前言：USB接口基于標(biāo)準(zhǔn)化的傳輸協(xié)議，可以方便地實(shí)現(xiàn)設(shè)備間互聯(lián)。USB 2．0標(biāo)準(zhǔn)最高支持480Mbps的傳輸速率。普通USB傳輸系統(tǒng)存在抗干擾性差和傳輸距離近的問題，對(duì)其應(yīng)用場(chǎng)合帶來(lái)了限制。本文以車載應(yīng)用為例，提出車載USB傳輸方案，有效地解決了上述問題，可作為與車載以太網(wǎng)并列的下一代車載數(shù)據(jù)傳輸方案。

圖1給出了車載視頻與數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡湫蛻?yīng)用，中控主機(jī)連接前／后視攝像頭、激光雷達(dá)、DSM、行車記錄儀、USB Hub擴(kuò)展等設(shè)備。其中主機(jī)與很多設(shè)備間需要傳輸多種數(shù)據(jù)類型，USB 2．0作為使用最廣泛的接口，在電子設(shè)備中無(wú)所不在，使用USB 2．0協(xié)議進(jìn)行車載數(shù)據(jù)傳輸具有天然的優(yōu)勢(shì)。USB 2．0支持480Mbps的傳輸速率且功耗低，在傳輸速率、功耗及選擇性上都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)100M車載以太網(wǎng)。并且車載USB可以與廣泛的電子設(shè)備及芯片無(wú)縫對(duì)接，提供完美的設(shè)備兼容性。

然而車載數(shù)據(jù)傳輸線路需要穿過(guò)電磁環(huán)境復(fù)雜的區(qū)域，而普通USB傳輸系統(tǒng)存在抗干擾性差和傳輸距離近的問題，對(duì)其應(yīng)用場(chǎng)合帶來(lái)了限制。在車載設(shè)備中搭載基于NS1021／1021E的車載USB方案，就可以有效保證傳輸?shù)目煽啃院头€(wěn)定性。

圖1

車載USB（Automotive USB），是一種用于車載的USB傳輸協(xié)議，其提供與標(biāo)準(zhǔn)USB 2．0設(shè)備完全兼容的連接，但在物理層數(shù)據(jù)傳輸時(shí)通過(guò)專利技術(shù)，將標(biāo)準(zhǔn)USB 2．0的DC耦合信號(hào)，變?yōu)?a target="_blank">AC耦合信號(hào)，極大的提高了抗共模干擾能力，并通過(guò)數(shù)據(jù)編解碼等技術(shù)使得傳輸距離長(zhǎng)達(dá)30m。

標(biāo)準(zhǔn)USB線纜的長(zhǎng)度不超過(guò)5m，但在車載應(yīng)用中，由于復(fù)雜電磁環(huán)境的存在，即使1m也對(duì)可靠性有很大挑戰(zhàn)，縮短距離并不能完全避免干擾。為徹底解決上述問題，圖2給出了基于NS1021／NS1021E芯片的車載USB傳輸方案。在Host端的NS1021／NS1021E通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)USB 2．0接口與主控SOC連接，在Device端的NS1021／NS1021E通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)USB 2．0接口與USB Device芯片連接從而提供完全的USB 2．0兼容性。而在NS1021／NS1021E之間，則通過(guò)AC耦合的車載USB信號(hào)進(jìn)行傳輸，使得傳輸距離可以長(zhǎng)達(dá)30m，并具有強(qiáng)抗干擾能力。

圖2

車載USB可以使用車載低頻HSD連接器及線纜或車載USB連接器及線纜。其中標(biāo)準(zhǔn)HSD連接器已經(jīng)廣泛用于主機(jī)與分離屏的連接，但標(biāo)準(zhǔn)HSD連接器的帶寬要求到2GHz以上，連接器阻抗要求為差分100歐姆＋／－15％，一般搭配高質(zhì)量進(jìn)口線材使用，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，價(jià)格高；而車載低頻HSD連接器帶寬要求為400MHz，連接器處的阻抗要求為差分100歐姆＋／－25％即可，很多國(guó)產(chǎn)線材能達(dá)到性能要求，從而大幅降低線纜成本，并在30m長(zhǎng)度范圍內(nèi)可靠傳輸。

NS1021／1021E是天津瑞發(fā)科半導(dǎo)體技術(shù)有限公司推出的基于專利技術(shù)的USB 2．0接口增強(qiáng)傳輸方案，已在業(yè)界得到廣泛應(yīng)用，累計(jì)出貨超過(guò)一百萬(wàn)片。NS1021采用1對(duì)屏蔽雙絞線傳輸，傳輸速率600Mbps；NS1021E采用2對(duì)屏蔽雙絞線傳輸，傳輸速率300Mbps，NS1021E進(jìn)一步降低了對(duì)連接器及線纜帶寬的要求。用戶可根據(jù)實(shí)際產(chǎn)品的需求選擇合適的型號(hào)。

NS1021／1021E本身不解析USB 2．0協(xié)議，而是通過(guò)專利技術(shù)的AC耦合和編解碼技術(shù)，來(lái)提升傳輸?shù)木嚯x與可靠性。NS1021／1021E的傳輸機(jī)制保證了零延時(shí)，其也實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)均衡技術(shù)，從而自適應(yīng)線纜長(zhǎng)度、類型及長(zhǎng)期使用后的電特性變化。

一對(duì)NS1021／1021E從邏輯上可以認(rèn)為等同于一條適于車載應(yīng)用的高抗干擾性USB 2．0 High Speed線纜，其對(duì)USB 2．0協(xié)議為透明傳輸，可以兼容任何現(xiàn)有的USB 2．0 High Speed主機(jī)、設(shè)備或USB 2．0 Hub，也可以通過(guò)USB 2．0 Hub兼容任何USB 1．1 Full Speed或USB 1．1 Low Speed設(shè)備。

圖3給出了連接USB 2．0 Hub時(shí)的應(yīng)用實(shí)例。Host端或者Device端都可以通過(guò)USB 2．0 Hub進(jìn)行連接，從而可以極大的提高系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靈活性。

圖3

目前，基于NS1021／1021E的車載USB方案已經(jīng)應(yīng)用于多個(gè)車廠／一級(jí)供應(yīng)商量產(chǎn)的DSM和行車記錄儀系統(tǒng)中。NS1021／1021E芯片的應(yīng)用，使得傳輸距離不再受限，而且USB 2．0信號(hào)抗干擾性達(dá)到車載應(yīng)用環(huán)境的要求。

結(jié)語(yǔ)：NS1021／NS1021E在兩個(gè)互聯(lián)的USB 2．0設(shè)備間提供了一條高速通道，而且對(duì)其兩端的USB設(shè)備來(lái)說(shuō)，通道是透明的，兼容任何USB 2．0主機(jī)、設(shè)備及Hub。NS1021／NS1021E自2017年引入車載市場(chǎng)，目前已經(jīng)在多個(gè)車型的DSM和行車記錄儀中使用。本文基于NS1021／NS1021E提出車載USB傳輸方案，可作為與車載以太網(wǎng)并列的下一代車載數(shù)據(jù)傳輸方案。