T-box系統(tǒng)解決方案緊急呼叫單元

遠程信息處理控制單元（TCU或T-BOX）是一種嵌入式車載系統(tǒng)，可應(yīng)用于車輛的無線跟蹤與通信等領(lǐng)域。

在本系列的文章中會依次對以下主要模塊進行詳細介紹：

第一節(jié)：電源軌；

第二節(jié)：充放電管理；

第三節(jié)：接口

第四節(jié)：緊急呼叫單元；

第五節(jié)：無線連接單元；

第四節(jié) 緊急呼叫單元

緊急呼叫單元eCall（Emergency Call）是T-BOX的重要組成部分，當(dāng)汽車在行駛過程中發(fā)生意外事故時，eCall通過移動電話和衛(wèi)星定位功能，與救援中心建立聯(lián)系并及時調(diào)動救援服務(wù)，從而挽救生命。

“安全無小事，生命大于天?！?歐盟已有明確規(guī)定，2018年4月以后銷售的所有汽車都必須安裝eCall車載系統(tǒng)。聯(lián)合國擬定的草案也對通話時長、備用電池以及聲音強度做出了明確要求。通話（Voice Communication Mode）時長不少于5分鐘，且電話回調(diào)（Callback Mode）時長不少于20分鐘；備用電池只能為車載系統(tǒng)IVS（In-vehicle System）供電；接收響度等級RLR（Receiving Loudness Rating）為2dB。相信未來國內(nèi)也會進一步制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和強制性的標(biāo)配。

對于eCall，TI提供的系統(tǒng)解決方案以及參考設(shè)計如下：

TIDA-00159：汽車緊急呼叫參考設(shè)計

TIDA-00724：汽車緊急呼叫 (eCall) 音頻系統(tǒng)參考設(shè)計

TIDA-00159使用的是無線調(diào)制解調(diào)器（Sierra Wireless Modem）進行模擬信號與數(shù)字信號之間的轉(zhuǎn)換，而TIDA-00724使用的是音頻編碼解碼器（TI CODEC）。

系統(tǒng)介紹

下面以TI參考設(shè)計TIDA-00724為例介紹eCall系統(tǒng)。

eCall系統(tǒng)框圖如下圖-2所示。當(dāng)事故發(fā)生后，音頻信號經(jīng)過音頻放大器（Audio AMP）放大至ADC所能識別的輸入范圍，將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；數(shù)字信號經(jīng)過無線連接（Wireless Connectivity）與呼叫中心取得聯(lián)系，通過GPS迅速鎖定車輛所在位置，并返回相關(guān)的應(yīng)答信號；該應(yīng)答信號再經(jīng)過DAC轉(zhuǎn)換成模擬信號后，由D類功率放大器（Class-D AMP）進一步放大，從而驅(qū)動揚聲器發(fā)聲。

圖- 2

1）音頻放大器（Audio AMP）

當(dāng)經(jīng)過麥克風(fēng)的模擬信號較小時，需要經(jīng)過音頻放大器進一步放大后再作為ADC的輸入。TI推薦的OPA1662-Q1是一個雙路雙極輸入運算放大器，可提供低噪聲密度和 0.00006% 的超低失真 （1kHz），能夠最大限度地增大信號輸出。

2）音頻編碼解碼器（CODEC）

eCall系統(tǒng)中的音頻編碼解碼器必須能夠支持來自無線模塊的數(shù)字音頻源、麥克風(fēng)輸入和揚聲器輸出之間的全雙工通信。TI推薦的型號為TLV320AIC3104-Q1，TLV320AIC3106-Q1以及TLV320AIC3109-Q1，它們主要區(qū)別在于ADC/DAC的通道數(shù)，音頻輸入輸出的通道數(shù)。

通常使用TLV320AIC3104-Q1，它是一種雙通道音頻編碼解碼器，滿足低功耗要求，具有eCall應(yīng)用所需的輸入和輸出，TI也提供相應(yīng)的評估板：TLV320AIC3104 評估模塊。該芯片特點列舉如下：

優(yōu)化語音應(yīng)用的性能；

支持高清語音/寬帶音頻；

靈活的接口，支持多路復(fù)用；

有效抑制噪聲，增大動態(tài)范圍。

音頻編碼解碼器的額外差動輸出需要采取保護措施，免受ESD影響。TI推薦的ESD保護器件為TPD2E007，在8kV接觸放電和15kV空氣放電仍能提供保護。其擊穿電壓為14V，遠高于TLV320AIC3104-Q1的工作電壓范圍。

3）D類功率放大器（Class-D AMP）

功率放大器的選擇有AB類功放或者D類功放。AB類功放是線性放大器，不產(chǎn)生電磁干擾（EMI），不需要太多外部電子元件，然而效率非常低，需要采用大量散熱措施。而D類功放是高效的開關(guān)放大器，不需要太多的散熱措施。雖然D類功放需要輸出電感，不能免除EMI的影響，但是TI采用了BD模式調(diào)制減少了電感的紋波電流。由于備用電池的價格非常昂貴，如果使用AB類功放，大部分能量以熱的形式散失，所以還是使用D類功放更能節(jié)省成本。

應(yīng)用于eCall場合下的D類功放還需要有診斷和保護的功能。在碰撞之前進行負載診斷有助于將系統(tǒng)的任何問題反饋給驅(qū)動程序進行維護；在碰撞后出現(xiàn)故障，可以直接通知呼叫中心揚聲器失效。雖然在eCall內(nèi)部不太可能會受到高壓破壞，但是連接揚聲器和eCall的電纜在安裝、維護和故障的過程中很有可能短接到電源或地，即使只是瞬間事件也有可能對D類功放造成損害，所以還需要為這些事件提供集成保護電路，減少了對外部器件的需求，并可以通過I2C報告問題。TI主推器件包括TAS5411-Q1，TAS5421-Q1以及TPA3111D1-Q1。對于大多數(shù)需要斷和集成保護的應(yīng)用場合而言，功率為8W的TAS5411-Q1是優(yōu)選。對于更高的功耗需求，推薦使用功率為22W的TAS5421-Q1（除功率外其余配置跟TAS5411-Q1一致）。對于不需要集成負載診斷或保護的低端應(yīng)用場合，TPA3111D1-Q1是不錯的選擇。TI推薦的TAS5411-Q1特點列舉如下：

可從低電源軌獲得充足的聲壓SPL（Sound Pressure Level）；

針對短路到高電壓軌道的情況提供保護；

針對苛刻的汽車瞬變提供保護；

可長時間使用備份電源供電；

集成監(jiān)控電路，降低成本；

增強系統(tǒng)的抗噪能力。

如果對功率要求不高，不需要集成診斷保護功能，且通過GPIO控制的場合下可使用功率為2W的D類單聲道免濾波音頻放大器TPA2000D1-Q1。它采用了TI的第三代調(diào)制技術(shù)，提高了效率和信噪比。

4）無線連接連接（Wireless Connectivity）

eCall中還涉及無線連接單元，主要用于衛(wèi)星定位與電話通訊。關(guān)于無線連接單元在后面一節(jié)會詳細介紹。 敬請期待！

審核編輯：何安