【導讀】對于目前車內逐漸開始使用的USB接口設備，其連接器和線纜往往不是根據車載惡劣環境設計的。因此，最簡線路設計未必就是最成功的設計。設備上松散敷設的線纜、適配器導線，尤其是屏蔽較差的線路連接，會明顯惡化車輛內部的電磁狀況。
USB（通用串行總線）正逐步發展成為一項標準的傳輸協議。毫無疑問，這種發展得益于USB接口在眾多電子產品中的廣泛應用。因此，在車輛上配置這類通用總線設備是非常合理和明智的選擇。
在過去的十多年中，集成化的通信技術在各類車輛上的應用得以迅猛發展。汽車無線電裝置無疑已成為汽車中的“主體單元”，負責對大量應用和功能設備進行中央協調。
與此同時，電子產品（如筆記本電腦、iPods、移動電話、MP3播放器和存儲棒等）在汽車中的應用范圍也在不斷增加，因此，必須確保電子產品與現有車載設備之間數據傳輸的可靠性；另外，數據傳輸系統不僅在中高檔和豪華型車輛上進行裝配，而且還將逐步發展到標準配置車輛上，這已經成為當前的主流趨勢。
USB正逐步發展成為一項標準的傳輸協議。雖然目前市場上已能提供大量相關的傳輸配件，特別是在連接技術方面（如連接器和傳輸線），而且這些配件使用起來也很方便和快捷，但在某些場合下，使用這些產品會使應用變得復雜且具有風險性。
對于目前車內逐漸開始使用的USB接口設備，其連接器和線纜往往不是根據車載惡劣環境設計的。因此，最簡線路設計未必就是最成功的設計。設備上松散敷設的線纜、適配器導線，尤其是屏蔽較差的線路連接，會明顯惡化車輛內部的電磁狀況。
基于多年量產化產品的生產經驗，泰科電子（Tyco Electronics）認為這些產品設計還必須滿足許多其他在車輛使用中的邊界條件，包括非常苛刻的環境要求，例如在遭受振動、潮濕、氣體污染和機械應力的情況下，相關部件必須能在指定的溫度范圍內正常運行。這些要求將確保車輛相關部件擁有15～20年左右的使用壽命。
當然，這些功能也與汽車制造廠直接相關；另外，接插使用次數也是USB連接器非常重要的一項指標。盡管移動電話、計算機等許多電子產品每兩三年便要更換一次，但經測算，車輛用USB接口必須在大約20年的使用壽命里可保證接插20 000次。圖1所示為泰科電子的可靠的汽車USB連接技術。
在今后幾年內接口將向小型化發展，因此使用小型或微型USB接口就只是時間問題了。泰科電子通過綜合的產品概念來解決這些問題，其原理是通過使用與車輛用途全面兼容的連接器和線纜，再結合可靈活更換的USB適配器來解決。
高速連接器在車輛上應用
在開發適用于高頻車用連接系統時，首要考慮其在惡劣環境下使用時的精確度、機械強度和總體適用性的設計問題。要實現對稱高頻電信號通過線纜和接口的無干擾數據通信，如下特性同樣非常重要：傳輸線路上的恒阻抗；絕緣材料介質損耗小；連接器采用良好的低電阻的端子連接；成對信號導線規則絞線；屏蔽部分重復覆蓋。
很明顯，如果不做額外努力，這些特殊要求將無法實現。同時，我們還必須注意到，有些條件還是互相矛盾的。更重要的是如何選擇端子連接系統，它必須能保證在車輛使用壽命內端接良好。這里可能面臨的問題包括低接觸電阻和阻抗，以及插座和端子觸點的接插區的同質性。
基于上述原因，泰科電子選擇MQS（Micro Quadlock）端子連接系列應用于數據傳輸。該系統已在各類車輛上經多年驗證，如果配上其對稱型連接器的設計，原則上也適用于數據傳輸。圖1上半部分顯示了基于MQS連接的4位屏蔽連接器系統。
圖1：泰科電子的可靠的汽車USB連接技術
在這里，整個接插件都采用屏蔽設計。這種設計一方面能確保連接區域的穩定阻抗，另一方面能滿足汽車電磁兼容性（照射、輻射）的高要求。
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為汽車集成設計的USB接口連接器
當今，幾乎每種電子消費產品都擁有標準型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插拔后連接系統的可靠性。假設每天平均使用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可高達20,000次。
不同的設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的要求。
基于上述原因，泰科電子開發了一套能滿足以上所有要求，同時又為客戶進一步改裝帶來便利的連接系統。此系統的開發核心在于USB接口的易換性，此技術也稱為USB適配器。它什么時候都可以更換，比如每年一次。
在車內信號通過屏蔽的USB線纜傳輸至相關的USB控制單元，如“主體單元”。這種連接方式是經過各種汽車應用規范測試的。在完全屏蔽的情況下，這種連接器同樣能滿足480MBit/s的USB高速傳輸標準。這樣就能確保USB接口到控制單元阻抗的穩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。此便捷又經濟的可替換USB適配器設計原理，在其他接口上也同樣適用，如迷你型USB接口。
汽車USB接口的測試和鑒定
所有提及部件已根據SAE/USCAR-30草案/08-2006規范進行過相關測試。特別值得一提的是，對連接器進行溫度循環和環境測試相結合的測試。USCAR-30規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的質量也是至關重要的。為證明這項性能，在運行中的USB接口已根據相應的電磁兼容標準進行測試。考慮到數據傳輸速率，應根據高頻參數開發相應的USB高速數據傳輸系統。
根據SAE/USCAR-30草案/08-2006規范所涉及USB2.0修訂本說明的一些主要的高頻參數如下：
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性將會導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直接顯示出來（見圖2），以便時刻監測該數值是否符合USB系統的規定系統公差。
圖2：可替換的USB適配器的阻抗圖
電子數據鏈路必須完成兩項主要任務：一是數據傳輸，二是不影響周圍環境。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互連。通過屏蔽效能參數，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量。屏蔽效能提供了電磁干擾的可消除的參數范圍。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高速數據傳輸系統的限定條件。
泰科電子的USB連接器系統同時滿足阻抗、傳播時延（兩個設備間信號傳輸的時間）和傳播時延差（差分對內偏移）的要求。除了這些參數，衰減率也是具有重要影響的標稱值之一。互連衰減將引起信號失真并影響系統的功率設計。
