車載eCall系統音頻應用解決方案

eCall(emergency Call,eCall,也常常叫作“緊急救援”)系統是歐洲推動的一項技術開發計劃,旨在為發生碰撞的駕車者提供快速援助的解決方案。eCall使用移動電話和衛星定位功能,在發生交通事故後,將與最近的救援中心(如中國的122、歐盟的112)建立電話連接,除語音連接之外,車載eCall系統還會上報、傳輸事故地點、事故類型和車輛信息等。

2018年4月,歐洲議會通過立法,要求所有新車配備eCall,聯合國和俄羅斯ERA-GLONASS也在推行相關政策。歐洲eCall標準規定系統需要維持十餘分鐘的語音通話,之後至少保持60分鐘的網絡連接,以便緊急服務人員給司機回電。

圖1:車載緊急呼叫操作按鈕

 

圖2:系統框圖



eCall系統音頻應用


圖3:eCall系統簡化框圖

圖3為eCall單元簡化框圖,從圖中我們可以看到:
 
 1. 正常的應用系統由車載電平供電,當發生事故且車載電平無法正常工作時,系統將啟用備用電池為系統供電。

 2. eCall觸發可以是司機或者乘車人員通過菜單形式進行主動呼叫,但考慮到車輛意外情況的不確定性,系統還可以自動識別車輛損壞情況進行呼叫。

 3. 音頻信號的採集端和輸出端通常組合成單個編解碼器,包括1個模數轉換器 (ADC) 和1個數模轉換器(DAC)。由於音頻信號路徑將通過電話將駕駛員連接到緊急服務,多數系統總共只需要一個通道(一個麥克風、一個ADC、一個DAC、一個放大器和一個揚聲器)。

 4. 在某些情況下可能不需要編解碼器,例如當數字麥克風直接連接到微處理器,音頻信號路徑使用數字輸入D類放大器,但這樣成本可能較貴且實現抗噪性難度也將會增大。

對於音頻供放的選擇,eCall汽車系統設計主要有兩種選擇:AB類或D類,分別敘述如下:

1.  AB類音頻放大器 

AB類音頻放大器是線性放大器,不產生電磁干擾(EMI)並且不需要許多外部電子設備成分(比如電感電容組成的濾波網絡)。然而,AB類的效率非常低,從而系統設計時需要額外考慮散熱問題,這意味著在eCall 系統中,備用電池的充電大部分會作為熱量被浪費掉。這種低效率的代價是非常高的成本,因為許多eCall系統要求緊急服務人員和司機之間有10-20分鐘的“通話時間”。使用 AB 類放大器的系統將需要額外的電池來滿足此要求,這將導致電池成本的上升。

2.  D類音頻放大器

對比AB類音頻放大器,D類音頻放大器是高效開關放大器,具備良好的效率可以更好滿足“通話時間”,散熱性能相對好很多,但不能免除EMI的干擾問題,需要額外的輸出電感器件。從市場了解得知,現階段D類音頻放大器為主流,接下來將介紹艾為主推用於eCall方案的D類音頻放大器。

AW836xxTSR-Q1


艾為音頻功放推薦

AW836xxTSR-Q1是單聲道模擬輸入D類音頻放大器,適用於汽車類緊急呼叫 (eCall)、遠程信息處理、儀錶板應用場景,可以輕鬆通過CISPR25認證。AW836xxTSR-Q1系列產品在14.4VDC電池供電負載為4Ω且THD+N不超過10%的情況下,能提供高達10W&22W的可選功率。其具有較寬的工作電壓範圍和優異的效率,是需要起停支持或使用備用電池運行時的理想選擇。集成負載診斷功能能夠通過I2C報告揚聲器狀態。

主要參數
• 應用場景:E-Call系統、AVAS、儀錶盤

• PO:10W @4Ω,22W@4Ω

• 供電電源:4.5V~18V

• Iq:16mA@PVCC=14.4V

• Isd:20uA

• 底噪:65uV@20dB

• 效率:87%

• THD+N:0.05%@1W

• PSRR:75dB


其他功能
• 支持400k、500k、2.1MHz調率 

• 邊沿調製功能,有效抑制EMI

• 擴頻功能SSM(Spread Spectrum Mode)有效抑制EMI

• 集成自保護:UVLO、OVP、OCP、OTP、DC-Detect、Load Dump、負載診斷


總結

車載用音頻供放需要滿足下列需求:
  1. 效率高:D類功放以其高效能而聞名。這是由於它們的運作方式,通過迅速開關輸出器件以產生脈衝寬度調變(PWM)信號,以控制音頻輸出。這種方式使得D類功放能夠在較低的電能損失下提供高功率輸出。

  2. 輕巧小型由於高效率,D類功放可以設計得非常小巧輕便,這對於汽車音響系統中的安裝和集成很有用。

  3. 低熱量生成:相對於傳統的類A和類AB功放,D類功放產生的熱量較少,因此通常無需大型散熱器。這有助於減少音頻系統的散熱需求。

  4. 高功率輸出:雖然它們體積小巧,但D類功放可以提供相對高功率的音頻輸出,這對於驅動車用音響中的喇叭和低音炮非常重要。

  5. 輸出質量:D類功放的輸出質量通常很高,能夠提供清晰、動態的音頻,並具有較低的失真水平。然而,輸出質量仍然取決於功放的設計和製造質量。

  6. 數字信號處理:許多現代車用D類功放具有內置的數字信號處理功能,可調整音頻輸出以滿足用戶的需求,例如均衡、音量控制和低音效果。

  7. 資源需求:D類功放通常需要電源穩壓器,以確保它們在不同的電壓條件下仍能正常工作。此外,它們可能需要一些額外的過濾電路,以減少輸出中的噪音。

總的來說,雖然D類音頻放大器是高效開關放大器,具備良好的效率可以更好滿足“通話時間”,散熱性能相對好很多,但不能免除EMI的干擾問題,需要額外的輸出電感器件。因此如何解決EMI干擾問題需要另一個專題討論,後續我們將會在另一篇技術帖中做詳細解釋,敬請期待~

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參考來源

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