USB接口基于標準化的傳輸協(xié)議,可以方便地實現(xiàn)設(shè)備間互聯(lián)。USB 2.0標準最高支持480Mbps的傳輸速率。普通USB傳輸系統(tǒng)存在抗干擾性差和傳輸距離近的問題,對其應(yīng)用場合帶來了限制。本文以車載應(yīng)用為例,提出車載USB傳輸方案,有效地解決了上述問題,可作為與車載以太網(wǎng)并列的下一代車載數(shù)據(jù)傳輸方案。
圖1給出了車載視頻與數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡湫蛻?yīng)用,中控主機連接前/后視攝像頭、激光雷達、DSM、行車記錄儀、USB Hub擴展等設(shè)備。其中主機與很多設(shè)備間需要傳輸多種數(shù)據(jù)類型,USB 2.0作為使用最廣泛的接口,在電子設(shè)備中無所不在,使用USB 2.0協(xié)議進行車載數(shù)據(jù)傳輸具有天然的優(yōu)勢。USB 2.0支持480Mbps的傳輸速率且功耗低,在傳輸速率、功耗及選擇性上都遠遠超過100M車載以太網(wǎng)。并且車載USB可以與廣泛的電子設(shè)備及芯片無縫對接,提供完美的設(shè)備兼容性。
然而車載數(shù)據(jù)傳輸線路需要穿過電磁環(huán)境復雜的區(qū)域,而普通USB傳輸系統(tǒng)存在抗干擾性差和傳輸距離近的問題,對其應(yīng)用場合帶來了限制。在車載設(shè)備中搭載基于NS1021/1021E的車載USB方案,就可以有效保證傳輸?shù)目煽啃院头€(wěn)定性。
圖1
車載USB(Automotive USB),是一種用于車載的USB傳輸協(xié)議,其提供與標準USB 2.0設(shè)備完全兼容的連接,但在物理層數(shù)據(jù)傳輸時通過專利技術(shù),將標準USB 2.0的DC耦合信號,變?yōu)锳C耦合信號,極大的提高了抗共模干擾能力,并通過數(shù)據(jù)編解碼等技術(shù)使得傳輸距離長達30m。
標準USB線纜的長度不超過5m,但在車載應(yīng)用中,由于復雜電磁環(huán)境的存在,即使1m也對可靠性有很大挑戰(zhàn),縮短距離并不能完全避免干擾。為徹底解決上述問題,圖2給出了基于NS1021/NS1021E芯片的車載USB傳輸方案。在Host端的NS1021/NS1021E通過標準USB 2.0接口與主控SOC連接,在Device端的NS1021/NS1021E通過標準USB 2.0接口與USB Device芯片連接從而提供完全的USB 2.0兼容性。而在NS1021/NS1021E之間,則通過AC耦合的車載USB信號進行傳輸,使得傳輸距離可以長達30m,并具有強抗干擾能力。
圖2
車載USB可以使用車載低頻HSD連接器及線纜或車載USB連接器及線纜。其中標準HSD連接器已經(jīng)廣泛用于主機與分離屏的連接,但標準HSD連接器的帶寬要求到2GHz以上,連接器阻抗要求為差分100歐姆+/-15%,一般搭配高質(zhì)量進口線材使用,生產(chǎn)工藝復雜,價格高;而車載低頻HSD連接器帶寬要求為400MHz,連接器處的阻抗要求為差分100歐姆+/-25%即可,很多國產(chǎn)線材能達到性能要求,從而大幅降低線纜成本,并在30m長度范圍內(nèi)可靠傳輸。
NS1021/1021E是天津瑞發(fā)科半導體技術(shù)有限公司推出的基于專利技術(shù)的USB 2.0接口增強傳輸方案,已在業(yè)界得到廣泛應(yīng)用,累計出貨超過一百萬片。NS1021采用1對屏蔽雙絞線傳輸,傳輸速率600Mbps;NS1021E采用2對屏蔽雙絞線傳輸,傳輸速率300Mbps,NS1021E進一步降低了對連接器及線纜帶寬的要求。用戶可根據(jù)實際產(chǎn)品的需求選擇合適的型號。
NS1021/1021E本身不解析USB 2.0協(xié)議,而是通過專利技術(shù)的AC耦合和編解碼技術(shù),來提升傳輸?shù)木嚯x與可靠性。NS1021/1021E的傳輸機制保證了零延時,其也實現(xiàn)了自動均衡技術(shù),從而自適應(yīng)線纜長度、類型及長期使用后的電特性變化。
一對NS1021/1021E從邏輯上可以認為等同于一條適于車載應(yīng)用的高抗干擾性USB 2.0 High Speed線纜,其對USB 2.0協(xié)議為透明傳輸,可以兼容任何現(xiàn)有的USB 2.0 High Speed主機、設(shè)備或USB 2.0 Hub,也可以通過USB 2.0 Hub兼容任何USB 1.1 Full Speed或USB 1.1 Low Speed設(shè)備。
圖3給出了連接USB 2.0 Hub時的應(yīng)用實例。Host端或者Device端都可以通過USB 2.0 Hub進行連接,從而可以極大的提高系統(tǒng)設(shè)計的靈活性。
圖3
目前,基于NS1021/1021E的車載USB方案已經(jīng)應(yīng)用于多個車廠/一級供應(yīng)商量產(chǎn)的DSM和行車記錄儀系統(tǒng)中。NS1021/1021E芯片的應(yīng)用,使得傳輸距離不再受限,而且USB 2.0信號抗干擾性達到車載應(yīng)用環(huán)境的要求。
結(jié)語:NS1021/NS1021E在兩個互聯(lián)的USB 2.0設(shè)備間提供了一條高速通道,而且對其兩端的USB設(shè)備來說,通道是透明的,兼容任何USB 2.0主機、設(shè)備及Hub。NS1021/NS1021E自2017年引入車載市場,目前已經(jīng)在多個車型的DSM和行車記錄儀中使用。本文基于NS1021/NS1021E提出車載USB傳輸方案,可作為與車載以太網(wǎng)并列的下一代車載數(shù)據(jù)傳輸方案。