【レポート】

重要な短絡障害からの保護 - 過酷な車載環境におけるUSBインタフェース開発

1 家電と違う自動車におけるUSBインタフェース開発

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今日のコネクテッドカーは、高速データインタフェースとしてユニバーサルシリアルバス(USB)を使用し接続しています。USBはコンシューマ市場ですでに広く普及しています。USBを使用すると、消費者は、車内でさまざまな通信デバイスやインフォテイメントデバイスを使用できるようになります。

ほんの数年前まで自動車購入者は、新車にUSBポートが1つ搭載されているだけでその目新しさに驚いていましたが、今では、最新の自動車にはいくつのポートが搭載されているのか、と質問することが増えています。

しかし、自動車の電気的環境は、静電気放電(ESD)ハザードと大きな過渡電流の可能性の面で、自動車以外の場合と大きく異なります。さらに、12Vバッテリの電圧はUSBデータラインに危険を引き起こします。自動車のUSBポートは、シグナル・インテグリティを維持し、長期的な信頼性を確保(感知される品質レベルの向上、返品やリコール数の低下)するために、このようなハザードに対して効果的に保護することが求められています。

接続性が鍵

大手の自動車企業は、販売を勝ち取り、顧客ロイヤリティを構築する新しい機能創出に役立つ、エレクトロニクス分野の革新性にますます期待を寄せています。この傾向と同調して、自動車は、今日のデジタルコンシューマのライフスタイルに不可欠な一部になっています。今日の自動車購入者はスマートフォンだけではなく、タブレットや MP3プレーヤー、 USB/SDストレージ、その他のデバイスを自動車に持ち込み、これらの機器を車載インフォテイメントシステムと接続し、移動中、コンテンツやアクセスサービスを楽しみたいと考えています。

これらの要求に応えるために、またテレマティクス、自動車間通信、 先進運転支援システム(ADAS)といった高度な機能をサポートするために、この機能の制御ユニットは、シンプルなカーラジオから洗練されたコンピューティング・プラットフォームへ進化しています。ヘッドユニット向けの次世代アプリケーションを実現するために、強力なマイクロコントローラが出現しています。このようなデバイスは、洗練されたマルチコアプロセッシング、オフチップメモリインタフェース、およびCAN、MOST、Ethernet、ビデオカメラ入力、ワイヤレス接続向けインタフェース、さらにUSB2.0ポートやUSB3.0ポートといった豊富なコネクティビティで構成されています。ハイエンドのマイクロコントローラは 、複数のHDディスプレイへの出力能力を提供すると同時に、HDMI接続対応が将来的に普及することが予想されます。

今日、自動車ユーザーに各自のデバイスやストレージと接続し、必要に応じて、コンテンツやサービスにアクセスする柔軟性を提供するために、USB接続は重要となっています。運転者だけでなく、後ろと前の座席の同乗者に、それぞれに異なる、さまざまな目的で各自のデバイスを接続可能とするために、複数のUSBポートがますます求められています。

自動車のUSB

車内USB接続を満たすためには、USB電源電圧・電流を調整し、すべてのUSBデータと電源接続をさまざまな電気的ハザードから保護するよう考慮しなければなりません。

USB電源接続(Vbus)は HOSTコントローラまたは外部ソース(デバイス)のいずれかから電力供給できます。Vbus電圧は4.75Vから5.25Vの範囲になりますが、電流は500mAから、タブレットや新しいモバイル機器では2.1A以上におよびます。これは各機器の継続的な、かつ高速充電の要件によって、変化します。

直面する可能性がある電気的ハザードにはESDと過渡電流イベントが含まれますが、これらは、製造や組み立て中に発生する場合があり、あるいは、車の乗員や車内の他の電気回路が原因となることがあります。路上走行車に関して、ESDおよび過渡電流イベントを取り扱う主要な文書は、ESD試験方法を記載したISO 10605(路上走行車 - 静電放電による電気的妨害の試験方法)と、車内の他の電子機器によって生じる影響に関するISO 7637(路上走行車 - 導通および結合による電気的妨害)が挙げられます。IS0 10605はIEC 61000-4-2業界規格をベースとし、さまざまなレベルのESD信号特性を規定するだけではなく、自動車独自の追加要求事項も含まれています。さらに、通常、 OEM独自の試験要件も課されています。

加えて、USB2.0 Full Speed/High Speed、マルチチャネルUSB3.0 SuperSpeedインタフェース、並びにVbusラインやグランドラインのすべてのデータ・信号ペアは、バッテリへの短絡(16V DC)とグランドへの短絡障害から保護することが求められています。

適切な保護ソリューションは、信号減衰を最小限にするために、信号ラインの低容量性負荷などの制限を満たすと同時に、低クランプ電圧により、サージや過渡電流に素早く対応しなければなりません。さらに、シグナル・インテグリティを維持するために、小型パッケージはトレース信号を最小限の曲がりで伝送する能力を提供すると同時に、ボードスペースの要求を最小限に抑える上で役立ちます。

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インデックス

目次
(1) 家電と違う自動車におけるUSBインタフェース開発
(2) 電子ヒューズICを使用した過電流保護ソリューション


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