為汽車集成設(shè)計的USB接口連接器概念

當(dāng)今，幾乎每種電子消費產(chǎn)品都擁有標(biāo)準(zhǔn)型A、B或迷你型的USB接口。在汽車中使用這種接口的一個不可忽視的問題是如何確保在長時間重復(fù)插拔后連接系統(tǒng)的可靠性。假設(shè)每天平均使用3次，每年約使用1 000次，那么在汽車20年的使用壽命中接插次數(shù)可高達(dá)20 000次。

不同的設(shè)備會要求不同種類的USB接口。如何選擇接口的安裝位置同樣需要考慮駕駛員的人機工程學(xué)的要求。

基于上述原因，泰科電子開發(fā)了一套能滿足以上所有要求，同時又為客戶進(jìn)一步改裝帶來便利的連接系統(tǒng)。此系統(tǒng)的開發(fā)核心在于USB接口的易換性，此技術(shù)也稱為USB適配器。它什么時候都可以更換，比如每年一次。

在車內(nèi)信號通過屏蔽的USB線纜傳輸至相關(guān)的USB控制單元，如“主體單元”。這種連接方式是經(jīng)過各種汽車應(yīng)用規(guī)范測試的。在完全屏蔽的情況下，這種連接器同樣能滿足480MBit/s的USB高速傳輸標(biāo)準(zhǔn)。這樣就能確保USB接口到控制單元阻抗的穩(wěn)定性和良好的電磁兼容性。與“主體單元”連接的4位連接器和本文中提及的MQS接插件原理相同。此便捷又經(jīng)濟的可替換USB適配器設(shè)計原理，在其他接口上也同樣適用，如迷你型USB接口。

測試和鑒定

所有提及部件已根據(jù)SAE/USCAR-30草案/08-2006規(guī)范進(jìn)行過相關(guān)測試。特別值得一提的是，對連接器進(jìn)行溫度循環(huán)和環(huán)境測試相結(jié)合的測試。USCAR-30規(guī)范要求綜合測試這些接插件，可以說，既要滿足“用戶”的需求，又要滿足“車輛”的要求。因此每5 000次才有替換USB適配器的必要，也就是約每5年一次。

電磁兼容性能對于接插件技術(shù)的質(zhì)量也是至關(guān)重要的。為證明這項性能，在運行中的USB接口已根據(jù)相應(yīng)的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試?？紤]到數(shù)據(jù)傳輸速率，應(yīng)根據(jù)高頻參數(shù)開發(fā)相應(yīng)的USB高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。

根據(jù)SAE/USCAR-30草案/08-2006規(guī)范所涉及USB2.0修訂本說明的一些主要的高頻參數(shù)如下：

1. 阻抗范圍（90±15%）；
2. 傳播時延（26ns）；
3. 傳播時延差（100ps）；
4. 衰減率（5.8dB，f=400MHz）；
5. 屏蔽范圍（最小20dB，30MHz～1GHz）。

傳播通路中阻抗不連續(xù)性將會導(dǎo)致反射損失和信號失真。借助時域反射計（TDR），阻抗值可用時間函數(shù)直接顯示出來（見圖2），以便時刻監(jiān)測該數(shù)值是否符合USB系統(tǒng)的規(guī)定系統(tǒng)公差。

圖2 可替換的USB適配器的阻抗圖

泰科電子的USB連接器系統(tǒng)同時滿足阻抗、傳播時延（兩個設(shè)備間信號傳輸?shù)臅r間）和傳播時延差（差分對內(nèi)偏移）的要求。除了這些參數(shù)，衰減率也是具有重要影響的標(biāo)稱值之一。互連衰減將引起信號失真并影響系統(tǒng)的功率設(shè)計。

電子數(shù)據(jù)鏈路必須完成兩項主要任務(wù)：一是數(shù)據(jù)傳輸，二是不影響周圍環(huán)境。因此，必須注意保證電線和接插件屏蔽以及接插件和接插件屏蔽間極低的感應(yīng)互連。通過屏蔽效能參數(shù)，可以看出如連接器、線纜和連接器組件等無源元件的屏蔽質(zhì)量。屏蔽效能提供了電磁干擾的可消除的參數(shù)范圍。絕對輻射值的最小化和抗干擾性的最大化，不僅取決于連接器的設(shè)計，同樣也取決于屏蔽層之間的連接概念。泰科電子可替換的USB適配器能完全滿足上述所有USB高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的限定條件。