Os conectores Universal Serial Bus (USB) Tipo C especificam e simplificam as conexões entre dispositivos de consumo populares. O uso de USB-C para recursos independentes de segurança e alta velocidade, como infoentretenimento, também beneficia os projetistas de sistemas automotivos. No entanto, os conectores USB-C tradicionais personalizados para aplicações de consumo não oferecem a robustez, a confiabilidade e a segurança exigidas no ambiente automotivo.
Este artigo descreve brevemente o USB-C e os desafios enfrentados pelos projetistas na integração do USB-C no design do veículo e, em seguida, os conectores HiUSB-C que os projetistas podem usar para superar esses desafios.
A evolução do USB
Do USB tipo A básico original, os conectores USB substituíram muitos barramentos tradicionais, como portas paralelas e RS-232, em aplicações de consumo, instrumentos de teste e até mesmo industriais. Isso se beneficia da facilidade de uso, baixo custo, tamanho pequeno, conexão e desconexão rápida e fácil, recursos de processamento de sinais digitais e de energia e amplo suporte do fornecedor Plug and Play. A versão USB-C aprimorada permite dimensões físicas menores, velocidades mais rápidas, maior manuseio de energia e conexão positiva e negativa.
O grande sucesso do conector USB-C tornou-o o padrão unificado que deve ser implementado por todos os novos smartphones e pequenos dispositivos de consumo, resultando em vendas extremamente altas e maior interoperabilidade de dispositivos. O USB-C padrão tem tamanho de 8,4 mm x 2,6 mm e fornece 24 pinos. O design simétrico (plugue cego positivo e negativo) é adotado para o corpo e pino do conector, e a chave anticongelante não é necessária. Este conector também pode ser usado para transferência e carregamento simultâneos de dados, com funcionalidade estendida para suportar o modo DisplayPort Alt e adaptadores e pontes HDMI para transferência de dados de áudio e vídeo.
Esses recursos são de grande benefício para projetistas de sistemas de entretenimento automotivo. A este respeito, o USB-C tem o potencial de reduzir custos, conveniência e peso em comparação com outras formas de conexão, ao mesmo tempo que constrói um extenso ecossistema de recursos USB existente.
Embora o USB-C tenha amplas perspectivas em aplicações automotivas, os projetistas devem enfrentar uma série de desafios, incluindo vibrações severas e flutuações de temperatura, alta interferência eletromagnética (EMI) e possíveis falhas perigosas causadas por cabos e conectores USB incomparáveis.
Trazendo USB-C para o mundo automotivo
Para atender à necessidade de um conector adequado, a Hi oferece conectores USB-C da série AU1 que atendem aos requisitos exclusivos do ambiente automotivo. Esta série de conectores conecta a interconexão entre equipamentos internos e externos e suporta padrões como USB 3.2 Gen2, DisplayPort 1.4 e HDMI. Esta família de dispositivos é baseada na série HiCX existente e funciona perfeitamente com ela (Figura 1).
CONECTOR USB-C DE GRAU AUTOMÓVEL HIROSE
Figura 1: O conector USB-C de classe de veículo da série AU1 (inferior) usa a série CX (superior) como componente. Fonte da imagem: Olá)
Esta combinação inovadora proporciona: 1) taxa de transmissão de dados estável e de alta velocidade de até 20 Gb/s (em conformidade com o padrão USB 3.2 Gen 2 × 2), 2) nível de potência de 240 W (em conformidade com o padrão de faixa de potência estendida de transmissão de energia USB 3.1: 48 V, 5 A), 3) conexão confiável cobrindo todo o sistema de infoentretenimento do veículo; Portanto, ele pode suportar funções avançadas e realizar uma integração perfeita do sistema.
Os conectores da série AU1 são firmemente conectados, resistentes a choques e calor e podem manter um desempenho confiável em ambientes agressivos. Desta forma, a série pode usar este tipo de conector popular em ambientes mais desafiadores do que o design original.
A série de conjuntos de conectores suporta montagem reta e em ângulo reto (Figura 2), permitindo aos projetistas flexibilidade na fiação em um ambiente automotivo severamente restrito.
Os conectores da série AU1 da HIROSE suportam layout reto e retangular (clique para ampliar)
Figura 2: Os conectores da série AU1 suportam layout reto e retangular; A placa de demonstração mostra o uso de conectores. Fonte da imagem: Olá)
Garanta uma conexão segura, precisa e correta
Existem dois designs exclusivos para esses conectores: o dispositivo Connector Position Assurance (CPA) e a chave de deadlock. O mecanismo CPACPA garante uma inserção confiável e precisa. A estrutura da trava operada com os dedos (Fig. 3) garante um emparelhamento mecânico confiável e um som de clique, permitindo ao usuário confirmar a ação bem-sucedida da trava.
O mecanismo CPA da Hirose garante que os conectores correspondentes estejam totalmente encaixados
Figura 3: O mecanismo CPA garante que os conectores correspondentes estejam totalmente encaixados, depois travados e presos no lugar e permaneçam acoplados até serem desengatados manualmente. Fonte da imagem: Olá)
Durante a operação, o mecanismo CPA não pode ser movido até que o acoplamento seja concluído. Quando o plugue estiver totalmente inserido, o receptáculo empurrará o mecanismo CPA para baixo, para a posição travada, indicando que o plugue foi inserido conforme planejado. Para retirar o match, puxe o mecanismo do CPA e solte a trava auxiliar; Um clique audível é ouvido quando desengatado.
Se houver algum desvio axial ou radial, as duas peças correspondentes não emitirão um clique para alertar o usuário sobre o acoplamento incorreto. A vida útil nominal desses conectores excede 10.000 ciclos de acoplamento, excedendo em muito a vida útil esperada no ambiente automotivo.
A chave anticongelante ajuda a evitar que o cabo errado seja conectado à interface de destino. Conforme mencionado anteriormente, um dos recursos convenientes do cabo USB-C de consumo é que ele é reversível. Isto também significa que eles não possuem uma chave de bloqueio ou meios físicos de identificação, ou seja, não há necessidade de identificar qual plugue está conectado a qual tomada. Em aplicações de consumo onde “basta pegar um cabo” para conectar e desconectar, a falta de uma posição de chave de impasse é uma vantagem. No entanto, as aplicações automotivas têm maior probabilidade de serem "conectadas" e há risco de erros de fiação ao instalar chicotes de cabos automotivos densos. Nestes casos, tais incompatibilidades podem resultar num sentimento de frustração devido à inoperabilidade da ligação, danos aos dispositivos periféricos e perigos potenciais para os sistemas e utilizadores.
Para evitar fiação errada, os conectores USB-C de classe de veículo da série AU1 suportam dois códigos de posição de chave de interferência física: padrão (preto) e "Chave A" (cinza/primário) (Figura 4). Esses dois layouts de posição-chave ajudam a garantir que não ocorram erros de acoplamento no caso de dois cabos e conectores adjacentes. Cores diferentes também ajudam a identificar esses dois códigos de posição-chave.
Layout das teclas anticongelantes mecânicas
Figura 4: O usuário pode usar um dos dois layouts de teclas mecânicas para minimizar erros de conexão de cabos; Os conectores com chaves padrão são pretos e os conectores com "Chave A" são cinza (macho)/primário (fêmea). Fonte da imagem: Olá)
Desempenho padrão e elétrico
Números específicos definem a adequação ambiental e o desempenho elétrico desses Hiconnectors. No que diz respeito à adequação ambiental, estes conectores operam na faixa de temperatura de -40°C a+105°C. Também são à prova de água e poeira; Dependendo do tipo de conector, a proteção IP54, IP68 ou IP69K pode ser alcançada. IP69K é o mais rigoroso dos três padrões à prova de poeira e à prova d’água.
Esses conectores atendem aos padrões USCAR-2 e USCAR-30 de confiabilidade. USCAR-2 é o padrão de desempenho para sistemas de conectores elétricos de nível automotivo, que descreve os requisitos para terminais, conectores e componentes em aplicações de baixa tensão em veículos rodoviários. USCAR-30 é a especificação de desempenho para sistema de conexão USB montado em veículo, cobrindo vários requisitos para conector USB, cabo e conexão elétrica entre periféricos de consumo e host USB montado em veículo.
Eletricamente, o pino da fonte de alimentação (A4/A9/B4/B9 (VBUS)) é classificado como 1,25 A para especificações USB-C, enquanto o pino sem fonte de alimentação é classificado como 0,25 A para 20 VCA e VCC. A resistência máxima de contato inicial é de 40 m Ω. Após uma série de testes de tensão padrão, a resistência de contato aumentará ligeiramente, mas não excederá 50 m Ω.