USB 埠安全介面提高 埠安全介面提高機上盒 介面提高機上盒與汽車多媒體連接性能 機上盒與汽車多媒體連接性能 前言 數位電視時代來臨，且已在世界各地逐漸普及。因應全球各國相繼進行類比 訊號停播及人類欲享有更高畫質且具互動功能的需求，數位電視衍然成為最熱門 商機，這股熱潮更延續到汽車市場。現今，各汽車大廠也陸續計劃將數位電視納 入新車發表車款的加選配備，其後續發展引起市場上高度關注；未來在車上享有 小型劇院頂級視覺與聽覺享受的美夢，很快將能實現。 車用數位電視所著重於畫質穩定性，其所牽涉的包括數位化調變的過程、車 子在高速行駛下收訊是否良好，或能否克服氣候影響等，這些關鍵因素都有賴機 上盒(STB)晶片及天線設計相關技術的提昇。 USB 介面延伸機上盒應用 數位電視機上盒內部主要架構包括前端接收訊號及後端解碼訊號兩大區塊 (圖一)，而前端主要包含調諧器(Tuner)、解調器(Demodulator)兩部分，後端則 為解碼器(Decoder) ；該裝置的目的是將類比訊號轉為數位訊號，再進一步轉為 顯示器格式。 圖 1. 數位電視機上盒基本架構示意圖 晶片模組方面，將必定朝向多功能發展，包括體積的縮減，並整合使用不同 接收方式的解碼功能，因而可以在一台終端上完成多種不同信號的接收；整合其 他應用晶片及內建採用列串 ATA 介面(SATA)或通用串列匯流排(USB)傳輸介面 的硬碟等。 其中，內建 USB 傳輸介面，使用者可以輕鬆地使用 USB 埠連接機上盒與 硬碟式錄影機(DVR)和個人錄影機(PVR)，並增進機上盒與汽車多媒體系統等媒 體伺服器的連接性能。USB 埠的裝置，大幅提昇使用者的方便性與增加多元化 的娛樂享受，USB 埠在系統中具有舉足輕重影響力，因此開發者在考量 USB 埠 設計的同時，安全性與穩定性是不容忽視的課題。 USB 埠電路設計首重安全 埠電路設計首重安全 一般 USB 埠的電路架構(圖二)，主要包括 USB 控制器(Controller)及 USB 開關晶片(Switch)，在此以沛亨半導體的 AIC1516D 為例說明 USB 電源開關晶 片的接腳定義及工作原理。 VCC 5.0V + 10K 33µF 4.50V to 5.25V Upstream VBUS 100mA max 10K AIC1722 VBUS IN D+ + D- 1µF CIN GND OUT 10µF COUT AIC1516D ON/OFF CTLA OUTA OVERCURRENT FLGA IN OVERCURRENT FLGB GND VIN + GND Ferrite Bead USB Controller ON/ VBUS + 0.1µF 33µF * D+ 0.01µF DGND CTLB OUTB GND DATA DATA + VBUS 33µF * D+ 0.01µF DGND DATA 圖 2. USB 埠電路架構 Vcc +5v 10K 10K ON 1 OFF 2 3 ON OFF 4 CTLA OUTA FLGA IN FLGB GND CTLB OUTB AIC1516 8 OUTA 7 6 0.1uF 33uF 5 OUTB 33uF 圖 3. Power Switch 應用電路 圖 3 為該元件應用電路，接腳包含一組輸入電源(VIN =3.3V or 5V)、二組輸 出端(OUTA、OUTB)、二組致能(Enable)訊號(CTLA、CTLB)及二組異常訊號 (FLGA、FLGB)。該款 USB 電源開關晶片動作原理為當 AIC1516D 偵測到過電 流(Over Current)時，FLG 會送出訊號給 USB 控制器，此時，USB 控制器會偵 測到異常訊號，並觸發 AIC1516D 之 CTL 訊號，使其將輸出關閉，以達到過電 流保護的目的。若設計者為節省成本，而省略 USB 開關晶片，則可能因過電流， 將其他週邊元件燒毀，甚至造成整個晶片損傷，因此不可不慎。 USB 開關功能測試 開關功能測試把關異常訊號 功能測試把關異常訊號 圖 4a 為 AIC1516D 的實測波形圖，為測試 FLG 能否正常送出訊號，在此 刻意製造過電流以便觀察 FLG 訊號，可以由圖 4a 看到發生過電流後經過將近 4 毫秒(ms)的時間，FLG 發出異常訊號(High to Low)，由此得知其 FLG 訊號可以 正常工作。FLG 訊號延遲(Delay)4 毫秒後才發出異常訊號，目的是為避免 USB 在插拔(Plug-In)的瞬間產生大電流，而讓 USB 控制器產生誤判的可能，故將 FLG 訊號延遲一段時間(大約 1.5~7 毫秒)後，再發出異常訊號至 USB 控制器。 另一方面，欠壓鎖定(Under Voltage Locked-Out, UVLO)對於 USB 埠整體電路的 安全性也是不可輕忽，它將檢測輸入電壓的大小，若輸入小於某電壓值時將輸出 斷路的功能，測試結果如圖 4b 所示，即輸入低於 2.4 伏特時，會將輸出關閉， 而不會因為輸入電壓過低而使得 USB 控制器發生異常的動作。 VOUT VIN FLG VOUT IIN 圖 4a. 圖 4b. 電路開關電路 電路開關電路取代為 開關電路取代為保險絲應用 取代為保險絲應用 單就 AIC1516、17、18、19 系列而言，除了過電流保護外，還具有短路保 護(Short Circuit Protection)、熱保護(Thermal Shutdown Protection)，故可做為 保險絲來利用，其應用線路如圖 5 所示。 Vin U1 1 2 + C1 47uF 3 4 CTLA OUTA FLGA IN FLGB GND CTLB AIC1516-0 AIC1517-0 AIC1518-0 AIC1519-0 OUTB 8 OUTA 7 6 5 OUTB C4 0.1uF + C3 100uF + C2 100uF 圖 5. Fuse 應用電路 結論 數位時代的來臨，帶給人類更多娛樂的體驗，但同時也有更多的技術瓶頸尚 待克服。車用娛樂市場商機無限，如何整合系統產品，集多功能於一機，將是未 來重要設計趨勢，在另一方面， 若系統能透過傳輸介面與外部資源連接，更能 發揮整體效益，故傳輸介面的安全性與穩定性儼然成為設計者的重要課題，也是 提昇競爭性的不二法門。