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2018/01/30

促進聯網汽車的收音機/音訊技術再進化

文章來源 : Alick Einav, Silicon Labs

天線、顯示器、車聯網和新的數位音頻廣播標準的變化使得汽車收音機的功能更加多元化,同時為汽車收音機供應商帶來新的挑戰。

新的技術正在不斷挑戰汽車收音機方案供應商,讓他們改善收音機接收能力,同時滿足不同的要求和成本目標。讓我們考量一些上述的挑戰,以及新的IC零件如何説明收音機廠商解決這些挑戰。

汽車收音機廠商面臨的問題/挑戰
即使在十年前,汽車收音機與十年前比較是截然不同的。天線、顯示器、車聯網和新的數位音頻廣播標準的變化使得汽車收音機更加多樣化,但也為汽車收音機供應商帶來了一系列新的挑戰。以下是新一代汽車中現代收音機系統的一些技術趨勢。

收音機系統的位置
傳統設計中的整個收音機系統是放在駕駛員的中控台處,走線從天線到收音機再從收音機到放大器,以及從收音機到揚聲器放大器。相比之下,許多現代設計使用中控台作為控制中心(如圖1所示),其與放置在其他地方的收音機系統,如通常在更接近汽車天線位置的車輛中繼線進行通訊。更靠近收音機天線的位置可以降低佈線成本和車輛重量,從而有助於提高車輛的里程。
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圖1.傳統收音機系統在中控台的位置。

車載影音網路
越來越多的車型部署了車載影音網路,如MOST或乙太網AVB。音視頻網路圍繞車艙運行,使得每個音訊系統能夠被放置在車輛中的最佳位置,如圖2所示。因此,不同音訊系統之間不會使用專用走線,而是讓每個音訊系統,例如收音機或音訊放大器連接到網路,並可以透過網路向其他音訊系統發送或接收資料。
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圖2.影音網路運行在當今車輛的整個車艙內。

嵌入式收音機天線
收音機天線從車裡伸出來的日子已經過去了。大多數現在的汽車已經將收音機天線嵌入車後玻璃,側鏡或放置在車頂上的小鯊魚鰭結構內(見圖3示例)。現代化的嵌入式天線能夠使汽車外觀看起來更加簡約,但是對於良好的收音機接收而言,這些天線具有較低的天線增益,因此引入了新的挑戰。
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圖3.現在汽車中的收音機天線通常嵌在車後玻璃,側視鏡或車頂的鯊魚鰭結構中。

第二天線改善FM接收(天線分集)
為了改善FM接收,包括由嵌入式天線引起的接收挑戰,一些車型部署了第二支收音機天線。第二支收音機天線通常放置在不同位置並且指向與主收音機天線不同的方向,即使當主天線接收到的收音機訊號受到動態駕駛條件的影響時,收音機系統也能持良好的接收。

部署數位音頻廣播
除了傳統的類比收音機(AM和FM)之外,數位收音機現已在許多國家推出。不同的國家和地區採用了不同的數位收音機標準。例如,北美使用HDRadio,歐洲採用DAB,印度使用DRM,中國剛剛開始部署CDR。

數位音頻電台以數位格式發送收音機,其提供更好的音訊品質以及向駕駛員提供額外的資訊(例如歌曲名稱,歌手姓名等)。通常,在類比電台上同時發送在數位電台發送的音樂,使得當數位電台訊號開始超出範圍時,收音機可以無縫切換到類比電台上的相同內容,以保持車內不間斷的音訊。

DAB和DRM跟類比的AM / FM在不同的頻段上傳輸,從而需要額外的調諧器和針對數位收音機優化的第二支天線。數位收音機可以有不同的性能,例如天線分集(改善了數位收音機的接收)或數位收音機頻帶的恒定掃描以建立和呈現給司機可用電台的列表。

目前數位收音機應用在汽車中,迫使收音機供應商同時開發可支援和不支援數位收音機的收音機。隨著數位廣播不同性能要求的出現,系統的變化使收音機供應商的開發和產品進一步複雜化。

改進/增強了車艙內的音訊表現
新的和先進的數位訊號處理技術用於改善車載音訊體驗,豐富汽車的音訊以及減小來引擎自或道路的噪音。

汽車收音機分級和價格壓力
汽車部署的收音機系統按價格分為高級,中級和入門級。即使在同一車型中,通常也會有多個級別的收音機產品。此外,收音機廠商需要支援不同的數位音頻廣播標準,進一步使收音機產品複雜化。這些市場趨勢使收音機廠商面臨著開發不同收音機系統的挑戰性任務,以實現良好的收音機接收,同時滿足汽車廠商的成本目標。

收音機供應商的研發預算有限,必須認真管理,以開發可以在盡可能多的車型中獲利的收音機系統。沒有一家收音機供應商有足夠的資源來解決汽車收音機系統的所有細分市場。因此,收音機廠商一直在尋找縮短收音機開發週期的方法,以及盡可能重覆利用其研發投入。軟體發展佔用了越來越多的收音機開發週期,因此硬體和軟體發展的重覆使用至關重要。

不同收音機系統的例子
單個AM / FM調諧器(入門級系統)。如圖4所示,該收音機系統位於中央控制台的車機中,由微控制器控制,音訊發送到放大器。
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圖4.入門級收音機系統位於中控台的車機。

具有FM相位分集和音訊後處理的兩個收音機調諧器。如圖5所示,該收音機系統位於中央控制台的車機中。音訊系統可以包括專用音訊數位訊號處理器(DSP),用於高級音訊後處理功能,例如艙內均衡和環繞聲。
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圖5.具有兩個收音機調諧器的系統位於中央控制台車機中。

擁有兩個具備FM相位分集的類比調諧器和兩個DAB接收器的收音機系統(用於歐洲的數位收音機接收)。兩個天線接收類比和數位電台,並為類比和數位接收提供天線分集。當數位收音機訊號變得太弱時,系統無縫地連接數位收音機和類比收音機。收音機系統包括用於先進音訊後處理功能的音訊DSP,例如機艙均衡和環繞聲,同時還減輕引擎的噪音。收音機系統可以在後備箱或中控台外的另一位置。使用汽車網路(使用微控制器)或專用電線連線音訊。
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圖6.多個調諧器遠端收音機系統位於汽車後備箱或中控台外的另一個位置。

現代收音機設計的新組件解決方案
新的收音機調諧器IC幫助收音機供應商實現最佳接收,同時在多個產品線上重用其硬體和軟體發展。例如,Silicon Labs(亦稱“芯科科技”)新的引腳相容的Global Eagle和Dual Eagle收音機接收器系列使汽車收音機廠商能夠設計出一種以盡可能低的系統成本覆蓋許多不同收音機系統組態的收音機系統。收音機調諧器產品包括支援一個或兩個收音機調諧器的封裝和接腳相容IC,使開發人員能夠在任何給定的配置中擴展具有不同總體選
項的收音機系統。此外,Global Eagle和Dual Eagle系列中的所有IC都具有相同的應用介面(API),從而使收音機供應商能夠在許多收音機系統中重用軟體。

這些設備還包括一個強大的音訊DSP,用於運行音訊控制功能,如音量控制,低音控制,艙內均衡,環繞聲和噪音減輕。集成的類比數位轉換器(ADC)和數位類比轉換器(DAC)無需外部轉碼器。

總結
汽車在許多方面正在發生巨大的技術革命,這種趨勢延伸到車艙內的收音機接收和音訊/噪音處理。汽車收音機廠商必須處理許多新技術和汽車原廠的不同要求,同時滿足更嚴苛的成本目標和緊湊的開發時間表。新的IC解決方案使收音機供應商能夠開發提供良好接收的收音機系統,並可以盡可能低的成本從入門級系統擴展到高級系統。現代汽車收音機系統遠遠超過了十年前使用在汽車上的任何收音機系統,並且有跡象表明這種趨勢將持續到未來十年。
 
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