基于NS1021/1021E的車(chē)載USB技術(shù)

　　前言：USB接口基于標準化的傳輸協(xié)議，可以方便地實(shí)現設備間互聯(lián)。USB 2.0標準最高支持480Mbps的傳輸速率。普通USB傳輸系統存在抗干擾性差和傳輸距離近的問(wèn)題，對其應用場(chǎng)合帶來(lái)了限制。本文以車(chē)載應用為例，提出車(chē)載USB傳輸方案，有效地解決了上述問(wèn)題，可作為與車(chē)載以太網(wǎng)并列的下一代車(chē)載數據傳輸方案。

　　圖1給出了車(chē)載視頻與數據傳輸的典型應用，中控主機連接前/后視攝像頭、激光雷達、DSM、行車(chē)記錄儀、USB Hub擴展等設備。其中主機與很多設備間需要傳輸多種數據類(lèi)型，USB 2.0作為使用最廣泛的接口，在電子設備中無(wú)所不在，使用USB 2.0協(xié)議進(jìn)行車(chē)載數據傳輸具有天然的優(yōu)勢。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遠超過(guò)100M車(chē)載以太網(wǎng)。并且車(chē)載USB可以與廣泛的電子設備及芯片無(wú)縫對接，提供完美的設備兼容性。

　　然而車(chē)載數據傳輸線(xiàn)路需要穿過(guò)電磁環(huán)境復雜的區域，而普通USB傳輸系統存在抗干擾性差和傳輸距離近的問(wèn)題，對其應用場(chǎng)合帶來(lái)了限制。在車(chē)載設備中搭載基于NS1021/1021E的車(chē)載USB方案，就可以有效保證傳輸的可靠性和穩定性。

　　圖1

　　車(chē)載USB(Automotive USB)，是一種用于車(chē)載的USB傳輸協(xié)議，其提供與標準USB 2.0設備完全兼容的連接，但在物理層數據傳輸時(shí)通過(guò)專(zhuān)利技術(shù)，將標準USB 2.0的DC耦合信號，變?yōu)锳C耦合信號，極大的提高了抗共模干擾能力，并通過(guò)數據編解碼等技術(shù)使得傳輸距離長(cháng)達30m。

　　標準USB線(xiàn)纜的長(cháng)度不超過(guò)5m，但在車(chē)載應用中，由于復雜電磁環(huán)境的存在，即使1m也對可靠性有很大挑戰，縮短距離并不能完全避免干擾。為徹底解決上述問(wèn)題，圖2給出了基于NS1021/NS1021E芯片的車(chē)載USB傳輸方案。在Host端的NS1021/NS1021E通過(guò)標準USB 2.0接口與主控SOC連接，在Device端的NS1021/NS1021E通過(guò)標準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(chē)載USB信號進(jìn)行傳輸，使得傳輸距離可以長(cháng)達30m，并具有強抗干擾能力。

　　圖2

　　車(chē)載USB可以使用車(chē)載低頻HSD連接器及線(xiàn)纜或車(chē)載USB連接器及線(xiàn)纜。其中標準HSD連接器已經(jīng)廣泛用于主機與分離屏的連接，但標準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(xiàn)材使用，生產(chǎn)工藝復雜，價(jià)格高;而車(chē)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，很多國產(chǎn)線(xiàn)材能達到性能要求，從而大幅降低線(xiàn)纜成本，并在30m長(cháng)度范圍內可靠傳輸。

　　NS1021/1021E是天津瑞發(fā)科半導體技術(shù)有限公司推出的基于專(zhuān)利技術(shù)的USB 2.0接口增強傳輸方案，已在業(yè)界得到廣泛應用，累計出貨超過(guò)一百萬(wàn)片。NS1021采用1對屏蔽雙絞線(xiàn)傳輸，傳輸速率600Mbps;NS1021E采用2對屏蔽雙絞線(xiàn)傳輸，傳輸速率300Mbps，NS1021E進(jìn)一步降低了對連接器及線(xiàn)纜帶寬的要求。用戶(hù)可根據實(shí)際產(chǎn)品的需求選擇合適的型號。

　　NS1021/1021E本身不解析USB 2.0協(xié)議，而是通過(guò)專(zhuān)利技術(shù)的AC耦合和編解碼技術(shù)，來(lái)提升傳輸的距離與可靠性。NS1021/1021E的傳輸機制保證了零延時(shí)，其也實(shí)現了自動(dòng)均衡技術(shù)，從而自適應線(xiàn)纜長(cháng)度、類(lèi)型及長(cháng)期使用后的電特性變化。

　　一對NS1021/1021E從邏輯上可以認為等同于一條適于車(chē)載應用的高抗干擾性USB 2.0 High Speed線(xiàn)纜，其對USB 2.0協(xié)議為透明傳輸，可以兼容任何現有的USB 2.0 High Speed主機、設備或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設備。

　　圖3給出了連接USB 2.0 Hub時(shí)的應用實(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設計的靈活性。

　　圖3

　　目前，基于NS1021/1021E的車(chē)載USB方案已經(jīng)應用于多個(gè)車(chē)廠(chǎng)/一級供應商量產(chǎn)的DSM和行車(chē)記錄儀系統中。NS1021/1021E芯片的應用，使得傳輸距離不再受限，而且USB 2.0信號抗干擾性達到車(chē)載應用環(huán)境的要求。

　　結語(yǔ)：NS1021/NS1021E在兩個(gè)互聯(lián)的USB 2.0設備間提供了一條高速通道，而且對其兩端的USB設備來(lái)說(shuō)，通道是透明的，兼容任何USB 2.0主機、設備及Hub。NS1021/NS1021E自2017年引入車(chē)載市場(chǎng)，目前已經(jīng)在多個(gè)車(chē)型的DSM和行車(chē)記錄儀中使用。本文基于NS1021/NS1021E提出車(chē)載USB傳輸方案，可作為與車(chē)載以太網(wǎng)并列的下一代車(chē)載數據傳輸方案。