USB接口基于標(biāo)準(zhǔn)化的傳輸協(xié)議，可以方便地實現(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，對其應(yīng)用場合帶來了限制。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。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)備及芯片無縫對接，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，對其應(yīng)用場合帶來了限制。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)傳輸時通過專利技術(shù)，將標(biāo)準(zhǔn)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，并通過數(shù)據(jù)編解碼等技術(shù)使得傳輸距離長達(dá)30m。
標(biāo)準(zhǔn)USB線纜的長度不超過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通過標(biāo)準(zhǔn)USB 2.0接口與主控SOC連接，在Device端的NS1021/NS1021E通過標(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AC耦合的車載USB信號進(jìn)行傳輸，使得傳輸距離可以長達(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，累計出貨超過一百萬片。NS1021采用1對屏蔽雙絞線傳輸，傳輸速率600Mbps；NS1021E采用2對屏蔽雙絞線傳輸，傳輸速率300Mbps，NS1021E進(jìn)一步降低了對連接器及線纜帶寬的要求。用戶可根據(jù)實際產(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，而是通過專利技術(shù)的AC耦合和編解碼技術(shù)，來提升傳輸?shù)木嚯x與可靠性。NS1021/1021E的傳輸機(jī)制保證了零延時，其也實現(xiàn)了自動均衡技術(shù)，從而自適應(yīng)線纜長度、類型及長期使用后的電特性變化。
一對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時的應(yīng)用實例。Host端或者Device端都可以通過USB 2.0 Hub進(jìn)行連接，從而可以極大的提高系統(tǒng)設(shè)計的靈活性。
圖3
目前，基于NS1021/1021E的車載USB方案已經(jīng)應(yīng)用于多個車廠/一級供應(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信號抗干擾性達(dá)到車載應(yīng)用環(huán)境的要求。
結(jié)語：NS1021/NS1021E在兩個互聯(lián)的USB 2.0設(shè)備間提供了一條高速通道，而且對其兩端的USB設(shè)備來說，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，目前已經(jīng)在多個車型的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。