Allion Labs/ Howard Chang

Apple CarPlay系統由Apple於2014年推出,主要功能在於讓用戶可以在開車時更安全的使用iPhone,透過CarPlay技術將iPhone畫面投射到車機螢幕上,滿足消費者追求更舒適的車內環境及更安全的行車輔助。欲應用CarPlay技術並生產相關產品的廠商,須先通過認證測試,測試專案繁多其中包含USB Signal Integrity、USB Performance等等。唯USB Signal Integrity Test需經由Apple認可的實驗室來執行測試,可見其重要性及專業性。另外,在測試過程中還需要針對支援CarPlay的USB port取得USB-IF TID資格,百佳泰為USB-IF正式授權的測試認證機構,可同時提供您一次到位的測試與諮詢服務,免去多頭馬車認證的麻煩

隨著車載系統在汽車上的裝載越來越普及化,市場上也分成兩個陣營,一個是Apple CarPlay,另一個則是Google Android Auto。而目前車載系統跟手機端的傳輸介面,一為USB,一為藍牙,Apple CarPlay在USB介面的訊號品質驗證,稱為Apple CarPlay SI,就成為各家廠商在設計時需要注意的重中之重。

Apple CarPlay目前在USB的最高傳送速率仍為480 Mbps的Hi-speed,Apple CarPlay SI的USB Hi-speed訊號品質驗證測項除了既有USB-IF compliance program裡面的Hi-speed signal quality測項外,另外還加了其他規範。

USB Hi-speed訊號品質驗證

首先,大家要瞭解支援Apple CarPlay的車載系統,其實是一個DRD (Dual Role Data),代表它可以當USB host,也可以當USB device,所以Apple CarPlay SI在驗證USB Hi-speed訊號品質時,需要USB host與USB device這兩個modes都量測。

再者,這邊先列出USB-IF compliance program中,Hi-speed signal quality的規範。

表1: USB-IF Hi-Speed Signal Quality規範

但Apple CarPlay SI在驗證USB Hi-speed訊號品質時,還有額外兩個規範:

表2: Apple CarPlay Hi-Speed Signal Quality額外規範

那何謂Point 3和Point 5呢? 由於Apple CarPlay車載系統使用的USB connectors不是Standard A receptacle,就是USB-C receptacle,也就是所謂的Downstream Facing Port (DFP)。參考USB 2.0 specification,於page 131的Figure 7-11,可以得到measure point為TP2:

再由USB 2.0 specification,於page 133的Figure 7-13 (Template 1),可以得到Point 3的位置為eye mask的左上角,Point 5的位置為eye mask的右下角:

故各位廠商在量測Apple CarPlay SI的USB Hi-speed訊號品質時,還需要特別注意量到的eye diagram需要離Point 3與Point 5至少20mV,這邊提供pass與fail的範例各一給大家參考:

表3: Apple CarPlay Hi-Speed Signal Quality – Examples of Pass and Fail

現今的Analysis Tools,USB-IF推出的USBET20 (Version 2.10.00)與Tektronix的TDSUSB2 (Version: 4.0.0.2)都已內建可分析USB Hi-speed eye diagram的amplitude離Point 3與Point 5多遠的功能。

Overcurrent and Short Circuit Protection

Apple CarPlay SI於2019年新增的測項「Overcurrent and Short Circuit Protection」。許多人一看到名稱,會很直覺地認為是OCP的保護機制,但其實測試核心是:「當遇到Apple規定的Over Current Condition一段時間後,支持Apple CarPlay的USB ports不能損壞,且所有功能都要正常。」

測項的詳細解說,大家可以參考Apple Accessory Interface Specification裡面的Overcurrent and Short Circuit Protection以及Overcurrent Protection這兩個章節。測試前需要先知道待測USB ports能穩定輸出Vbus電壓的最大承載電流是多少,總共有5種,分別為1A、1.5A、2.1A、2.4A與3A。當選定後,便會利用可程式設計Electric Load搭配選定的電流做抽載,此時Vbus電壓應該要能維持在4.90v~5.25v (1A)或是4.97v~5.25v (其他電流)之間。接著利用Electric Load製造一個比原來電流值大1.6倍的電流,且該1.6倍電流值維持時間在1 ms。當待測USB ports經歷該1.6倍電流之後,Vbus電壓不能降到0V,且所有功能都要正常。

Overcurrent and Short Circuit Protection Fail Result

下圖範例1是執行Overcurrent and Short Circuit Protection時,用RT scope擷取待測USB port的Vbus電壓/電流波型。該port雖然在2.1A承載電流時能夠穩定輸出Vbus電壓,但當抽載trainset 1.6倍電流(3.36A)不到1ms,Vbus便會降到0v,不符合測試規範,故為Fail。

圖1: Fail Result

Overcurrent and Short Circuit Protection Pass Result

範例2則一樣利用RT scope,擷取Pass Result的Vbus電壓/ 電流波型。可以看出待測USB port能夠穩定輸出Vbus電壓的最大承載電流一樣是2.1A。當經歷1ms的trainset 1.6倍電流(3.36A)後,Vbus仍能穩定輸出4.97v~5.25v。

2: Pass Result

提醒大家目前Apple CarPlay SI要求車載機上如果有不支持Apple CarPlay的USB power source ports,也要執行power相關測項,也就是Load、Drop/ Droop及Overcurrent and Short Circuit Protection。所以廠商在設計時,不管車載系統上的USB ports是否支援Apple CarPlay,均應將Apple CarPlay SI裡power相關測項所造成的影響考慮進去,才不會在送測時踢到鐵板,花太多時間在Debug與修正產品問題,因而延宕上市時程。

隨著車聯網時代的來臨,百佳泰亦不斷深入研究車用領域相關測試,除了提供 Apple CarPlay 認證測試服務外,同時可執行包括 Wi-Fi、Bluetooth、USB 等針對車載系統的標準認證服務及軟硬體相容性測試,能滿足廠商一站式完整的認證需求,為您打造全方位的車載產品測試服務。

如果您有Apple CarPlay SI產品驗證或各種客制化量測的需求,歡迎您與百佳泰service@allion.com聯繫。