I connettori USB (Universal Serial Bus) di tipo C specificano e semplificano le connessioni tra i dispositivi consumer più diffusi. L’uso di USB-C per funzionalità ad alta velocità e indipendenti dalla sicurezza come l’infotainment avvantaggia anche i progettisti di sistemi automobilistici. Tuttavia, i tradizionali connettori USB-C personalizzati per le applicazioni consumer non forniscono la robustezza, l’affidabilità e la sicurezza richieste nell’ambiente automobilistico.
Questo articolo descrive brevemente USB-C e le sfide affrontate dai progettisti nell'integrare USB-C nella progettazione dei veicoli, quindi i connettori HiUSB-C che i progettisti possono utilizzare per superare queste sfide.
L'evoluzione dell'USB
Dall'originale USB di tipo A di base, i connettori USB hanno sostituito molti bus tradizionali, come porte parallele e RS-232, nelle applicazioni consumer, negli strumenti di test e persino nelle applicazioni industriali. Ciò trae vantaggio dalla facilità d'uso, dal basso costo, dalle dimensioni ridotte, dal collegamento e scollegamento rapido e semplice, dalle capacità di elaborazione del segnale digitale e di alimentazione e dall'ampio supporto dei fornitori da parte di Plug and Play. La versione USB-C migliorata consente dimensioni fisiche più piccole, velocità più elevate, maggiore gestione della potenza e collegamento positivo e negativo.
Il grande successo del connettore USB-C lo ha reso lo standard unificato che deve essere implementato da tutti i nuovi smartphone e piccoli dispositivi consumer, con conseguenti vendite estremamente elevate e una maggiore interoperabilità dei dispositivi.g. L'USB-C standard misura 8,4 mm x 2,6 mm e fornisce 24 pin. Per il corpo e il pin del connettore viene adottato un design simmetrico (tappo cieco positivo e negativo) e non è necessaria la chiave antigelo. Questo connettore può essere utilizzato anche per il trasferimento e la ricarica simultanei dei dati, con funzionalità estese per supportare la modalità DisplayPort Alt e adattatori e bridge HDMI per il trasferimento di dati audio e video.
Queste funzionalità sono di grande vantaggio per i progettisti di sistemi di intrattenimento automobilistico. A questo proposito, USB-C ha il potenziale per ridurre costi, comodità e peso rispetto ad altri modi di connessione, creando allo stesso tempo un ampio ecosistema di risorse USB esistente.
Sebbene USB-C abbia ampie prospettive nelle applicazioni automobilistiche, i progettisti devono affrontare una serie di sfide, tra cui forti vibrazioni e fluttuazioni di temperatura, elevate interferenze elettromagnetiche (EMI) e potenziali guasti pericolosi causati da cavi e connettori USB senza pari.
Portare USB-C nel mondo automobilistico
Per soddisfare l'esigenza di un connettore adatto, Hi offre connettori USB-C serie AU1 che soddisfano i requisiti unici dell'ambiente automobilistico. Questa serie di connettori collega l'interconnessione tra apparecchiature interne ed esterne e supporta standard come USB 3.2 Gen2, DisplayPort 1.4 e HDMI. Questa famiglia di dispositivi si basa sulla serie HiCX esistente e funziona perfettamente con essa (Figura 1).
CONNETTORE USB-C DI GRADO AUTOMOBILE HIROSE
Figura 1: Il connettore USB-C di classe veicolo della serie AU1 (inferiore) utilizza la serie CX (superiore) come componente. Fonte immagine: Ciao)
Questa combinazione innovativa realizza: 1) velocità di trasmissione dati stabile e ad alta velocità fino a 20 Gb/s (in conformità con lo standard USB 3.2 Gen 2 × 2), 2) livello di potenza di 240 W (in conformità con lo standard di trasmissione di potenza USB 3.1 per range di potenza esteso: 48 V, 5 A), 3) connessione affidabile che copre l'intero sistema di infotainment del veicolo; Pertanto, può supportare funzioni avanzate e realizzare una perfetta integrazione del sistema.
I connettori della serie AU1 sono collegati saldamente, resistenti agli urti e al calore e possono mantenere prestazioni affidabili in ambienti difficili. In questo modo, la serie può utilizzare questo popolare tipo di connettore in ambienti più difficili rispetto al design originale.
La serie di gruppi di connettori supporta il montaggio diritto e ad angolo retto (Figura 2), consentendo ai progettisti flessibilità nel cablaggio in un ambiente automobilistico fortemente limitato.
I connettori della serie AU1 di HIROSE supportano il layout dritto e rettangolare (fare clic per ingrandire)
Figura 2: I connettori della serie AU1 supportano il layout diritto e rettangolare; La scheda dimostrativa mostra l'uso dei connettori. Fonte immagine: Ciao)
Garantire una connessione sicura, precisa e corretta
Esistono due design unici per questi connettori, il dispositivo Connector Position Assurance (CPA) e la chiave deadlock. Il meccanismo CPACPA garantisce un inserimento affidabile e preciso. La struttura della chiusura azionata con le dita (Fig. 3) garantisce un accoppiamento meccanico affidabile e un clic, consentendo all'utente di confermare l'avvenuta azione della chiusura.
Il meccanismo CPA di Hirose garantisce che i connettori di accoppiamento siano completamente inseriti
Figura 3: Il meccanismo CPA garantisce che i connettori di accoppiamento siano completamente agganciati, quindi bloccati e fissati in posizione e rimangano accoppiati fino al disinnesto manuale. Fonte immagine: Ciao)
Durante il funzionamento, il meccanismo CPA non può essere spostato fino al completamento dell'accoppiamento. Quando la spina è completamente inserita, la presa spingerà il meccanismo CPA verso il basso nella posizione bloccata, indicando che la spina è stata inserita come previsto. Per rimuovere l'abbinamento tirare il meccanismo CPA e rilasciare il blocco ausiliario; Quando viene disinserito si sente un clic udibile.
Se si verifica una deviazione assiale o radiale, le due parti accoppiate non scattano per avvisare l'utente di un accoppiamento errato. La durata di accoppiamento nominale di questi connettori supera i 10.000 cicli di accoppiamento, superando di gran lunga la durata di servizio prevista nell'ambiente automobilistico.
La chiave antigelo aiuta a impedire che il cavo sbagliato venga collegato all'interfaccia di destinazione. Come accennato in precedenza, una delle caratteristiche utili del cavo USB-C consumer è che è reversibile. Ciò significa anche che non hanno una chiave di blocco o mezzi fisici di identificazione, cioè non è necessario identificare quale spina è collegata a quale presa. Nelle applicazioni consumer in cui "basta prendere un cavo" per collegarlo e scollegarlo, la mancanza di una posizione di blocco della chiave è un vantaggio. Tuttavia, è più probabile che le applicazioni automobilistiche siano "collegate" e vi è il rischio di errori di cablaggio durante l'installazione di cablaggi automobilistici densi. In questi casi, tali discrepanze possono provocare un senso di frustrazione dovuto al mancato funzionamento del collegamento, danni ai dispositivi periferici e potenziali pericoli per i sistemi e gli utenti.
Per evitare cablaggi errati, i connettori USB-C di classe veicolo della serie AU1 supportano due codici di posizione chiave di interferenza fisica: standard (nero) e "chiave A" (grigio/primario) (Figura 4). Questi due layout delle posizioni chiave aiutano a garantire che non si verifichino errori di accoppiamento nel caso di due cavi e connettori adiacenti. Colori diversi aiutano anche a identificare questi due codici di posizione chiave.
Disposizione dei tasti meccanici antigelo
Figura 4: L'utente può utilizzare una delle due disposizioni dei tasti meccanici per ridurre al minimo gli errori di connessione del cavo; I connettori con chiavi standard sono neri mentre i connettori con "chiave A" sono grigi (maschio)/primario (femmina). Fonte immagine: Ciao)
Prestazioni standard ed elettriche
Numeri specifici definiscono l'idoneità ambientale e le prestazioni elettriche di questi Hiconnector. Per quanto riguarda l'idoneità ambientale, questi connettori funzionano nell'intervallo di temperatura da -40 ° C a +105 ° C. Sono inoltre resistenti all'acqua e alla polvere; A seconda del tipo di connettore è possibile ottenere la protezione IP54, IP68 o IP69K. IP69K è il più severo dei tre standard antipolvere e impermeabili.
Questi connettori soddisfano gli standard USCAR-2 e USCAR-30 in termini di affidabilità. USCAR-2 è lo standard prestazionale per i sistemi di connettori elettrici di livello automobilistico, che delinea i requisiti per terminali, connettori e componenti nelle applicazioni a bassa tensione sui veicoli stradali. USCAR-30 è la specifica prestazionale per il sistema di connessione USB montato su veicolo, che copre vari requisiti per connettore USB, cavo e connessione elettrica tra la periferica del consumatore e l'host USB montato sul veicolo.
Elettricamente, il pin di alimentazione (A4/A9/B4/B9 (VBUS)) ha una potenza nominale di 1,25 A per le specifiche USB-C, mentre il pin non di alimentazione ha una potenza nominale di 0,25 A per 20 V CA e V CC. La resistenza di contatto iniziale massima è 40 m Ω. Dopo una serie di prove di stress standard, la resistenza di contatto aumenterà leggermente ma non supererà i 50 m Ω.