Konektor Universal Serial Bus (USB) Type-C menentukan dan menyederhanakan koneksi antar perangkat konsumen populer. Penggunaan USB-C untuk fitur berkecepatan tinggi dan tidak bergantung pada keselamatan seperti infotainment juga menguntungkan perancang sistem mobil. Namun, konektor USB-C tradisional yang disesuaikan untuk aplikasi konsumen tidak memberikan ketahanan, keandalan, dan keamanan yang dibutuhkan dalam lingkungan otomotif.
Makalah ini menjelaskan secara singkat USB-C dan tantangan yang dihadapi oleh desainer dalam mengintegrasikan USB-C ke dalam desain kendaraan, dan kemudian konektor HiUSB-C yang dapat digunakan desainer untuk mengatasi tantangan tersebut.
Evolusi USB
Dari USB tipe-A dasar asli, konektor USB telah menggantikan banyak bus tradisional, seperti port paralel dan RS-232, di konsumen, instrumen pengujian, dan bahkan aplikasi industri. Hal ini diuntungkan dari kemudahan penggunaan, biaya rendah, ukuran kecil, pemasangan dan pencabutan yang cepat dan mudah, kemampuan pemrosesan sinyal digital dan daya, serta dukungan vendor yang luas dari Plug and Play. Versi USB-C yang disempurnakan memungkinkan dimensi fisik yang lebih kecil, kecepatan lebih tinggi, penanganan daya lebih besar, dan colokan positif dan negatif.
Keberhasilan besar konektor USB-C menjadikannya standar terpadu yang harus diterapkan oleh semua ponsel cerdas baru dan perangkat konsumen kecil, sehingga menghasilkan penjualan yang sangat tinggi dan interoperabilitas perangkat yang lebih kuat.misalnya. USB-C standar berukuran 8,4 mm x 2,6 mm dan menyediakan 24 pin. Desain simetris (steker buta positif dan negatif) diadopsi untuk badan dan pin konektor, dan kunci anti beku tidak diperlukan. Konektor ini juga dapat digunakan untuk transfer data dan pengisian daya secara bersamaan, dengan fungsionalitas yang diperluas untuk mendukung mode Alt DisplayPort dan adaptor serta jembatan HDMI untuk transfer data audio dan video.
Fitur-fitur ini sangat bermanfaat bagi perancang sistem hiburan otomotif. Dalam hal ini, USB-C berpotensi mengurangi biaya, kenyamanan, dan bobot dibandingkan cara koneksi lainnya, sekaligus membangun ekosistem sumber daya USB ekstensif yang sudah ada.
Meskipun USB-C memiliki prospek yang luas dalam aplikasi otomotif, para perancang harus mengatasi sejumlah tantangan, termasuk fluktuasi getaran dan suhu yang parah, interferensi elektromagnetik (EMI) yang tinggi, dan potensi kegagalan berbahaya yang disebabkan oleh kabel dan konektor USB yang tidak tertandingi.
Membawa USB-C ke dunia otomotif
Untuk memenuhi kebutuhan akan konektor yang sesuai, Hioffers menawarkan konektor USB-C seri AU1 yang memenuhi persyaratan unik lingkungan otomotif. Rangkaian konektor ini menjembatani interkoneksi antara peralatan internal dan eksternal serta mendukung standar seperti USB 3.2 Gen2, DisplayPort 1.4, dan HDMI. Rangkaian perangkat ini dibuat berdasarkan seri HiCX yang sudah ada dan beroperasi secara lancar dengannya (Gambar 1).
KONEKTOR USB-C KELAS MOBIL HIROSE
Gambar 1: Konektor USB-C kelas kendaraan seri AU1 (bawah) menggunakan seri CX (atas) sebagai komponennya. Sumber gambar: Hai)
Kombinasi inovatif ini mewujudkan: 1) kecepatan transmisi data yang stabil dan berkecepatan tinggi hingga 20 Gb/s (sesuai dengan standar USB 3.2 Gen 2 × 2), 2) tingkat daya 240 W (sesuai dengan standar jangkauan daya yang diperluas transmisi daya USB 3.1: 48 V, 5 A), 3) koneksi andal yang mencakup seluruh sistem infotainment kendaraan; Oleh karena itu, ini dapat mendukung fungsi-fungsi lanjutan dan mewujudkan integrasi sistem yang mulus.
Konektor seri AU1 terpasang dengan kuat, tahan terhadap guncangan dan panas, serta dapat mempertahankan kinerja yang andal di lingkungan yang keras. Dengan cara ini, seri ini dapat menggunakan jenis konektor populer ini di lingkungan yang lebih menantang daripada desain aslinya.
Rangkaian rakitan konektor mendukung pemasangan lurus dan sudut kanan (Gambar 2), memungkinkan fleksibilitas perancang dalam pemasangan kabel di lingkungan otomotif yang sangat terbatas.
Konektor seri AU1 HIROSE mendukung tata letak lurus dan persegi panjang (klik untuk memperbesar)
Gambar 2: Konektor seri AU1 mendukung tata letak lurus dan persegi panjang; Papan demo menunjukkan penggunaan konektor. Sumber gambar: Hai)
Pastikan koneksi aman, akurat dan benar
Ada dua desain unik untuk konektor ini, perangkat Connector Position Assurance (CPA) dan kunci kebuntuan. Mekanisme CPACPA memastikan penyisipan yang andal dan akurat. Struktur kait yang dioperasikan dengan jari (Gbr. 3) memastikan pemasangan mekanis yang andal dan bunyi klik, memungkinkan pengguna mengonfirmasi tindakan kait yang berhasil.
Mekanisme CPA Hirose memastikan konektor kawin terpasang sepenuhnya
Gambar 3: Mekanisme CPA memastikan bahwa konektor yang dipasangkan telah terpasang sepenuhnya, kemudian dikunci dan diamankan di tempatnya dan tetap dipasangkan hingga dilepaskan secara manual. Sumber gambar: Hai)
Selama pengoperasian, mekanisme CPA tidak dapat digerakkan sampai perkawinan selesai. Ketika steker telah dimasukkan sepenuhnya, wadahnya akan mendorong mekanisme CPA ke bawah ke posisi terkunci yang menunjukkan bahwa steker telah dimasukkan sebagaimana mestinya. Untuk melepaskan kecocokan, tarik mekanisme CPA dan lepaskan kunci tambahan; Bunyi klik terdengar saat dilepaskan.
Jika ada penyimpangan aksial atau radial, kedua bagian yang berpasangan tidak akan berbunyi klik untuk memperingatkan pengguna tentang kesalahan pemasangan. Umur kawin konektor ini melebihi 10.000 siklus kawin, jauh melebihi umur layanan yang diharapkan di lingkungan otomotif.
Kunci anti-beku membantu mencegah kabel yang salah tersambung ke antarmuka target. Seperti disebutkan sebelumnya, salah satu fitur nyaman dari kabel USB-C konsumen adalah kabel ini dapat dibalik. Hal ini juga berarti bahwa mereka tidak memiliki kunci kebuntuan atau alat identifikasi fisik, yaitu tidak perlu mengidentifikasi konektor mana yang pada akhirnya terhubung ke soket mana. Dalam aplikasi konsumen di mana "cukup ambil kabel" untuk menyambungkan dan melepas, tidak adanya posisi kunci kebuntuan merupakan sebuah keuntungan. Namun, aplikasi otomotif lebih cenderung "dicolokkan" dan terdapat risiko kesalahan pengkabelan saat memasang rangkaian kabel otomotif yang padat. Dalam kasus ini, ketidaksesuaian tersebut dapat mengakibatkan rasa frustrasi karena tautan tidak dapat dioperasikan, kerusakan pada perangkat periferal, dan potensi bahaya pada sistem dan pengguna.
Untuk mencegah kesalahan pengkabelan, konektor USB-C kelas kendaraan seri AU1 mendukung dua kode posisi kunci interferensi fisik: standar (hitam) dan "Kunci A" (abu-abu/primer) (Gambar 4). Kedua tata letak posisi kunci ini membantu memastikan bahwa kesalahan pemasangan tidak terjadi jika terjadi dua kabel dan konektor yang berdekatan. Warna yang berbeda juga membantu mengidentifikasi dua kode posisi kunci ini.
Tata letak kunci antibeku mekanis
Gambar 4: Pengguna dapat menggunakan salah satu dari dua tata letak kunci mekanis untuk meminimalkan kesalahan sambungan kabel; Konektor dengan kunci standar berwarna hitam dan konektor dengan "Kunci A" berwarna abu-abu (jantan)/primer (betina). Sumber gambar: Hai)
Kinerja standar dan kelistrikan
Angka-angka tertentu menentukan kesesuaian lingkungan dan kinerja kelistrikan Hiconnectors ini. Sehubungan dengan kesesuaian lingkungan, konektor ini beroperasi pada kisaran suhu - 40 ° C hingga+105 ° C. Konektor ini juga tahan air dan debu; Tergantung pada jenis konektor, perlindungan IP54, IP68 atau IP69K dapat dicapai. IP69K adalah yang paling ketat dari tiga standar tahan debu dan tahan air.
Konektor ini memenuhi standar keandalan USCAR-2 dan USCAR-30. USCAR-2 adalah standar kinerja untuk sistem konektor kelistrikan tingkat otomotif, yang menguraikan persyaratan terminal, konektor, dan komponen dalam aplikasi tegangan rendah pada kendaraan jalan raya. USCAR-30 adalah spesifikasi kinerja untuk sistem koneksi USB yang dipasang di kendaraan, yang mencakup berbagai persyaratan untuk konektor USB, kabel, dan sambungan listrik antara perangkat konsumen dan host USB yang dipasang di kendaraan.
Secara elektrik, pin catu daya (A4/A9/B4/B9 (VBUS)) diberi nilai 1,25 A untuk spesifikasi USB-C, sedangkan pin non-catu daya diberi nilai 0,25 A untuk 20 VAC dan VDC. Resistansi kontak awal maksimum adalah 40 m Ω. Setelah serangkaian uji tegangan standar, resistansi kontak akan meningkat sedikit tetapi tidak melebihi 50 m Ω.