汽車制造商致力于使其下一代的汽車比前代汽車更安全、更舒適、更智能且更節(jié)油。為此,需要在汽車中安裝更多的信息娛樂系統(tǒng)、ECU (電子控制單元),這會導致電子系統(tǒng)的數(shù)量不斷增加、復雜度也越來越高,以便實現(xiàn)主動噪聲消除、互聯(lián)網(wǎng)連接和車內通信等新功能。隨著汽車電子系統(tǒng)的數(shù)量不斷增加,連接各種系統(tǒng)所需的電纜的重量和成本也隨之增加。增加的重量會反過來降低汽車的燃油效率,這一點讓汽車制造商很苦惱。
     汽車制造商必須在提供先進、功能豐富的信息娛樂系統(tǒng)和符合政府發(fā)布的燃油效率標準之間取得平衡,減輕現(xiàn)有電纜的重量可大幅提高燃油效率。各家汽車半導體技術提供商都在試圖用最優(yōu)化的解決方案解整車廠的性能顧慮,而各種有線和無線標準的推出提供了差異化的選擇,ADI在汽車音頻總線的A2B總線技術(有線的“硬”策略)和電池包管理(BMS)上應用其具有超高可靠性和低功耗特性的SmartMesh(無線“軟”策略)值得關注。
音頻連接的A2B“硬”策略
      當代信息娛樂系統(tǒng)中已經(jīng)廣泛采用MOST或以太網(wǎng)AVB等數(shù)字總線標準,這是因為這些標準能夠大幅簡化與模擬實施方案相關的接線復雜性。然而,MOST和以太網(wǎng)AVB雖然能夠提高性能和靈活性,但會增加管理其相關軟件協(xié)議堆棧的高價格微控制器,從而增加成本。此外,這些數(shù)字總線架構本身對節(jié)點之間延遲存在著不確定性。對于車廂內主動噪聲消除等易受延遲影響的應用,這一點是不能被接受的。
      汽車音頻總線 (A2B)是ADI公司的一項創(chuàng)新的和為應用應運而生的技術,該技術最多能夠將電纜的重量減輕75%,而且還能提供高保真數(shù)字音頻。汽車音頻總線針對音頻應用進行優(yōu)化,相比模擬音頻總線能夠提供出色的音頻質量,而且其系統(tǒng)總成本遠低于現(xiàn)有的數(shù)字總線標準。最簡單的A2B是一種高帶寬(50 Mbps)數(shù)字總線,它能夠通過在非常長的距離(節(jié)點間的距離最長達10 m)上,使用一條無屏蔽雙絞線將I2S音頻和I2C控制數(shù)據(jù)與時鐘和功率一起傳輸。
      從實施角度來看,A2B是一種單主機、多從機線路拓撲結構。AD2410是采用A2B器件系列的首款產品,它在一條非屏蔽雙絞線上支持最多8個從節(jié)點的菊花鏈,從而不需要有些競爭對手技術中要求的冗余線纜。借助這種菊花鏈能力,A2B總線距離最長可達40m,單個節(jié)點之間的最長距離可達10 m。用直線拓撲結構代替環(huán)形拓撲結構是A2B技術中一個重要的元素,對整體系統(tǒng)完整性和穩(wěn)定性非常重要。如果A2B菊花鏈的一個連接受到影響,整個網(wǎng)絡不會崩潰。只有故障連接下游的節(jié)點會受到故障影響,而A2B技術特有的內嵌診斷功能則能夠隔離故障的來源和起因。
      與現(xiàn)有的數(shù)字總線架構相比,A2B主從線拓撲結構本身更為高效。通過簡單地初始化總線后,無需更多處理器干預即可管理常規(guī)總線運行。然而,A2B技術確實可響應中斷信號,因為音頻節(jié)點可能會在需要維修和保養(yǎng)時發(fā)出信號。A2B的獨特架構帶來的一個附加優(yōu)點是,系統(tǒng)延遲完全是可確定的(兩個個周期的延遲),并且與音頻節(jié)點在A2B總線上的位置無關。此特性對主動噪聲消除等新興應用極其重要,在有源噪聲消除應用中,必須以時序一致的方式處理多個遠程傳感器產生的音頻樣本。
ADI18042501基于AD2410的A2B汽車應用的主機DEMO
      AD2410 A2B收發(fā)器可在一條非屏蔽雙絞線上傳輸音頻、控制、時鐘和功率信號。與傳統(tǒng)實施方案相比,物理線纜的數(shù)量有所減少。A2B技術提供的50 Mbps總線帶寬總值最多可支持32個使用標準音頻采樣速率(44.1 kHz、48 kHZ)和通道寬度(12位、16位、24位)的上行和下行音頻通道。這可為多種音頻I/O設備提供相當大的靈活性和連接性。
      此外,系統(tǒng)級診斷功能是A2B技術的一個重要元素。所有A2B節(jié)點都能夠識別多種故障狀況,其中包括斷路、電線短路、電線反向或電線短路至電源或地。從系統(tǒng)完整性角度看,這個功能非常重要,因為在出現(xiàn)斷路、電線短路或電線反向等故障時,故障上游的A2B節(jié)點仍然能夠正常工作。診斷功能還提供高效隔離系統(tǒng)級故障的能力,從汽車經(jīng)銷商/安裝人員的角度來看,這一點至關重要。。
汽車電池管理系統(tǒng)的SmartMesh“軟”策略
      新能源汽車市場近年來發(fā)展迅速,電動和混合動力/電動汽車市場增加迅猛,而且所有主要的汽車制造商在進入更大規(guī)模批量生產階段時也在尋找改善其電池管理系統(tǒng)性能和可靠性的途徑。在汽車領域,汽車制造商面臨著向駕駛大眾確保電動汽車和混合動力/電動汽車兼具安全性和可靠性的挑戰(zhàn)。
      全球首款無線BMS汽車就是該公司的先進高壓電池監(jiān)視IC及其SmartMesh高可靠性無線網(wǎng)格系統(tǒng),相比于傳統(tǒng)的BMS的電池包里,每節(jié)電池檢測的通訊端口都有很多的數(shù)據(jù)線和接口的設計。無線的概念是除了動力電纜,所有的通信電纜采用無線方式,既節(jié)省了電纜的成本,也降低了安裝施工的難度,對未來全球的電動汽車混合動力汽車的發(fā)展可能帶來一個質的飛躍。
      相比有線BMS系統(tǒng),ADI更強調無線BMS在安全、智能、環(huán)保和低成本上的優(yōu)勢。無線SmartMesh BMS解決了在汽車線束以及電動和混合動力/電動汽車中連接器所引起并長期存在的問題:SmartMesh無線網(wǎng)絡可使電池模塊能靈活地安置;改善電池負荷狀態(tài)和健康狀況計算;以前不適合采用線束的地方,現(xiàn)在可從安裝的傳感器收集額外的數(shù)據(jù)。而且SmartMesh從每個節(jié)點提供了時間相關的測量結果,這允許實現(xiàn)更精準的數(shù)據(jù)收集。
       SmartMesh是目前業(yè)界最低功耗、最可靠和基于安全標準的無線傳感器網(wǎng)絡產品。該技術的核心是一種采用先進算法和節(jié)能技術的智能網(wǎng)格網(wǎng)絡,可實現(xiàn)其他 WSN供應商無法提供的強大功能,包括:超低功耗、確定性的電源管理和優(yōu)化、用于自愈型和自保持型網(wǎng)絡的自形成網(wǎng)格技術、動態(tài)帶寬支持、負載平衡和優(yōu)化、網(wǎng)絡管理和配置、零沖突低功耗數(shù)據(jù)包交換等。SmartMesh 網(wǎng)絡架構基于 Dust Network 在時間同步網(wǎng)格協(xié)議 (Time Synchronized Mesh Protocol - TSMP) 方面的開創(chuàng)性工作。
       SmartMesh網(wǎng)絡采用時間分集、頻率分集和物理分集無線網(wǎng)格技術“三重奏”—,可確保可靠性、適應性、可擴展性、電源靈活性及易用性。當嵌入到客戶的傳感器和網(wǎng)關產品中時,形成的無線連接可實現(xiàn)>99.999%的數(shù)據(jù)可靠性和超低功耗,從而使得傳感器可以安放在嚴酷的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中。