Konektory typu board-to-board v architektuře palubních elektrických systémů automobilů
Palubní průvodčí všech dat
Moderní palubní sítě v automobilech procházejí proměnou, zejména v důsledku požadavků kladených elektromobilitou, autonomním řízením a infotainmentem v rozlišení 4K HD. Konektory typu board-to-board hrají díky svým speciálním vlastnostem klíčovou roli při zvládání této proměny, aby byly zajištěny vysoké rychlosti přenosu dat při krátkých dobách odezvy.
Jak je známo, palubní síť vozidla představuje komplexní síť elektrických spojů, která propojuje všechny elektrické a elektronické komponenty. Patří sem řídicí jednotky, senzory, akční členy, osvětlovací systémy, infotainment a také konektory.
Tři současné hlavní trendy v automobilovém průmyslu – automatizované, elektrické a propojené řízení – vyžadují zásadní změnu současné elektrické a elektronické (E/E) architektury. Architektury palubních sítí se totiž mění z klasické decentralizované struktury sestávající z až 100 řídicích jednotek na doménovou architekturu, ve které jsou řídicí jednotky seskupeny do funkčních oblastí. Každá doména má koordinační vysoce výkonný počítač (HPC), čímž se snižuje náročnost kabeláže a instalace, stejně jako náklady a hmotnost. Novinkou je zónová architektura ve vozidle, v níž jsou funkce sdruženy v lokálním zónovém řadiči, což snižuje počet řídicích jednotek a náklady na kabeláž.
Tři současné hlavní trendy v automobilovém průmyslu – automatizované, elektrické a propojené řízení – vyžadují zásadní změnu současné elektrické a elektronické (E/E) architektury. Architektury palubních sítí se totiž mění z klasické decentralizované struktury sestávající z až 100 řídicích jednotek na doménovou architekturu, ve které jsou řídicí jednotky seskupeny do funkčních oblastí. Každá doména má koordinační vysoce výkonný počítač (HPC), čímž se snižuje náročnost kabeláže a instalace, stejně jako náklady a hmotnost. Novinkou je zónová architektura ve vozidle, v níž jsou funkce sdruženy v lokálním zónovém řadiči, což snižuje počet řídicích jednotek a náklady na kabeláž.



Konektory v systémové architektuře palubních elektrických sítí
Takové strukturální změny mění také požadavky kladené na konektory typu board-to-board, které tyto architektury podporují a realizují. Úkol přenášet nyní výrazně větší datové toky a zpracovávat je v ještě výkonnějším řídicím zařízení do celkového obrazu výrazně mění výkonnostní faktory konektoru.
Za datový přenos nesou odpovědnost také různé přenosové technologie, které musí zajistit šířku pásma. Mezi ně patří:
Za datový přenos nesou odpovědnost také různé přenosové technologie, které musí zajistit šířku pásma. Mezi ně patří:
- LIN (Local Interconnect Network) jako velmi cenově výhodná technologie pro aplikace, které nejsou bezpečnostně relevantní a nejsou časově kritické, jako jsou dveřní zámky, osvětlení nebo klimatizace
- CAN (Controller Area Network) jako nejčastěji používaná přenosová technologie pro řízení motoru, převodovky, startéru nebo pro systémy řízení baterií
- FlexRay s kroucenou dvojlinkou pro přenos dat pro časově a/nebo bezpečnostně kritické aplikace, jako je řízení nebo brzdy
- MOST (Media Oriented System Transport) jako optický kabel pro multimediální a infotainment systémy
- Automotive Single Pair Ethernet (SPE) jako relativně nová technologie, která díky své šířce pásma získává stále
- větší oblibu SerDes (Serializer/Deserializer) pro vysokorychlostní přenos dat, ideální pro kamery nebo displeje
V zájmu automobilového průmyslu je používat co nejméně různých přenosových technologií, aby se snížila složitost kabeláže. V tomto smyslu hraje významnou roli Automotive Ethernet, přičemž se sází také na CAN (CAN FD a CAN XL) a také na LIN a SerDes. Z toho lze odvodit hlavní požadavky na konektory typu board-to-board, přičemž informace o vlastnostech poskytuje také norma LV214.
Vysoká rychlost, ochrana proti elektromagnetickému rušení, odolnost a miniaturizace

Vzhledem k vývoji senzorů a představené architektuře E/E se objemy přenášených dat stále více posouvají směrem k vysokým rychlostem, což závisí především na řízení impedance konektoru. Pokud tato impedance kolísá, dochází k rezonancím, které zase vedou ke ztrátám při přenosu signálu. Konektor však kvůli své geometrii vždy představuje potenciální riziko kolísání impedance, které je způsobeno mimo jiné změnami materiálu nebo geometrie. Impedance
je totiž určována indukčními a kapacitními vlastnostmi, které závisí na velikosti, uspořádání a konstrukci kolíku. Zejména změny průřezu mají negativní vliv, proto je nutné je co nejvíce minimalizovat. Dále mohou mít negativní vliv také dielektrika (elektricky slabě vodivé nebo nevodivé látky) v blízkosti signálové cesty, proto je stejně důležitý výběr správného materiálu izolačního tělesa. Kromě toho existují také vlivy způsobené ztrátami při vazbě, tedy ztrátami v místě kontaktu nože a pružiny. A konečně mohou být kolísání impedance způsobena vyčnívajícími vodivými prvky, které působí jako anténa. Všechny tyto účinky se shrnují jako vložná ztráta (poměr výstupního a vstupního signálu), nazývaná také vložné tlumení. K tomu se přidává ještě Return Loss (ztráta odrazu), která popisuje podíl odraženého signálu k přenášenému signálu.Vzhledem k postupující miniaturizaci sestav hraje ochrana proti elektromagnetickému rušení (EMC) zvláštní roli: vysokofrekvenční signály, které zde vznikají, jsou totiž obzvláště náchylné k rušení nežádoucími elektromagnetickými jevy. I ty nejmenší rušení stačí k rozsáhlému zkreslení datového přenosu, nesprávným měřicím signálům senzorů a nevhodným řídicím příkazům – což je scénář, který je z hlediska bezpečnosti absolutně nepřípustný.
Stíněný konektor pomáhá, protože v sestavě působí konektor vždy jako přijímač i zdroj rušení. Součástka může být rušena jinými komponenty a zároveň sama působí elektromagneticky na okolní součástky. Stínění zde oba efekty snižuje přibližně o faktor 100 až 200.
je totiž určována indukčními a kapacitními vlastnostmi, které závisí na velikosti, uspořádání a konstrukci kolíku. Zejména změny průřezu mají negativní vliv, proto je nutné je co nejvíce minimalizovat. Dále mohou mít negativní vliv také dielektrika (elektricky slabě vodivé nebo nevodivé látky) v blízkosti signálové cesty, proto je stejně důležitý výběr správného materiálu izolačního tělesa. Kromě toho existují také vlivy způsobené ztrátami při vazbě, tedy ztrátami v místě kontaktu nože a pružiny. A konečně mohou být kolísání impedance způsobena vyčnívajícími vodivými prvky, které působí jako anténa. Všechny tyto účinky se shrnují jako vložná ztráta (poměr výstupního a vstupního signálu), nazývaná také vložné tlumení. K tomu se přidává ještě Return Loss (ztráta odrazu), která popisuje podíl odraženého signálu k přenášenému signálu.Vzhledem k postupující miniaturizaci sestav hraje ochrana proti elektromagnetickému rušení (EMC) zvláštní roli: vysokofrekvenční signály, které zde vznikají, jsou totiž obzvláště náchylné k rušení nežádoucími elektromagnetickými jevy. I ty nejmenší rušení stačí k rozsáhlému zkreslení datového přenosu, nesprávným měřicím signálům senzorů a nevhodným řídicím příkazům – což je scénář, který je z hlediska bezpečnosti absolutně nepřípustný.
Stíněný konektor pomáhá, protože v sestavě působí konektor vždy jako přijímač i zdroj rušení. Součástka může být rušena jinými komponenty a zároveň sama působí elektromagneticky na okolní součástky. Stínění zde oba efekty snižuje přibližně o faktor 100 až 200.

Pokud jde o odolnost: Nárazy a vibrace ohrožují stabilitu přenosu dat stejně jako chemické a tepelné vlivy prostředí způsobené extrémními teplotami, silnými teplotními výkyvy, škodlivými plyny, vlhkostí a nečistotami. Kontaktní povrch rozhodujícím způsobem určuje životnost konektoru, protože během provozu dochází k mikropohybům mezi oběma částmi konektoru, které v dlouhodobém horizontu vedou k oděru povrchu, a tím ke zvýšenému přechodovému odporu a následně k méně efektivnímu přenosu signálu. Kvalitní a odolný povlak kontaktů pomáhá tento oděr povrchu minimalizovat.
V kontaktním systému se osvědčuje oboustranná pružinová lišta, protože v každém okamžiku je zaručen kontaktní bod nezávisle na vnějších vlivů. Ještě robustnější je „genderově neutrální“ kontaktní systém, protože kontakty se při zasunutí propletou a zajišťují tak maximální bezpečnost kontaktu.
V kontaktním systému se osvědčuje oboustranná pružinová lišta, protože v každém okamžiku je zaručen kontaktní bod nezávisle na vnějších vlivů. Ještě robustnější je „genderově neutrální“ kontaktní systém, protože kontakty se při zasunutí propletou a zajišťují tak maximální bezpečnost kontaktu.
U jednodílných konektorů se upouští od zranitelné kontaktní plochy, čímž se dosahuje nejvyšší odolnosti vůči vnějším vlivům. Připojení se provádí pomocí technologie lisování, při které se lisovací kolík vtlačí do průchozího otvoru v desce plošných spojů, čímž dochází k studenému svaření mezi měděnou objímkou a lisovací zónou. Vzniká tak plynotěsné, zalévací spojení s deskou plošných spojů, které nabízí desetkrát lepší míru spolehlivosti než automaticky pájené konektory.

Vzhledem k omezenému montážnímu prostoru v automobilech je místo pro senzory a řídicí jednotky omezené, což zase znamená, že u konektorů je třeba při zachování stejného nebo dokonce vyššího výkonu ještě více zmenšit rozměry. Ideální je technologie povrchové montáže (SMT), protože na rozdíl od technologie lisování umožňuje výrazně menší rozteč a oboustranné osazení desky plošných spojů.
Tendence montovat do sestav stále více a stále menších konektorů má za následek, že se prodlužují řetězce tolerancí a konektory musí kompenzovat stále větší tolerance jak při montáži, tak i při provozu. K tomuto účelu již existují konektory, které dokážou ještě lépe tlumit nárazy a vibrace.
Tendence montovat do sestav stále více a stále menších konektorů má za následek, že se prodlužují řetězce tolerancí a konektory musí kompenzovat stále větší tolerance jak při montáži, tak i při provozu. K tomuto účelu již existují konektory, které dokážou ještě lépe tlumit nárazy a vibrace.
Tři vhodné produktové řady společnosti ept

Produkty Zero8 nabízejí maximální škálovatelnost s individuálně přizpůsobitelnými provedeními, výškami stohování a počtem pólů, přičemž umožňují rozteče desek plošných spojů od 6 do 21 mm a variabilní počet pólů od 12 do 80. Konektory jsou vzájemně kompatibilní a volně kombinovatelné, s jednostranným nebo oboustranným stíněním. Robustní připojovací technologie ScaleX zajišťuje spolehlivé spojení i při nárazech a vibracích, kompenzuje tolerance a nabízí ochranu proti elektromagnetickému rušení (EMC) pro přenosovou rychlost dat 16 Gbit/s.
Podrobnosti o řadě Zero8
Podrobnosti o řadě Zero8

Produkty Colibri představují stíněné dvouřadé SMT konektory s roztečí 0,5 mm, které jsou kompatibilní se standardy PICMG COM Express®, SFF-SIG CoreExpress® a nano-ETXexpress. Zásuvky pro moduly COM nabízejí 196 signálních a 24 zemnicích pinů, zatímco zástrčky pro nosné desky jsou volitelně k dispozici s vodicími kolíky, stíněním a upevněním SMT. Systém COM Express Colibri nabízí vynikající integritu signálu pro přenosy přesahující 25 Gbit/s, což je ideální pro vysokorychlostní aplikace s omezeným montážním prostorem.
Podrobnosti o Colibri
Podrobnosti o Colibri

Jako třetí produktová řada nabízí One27 robustní a kompaktní spojky pro desky plošných spojů v provedení SMT s roztečí 1,27 mm. Podporují vzdálenosti mezi deskami plošných spojů od 8 do 20 mm a jsou k dispozici s 12 až 80 kontakty, stejně jako v provedení s kabelovou konfekcí. Jsou možné jak paralelní, tak pravoúhlé propojení; jsou obzvláště robustní a snadno zpracovatelné, přičemž je zajištěno spolehlivé kontaktování a vysoká flexibilita při uspořádání desek plošných spojů.
Podrobnosti o One27
Podrobnosti o One27
Při pohledu do budoucnosti bude autonomní řízení úzce spojeno s dalším vývojem technologií pro přenos dat a komunikaci. Klíčové aspekty, jako je připojení 5G, kyberbezpečnost, komunikace V2X, edge computing a technologie blockchain, budou mít zásadní vliv na přenos dat, ale jisté zůstává soužití palubních sítí a konektorů, které jednou umožní vznik automobilu bez volantu.
Hledáte konkrétní konektor?
Seznam produktů

Máte ještě nějaké dotazy?
Pak nás prosím kontaktujte!
Dotaz prostřednictvím formuláře
+49 8861 2501 0
sales@ept.de
Pak nás prosím kontaktujte!
Dotaz prostřednictvím formuláře
+49 8861 2501 0
sales@ept.de

