USB(범용 직렬 버스) Type-C 커넥터는 널리 사용되는 소비자 장치 간의 연결을 지정하고 단순화합니다. 인포테인먼트 등 안전과 무관한 고속 기능에 USB-C를 사용하면 자동차 시스템 설계자에게도 도움이 됩니다. 그러나 소비자 애플리케이션용으로 맞춤화된 기존 USB-C 커넥터는 자동차 환경에 필요한 견고성, 신뢰성 및 안전성을 제공하지 않습니다.
이 문서에서는 USB-C와 USB-C를 차량 설계에 통합할 때 설계자가 직면한 과제에 대해 간략하게 설명하고 설계자가 이러한 과제를 극복하기 위해 사용할 수 있는 HiUSB-C 커넥터에 대해 설명합니다.
USB의 진화
원래의 기본 A형 USB에서 USB 커넥터는 소비자, 테스트 장비 및 산업용 애플리케이션에서 병렬 포트 및 RS-232와 같은 많은 기존 버스를 대체했습니다. 이는 사용 용이성, 저렴한 비용, 작은 크기, 빠르고 쉬운 연결 및 분리, 전원 및 디지털 신호 처리 기능, 플러그 앤 플레이를 통한 광범위한 공급업체 지원 등의 이점을 제공합니다. 향상된 USB-C 버전은 더 작은 물리적 크기, 더 빠른 속도, 더 뛰어난 전력 처리, 양극 및 음극 연결을 허용합니다.
USB-C 커넥터의 큰 성공으로 인해 USB-C 커넥터는 모든 새로운 스마트폰과 소형 소비자 장치에서 구현되어야 하는 통합 표준이 되었으며, 그 결과 매우 높은 판매량과 더욱 강력한 장치 상호 운용성을 얻었습니다.g. 표준 USB-C는 크기가 8.4mm x 2.6mm이고 24핀을 제공합니다. 커넥터 본체와 핀은 대칭형 설계(포지티브 및 네거티브 블라인드 플러그)를 채택했으며, 동결 방지 키가 필요하지 않습니다. 이 커넥터는 DisplayPort Alt 모드와 오디오 및 비디오 데이터 전송을 위한 HDMI 어댑터 및 브리지를 지원하는 확장된 기능을 통해 동시 데이터 전송 및 충전에도 사용할 수 있습니다.
이러한 기능은 자동차 엔터테인먼트 시스템 설계자에게 큰 이점을 제공합니다. 이러한 측면에서 USB-C는 다른 연결 방식에 비해 비용, 편의성, 무게를 줄이는 동시에 광범위한 기존 USB 리소스 생태계를 구축할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.
USB-C는 자동차 애플리케이션에서 폭넓은 전망을 갖고 있지만 설계자는 심각한 진동 및 온도 변동, 높은 전자기 간섭(EMI), 탁월한 USB 케이블 및 커넥터로 인한 잠재적인 위험한 오류를 비롯한 여러 가지 문제를 해결해야 합니다.
USB-C를 자동차 세계로 가져오다
적합한 커넥터에 대한 요구 사항을 충족하기 위해 Hi는 자동차 환경의 고유한 요구 사항을 충족하는 AU1 시리즈 USB-C 커넥터를 제공합니다. 이 커넥터 시리즈는 내부 및 외부 장비 간의 상호 연결을 브리지하고 USB 3.2 Gen2, DisplayPort 1.4 및 HDMI와 같은 표준을 지원합니다. 이 장치 제품군은 기존 HiCX 시리즈를 기반으로 구축되었으며 이 시리즈와 원활하게 작동합니다(그림 1).
HIROSE 자동차 등급 USB-C 커넥터
그림 1: AU1 계열 차량 등급 USB-C 커넥터(하단)는 CX 시리즈(상단)를 구성 요소로 사용합니다. 이미지 출처 : 안녕하세요)
이 혁신적인 조합은 다음을 실현합니다. 1) 최대 20Gb/s의 안정적이고 빠른 데이터 전송 속도(USB 3.2 Gen 2 × 2 표준 준수), 2) 240W 전력 레벨(USB 전력 전송 3.1 확장 전력 범위 표준 준수: 48V, 5A), 3) 전체 차량 인포테인먼트 시스템을 포괄하는 안정적인 연결 따라서 고급 기능을 지원하고 원활한 시스템 통합을 실현할 수 있습니다.
AU1 시리즈 커넥터는 단단히 연결되어 있고 충격과 열에 강하며 열악한 환경에서도 안정적인 성능을 유지할 수 있습니다. 이러한 방식으로 이 시리즈는 원래 설계보다 더 까다로운 환경에서 널리 사용되는 커넥터 유형을 사용할 수 있습니다.
일련의 커넥터 어셈블리는 직선 및 직각 실장(그림 2)을 지원하므로 설계자는 심각하게 제한된 자동차 환경에서 배선 시 유연성을 확보할 수 있습니다.
직선 및 직사각형 레이아웃을 지원하는 HIROSE의 AU1 계열 커넥터(확대하려면 클릭)
그림 2: AU1 계열 커넥터는 직선 및 직사각형 레이아웃을 지원합니다. 데모 보드는 커넥터 사용을 보여줍니다. 이미지 출처 : 안녕하세요)
안전하고 정확하며 올바른 연결 보장
이러한 커넥터에는 CPA(커넥터 위치 보증) 장치와 교착 상태 키라는 두 가지 고유한 설계가 있습니다. CPACPA 메커니즘은 안정적이고 정확한 삽입을 보장합니다. 손가락으로 작동되는 래치 구조(그림 3)는 안정적인 기계적 페어링과 클릭 소리를 보장하여 사용자가 성공적인 래치 동작을 확인할 수 있도록 해줍니다.
Hirose의 CPA 메커니즘은 결합 커넥터가 완전히 결합되도록 보장합니다.
그림 3: CPA 메커니즘은 결합 커넥터가 완전히 결합된 후 제자리에 고정되어 수동으로 분리될 때까지 결합 상태를 유지하도록 보장합니다. 이미지 출처 : 안녕하세요)
작동 중에는 결합이 완료될 때까지 CPA 메커니즘을 이동할 수 없습니다. 플러그가 완전히 삽입되면 콘센트는 CPA 메커니즘을 잠금 위치로 밀어내며 플러그가 의도한 대로 삽입되었음을 나타냅니다. 매칭을 제거하려면 CPA 메커니즘을 당기고 보조 잠금 장치를 해제합니다. 연결이 해제되면 딸깍 소리가 들립니다.
축 또는 반경 방향 편차가 있는 경우 두 결합 부품은 딸깍 소리를 내며 사용자에게 잘못된 결합을 경고하지 않습니다. 이 커넥터의 정격 결합 수명은 10,000회 결합 주기를 초과하며, 이는 자동차 환경에서 예상되는 서비스 수명을 훨씬 초과합니다.
부동 키는 잘못된 케이블이 대상 인터페이스에 연결되는 것을 방지하는 데 도움이 됩니다. 앞서 언급했듯이 소비자용 USB-C 케이블의 편리한 기능 중 하나는 리버서블이라는 점입니다. 이는 또한 교착 상태 키나 물리적 식별 수단이 없다는 것을 의미합니다. 즉, 어떤 플러그가 최종적으로 어떤 소켓에 연결되어 있는지 식별할 필요가 없습니다. "케이블을 잡고" 플러그를 꽂고 빼는 소비자 애플리케이션에서는 교착 상태 키 위치가 없다는 것이 장점입니다. 그러나 자동차 애플리케이션은 "플러그인"될 가능성이 더 높으며 조밀한 자동차 케이블 하네스를 설치할 때 배선 오류가 발생할 위험이 있습니다. 이러한 경우 이러한 불일치로 인해 링크 작동 불가능, 주변 장치 손상, 시스템 및 사용자에 대한 잠재적인 위험으로 인해 좌절감을 느낄 수 있습니다.
잘못된 배선을 방지하기 위해 AU1 계열 차량 등급 USB-C 커넥터는 표준(검은색) 및 "A 키"(회색/기본)의 두 가지 물리적 간섭 키 위치 코드를 지원합니다(그림 4). 이러한 두 개의 키 위치 레이아웃은 두 개의 인접한 케이블과 커넥터의 경우 결합 오류가 발생하지 않도록 하는 데 도움이 됩니다. 다양한 색상도 이러한 두 개의 키 위치 코드를 식별하는 데 도움이 됩니다.
기계식 부동액 키의 레이아웃
그림 4: 사용자는 두 가지 기계식 키 레이아웃 중 하나를 사용하여 케이블 연결 오류를 최소화할 수 있습니다. 표준 키가 있는 커넥터는 검은색이고 "A 키"가 있는 커넥터는 회색(수)/기본(암)입니다. 이미지 출처 : 안녕하세요)
표준 및 전기 성능
특정 숫자는 이러한 Hiconnector의 환경 적합성과 전기적 성능을 정의합니다. 환경 적합성과 관련하여 이 커넥터는 -40°C ~+105°C의 온도 범위에서 작동합니다. 또한 방수 및 방진 기능도 갖추고 있습니다. 커넥터 유형에 따라 IP54, IP68 또는 IP69K 보호를 달성할 수 있습니다. IP69K는 방진·방수 3가지 기준 중 가장 엄격한 기준이다.
이 커넥터는 신뢰성을 위해 USCAR-2 및 USCAR-30 표준을 충족합니다. USCAR-2는 자동차 등급 전기 커넥터 시스템의 성능 표준으로, 도로 차량의 저전압 애플리케이션에서 단자, 커넥터 및 부품에 대한 요구 사항을 간략하게 설명합니다. USCAR-30은 차량 탑재 USB 연결 시스템의 성능 사양으로, 소비자 주변 장치와 차량 탑재 USB 호스트 간의 USB 커넥터, 케이블 및 전기 연결에 대한 다양한 요구 사항을 포괄합니다.
전기적으로 전원 공급 장치 핀(A4/A9/B4/B9(VBUS))은 USB-C 사양의 경우 정격 1.25A이고, 비전원 핀의 정격은 20VAC 및 VDC의 경우 0.25A입니다. 최대 초기 접촉 저항은 40mΩ입니다. 일련의 표준 스트레스 테스트 후에 접촉 저항은 약간 상승하지만 50mΩ을 초과하지 않습니다.