XiAmp · Tech Architecture

XiAmp 技术架构设计 v1.0

五层架构 · 信号链 · 电源 · 散热 · EMC · FOTA

文档编号：D2-P3-TECH-001 · 版本：v1.0 · 发布：2026-05-05

让每一个瓦特都转化为音乐 · 让每一次启停都可靠

5

架构分层

D 类

功放拓扑

AEC-Q100

车规目标

XiAmp 技术架构设计 v1.0

摘要

本文档是 XiAmp 系列车载功放的技术架构详设，与 spec.md 互补：spec 给电气 / 机械 / 性能契约，本文说系统分层 / 信号链 / 电源拓扑 / 散热设计 / EMC 策略 / FOTA 机制。 目标读者：硬件架构师、Tier1 集成工程师、主机厂预研、EMC / 可靠性专家、FOTA 工程师。

硬件架构红线

• 所有板载设计必须走 hw-dev-spec.md 的 EVT / DVT / PVT 三阶段
• 功率路径元件选型不可降级：AEC-Q200 车规被动 + AEC-Q101 功率器件
• EMC 整改在 DVT 必须一次通过，不得带问题进 PVT
• 车规版型号所有 PCN 变更需客户 90 天通知（见 changelog.md）

---

1. 架构原则

XiAmp 架构五条原则

1. DSP 驱动：所有调音 / 保护 / 模式切换走 XiDSP，不依赖模拟调整
2. 信号链短：RCA/高电平 → ADC → DSP → DAC → D 类功放 → 扬声器，无多余模拟级
3. 电源分层：高压 12V 驱动 + 低压 3.3V/5V 数字 + 独立 PLL 供电
4. 车规演进：Lite 后装 → Pro AEC-Q100 G2 → Max 多车型预研
5. 故障安全：任意路径故障自动静音（Fail-Quiet），绝不发出尖叫声

---

2. 总体分层

2.1 五层架构

graph TB
    L5[L5 · 整车集成层<br/>车机 · 车身 CAN · AVAS]
    L4[L4 · 系统服务层<br/>MCU · CAN 协议栈 · FOTA · 诊断]
    L3[L3 · 信号处理层<br/>XiDSP + XiAlgo 算法图]
    L2[L2 · 模拟前后端<br/>ADC · DAC · 输入调理 · 输出滤波]
    L1[L1 · 功率输出层<br/>D 类功放 · LC 输出滤波 · 保护]
    L0[L0 · 电源与物理层<br/>DC-DC · LDO · 散热 · 连接器]

    L5 --> L4
    L4 --> L3
    L3 --> L2
    L2 --> L1
    L1 --> L0

    class L5 xyL5
    class L4 xyL4
    class L3 xyL3
    class L2 xyL2
    class L1 xyL1
    class L0 xyL0

2.2 各层职责

层	职责	主要元件	交付物
L5 整车集成	车机音源 / CAN 协议 / AVAS / 警示音	整车网关	车规网络合规
L4 系统服务	MCU 唤醒 / 诊断 / 协议处理 / FOTA	车规 MCU + 外部 Flash	固件签名包
L3 信号处理	DSP 算法图（EQ/DRC/ANC/Zone）	XiDSP D1/D2/D3	.xifw
L2 模拟前后端	ADC / DAC / 差分放大 / 滤波	PCM3168A / CS4382 等	电气调试报告
L1 功率输出	D 类功放 + 输出 LC	TAS5548 / 自研 GaN 驱动	功率测试报告
L0 电源物理	宽输入 DC-DC / LDO / 散热 / 连接器	车规 DC-DC / 铝壳	EMC/热仿真报告

---

3. 信号链详设

3.1 完整信号链（Lite-4 为例）

graph LR
    In1[RCA L/R<br/>200mV-2Vrms]
    In2[高电平 L/R<br/>2-10Vrms]
    In3[USB UAC 2.0<br/>可选]

    In1 --> Buff[输入调理<br/>阻抗变换 · RFI 滤波]
    In2 --> Atten[衰减 + 共模抑制]
    In3 --> USBCtrl[USB PHY + Codec]

    Buff --> ADC[ADC 4ch<br/>PCM3168A]
    Atten --> ADC
    USBCtrl --> I2S0[I²S]
    ADC --> I2S0

    I2S0 --> DSP[XiDSP D1<br/>300 MIPS · 8+8 I²S]
    DSP --> I2S1[I²S 4ch out]

    I2S1 --> DAC[DAC 4ch<br/>CS4382A]
    DAC --> LPF[Anti-Image LPF]
    LPF --> Amp[D 类功放 4ch<br/>TAS5548]
    Amp --> OutF[LC 输出滤波]
    OutF --> SPK[4 × 25W 扬声器]

    class In1,In2,In3 xyL0
    class Buff,Atten,USBCtrl xyL1
    class ADC,DAC,LPF,OutF xyL2
    class DSP xyL3
    class Amp xyL4
    class SPK xySuccess

3.2 关键节点参数

节点	指标	目标
RCA 输入 THD+N	—	≤ 0.002% @ 2Vrms 输入
ADC 性能	SNR A-wt	≥ 110 dB
DSP 内部路径	Q1.23 定点	24-bit 有效位
DAC 性能	SNR A-wt	≥ 115 dB
功放输出	THD	≤ 0.05% @ 1W / 1kHz
输出滤波	截止频率	35-40 kHz（D 类典型）

3.3 多通道拓扑（按型号）

型号	ADC 通道	DAC 通道	D 类 PA	典型应用
Lite-4	4	4	4 × 25W	后装 2.1 / 4.0
Lite-8	8	8	8 × 25W	后装 5.1 / 全景声
Pro-8	8	8	8 × 50W	主机厂前装
Pro-12	12	12	12 × 50W	前装 + 低频增强
Max-16	16	16	16 × 80W	高端旗舰 / 豪华车型

---

4. 电源拓扑

4.1 Lite-4 电源树

graph TB
    Batt[12V 车载电源<br/>9-16V · 瞬态 40V]

    Batt --> Prot[反接 + 瞬态 TVS]
    Prot --> DCDC_12V[12V Pre-Reg<br/>Buck]

    DCDC_12V --> DCDC_5V[5V Buck<br/>数字]
    DCDC_12V --> DCDC_ANA[±15V Boost<br/>模拟前端]
    DCDC_12V --> PVDD[PVDD 功放供电<br/>≈ 14V]

    DCDC_5V --> LDO33[3.3V LDO<br/>XiDSP 核心]
    DCDC_5V --> LDO18[1.8V LDO<br/>DSP Analog]
    DCDC_5V --> VDDIO[3.3V IO]

    DCDC_ANA --> ADCVDD[ADC Analog]
    DCDC_ANA --> DACVDD[DAC Analog]

    class Batt xyL0
    class Prot xyWarn
    class DCDC_12V,DCDC_5V,DCDC_ANA xyL3
    class LDO33,LDO18,VDDIO xyL2
    class PVDD xyL4
    class ADCVDD,DACVDD xyL1

4.2 电源规格

轨	输出	电流	纹波	用途
PVDD	~14V	≤ 10A	< 50 mV	4× D 类功放
5V	5.0V ±3%	≤ 2A	< 20 mV	MCU / 数字外设
3.3V	3.3V ±2%	≤ 1.5A	< 10 mV	XiDSP 核心
1.8V	1.8V ±2%	≤ 500 mA	< 10 mV	DSP Analog
±15V	±15V ±5%	≤ 200 mA	< 20 mV	运放 / ADC / DAC

4.3 软启动与时序

• 上电软启动：200 ms 内从 0V 斜升到目标电压，避免输出 Pop
• 功放使能：所有数字轨稳定后再使能 PVDD
• 关机顺序：PVDD → 模拟 ±15V → 3.3V / 5V 顺序切断

4.4 功率管理

• L 类效率：D 类功放 ≥ 88%（4Ω / 10W 输出）
• 动态省电：空闲 > 30s 自动进入待机（≤ 2W）
• 唤醒延迟：< 500 ms 从待机到正常播放

---

5. 散热设计

5.1 热仿真目标

元件	最大结温	安全裕度
D 类 PA（TAS5548）	125°C	环境 85°C 满功率 ≤ 120°C
XiDSP-D1	105°C	环境 85°C ≤ 95°C
DC-DC MOSFET	125°C	环境 85°C ≤ 115°C
电解电容	105°C	寿命 ≥ 2000h @ 85°C

5.2 散热方案（Lite-4）

• 外壳：全铝合金，作为主散热体
• 热垫：功放芯片→ 铝壳，导热系数 ≥ 3 W/(m·K)
• PCB：底层大面积铺铜 + 热过孔
• 自然对流：无风扇（车载噪声忌讳风扇）
• 温度监测：MCU 内置 NTC · 超温自动降功率

5.3 过温保护

graph LR
    NTC[NTC 温度采样] --> MCU[MCU 过温判定]
    MCU --> S1{温度 T}
    S1 -- T > 95°C --> Warn[告警 · 上报 CAN]
    S1 -- T > 105°C --> Derate[降功率 50%]
    S1 -- T > 115°C --> Mute[静音保护]
    S1 -- T > 125°C --> Shutdown[全关机 · 需重启]

    class NTC xyL0
    class MCU xyL2
    class S1 xyWarn
    class Warn xyL3
    class Derate xyWarn
    class Mute xyError
    class Shutdown xyError

---

6. EMC 设计

6.1 目标标准

• 辐射发射：GB/T 18655 Class 3
• 辐射抗扰：ISO 11452-2 最高 100 V/m
• 瞬态抗扰：ISO 7637-2 Pulse ½a/3a/3b/⅘a
• ESD：IEC 61000-4-2 接触 ±8kV / 空气 ±15kV

6.2 EMC 设计手段

• 输入端 π 滤波器：L-C-L 结构，截止 ~1MHz
• D 类功放输出 LC：防止 MHz 级开关噪声辐射
• 地分割：数字地 / 模拟地 / 功率地单点星接
• 屏蔽罩：敏感运放 + 时钟振荡器加金属屏蔽
• 走线规则：CAN / USB 差分严格 100Ω 等长

6.3 EMC 整改预案

• DVT 第一次 EMC 测试失败 → 即启动整改（加屏蔽 / 改滤波 / 调布线）
• 整改完成后需完整重测，不接受"估算通过"
• 整改超过 4 周触发项目 escalation

---

7. MCU 与系统服务

7.1 MCU 选型

型号	车规等级	主频	Flash	RAM	用途
Lite 系列	工业	100 MHz	512 KB	128 KB	唤醒 + 诊断 + USB
Pro 系列	AEC-Q100 G2	200 MHz	2 MB	512 KB	+ CAN-FD 协议栈
Max 系列	AEC-Q100 G1	400 MHz	4 MB	1 MB	+ AVB / Ethernet

7.2 MCU 职责

graph LR
    MCU[MCU 主循环]
    MCU --> Wake[唤醒检测<br/>ACC / REM / CAN]
    MCU --> Diag[诊断服务<br/>UDS / OBD]
    MCU --> CAN[CAN-FD 协议栈]
    MCU --> USB[USB 命令端]
    MCU --> FOTA[FOTA 控制]
    MCU --> DspCtrl[与 XiDSP IPC]
    MCU --> Safety[安全监控<br/>温度/电压/电流]

    class MCU xyL3
    class Wake,Safety xyWarn
    class Diag,CAN,USB xyL2
    class FOTA xyL4
    class DspCtrl xyL1

7.3 MCU ↔ XiDSP IPC

• 物理层：SPI（主 MCU / 从 DSP）或 UART（调试路径）
• 协议层：自研 XiIPC v1.0（帧结构 + CRC-16 + 序列号 + 超时重传）
• 消息类型：控制命令 / 状态查询 / 日志 / 紧急事件
• 延迟目标：MCU → DSP 命令响应 ≤ 10 ms

---

8. FOTA 升级架构

8.1 FOTA 拓扑

graph LR
    Cloud[XiMind 云端<br/>OTA Server]
    Cloud --> OEM[车厂 OTA 网关]
    OEM --> CAN[车身 CAN]
    CAN --> GW[XiAmp MCU]
    GW --> Dual[双分区 Flash<br/>A / B]
    Dual --> DSPLoad[DSP 加载新固件]

    class Cloud xyL5
    class OEM xyL4
    class CAN xyL3
    class GW xyL2
    class Dual xyL1
    class DSPLoad xyL0

8.2 升级流程

1. MCU 从 CAN 接收 OTA 包（分片传输 · 签名校验）
2. 写入待机分区（B）
3. 所有分片校验 + 整包签名验证
4. MCU 请求用户确认（可选 · 非强制）
5. 重启 → Bootloader 切换到 B 分区
6. 启动成功 → 标记 B 为 Active · A 保留为回滚点
7. 运行 24h 无异常 → 正式提交

8.3 回滚保护

• 连续 3 次启动失败 → 自动回滚到上一版本
• OTP 存 Version Counter → 禁止降级（Anti-Rollback）
• 关键失败（电压异常 / 温度异常）立即回滚

---

9. 可靠性与安全

9.1 故障模式清单（FMEA 摘要）

故障	检测	响应	严重度
DC 输出漂移 > 500mV	MCU 采样	切断 PWM + 静音	高
扬声器短路	PA 自检	关闭对应通道	中
过温（> 115°C）	NTC	降功率 50%	中
电源失压（< 9V）	LVP	告警 + 关机	高
CAN 通信中断	MCU 超时	保持最后状态 + 告警	低
DSP 崩溃	MCU WDT	重启 DSP + 日志	中

9.2 功能安全（Pro+ 车规）

• Health Monitor：软件周期性自检
• LBIST / MBIST：硬件级自检（DSP / 存储）
• 双核 Lockstep（A1 车规 DSP 配套）：双核比对，不一致则 Fault

---

10. 物理实现

10.1 PCB 分层（Lite-4 · 4 层板）

层	用途
L1 顶层	信号 + 元件
L2 地平面	完整地平面（分割数字/模拟/功率）
L3 电源平面	PVDD + 数字 5V + 3.3V
L4 底层	信号 + 散热铺铜

Pro+ 系列升级 6-8 层，独立时钟层 + 差分优化。

10.2 关键 Layout 规则

• 大电流走线：PVDD / GND ≥ 3mm 线宽，大量过孔并联
• D 类输出：差分对 + 屏蔽带
• 时钟线：远离模拟路径 ≥ 5mm
• 热点区域：元件背面覆铜 + 过孔阵列
• 连接器：ESD 保护二极管靠近连接器放置

---

11. 演进路线

11.1 3 年产品路线

时间	里程碑
2026 Q4	Lite-4 首版 EVT
2027 Q2	Lite-4 量产 + Lite-8 EVT
2027 Q4	Pro-8 DVT（AEC-Q100 G2 认证启动）
2028 Q2	Pro-8 量产
2028 Q4	Pro-12 + Max-16 预研
2029	A1 车规 DSP 配套 + ASIL-B 车规功放

11.2 技术债

已识别的技术债（Lite 阶段接受）

1. 无车规认证 — Lite 仅后装场景，Pro+ 起补齐
2. 无 Ethernet / AVB — Pro+ 起标配
3. 采样率仅 48kHz — Pro+ 支持 96/192 kHz
4. 无 DNN 加速 — D2 芯片后补齐 AI 增强路径

---

12. 附录

12.1 与其他文档的引用

关联文档	引用点
XiAmp 产品概述	产品定位 / 目标客户
XiAmp PRD	功能需求 / 验收标准
XiAmp 产品规格书	电气 / 机械契约（本文数字源）
XiDSP 技术架构	DSP 核心规格（L3 信号处理依托）
XiAlgo 技术架构	算法图框架
硬件开发规范	EVT/DVT/PVT
测试规范	AEC-Q100 / EMC

12.2 外部标准参考

• GB/T 18655（车用 EMC）
• ISO 11898-1（CAN-FD）
• ISO 7637-2 / ISO 16750（车载电气抗扰）
• AEC-Q100 Rev-J / AEC-Q101 / AEC-Q200
• ISO 26262:2018
• IEC 61000-4-2（ESD）

12.3 版本历史

版本	日期	要点
v1.0	2026-05-05	首版 · 五层架构 + 信号链 + 电源 + 散热 + EMC + FOTA + 可靠性

---

tech-arch.md · D2-P3-TECH-001 · v1.0 · 2026-05-05 · Xisound 研发中心 · 硬件团队