Demodulation und Filterung erfasster Daten
Signal Demodulation Unit (SDU) und Harmonic Filtering Unit (HFU) führen die Demodulation und Filterung der erfassten Daten durch. Die jeweiligen Verfahren hängen vom Radioformat ab und können daher per Software modifiziert werden. Das grundlegende Prinzip bleibt aber das Gleiche. Ein einfacher Algorithmus soll das Prinzips verdeutlichen: Bezeichnet man das Modulationssignal als m(t) und das Trägersignal als c(t), das heißt Amcosmt und Accosct, so kann man ein moduliertes Signal zurückgewinnen:
M(t) = m(t) * c(t) = AmAc (cosmt) (cosct)
Dieses modulierte Signal kann analog zu dem betrachtet werden, das von den externen Tunern an die internen Controller geliefert wird. Jetzt wird dieses Signal M(t) in der SDU demoduliert und so das Modulations- oder Basisbandsignal m(t) zurückgewonnen. Das modulierte Signal M(t) und das Trägersignal c(t) werden einem Mischer zugeführt, dessen Ausgangssignal N(t) wie folgend gezeigt zustande kommt.
N(t) = M(t) * c(t) = Am (Ac)2 (cosmt) (cosct)2
N(t) = (Am /2) (Ac )2 (cosmt) (1 + cos2ct)
N(t) = (Am /2) (Ac )2 (cosmt) + (Am /2) (Ac )2 (cosmt) (cos2ct)
N(t) = K1 Amcosmt + K2 (cosmt) (cos2ct)
N(t) = K1 m(t) + K2 (cosmt) (cos2ct)
Die SDU erzeugt auf diese Weise eine verstärkte Version des Basisbandsignals m(t), die allerdings von Rückständen höherer Harmonischer überlagert ist. Nun kommt die HFU ins Spiel, mit deren Hilfe die überschüssigen Signalanteile entfernt werden. Diese HFU Unit ist nichts anderes als ein Tiefpassfilter, das m(t) durchlässt, aber die höheren harmonischen Frequenzen ausblendet. Auf diese Art und Weise wird eine Version des Basisbandsignals zurückgewonnen, die allerdings eine andere Amplitude aufweist.
Unabhängige Audioströme in Hardware zusammenmischen
Die Audiodaten werden an eine D/A-Wandlereinheit übergeben, die das digitale Eingangssignal in ein analoges Audiosignal konvertiert, das dann über einen externen Lautsprecher abgespielt werden kann. Die anderen separierten Detaildaten können in einem externen LCD-Display dargestellt werden. Typischerweise benötigen Audio-DACs einen Mastertakt, der exakt einem Vielfachen der benutzten Abtastrate entspricht. Beträgt die Abtastrate beispielsweise 48kHz, so liegt der übliche Mastertakt bei 48kHz×256=12,288MHz. Wandler sollten Abtastraten von 8 bis 192kHz unterstützen können. Außerdem müssen sie einen hohen Störabstand gewährleisten. Viele Applikationen benötigen einen Mix aus zwei oder drei Audiosignalen, um verschiedene Effekte zu erzeugen. Insbesondere für sicherheitsrelevante Applikationen in der Automobiltechnik besteht die Notwendigkeit, zwei von einander unabhängige Audioströme in Hardware zusammenmischen zu können. Unter Sicherheitsaspekten kann eine nicht nach ASIL zertifizierte Audioquelle von einer ASIL-zertifizierten isoliert werden. Das Zusammenführen von zwei Audioströmen in einen einzigen kann mit einem Audio-Mixer (innerhalb des D/A-Wandlermoduls) erfolgen. Dieser verfügt an seinen Eingängen über zwei serielle Audioschnittstellen. Je nach Konfiguration können die Audio-Samples der zwei Eingänge auch abgeschwächt werden. Befassen wir uns abschließend mit einigen Vor- und Nachteilen des vorgeschlagenen Verfahrens.
Hohe Komplexität für einheitliche Lösung
Dieses Vorgehen bietet den Vorteil, dass Anwender in seine Applikationen entweder einen High-Speed- (JESD204B) oder einen Low-Speed-Empfang (I2S) von Radiodaten oder sogar beides bewältigen können, wodurch die Lösung in hohem Maße anpassbar und anwenderfreundlich wird. Da sich das Radioformat per Software konfigurieren lässt, können Anwender, ganz gleich in welcher Region sie sitzen, ihre Applikation ohne irgendwelche Einschränkungen entwickeln. Mit der exakt gleichen Hardware und nur einer einfachen Softwareänderung kann die Applikation von einer Region auf eine andere angepasst werden. Die Funktionen von analogem und digitalem Radio wurden damit in einer einzigen Lösung zusammengeführt. Damit gestaltet sich die Lösung äußerst wirtschaftlich: Autohersteller können jetzt mit einem einzigen Chip eine Vielzahl von Standards abdecken, anstatt dedizierte Lösungen zu entwickeln. Der logistische Aufwand, die Investitionen in Forschung und Entwicklung, die Kosten für die Validierung der Software und für die Modulherstellung sinken drastisch. Dennoch ergeben sich Herausforderungen: Die Lösung ist komplex, und so kann sie sowohl Entwicklern als auch dem Verifikationsteam Kopfzerbrechen bereiten, wenn es gilt, jeden einzelnen Aspekt des Designs sorgfältig bis ins kleinste Detail abzudecken. Und je mehr Einsatz- und Applikationsszenarien berücksichtigt werden müssen, desto größer die Komplexität, und das bedeutet mehr Aufwand. Auch JESD-Controller und D/A-Wandler weisen in ihren Pfaden analoge Blöcke auf, die nicht in einem einzigen RTL-Verifikationszyklus verifiziert werden können. Zudem stellt die Kombination von Rundfunk und Internet eine weitere Herausforderung dar und ist ein Thema, das der weiteren Untersuchung bedarf.
