單元，麥克風(fēng)與講話(huà)者嘴巴之間的距離可能相當大。如果將麥克風(fēng)安裝在盡可能靠近嘴巴的位置（例如車(chē)輛的車(chē)頂板中），通信質(zhì)量可以有所改善。然而，在這種情況下，如果要同樣地支持駕駛員和乘客，那么前排兩個(gè)座位都需要有麥克風(fēng)。

 

典型的汽車(chē)ECM麥克風(fēng)是一種將ECM單元與小型放大器電路整合在單個(gè)外殼中的裝置。放大器提供一個(gè)模擬信號，其電壓電平允許信號通過(guò)數米長(cháng)的電線(xiàn)進(jìn)行傳輸，這也是典型汽車(chē)應用的要求。若不放大，原始ECM信號對于如此長(cháng)的電線(xiàn)來(lái)說(shuō)太低，由于電線(xiàn)上的電磁干擾，信噪比(SNR)會(huì )降低過(guò)多。即使放大信號，也需要屏蔽線(xiàn)纜——通常是雙線(xiàn)電纜，通過(guò)一個(gè)偏置電壓(8V)為麥克風(fēng)裝置供電?？紤]到這種布線(xiàn)要求，由于重量和系統成本制約，顯然主流車(chē)輛中使用的ECM器件數量很有限。

 

ECM的少數優(yōu)點(diǎn)之一是其內置聲學(xué)指向性，通常將其調整為超心型極性圖（MEMS麥克風(fēng)也可以做成指向的，但通常需要更復雜的聲學(xué)設計）。通?？梢詫?shí)現10 dB或更多的后向衰減，"后向"是指朝向擋風(fēng)玻璃的方向，從其中只會(huì )產(chǎn)生噪聲（即沒(méi)有期望的信號，例如講話(huà)者的語(yǔ)音）。在期望信號的進(jìn)入方向上具有更高靈敏度非常有利于提高SNR。然而，定向ECM單元會(huì )引入不必要的副作用，例如高通特性——靈敏度在較低頻率時(shí)會(huì )降低。這種高通響應的3 dB截止頻率通常在300 Hz至350 Hz范圍內。在HF技術(shù)的早期，這種高通特性是一個(gè)優(yōu)勢，因為發(fā)動(dòng)機噪聲主要以較低頻率存在，發(fā)動(dòng)機聲音本身會(huì )經(jīng)過(guò)麥克風(fēng)衰減。然而，自從寬帶或HD通話(huà)出現以來(lái)，這種高通特性開(kāi)始成為一個(gè)問(wèn)題。在寬帶通話(huà)中，有效帶寬從300 Hz到3400 Hz增加為100 Hz至7000 Hz。麥克風(fēng)的自身高通濾波特性使得有必要在后處理單元中放大100 Hz至300 Hz的信號，而如果麥克風(fēng)本身能提供更好的音頻帶寬，則不需要放大此范圍內的信號。ECM技術(shù)的另一個(gè)缺點(diǎn)是不同器件的靈敏度和頻率響應差異很大。ECM的制造公差相對較大，這對于單個(gè)麥克風(fēng)應用可能不是問(wèn)題。但是，如果在間距較小的麥克風(fēng)陣列應用中部署多個(gè)麥克風(fēng)信號，則麥克風(fēng)之間的嚴格匹配對于實(shí)現最佳陣列性能至關(guān)重要。在這種情況下，ECM難以使用。此外，從物理尺寸角度看，傳統ECM單元一般不適合于小型麥克風(fēng)陣列。

 

麥克風(fēng)陣列具有廣泛的適用性，包括在車(chē)內，因為與傳統ECM相比，陣列能提供類(lèi)似（常常更優(yōu)越）的定向性能。關(guān)于聲音沖擊方向的空間信息，可以使用陣列中分組的兩個(gè)或更多個(gè)合適的麥克風(fēng)來(lái)從麥克風(fēng)信號中提取。這類(lèi)算法常被稱(chēng)為波束成型(BF)。"波束成型"一詞源自與相控陣天線(xiàn)技術(shù)的類(lèi)比，利用簡(jiǎn)單的純線(xiàn)性濾波器和求和算法可以將天線(xiàn)陣列發(fā)射的無(wú)線(xiàn)電"波束"聚焦在某個(gè)方向上。雖然麥克風(fēng)陣列中沒(méi)有這樣的波束，但波束成型這一術(shù)語(yǔ)在麥克風(fēng)信號處理領(lǐng)域也很常見(jiàn)，相比于簡(jiǎn)單的線(xiàn)性波束成型處理，它涵蓋了更廣泛的線(xiàn)性和非線(xiàn)性算法，支持實(shí)現更高的性能和更大的靈活性。

 

除了波束成型處理之外，原始麥克風(fēng)信號幾乎總是需要后處理，因為每個(gè)HF麥克風(fēng)都會(huì )同時(shí)捕獲期望的語(yǔ)音信號和環(huán)境（若座艙）中的干擾。風(fēng)噪、路噪和發(fā)動(dòng)機噪聲會(huì )降低SNR，通過(guò)揚聲器播放的信號——通常稱(chēng)為揚聲器回波——也是不需要的信號源。為了減少這種干擾并改善語(yǔ)音質(zhì)量，需要采用復雜的數字信號處理技術(shù)，常常稱(chēng)之為回聲消除和降噪(AEC/NR)。AEC從麥克風(fēng)中消除揚聲器聲音，否則它會(huì )作為在線(xiàn)路另一端講話(huà)的人聲的回聲傳輸。NR則在降低恒常存在的行駛噪聲的同時(shí)提高所傳輸信號的SNR。雖然國際電信聯(lián)盟(ITU)發(fā)布了詳細規范（例如ITU-T P.1100和P.1110）來(lái)定義HF系統的許多性能細節，但在行駛車(chē)輛中通話(huà)時(shí)，如果AEC/NR處理達不到標準，人們對通信質(zhì)量的主觀(guān)印象可能不會(huì )滿(mǎn)意。與前面提到的BF算法一起，AEC/NR/BF的組合賦能廣泛的新型應用，所有這些應用都與某種程度的數字音頻信號處理相關(guān)。為了支持這些應用，需要新一代消除了傳統ECM缺點(diǎn)的麥克風(fēng)技術(shù)。

 

數字MEMS麥克風(fēng)的技術(shù)和性能優(yōu)勢

 

微機電系統(MEMS)技術(shù)迅速成為麥克風(fēng)的新行業(yè)標準，因為相比傳統ECM，它提供了許多優(yōu)勢。首先，MEMS使得聲音傳感器比現有ECM單元要小得多。此外，將MEMS傳感器與模數轉換器(ADC)集成在單個(gè)IC中所得到的數字麥克風(fēng)，能夠提供可立即進(jìn)行AEC/NR/BF處理的信號。

 

模擬接口MEMS麥克風(fēng)也存在，但其具有與模擬ECM相同的許多缺點(diǎn)，而且若使用傳統雙線(xiàn)模擬接口工作，甚至需要比ECM更復雜的放大器電路。只有采用全數字接口技術(shù)，才能顯著(zhù)減輕模擬線(xiàn)路固有的干擾和SNR問(wèn)題。此外，從生產(chǎn)角度看，MEMS也占選，因為MEMS麥克風(fēng)的生產(chǎn)規格偏差比ECM單元要小得多，這對于BF算法很重要。最后，MEMS IC麥克風(fēng)的制造工藝大大簡(jiǎn)化，因為可以采用自動(dòng)化安裝技術(shù)，整體生產(chǎn)成本得以降低。從應用角度看，更小的尺寸是最大的優(yōu)勢，并且由于聲音入口非常小，MEMS麥克風(fēng)陣列實(shí)際上可以做成不可見(jiàn)的。傳感器的入口和聲音通道要求在設計和生產(chǎn)質(zhì)量方面特別小心。如果聲學(xué)密封不牢，來(lái)自?xún)炔拷Y構的噪聲可能到達傳感器，兩個(gè)傳感器之間的泄漏可能降低BF算法的性能。與可以設計和制造成全向或定向的典型ECM單元不同，MEMS麥克風(fēng)元件幾乎總是制造成全向式（即聲音接收沒(méi)有內在方向性）。因此，MEMS麥克風(fēng)是忠實(shí)于相位的全向聲壓傳感器，為高級BF算法提供理想的信號，衰減方向和波束寬度可以由用戶(hù)通過(guò)軟件進(jìn)行配置。

 

一般來(lái)說(shuō)，將所有信號處理模塊組織在一個(gè)集成算法套件中非常重要。如果功能模塊彼此孤立地實(shí)現，處理延遲將會(huì )不必要地增加，整體系統性能會(huì )下降。例如，BF算法始終應與AEC一同實(shí)現，最好由同一提供商實(shí)現。如果BF算法在信號中引入任何非線(xiàn)性效應，則AEC肯定會(huì )產(chǎn)生令人不滿(mǎn)意的結果。數字信號處理的理想結果最好通過(guò)一個(gè)集成算法包來(lái)實(shí)現，該算法包接收未降級的麥克風(fēng)信號。

 

下面詳細比較了標準線(xiàn)性BF和ADI專(zhuān)有算法，以便大家充分了解高級BF算法的性能潛力。圖1中的曲線(xiàn)顯示了三種不同BF算法在波束內和波束外方向的極性特征和頻率響應?；陔p麥克風(fēng)陣列的標準線(xiàn)性超心型算法用作基準（黑色曲線(xiàn)）?；鶞是€(xiàn)顯示了典型零角度方向的最大衰減（即最大波束外衰減），以及180°處的"后瓣"，此處波束外衰減較低。由此產(chǎn)生的后瓣是線(xiàn)性算法中與波束寬度權衡的結果。心形梁（未示出）恰好在180°處有最大衰減。然而，其接受面積比超心型配置更寬。后瓣較不明顯且波束外衰減更高的波束可以通過(guò)非線(xiàn)性算法實(shí)現，紅色曲線(xiàn)顯示了該類(lèi)的ADI專(zhuān)有雙麥克風(fēng)算法（麥克風(fēng)間距：20 mm）。

 

圖1.不同BF算法的極性衰減特征。 

 

陣列中有兩個(gè)全向麥克風(fēng)，因此波束形狀總是存在旋轉對稱(chēng)性。換句話(huà)說(shuō)，極性圖中X°的衰減與360°- x°的衰減相同。這假設極性圖的0°至180°線(xiàn)等同于連接兩個(gè)麥克風(fēng)的想象線(xiàn)。三維波束形狀可以通過(guò)繞該麥克風(fēng)軸旋轉二維極性曲線(xiàn)來(lái)想象。無(wú)旋轉對稱(chēng)性的不對稱(chēng)波束形狀或更窄波束需要至少三個(gè)麥克風(fēng)以三角形布置。例如，在典型的頭頂控制臺安裝中，雙麥克風(fēng)陣列可以衰減來(lái)自擋風(fēng)玻璃的聲音。然而，當如此定向時(shí)，雙麥克風(fēng)陣列無(wú)法區分駕駛員與乘客。將陣列旋轉90°可以區分駕駛員與乘客，但擋風(fēng)玻璃產(chǎn)生的噪聲與座艙內的聲音將會(huì )無(wú)法區分。只有使用三個(gè)或更多個(gè)配置成陣列的全向麥克風(fēng)，才能衰減擋風(fēng)玻璃噪聲并區分駕駛員和乘客。圖1中的綠色曲線(xiàn)顯示了相應的ADI專(zhuān)有三麥克風(fēng)算法的示例性極性特征，其中麥克風(fēng)以等邊三角形布置，間距為20 mm。

 

極性圖利用從不同角度到達麥克風(fēng)陣列的帶限白色噪聲計算。音頻帶寬限制為100 Hz至7000 Hz，這是先進(jìn)蜂窩電話(huà)網(wǎng)絡(luò )的寬帶（或高清語(yǔ)音）帶寬。圖2比較了不同算法類(lèi)型的頻率響應曲線(xiàn)。在波束內方向上，所有算法的頻率響應在期望音頻帶寬內都是平坦的，符合預期。波束外頻率響應針對波束外半空間（90°至270°）進(jìn)行計算，確認在寬頻范圍內波束外衰減很高。

 

圖2.不同BF算法的波束內（虛線(xiàn)）和波束外（粗線(xiàn)）頻率響應。

 

陣列麥克風(fēng)間距和音頻帶寬與采樣速率之間的關(guān)系值得進(jìn)一步討論。寬帶高清語(yǔ)音使用16 kHz的采樣速率，這是語(yǔ)音傳輸的良好選擇。當前16 kHz寬帶采樣速率與早前窄帶系統所使用的8 kHz采樣速率相比，在語(yǔ)音質(zhì)量和語(yǔ)音清晰度方面差異巨大。由于語(yǔ)音識別提供商的推動(dòng)，對更高采樣速率（如24 kHz或32 kHz）的需求不斷增長(cháng)。語(yǔ)音頻段應用可能要求高達48 kHz的采樣速率，這通常是主系統音頻采樣速率。底層動(dòng)機是避免在內部進(jìn)行采樣速率轉換。然而，支持這些高采樣速率所需的額外計算資源與其產(chǎn)生的實(shí)際效果并不相稱(chēng)，因此現在廣泛接受16 kHz或24 kHz作為大多數語(yǔ)音頻段應用的推薦采樣速率。

 

對于波束成型應用，高采樣速率是有問(wèn)題的，因為在頻率等于聲速除以麥克風(fēng)間距兩倍的地方會(huì )發(fā)生空間混疊。在這種混疊頻率無(wú)法進(jìn)行波束成型，因此不希望發(fā)生空間混疊。如果將麥克風(fēng)間距限制在21 mm或更小，則可以避免寬帶系統（16 kHz采樣速率）中發(fā)生空間混疊。如果采樣速率更高，則間距需要更小才能避免空間混疊。然而，麥克風(fēng)間距過(guò)小也不行，因為麥克風(fēng)容差，特別是麥克風(fēng)傳感器的內在（非聲學(xué)）噪聲會(huì )成為問(wèn)題。如果間距很小，一個(gè)陣列的麥克風(fēng)之間的干擾（如內在噪聲）和靈敏度偏差可能會(huì )壓倒麥克風(fēng)之間的信號差異，導致信號差異變得微不足道。在實(shí)踐中，麥克風(fēng)間距不應小于10 mm。

 

A²B 技術(shù)概述

 

A²B技術(shù)專(zhuān)門(mén)用來(lái)簡(jiǎn)化新興汽車(chē)麥克風(fēng)和傳感器密集型應用的連接挑戰。從實(shí)現角度看，A²B是單個(gè)主器件、多個(gè)子節點(diǎn)（最多10個(gè)）的串行拓撲結構。目前全面量產(chǎn)的第三代A²B收發(fā)器系列有五個(gè)成員，全部都提供汽車(chē)、工業(yè)和消費電子溫度范圍。全功能AD2428W與四款功能減少、成本更低的衍生器件—AD2429W、AD2427W、AD2426W和AD2420W——構成ADI公司最新的引腳兼容增強型A²B收發(fā)器系列。

 

AD2427W和AD2426W的功能有所減少（僅用于子節點(diǎn)），主要針對免提、ANC/RNC或ICC等麥克風(fēng)連接應用。AD2429W和AD2420W是入門(mén)級A²B衍生器件，相對于全功能器件具有顯著(zhù)的成本優(yōu)勢，特別適合于汽車(chē)eCall和多元件麥克風(fēng)陣列等成本敏感的應用。表1比較了各種第三代A²B收發(fā)器的特性。

 

表1.A²B收發(fā)器特性比較

 

AD242x 系列支持通過(guò)菊花鏈將單個(gè)主器件和最多10個(gè)子節點(diǎn)連接起來(lái)，總線(xiàn)總距離可達40米，各節點(diǎn)之間距離最長(cháng)可達15米。相比于現有環(huán)形/并行拓撲結構，A²B的菊花鏈拓撲結構是一個(gè)重要優(yōu)勢，對整體系統的完整性和魯棒性很有利。如果A²B菊花鏈的一個(gè)連接受到影響，整個(gè)網(wǎng)絡(luò )不會(huì )崩潰。只有故障連接下游的節點(diǎn)會(huì )受影響。A²B的嵌入式診斷可以確定故障的起因，發(fā)出中斷信號，并啟動(dòng)糾正措施。

 

與現有數字總線(xiàn)架構相比，A²B的主器件-從節點(diǎn)拓撲結構本身更為高效。啟動(dòng)簡(jiǎn)單的總線(xiàn)初始化流程之后，無(wú)需更多處理器干預，總線(xiàn)即可正常運行。A²B的獨特架構帶來(lái)的一個(gè)附加優(yōu)點(diǎn)是，系統延遲是完全確定的（小于50 µs），并且延遲與音頻節點(diǎn)在A(yíng)²B總線(xiàn)上的位置無(wú)關(guān)。此特性對ANC/RNC和ICC等語(yǔ)音和音頻應用極其重要，在這些應用中，必須以時(shí)序一致的方式處理多個(gè)遠程傳感器的音頻樣本。

 

所有A2B收發(fā)器都能在一條非屏蔽雙絞線(xiàn)上傳輸音頻、控制、時(shí)鐘和供電信號。這可降低系統總成本，原因如下。

 

●    與傳統實(shí)施方案相比，減少了物理線(xiàn)纜的數量。

●    實(shí)際采用的線(xiàn)纜可以是成本更低、重量更輕的非屏蔽雙絞線(xiàn)，而非更昂貴的屏蔽電纜。

●    最重要的是，對于特定的應用場(chǎng)景，A²B技術(shù)可提供總線(xiàn)供電能力，將不超過(guò)300 mA的電流傳輸至A²B菊花鏈上的音頻節點(diǎn)。有了這個(gè)總線(xiàn)供電能力，便無(wú)需在音頻ECU上使用本地電源，從而進(jìn)一步降低系統成本。

 

A²B技術(shù)提供的總計50 Mbps總線(xiàn)帶寬最多可支持使用標準音頻采樣速率（44.1 kHz、48 kHz等）和位寬（16、24位）的至多51個(gè)上行和下行音頻通道。這可為廣泛的音頻I/O設備提供相當大的靈活性和連接能力。在音頻ECU之間維持全數字音頻信號鏈可保證最高質(zhì)量的音頻品質(zhì)，不會(huì )因ADC/DAC轉換造成音頻性能下降。

 

開(kāi)路、電線(xiàn)短路、電線(xiàn)反接、電線(xiàn)短路至電源或地。從系統完整性角度看，該功能非常重要，因為在出現開(kāi)路、電線(xiàn)短路或電線(xiàn)反接等故障時(shí)，故障點(diǎn)上游的A²B節點(diǎn)仍然能夠正常工作。診斷功能還提供高效隔離系統級故障的能力，從汽車(chē)經(jīng)銷(xiāo)商/安裝人員的角度來(lái)看，這一點(diǎn)至關(guān)重要。

 

最近宣布的第四代A²B收發(fā)器AD243x是在現有技術(shù)基礎上的發(fā)展，提高了關(guān)鍵功能參數（節點(diǎn)數增加到17，總線(xiàn)供電功率增加到50 W），同時(shí)添加了額外的SPI控制通道(10 Mbps)，為智能A2B節點(diǎn)的遠程編程提供了高效的軟件空中更新(SOTA)能力。AD243x系列的新特性使其非常適合于新應用，如超高級麥克風(fēng)架構中裝有LED的麥克風(fēng)節點(diǎn)。

 

A²B麥克風(fēng)和傳感器在汽車(chē)行業(yè)中的應用

 

從單個(gè)語(yǔ)音麥克風(fēng)到用于HF通信的多元件BF麥克風(fēng)陣列，從ANC到RNC，從ICC到警報聲檢測，麥克風(fēng)在汽車(chē)行業(yè)中的應用越來(lái)越多。依照技術(shù)和市場(chǎng)趨勢，如今上路行駛的幾乎每輛新車(chē)都配備了至少一個(gè)用于HF通信的麥克風(fēng)模塊。高級和豪華車(chē)可能有六個(gè)或更多麥克風(fēng)模塊，這是實(shí)現BF、AEC、ANC、RNC、ICC等的全部潛能所必需的，數字MEMS麥克風(fēng)在這些應用中具有明顯的優(yōu)勢。

 

越來(lái)越多的麥克風(fēng)給車(chē)輛信息娛樂(lè )系統工程師提出了一個(gè)重大挑戰——如何簡(jiǎn)化連接線(xiàn)束并使其重量最輕。對于傳統模擬系統而言，這不是簡(jiǎn)單的任務(wù)。模擬麥克風(fēng)至少需要一對雙屏蔽線(xiàn)（接地和信號/電源）、引腳及連接器腔用于互連。電線(xiàn)量始終是系統中麥克風(fēng)模塊數量的兩倍。同時(shí)，連接每個(gè)麥克風(fēng)模塊所需的線(xiàn)材長(cháng)度會(huì )導致線(xiàn)束總重量增加得更快。緩解此問(wèn)題的一種簡(jiǎn)單方法是在多個(gè)應用之間共享麥克風(fēng)信號，從而減少系統中使用的麥克風(fēng)數量。例如，同一麥克風(fēng)信號既可用于HF通信，也可以用作ANC系統中的Error輸入。但是，不同應用可能需要不同的麥克風(fēng)特性。在前面提到的例子中，HF麥克風(fēng)信號常常更希望具有上升頻率響應形狀（即靈敏度隨著(zhù)頻率的降低而降低），以消除座艙內的低頻噪聲內容。這是一種有用且非常有效的技術(shù)，可以提高語(yǔ)音麥克風(fēng)傳遞的語(yǔ)音清晰度。相反，ANC麥克風(fēng)在低頻時(shí)需要足夠高的靈敏度水平，因為ANC算法的主要目的是降低低頻噪聲。因此，為了讓一個(gè)模擬系統中的兩個(gè)應用共享同一麥克風(fēng)，需要將來(lái)自麥克風(fēng)的信號饋送到不同電路中以進(jìn)行適當的頻率濾波。這種情況下可能形成一個(gè)或多個(gè)接地環(huán)路，從而可能造成嚴重的噪聲問(wèn)題。

 

作為一種具有菊花鏈連接能力的數字總線(xiàn)，A²B技術(shù)與數字MEMS麥克風(fēng)一起提供一種多麥克風(fēng)信號互連和/或共享解決方案，非常適合滿(mǎn)足車(chē)輛中迅速擴張的音頻、語(yǔ)音、噪聲消除和其他聲學(xué)應用的需求?？紤]一種虛構但有示范意義的情況：某個(gè)汽車(chē)應用需要一個(gè)HF麥克風(fēng)模塊、一個(gè)ANC麥克風(fēng)模塊和由兩個(gè)用于BF的麥克風(fēng)元件組成的簡(jiǎn)單陣列麥克風(fēng)模塊，所有三個(gè)模塊都集成在頂燈模組周?chē)?。圖3a和3b分別顯示了如何利用傳統模擬系統和數字A²B系統來(lái)實(shí)現這種設計。

 

圖3.(a) 采用模擬麥克風(fēng)元件的模擬系統設計（屏蔽線(xiàn)）。(b) 采用數字麥克風(fēng)元件的數字系統設計（A²B技術(shù)和UTP線(xiàn)）。

 

由于模擬系統不能輕松支持麥克風(fēng)共享，因此每個(gè)應用模塊（HF、ANC和BF）需要專(zhuān)用麥克風(fēng)和單獨的線(xiàn)束來(lái)連接相應的功能電路。這導致需要四個(gè)單獨的麥克風(fēng)元件和三組線(xiàn)束（總共七根線(xiàn)加屏蔽）。另一方面，數字A²B系統則能輕松支持共享信號，所以麥克風(fēng)元件的數量可以從四個(gè)減少到兩個(gè)。在這個(gè)具體例子中，由兩個(gè)寬帶全向麥克風(fēng)元件組成的單個(gè)麥克風(fēng)模組可用來(lái)提供兩個(gè)聲學(xué)信號通道，滿(mǎn)足所有應用模塊的需求。一旦這兩個(gè)通道的信號通過(guò)簡(jiǎn)單的UTP線(xiàn)到達中央處理單元（例如音響主機或獨立功放），就可以共享并進(jìn)行數字處理以支持HF、ANC和BF應用。

 

雖然圖3所示的例子可能不代表實(shí)際情況，但它清楚展示了A²B技術(shù)相對于傳統模擬技術(shù)的優(yōu)勢。A²B技術(shù)等數字音頻總線(xiàn)系統解決了汽車(chē)制造商的挑戰，使它們可以提出新的音頻和聲學(xué)相關(guān)概念來(lái)增強用戶(hù)體驗，并支持將這些概念更快推向市場(chǎng)。

 

實(shí)際上，A²B技術(shù)的商業(yè)化已經(jīng)使得汽車(chē)市場(chǎng)的許多應用成為可能，其中既有新應用，也有以前難以實(shí)現的應用。例如，汽車(chē)音頻解決方案的領(lǐng)先提供商Harman International開(kāi)發(fā)了一系列數字麥克風(fēng)和傳感器模塊，其利用A²B系統來(lái)賦能各種汽車(chē)應用。圖4顯示了一些常見(jiàn)的汽車(chē)A²B麥克風(fēng)和傳感器以及它們如何用于汽車(chē)上。這些傳感器包括：?jiǎn)蝹€(gè)A²B麥克風(fēng)，用于A(yíng)NC和語(yǔ)音通信的多元件麥克風(fēng)陣列，用于RNC的A²B加速度計，外部安裝的保險杠A²B麥克風(fēng)，以及用于緊急警報檢測和聲學(xué)環(huán)境監測的車(chē)頂A²B麥克風(fēng)陣列。在這些A²B麥克風(fēng)和加速度計的賦能下，越來(lái)越多需要多傳感器輸入的應用解決方案正在開(kāi)發(fā)當中，以進(jìn)一步增強汽車(chē)行業(yè)的用戶(hù)體驗。

 

總結

 

未來(lái)的車(chē)輛架構將越來(lái)越依賴(lài)于麥克風(fēng)和加速度計之類(lèi)的高性能聲學(xué)檢測技術(shù)。包括傳感器、互連和處理器的完全數字化方法可帶來(lái)重要的性能和系統成本優(yōu)勢。ADI公司正與Harman International合作提供經(jīng)濟高效的解決方案，以為最終客戶(hù)創(chuàng )造價(jià)值并實(shí)現差異化。

 

圖4.常見(jiàn)A²B麥克風(fēng)和傳感器。

 

 

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