JavaScript is currently disabled.Please enable it for a better experience of Jumi.
 Annonsera Utgivningsplan Månadsmagasinet Prenumerera Konsultguide Om oss  About / Advertise
onsdag 17 juli 2019 VECKA 29
Direktblandande integrerade kretsar och kompakta konstruktioner är två viktiga steg på vägen mot lika bra ljud i bilen som hemma i vardagsrummet, skriver John Crawford på Wolfson Microelectronics.
Fram tills nyligen var de flesta nya bilar utrustade med enkla ljudanläggningar; en bilstereo i mittkonsolen med analog radio och CD- eller kassettbandspelare, kopplat till två eller fyra högtalare.

I dag är ljudmiljön i bilar en komplex blandning av analoga och digitala enheter, som CD- och DVD-spelare, satellitnavigator, analog eller digital radio, satellitradio, MP3-spelare, hörlurar, surroundhögtalare och mobiltelefoner. Alla dessa enheter måste helt eller delvis integreras med ljudanläggningen.
Image
Billtillverkarna använder dessutom ljudteknik som ett sätt att differentiera sina bilar. Avancerade ljudsystem är inte längre något förbehållet lyxbilar, utan ingår i allt större utsträckning som standard i mellan- och lågprissegmenten.

Ljudkvalitet – en allt viktigare fråga. Figur 1 visar en typisk layout över navigerings- och mediaenheterna i en modern bil. För att ljudsystemet ska återge ljudet på bästa möjliga sätt måste konstruktörerna ta hänsyn till såväl det begränsade utrymmet som till hur vägbuller och samtidig användning av flera ljudenheter påverkar ljudupplevelsen.
En bil är ett dyrt skal för inbyggda multimediaenheter, och kvaliteten på ljudsystemet bidrar till den totala kvalitetskänslan. Ingen biltillverkare vill att motorjournalisterna ska ge deras senaste bilmodell ett lågt betyg för att bilstereon är av undermålig kvalitet.
Ljudkvaliteten måste därtill vara så hög att den kompenserar för att en bilkupé är långt ifrån den perfekta lyssningsmiljön. Med andra ord måste de komponenter som systemet består av ge en mycket hög ljudkvalitet trots störande vägljud, vibrationer i karossen och skiftande temperaturer.

Ett system är aldrig bättre än dess komponenter. Ljudkällorna i bilar med moderna ljudanläggningar genererar en mängd analoga och digitala signaler som alla måste behandlas och routas på rätt sätt. Det krävs avancerade AD- och DA-omvandlare och kodare för att koda och avkoda dataformat som MP3, C3 (Audio Codec 3), AAC (Advanced Audio Coding), WMA (Windows Media Audio), för att nämna några av de vanligaste. Dessutom tillkommer ständigt nya format.

För att konstruera ett system som uppfyller de nämnda kraven är det en klar fördel att använda sig av direktblandande kretsar som hålls åtskilda från DSP:n. Analoga kretsar görs med större geometrier än de digitala. Det arbete som krävs för att försöka kombinera den digitala med den analoga världen i en och samma krets skulle heller inte betala sig för konstruktörerna. Tvärtom kan en stor digital krets placerad intill en analog krets orsaka att den komplexa analoga konstruktionen drabbas av interferens.

En bättre lösning är att placera AD- och DA-omvandlarna med tillhörande funktioner på en separat, integrerad direktblandande krets. Detta gör det lättare att kontrollera och mäta brus och störningar med hjälp av vanliga parametrar som bandbredd, signal-brusförhållande och total harmonisk distorsion. Figur 2 visar ett ljudsystem med den arkitekturen.

Signalomvandling och routning kan göras enklare. I takt med att antalet  ljudanläggningar ökar så ökar även behovet av att integrera en flerkanalig kodare för signalomvandling, routning och transmission i systemets kärna. Ett exempel på en sådan krets är Wolfson WM8770 – en 24-bitars stereokodare som använder sig av sigma-delta-översampling för att uppnå högkvalitativ ljudomvandling och ”intelligent” routning på systemnivå.

Med ”intelligens” avses i det här fallet det sätt på vilket en ensam integrerad krets hanterar ett flertal ljudprocesser. Blockdiagrammet i Figur 3 visar en 8-till-1 källväljare som tar emot analoga signaler från bilens CD-spelare, DVD-spelare, satellitnavigator, inbyggda telefon eller andra enheter och sedan routar dessa till den tvåkanaliga stereo-AD-omvandlaren.

Ett vanligt upplägg är att ansluta CD-spelaren som en ingångskälla och den inbyggda telefonen som en annan; om CD-spelaren är igång och telefonen aktiveras, växlar kodaren automatiskt mellan de båda källorna för att acceptera telefonsignalen. Ett annat upplägg är att låta kodaren routa CD-spelaren till högtalarna samtidigt som den sänder en DVD-signal till hörlursuttagen i baksätespassagerarnas armstöd.

Denna kompakta krets tillhandahåller gränssnitten för signalomvandling, routning, volymkontroll, mikrofon och hörlursuttag. Med sina små mått frigör kretsen kortyta, och de många inbyggda funktionerna gör att antalet komponenter kan hållas nere.

För att säkerställa en hög ljudkvalitet är kretsen mycket stabil samtidigt som den har ett bra skydd mot EMI. Det utmärkta signalbrusförhållandet och det breda dynamiska området gör att konstruktörerna enklare kan kompensera för vägbuller, vibrationer i karossen och andra störande ljud som når in i kupén.

Lösningar för externa ljudenheter.
DVD-spelare, navigeringssystem och andra externa ljudenheter i bilar är ofta placerade i armstöd eller nackstöd – platser där det inte finns utrymme för skrymmande lösningar. Kretsarna där måste därför vara extra kompakta, samtidigt som ljudkvaliteten hålls hög.

Wolfsons WM8718 QFN är en 24-bitars tvåkanalig DA-omvandlare som tack vare att den mäter endast 4 x 4 mm kräver ett mycket litet mönsterkort. Omvandlaren lämpar sig för användning i externa ljudenheter, till exempel ett DVD-gränssnitt. Trots det kompakta formatet erbjuder den mycket höga prestanda, Signal-brusförhållandet är imponerande 111 dB och THD (total harmonisk distorsion) är –100 dB. Kombinerat med stöd för samplingsfrekvenser på uppemot 192 kHz ger detta konstruktörerna tillgång till ett kristallklart ljud. QFN står för Quad Flat No-Leads, en kapsling med extra tålig kiselbricka som mildrar effekterna av vibrationer i bilkarossen. Enheten är specificerad för –40 till +85° C. DA-omvandlaren är utrustad med digital volymreglering och de analoga utsignalerna kan routas till den externa enhetens hörlursuttag eller till kodaren i centralenheten.

Bredda det digitala området? Istället för att omvandla DVD-ljudet till analogt format vid den externa enheten och omvandla tillbaka till digitalt format igen vid den centrala enheten, kanske konstruktörerna istället väljer att koppla den digitala signalen mellan enheter. Allt fler ljudenheter genererar digitala ljudsignaler, och risken för försämrad signalkvalitet kan reduceras med hjälp av lätta fiberoptiska kablar som förbinder de digitala enheterna i ljudsystemet.

Det digitala gränssnittet S/PDIF (Sony/Philips Digital Interface) utvecklades för att underlätta överföring av digitalt ljud. Många transceiverkretsar av typen S/PDIF dras emellertid med begränsningar som: för hög jitternivå, för få ingångar och utgångar, otillräcklig felåterkoppling och inget stöd för 192 kHz-data. Tidsjitter kan påverka ett ljudsystem mycket negativt, eftersom små variationer eller felaktigheter i den digitala dataöverföringen kan leda till att kvaliteten på den underliggande analoga signalen försämras kraftigt.

Detta problem löser den avancerade 24-bitars kodaren Wolfson WM8777. Kodaren är utrustad med en förbättrad S/PDIF-transceiver som har en mycket hög toleranströskel för tidsfel i inkommande signaler. WM8777 har en avancerad faslåst slinga som gör det möjligt att filtrera bort jitter i S/PDIF-signalen och sända signalen på nytt.

Eftersom WM8777 är en avancerad kodare är den utrustad med en åttakanalig DA-omvandlare och en tvåkanalig AD-omvandlare. Ett sekundärt ljudgränssnitt ger anslutningsbarhet till flera digitala I2S-ljudsystem, exempelvis effektprocessorer, vilket både förenklar systemkonstruktionen och sänker kostnaderna. WM8777 stöder även funktioner som basjustering, tonkontroll/equalizer och en integrerad förstärkare för stereohörlurar – funktioner som möjliggör kretskort med ännu kompaktare mått.

Bilunderhållning har genomgått dramatiska förändringar de senaste åren. Även om konsumenterna knappast byter ut alla sina hemunderhållningsenheter vart fjärde år så är det troligt att de köper ny bil med ungefär det intervallet.

Priset fortsätter att vara en viktig faktor för ljudsystem, men kvalitet håller på att ta över som den viktigaste parametern. Bilelektroniktillverkarna vill därtill framtidssäkra sina produkter, exempelvis med de tekniker för anslutning av ljudenheter i bilar som nu håller på att växa fram. Ett annat exempel är möjligheterna att överföra data mellan bilen och ljudenheter i bostaden.
MER LÄSNING:
 
Branschens egen tidning
För dig i branschen kostar det inget att prenumerera på vårt snygga pappers­magasin.

Klicka här!
SENASTE KOMMENTARER
Kommentarer via Disqus

Vi gör Elektroniktidningen

Anne-Charlotte Sparrvik

Anne-Charlotte
Sparrvik

+46(0)734-171099 ac@etn.se
(sälj och marknads­föring)
Per Henricsson

Per
Henricsson
+46(0)734-171303 per@etn.se
(redaktion)

Anna Wennberg

Anna
Wennberg
+46(0)734-171311 anna@etn.se
(redaktion)

Jan Tångring

Jan
Tångring
+46(0)734-171309 jan@etn.se
(redaktion)