Đầu nối Type-C Universal Serial Bus (USB) chỉ định và đơn giản hóa kết nối giữa các thiết bị tiêu dùng phổ biến. Việc sử dụng USB-C cho các tính năng tốc độ cao, không phụ thuộc vào an toàn như thông tin giải trí cũng mang lại lợi ích cho các nhà thiết kế hệ thống ô tô. Tuy nhiên, đầu nối USB-C truyền thống được tùy chỉnh cho các ứng dụng tiêu dùng không mang lại độ bền, độ tin cậy và an toàn cần thiết trong môi trường ô tô.
Bài viết này mô tả ngắn gọn về USB-C và những thách thức mà các nhà thiết kế gặp phải khi tích hợp USB-C vào thiết kế xe hơi, sau đó là đầu nối HiUSB-C mà các nhà thiết kế có thể sử dụng để vượt qua những thách thức này.
Sự phát triển của USB
Từ USB dạng A cơ bản ban đầu, đầu nối USB đã thay thế nhiều bus truyền thống, chẳng hạn như cổng song song và RS-232, trong người tiêu dùng, dụng cụ thử nghiệm và thậm chí cả các ứng dụng công nghiệp. Điều này mang lại lợi ích từ tính dễ sử dụng, chi phí thấp, kích thước nhỏ, cắm và rút nhanh chóng và dễ dàng, khả năng xử lý tín hiệu số và nguồn cũng như sự hỗ trợ rộng rãi của nhà cung cấp từ Plug and Play. Phiên bản USB-C nâng cao cho phép kích thước vật lý nhỏ hơn, tốc độ nhanh hơn, xử lý nguồn điện lớn hơn và khả năng cắm dương và âm.
Thành công lớn của đầu nối USB-C đã khiến nó trở thành tiêu chuẩn thống nhất phải được triển khai trên tất cả điện thoại thông minh mới và thiết bị tiêu dùng nhỏ, mang lại doanh số cực cao và khả năng tương tác thiết bị mạnh mẽ hơn.g. USB-C tiêu chuẩn có kích thước 8,4 mm x 2,6 mm và cung cấp 24 chân. Thiết kế đối xứng (phích cắm mù dương và âm) được áp dụng cho thân và chân đầu nối, không cần phím chống đóng băng. Đầu nối này cũng có thể được sử dụng để truyền và sạc dữ liệu đồng thời, với chức năng mở rộng để hỗ trợ chế độ DisplayPort Alt cũng như các bộ chuyển đổi HDMI và cầu nối để truyền dữ liệu âm thanh và video.
Những tính năng này mang lại lợi ích lớn cho các nhà thiết kế hệ thống giải trí ô tô. Về mặt này, USB-C có khả năng giảm chi phí, sự tiện lợi và trọng lượng so với các cách kết nối khác, đồng thời xây dựng một hệ sinh thái tài nguyên USB mở rộng hiện có.
Mặc dù USB-C có triển vọng rộng lớn trong các ứng dụng ô tô, nhưng các nhà thiết kế phải giải quyết một số thách thức, bao gồm dao động nhiệt độ và rung động nghiêm trọng, nhiễu điện từ cao (EMI) và các lỗi nguy hiểm tiềm ẩn do cáp và đầu nối USB không phù hợp gây ra.g.
Đưa USB-C vào thế giới ô tô
Để đáp ứng nhu cầu về đầu nối phù hợp, đầu nối USB-C dòng Hioffers AU1 đáp ứng các yêu cầu riêng của môi trường ô tô. Dòng đầu nối này là cầu nối kết nối giữa thiết bị bên trong và bên ngoài và hỗ trợ các tiêu chuẩn như USB 3.2 Gen2, DisplayPort 1.4 và HDMI. Dòng thiết bị này được xây dựng trên dòng HiCX hiện có và hoạt động liền mạch với nó (Hình 1).
ĐẦU NỐI USB-C CẤP Ô TÔ HIROSE
Hình 1: Đầu nối USB-C loại xe dòng AU1 (phía dưới) sử dụng dòng CX (phía trên) làm thành phần. Nguồn ảnh: Xin chào)
Sự kết hợp sáng tạo này hiện thực hóa: 1) tốc độ truyền dữ liệu ổn định và tốc độ cao lên tới 20 Gb/s (tuân theo tiêu chuẩn USB 3.2 Gen 2 × 2), 2) mức công suất 240 W (tuân theo tiêu chuẩn truyền tải điện USB 3.1 dải công suất mở rộng: 48 V, 5 A), 3) kết nối đáng tin cậy bao phủ toàn bộ hệ thống thông tin giải trí trên xe; Do đó, nó có thể hỗ trợ các chức năng nâng cao và thực hiện tích hợp hệ thống liền mạch.
Đầu nối dòng AU1 được cắm chắc chắn, có khả năng chống sốc và nhiệt, đồng thời có thể duy trì hiệu suất đáng tin cậy trong môi trường khắc nghiệt. Bằng cách này, dòng sản phẩm có thể sử dụng loại đầu nối phổ biến này trong những môi trường khó khăn hơn so với thiết kế ban đầu.
Chuỗi cụm đầu nối hỗ trợ lắp thẳng và góc vuông (Hình 2), cho phép các nhà thiết kế linh hoạt trong việc nối dây trong môi trường ô tô bị hạn chế nghiêm trọng.
Đầu nối dòng AU1 của HIROSE hỗ trợ bố cục thẳng và hình chữ nhật (bấm vào để phóng to)
Hình 2: Đầu nối dòng AU1 hỗ trợ bố trí thẳng và hình chữ nhật; Bảng demo cho thấy việc sử dụng các đầu nối. Nguồn ảnh: Xin chào)
Đảm bảo kết nối an toàn, chính xác và chính xác
Có hai thiết kế độc đáo cho các đầu nối này, đó là thiết bị Đảm bảo Vị trí Đầu nối (CPA) và phím khóa chết. Cơ chế CPACPA đảm bảo chèn đáng tin cậy và chính xác. Cấu trúc chốt vận hành bằng ngón tay (Hình 3) đảm bảo khả năng ghép nối cơ học đáng tin cậy và âm thanh nhấp chuột, cho phép người dùng xác nhận thao tác chốt thành công.
Cơ chế CPA của Hirose đảm bảo rằng các đầu nối giao phối được gắn hoàn toàn
Hình 3: Cơ chế CPA đảm bảo rằng các đầu nối ghép nối được gắn hoàn toàn, sau đó được khóa và cố định tại chỗ và vẫn được ghép nối cho đến khi được tháo ra bằng tay. Nguồn ảnh: Xin chào)
Trong quá trình hoạt động, cơ chế CPA không thể di chuyển cho đến khi quá trình ghép đôi hoàn tất. Khi phích cắm được cắm hoàn toàn, ổ cắm sẽ đẩy cơ cấu CPA xuống vị trí khóa cho biết phích cắm đã được cắm đúng như dự định. Để tháo khớp nối, hãy kéo cơ cấu CPA và nhả khóa phụ; Có thể nghe thấy tiếng click khi tháo ra.
Nếu có bất kỳ độ lệch trục hoặc hướng tâm nào, hai bộ phận giao phối sẽ không nhấp nháy để cảnh báo người dùng về việc giao phối không chính xác. Tuổi thọ kết nối định mức của các đầu nối này vượt quá 10000 chu kỳ kết nối, vượt xa tuổi thọ sử dụng dự kiến trong môi trường ô tô.
Phím chống đóng băng giúp ngăn chặn việc kết nối nhầm cáp vào giao diện mục tiêu. Như đã đề cập trước đó, một trong những tính năng tiện lợi của cáp USB-C dành cho người tiêu dùng là nó có thể đảo ngược. Điều này cũng có nghĩa là chúng không có khóa chết hoặc phương tiện nhận dạng vật lý, tức là không cần xác định phích cắm nào cuối cùng được kết nối với ổ cắm nào. Trong các ứng dụng tiêu dùng “chỉ cần lấy cáp” để cắm vào thì việc thiếu vị trí phím deadlock là một lợi thế. Tuy nhiên, các ứng dụng ô tô có nhiều khả năng bị “cắm điện” hơn và có nguy cơ xảy ra lỗi nối dây khi lắp đặt các bộ dây cáp ô tô dày đặc. Trong những trường hợp này, sự không khớp như vậy có thể dẫn đến cảm giác thất vọng do liên kết không thể hoạt động, làm hỏng thiết bị ngoại vi và các mối nguy hiểm tiềm ẩn đối với hệ thống và người dùng.
Để tránh đấu dây sai, đầu nối USB-C loại xe dòng AU1 hỗ trợ hai mã vị trí phím gây nhiễu vật lý: tiêu chuẩn (màu đen) và "Khóa A" (màu xám/chính) (Hình 4). Hai cách bố trí vị trí phím này giúp đảm bảo không xảy ra lỗi ghép nối trong trường hợp có hai dây cáp và đầu nối liền kề. Màu sắc khác nhau cũng giúp nhận biết hai mã vị trí then chốt này.
Bố trí phím cơ chống đóng băng
Hình 4: Người dùng có thể sử dụng một trong hai cách bố trí phím cơ để giảm thiểu lỗi kết nối cáp; Đầu nối có phím tiêu chuẩn có màu đen và đầu nối có "A Key" có màu xám (nam)/chính (nữ). Nguồn ảnh: Xin chào)
Hiệu suất tiêu chuẩn và điện
Các con số cụ thể xác định mức độ phù hợp với môi trường và hiệu suất điện của các Hiconnector này. Về tính phù hợp với môi trường, các đầu nối này hoạt động ở nhiệt độ từ - 40 ° C đến +105 ° C. Chúng cũng có khả năng chống nước và bụi; Tùy thuộc vào loại đầu nối, có thể đạt được mức bảo vệ IP54, IP68 hoặc IP69K. IP69K là tiêu chuẩn nghiêm ngặt nhất trong ba tiêu chuẩn chống bụi và chống nước.
Các đầu nối này đáp ứng các tiêu chuẩn USCAR-2 và USCAR-30 về độ tin cậy. USCAR-2 là tiêu chuẩn hiệu suất dành cho hệ thống đầu nối điện cấp ô tô, trong đó nêu ra các yêu cầu đối với thiết bị đầu cuối, đầu nối và bộ phận trong các ứng dụng điện áp thấp trên phương tiện giao thông đường bộ. USCAR-30 là thông số kỹ thuật hiệu suất cho hệ thống kết nối USB gắn trên xe, bao gồm các yêu cầu khác nhau đối với đầu nối USB, cáp và kết nối điện giữa thiết bị ngoại vi của người tiêu dùng và máy chủ USB gắn trên xe.
Về mặt điện, chân cấp nguồn (A4/A9/B4/B9 (VBUS)) có định mức 1,25 A đối với thông số kỹ thuật USB-C, trong khi chân cắm không cấp nguồn có định mức 0,25 A đối với 20 VAC và VDC. Điện trở tiếp xúc ban đầu tối đa là 40 m Ω. Sau một loạt các bài kiểm tra ứng suất tiêu chuẩn, điện trở tiếp xúc sẽ tăng nhẹ nhưng không vượt quá 50 m Ω.