作者：Microchip Technology 營銷工程師 Dave Sroka

在過去 10 年中，汽車信息娛樂系統功能發生了顯著變化。2009 年，領先的汽車出版物將內置導航系統和 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，內置導航系統現已被淘汰，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。

這些功能的結合點在于一項關鍵技術——USB。作為消費者熟知的技術，USB 繼續從其行業組織 USB-IF 輸出新規范，系統設計人員繼續在該技術中尋找價值。幾年來，頂級汽車 OEM 和一級供應商的工程師一直在將這些便利功能集成到他們的產品設計中。隨著智能手機上的應用程序不斷發展，為車輛提供更多帶寬，以及消費者希望更快地為電子設備充電，這種趨勢肯定會繼續下去。

在車輛智能手機接口的情況下，USB 用作傳輸層，將手機顯示或數據流式傳輸到主機。為了加快充電速度，USB 電力傳輸 (PD) 規范概述了電力合同的協商/最終確定方式以及可以向消費類設備提供的電力水平。雖然 USB 規范、合規性測試和 USB 芯片的架構可以執行大部分繁重的工作，但必須設計所有組件的系統集成，包括主機硬件、主機軟件和媒體集線器。

USB 3.1 系統設計的關鍵考慮因素推動下一個技術水平，必須考慮許多因素來完成系統：

帶寬需求（USB 2.0 Hi-Speed 或 USB 3.1 SuperSpeed）

需要移動應用支持（需要主機/設備交換能力）

所需端口的數量和類型（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/設備端口）

USB 充電功率等級（1.5 A、2.0 A、3.0 A 等）

圖 1：設計 USB 系統時要考慮的因素。

因此，OEM 可以在不更改系統架構的情況下添加功能非常重要。例如，Microchip 開發了廣泛的汽車 USB 產品組合?，支持一致的系統集成主題，因此 OEM 可以在遷移系統的同時維護架構。

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 類驅動程序（即通信設備類和網絡控制模型）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/設備連接的支持，該功能可以將其集線器端口的功能從設備交換到主機并返回。

考慮到所有這些，設計人員可以選擇使用 FlexConnect 方法來支持執行 CarPlay 的 iPhone 的主機/設備交換或多主機反射器方法。這些方法之間的主要區別之一是 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。決定留給系統架構師選擇最能滿足其系統需求的方法。在這兩種情況下，都不需要自定義驅動程序。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 類驅動程序提供相同的用戶應用程序支持，同時減少系統驗證任務、設計風險和上市時間。

從 USB 2.0 遷移到 USB 3.1 的權衡雖然從 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域。最重要的是支持 5-Gbits/s 數據流與 480-Mbits/s 數據流的根本區別。印刷電路板設計、元件放置、連接器質量和電纜距離都會影響信號完整性。對于初始實施，在實現大批量節約和規模經濟之前，預計會出現更高的電纜和組件成本。必須根據這些因素來衡量可以獲得的整體性能和帶寬。

對于實現 USB Power Delivery 3.0 的 Type-C 端口，每個端口能夠充電高達 100 W，因此提供具有適當控制功能的一致架構至關重要。必須控制溫度以確保正常運行和長期可靠性，以及必要時適當的關閉機制。

例如，Microchip 為 USB 2.0 和 USB 3.1 開發了一致的功能框圖，并保持了相同的架構。在這里，集線器中的集成微控制器執行供電堆棧，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可以同時執行多種功能，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流進行的熱響應。

圖 2：Microchip 最近發布的 USB7002 的框圖包含與 USB 2.0 SmartHubs 相同的架構，因此可以輕松遷移系統。

相比之下，按端口構建的 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行功率平衡、功率節流和溫度控制。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車輛模型的特定需求進行調整。例如，皮卡車的動力平衡模型可能與乘用轎車不同。

隨著移動接口應用程序繼續流行，推動越來越多的帶寬和對更快充電的需求，考慮所有系統權衡至關重要。這些包括所需的 USB 技術的整體速度、可用于主機的 USB 端口、移動接口應用所需的帶寬、要提供的電力傳輸體驗以及需要維護的軟件/驅動程序結構，如以及整體系統成本和上市時間。

牢記所有這些因素，工程師可以根據自己的需求定制系統，同時提供遷移路徑，最大限度地降低設計風險并縮短上市時間，以適應不斷發展的信息娛樂生態系統。

審核編輯 黃昊宇