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基于NS1021/1021E的车载USB技术

2019-03-06
关键词: USB接口 车载USB

  USB接口基于标准化的传输协议,可以方便地实现设备间互联。USB 2.0标准最高支持480Mbps的传输速率。普通USB传输系统存在抗干扰性差和传输距离近的问题,对其应用场合带来了限制。本文以车载应用为例,提出车载USB传输方案,有效地解决了上述问题,可作为与车载以太网并列的下一代车载数据传输方案。

  图1给出了车载视频与数据传输的典型应用,中控主机连接前/后视摄像头、激光雷达、DSM、行车记录仪、USB Hub扩展等设备。其中主机与很多设备间需要传输多种数据类型,USB 2.0作为使用最广泛的接口,在电子设备中无所不在,使用USB 2.0协议进行车载数据传输具有天然的优势。USB 2.0支持480Mbps的传输速率且功耗低,在传输速率、功耗及选择性上都远远超过100M车载以太网。并且车载USB可以与广泛的电子设备及芯片无缝对接,提供完美的设备兼容性。

  然而车载数据传输线路需要穿过电磁环境复杂的区域,而普通USB传输系统存在抗干扰性差和传输距离近的问题,对其应用场合带来了限制。在车载设备中搭载基于NS1021/1021E的车载USB方案,就可以有效保证传输的可靠性和稳定性。

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  图1

  车载USB(Automotive USB),是一种用于车载的USB传输协议,其提供与标准USB 2.0设备完全兼容的连接,但在物理层数据传输时通过专利技术,将标准USB 2.0的DC耦合信号,变为AC耦合信号,极大的提高了抗共模干扰能力,并通过数据编解码等技术使得传输距离长达30m。

  标准USB线缆的长度不超过5m,但在车载应用中,由于复杂电磁环境的存在,即使1m也对可靠性有很大挑战,缩短距离并不能完全避免干扰。为彻底解决上述问题,图2给出了基于NS1021/NS1021E芯片的车载USB传输方案。在Host端的NS1021/NS1021E通过标准USB 2.0接口与主控SOC连接,在Device端的NS1021/NS1021E通过标准USB 2.0接口与USB Device芯片连接从而提供完全的USB 2.0兼容性。而在NS1021/NS1021E之间,则通过AC耦合的车载USB信号进行传输,使得传输距离可以长达30m,并具有强抗干扰能力。

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  图2

  车载USB可以使用车载低频HSD连接器及线缆或车载USB连接器及线缆。其中标准HSD连接器已经广泛用于主机与分离屏的连接,但标准HSD连接器的带宽要求到2GHz以上,连接器阻抗要求为差分100欧姆+/-15%,一般搭配高质量进口线材使用,生产工艺复杂,价格高;而车载低频HSD连接器带宽要求为400MHz,连接器处的阻抗要求为差分100欧姆+/-25%即可,很多国产线材能达到性能要求,从而大幅降低线缆成本,并在30m长度范围内可靠传输。

  NS1021/1021E是天津瑞发科半导体技术有限公司推出的基于专利技术的USB 2.0接口增强传输方案,已在业界得到广泛应用,累计出货超过一百万片。NS1021采用1对屏蔽双绞线传输,传输速率600Mbps;NS1021E采用2对屏蔽双绞线传输,传输速率300Mbps,NS1021E进一步降低了对连接器及线缆带宽的要求。用户可根据实际产品的需求选择合适的型号。

  NS1021/1021E本身不解析USB 2.0协议,而是通过专利技术的AC耦合和编解码技术,来提升传输的距离与可靠性。NS1021/1021E的传输机制保证了零延时,其也实现了自动均衡技术,从而自适应线缆长度、类型及长期使用后的电特性变化。

  一对NS1021/1021E从逻辑上可以认为等同于一条适于车载应用的高抗干扰性USB 2.0 High Speed线缆,其对USB 2.0协议为透明传输,可以兼容任何现有的USB 2.0 High Speed主机、设备或USB 2.0 Hub,也可以通过USB 2.0 Hub兼容任何USB 1.1 Full Speed或USB 1.1 Low Speed设备。

  图3给出了连接USB 2.0 Hub时的应用实例。Host端或者Device端都可以通过USB 2.0 Hub进行连接,从而可以极大的提高系统设计的灵活性。

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  图3

  目前,基于NS1021/1021E的车载USB方案已经应用于多个车厂/一级供应商量产的DSM和行车记录仪系统中。NS1021/1021E芯片的应用,使得传输距离不再受限,而且USB 2.0信号抗干扰性达到车载应用环境的要求。

  结语:NS1021/NS1021E在两个互联的USB 2.0设备间提供了一条高速通道,而且对其两端的USB设备来说,通道是透明的,兼容任何USB 2.0主机、设备及Hub。NS1021/NS1021E自2017年引入车载市场,目前已经在多个车型的DSM和行车记录仪中使用。本文基于NS1021/NS1021E提出车载USB传输方案,可作为与车载以太网并列的下一代车载数据传输方案。