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适用于汽车的USB接口连接器介绍与设计

USB(通用串行总线)正逐步发展成为一项标准的传输协议。毫无疑问,这种发展得益于USB接口在众多电子产品中的广泛应用。因此,在车辆上配置这类通用总线设备是非常合理和明智的选择。

在过去的十多年中,集成化的通信技术在各类车辆上的应用得以迅猛发展。汽车无线电装置无疑已成为汽车中的“主体单元”,负责对大量应用和功能设备进行中央协调。

与此同时,电子产品(如笔记本电脑、iPods、移动电话、MP3播放器和存储棒等)在汽车中的应用范围也在不断增加,因此,必须确保电子产品与现有车载设备之间数据传输的可靠性;另外,数据传输系统不仅在中高档和豪华型车辆上进行装配,而且还将逐步发展到标准配置车辆上,这已经成为当前的主流趋势。

USB正逐步发展成为一项标准的传输协议。虽然目前市场上已能提供大量相关的传输配件,特别是在连接技术方面(如连接器和传输线),而且这些配件使用起来也很方便和快捷,但在某些场合下,使用这些产品会使应用变得复杂且具有风险性。

对于目前车内逐渐开始使用的USB接口设备,其连接器和线缆往往不是根据车载恶劣环境设计的。因此,最简线路设计未必就是最成功的设计。设备上松散敷设的线缆、适配器导线,尤其是屏蔽较差的线路连接,会明显恶化车辆内部的电磁状况。

基于多年量产化产品的生产经验,泰科电子(Tyco Electronics)认为这些产品设计还必须满足许多其他在车辆使用中的边界条件,包括非常苛刻的环境要求,例如在遭受振动、潮湿、气体污染和机械应力的情况下,相关部件必须能在指定的温度范围内正常运行。这些要求将确保车辆相关部件拥有15~20年左右的使用寿命。

当然,这些功能也与汽车制造厂直接相关;另外,接插使用次数也是USB连接器非常重要的一项指标。尽管移动电话、计算机等许多电子产品每两三年便要更换一次,但经测算,车辆用USB接口必须在大约20年的使用寿命里可保证接插20 000次。图1所示为泰科电子的可靠的汽车USB连接技术。

在今后几年内接口将向小型化发展,因此使用小型或微型USB接口就只是时间问题了。泰科电子通过综合的产品概念来解决这些问题,其原理是通过使用与车辆用途全面兼容的连接器和线缆,再结合可灵活更换的USB适配器来解决。

  高速连接器在车辆上使用的基础原理

在开发适用于高频车用连接系统时,首要考虑其在恶劣环境下使用时的精确度、机械强度和总体适用性的设计问题。要实现对称高频电信号通过线缆和接口的无干扰数据通信,如下特性同样非常重要:传输线路上的恒阻抗;绝缘材料介质损耗小;连接器采用良好的低电阻的端子连接;成对信号导线规则绞线;屏蔽部分重复覆盖。

很明显,如果不做额外努力,这些特殊要求将无法实现。同时,我们还必须注意到,有些条件还是互相矛盾的。更重要的是如何选择端子连接系统,它必须能保证在车辆使用寿命内端接良好。这里可能面临的问题包括低接触电阻和阻抗,以及插座和端子触点的接插区的同质性。

基于上述原因,泰科电子选择MQS(Micro Quadlock)端子连接系列应用于数据传输。该系统已在各类车辆上经多年验证,如果配上其对称型连接器的设计,原则上也适用于数据传输。图1上半部分显示了基于MQS连接的4位屏蔽连接器系统。

适用于汽车的USB接口连接器介绍与设计0

图1 泰科电子的可靠的汽车USB连接技术

在这里,整个接插件都采用屏蔽设计。这种设计一方面能确保连接区域的稳定阻抗,另一方面能满足汽车电磁兼容性(照射、辐射)的高要求。

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