USB在汽車中的應用

　　消費電子和汽車電子的匯聚，包括作為系統內串行總線的USB協議的采用將會繼續下去。USB提供了一個具有成本效益的和令人理解的接口，在消費者和汽車系統之間建立了聯系。

　　20世紀末，毋庸置疑最成功和最廣泛使用的串行接口就是通用串行總線（USB）。其成功的秘訣是其簡單化、實用化及廣大用戶的廣泛采用。表面上，設計者能選擇的標準化物理連接器僅有幾個。連接器本身表明了USB應用（即主機或設備）的“風格”。利用這個簡單的四線接口（VCC、D+、D-、GND），提供了一個功率為2.5W以及串行數據時鐘速率為480MBps的節點。該標準在一個總線上能支持127個設備。協議包括一個“即插即用”功能（如列舉），這有利于軟件和驅動器的握手和兼容性。正是由于這些功能的特點，使USB1.0在1996年得到了迅速采用，1998年修訂為1.1，后來在2000年4月又增強到2.0修訂版。

　　2007年，USB設備的安裝量達到了10億臺，每年將以近1.5億臺的速度增長。USB取代了筆記本電腦背后的DB-9連接器。用一個小拇指大小的驅動器，USB就能交換上百兆的文件。總之，USB改變了個人計算、數碼相機和便攜式媒體市場。現在，USB在汽車上的應用正在不斷出現。

　　有線USB應用

　　歷史表明，便攜式媒體很可能是從消費領域跨越到汽車行業的第一個USB應用。一旦消費者能把歌曲、視頻和圖片一起帶到任何他們去的地方，他們自然想在汽車中訪問這些文件。但是，USB在汽車領域的出現不僅僅是把汽車的子系統看作一個移動PC。它需要一個廣泛接受、采納和理解的串行通信機制，并且使之適應汽車環境的運行和系統級要求。

　　USB首次在汽車中的應用是以配件的形式于2001年出現的。這些配件的大多數根本不是USB，只是將iPod或類似的媒體設備連接到移動音頻系統的專用接口。隨著消費者對這類系統需求的增加以及更通用標準的出現，USB方案開始真正應用于汽車，這也是其在個人媒體以外的應用。

　　USB應用于汽車診斷系統上是一個趨勢，這種趨勢在未來的五至七年還會增長。通信端口不是一個新概念，它有助于維修技術人員將一個專用測試設備接到汽車控制局域網（CAN）總線的診斷端口。汽車上的車載自動診斷系統（ODB）接口標準已經有超過25年的時間了。隨著這些網絡從ODB標準轉移到USB，它們最終將降低服務、維護和保證成本的原因有兩個。第一個原因是：考慮控制器、物理層收發器、相關計時元件和連接器時，USB的每個設備節點的成本要低于CAN節點的1/2。第二個原因是：低成本硬件（如PC、PDA，等等）和軟件的廣泛應用可用來開發低成本的診斷設備。傳統ODB方法與新型USB方法的對比如圖1所示。

　　總線內USB的應用

　　USB的更有創造性的應用開始出現在汽車應用中。與汽車電子應用中的傳統電子控制單元（ECU）相比，現代汽車上的車載智能通信系統控制臺越來越像一個嵌入式PC，采用了集成了駕駛信息、導航和娛樂系統。由于這種構架的轉變，USB接口在總線內連接方面的應用越來越普遍。也就是說，不用電纜，而是用普通印刷電路板（PCB）上的電路線跡，USB設備就可連接到主機上。盡管這與傳統的有線USB拓撲結構不同，它還是有很多優點。

　　其中一個優點就是：它能提供一個共用標準，這樣，原始設備制造商就能將附件或選件連接到工廠安裝的設備。在共用總線上，用戶還可以選擇安裝語音識別系統、手機連接、語音郵件和因特網，有助于實現更高靈活性的定制，而沒有與此可配置級別有關的傳統支出。

　　在音頻系統和車載智能通信系統之間的橋接應用方面也有顯著增長。例如，今天許多導航設備既能向駕駛者提供聲頻導航，又能接收來自駕駛者的音頻指令（例如“請帶我去最近的加油站”）。在這些情況下，諸如SiliconLabsC8051F340的微控制器能為導航或車載智能通信系統控制臺總線和音頻子系統的脈碼調制（PCM）總線提供一個USB橋接。這種方法支持揚聲器和麥克風之間的全雙工音頻通信，如圖2所示。

　　使用通用USB驅動器和傳輸類型可進一步簡化這類系統的開發。在PCM音頻橋接例子中，使用標準USB音頻設備類（如0x01）能大大降低定制音頻驅動器所需的軟件開發難度。實際上，利用一個預定義類，原始設備制造商能開發與車載智能通信系統控制臺兼容的、基于不同操作系統的模塊（如WindowsCE、Linux，等等），這將進一步降低總開發成本，使之對各種用戶更有吸引力。

　　汽車的挑戰

　　USB2.0標準支持三個傳輸速度類型，即低速、全速和高速。這些不同類型的串行傳輸速率分別為1.5Mbps、12Mbps和480Mbps。

　　USB信號是用兩線配置進行傳輸的，在有線連接中通常采用雙絞線，阻抗為90Ω±15%，標定為D+和D?。這些共同使用半雙工差分信號，以抵抗較長線路上的電磁干擾效應。對于低邏輯，發射信號水平定義為0.0–0.3V，對于高邏輯，發射信號水平定義為2.8–3.6V。在低速和全速模式中，電纜是沒有端接的，但是，高速模式對地的端接為45Ω，或90Ω差分，以匹配與數據電纜阻抗。

　　在汽車生態系統中采用USB的一些最大挑戰就是使物理接口適應汽車的高可靠性環境。大多數有線互連需要遵循與USCAR-30類似的設計指南，或者類似的地區標準。在汽車USB系統的設計和物理應用方面，必須要考慮振動、溫度周期變化、沖擊和其他環境危險。諸如Delphi的汽車供應商提供了能解決這些許多設計挑戰的物理接口。

　　對于用于汽車的半導體元件，諸如AEC-Q100的電氣認證是強制性的。此外，它也是對符合ISO/TS16949標準的整個供應鏈的一個要求，從而進一步加大USB元件汽車供應商及其較小商業競爭對手的差異化。

　　在汽車環境中，ESD、EMI、EMC和高壓保護也是滿足USB設備要求所必須解決的技術挑戰。在這些應用中，也非常需要具有集成保護、穩壓器、時鐘恢復機制和物理層端接的單片解決方案。

　　結論

　　消費電子和汽車電子的匯聚，包括作為系統內串行總線的USB協議的采用將會繼續下去。USB提供了一個具有成本效益的和令人理解的接口，在消費者和汽車系統之間建立了聯系。

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