Συνδέσεις πλακέτας-προς-πλακέτα (Board-to-σύνδεσμος) σε αρχιτεκτονικές αυτοκινήτων (ηλεκτρικό σύστημα οχήματος)
Συνοδός πτήσης όλων των δεδομένων
Τα σύγχρονα ηλεκτρικά συστήματα οχήματος μεταβάλλονται, ιδίως λόγω των απαιτήσεων που θέτουν η ηλεκτροκίνηση, η αυτόνομη οδήγηση και το σύστημα ψυχαγωγίας 4K-HD. Οι συνδέσεις τύπου «σύνδεσμος board-to-board», χάρη στις ειδικές τους ιδιότητες, διαδραματίζουν καθοριστικό ρόλο στην αντιμετώπιση αυτής της αλλαγής, ώστε να διασφαλίζονται υψηλοί ρυθμοί μετάδοσης δεδομένων με μικρούς χρόνους καθυστέρησης.
Όπως είναι γνωστό, το ηλεκτρικό σύστημα ενός οχήματος (ηλεκτρικό σύστημα οχήματος) αποτελεί ένα πολύπλοκο δίκτυο ηλεκτρικών συνδέσεων, το οποίο συνδέει μεταξύ τους όλα τα ηλεκτρικά και ηλεκτρονικά εξαρτήματα. Σε αυτά περιλαμβάνονται ηλεκτρονικές μονάδες ελέγχου, αισθητήρες, ενεργοποιητές, συστήματα φωτισμού, συστήματα infotainment, καθώς και σύνδεσμος.
Οι τρεις μεγάλες τάσεις της σημερινής αυτοκινητοβιομηχανίας – η αυτοματοποιημένη, η ηλεκτρική και η συνδεδεμένη οδήγηση – απαιτούν μια ριζική αλλαγή της τρέχουσας ηλεκτρικής-ηλεκτρονικής (E/E) αρχιτεκτονικής. Διότι οι αρχιτεκτονικές E/E του ηλεκτρικού συστήματος του οχήματος μετασχηματίζονται από μια κλασική, αποκεντρωμένη δομή που αποτελείται από έως και 100 ηλεκτρονικές μονάδες ελέγχου προς μια αρχιτεκτονική τομέων, στην οποία οι ηλεκτρονικές μονάδες ελέγχου ομαδοποιούνται σε λειτουργικές περιοχές. Κάθε τομέας διαθέτει έναν συντονιστικό υπολογιστή υψηλής απόδοσης (HPC), με αποτέλεσμα να μειώνονται ο όγκος της καλωδίωσης και της εγκατάστασης, καθώς και το κόστος και το βάρος. Νέα είναι η αρχιτεκτονική ζωνών (ζωνική αρχιτεκτονική) στο όχημα, στην οποία οι λειτουργίες ομαδοποιούνται σε έναν τοπικό ελεγκτή ζώνης (Zonen-Controller), με αποτέλεσμα να μειώνεται ο αριθμός των ηλεκτρονικών μονάδων ελέγχου και ο όγκος της καλωδίωσης.
Οι τρεις μεγάλες τάσεις της σημερινής αυτοκινητοβιομηχανίας – η αυτοματοποιημένη, η ηλεκτρική και η συνδεδεμένη οδήγηση – απαιτούν μια ριζική αλλαγή της τρέχουσας ηλεκτρικής-ηλεκτρονικής (E/E) αρχιτεκτονικής. Διότι οι αρχιτεκτονικές E/E του ηλεκτρικού συστήματος του οχήματος μετασχηματίζονται από μια κλασική, αποκεντρωμένη δομή που αποτελείται από έως και 100 ηλεκτρονικές μονάδες ελέγχου προς μια αρχιτεκτονική τομέων, στην οποία οι ηλεκτρονικές μονάδες ελέγχου ομαδοποιούνται σε λειτουργικές περιοχές. Κάθε τομέας διαθέτει έναν συντονιστικό υπολογιστή υψηλής απόδοσης (HPC), με αποτέλεσμα να μειώνονται ο όγκος της καλωδίωσης και της εγκατάστασης, καθώς και το κόστος και το βάρος. Νέα είναι η αρχιτεκτονική ζωνών (ζωνική αρχιτεκτονική) στο όχημα, στην οποία οι λειτουργίες ομαδοποιούνται σε έναν τοπικό ελεγκτή ζώνης (Zonen-Controller), με αποτέλεσμα να μειώνεται ο αριθμός των ηλεκτρονικών μονάδων ελέγχου και ο όγκος της καλωδίωσης.
Συνδέσεις (σύνδεσμος) στην αρχιτεκτονική των ηλεκτρικών συστημάτων οχημάτων
Τέτοιες αλλαγές στη δομή μεταβάλλουν επίσης τις προκλήσεις για έναν σύνδεσμο τύπου «σύνδεσμος board-to-board», ο οποίος υποστηρίζει και υλοποιεί αυτές τις αρχιτεκτονικές. Το καθήκον της μετάδοσης πλέον σημαντικά μεγαλύτερων ροών δεδομένων και της επεξεργασίας τους σε μια συνολική εικόνα μέσα σε ένα ακόμη πιο ισχυρό ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου, μεταβάλλει σημαντικά τους παράγοντες απόδοσης του συνδετήρα.
Στην ευθύνη της μετάδοσης δεδομένων εντάσσονται επίσης οι διάφορες τεχνολογίες μετάδοσης, οι οποίες πρέπει να εξασφαλίζουν το εύρος ζώνης. Σε αυτές περιλαμβάνονται:
Στην ευθύνη της μετάδοσης δεδομένων εντάσσονται επίσης οι διάφορες τεχνολογίες μετάδοσης, οι οποίες πρέπει να εξασφαλίζουν το εύρος ζώνης. Σε αυτές περιλαμβάνονται:
- Το LIN (Local Interconnect Network) αποτελεί μια πολύ οικονομική τεχνολογία για εφαρμογές που δεν σχετίζονται με την ασφάλεια και δεν είναι χρονικά κρίσιμες, όπως κλειδαριές, φώτα ή κλιματισμός.
- Το CAN (Controller Area Network) ως η πιο χρησιμοποιούμενη τεχνολογία μετάδοσης για τον έλεγχο του κινητήρα, του κιβωτίου ταχυτήτων, του μίζα ή για συστήματα διαχείρισης μπαταρίας
- FlexRay με διπλό καλώδιο συνεστραμμένο για τη μετάδοση δεδομένων για εφαρμογές κρίσιμες ως προς το χρόνο ή/και την ασφάλεια, όπως το τιμόνι ή τα φρένα
- MOST (Media Oriented System Transport) ως καλώδιο οπτικών ινών για συστήματα πολυμέσων και infotainment
- Automotive Single Pair Ethernet (SPE) ως σχετικά νέα τεχνολογία, η αποδοχή της οποίας αυξάνεται συνεχώς λόγω της
- χωρητικότητας του εύρους ζώνης SerDes (Serializer/Deserializer) για υψηλές μεταδόσεις δεδομένων, ιδανικό για κάμερες ή οθόνες
Είναι προς το συμφέρον της αυτοκινητοβιομηχανίας να χρησιμοποιεί όσο το δυνατόν λιγότερες διαφορετικές τεχνολογίες μετάδοσης, προκειμένου να διατηρηθεί χαμηλή η πολυπλοκότητα στην καλωδίωση. Υπό αυτή την έννοια, το Automotive Ethernet διαδραματίζει σημαντικότερο ρόλο, ενώ παράλληλα χρησιμοποιούνται επίσης τα πρωτόκολλα CAN (CAN FD και CAN XL), καθώς και τα LIN και SerDes. Από τα παραπάνω μπορούν να εξαχθούν οι βασικές απαιτήσεις για τους συνδετήρες πλακέτας-προς-πλακέτα (Board-to-σύνδεσμος), ενώ το πρότυπο LV214 παρέχει επίσης πληροφορίες σχετικά με τις ιδιότητές τους.
Υψηλή ταχύτητα, προστασία από ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές (ΗΜΣ), καθώς και ανθεκτικότητα και μικροποίηση
Λόγω της εξέλιξης των αισθητήρων και της παρουσιαζόμενης αρχιτεκτονικής E/E, οι ποσότητες δεδομένων που μεταφέρονται τείνουν όλο και περισσότερο προς την υψηλή ταχύτητα, η οποία εξαρτάται κυρίως από τον έλεγχο της σύνθετης αντίστασης του σύνδεσμου. Εάν αυτή παρουσιάζει διακυμάνσεις, προκαλούνται συντονισμοί, οι οποίοι με τη σειρά τους οδηγούν σε απώλειες στη μετάδοση του σήματος. Σε αυτό το πλαίσιο, ένας σύνδεσμος (σύνδεσμος) αποτελεί πάντα, λόγω της γεωμετρίας του, έναν πιθανό κίνδυνο για διακυμάνσεις της σύνθετης αντίστασης, οι οποίες προκαλούνται, μεταξύ άλλων, από αλλαγές στο υλικό ή στη γεωμετρία.
Πράγματι, η σύνθετη αντίσταση καθορίζεται από επαγωγικές και χωρητικές ιδιότητες, οι οποίες εξαρτώνται από το μέγεθος, τη διάταξη και τον σχεδιασμό των ακίδων. Ιδιαίτερα οι αλλαγές στη διατομή έχουν αρνητικές επιπτώσεις, γι’ αυτό και πρέπει να ελαχιστοποιούνται όσο το δυνατόν περισσότερο. Επιπλέον, τα διηλεκτρικά (ουσίες με χαμηλή ή μηδενική ηλεκτρική αγωγιμότητα) που βρίσκονται κοντά στη διαδρομή του σήματος μπορούν επίσης να έχουν αρνητικές επιπτώσεις, γι’ αυτό και η επιλογή του σωστού υλικού μόνωσης είναι εξίσου σημαντική. Επιπλέον, υπάρχουν επιδράσεις από απώλειες σύζευξης, δηλαδή τις απώλειες στο σημείο επαφής του μαχαιριού και του ελατηρίου. Τέλος, οι διακυμάνσεις της σύνθετης αντίστασης μπορούν να προκληθούν από προεξέχοντα στοιχεία καλωδίωσης, τα οποία λειτουργούν ως κεραίες. Όλα αυτά τα φαινόμενα συνοψίζονται ως «Insertion Loss» (αναλογία εξερχόμενου προς εισερχόμενο σήμα), γνωστό και ως «απώλεια παρεμβολής» (απώλεια εισαγωγής). Συμπληρωματικά, υπάρχει και η «Return Loss» (απώλεια επιστροφής, απώλεια επιστροφής), η οποία περιγράφει την αναλογία του ανακλώμενου σήματος προς το μεταδιδόμενο σήμα.Όσον αφορά τη συνεχιζόμενη μικροποίηση των συγκροτημάτων, η προστασία από ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές (ΗΜΣ) διαδραματίζει ιδιαίτερο ρόλο: τα σήματα υψηλής συχνότητας που προκύπτουν σε αυτή την περίπτωση είναι ιδιαίτερα ευάλωτα σε παρεμβολές από ανεπιθύμητα ηλεκτρομαγνητικά φαινόμενα. Ακόμη και οι ελάχιστες παρεμβολές αρκούν για να προκαλέσουν εκτεταμένη αλλοίωση της μετάδοσης δεδομένων, εσφαλμένα σήματα μέτρησης από τους αισθητήρες και ακατάλληλες εντολές ελέγχου – ένα σενάριο απολύτως απαράδεκτο για την ασφάλεια.
Ένας θωρακισμένος σύνδεσμος (σύνδεσμος) βοηθά, καθώς σε ένα συγκρότημα ένας σύνδεσμος λειτουργεί πάντα τόσο ως απορροφητής παρεμβολών όσο και ως πηγή παρεμβολών. Επίσης, το εξάρτημα μπορεί να υποστεί παρεμβολές από άλλα εξαρτήματα, ενώ παράλληλα ασκεί και το ίδιο ηλεκτρομαγνητική επίδραση στα γύρω εξαρτήματα. Η θωράκιση (θωράκιση) μειώνει εδώ και τα δύο φαινόμενα κατά περίπου 100 έως 200 φορές.
Πράγματι, η σύνθετη αντίσταση καθορίζεται από επαγωγικές και χωρητικές ιδιότητες, οι οποίες εξαρτώνται από το μέγεθος, τη διάταξη και τον σχεδιασμό των ακίδων. Ιδιαίτερα οι αλλαγές στη διατομή έχουν αρνητικές επιπτώσεις, γι’ αυτό και πρέπει να ελαχιστοποιούνται όσο το δυνατόν περισσότερο. Επιπλέον, τα διηλεκτρικά (ουσίες με χαμηλή ή μηδενική ηλεκτρική αγωγιμότητα) που βρίσκονται κοντά στη διαδρομή του σήματος μπορούν επίσης να έχουν αρνητικές επιπτώσεις, γι’ αυτό και η επιλογή του σωστού υλικού μόνωσης είναι εξίσου σημαντική. Επιπλέον, υπάρχουν επιδράσεις από απώλειες σύζευξης, δηλαδή τις απώλειες στο σημείο επαφής του μαχαιριού και του ελατηρίου. Τέλος, οι διακυμάνσεις της σύνθετης αντίστασης μπορούν να προκληθούν από προεξέχοντα στοιχεία καλωδίωσης, τα οποία λειτουργούν ως κεραίες. Όλα αυτά τα φαινόμενα συνοψίζονται ως «Insertion Loss» (αναλογία εξερχόμενου προς εισερχόμενο σήμα), γνωστό και ως «απώλεια παρεμβολής» (απώλεια εισαγωγής). Συμπληρωματικά, υπάρχει και η «Return Loss» (απώλεια επιστροφής, απώλεια επιστροφής), η οποία περιγράφει την αναλογία του ανακλώμενου σήματος προς το μεταδιδόμενο σήμα.Όσον αφορά τη συνεχιζόμενη μικροποίηση των συγκροτημάτων, η προστασία από ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές (ΗΜΣ) διαδραματίζει ιδιαίτερο ρόλο: τα σήματα υψηλής συχνότητας που προκύπτουν σε αυτή την περίπτωση είναι ιδιαίτερα ευάλωτα σε παρεμβολές από ανεπιθύμητα ηλεκτρομαγνητικά φαινόμενα. Ακόμη και οι ελάχιστες παρεμβολές αρκούν για να προκαλέσουν εκτεταμένη αλλοίωση της μετάδοσης δεδομένων, εσφαλμένα σήματα μέτρησης από τους αισθητήρες και ακατάλληλες εντολές ελέγχου – ένα σενάριο απολύτως απαράδεκτο για την ασφάλεια.
Ένας θωρακισμένος σύνδεσμος (σύνδεσμος) βοηθά, καθώς σε ένα συγκρότημα ένας σύνδεσμος λειτουργεί πάντα τόσο ως απορροφητής παρεμβολών όσο και ως πηγή παρεμβολών. Επίσης, το εξάρτημα μπορεί να υποστεί παρεμβολές από άλλα εξαρτήματα, ενώ παράλληλα ασκεί και το ίδιο ηλεκτρομαγνητική επίδραση στα γύρω εξαρτήματα. Η θωράκιση (θωράκιση) μειώνει εδώ και τα δύο φαινόμενα κατά περίπου 100 έως 200 φορές.
Όσον αφορά την ανθεκτικότητα: οι κραδασμοί και οι δονήσεις θέτουν σε κίνδυνο τη σταθερότητα της μεταφοράς δεδομένων, όπως και οι χημικές και θερμικές περιβαλλοντικές επιδράσεις που οφείλονται σε ακραίες θερμοκρασίες, έντονες διακυμάνσεις θερμοκρασίας, επιβλαβή αέρια, υγρασία και ρύπους. Η επιφάνεια επαφής (επιφάνεια επαφής) καθορίζει σε μεγάλο βαθμό τη διάρκεια ζωής του συνδετήρα, καθώς κατά τη λειτουργία προκύπτουν μικροκινήσεις μεταξύ των δύο μερών του συνδετήρα, οι οποίες μακροπρόθεσμα οδηγούν σε τριβή της επιφάνειας και, ως εκ τούτου, σε αυξημένη αντίσταση μετάδοσης (αντίσταση επαφής) και, κατά συνέπεια, σε λιγότερο αποτελεσματική μετάδοση σήματος. Μια υψηλής ποιότητας και ανθεκτική επίστρωση επαφής (επιμετάλλωση επαφής) συμβάλλει στη μείωση αυτής της τριβής της επιφάνειας στο ελάχιστο.
Στο σύστημα επαφών, μια διπλής όψης σειρά επαφών τύπου «θηλυκός σύνδεσμος» αποδίδει καλά, καθώς εγγυάται πάντα ένα σημείο επαφής, ανεξάρτητα από εξωτερικές επιδράσεις. Ακόμη μεγαλύτερη ανθεκτικότητα προσφέρει ένα «ερμαφρόδιτο σύστημα επαφών», καθώς οι επαφές αλληλοσυνδέονται κατά τη σύνδεση, εξασφαλίζοντας έτσι μέγιστη ασφάλεια επαφής.
Στο σύστημα επαφών, μια διπλής όψης σειρά επαφών τύπου «θηλυκός σύνδεσμος» αποδίδει καλά, καθώς εγγυάται πάντα ένα σημείο επαφής, ανεξάρτητα από εξωτερικές επιδράσεις. Ακόμη μεγαλύτερη ανθεκτικότητα προσφέρει ένα «ερμαφρόδιτο σύστημα επαφών», καθώς οι επαφές αλληλοσυνδέονται κατά τη σύνδεση, εξασφαλίζοντας έτσι μέγιστη ασφάλεια επαφής.
Στους μονοκόμματους σύνδεσμους αποφεύγεται η ύπαρξη ευάλωτης περιοχής επαφής, γεγονός που εξασφαλίζει μέγιστη αντοχή σε εξωτερικές επιδράσεις. Η σύνδεση πραγματοποιείται μέσω της τεχνικής «τεχνολογία press-fit», κατά την οποία ένας πείρος «ακίδα press-fit» πιέζεται μέσα σε μια οπή «επιμεταλλωμένη οπή» στην πλακέτα κυκλώματος, με αποτέλεσμα να δημιουργούνται «ψυχρές συγκόλλησεις» μεταξύ του χαλκού χιτωνίου και της ζώνης «ζώνη press-fit». Έτσι δημιουργείται μια αεριοστεγής, χυτεύσιμη σύνδεση με την πλακέτα κυκλώματος, η οποία προσφέρει δέκα φορές καλύτερο «ρυθμός αστοχιών» σε σύγκριση με τους αυτοματοποιημένα συγκολλημένους «σύνδεσμος».
Λόγω του περιορισμένου χώρου εγκατάστασης στα αυτοκίνητα, υπάρχει έλλειψη χώρου για αισθητήρες και ηλεκτρονικές μονάδες ελέγχου, γεγονός που σημαίνει ότι οι σύνδεσμος πρέπει να μειώσουν ακόμη περισσότερο τις διαστάσεις τους, διατηρώντας την ίδια ή ακόμη και υψηλότερη απόδοση. Αυτό είναι ιδανικό για την τεχνολογία επιφανειακής συναρμολόγησης (SMT), καθώς, σε αντίθεση με την τεχνική ενσωμάτωσης με πίεση (τεχνολογία press-fit), επιτρέπει ένα σημαντικά μικρότερο βήμα καθώς και αμφίπλευρη συναρμολόγηση της πλακέτας κυκλώματος.
Η τάση να ενσωματώνονται όλο και περισσότεροι και όλο και μικρότεροι σύνδεσμοι (σύνδεσμος) στα συγκροτήματα έχει ως συνέπεια οι αλυσίδες ανοχών να γίνονται μακρύτερες και οι σύνδεσμοι να πρέπει να αντισταθμίζουν ολοένα και μεγαλύτερες ανοχές τόσο κατά τη συναρμολόγηση όσο και κατά τη λειτουργία. Για το σκοπό αυτό υπάρχουν ήδη σύνδεσμοι που μπορούν να απορροφούν ακόμα καλύτερα τους κραδασμούς και τις δονήσεις.
Η τάση να ενσωματώνονται όλο και περισσότεροι και όλο και μικρότεροι σύνδεσμοι (σύνδεσμος) στα συγκροτήματα έχει ως συνέπεια οι αλυσίδες ανοχών να γίνονται μακρύτερες και οι σύνδεσμοι να πρέπει να αντισταθμίζουν ολοένα και μεγαλύτερες ανοχές τόσο κατά τη συναρμολόγηση όσο και κατά τη λειτουργία. Για το σκοπό αυτό υπάρχουν ήδη σύνδεσμοι που μπορούν να απορροφούν ακόμα καλύτερα τους κραδασμούς και τις δονήσεις.
Τρεις κατάλληλες οικογένειες προϊόντων της ept
Τα προϊόντα Zero8 προσφέρουν μέγιστη επεκτασιμότητα με εξατομικευμένους τύπους κατασκευής, ύψη στοίβαξης και αριθμούς πόλων, επιτρέποντας αποστάσεις μεταξύ πλακετών από 6 έως 21 mm και μεταβλητό αριθμό πόλων από 12 έως 80. Οι σύνδεσμοι είναι συμβατοί μεταξύ τους και μπορούν να συνδυαστούν ελεύθερα, με μονόπλευρη ή αμφίπλευρη θωράκιση (θωράκιση). Η ανθεκτική τεχνολογία σύνδεσης ScaleX εξασφαλίζει ασφαλή επαφή σε περίπτωση κραδασμών και δονήσεων, αντισταθμίζει τις ανοχές και προσφέρει προστασία από ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές (ΗΜΣ) για ρυθμό μεταφοράς δεδομένων (ρυθμός μετάδοσης δεδομένων) 16 Gbit/s.
Λεπτομέρειες για τη σειρά Zero8
Λεπτομέρειες για τη σειρά Zero8
Τα προϊόντα Colibri είναι θωρακισμένοι, διπλής σειράς SMT-σύνδεσμος με 0,5 mm βήμα, οι οποίοι είναι συμβατοί με τα πρότυπα PICMG COM Express®, SFF-SIG CoreExpress® και nano-ETXexpress. Οι Receptacles για τα COM Module διαθέτουν 196 ακίδες σήματος και 24 ακίδες γείωσης, ενώ τα Plugs για τις πλακέτες φορέα διατίθενται προαιρετικά με οδηγούς (Guide Posts), θωράκιση (Shield) και στερέωση SMT. Το σύστημα COM Express Colibri προσφέρει εξαιρετική ακεραιότητα σήματος (ακεραιότητα σήματος) για ταχύτητες άνω των 25 Gbit/s, ιδανική για εφαρμογές υψηλής ταχύτητας με περιορισμένο χώρο εγκατάστασης.
Λεπτομέρειες για το Colibri
Λεπτομέρειες για το Colibri
Ως τρίτη οικογένεια προϊόντων, η One27 προσφέρει ανθεκτικές και συμπαγείς συνδέσεις πλακετών κυκλωμάτων σε SMT με βήμα 1,27 mm. Υποστηρίζουν απόστάσεις μεταξύ πλακετών κυκλωμάτων από 8 έως 20 mm και διατίθενται με 12 έως 80 επαφές, καθώς και ως συναρμολόγηση καλωδίων. Είναι δυνατές τόσο οι παράλληλες όσο και οι γωνιακές συνδέσεις, οι οποίες είναι ιδιαίτερα ανθεκτικές και εύκολες στην επεξεργασία, ενώ εξασφαλίζουν αξιόπιστη επαφή και υψηλή ευελιξία στη διάταξη των πλακετών.
Λεπτομέρειες για τη σειρά One27
Λεπτομέρειες για τη σειρά One27
Αν κοιτάξουμε προς το μέλλον, η αυτόνομη οδήγηση θα είναι στενά συνδεδεμένη με την περαιτέρω ανάπτυξη των τεχνολογιών μεταφοράς δεδομένων και επικοινωνίας. Βασικά στοιχεία όπως η συνδεσιμότητα 5G, η κυβερνοασφάλεια, η επικοινωνία V2X, καθώς και το Edge Computing και η τεχνολογία blockchain θα διαμορφώσουν καθοριστικά τη μεταφορά δεδομένων, αλλά σίγουρα θα παραμείνει η συνύπαρξη των ενσωματωμένων δικτύων και των συνδετήρων, που κάποια στιγμή θα κάνουν πραγματικότητα ένα αυτοκίνητο χωρίς τιμόνι.
Ψάχνετε για έναν συγκεκριμένο συνδετήρα;
Κατάλογος προϊόντων
