車載eCall系統(tǒng)音頻應(yīng)用解決方案
2023-10-09
eCall系統(tǒng)簡介
eCall（emergency Call，eCall，也常常叫作“緊急救援”）系統(tǒng)是歐洲推動(dòng)的一項(xiàng)技術(shù)開發(fā)計(jì)劃，旨在為發(fā)生碰撞的駕車者提供快速援助的解決方案。eCall使用移動(dòng)電話和衛(wèi)星定位功能，在發(fā)生交通事故后，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(tǒng)還會(huì)上報(bào)、傳輸事故地點(diǎn)、事故類型和車輛信息等。
2018年4月，歐洲議會(huì)通過立法，要求所有新車配備eCall，聯(lián)合國和俄羅斯ERA-GLONASS也在推行相關(guān)政策。歐洲eCall標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定系統(tǒng)需要維持十余分鐘的語音通話，之后至少保持60分鐘的網(wǎng)絡(luò)連接，以便緊急服務(wù)人員給司機(jī)回電。
圖1：車載緊急呼叫操作按鈕
eCall系統(tǒng)音頻應(yīng)用
圖3：eCall系統(tǒng)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(yīng)用系統(tǒng)由車載電平供電，當(dāng)發(fā)生事故且車載電平無法正常工作時(shí)，系統(tǒng)將啟用備用電池為系統(tǒng)供電。
2. eCall觸發(fā)可以是司機(jī)或者乘車人員通過菜單形式進(jìn)行主動(dòng)呼叫，但考慮到車輛意外情況的不確定性，系統(tǒng)還可以自動(dòng)識(shí)別車輛損壞情況進(jìn)行呼叫。
3. 音頻信號(hào)的采集端和輸出端通常組合成單個(gè)編解碼器，包括1個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 和1個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)。由于音頻信號(hào)路徑將通過電話將駕駛員連接到緊急服務(wù)，多數(shù)系統(tǒng)總共只需要一個(gè)通道（一個(gè)麥克風(fēng)、一個(gè)ADC、一個(gè)DAC、一個(gè)放大器和一個(gè)揚(yáng)聲器）。
4. 在某些情況下可能不需要編解碼器，例如當(dāng)數(shù)字麥克風(fēng)直接連接到微處理器，音頻信號(hào)路徑使用數(shù)字輸入D類放大器，但這樣成本可能較貴且實(shí)現(xiàn)抗噪性難度也將會(huì)增大。
對(duì)于音頻供放的選擇，eCall汽車系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(chǎn)生電磁干擾（EMI）并且不需要許多外部電子設(shè)備成分（比如電感電容組成的濾波網(wǎng)絡(luò)）。然而，AB類的效率非常低，從而系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要額外考慮散熱問題，這意味著在eCall 系統(tǒng)中，備用電池的充電大部分會(huì)作為熱量被浪費(fèi)掉。這種低效率的代價(jià)是非常高的成本，因?yàn)樵S多eCall系統(tǒng)要求緊急服務(wù)人員和司機(jī)之間有10-20分鐘的“通話時(shí)間”。使用 AB 類放大器的系統(tǒng)將需要額外的電池來滿足此要求，這將導(dǎo)致電池成本的上升。
2. D類音頻放大器
對(duì)比AB類音頻放大器，D類音頻放大器是高效開關(guān)放大器，具備良好的效率可以更好滿足“通話時(shí)間”，散熱性能相對(duì)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(chǎng)了解得知，現(xiàn)階段D類音頻放大器為主流，接下來將介紹艾為主推用于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，適用于汽車類緊急呼叫 (eCall)、遠(yuǎn)程信息處理、儀表板應(yīng)用場(chǎng)景，可以輕松通過CISPR25認(rèn)證。AW836xxTSR-Q1系列產(chǎn)品在14.4VDC電池供電負(fù)載為4Ω且THD+N不超過10%的情況下，能提供高達(dá)10W&22W的可選功率。其具有較寬的工作電壓范圍和優(yōu)異的效率，是需要起停支持或使用備用電池運(yùn)行時(shí)的理想選擇。集成負(fù)載診斷功能能夠通過I2C報(bào)告揚(yáng)聲器狀態(tài)。
主要參數(shù)
? 應(yīng)用場(chǎng)景：E-Call系統(tǒng)、AVAS、儀表盤
? 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(diào)率
? 邊沿調(diào)制功能，有效抑制EMI
? 擴(kuò)頻功能SSM（Spread Spectrum Mode）有效抑制EMI
? 集成自保護(hù)：UVLO、OVP、OCP、OTP、DC-Detect、Load Dump、負(fù)載診斷
總結(jié)
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。這是由于它們的運(yùn)作方式，通過迅速開關(guān)輸出器件以產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)變（PWM）信號(hào)，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：由于高效率，D類功放可以設(shè)計(jì)得非常小巧輕便，這對(duì)于汽車音響系統(tǒng)中的安裝和集成很有用。
3. 低熱量生成：相對(duì)于傳統(tǒng)的類A和類AB功放，D類功放產(chǎn)生的熱量較少，因此通常無需大型散熱器。這有助于減少音頻系統(tǒng)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(duì)高功率的音頻輸出，這對(duì)于驅(qū)動(dòng)車用音響中的喇叭和低音炮非常重要。
5. 輸出質(zhì)量：D類功放的輸出質(zhì)量通常很高，能夠提供清晰、動(dòng)態(tài)的音頻，并具有較低的失真水平。然而，輸出質(zhì)量仍然取決于功放的設(shè)計(jì)和制造質(zhì)量。
6. 數(shù)字信號(hào)處理：許多現(xiàn)代車用D類功放具有內(nèi)置的數(shù)字信號(hào)處理功能，可調(diào)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(wěn)壓器，以確保它們?cè)诓煌碾妷簵l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(guān)放大器，具備良好的效率可以更好滿足“通話時(shí)間”，散熱性能相對(duì)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(gè)專題討論，后續(xù)我們將會(huì)在另一篇技術(shù)帖中做詳細(xì)解釋，敬請(qǐng)期待~
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