促進聯網汽車的收音機/音頻技術再進化

作者：Alick Einav，SiliconLabs 汽車產品營銷經理

新的技術正在不斷挑戰汽車收音機供貨商，促使他們改善收音機接收能力，同時滿足不同的需求和成本目標。天線、顯示器、車聯網和新的數字廣播標準的變化，使得汽車收音機更加多樣化，同時也會給汽車收音機供貨商帶來新的挑戰。Silicon Labs（亦稱“芯科科技”）特別撰寫了本篇技術文章，進一步討論這些挑戰，以及新的IC器件如何協助收音機供貨商解決這些問題。歡迎點擊“閱讀原文”至Silicon Labs中文論壇閱讀完整文章。

汽車收音機供貨商面臨的問題/挑戰

當代的汽車收音機與十年前相比是截然不同的。天線、顯示器、車聯網和新的數字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貨商帶來了一系列新的挑戰。以下是新一代汽車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通常是放在駕駛員的中控臺處，從天線到收音機以及收音機到功放都有專門的走線。相比之下，許多現代設計使用中控臺作為控制中心（如圖1所示），其與放置在其他地方（通常是更靠近汽車天線的位置，如后備箱）的收音機系統進行通信。更靠近收音機天線的位置可以降低布線成本和車輛重量，從而有助于提高車輛的里程。

車載影音網絡

越來越多的車型部署了車載影音網絡，如MOST或以太網AVB。影音網絡圍繞車艙運行，使得每個音頻系統能夠被放置在車輛中的最佳位置，如圖2所示。因此，不同音頻系統之間不會使用專用走線，而是讓每個音頻系統，例如收音機或音頻放大器連接到網絡，并可以通過網絡向其他音頻系統發送數據或從其他音頻系統接收數據。

圖1：影音網絡運行在當今車輛的整個車艙內

嵌入式收音機天線

長長的收音機天線從車里伸出來的日子已經過去了。現在的大多數汽車已經將收音機天線嵌入在后車窗、側視鏡或放置在車頂上的小鯊魚鰭中（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，但這些天線具有較低的天線增益，對實現良好的收音機接收性能帶來了新的挑戰。

圖2：現在的汽車中，收音機天線通常嵌在后車窗、側視鏡或車頂的鯊魚鰭結構中。

二次天線改善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與主天線不同的位置，并且指向不同的方向，當主天線接收到的收音機信號受動態駕駛條件的影響而減弱時，收音機系統也能維持良好的接收。

部署數字音頻廣播

除了傳統的模擬收音機（AM和FM）之外，數字收音機現在已在許多國家推出。不同的國家和地區采用了不同的數字收音機標準。例如，北美使用HDRadio，歐洲采用DAB，印度使用DRM，中國剛剛開始部署CDR。

數字音頻電臺以數字格式發送數字廣播信號，其提供更好的音頻質量以及向駕駛員提供額外的信息（例如歌曲名稱、歌手姓名等）。通常，在數字電臺發送的音樂也會在模擬電臺上同時發送，這樣當數字電臺信號超出接收范圍時，收音機可以無縫切換到模擬電臺上的相同內容，以保持車內的音頻播放不間斷。

DAB和DRM與模擬的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字收音機優化的第二支天線。數字收音機可能會有不同的功能，例如天線分集（改善了數字收音機的接收）或數字收音機頻帶的不間斷掃描以為司機建立和呈現可用電臺的列表。目前，部分汽車（并非全部汽車）會部署數字收音機，迫使收音機供貨商要同時開發可支持和不支持數字收音機功能的收音機。隨著數字廣播不同功能需求的出現，系統的變化使收音機供貨商的開發和產品進一步復雜化。

改進/增強的車艙音頻表現

新的和高級的數字信號處理技術可用于改善車載音頻體驗，豐富汽車音頻以及減小來自引擎或道路的噪音。

汽車收音機分級和價格壓力

汽車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，收音機供貨商需要支持不同的數字音頻廣播標準，進一步使收音機產品復雜化。這些市場趨勢使收音機供貨商面臨著開發不同高性能收音機接收系統的挑戰性任務，同時還要滿足汽車廠商的成本目標。

收音機供貨商的研發預算有限，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。沒有一家收音機供貨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，收音機供貨商一直在尋找縮短收音機開發周期的方法，以及盡可能重復利用其研發投入來覆蓋更多細分市場。軟件開發占用了越來越多的收音機開發周期，因此硬件和軟件開發的重復使用至關重要。

不同的收音機系統范例

• 單AM/ FM接收器（入門級系統）。如圖4所示，該收音機系統位于中控臺的音響主機中，由微控制器控制，將音頻發送到放大器。

圖3：入門級收音機系統位于中控臺的音響主機中。AM/FM天線；音響主機；微控制器；AM/FM接收器；揚聲器/放大器

• 具有FM相位分集和音頻后處理的雙收音機接收器。如圖5所示，該收音機系統位于中控臺的音響主機中。該音頻系統可能包括專用音頻數字信號處理器（DSP），用于高級音頻后處理功能，例如艙內均衡和環繞聲。

圖4：具有雙收音機接收器的系統位于中控臺的音響主機中。FM天線(分集接收)；AM/FM天線(主天線)；音響主機；微控制器；AM/FM接收器；FM接收器；音頻DSP 音量、重低音、環繞音效等；揚聲器/放大器

擁有兩個具備FM相位分集的模擬接收器和兩個DAB接收器（用于歐洲的數字廣播接收）的收音機系統。兩個天線接收模擬和數字電臺，并為模擬和數字接收提供天線分集。當數字收音機信號變得太弱時，系統在數字收音機和模擬收音機之間無縫地連接。該收音機系統包括音頻DSP，用于高級音頻后處理功能，例如艙內均衡和環繞聲，同時還可減輕引擎的噪音。該收音機系統可能位于后備箱或中控臺外的另一個位置。音頻可以通過汽車網絡（使用微控制器）或專用線纜來聯網。

圖5：多接收器遠程收音機系統位于汽車后備箱或中控臺外的另一個位置。天線1；天線2；遠程調諧器系統；AM/FM接收器；DAB接收器；音頻DSP；音量、重低音、環繞音效等；微控制器；音頻DSP；降低引擎噪音

現代收音機設計的新組件解決方案

新的收音機接收器IC幫助收音機供貨商實現最佳接收性能的同時，可以在多個產品上復用其硬件和軟件開發。例如，芯科科技（Silicon Labs）新一代引腳兼容的Global Eagle和Dual Eagle收音機接收器產品系列，使汽車收音機供貨商能夠設計出一個以盡可能低的系統成本覆蓋多種不同收音機系統配置的系統。該收音機接收器產品系列包括支持單或雙收音機接收器的封裝和引腳兼容，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DualEagle系列中的所有IC都具有相同的API命令，從而使收音機供貨商能夠在眾多收音機系統中重用軟件。

這些器件還包括一個強大的音頻DSP，用于運行音頻控制功能，如音量控制、低音控制、艙內均衡、環繞聲和降噪。集成的模數轉換器（ADC）和數模轉換器（DAC）則消除了對外部編解碼器的需求。

總結

汽車在許多方面正發生巨大的技術變革，這種趨勢已延伸至車艙內的收音機接收和音頻/噪音處理。汽車收音機供貨商必須處理許多新技術和車廠的不同要求，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貨商能夠開發可提供良好接收性能的收音機系統，并可以盡可能低的成本從入門級系統擴展到高級系統。現在的汽車收音機系統遠遠超過了十年前在汽車上使用的任何收音機系統，并且有跡象表明這種趨勢將持續到未來十年。