传统的汽车音频架构主要涉及音响主机、放大器、扬声器和麦克风之间的多个点对点的模拟连接，模拟信号需要专用的屏蔽电缆来传输音频信号。
随着高级音响系统的发展，音频的节点越来越多，对应模拟信号所需要的电缆数量也迅速增加，这导致了电缆重量、电缆成本、布线难度和可靠性问题的显著提高。
传统音频架构的模拟信号连接
数字通信技术的出现，解决了模拟信号的很多问题，也仍然存在一些局限。比如常用的I2S是一种点对点的连接方式，每个I2S接口通常只能连接1个主设备和1个从设备。当系统中有多个音频设备需要连接时，需要多个I2S接口，这时会增加系统的复杂性和布线成本。
其次，I2S传输距离有限，通常在几厘米到几十厘米之间，适合板内的连接，不适合长距离传输。
另外，I2S需要独立的时钟线，容易受到电磁干扰（EMI）的影响，特别是在汽车环境中，电磁干扰较为严重，可能导致音频信号质量下降。
其它的数字通信也有一些局限，比如TDM需要多根线束连接、传输距离短；PDM的同步比较困难，也不适合长距离传输。
A2B通信技术的出现，不仅通过简化连接和降低电缆重量解决了模拟信号技术的难题，同时也提供了一种更高效的音频传输解决方案，解决了早期数字信号的难题，适合多设备、长距离、高可靠性的音频系统，比如汽车内的音响系统。
1.A2B通信技术简介
A2B是由Analog Devices,Inc.（ADI）公司开发的一种通信技术，是一种高带宽、双向的数字音频总线技术。
A2B是Automotive Audio Bus的缩写，表示汽车音频总线，从名字上可以看出，它是专为汽车音频设计的总线。A2B总线通过非屏蔽双绞线(UTP)电缆和连接器，可以在分布式多节点音频系统中传输完全同步的音频数据(I2S/TDM/PDM)和控制数据(I2C/SPI)。
新型音频架构的A2B总线信号连接
传统的音频系统要接入大量的音频屏蔽线，而新型的A2B音频系统使用菊花链式的布局，两个节点之间只需要两根差分线即可。
2.A2B通信系统架构
A2B网络是单主多从系统，由1个主节点和最多16个从节点组成。主节点包含一个连接到主机处理器的A2B收发器，主节点为所有从节点生成时钟、同步和帧，将音频、控制数据和I2C/SPI数据发送到A2B总线上，主A2B收发器可通过控制端口(如I2C)编程，用于配置和回读。
子节点的复杂程度不一，复杂的如具有强大处理能力的音频功放，简单的如麦克风节点。子节点中的A2B收发器与各种外设接口，例如麦克风、数字信号处理器(DSP)、扬声器、传感器（如加速度计）或D类放大器相连。
由于A2B数据流中嵌入了控制端口协议的扩展，所以主节点能直接访问从收发器上的寄存器和状态信息，以及远程I2C之间的通信。
A2B网络常用菊花链拓扑
其中的A端口面向上游节点，B端口面向下游节点，主节点向子节点传输的数据是下行的数据流，反之则是上行的数据流。
3.A2B通信技术特性
A2B通信技术主要具有以下几个特性：
1） 低成本
A2B技术利用单一的非屏蔽双绞线(UTP)，支持最长15米的节点间距离和80米的总长度，可显著降低电缆的数量、重量及成本。
2）高带宽
A2B技术支持点对点、菊花链和分支等拓扑，可提供50Mbps的总线带宽，上下行支持最多32个音频通道；
3）双向传输
A2B收发器使得I2C主机能够访问系统内所有收发器，简化了设计，可实现I2S/TDM/PDM数据流、I2C控制信息以及时钟信号和电源等信号的双向传输。
4）确定性延迟
系统延迟完全可预测，具有小于50μs的确定性延迟，并且与音频节点在A2B总线上的位置无关。这使其成为延迟敏感型应用的非常有吸引力的解决方案，例如主动降噪(ANC)、路噪降噪(RNC)、回声消除和降噪(AEC-NR)、波束成型(BF)等。
5）同步时钟机制
A2B网络确保所有节点的时钟同步，这对于需要精确时序的应用（例如主动噪声消除）而言至关重要。
6）支持总线供电
除了支持本地供电外，A2B技术还提供总线远程供电，供电能力最高可达300mA，特别适合于数字麦克风的应用。
4.A2B收发器
A2B总线的主要目的是提供一种通道，把数字格式的音频数据通过这个通道传输到远距离的节点，而音频数据本身存在不同的格式。
A2B总线需要使用专用的收发器来实现不同信号的转换，收发器会将这些不同格式的音频数据、控制信号等输入信号融合在一起，通过特殊的超帧机制，按统一的输出信号格式传输。
A2B收发器AD243x功能框图
上面的功能框图中，I2S/TDM PDM是不同音频数据格式的数据接口，I2C、SPI/PWM是用于控制音频数据传输的控制接口，TRXA和TRXB就是用于外部总线连接的上行和下行总线接口。
4.1 I2S
I2S是Integrated Interchip Sound的缩写，是一种数字音频传输标准，用于数字音频在系统内部器件之间的传输。
I2S是比较简单的数字接口协议，没有地址或设备选择机制，I2S协议只定义三根信号线，时钟SCK，数据SD和左右声道选择WS。
4.2 TDM
TDM是Time Division Multiplexing的缩写，表示时分复用，基本原理是通过不同时段传输不同的信号，达到多路传输的目的。适用于需要高效传输多通道音频的场合。
4.3 PDM
PDM是Pulse Density Modulation的缩写，表示脉冲密度调制，也是一种将模拟信号数字化的方法，但它不像PCM用固定频率采样，而是使用远高于PCM采样率的时钟采样调制模拟分量，PDM的逻辑比较复杂，需要使用抽取滤波器将采样到的密度分量转换为幅值分量，其优点是只需要两根线，在数字麦克风领域，应用最广的就是PDM接口，其次为I2S接口。
A2B总线的收发器分为不同的类型，主节点和子节点使用的收发器有可能是不同的，比如AD2432W只用于子节点，AD2431W只能用于末端节点。具体型号区别如下表所示：
AD243x系列收发器特性对比
5 数据传输
5.1超帧
所谓超帧是指多个普通帧的结合，其目的是优化资源调度，通过层级化的数据组织，解决单一帧无法应对的复杂需求。
A2B音频总线中也使用了超帧的概念， A2B通过超帧结构将音频数据、控制信号和电源分配整合到单路的双绞线上，同时支持多节点级联和实时通信。超帧是A2B实现高同步性、低延迟和高效数据传输的核心机制。
A2B的超帧是一个周期性重复的时间片序列，每个超帧由多个时隙（Slot）组成，分为不同功能区域，用于传输音频、控制信息和同步信号。
超帧周期通常为 48kHz音频采样率对应的周期（约20.83μs），与音频采样率同步。
每个超帧包含固定数量的时隙，用于主节点（Master）与从节点（Slave）之间的数据交互。
每个时隙根据配置可包含12bit至32bit的数据字段。每个音频通道占用固定时隙，支持多达 32个音频通道（上行+下行）。此外，它还支持动态节点增减和配置调整。
超帧具体是由多个下行和上行的同步数据时隙、同步控制和同步响应帧组成。其中的同步数据时隙不仅可以承载音频应用中的I2S和TDM数据，也可用来承载其他类型的数据。
超帧结构
超帧结构中的Sync Control Frame和Sync Response Frame表示同步控制帧和同步响应帧，用于节点间的时钟同步，确保所有设备严格对齐，相当于下行数据和上行数据的起始标志。
Downstream表示下行数据，就是主节点向从节点发送的数据，通常是音频数据（例如扬声器信号、参考时钟）、控制命令和配置信息（如增益、滤波器设置）。
Upstream表示上行数据，就是从节点向主节点返回的数据，通常返回的是音频数据（如麦克风信号或其他传感器数据）或状态反馈（如节点故障报告、电源状态）。
超帧的基本工作原理是主节点发送超帧起始的同步脉冲（Sync脉冲）后，从节点会检测Sync脉冲并校准本地时钟，然后所有节点就都会按预定时序发送/接收数据，确保时间严格对齐，严格的时间分配可以避免信号冲突。
主节点发起一个超帧的传输，在同步控制帧之后加入同步（音频）和异步(I2C/SPI)数据。每个子节点可以使用或消费一些下行数据，并为其他下行节点添加数据。总线上的最后一个子节点发起超帧的上行部分，每个节点在同步响应帧之后添加额外的同步数据，每个节点都可以使用或消费上行数据。
A2B还可以通过超帧结构实现总线供电（PoC），主节点可通过双绞线为从节点提供电源（典型电压 12V）。具体方式是如果选择了此功能，则可以在超帧的特定时隙中叠加直流电源，与数据信号共存。这种低功耗的设计使从节点无需独立电源，特别适合车载或工业传感器网络等场景。
超帧通常是指通过组合帧来提升效率的帧
5.2 I2C通信
I2C是常用的板内的芯片间的通信协议，很多MCU和外设都有I2C接口，A2B收发器的I2C接口用于本地访问A2B收发器的寄存器，并可以通过A2B总线访问远程I2C设备，与远程设备进行I2C通信时，I2C相关的数据会嵌在A2B通信数据包内。
当收发器作为主节点时，I2C只作为从设备；
当收发器作为从节点时，I2C既可以选择作为主设备，也可以选择作为从设备，系统也允许多主设备存在；
I2C通信
如上图所示，1个主节点和2个子节点，上电后主节点中的控制器需要对主节点和子节点中的收发器的寄存器进行配置，这都是通过I2C接口来实现的。
主节点中的收发器可以直接通过I2C访问；子节点中的收发器需要通过I2C-A2B进行间接的I2C通信；子节点的I2C外设就比较麻烦，比如节点1的外设就需要I2C-A2B-A2B-I2C进行间接的通信。同样的ACK应答信号也需要通过同一个路径返回。
I2C Device Address
1个收发器可以配置成两种I2C地址，BASE_ADDR是直接访问，也就是主节点使用；BUS_ADDR是远程访问，也就是子节点使用。
ADR2和ADR1是由收发器的端口外部电路决定，比如收发器的ADR1/IO1和ADR2/I02引脚接地时，这两个地址位的数值为0；
5.3 SPI数据
早期的收发器只支持I2C通信，最新一代A2B收发器系列(AD243x)引入了第三种传输机制，可以在A2B超帧的同步时隙内远距离传输SPI数据。
A2B收发器SPI接口可用于多种不同的应用，以高达10MHz的SPI时钟速率来接口A2B收发器，实现对子节点收发器中的寄存器和状态信息的直接访问，与子节点中支持SPI的外设通信，甚至可以在没有主节点参与的情况下支持子节点之间的SPI到SPI通信。
6.A2B与其它音频传输方案对比
除了传统的模拟方案、数字I2S方案和A2B方案外，还有MOST总线方案、车载以太网中还有AVB方案，AVB用于通过以太网传输音频和视频。它基于一系列IEEE标准，如TSN（时间敏感网络），确保音频和视频数据在网络中稳定、流畅地传输。
A2B与其它方案的主要特点对比如下表所示：
不同音频传输方案对比
通过以上对比可知，A2B在简化布线、延迟、扩展性、成本之间达到了比较好的平衡，综合性能优异，为复杂音频系统提供了一种高效、可靠且低成本的解决方案。
7.小结
A2B是一种高带宽、双向的数字音频总线技术，具有低成本、确定性延迟等特性，支持麦克风、扬声器等多通道音频的同步传输，满足实时语音处理，包括车载免提通话、音频路由、路噪降噪或环境降噪等主动降噪声学问题都可以通过A2B通信技术解决。此外，A2B总线还可以在同一网络上传输非音频数据，这些特点使A2B在简化布线、延迟、扩展性、成本之间达到了比较好的平衡，综合性能更好！
