汽車(chē)音響已從單純的娛樂(lè)用途發(fā)展成為駕駛體驗(yàn)不可或缺的一部分，旨在提高駕駛員的舒適度和安全性。主動(dòng)噪聲消除(ANC)、沉浸式環(huán)繞聲和個(gè)性化音頻區(qū)域等音響功能傳統(tǒng)上僅限于高端車(chē)型，如今也開(kāi)始下放到入門(mén)級(jí)車(chē)型。
為了跟上這一趨勢(shì)，同時(shí)提高汽車(chē)效率、降低制造難度，原始設(shè)備制造商(OEM)和音響系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員正在設(shè)法提高汽車(chē)放大器中使用的嵌入式處理器的集成度。這些處理器需要滿足系統(tǒng)音頻處理要求以及OEM信息安全和功能安全要求。音響系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員還希望這些系統(tǒng)具有可擴(kuò)展性，從而簡(jiǎn)化不同OEM和車(chē)型配置之間的重新設(shè)計(jì)。
在本文中，我們將探討德州儀器AM62D-Q1處理器和AM2754-Q1微控制器(MCU)等嵌入式器件的發(fā)展，以及將這些器件與其他先進(jìn)的半導(dǎo)體結(jié)合使用來(lái)開(kāi)發(fā)現(xiàn)代車(chē)輛中的數(shù)字放大器時(shí)最重要的設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)。
汽車(chē)音頻處理器和配套元件的發(fā)展
音響仍是OEM之間的一個(gè)差異化因素。事實(shí)上，大多數(shù)OEM都會(huì)提供升級(jí)或替換舊音響系統(tǒng)的套件，例如高級(jí)品牌音響系統(tǒng)、品牌沉浸式環(huán)繞聲功能、附加中音揚(yáng)聲器和低音炮。如果您最近購(gòu)買(mǎi)過(guò)汽車(chē)，您可能會(huì)熟悉當(dāng)前車(chē)型中的各種音響選件。
過(guò)去，高端汽車(chē)音響系統(tǒng)中的數(shù)字放大器采用分布式架構(gòu)進(jìn)行音頻處理，由單獨(dú)的MCU、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)和網(wǎng)絡(luò)集成電路(IC)處理不同的任務(wù)。雖然這種分立式方法通常提供了設(shè)計(jì)靈活性，但也增加了系統(tǒng)復(fù)雜性、成本和尺寸。為了增加沉浸式環(huán)繞聲和道路噪聲消除(RNC)以提供家庭影院般的體驗(yàn)，同時(shí)優(yōu)化燃油和能源效率，需要增加元件、音頻通道和軟件類型的數(shù)量。圖1展示了現(xiàn)代車(chē)輛中的音響系統(tǒng)示例，其中包含用于環(huán)繞聲的多個(gè)揚(yáng)聲器和用于RNC的麥克風(fēng)。
圖1 帶環(huán)繞聲揚(yáng)聲器和RNC麥克風(fēng)的現(xiàn)代音響系統(tǒng)示意圖
嵌入式處理器更高的器件集成度有助于簡(jiǎn)化音響系統(tǒng)設(shè)計(jì)。例如，AM62D-Q1處理器和AM275x-Q1 MCU高度集成的汽車(chē)級(jí)SoC采用TI的C7x DSP內(nèi)核、存儲(chǔ)器和元件，旨在幫助您通過(guò)單個(gè)器件滿足外部功能安全要求、信息安全要求和音頻網(wǎng)絡(luò)要求。
單芯片處理平臺(tái)還從硬件和軟件的角度簡(jiǎn)化了可擴(kuò)展性，因?yàn)檫@些MCU和處理器系列包括引腳對(duì)引腳兼容的選件，并支持在不同設(shè)計(jì)之間進(jìn)行代碼重用。
從車(chē)輛安全角度來(lái)看，這些器件通過(guò)簡(jiǎn)化聲音合成系統(tǒng)（例如電動(dòng)汽車(chē)中的發(fā)動(dòng)機(jī)聲音合成或聲學(xué)車(chē)輛警報(bào)系統(tǒng)）的設(shè)計(jì)，有助于提高車(chē)外的音頻性能。這些系統(tǒng)可以從車(chē)外揚(yáng)聲器發(fā)出行人能夠聽(tīng)到的聲音，以及發(fā)出與車(chē)輛內(nèi)部發(fā)動(dòng)機(jī)噪音相同的聲音，來(lái)增強(qiáng)車(chē)輛的安全性。
每個(gè)C7x DSP內(nèi)核還包含一個(gè)單周期L2存儲(chǔ)器高速緩存（可訪問(wèn)容量高達(dá)2.25MB），其處理性能比傳統(tǒng)的基于標(biāo)量的音頻DSP高出四倍，并且與矩陣乘法加速器配對(duì)形成片上神經(jīng)處理單元(NPU)。這種架構(gòu)可以處理傳統(tǒng)音頻算法和基于邊緣AI的音頻算法，從而支持在單芯片中實(shí)現(xiàn)多種高端音頻功能。
這些高級(jí)音頻功能還有助于保持與高性能音頻放大器（例如采用單電感器(1L)調(diào)制技術(shù)的TAS6754-Q1）、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和電源管理集成電路(PMIC)（例如TPS65224-Q1）的兼容性，從而完善現(xiàn)代汽車(chē)中的音頻信號(hào)鏈。圖2顯示了包含TI嵌入式處理器、模擬和電源IC的高端音響系統(tǒng)的方框圖。
圖2 功能齊全的高端音響系統(tǒng)的終端設(shè)備方框圖
與汽車(chē)音頻處理器的進(jìn)步類似，TPS65224-Q1等PMIC的更高集成度可確保充分利用系統(tǒng)處理器并有助于降低系統(tǒng)級(jí)的總體BOM成本和尺寸，讓設(shè)計(jì)人員能夠設(shè)計(jì)出可擴(kuò)展、緊湊和可靠的汽車(chē)音響系統(tǒng)，從而滿足OEM和終端消費(fèi)者的期望。這些器件還集成了功能安全特性，可在系統(tǒng)級(jí)達(dá)到ASIL-B標(biāo)準(zhǔn)。
結(jié)語(yǔ)
具有DSP功能的高度集成式音頻處理器正在助力新一代高端汽車(chē)音響系統(tǒng)提供沉浸式音效、ANC和個(gè)性化音響功能。但是，為了充分發(fā)揮這些處理器的潛力，需要經(jīng)過(guò)優(yōu)化的嵌入式軟件架構(gòu)和開(kāi)發(fā)流程。
通過(guò)考慮DSP軟件架構(gòu)、音頻框架、調(diào)優(yōu)工具和軟件重用等因素，汽車(chē)系統(tǒng)工程師可以解鎖先進(jìn)音頻器件的功能，同時(shí)管控車(chē)載系統(tǒng)集成復(fù)雜性。隨著對(duì)高端音響的需求不斷增長(zhǎng)，注重硬件和軟件創(chuàng)新將是保持汽車(chē)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的首要因素。