Universal Serial Bus (USB) Type-C-connectoren specificeren en vereenvoudigen verbindingen tussen populaire consumentenapparaten. Het gebruik van USB-C voor snelle, veiligheidsonafhankelijke functies zoals infotainment komt ook de ontwerpers van autosystemen ten goede. Traditionele USB-C-connectoren die zijn aangepast voor consumententoepassingen bieden echter niet de robuustheid, betrouwbaarheid en veiligheid die vereist zijn in de automobielomgeving.
Dit artikel beschrijft kort de USB-C en de uitdagingen waarmee ontwerpers worden geconfronteerd bij het integreren van USB-C in het voertuigontwerp, en vervolgens de HiUSB-C-connectoren die ontwerpers kunnen gebruiken om deze uitdagingen te overwinnen.
De evolutie van USB
Van de oorspronkelijke basistype-A-vorm USB hebben USB-connectoren veel traditionele bussen vervangen, zoals parallelle poorten en RS-232, in consumenten-, testinstrument- en zelfs industriële toepassingen. Dit profiteert van gebruiksgemak, lage kosten, kleine afmetingen, snel en gemakkelijk aansluiten en loskoppelen, stroom- en digitale signaalverwerkingsmogelijkheden en uitgebreide leveranciersondersteuning via Plug and Play. De verbeterde USB-C-versie maakt kleinere fysieke afmetingen, hogere snelheden, grotere belastbaarheid en positieve en negatieve aansluiting mogelijk.
Het grote succes van de USB-C-connector heeft ervoor gezorgd dat het de uniforme standaard is geworden die door alle nieuwe smartphones en kleine consumentenapparaten moet worden geïmplementeerd, wat resulteert in extreem hoge verkopen en een sterkere interoperabiliteit van apparaten. De standaard USB-C is 8,4 mm x 2,6 mm groot en biedt 24 pinnen. Er is een symmetrisch ontwerp (positieve en negatieve blinde plug) toegepast voor het connectorlichaam en de pin, en er is geen antivriessleutel vereist. Deze connector kan ook worden gebruikt voor gelijktijdige gegevensoverdracht en opladen, met uitgebreide functionaliteit ter ondersteuning van de DisplayPort Alt-modus en HDMI-adapters en bruggen voor audio- en videogegevensoverdracht.
Deze kenmerken zijn van groot voordeel voor ontwerpers van auto-entertainmentsystemen. In dit opzicht heeft USB-C het potentieel om de kosten, het gemak en het gewicht te verlagen in vergelijking met andere manieren van verbinden, terwijl ook een uitgebreid bestaand ecosysteem van USB-bronnen wordt opgebouwd.
Hoewel USB-C brede perspectieven heeft in automobieltoepassingen, moeten ontwerpers een aantal uitdagingen aangaan, waaronder ernstige trillingen en temperatuurschommelingen, hoge elektromagnetische interferentie (EMI) en potentieel gevaarlijke storingen veroorzaakt door ongeëvenaarde USB-kabels en connectoren.
USB-C naar de autowereld brengen
Om aan de behoefte aan een geschikte connector te voldoen, biedt Hiofs AU1-serie USB-C-connectoren die voldoen aan de unieke eisen van de automobielomgeving. Deze serie connectoren overbrugt de onderlinge verbinding tussen interne en externe apparatuur en ondersteunt standaarden zoals USB 3.2 Gen2, DisplayPort 1.4 en HDMI. Deze familie van apparaten is gebouwd op de bestaande HiCX-serie en werkt daar naadloos mee (Figuur 1).
HIROSE AUTOMOBIELE USB-C-CONNECTOR
Afbeelding 1: USB-C-connector van voertuigklasse uit de AU1-serie (onder) gebruikt de CX-serie (boven) als onderdeel. Afbeeldingsbron: Hallo)
Deze innovatieve combinatie realiseert: 1) een stabiele en snelle gegevensoverdrachtsnelheid tot 20 Gb/s (in overeenstemming met de USB 3.2 Gen 2 × 2-standaard), 2) een vermogensniveau van 240 W (in overeenstemming met de USB-stroomtransmissie 3.1 standaard voor uitgebreid vermogensbereik: 48 V, 5 A), 3) betrouwbare verbinding die het hele infotainmentsysteem van het voertuig bestrijkt; Daarom kan het geavanceerde functies ondersteunen en een naadloze systeemintegratie realiseren.
De connectoren uit de AU1-serie zijn stevig aangesloten, bestand tegen schokken en hitte, en kunnen betrouwbare prestaties behouden in zware omgevingen. Op deze manier kan de serie dit populaire connectortype gebruiken in meer uitdagende omgevingen dan het originele ontwerp.
De reeks connectorconstructies ondersteunt rechte en haakse montage (Afbeelding 2), waardoor ontwerpers flexibiliteit hebben bij de bedrading in een ernstig beperkte auto-omgeving.
HIROSE's AU1-serie connectoren ondersteunen een rechte en rechthoekige lay-out (klik om te vergroten)
Afbeelding 2: Connectoren uit de AU1-serie ondersteunen een rechte en rechthoekige lay-out; Het demobord laat het gebruik van connectoren zien. Afbeeldingsbron: Hallo)
Zorg voor een veilige, nauwkeurige en correcte aansluiting
Er zijn twee unieke ontwerpen voor deze connectoren: het Connector Position Assurance (CPA) -apparaat en de deadlock-sleutel. CPACPA-mechanisme zorgt voor betrouwbaar en nauwkeurig inbrengen. De met de vingers bediende grendelstructuur (Fig. 3) zorgt voor een betrouwbare mechanische koppeling en een klikgeluid, waardoor de gebruiker een succesvolle grendelactie kan bevestigen.
Het CPA-mechanisme van Hirose zorgt ervoor dat de bijpassende connectoren volledig vastzitten
Afbeelding 3: Het CPA-mechanisme zorgt ervoor dat de bijpassende connectoren volledig in elkaar grijpen, vervolgens op hun plaats worden vergrendeld en vastgezet en gekoppeld blijven totdat ze handmatig worden losgekoppeld. Afbeeldingsbron: Hallo)
Tijdens bedrijf kan het CPA-mechanisme niet worden verplaatst totdat de koppeling is voltooid. Wanneer de stekker volledig is ingestoken, duwt de houder het CPA-mechanisme naar beneden in de vergrendelde positie, wat aangeeft dat de stekker op de juiste manier is ingestoken. Om de matching te verwijderen, trekt u aan het CPA-mechanisme en maakt u de extra vergrendeling los; Bij het uitschakelen is een hoorbare klik hoorbaar.
Als er enige axiale of radiale afwijking is, zullen de twee op elkaar aansluitende delen niet klikken om de gebruiker te waarschuwen voor onjuiste koppeling. De nominale levensduur van deze connectoren bedraagt meer dan 10.000 aansluitcycli, wat de verwachte levensduur in de automobielomgeving ruimschoots overtreft.
De antivriessleutel helpt voorkomen dat de verkeerde kabel op de doelinterface wordt aangesloten. Zoals eerder vermeld is een van de handige kenmerken van de USB-C-kabel voor consumenten dat deze omkeerbaar is. Dit betekent ook dat ze niet over een deadlock-sleutel of fysiek identificatiemiddel beschikken, dat wil zeggen dat ze niet hoeven te identificeren welke stekker uiteindelijk op welk stopcontact wordt aangesloten. In consumententoepassingen waarbij je "gewoon een kabel pakt" om in en uit te pluggen, is het ontbreken van een deadlock-sleutelpositie een voordeel. Bij toepassingen in de automobielsector is de kans echter groter dat ze worden "aangesloten" en bestaat er een risico op bedradingsfouten bij het installeren van dichte kabelbomen voor auto's. In deze gevallen kunnen dergelijke mismatches resulteren in een gevoel van frustratie omdat de verbinding niet werkt, schade aan randapparatuur en potentiële gevaren voor systemen en gebruikers.
Om foutieve bedrading te voorkomen, ondersteunen de USB-C-connectoren uit de voertuigklasse van de AU1-serie twee fysieke interferentiesleutelpositiecodes: standaard (zwart) en "A Key" (grijs/primair) (Afbeelding 4). Deze twee sleutelpositie-indelingen zorgen ervoor dat er geen paringsfouten optreden in het geval van twee aangrenzende kabels en connectoren. Verschillende kleuren helpen ook bij het identificeren van deze twee sleutelpositiecodes.
Indeling van mechanische antivriestoetsen
Afbeelding 4: De gebruiker kan een van de twee mechanische toetsindelingen gebruiken om kabelaansluitfouten te minimaliseren; Connectoren met standaardsleutels zijn zwart en connectoren met "A Key" zijn grijs (mannelijk)/primair (vrouwelijk). Afbeeldingsbron: Hallo)
Standaard en elektrische prestaties
Specifieke cijfers definiëren de milieugeschiktheid en elektrische prestaties van deze Hiconnectors. Wat de milieugeschiktheid betreft, werken deze connectoren in het temperatuurbereik van -40 °C tot +105 °C. Bovendien zijn ze water- en stofdicht; Afhankelijk van het connectortype kan een IP54-, IP68- of IP69K-bescherming worden bereikt. IP69K is de strengste van de drie stof- en waterdichte normen.
Deze connectoren voldoen aan de USCAR-2- en USCAR-30-normen voor betrouwbaarheid. USCAR-2 is de prestatienorm voor elektrische connectorsystemen voor auto's, die de vereisten schetst voor terminals, connectoren en componenten in laagspanningstoepassingen op wegvoertuigen. USCAR-30 is de prestatiespecificatie voor een op een voertuig gemonteerd USB-verbindingssysteem, dat verschillende vereisten dekt voor een USB-connector, kabel en elektrische verbinding tussen consumentenrandapparatuur en een op een voertuig gemonteerde USB-host.
Elektrisch gezien heeft de voedingspin (A4/A9/B4/B9 (VBUS)) een nominaal vermogen van 1,25 A voor USB-C-specificaties, terwijl de niet-voedingspin een nominaal vermogen van 0,25 A heeft voor 20 VAC en VDC. De maximale initiële contactweerstand bedraagt 40 mΩ. Na een reeks standaard stresstests zal de contactweerstand iets stijgen, maar niet hoger dan 50 m Ω.