【技術記事】フルシナリオ対応の車載リズミカルライティングソリューション

2025-02-11

01. はじめに

近年、環境照明はスマートコックピットの標準装備となりつつあります。ドアハンドルに設けられた一つのアンビエントライトから、車室内全体に敷き詰められた数百本ものライトストリップに至るまで、アンビエントライティングの採用はますます広がりを見せています。周辺光駆動技術に注目するメーカーやエンドユーザーが増えており、市場需要は引き続き拡大しています。こうした背景のもと、Aiwei Electronicsは、AW32F010QNR‑Q1およびAW21036QPY‑Q1から構成される環境光ソリューションを発売しました。

図1：インテリジェントコックピットの照明効果図

02. Light‑Syncオーディオソリューション――インテリジェントコックピットを目に見える形でさらにスマートに

従来の動的ライティング効果は、もはや市場の要求に追いつけなくなっています。AW32F010QNR‑Q1はオーディオ信号の取得をサポートしており、その高精度なADCとAW21036QPY‑Q1の優れた電流制御機能が相まって、よりリズミカルで緻密に調整された照明効果を実現し、スマートコックピットのインテリジェンスを一層際立たせます。次に、この設計がどのように実装されているかを検討しましょう。

AW32F010QNR-Q1は、複数の差動信号入力をサポートし、幅広い音声収音ソリューションを提供するとともに、各種システムおよびプラットフォームとの高い互換性を実現しています。図2に示すとおり、AW32F010QNR‑Q1はPAの差動出力、マイク出力、およびヘッドホン出力をサポートしており、I²Cバスを1本のみで4個のAW21036QPY‑Q1チップを駆動できます。最大144チャンネルのLEDを同時に制御できます。

さらに、AW32F010QNR-Q1は、外部制御用チップに対するオンラインファームウェア更新をサポートしています。ユーザーはI²C経由で無線アップグレードを実行でき、いつでもどこからでもデバイスの機能を更新できます。

図2：AW32F010QNR-Q1＋AW21036QPY-Q1リファレンスデザイン

音声は車両のホーンから収音されます。

メディア再生は事実上自動車の標準機能となっており、スピーカーは自動車のオーディオシステムに欠かせない電子部品です。AW32F010QNR‑Q1は、クラスDおよびクラスABのオーディオアンプから出力信号を取得し、その信号は抵抗分圧型のRCフィルタを通過した後、AW32F010QNR‑Q1のSINNx/SINNPx端子へ直接入力されます。

図3は、シングルエンドのDCバイアス入力から差動出力信号を取得するためのリファレンス設計を示しています。AW32F010QNR‑Q1のSINP／SINN端子における推奨入力信号振幅は2 Vです。したがって、まずPAを最大音量に設定した際の最大電圧を測定し、その後、抵抗分圧回路で信号を減衰させたうえでAW32F010QNR‑Q1に接続してください。電圧が推奨範囲内に収まっていることを確認してください。図3において、PAの出力は＋10 Vである。OUTAノードにおいて、R1を10 kΩ、R2を2 kΩとすると、分圧回路により約2 Vの出力電圧が得られ、設計仕様を満たしています。同様に、OUTB回路においては、R4を10 kΩ、R5を2 kΩに設定する。RCフィルタのカットオフ周波数は、f = 1 / (2 × π × (R1//R2) × C1) で与えられる。動的視覚美学の観点から、人間の可聴帯域全体を処理する必要はないため、ローパスフィルタのカットオフ周波数は約10 kHzに設定することが可能です。図に示すように、ローパスフィルタのカットオフ周波数は約10 kHzです。

図3 PA出力検出の参照原理の模式図

車内マイクからのサウンドピックアップ

ライブ配信業界は現在急成長しており、ライブ配信とショート動画の利用者がともに増加しているうえ、人々はいつでもどこでも動画を撮影できる環境をますます求めています。多くの自動車ユーザーが、車内で短編動画の撮影やライブ配信を行う際にライト・フォローズ・オーディオ効果を活用していることを踏まえ、AW32F010QNR‑Q1とAW21036QPY‑Q1の組み合わせによるソリューションは、マイクを介した音声収録に対応しています。オーディオソースへの有線接続は必要ありません。このクールな機能を有効にするには、車両にマイクを取り付けるだけです。マイクロホン出力は、シングルエンドの直流バイアス付き信号です。この信号は、直流成分を除去するコンデンサを通過してオペアンプの入力へ送られ、その後、抵抗分圧回路によるRCフィルタ処理を経て、AW32F010QNR‑Q1のSINNxおよびSINPx端子に供給されます。

図4に示すとおり、当社は参考設計を提供しています。まず、MIC信号をオペアンプ（AWS79062SPR‑Q1）で増幅し、その出力をOUT端子およびVref電圧に接続します。続いて、分圧回路およびフィルタ回路を通過させた後、信号をAW32F010QNR‑Q1へ入力します。図4に示すように、R1およびR2には、マイク用電圧分割抵抗用のパッドが設けられています。通常の条件下では、MIC出力電圧は比較的低いため、実際の設計に従って、直流遮断用コンデンサを介して直接オペアンプに接続することができます。次に、op-ampの参照構成に基づいて、op-ampの出力電圧範囲を制御します。例えば、図4においてR3、R4およびR5は演算増幅回路の帰還ネットワークを構成しており、その増幅度βはβ＝(R5＋R4)/R4で与えられる。R6とR7はVrefの分圧器抵抗であり、参照電圧は通常AVDDの半分に設定されます。オペアンプの出力段階の回路設計は、前のセクションで説明したシングルエンドのDCバイアス差動出力回路に直接従うことができます。

図4：MIC入力用リファレンス回路

車のヘッドホンジャックからの音声入力

一部の車両所有者や乗員は、モバイルデバイスの音声を車内で再生したいと考えることがあります。ユーザーがヘッドホン端子経由で外部オーディオ機器を接続した場合でも、当社のソリューションは音楽に同期したダイナミックなライティングをサポートできますか？答えはイエスです。ソリューションの互換性を向上させるため、AW32F010QNR‑Q1は、コーデックのヘッドホン出力からの音声入力にも対応しています。ヘッドホン出力は通常、マイク出力と同様に、正および負の極性を持つ単端式の直流バイアス信号です。直流成分を除去するコンデンサを介して、デュアルチャンネルのオペアンプ（AWS79062SPR‑Q1）の入力へ送り込み、その後、分圧回路によって構成されるRCローパスフィルタを経て、AW32F010QNR‑Q1のSINNx/SINPx端子に接続されます。

HEADPHONEのリファレンス回路設計は、図5に示すように、前のセクションのMIC設計と非常によく似ています。オペアンプ回路では、R1、R2、およびR9がフィードバックネットワークを形成します。ポストオペアンプステージは、シングルエンドのDCバイアス差動オーディオソースの出力と同様に実装されます。

図5：ヘッドホンマイクロフォンの取り出し回路

03。AW32F010QNR-Q1およびAW21036QPY-Q1のご紹介

AW32F010QNR-Q1は、車載グレードのプロフェッショナル向け音楽同期対応SoCチップです。24MHzの32ビットコアを搭載し、最大16本のGPIO端子を多重化可能で、ISPおよびICP機能をサポートします。また、100 kSPS出力速度の14ビットSAR ADCを複数チャンネル備えています。また、以下の機能を備えています。

・AEC-Q100グレード2：-40～105℃

・24MHz 32ビットMCU

・CRC32と高速除算器

· インシステムプログラミング（ISP）およびインサーキットプログラミング（ICP）をサポート

・2匹の番犬

・1MHzのI2Cをサポート

・UARTをサポート

・GPIOピン16本

・パワーオンリセット、低電圧検出

・低電圧リセットおよび温度検出

図6：AW32F010QNR-Q1リファレンスデザイン

AW21036QPY‑Q1は、最大50mAの駆動電流に対応するプロフェッショナル向け環境光用ドライバチップです。36チャンネルの定電流出力を備え、256段階のグローバルな電流調整が可能です。各チャンネルはDC電流とPWM電流の両方を独立して制御でき、きわめて緻密な調光の呼吸効果を実現します。また、以下の機能を備えています。

・AEC-Q100適合

・高精度電流源

・EMIおよび可聴ノイズの抑制

・柔軟な照明効果パターン制御

・オープン/ショート回路検出

・自動省電力機能

・過熱保護