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作者：Microchip Technology 營銷工程師 Dave Sroka
在過去 10 年中，汽車信息娛樂系統(tǒng)功能發(fā)生了顯著變化。2009 年，領(lǐng)先的汽車出版物將內(nèi)置導(dǎo)航系統(tǒng)和 DVD 播放器列為汽車最重要的五種功能。由于智能手機的興起，內(nèi)置導(dǎo)航系統(tǒng)現(xiàn)已被淘汰，而智能手機界面（即 Android Auto、Apple CarPlay）和快速通用串行總線 (USB) 充電等駕駛員便利功能已攀升至頂端。
這些功能的結(jié)合點在于一項關(guān)鍵技術(shù)——USB。作為消費者熟知的技術(shù)，USB 繼續(xù)從其行業(yè)組織 USB-IF 輸出新規(guī)范，系統(tǒng)設(shè)計人員繼續(xù)在該技術(shù)中尋找價值。幾年來，頂級汽車 OEM 和一級供應(yīng)商的工程師一直在將這些便利功能集成到他們的產(chǎn)品設(shè)計中。隨著智能手機上的應(yīng)用程序不斷發(fā)展，為車輛提供更多帶寬，以及消費者希望更快地為電子設(shè)備充電，這種趨勢肯定會繼續(xù)下去。
在車輛智能手機接口的情況下，USB 用作傳輸層，將手機顯示或數(shù)據(jù)流式傳輸?shù)街鳈C。為了加快充電速度，USB 電力傳輸 (PD) 規(guī)范概述了電力合同的協(xié)商/最終確定方式以及可以向消費類設(shè)備提供的電力水平。雖然 USB 規(guī)范、合規(guī)性測試和 USB 芯片的架構(gòu)可以執(zhí)行大部分繁重的工作，但必須設(shè)計所有組件的系統(tǒng)集成，包括主機硬件、主機軟件和媒體集線器。
USB 3.1 系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵考慮因素推動下一個技術(shù)水平，必須考慮許多因素來完成系統(tǒng)：
帶寬需求（USB 2.0 Hi-Speed 或 USB 3.1 SuperSpeed）
需要移動應(yīng)用支持（需要主機/設(shè)備交換能力）
所需端口的數(shù)量和類型（一個、兩個、三個或四個/A 型或 C 型）
硬件接口類型（USB 主機或 USB 主機/設(shè)備端口）
USB 充電功率等級（1.5 A、2.0 A、3.0 A 等）
圖 1：設(shè)計 USB 系統(tǒng)時要考慮的因素。
因此，OEM 可以在不更改系統(tǒng)架構(gòu)的情況下添加功能非常重要。例如，Microchip 開發(fā)了廣泛的汽車 USB 產(chǎn)品組合?，支持一致的系統(tǒng)集成主題，因此 OEM 可以在遷移系統(tǒng)的同時維護(hù)架構(gòu)。
例如，如果 OEM 使用 USB 2.0 解決方案，在該解決方案中他們連接到主機中的 USB 主機專用端口，他們可以很容易地轉(zhuǎn)向只需要 USB 主機端口解決方案（即主機）的 USB 3.1 解決方案。反射器功能）。這兩種解決方案都將使用相同的原生 USB 類驅(qū)動程序（即通信設(shè)備類和網(wǎng)絡(luò)控制模型）來支持 Apple CarPlay。因此，在 USB 2.0 解決方案上完成的工作，包括啟動移動接口應(yīng)用程序，對于兩個芯片來說可以是相同的。同樣，Microchip 通過名為 FlexConnect 的功能在主機上提供對 USB 主機/設(shè)備連接的支持，該功能可以將其集線器端口的功能從設(shè)備交換到主機并返回。
考慮到所有這些，設(shè)計人員可以選擇使用 FlexConnect 方法來支持執(zhí)行 CarPlay 的 iPhone 的主機/設(shè)備交換或多主機反射器方法。這些方法之間的主要區(qū)別之一是 CarPlay 會話可用的帶寬量。
借助 FlexConnect，在 CarPlay 期間成為 USB 主機的 iPhone 將擁有所有 USB 2 帶寬 (480 Mbits/s) 可供使用。借助多主機反射器，iPhone 將與主機中的 USB 主機共享 480-Mbits/s 帶寬。決定留給系統(tǒng)架構(gòu)師選擇最能滿足其系統(tǒng)需求的方法。在這兩種情況下，都不需要自定義驅(qū)動程序。USB 2.0 和 USB 3.1 汽車集線器均提供多主機反射器功能和 FlexConnect 功能。
因此，就功能芯片塊而言，帶有媒體集線器的信息娛樂主機系統(tǒng)可以很容易地從 USB 2.0 Hi-Speed 遷移到 USB 3.1 SuperSpeed。一致的功能集和 USB 類驅(qū)動程序提供相同的用戶應(yīng)用程序支持，同時減少系統(tǒng)驗證任務(wù)、設(shè)計風(fēng)險和上市時間。
從 USB 2.0 遷移到 USB 3.1 的權(quán)衡雖然從 USB 2.0 到 USB 3.1 的簡單遷移是可能的，但在考慮遷移到 USB 3.1 SuperSpeed 解決方案時需要評估一些領(lǐng)域。最重要的是支持 5-Gbits/s 數(shù)據(jù)流與 480-Mbits/s 數(shù)據(jù)流的根本區(qū)別。印刷電路板設(shè)計、元件放置、連接器質(zhì)量和電纜距離都會影響信號完整性。對于初始實施，在實現(xiàn)大批量節(jié)約和規(guī)模經(jīng)濟(jì)之前，預(yù)計會出現(xiàn)更高的電纜和組件成本。必須根據(jù)這些因素來衡量可以獲得的整體性能和帶寬。
對于實現(xiàn) USB Power Delivery 3.0 的 Type-C 端口，每個端口能夠充電高達(dá) 100 W，因此提供具有適當(dāng)控制功能的一致架構(gòu)至關(guān)重要。必須控制溫度以確保正常運行和長期可靠性，以及必要時適當(dāng)?shù)年P(guān)閉機制。
例如，Microchip 為 USB 2.0 和 USB 3.1 開發(fā)了一致的功能框圖，并保持了相同的架構(gòu)。在這里，集線器中的集成微控制器執(zhí)行供電堆棧，連接端口控制器，并管理媒體集線器的電源平面。這種帶有集中式微控制器的架構(gòu)可以同時執(zhí)行多種功能，包括供電堆棧、USB 端口之間的實時功率平衡以及不同移動電源之間的功率節(jié)流進(jìn)行的熱響應(yīng)。
圖 2：Microchip 最近發(fā)布的 USB7002 的框圖包含與 USB 2.0 SmartHubs 相同的架構(gòu)，因此可以輕松遷移系統(tǒng)。
相比之下，按端口構(gòu)建的 USB 供電解決方案必須包含單獨的控制功能，通常在分立微控制器中執(zhí)行功率平衡、功率節(jié)流和溫度控制。這就是為什么 Microchip 的 SmartHub 系列始終包含一個集成微控制器的原因，因為它們支持這些功能，并且在材料清單 (BOM) 中增加的額外成本極少甚至沒有。
最后，功率平衡和熱算法可以跨平臺遷移或根據(jù)車輛模型的特定需求進(jìn)行調(diào)整。例如，皮卡車的動力平衡模型可能與乘用轎車不同。
隨著移動接口應(yīng)用程序繼續(xù)流行，推動越來越多的帶寬和對更快充電的需求，考慮所有系統(tǒng)權(quán)衡至關(guān)重要。這些包括所需的 USB 技術(shù)的整體速度、可用于主機的 USB 端口、移動接口應(yīng)用所需的帶寬、要提供的電力傳輸體驗以及需要維護(hù)的軟件/驅(qū)動程序結(jié)構(gòu)，如以及整體系統(tǒng)成本和上市時間。
牢記所有這些因素，工程師可以根據(jù)自己的需求定制系統(tǒng)，同時提供遷移路徑，最大限度地降低設(shè)計風(fēng)險并縮短上市時間，以適應(yīng)不斷發(fā)展的信息娛樂生態(tài)系統(tǒng)。
審核編輯 黃昊宇
工商網(wǎng)監(jiān)
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