Konektory typu doska-doska v architektúrach palubných elektrických sietí automobilov
Letušky a letúši všetkých letov
Moderné palubné siete v automobiloch prechádzajú transformáciou, najmä v dôsledku požiadaviek vyplývajúcich z elektromobility, autonómneho riadenia a 4K HD infotainmentu. Konektory typu board-to-board zohrávajú vďaka svojim špecifickým vlastnostiam kľúčovú úlohu pri zvládaní tejto transformácie, čím zabezpečujú vysoké rýchlosti prenosu dát pri nízkych latenciách.
Ako je známe, palubná elektrická sieť vozidla je komplexná sieť elektrických spojení, ktorá spája všetky elektrické a elektronické komponenty. Patria sem riadiace jednotky, senzory, akčné členy, osvetľovacie systémy, infotainment a tiež konektory.
Tri hlavné trendy v súčasnom automobilovom priemysle – automatizované, elektrické a prepojené riadenie – si vyžadujú zásadnú zmenu súčasnej elektricko-elektronickej (E/E) architektúry. Architektúry palubných sietí sa totiž menia z klasickej decentralizovanej štruktúry pozostávajúcej z až 100 riadiacich jednotiek na doménovú architektúru, v ktorej sú riadiace jednotky zoskupené do funkčných oblastí. Každá doména má koordinačný vysokovýkonný počítač (HPC), čím sa znižujú náklady na kabeláž a inštaláciu, ako aj celkové náklady a hmotnosť. Novinkou je zónová architektúra vo vozidle, v ktorej sú funkcie zoskupené v lokálnom zónovom regulátore, čím sa znižuje počet riadiacich jednotiek a náklady na kabeláž.
Tri hlavné trendy v súčasnom automobilovom priemysle – automatizované, elektrické a prepojené riadenie – si vyžadujú zásadnú zmenu súčasnej elektricko-elektronickej (E/E) architektúry. Architektúry palubných sietí sa totiž menia z klasickej decentralizovanej štruktúry pozostávajúcej z až 100 riadiacich jednotiek na doménovú architektúru, v ktorej sú riadiace jednotky zoskupené do funkčných oblastí. Každá doména má koordinačný vysokovýkonný počítač (HPC), čím sa znižujú náklady na kabeláž a inštaláciu, ako aj celkové náklady a hmotnosť. Novinkou je zónová architektúra vo vozidle, v ktorej sú funkcie zoskupené v lokálnom zónovom regulátore, čím sa znižuje počet riadiacich jednotiek a náklady na kabeláž.



Konektory v systémovej architektúre palubných elektrických sietí
Takéto štrukturálne zmeny menia aj požiadavky kladené na konektor typu board-to-board, ktorý tieto architektúry podporuje a implementuje. Úloha prenášať teraz výrazne väčšie dátové toky a spracovávať ich v ešte výkonnejšom riadiacom zariadení do celkového obrazu výrazne mení výkonnostné faktory konektora.
Za prenos dát sú zodpovedné aj rôzne prenosové technológie, ktoré musia zabezpečiť šírku pásma. Medzi ne patria:
Za prenos dát sú zodpovedné aj rôzne prenosové technológie, ktoré musia zabezpečiť šírku pásma. Medzi ne patria:
- LIN (Local Interconnect Network) ako veľmi cenovo výhodná technológia pre aplikácie, ktoré nie sú relevantné z hľadiska bezpečnosti a nie sú časovo kritické, ako sú dverové zámky, osvetlenie alebo klimatizácia
- CAN (Controller Area Network) ako najpoužívanejšia prenosová technológia na riadenie motora, prevodovky, štartéra alebo pre systémy riadenia batérií
- FlexRay s krúteným dvojitým vedením na prenos dát pre časovo a/alebo bezpečnostne kritické aplikácie, ako je riadenie alebo brzdy
- MOST (Media Oriented System Transport) ako optický kábel pre multimediálne a infotainmentové systémy
- Automotive Single Pair Ethernet (SPE) ako relatívne nová technológia, ktorej popularita vzhľadom na kapacitu šírky pásma stále rastie
- SerDes (Serializer/Deserializer) pre vysokorýchlostný prenos dát, ideálny pre kamery alebo displeje
V záujme automobilového priemyslu je používať čo najmenej rôznych prenosových technológií, aby sa znížila zložitosť kabeláže. V tomto smere zohráva automobilový Ethernet významnú úlohu, pričom sa využívajú aj protokoly CAN (CAN FD a CAN XL), ako aj LIN a SerDes. Z toho možno odvodiť kľúčové požiadavky na konektory typu board-to-board, pričom informácie o vlastnostiach poskytuje aj norma LV214.
Vysoká rýchlosť, ochrana proti elektromagnetickému rušeniu, odolnosť a miniaturizácia

V dôsledku vývoja senzorov a predstavených architektúr E/E sa objemy prenášaných dát čoraz viac posúvajú smerom k vysokým rýchlostiam, čo závisí hlavne od riadenia impedancie konektora. Ak táto impedancia kolíše, dochádza k rezonanciám, ktoré zase vedú k stratám pri prenose signálu. Konektor však vzhľadom na svoju geometriu vždy predstavuje potenciálne riziko kolísania impedancie, ktoré je spôsobené okrem iného zmenami materiálu alebo geometrie. Impedancia
je totiž určená indukčnými a kapacitnými vlastnosťami, ktoré závisia od veľkosti, usporiadania a konštrukcie kolíka. Negatívny vplyv majú predovšetkým zmeny prierezu, preto je potrebné ich čo najviac minimalizovať. Okrem toho môžu mať negatívny vplyv aj dielektriká (elektricky slabo vodivé alebo nevodivé látky) v blízkosti signálnej cesty, preto je rovnako dôležitý výber správneho izolačného materiálu. Okrem toho existujú aj vplyvy spôsobené stratami pri spojení, stratami v kontaktnom bode noža a pružiny. Napokon môžu byť kolísania impedancie spôsobené vyčnievajúcimi vodičmi, ktoré pôsobia ako anténa. Všetky tieto efekty sa zhrnú ako vložná strata (pomer odchádzajúceho a prichádzajúceho signálu), nazývaná aj vložné tlmenie. Okrem toho existuje ešte aj spätná strata (Return Loss), ktorá opisuje pomer odrazeného signálu k prenášanému signálu.V súvislosti s postupujúcou miniaturizáciou komponentov zohráva ochrana proti elektromagnetickému rušeniu (EMC) osobitnú úlohu: vysokofrekvenčné signály, ktoré pri tom vznikajú, sú totiž obzvlášť náchylné na rušenie spôsobené nežiaducimi elektromagnetickými efektmi. Aj tie najmenšie rušenia stačia na rozsiahle skreslenie prenosu dát, nesprávne meracie signály senzorov a nevhodné riadiace príkazy – čo je pre bezpečnosť absolútne neprijateľný scenár.
Pomáha tu tienený konektor, pretože v zostave konektor vždy pôsobí ako pohlcovač rušenia aj ako zdroj rušenia. Komponent môže byť rušený inými komponentmi, ale aj sám pôsobí elektromagneticky na okolité komponenty. Tienenie tu redukuje oba efekty približne o faktor 100 až 200.
je totiž určená indukčnými a kapacitnými vlastnosťami, ktoré závisia od veľkosti, usporiadania a konštrukcie kolíka. Negatívny vplyv majú predovšetkým zmeny prierezu, preto je potrebné ich čo najviac minimalizovať. Okrem toho môžu mať negatívny vplyv aj dielektriká (elektricky slabo vodivé alebo nevodivé látky) v blízkosti signálnej cesty, preto je rovnako dôležitý výber správneho izolačného materiálu. Okrem toho existujú aj vplyvy spôsobené stratami pri spojení, stratami v kontaktnom bode noža a pružiny. Napokon môžu byť kolísania impedancie spôsobené vyčnievajúcimi vodičmi, ktoré pôsobia ako anténa. Všetky tieto efekty sa zhrnú ako vložná strata (pomer odchádzajúceho a prichádzajúceho signálu), nazývaná aj vložné tlmenie. Okrem toho existuje ešte aj spätná strata (Return Loss), ktorá opisuje pomer odrazeného signálu k prenášanému signálu.V súvislosti s postupujúcou miniaturizáciou komponentov zohráva ochrana proti elektromagnetickému rušeniu (EMC) osobitnú úlohu: vysokofrekvenčné signály, ktoré pri tom vznikajú, sú totiž obzvlášť náchylné na rušenie spôsobené nežiaducimi elektromagnetickými efektmi. Aj tie najmenšie rušenia stačia na rozsiahle skreslenie prenosu dát, nesprávne meracie signály senzorov a nevhodné riadiace príkazy – čo je pre bezpečnosť absolútne neprijateľný scenár.
Pomáha tu tienený konektor, pretože v zostave konektor vždy pôsobí ako pohlcovač rušenia aj ako zdroj rušenia. Komponent môže byť rušený inými komponentmi, ale aj sám pôsobí elektromagneticky na okolité komponenty. Tienenie tu redukuje oba efekty približne o faktor 100 až 200.

Pokiaľ ide o odolnosť: nárazy a vibrácie ohrozujú stabilitu prenosu dát rovnako ako chemické a tepelné vplyvy prostredia spôsobené extrémnymi teplotami, výraznými teplotnými výkyvmi, škodlivými plynmi, vlhkosťou a nečistotami. Kontaktná plocha rozhodujúcim spôsobom ovplyvňuje životnosť konektora, pretože počas prevádzky dochádza k mikropohybom medzi oboma časťami konektora, ktoré v dlhodobom horizonte vedú k opotrebeniu povrchu a tým k zvýšenému prechodovému odporu a následne k menej efektívnemu prenosu signálu. Kvalitný a odolný povlak kontaktov pomáha znížiť toto opotrebenie povrchu na minimum.
V kontaktnom systéme sa osvedčuje obojstranná pružinová lišta, pretože v každom okamihu je zaručený kontaktný bod nezávisle od vonkajších vplyvov. Ešte odolnejší je „rodovo neutrálny“ kontaktný systém, pretože kontakty sa pri zasúvaní prepletajú a zabezpečujú tak maximálnu spoľahlivosť kontaktu.
V kontaktnom systéme sa osvedčuje obojstranná pružinová lišta, pretože v každom okamihu je zaručený kontaktný bod nezávisle od vonkajších vplyvov. Ešte odolnejší je „rodovo neutrálny“ kontaktný systém, pretože kontakty sa pri zasúvaní prepletajú a zabezpečujú tak maximálnu spoľahlivosť kontaktu.
Pri jednodielnych konektoroch sa vynecháva citlivá kontaktná oblasť, čím sa dosahuje najvyššia odolnosť voči vonkajším vplyvom. Pripojenie sa vykonáva pomocou techniky vtláčania, pri ktorej sa vtláčací kolík vtlačí do priechodného otvoru v doske s plošnými spojmi, čím dochádza k zvareniu za studena medzi medenou objímkou a zónou vtláčania. Tak vzniká plynotesné, zalievateľné spojenie s doskou s plošnými spojmi, ktoré ponúka desaťnásobne lepšiu poruchovosť ako automaticky spájkované konektory.

Vzhľadom na obmedzený montážny priestor v automobile je miesto pre senzory a riadiace jednotky obmedzené, čo pre konektory znamená, že pri rovnakom alebo dokonca vyššom výkone musia byť ich rozmery ešte viac zmenšené. Ideálne pre technológiu povrchovej montáže (SMT), pretože na rozdiel od techniky lisovania umožňuje výrazne menšie rozstupy, ako aj obojstranné osadenie dosky s plošnými spojmi.
Tendencia montovať do zostáv stále viac a stále menších konektorov má za následok, že reťazce tolerancií sa predlžujú a konektory musia kompenzovať stále väčšie tolerancie tak pri montáži, ako aj pri prevádzke. Na tento účel už existujú konektory, ktoré dokážu ešte lepšie absorbovať nárazy a vibrácie.
Tendencia montovať do zostáv stále viac a stále menších konektorov má za následok, že reťazce tolerancií sa predlžujú a konektory musia kompenzovať stále väčšie tolerancie tak pri montáži, ako aj pri prevádzke. Na tento účel už existujú konektory, ktoré dokážu ešte lepšie absorbovať nárazy a vibrácie.
Tri vhodné produktové rady spoločnosti ept

Produkty Zero8 ponúkajú najvyššiu škálovateľnosť vďaka individuálne prispôsobiteľným konštrukciám, výškam stohovania a počtu pólov, pričom umožňujú rozstupy dosiek plošných spojov od 6 do 21 mm a variabilný počet pólov od 12 do 80. Konektory sú navzájom kompatibilné a voľne kombinovateľné, s jednostranným alebo obojstranným tienením. Robustná pripojovacia technológia ScaleX zaručuje spoľahlivé spojenie aj pri nárazoch a vibráciách, kompenzuje tolerancie a poskytuje ochranu proti elektromagnetickému rušeniu (EMC) pri rýchlosti prenosu dát 16 Gbit/s.
Podrobnosti o Zero8
Podrobnosti o Zero8

Produkty Colibri sú tienené, dvojradové SMT konektory s rozstupom 0,5 mm, ktoré sú kompatibilné so štandardmi PICMG COM Express®, SFF-SIG CoreExpress® a nano-ETXexpress. Zásuvky pre moduly COM ponúkajú 196 signálnych a 24 zemniacich kontaktov, zatiaľ čo zástrčky pre nosné dosky sú voliteľne k dispozícii s vodiacimi kolíkmi, tienením a upevnením SMT. Systém COM Express Colibri ponúka vynikajúcu integritu signálu pre rýchlosť viac ako 25 Gbit/s, čo je ideálne pre vysokorýchlostné aplikácie s obmedzeným montážnym priestorom.
Podrobnosti o Colibri
Podrobnosti o Colibri

Tretia produktová rada One27 ponúka robustné a kompaktné spoje dosiek plošných spojov v technológii SMT s rozstupom 1,27 mm. Podporujú vzdialenosti medzi doskami plošných spojov od 8 do 20 mm a sú k dispozícii s 12 až 80 kontaktmi, ako aj vo forme konštruovaných káblov. Možné sú paralelné aj pravouhlé spoje, ktoré sú mimoriadne odolné a ľahko spracovateľné, pričom zaručujú spoľahlivé kontaktovanie a vysokú flexibilitu pri usporiadaní dosiek s plošnými spojmi.
Podrobnosti o One27
Podrobnosti o One27
Ak sa pozrieme do budúcnosti, autonómne riadenie bude úzko spojené s ďalším rozvojom technológií prenosu dát a komunikácie. Kľúčové aspekty, ako je konektivita 5G, kyberbezpečnosť, komunikácia V2X, ako aj edge computing a technológia blockchain, budú mať zásadný vplyv na prenos dát, ale isté je, že palubné siete a konektory budú naďalej existovať vedľa seba, čo jedného dňa umožní realizáciu automobilu bez volantu.
Hľadáte konkrétny konektor?
Zoznam produktov

Máte ešte nejaké otázky?
V tom prípade nás prosím kontaktujte!
Dotaz prostredníctvom formulára
+49 8861 2501 0
sales@ept.de
V tom prípade nás prosím kontaktujte!
Dotaz prostredníctvom formulára
+49 8861 2501 0
sales@ept.de

