利用SigmaDSP减小车载音响系统的噪音和功耗

分享到:

        如今,随着多媒体技术逐渐被车载电子设备所采用, 数字信号处理器(DSP)也获得了越来越广泛的应用, 用以对音频信号进行数字化处理。例如,车载多媒体系统取代传统的汽车收音机和CD系统,在此多媒体系统中采用DSP, 例如ADI的 ADAU1401 SigmaDSP?,可以实现更出色的音效和高度灵活性,为乘客提供丰富多彩的多媒体体验。此外这些DSP还提供了一个有用的工具, 可实现减小系统噪音和功耗的功能, 这对于关注噪音和功耗问题的系统工程师来说很有用。本文介绍了这种新方法, 利用 SigmaDSP处理器和 SigmaStudio? 图形开发工具来减小车载音响系统的噪音和功耗。

  ADAU1401是一款完整的单芯片音频系统,包括完全可编程的28/56位音频DSP、模数转换器(ADC)、数模转换器(DAC)及类似微控制器的控制接口。信号处理包括均衡、低音增强、多频段动态处理、延迟补偿、扬声器补偿和立体声声场加宽。这种处理技术可与高端演播室设备的效果相媲美,能够弥补由于扬声器、功放和听音环境的实际限制所引起的失真,从而明显改善音质。

  借助方便易用的SigmaStudio开发工具,用户可以使用不同的功能模块以图形化的方式配置信号处理流程, 例如双二阶滤波器、动态处理器、电平控制和GPIO接口控制等模块。

  噪底

  与便携式设备不同,车载音响系统配有高功率放大器,每个功放能够提供高达40 W-50 W功率,每辆汽车至少有四个扬声器。由于功率较大, 噪底很容易被放大,使得人耳在安静的环境下就能感受到。例如,假设扬声器灵敏度约为90 dB/W,则4 Ω扬声器中的1 mV rms噪声可以产生大约24 dB的声压级(SPL),这一水平噪音人耳在安静环境下就能够感受到。可能的噪声源有很多, 如图1所示,主要噪声源包括电源噪声(VG)、滤波器/缓冲器噪声(VF)以及电源接地布局不当引起的噪声VE。VO是来自处理器的音频信号,VIN是扬声器功率放大器的音频输入信号。

 


图1. 车载音响系统的噪声源示例

  电源开关期间的爆音:车载音频功率放大器一般采用12 V单电源供电,而DSP则需要使用低压电源(例如3.3 V),滤波器/缓冲器可能采用双电源供电(例如±9 V)。在以不同的电源电压工作的各部分电路之间,必须使用耦合电容来提供信号隔离。在电源开/关期间,电容以极快的速度充电/放电,产生的电压跳变沿着信号链传播,最终导致扬声器发出爆音。图2显示了这一过程。

 


图2. 扬声器产生爆音的原理

       虽然知道噪底和爆音的来源,而且也努力采用良好的电路设计和布局布线技术,以及选择噪声更低的优良器件来降低信号源处的噪声,但在设计过程中仍然可能出现许多不确定性。汽车多媒体系统的设计人员必须处理许多复杂问题,因此必须具备高水平的模拟/混合信号设计技能。即便如此,原型产品的性能仍有可能与原来的预期不符。例如,1 mV rms的噪声水平会带来巨大挑战。至于爆音,现有解决方案使用MCU来控制电源开关期间功率放大器的操作顺序,但当MCU距离功率放大器较远时,布局布线和电磁干扰(EMI)会构成潜在问题。

  功耗

  随着车载电子设备越来越多,功耗问题变得日趋严重。例如,如果音频功率放大器的静态电流达到200 mA,则采用12 V电源时,静态功耗就高达2.4 W。如果有一种方法能检测到没有输入信号或信号足够小,进而关闭功率放大器,那么在已开机但不需要扬声器发出声音的时候,就可以节省不少功耗。

  将车载音响系统的噪声和功耗降至最低

  利用SigmaDSP技术,就可以提供这样一种方法, 可以减小系统噪声和功耗,同时不增加硬件成本。图3是一个4扬声器车载音响系统的框图,其中ADAU1401 SigmaDSP处理器用作音频后处理器。除了采样、转换、音频信号数字处理和生成额外的扬声器通道以外,SigmaDSP处理器还具有通用输入/输出(GPIO)引脚可用于外部控制。微控制器(MCU)通过I2C接口与SigmaDSP处理器进行通信,模拟输出驱动一个采用精密运算放大器 ADA4075-2的低通滤波器/缓冲器级。

 


图3. 四扬声器车载音响系统

继续阅读
AI挥别云端牵手边缘,全新架构帮助其顺利入围

随着人工智能(AI)能力从云端转向边缘,芯片制造商必然会找到可行的方法,在更小、更高效,且成本更低的设备中实现各种AI功能,比如神经网络处理和语音识别等。

恩智浦打造更安全、更智能的AI-IoT新引擎,机器学习新革命或将来临

为了实现保护物联网边缘设备和云至边缘连接安全的愿景,恩智浦半导体将强化的安全子系统和软件生态系统合并成安全执行环境(SEE),以增强可信性、隐私性和保密性。在公司新推出的基于Cortex-M33的解决方案LPC5500微控制器和i.MX RT600跨界处理器中,这些新安全特性形成主要亮点。

所谓的人工智能芯片,就是很多个DSP的叠加?

  所谓人工智能,根据1956年达特茅斯会议的定义,就是“让机器行为看起来就像是人所表现出来的智能行为一样”。不过虽然这句话理解起来很简单,想真正实现却非常困难。在人工智能的发展过程中,逐渐划分出两个发展阶段:强人工智能和弱人工智能。

“华睿1号”——填补了我国多核DSP领域的空白

“华睿1号”是中国电科14所牵头研制的国内首款具有国际先进水平的高端四核DSP芯片填补了我国多核DSP领域的空白。经过七年艰苦卓绝的奋斗,芯片设计、软件开发、平台研制、应用验证等工作顺利完成,目前华睿1号信号处理平台已成功应用于十多型雷达产品中,为我国雷达装备高端处理芯片国产化写下浓墨重彩的一笔。往昔历历在目,今朝点点于心。

非特定人车载音响语音控制系统

随着现代电子技术在汽车系统中的不断应用,越来越多的车载电器加入到车身电子行列中,使得汽车的各种性能都得到了极大的改善,但汽车驾驶室的开关也越来越多,这就为驾驶员行车中对车载电器的操作提出了更高的要求,

精彩活动