在汽車應(yīng)用中轉(zhuǎn)向USB Type-C供電

當(dāng)汽車工業(yè)引入“信息娛樂”的概念時(shí)，對制造商而言是個(gè)重大轉(zhuǎn)變，因?yàn)樗鼛砹似嚬δ芟到y(tǒng)和非功能系統(tǒng)之間更緊密的集成。信息娛樂為駕駛員創(chuàng)造了一個(gè)新的接口，因此，它對我們?nèi)绾闻c技術(shù)交互的影響幾乎與手機(jī)的引入一樣重要。

我們看到了主導(dǎo)的標(biāo)準(zhǔn)配置文件和用戶可升級(jí)的音頻系統(tǒng)(這大多是獨(dú)立的)被適合制造商的系統(tǒng)所替換，提供更多功能。它們迅速演變至包含導(dǎo)航，同時(shí)逐步整合更多對汽車其他系統(tǒng)的控制，例如氣候控制。安全特性是今天先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)的前身，如倒車攝像頭也成為信息娛樂中心的一部分，在相同的時(shí)期內(nèi)，這些系統(tǒng)已被進(jìn)一步擴(kuò)展，使手機(jī)在汽車不斷增長的功能列表中不可或缺。

主要得益于USB接口(雖然藍(lán)牙也發(fā)揮著重要的作用)，現(xiàn)在很容易將您的手機(jī)連接到汽車以接入媒體、訪問聯(lián)系信息或只是打電話。當(dāng)選擇通過USB有線連接時(shí)，額外的益處是在您忙碌的早晨上班或在郊外悠閑地開車時(shí)，您的手機(jī)電池可以通過汽車充電。

這種便利不可低估，特別是考慮到如果使用頻繁，許多智能手機(jī)仍然很難靠一次充電維持一整天。但是隨著USB接口的發(fā)展，車主們將期望他們的汽車也同樣演進(jìn)。汽車行業(yè)不像消費(fèi)領(lǐng)域演變那么快，因此全新的連接器USB Type C的引入將對汽車制造商如何解決這一非常實(shí)際的挑戰(zhàn)產(chǎn)生重大影響。

他們不能忽視連接器配置文件正在改變的事實(shí)。由于手機(jī)的更新?lián)Q代頻率遠(yuǎn)高于汽車，消費(fèi)者可能會(huì)接受一些滯后，但在選擇新的家庭汽車時(shí)，支持最新的USB接口將無疑是車主所期待的，尤其是新標(biāo)準(zhǔn)將支持更多種設(shè)備充電。它將不再局限于手機(jī)、筆記本電腦、攝像機(jī)、平板電腦和其他需要更高功率的設(shè)備，都可通過USB Type-C充電。

BMC提供密鑰

使USB連接能提供或汲取達(dá)100 W電源的技術(shù)存在于規(guī)范的供電(PD)部分。它需要一個(gè)電源能夠提供這樣的功率水平，此外還依賴于USB控制器能夠解析連接的設(shè)備需求。雖然供電一直是USB規(guī)范的一個(gè)重要方面，但使用Type-C連接器和USB 3.x規(guī)格的電纜能最好地實(shí)現(xiàn)目前更高的功率水平。

Type-C連接可正反逆插，為用戶帶來了更多的便利，卻使開發(fā)更復(fù)雜。方向通過新的配置通道(CC)管理，該配置通道在連接器上有兩個(gè)專用的引腳，并支持連接的設(shè)備協(xié)商需要提供或汲取多少電源。該通道使用的協(xié)議是一種稱為雙相符號(hào)編碼(BMC)的差分曼徹斯特編碼。USB Implementer Forum(USB-IF)定義了5個(gè)供電配置文件：10 W、18 W、36 W、60 W和100 W。使用BMC協(xié)議，電源配置文件可在含USB Type-C接口的兩臺(tái)設(shè)備之間進(jìn)行交換。編碼方案使用轉(zhuǎn)換來表示邏輯電平，而不是絕對電平，并且它結(jié)合了自己的時(shí)鐘信號(hào)，使得同步更簡單。然而，BMC協(xié)議依賴于一個(gè)物理接口，該接口能在具有電氣挑戰(zhàn)的環(huán)境中可靠地解碼信號(hào)，而且很少有電氣環(huán)境比車輛環(huán)境更具挑戰(zhàn)性。

添加Type-C到汽車中

安森美半導(dǎo)體的FUSB302B是完全符合AEC-Q100車規(guī)的可編程的USB Type-C控制器，包含電源傳輸，集成了一個(gè)BMC客戶端配置通道，支持全Type-C PD 2.0 的1.1版本。這意味著CC可用于檢測設(shè)備何時(shí)連接或未連接、主機(jī)或設(shè)備的當(dāng)前功能，以及是否存在有源電纜，以及選擇所需的模式(如音頻適配器或調(diào)試附件模式)。圖1顯示了一個(gè)典型應(yīng)用的框圖。

圖1 典型應(yīng)用框圖

圖1顯示了控制器和主機(jī)處理器之間的I2C接口，說明FUSB302B沒有集成自己的處理器。這是該器件的一個(gè)重要特性，因?yàn)樗鼰o需為一個(gè)集成的處理器提供額外功率，同時(shí)支持固件駐留在位于系統(tǒng)任意處的處理器中，如果USB規(guī)范被修改，則為制造商提供了一個(gè)更簡單的升級(jí)路徑。圖2顯示了一個(gè)更詳細(xì)的應(yīng)用示例。

FUSB302T是FUSB302B的默認(rèn)源配置選項(xiàng)，可用作在汽車應(yīng)用中實(shí)施USB Type-C時(shí)構(gòu)成完整系統(tǒng)的一部分。

圖2 應(yīng)用示例顯示雙USB端口提供100 W能力

FUSB302B實(shí)施了一個(gè)CC開關(guān)，使它能夠檢測到要作為設(shè)備主機(jī)還是雙角色端口連接，通過多個(gè)比較器和由主機(jī)處理器上的軟件控制的可編程DAC進(jìn)行管理(見圖3)。

圖4 USB BMC PD塊

圖3 配置通道開關(guān)功能

通過實(shí)施瘦BMC客戶端，包括BMC物理接口(PHY)和分組FIFO，主機(jī)處理器能夠使用I2C接口發(fā)送和接收數(shù)據(jù)包。這說明USB BMC PD的所有功能都可通過軟件訪問，使用口令讀寫FUSB302B的FIFO。口令靈活，支持USB PD規(guī)范的所有功能，包括突發(fā)寫入FIFO的快速分組處理。通過該CC接收到的每個(gè)有效數(shù)據(jù)包都存儲(chǔ)在FIFO中；BMC接收器感知CC上的活動(dòng)，并啟用內(nèi)部振蕩器。一旦檢測到，就會(huì)使用專用中斷通知主機(jī)處理器已接收到有效的數(shù)據(jù)包。圖4顯示了USB BMC PD塊框圖。

靈活性提供長期解決方案

通過在主機(jī)處理器上運(yùn)行的固件，使USB控制器幾乎完全是軟件定義的，它為汽車制造商提供了一種長期的解決方案，以實(shí)施已經(jīng)符合當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)的USB PD(USB PD3.0的1.1版本)，并通過對主機(jī)處理器進(jìn)行簡單的固件更新來滿足未來對該規(guī)范的任何修訂。