新技術正不斷挑戰車用收音機方案供應商,促使其改善收音機的接收能力,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元件如何協助收音機廠商解決這些挑戰。

車用收音機廠商面臨的挑戰

現代的車用收音機與十年前比較是截然不同的。天線、顯示器、車聯網和新的數位廣播標準的變化,使得車用收音機更加多樣化,但也為車用收音機供應商帶來了一系列新的挑戰。以下是新一代車輛中最新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的中控台處,專用走線從天線到收音機,再從收音機佈線到揚聲器放大器。相較之下,許多現代的設計使用中控台作為控制中心(如圖1所示),並與放置在其他地方的收音機系統進行通訊,例如通常放在更接近車用天線位置的車輛後行李箱。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行車里程。

20171020_Silabs_NT31P1 圖1:傳統收音機系統位於中控台的位置 (來源:Silicon Labs)

車載影音網路

越來越多的車型部署了車載影音網路,如媒體導向系統傳輸(MOST)或乙太網路音訊/視訊橋接(Ethernet AVB)。影音網路圍繞車艙內運行,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,而且可以透過網路其他音訊系統發送或接收資料。

20171020_Silabs_NT31P2 圖2:影音網路運行在當今車輛的整個車艙內 (來源:Silicon Labs)

嵌入式收音機天線

收音機天線從車裡延伸而出的時代已經過去了。如今大多數的汽車都將收音機天線嵌入車後玻璃、兩側的後視鏡或放置在車頂上的小鯊魚鰭結構內(如圖3所示)。現代化的嵌入式天線能讓車輛的外觀看起來更加簡約,但是對於良好的收音機接收品質而言,這些天線具有較低的天線增益,因此也帶來了新的挑戰。

20171020_Silabs_NT31P3 圖3:現代化汽車中的收音機天線通常嵌在車後玻璃、兩側的後視鏡或放置在車頂上的小鯊魚鰭結構內 (來源:Silicon Labs )

第二天線改善FM接收(天線分集接收)

為了改善FM接收,包括由嵌入式天線引起的接收挑戰,一些車型中配置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行駛條件影響時,收音機系統也能持良好的接收。

部署數位廣播

除了傳統的類比收音機(AM和FM)之外,數位廣播現已在許多國家推出了。不同的國家和地區採用了不同的數位廣播標準。例如,北美部署了HDRadio、歐洲採用DAB、印度使用DRM,中國則剛開始部署CDR。

數位廣播電台以數位格式發送無線電波,提供了更好的音訊品質,並且為駕駛人提供更多的資訊(例如歌曲名稱、歌手姓名等)。通常,音樂可同時在數位電台與類比電台播放,因此,當車子開始超出接收數位電台訊號的範圍時,收音機可以無縫地切換到類比電台上的相同內容,以保持車內不間斷的音訊。

數位音訊廣播(DAB)和數位版權管理(DRM)傳送時所採用的頻率並不同於類比AM/FM,因而需要額外的調諧器,以及針對數位電台頻率範圍最佳化的第二支天線。數位收音機可提供不同的功能,例如天線分集接收(如同改善類比廣播接收一樣,也用於改善數位廣播的接收)或數位廣播頻段的持續掃瞄,以便為駕駛人建立和呈現可用的電台清單。

目前數位收音機裝置已經部署於一部份(但非全部)的汽車中,使得收音機供應商必須同時開發可支援和不支援數位廣播的收音機。隨著數位廣播的出現及其不同的功能需求,系統的變化使得收音機供應商的產品開發和供應更加複雜化。

改善/增強車艙內的音響效果

新的和先進的數位訊號處理技術可用於改善車載音訊體驗,豐富車子的音訊以及減少來自引擎或道路的噪音。

車用收音機分級和價格壓力

車輛中部署的收音機系統按價格可分為高級、中級和入門級。即使是相同的車型中,通常也會有多種級別的收音機產品。此外,收音機廠商必須支援不同的數位廣播標準,也進一步使收音機產品複雜化。這些市場趨勢使得收音機廠商面臨著開發不同收音機系統的挑戰性任務,以實現良好的訊號接收,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,必須妥善管理,才能開發出盡可能在最多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因應汽車收音機系統的所有細分市場要求。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以滿足最多的車型。軟體開發佔用越來越多的收音機開發週期,因此硬體和軟體開發的重覆使用至關重要。

不同的收音機系統範例

.單個AM/FM接收器(入門級系統)。如圖4所示,該收音機系統位於中央控制台的音響主機(head unit)中,並由微控制器控制,將音訊發送到放大器。

20171020_Silabs_NT31P4 圖4:入門級收音機系統位於中控台的音響主機中 (來源:Silicon Labs

.具有FM相位分集接收和音訊後處理的兩個收音機接收器。如圖5所示,該收音機系統位於中央控制台的音響主機中。音訊系統可以包括專用的音訊數位訊號處理器(DSP),用於先進的音訊後處理功能,例如車艙內的音響等化和環繞音效。

20171020_Silabs_NT31P5 圖5:具有兩個收音機接收器的系統位於中控台的音響主機中 (來源:Silicon Labs)

.遠端收音機系統擁有兩個帶有FM相位分集接收的類比接收器,以及兩個DAB接收器(用於歐洲的數位廣播接收)。兩支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接收。當數位電台訊號變得太弱時,系統即無縫地連接數位電台和類比電台。這種收音機系統包括用於先進音訊後處理功能的音訊DSP,例如車艙等化和環繞音效,同時還可減輕引擎的噪音。收音機系統可能位於後行李箱或中控台外的另一位置,通常以汽車網路(使用微控制器)或專用纜線連接音訊。

20171020_Silabs_NT31P6 圖6:多個接收器的遠端收音機系統位於汽車後行李箱或中控台外的另一個位置 (來源:Silicon Labs)

現代收音機設計的新元件方案

新的收音機接收器IC可協助收音機供應商實現最佳化的訊號接收,同時在多個產品線上重覆使用其硬體和軟體開發。例如,芯科科技(Silicon Labs)接腳相容的全新Global Eagle和Dual Eagle收音機接收器系列,有助於車用收音機廠商設計出一種以盡可能低的系統成本涵蓋許多不同收音機系統配置的收音機系統。收音機接收器產品包括支援一個或兩個收音機接收器的封裝和接腳相容IC,使開發人員能夠在任何指定的配置中擴展具有不同選項的收音機系統。此外,Global Eagle和Dual Eagle系列中的所有IC都具有相同的應用編程介面(API),從而使收音機供應商能夠在許多收音機系統中重覆使用軟體。

這些元件還包括一款強大的音訊DSP,用於執行音訊控制功能,例如音量控制、低重音控制、艙內等化、環繞音效以及減輕噪音。同時提供整合型類比數位轉換器(ADC)和數位類比轉換器(DAC),而無需使用外部編解碼器(CODEC)。

總結

汽車的發展在許多方面正發生著巨大的技術革命,這種趨勢延伸到車艙內的收音機接收和音訊/噪音處理。車用收音機廠商必須處理許多新技術和汽車原廠的不同需求,同時滿足更嚴苛的成本目標以及緊湊的開發時間表。新的IC解決方案使收音機供應商能夠開發提供良好接收能力的收音機系統,並能以盡可能最低的成本從入門級系統擴展到高階系統。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,並且有跡象顯示這一趨勢將持續至未來十年。

(參考原文:Evolving Radio/Audio for Connected Cars,by Alick Einav, Automotive Marketing Manager, Silicon Labs)