ขั้วต่อ Universal Serial Bus (USB) Type-C ระบุและลดความซับซ้อนในการเชื่อมต่อระหว่างอุปกรณ์ผู้บริโภคยอดนิยม การใช้ USB-C สำหรับคุณสมบัติความเร็วสูงและไม่ขึ้นอยู่กับความปลอดภัย เช่น ระบบอินโฟเทนเมนต์ ยังเป็นประโยชน์ต่อนักออกแบบระบบรถยนต์อีกด้วย อย่างไรก็ตาม ตัวเชื่อมต่อ USB-C แบบดั้งเดิมที่ปรับแต่งสำหรับการใช้งานของผู้บริโภคไม่ได้ให้ความทนทาน ความน่าเชื่อถือ และความปลอดภัยที่จำเป็นในสภาพแวดล้อมของยานยนต์
บทความนี้จะอธิบายโดยย่อเกี่ยวกับ USB-C และความท้าทายที่นักออกแบบต้องเผชิญในการบูรณาการ USB-C เข้ากับการออกแบบรถยนต์ จากนั้นจึงอธิบายตัวเชื่อมต่อ HiUSB-C ที่นักออกแบบสามารถใช้เพื่อเอาชนะความท้าทายเหล่านี้
วิวัฒนาการของยูเอสบี
จาก USB ในรูปแบบ Type-A พื้นฐานดั้งเดิม ขั้วต่อ USB ได้เข้ามาแทนที่บัสแบบเดิมจำนวนมาก เช่น พอร์ตขนานและ RS-232 ในการใช้งานทั่วไป เครื่องทดสอบ และแม้แต่การใช้งานทางอุตสาหกรรม สิ่งนี้ได้ประโยชน์จากการใช้งานง่าย ต้นทุนต่ำ ขนาดเล็ก การเสียบและถอดปลั๊กที่รวดเร็วและง่ายดาย ความสามารถในการประมวลผลพลังงานและสัญญาณดิจิทัล และการสนับสนุนจากผู้จำหน่ายที่ครอบคลุมจาก Plug and Play เวอร์ชัน USB-C ที่ได้รับการปรับปรุงช่วยให้มีขนาดทางกายภาพที่เล็กลง ความเร็วที่เร็วขึ้น การจัดการพลังงานที่มากขึ้น และการเสียบขั้วบวกและขั้วลบ
ความสำเร็จอันยิ่งใหญ่ของตัวเชื่อมต่อ USB-C ทำให้เป็นมาตรฐานแบบครบวงจรที่ต้องนำไปใช้กับสมาร์ทโฟนใหม่และอุปกรณ์ผู้บริโภคขนาดเล็กทั้งหมด ส่งผลให้มียอดขายที่สูงมากและมีความสามารถในการทำงานร่วมกันของอุปกรณ์ที่แข็งแกร่งยิ่งขึ้น USB-C มาตรฐานมีขนาด 8.4 มม. x 2.6 มม. และมี 24 พิน การออกแบบสมมาตร (ปลั๊กมู่ลี่ด้านบวกและด้านลบ) ถูกนำมาใช้กับตัวคอนเนคเตอร์และพิน และไม่จำเป็นต้องใช้ปุ่มป้องกันการแข็งตัว ขั้วต่อนี้ยังสามารถใช้สำหรับการถ่ายโอนและชาร์จข้อมูลพร้อมกัน พร้อมฟังก์ชันเพิ่มเติมเพื่อรองรับโหมด DisplayPort Alt และอะแดปเตอร์ HDMI และบริดจ์สำหรับการถ่ายโอนข้อมูลเสียงและวิดีโอ
คุณสมบัติเหล่านี้มีประโยชน์อย่างมากต่อนักออกแบบระบบความบันเทิงในยานยนต์ ด้วยเหตุนี้ USB-C มีศักยภาพในการลดต้นทุน ความสะดวก และน้ำหนักเมื่อเทียบกับวิธีการเชื่อมต่ออื่นๆ ขณะเดียวกันก็สร้างระบบนิเวศทรัพยากร USB ที่มีอยู่อย่างกว้างขวาง
แม้ว่า USB-C จะมีแนวโน้มการใช้งานในยานยนต์อย่างกว้างขวาง แต่นักออกแบบจะต้องจัดการกับความท้าทายหลายประการ รวมถึงการสั่นสะเทือนที่รุนแรงและความผันผวนของอุณหภูมิ การรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าสูง (EMI) และความล้มเหลวที่เป็นอันตรายที่อาจเกิดขึ้นจากสายเคเบิล USB และตัวเชื่อมต่อที่ไม่มีใครเทียบได้
นำ USB-C เข้าสู่โลกยานยนต์
เพื่อตอบสนองความต้องการตัวเชื่อมต่อที่เหมาะสม Hi จึงนำเสนอตัวเชื่อมต่อ USB-C ซีรีส์ AU1 ที่ตรงตามข้อกำหนดเฉพาะของสภาพแวดล้อมในยานยนต์ ตัวเชื่อมต่อซีรีส์นี้เชื่อมการเชื่อมต่อระหว่างอุปกรณ์ภายในและภายนอกกับมาตรฐานที่รองรับ เช่น USB 3.2 Gen2, DisplayPort 1.4 และ HDMI อุปกรณ์ตระกูลนี้สร้างขึ้นจากซีรีส์ HiCX ที่มีอยู่และทำงานได้อย่างราบรื่น (รูปที่ 1)
ขั้วต่อ USB-C เกรดรถยนต์ HIROSE
รูปที่ 1: ขั้วต่อ USB-C ระดับยานยนต์ซีรีส์ AU1 (ด้านล่าง) ใช้ซีรีส์ CX (ด้านบน) เป็นส่วนประกอบ แหล่งที่มาของภาพ: สวัสดี)
การผสมผสานที่เป็นนวัตกรรมใหม่นี้ทำให้: 1) อัตราการถ่ายโอนข้อมูลที่เสถียรและความเร็วสูงสูงถึง 20 Gb/s (ตามมาตรฐาน USB 3.2 Gen 2 × 2) 2) ระดับพลังงาน 240 W (ตามมาตรฐานการส่งผ่านพลังงาน USB 3.1 มาตรฐานช่วงพลังงานขยาย: 48 V, 5 A) 3) การเชื่อมต่อที่เชื่อถือได้ซึ่งครอบคลุมระบบสาระบันเทิงในรถยนต์ทั้งหมด; ดังนั้นจึงสามารถรองรับฟังก์ชันขั้นสูงและบูรณาการระบบได้อย่างราบรื่น
ขั้วต่อซีรีส์ AU1 ได้รับการเสียบอย่างแน่นหนา ทนต่อแรงกระแทกและความร้อน และสามารถรักษาประสิทธิภาพที่เชื่อถือได้ในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง ด้วยวิธีนี้ ซีรีส์นี้จึงสามารถใช้ตัวเชื่อมต่อประเภทยอดนิยมนี้ในสภาพแวดล้อมที่ท้าทายมากกว่าการออกแบบดั้งเดิม
ชุดตัวเชื่อมต่อรองรับการติดตั้งแบบตรงและมุมขวา (รูปที่ 2) ช่วยให้นักออกแบบมีความยืดหยุ่นในการเดินสายไฟในสภาพแวดล้อมของยานยนต์ที่มีข้อจำกัดอย่างรุนแรง
คอนเนคเตอร์ AU1 ซีรีส์ของ HIROSE รองรับการใช้งาน รูปแบบตรง และสี่เหลี่ยม (คลิกเพื่อดูภาพขยาย)
รูปที่ 2: ขั้วต่อซีรีส์ AU1 รองรับรูปแบบตรงและสี่เหลี่ยม บอร์ดสาธิตแสดงการใช้ตัวเชื่อมต่อ แหล่งที่มาของภาพ: สวัสดี)
รับรองการเชื่อมต่อที่ปลอดภัย แม่นยำ และถูกต้อง
ตัวเชื่อมต่อเหล่านี้มีการออกแบบที่เป็นเอกลักษณ์สองแบบ ได้แก่ อุปกรณ์ Connector Position Assurance (CPA) และกุญแจล็อคตาย กลไก CPACPA ช่วยให้มั่นใจได้ถึงการแทรกที่เชื่อถือได้และแม่นยำ โครงสร้างสลักที่ใช้นิ้ว (รูปที่ 3) ช่วยให้มั่นใจได้ถึงการจับคู่ทางกลไกที่เชื่อถือได้และเสียงคลิก ทำให้ผู้ใช้สามารถยืนยันการทำงานของสลักได้สำเร็จ
กลไก CPA ของ Hirose ช่วยให้มั่นใจได้ว่าขั้วต่อการผสมพันธุ์จะมีส่วนร่วมอย่างเต็มที่
รูปที่ 3: กลไก CPA ช่วยให้แน่ใจว่าตัวเชื่อมต่อการผสมพันธุ์นั้นเข้าที่จนสุด จากนั้นจึงล็อคและยึดให้แน่นอยู่กับที่ และยังคงจับคู่ไว้จนกว่าจะปลดออกด้วยตนเอง แหล่งที่มาของภาพ: สวัสดี)
ในระหว่างการดำเนินการ กลไก CPA ไม่สามารถเคลื่อนย้ายได้จนกว่าการผสมพันธุ์จะเสร็จสมบูรณ์ เมื่อเสียบปลั๊กจนสุด เต้ารับจะดันกลไก CPA ลงในตำแหน่งล็อค เพื่อระบุว่าได้เสียบปลั๊กตามที่ต้องการ หากต้องการลบการจับคู่ ให้ดึงกลไก CPA แล้วปลดล็อคเสริม ได้ยินเสียงคลิกเมื่อเลิกใช้งาน
หากมีการเบี่ยงเบนในแนวแกนหรือแนวรัศมี ชิ้นส่วนทั้งสองที่เชื่อมต่อกันจะไม่คลิกเพื่อเตือนผู้ใช้ว่าการเชื่อมต่อที่ไม่ถูกต้อง อายุการผสมพันธุ์ของตัวเชื่อมต่อเหล่านี้เกินรอบการผสมพันธุ์ 10,000 รอบ ซึ่งเกินอายุการใช้งานที่คาดไว้ในสภาพแวดล้อมของยานยนต์มาก
ปุ่มป้องกันการแข็งตัวช่วยป้องกันไม่ให้สายเคเบิลผิดเชื่อมต่อกับอินเทอร์เฟซเป้าหมาย ตามที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ หนึ่งในคุณสมบัติที่สะดวกสบายของสาย USB-C สำหรับผู้บริโภคก็คือสามารถเสียบกลับด้านได้ นอกจากนี้ยังหมายความว่าอุปกรณ์เหล่านี้ไม่มีกุญแจล็อคตายตัวหรือวิธีการระบุตัวตนทางกายภาพ กล่าวคือ ไม่จำเป็นต้องระบุว่าปลั๊กใดที่ท้ายที่สุดจะเชื่อมต่อกับเต้ารับใด ในการใช้งานของผู้บริโภคที่ "เพียงหยิบสายเคเบิล" เพื่อเสียบเข้าและออก การไม่มีตำแหน่งกุญแจล็อคตายตัวถือเป็นข้อได้เปรียบ อย่างไรก็ตาม การใช้งานในยานยนต์มีแนวโน้มที่จะ "เสียบปลั๊ก" มากกว่า และมีความเสี่ยงที่จะเกิดข้อผิดพลาดในการเดินสายไฟเมื่อติดตั้งชุดสายไฟรถยนต์ที่มีความหนาแน่นสูง ในกรณีเหล่านี้ ความไม่ตรงกันดังกล่าวอาจส่งผลให้เกิดความรู้สึกหงุดหงิดเนื่องจากลิงก์ใช้งานไม่ได้ ความเสียหายต่ออุปกรณ์ต่อพ่วง และอาจเกิดอันตรายต่อระบบและผู้ใช้
เพื่อป้องกันการเดินสายที่ผิดพลาด ขั้วต่อ USB-C ระดับยานยนต์ ซีรีส์ AU1 รองรับรหัสตำแหน่งกุญแจรบกวนทางกายภาพสองรหัส: มาตรฐาน (สีดำ) และ "กุญแจ A" (สีเทา/หลัก) (รูปที่ 4) เค้าโครงตำแหน่งคีย์ทั้งสองนี้ช่วยให้แน่ใจว่าข้อผิดพลาดในการจับคู่จะไม่เกิดขึ้นในกรณีของสายเคเบิลและขั้วต่อสองเส้นที่อยู่ติดกัน สีที่ต่างกันยังช่วยระบุรหัสตำแหน่งคีย์ทั้งสองนี้ด้วย
เค้าโครงของปุ่มป้องกันการแข็งตัวแบบกลไก
รูปที่ 4: ผู้ใช้สามารถใช้รูปแบบปุ่มแบบกลไกแบบใดแบบหนึ่งจากสองแบบเพื่อลดข้อผิดพลาดในการเชื่อมต่อสายเคเบิล ขั้วต่อที่มีปุ่มมาตรฐานจะเป็นสีดำ และขั้วต่อที่มี "กุญแจ A" จะเป็นสีเทา (ตัวผู้)/หลัก (ตัวเมีย) แหล่งที่มาของภาพ: สวัสดี)
ประสิทธิภาพมาตรฐานและไฟฟ้า
ตัวเลขเฉพาะจะกำหนดความเหมาะสมด้านสิ่งแวดล้อมและประสิทธิภาพทางไฟฟ้าของตัวเชื่อมต่อ Hiconnectors เหล่านี้ ตัวเชื่อมต่อเหล่านี้ทำงานในช่วงอุณหภูมิ - 40 ° C ถึง+105 ° C ในด้านความเหมาะสมด้านสิ่งแวดล้อม ขั้วต่อเหล่านี้ยังกันน้ำและกันฝุ่นอีกด้วย ขึ้นอยู่กับประเภทของตัวเชื่อมต่อ การป้องกัน IP54, IP68 หรือ IP69K สามารถทำได้ IP69K เป็นมาตรฐานป้องกันฝุ่นและกันน้ำที่เข้มงวดที่สุดจากสามมาตรฐาน
ตัวเชื่อมต่อเหล่านี้ตรงตามมาตรฐาน USCAR-2 และ USCAR-30 ในด้านความน่าเชื่อถือ USCAR-2 เป็นมาตรฐานด้านประสิทธิภาพสำหรับระบบขั้วต่อไฟฟ้าระดับยานยนต์ ซึ่งสรุปข้อกำหนดสำหรับขั้วต่อ ขั้วต่อ และส่วนประกอบในการใช้งานแรงดันไฟฟ้าต่ำบนยานพาหนะบนท้องถนน USCAR-30 เป็นข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพสำหรับระบบเชื่อมต่อ USB ที่ติดตั้งในรถยนต์ ซึ่งครอบคลุมข้อกำหนดต่างๆ สำหรับขั้วต่อ USB สายเคเบิล และการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าระหว่างอุปกรณ์ต่อพ่วงสำหรับผู้ใช้ทั่วไปและโฮสต์ USB ที่ติดตั้งในรถยนต์
ในทางไฟฟ้า พินแหล่งจ่ายไฟ (A4/A9/B4/B9 (VBUS)) มีพิกัด 1.25 A สำหรับข้อกำหนด USB-C ในขณะที่พินแหล่งจ่ายไฟไม่มีพิกัด 0.25 A สำหรับ 20 VAC และ VDC ความต้านทานการสัมผัสเริ่มต้นสูงสุดคือ 40 m Ω หลังจากการทดสอบความเค้นมาตรฐานหลายชุด ความต้านทานหน้าสัมผัสจะเพิ่มขึ้นเล็กน้อยแต่ไม่เกิน 50 ม. Ω