Gli odierni dispositivi elettronici ad alta densità richiedono l'instradamento di più segnali da e verso la fonte dei dati ai display e altri strumenti di elaborazione. Questi cavi spesso trasportano segnali multipli e richiedono connettori ad alto numero di pin in formati lineari lunghi per un utilizzo con un display o in un progetto generale. Contemporaneamente, questi stessi strumenti vengono utilizzati all'interno di apparecchiature robuste e portatili impiegate su veicoli, robot o indossate da soldati. L'elettronica ad alta densità, portatile, robotica, spaziale e montata sul corpo e nello spazio condivide tutti i requisiti simili per soluzioni robuste dal peso ridotto, in grado di aumentare le specifiche di larghezza di banda riducendo l'ingombro complessivo. Nuovi sensori, rilevatori, iniettori e piccoli motori per una mobilità robusta sono progettati per funzionare a micro-correnti e tensioni nel tentativo di supportare la nuova digitalizzazione dei moduli elettronici altamente compatti.
I dati di posizione ottici e analogici vengono elaborati tramite un convertitore A/D sul militare o sul dispositivo. Ciò aumenta notevolmente la velocità del segnale e il conteggio dei segnali. Le antenne beamforming e i sistemi di comunicazione sono impiegati per concentrarsi in modo specifico su determinate aree. Questi sistemi richiedono un'elevata quantità di sezioni di segnale, simili a quelle dell'antenna phased-array. I computer a scheda singola vengono trasportati per la movimentazione di nuovi carichi di dati a velocità più elevate, ma fortunatamente questi nuovi segnali digitali ad alta velocità vengono eseguiti su Arseniuro di Gallio e altre tecnologie di chip che funzionano a bassissime tensioni e un flusso di corrente minimo. Il nuovo sistema di progettazione del cablaggio include set di cablaggio del segnale digitale differenziale di un lato positivo e negativo di ciascun segnale, nonché un ritorno (drain wire), per eseguire il trasferimento dei dati. Infine, ogni set di cablaggio differenziale richiede una schermatura per evitare l'accoppiamento di rumore dal set di cavi al set di cavi successivo. Un set di cavi completo può iniziare da 30 a 40 fili e aumentare in modo esponenziale in base alle funzioni che servono. I cavi e i connettori di dimensioni Micro e Nano stanno risolvendo il problema dell'ingombro e del peso, mentre si comportano eccezionalmente bene in relazione all'elettronica digitale a velocità più elevata sul campo.
Questi sistemi avanzati sono piccoli e robusti ma saranno più esposti a livelli più elevati di criticità ambientali poiché li stiamo impiegando dove è necessario. In effetti, i segnali non richiedono le enormi dimensioni e il peso dell'elettronica di vecchia generazione. I progettisti si stanno invece concentrando su cavi e connettori Micro e Nano perché funzionano bene con l'elettronica digitale e sono resilienti sul campo. Lavorare direttamente con i progettisti di cavi e connettori nelle prime fasi del processo di sviluppo del sistema può aiutare a migliorare notevolmente il progetto generale e le prestazioni della soluzione cavo-connettore.
Figura 1: PCB board che include connettori Omnetics Micro e Nano Strips
Man mano che sviluppiamo una densità maggiore, il contenuto del segnale, la velocità dei dati, l'impedenza e la potenziale diafonia, il rumore o la sensibilità EMI all'interno del sistema dovranno essere considerati in anticipo. Uno specialista di interconnessioni può aiutare a rivedere il tipo di filo chiave, il calibro, la schermatura e i sistemi di drain. I segnali digitali dipendono dal tempo di salita dell'onda quadra e dall'adattamento dell'impedenza di cablaggio dal circuito di pilotaggio al cavo. Ciò è stato dimostrato nella tecnologia RF e ora sta diventando fondamentale con l'aumento delle velocità digitali. Alcuni segnali digitali multipli sono impilati su un circuito con NRZ, (Non-Return to Zero), livelli di tensione (come in PAM-4) e possono essere più suscettibili ai problemi SNR (rapporto segnale/rumore). Questo è controllato con un'attenta progettazione dei cavi, spaziatura e pianificazione della piedinatura del connettore. Il cavo standard può gestire facilmente le trasmissioni di gigabit di segnali utilizzando un cablaggio a coppia differenziale e un cavo drain dedicato. Come accennato in precedenza, i fili sono schermati separatamente dagli altri gruppi di fili all'interno del cavo. All'aumentare della velocità, le linee di terra o di ritorno devono funzionare alla stessa velocità dei segnali trasmessi. Questo sta cambiando sia il layout della linea di terra che la capacità delle schede dei circuiti utilizzati.
Figura 2: Cablaggio di un Connettore Strip
Un connettore Micro o Nano-strip spesso deve soddisfare le esigenze di instradamento e spaziatura della scheda. (Nota: Avere uno o due pin aggiuntivi di connettori per le linee aggiuntive di massa o di ritorno della barra laterale spesso consente di risparmiare una fase di riprogettazione nello sviluppo di un sistema.) Molti fornitori di connettori offrono design che includono pad standard IPC e schemi di layout a foro passante, tuttavia, tali standard sono piuttosto maturi e alcune schede più recenti potrebbero richiedere schemi di derivazione del connettore personalizzati e spaziatura dei pin da centro a centro. Le aziende di progettazione di connettori ad alta affidabilità possono offrire sia dimensioni standardizzate che sistemi di interconnessione progettati specificamente per soddisfare i nuovi layout di progettazione.
Figura 3: Famiglia di Connettori Omnetics Micro Strip
Figura 4: Nano-Connettore per scheda Edge con latch
Si consiglia ai progettisti di iniziare con i livelli di Specifica Militare stabiliti per Micro-d (mil. Std. 83513) e/o Nano-d (mil. Std. 32139), come buona linea di base. Queste due specifiche sono state progettate da un team di specialisti di connettori di società di forniture militari. L'obiettivo era definire una gamma di applicazioni in condizioni ambientali difficili ed estreme nel settore della difesa. La parte relativa all'affidabilità delle specifiche è incentrata su accoppiamenti e disaccoppiamenti, condizioni fisiche come urti, vibrazioni, corrosione e immersione. Tali specifiche possono essere utilizzate come check-list dell'affidabilità per i connettori più recenti in fase di sviluppo, che risultano più piccoli, più leggeri e per quelli che si recano nello spazio profondo o in qualsiasi condizione difficile a cui sono soggetti questi connettori.
I connettori strip miniaturizzati si stanno evolvendo rapidamente in questo livello successivo di requisiti e sembrano rientrare in due categorie. I modelli più vecchi includono strisce progettate per il mercato commerciale con test e certificazioni limitate ma abbastanza utili per molte applicazioni. Le applicazioni più recenti richiedono l'uso di materiali e design collaudati che utilizzano elementi chiave testati secondo standard militari. Aziende come la Omnetics Connector Corporation, utilizzano i loro perni elastici al BeCu solido (rame-berillio) con Specifiche Militari e le loro prese placcate con Mil. Specifiche Nickel e Oro per garantire la massima affidabilità nel settore. I test di accoppiamento e disaccoppiamento da pin a presa mostrano l'integrità del segnale costante fino a oltre 2000 connessioni. Questi connettori strip offrono prestazioni resistenti agli urti e alle vibrazioni e hanno superato test oltre le esigenze utilizzate nell'elettronica sul campo di battaglia e sul rover per operare su Marte. I progettisti di sistemi possono richiedere connettori strip campione per un primo test sul loro progetto. I connettori Micro-strip con passo 0,050 pollici (1,27 mm), e i connettori Nano-strip con spaziatura 0,025 pollici (0,635 mm), sono prontamente disponibili con standard stabiliti.
Gli ingegneri di sistema possono iniziare a sviluppare un connettore strip adattato di qualità militare con un progettista di connettori che utilizza la modellazione solida online per adattare i connettori alla loro esatta applicazione. Quando si è soddisfatti del nuovo progetto, è possibile richiedere un campione di prototipo per assicurarsi della forma, dell'adattamento e del funzionamento prima di procedere. I modelli stampati in 3D possono essere costruiti rapidamente e inviati al team del sistema. Lo step finale per garantire che il tuo sistema di interconnessione soddisfi la necessità dei nuovi circuiti odierni consiste nell'esaminare i test e tutti gli standard di qualità unici richiesti dalla tua applicazione. Discutere le specifiche ambientali o elettriche che potrebbero essere motivo di preoccupazione per il progettista di connettori.
Per informazioni dettagliate visitare la pagina web: Micro and Nano Strip Connectors | Omnetics Connector Corporation
Si ringrazia per la collaborazione con Elettronica Open Source, Bob Stanton, Director of Technology, Omnetics Connector Corporation.
