使用高度集成的處理器設(shè)計高效的汽車高端音響系統(tǒng)

汽車音響已從單純的娛樂用途發(fā)展成為駕駛體驗不可或缺的一部分，旨在提高駕駛員的舒適度和安全性。主動噪聲消除 (ANC)、沉浸式環(huán)繞聲和個性化音頻區(qū)域等音響功能傳統(tǒng)上僅限于高端車型，如今也開始下放到入門級車型。

為了跟上這一趨勢，同時提高汽車效率、降低制造難度，原始設(shè)備制造商 (OEM) 和音響系統(tǒng)設(shè)計人員正在設(shè)法提高汽車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)計人員還希望這些系統(tǒng)具有可擴展性，從而簡化不同 OEM 和車型配置之間的重新設(shè)計。

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的半導體結(jié)合使用來開發(fā)現(xiàn)代車輛中的數(shù)字放大器時最重要的設(shè)計注意事項。

汽車音頻處理器和配套元件的發(fā)展

音響仍是 OEM 之間的一個差異化因素。事實上，大多數(shù) OEM 都會提供升級或替換舊音響系統(tǒng)的套件，例如高級品牌音響系統(tǒng)、品牌沉浸式環(huán)繞聲功能、附加中音揚聲器和低音炮。如果您最近購買過汽車，您可能會熟悉當前車型中的各種音響選件。

過去，高端汽車音響系統(tǒng)中的數(shù)字放大器采用分布式架構(gòu)進行音頻處理，由單獨的 MCU、數(shù)字信號處理器 (DSP) 和網(wǎng)絡(luò)集成電路 (IC) 處理不同的任務。雖然這種分立式方法通常提供了設(shè)計靈活性，但也增加了系統(tǒng)復雜性、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，同時優(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)代車輛中的音響系統(tǒng)示例，其中包含用于環(huán)繞聲的多個揚聲器和用于 RNC 的麥克風。

圖1 帶環(huán)繞聲揚聲器和RNC麥克風的現(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化音響系統(tǒng)設(shè)計。例如，AM62D-Q1 處理器和 AM275x-Q1 MCU 高度集成的汽車級 SoC 采用 TI 的 C7x DSP 內(nèi)核、存儲器和元件，旨在幫助您通過單個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。

單芯片處理平臺還從硬件和軟件的角度簡化了可擴展性，因為這些 MCU 和處理器系列包括引腳對引腳兼容的選件，并支持在不同設(shè)計之間進行代碼重用。

從車輛安全角度來看，這些器件通過簡化聲音合成系統(tǒng)（例如電動汽車中的發(fā)動機聲音合成或聲學車輛警報系統(tǒng)）的設(shè)計，有助于提高車外的音頻性能。這些系統(tǒng)可以從車外揚聲器發(fā)出行人能夠聽到的聲音，以及發(fā)出與車輛內(nèi)部發(fā)動機噪音相同的聲音，來增強車輛的安全性。

每個 C7x DSP 內(nèi)核還包含一個單周期 L2 存儲器高速緩存（可訪問容量高達 2.25MB），其處理性能比傳統(tǒng)的基于標量的音頻 DSP 高出四倍，并且與矩陣乘法加速器配對形成片上神經(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現(xiàn)多種高端音頻功能。

這些高級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)代汽車中的音頻信號鏈。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

與汽車音頻處理器的進步類似，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)級的總體 BOM 成本和尺寸，讓設(shè)計人員能夠設(shè)計出可擴展、緊湊和可靠的汽車音響系統(tǒng)，從而滿足 OEM 和終端消費者的期望。這些器件還集成了功能安全特性，可在系統(tǒng)級達到 ASIL-B 標準。

結(jié)語

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音響系統(tǒng)提供沉浸式音效、ANC 和個性化音響功能。但是，為了充分發(fā)揮這些處理器的潛力，需要經(jīng)過優(yōu)化的嵌入式軟件架構(gòu)和開發(fā)流程。

通過考慮 DSP 軟件架構(gòu)、音頻框架、調(diào)優(yōu)工具和軟件重用等因素，汽車系統(tǒng)工程師可以解鎖先進音頻器件的功能，同時管控車載系統(tǒng)集成復雜性。隨著對高端音響的需求不斷增長，注重硬件和軟件創(chuàng)新將是保持汽車市場競爭力的首要因素。