Złącza płytka-płytka w architekturach sieci pokładowej pojazdów samochodowych
Wszystkie dane dotyczące personelu pokładowego
Nowoczesne sieci pokładowe w samochodach ulegają zmianom, zwłaszcza w związku z wymaganiami związanymi z elektromobilnością, jazdą autonomiczną oraz systemami informacyjno-rozrywkowymi w rozdzielczości 4K HD. Złącza typu board-to-board, dzięki swoim specjalnym właściwościom, odgrywają kluczową rolę w radzeniu sobie z tymi zmianami, zapewniając wysokie prędkości transmisji danych przy krótkich opóźnieniach.
Jak wiadomo, instalacja elektryczna pojazdu to złożona sieć połączeń elektrycznych, która łączy ze sobą wszystkie elementy elektryczne i elektroniczne. Obejmuje ona moduły sterujące, czujniki, siłowniki, systemy oświetlenia, systemy informacyjno-rozrywkowe, a także złącza.
Trzy główne trendy w dzisiejszym przemyśle motoryzacyjnym – jazda zautomatyzowana, elektryczna i połączona z siecią – wymagają zasadniczej zmiany obecnej architektury elektryczno-elektronicznej (E/E). Architektury sieci pokładowej przechodzą bowiem transformację z klasycznej, zdecentralizowanej struktury składającej się z nawet 100 modułów sterujących w kierunku architektury domenowej, w której moduły sterujące są pogrupowane w obszary funkcjonalne. Każda domena posiada koordynujący komputer o wysokiej wydajności (HPC), co pozwala zmniejszyć nakłady związane z okablowaniem i instalacją, a także koszty i masę. Nowością jest architektura strefowa w pojeździe, w której funkcje są skupione w lokalnym kontrolerze strefowym, co zmniejsza liczbę modułów sterujących oraz nakłady związane z okablowaniem.
Trzy główne trendy w dzisiejszym przemyśle motoryzacyjnym – jazda zautomatyzowana, elektryczna i połączona z siecią – wymagają zasadniczej zmiany obecnej architektury elektryczno-elektronicznej (E/E). Architektury sieci pokładowej przechodzą bowiem transformację z klasycznej, zdecentralizowanej struktury składającej się z nawet 100 modułów sterujących w kierunku architektury domenowej, w której moduły sterujące są pogrupowane w obszary funkcjonalne. Każda domena posiada koordynujący komputer o wysokiej wydajności (HPC), co pozwala zmniejszyć nakłady związane z okablowaniem i instalacją, a także koszty i masę. Nowością jest architektura strefowa w pojeździe, w której funkcje są skupione w lokalnym kontrolerze strefowym, co zmniejsza liczbę modułów sterujących oraz nakłady związane z okablowaniem.



Złącza w architekturze systemowej sieci pokładowych
Takie zmiany strukturalne wpływają również na wymagania stawiane złączom typu board-to-board, które wspierają i realizują te architektury. Zadanie polegające na przesyłaniu znacznie większych strumieni danych i przetwarzaniu ich w jeszcze wydajniejszym module sterującym w celu uzyskania całościowego obrazu znacznie zmienia parametry wydajnościowe złącza.
Za transmisję danych odpowiedzialne są również różne technologie transmisji, które muszą zapewnić odpowiednią przepustowość. Należą do nich:
Za transmisję danych odpowiedzialne są również różne technologie transmisji, które muszą zapewnić odpowiednią przepustowość. Należą do nich:
- LIN (Local Interconnect Network) jako bardzo ekonomiczna technologia do zastosowań niezwiązanych z bezpieczeństwem i niewymagających precyzyjnego synchronizowania czasu, takich jak zamki drzwi, oświetlenie czy klimatyzacja
- CAN (Controller Area Network) jako najczęściej stosowana technologia transmisji do sterowania silnikiem, skrzynią biegów, rozrusznikiem lub systemami zarządzania akumulatorem
- FlexRay z skręconą parą przewodów do transmisji danych w zastosowaniach krytycznych pod względem czasu i/lub bezpieczeństwa, takich jak układ kierowniczy lub hamulce
- MOST (Media Oriented System Transport) jako kabel światłowodowy do systemów multimedialnych i infotainmentowych
- Automotive Single Pair Ethernet (SPE) jako stosunkowo nowa technologia, która zyskuje coraz większą popularność ze
- względu na przepustowość SerDes (Serializer/Deserializer) do szybkiej transmisji danych, idealny do kamer lub wyświetlaczy
W interesie przemysłu motoryzacyjnego leży stosowanie jak najmniejszej liczby różnych technologii transmisji, aby ograniczyć złożoność okablowania. W tym kontekście coraz większą rolę odgrywa Automotive Ethernet, przy czym wykorzystuje się również protokoły CAN (CAN FD i CAN XL), a także LIN i SerDes. Na tej podstawie można określić główne wymagania dotyczące złączy płytka-płytka, przy czym norma LV214 dostarcza również informacji na temat ich właściwości.
Wysoka prędkość, ochrona przed zakłóceniami elektromagnetycznymi, a także wytrzymałość i miniaturyzacja

W związku z rozwojem czujników i przedstawioną architekturą elektryczno-elektroniczną ilości przesyłanych danych coraz częściej wymagają wysokiej prędkości, co zależy głównie od kontroli impedancji złącza. Jeśli impedancja ta ulega wahaniom, dochodzi do rezonansów, które z kolei powodują straty w transmisji sygnału. Ze względu na swoją geometrię złącze zawsze stanowi potencjalne ryzyko wahań impedancji, które są spowodowane między innymi zmianami materiałowymi lub geometrycznymi.
Impedancja jest bowiem określana przez właściwości indukcyjne i pojemnościowe, które zależą od wielkości, rozmieszczenia i konstrukcji styku. Szczególnie negatywny wpływ mają zmiany przekroju poprzecznego, dlatego należy je w miarę możliwości zminimalizować. Ponadto negatywny wpływ mogą mieć również dielektryki (substancje słabo przewodzące lub nieprzewodzące prądu elektrycznego) znajdujące się w pobliżu ścieżki sygnałowej, dlatego równie ważny jest dobór odpowiedniego materiału izolacyjnego. Ponadto wpływ mają również straty sprzężenia, czyli straty w punkcie styku ostrza i sprężyny. Wreszcie, wahania impedancji mogą być spowodowane wystającymi elementami przewodzącymi, które działają jak antena. Wszystkie te efekty są podsumowane jako strata wtrąceniowa (stosunek sygnału wychodzącego do sygnału przychodzącego), zwana również tłumieniem wtrąceniowym. Dodatkowo istnieje jeszcze tłumienność odbicia (Return Loss), która opisuje stosunek sygnału odbitego do sygnału, który ma być przesłany.W związku z postępującą miniaturyzacją podzespołów szczególną rolę odgrywa ochrona EMC: sygnały o wysokiej częstotliwości występujące w tym procesie są bowiem szczególnie podatne na zakłócenia spowodowane niepożądanymi efektami elektromagnetycznymi. Nawet najmniejsze zakłócenia wystarczają do znacznego zafałszowania transmisji danych, nieprawidłowych sygnałów pomiarowych z czujników i nieodpowiednich poleceń sterujących – co jest scenariuszem absolutnie niedopuszczalnym z punktu widzenia bezpieczeństwa.
Pomocne jest zastosowanie ekranowanego złącza, ponieważ w podzespole złącze zawsze działa zarówno jako pochłaniacz zakłóceń, jak i ich źródło. Element ten może być również zakłócany przez inne komponenty, a sam oddziałuje elektromagnetycznie na otaczające go elementy. Ekranowanie redukuje oba te efekty około 100- do 200-krotnie.
Impedancja jest bowiem określana przez właściwości indukcyjne i pojemnościowe, które zależą od wielkości, rozmieszczenia i konstrukcji styku. Szczególnie negatywny wpływ mają zmiany przekroju poprzecznego, dlatego należy je w miarę możliwości zminimalizować. Ponadto negatywny wpływ mogą mieć również dielektryki (substancje słabo przewodzące lub nieprzewodzące prądu elektrycznego) znajdujące się w pobliżu ścieżki sygnałowej, dlatego równie ważny jest dobór odpowiedniego materiału izolacyjnego. Ponadto wpływ mają również straty sprzężenia, czyli straty w punkcie styku ostrza i sprężyny. Wreszcie, wahania impedancji mogą być spowodowane wystającymi elementami przewodzącymi, które działają jak antena. Wszystkie te efekty są podsumowane jako strata wtrąceniowa (stosunek sygnału wychodzącego do sygnału przychodzącego), zwana również tłumieniem wtrąceniowym. Dodatkowo istnieje jeszcze tłumienność odbicia (Return Loss), która opisuje stosunek sygnału odbitego do sygnału, który ma być przesłany.W związku z postępującą miniaturyzacją podzespołów szczególną rolę odgrywa ochrona EMC: sygnały o wysokiej częstotliwości występujące w tym procesie są bowiem szczególnie podatne na zakłócenia spowodowane niepożądanymi efektami elektromagnetycznymi. Nawet najmniejsze zakłócenia wystarczają do znacznego zafałszowania transmisji danych, nieprawidłowych sygnałów pomiarowych z czujników i nieodpowiednich poleceń sterujących – co jest scenariuszem absolutnie niedopuszczalnym z punktu widzenia bezpieczeństwa.
Pomocne jest zastosowanie ekranowanego złącza, ponieważ w podzespole złącze zawsze działa zarówno jako pochłaniacz zakłóceń, jak i ich źródło. Element ten może być również zakłócany przez inne komponenty, a sam oddziałuje elektromagnetycznie na otaczające go elementy. Ekranowanie redukuje oba te efekty około 100- do 200-krotnie.

Jeśli chodzi o wytrzymałość: wstrząsy i wibracje zagrażają stabilności transmisji danych w takim samym stopniu, jak czynniki chemiczne i termiczne wynikające z ekstremalnych temperatur, silnych wahań temperatury, szkodliwych gazów, wilgoci i zanieczyszczeń. Powierzchnia styku w znacznym stopniu decyduje o trwałości złącza, ponieważ podczas pracy między dwiema częściami złącza występują mikroruchy, które z czasem prowadzą do ścierania powierzchni, a tym samym do zwiększonego oporu przejściowego i w konsekwencji do mniej efektywnego przesyłu sygnału. Wysokiej jakości i trwała powłoka stykowa pomaga zredukować to ścieranie powierzchni do minimum.
W systemie styków dobrze sprawdza się dwustronna listwa sprężynowa, ponieważ niezależnie od czynników zewnętrznych zawsze gwarantowany jest punkt styku. Jeszcze większą wytrzymałość zapewnia system styków „neutralny pod względem płci”, ponieważ styki przeplatają się podczas wtykania, zapewniając w ten sposób maksymalne bezpieczeństwo styku.
W systemie styków dobrze sprawdza się dwustronna listwa sprężynowa, ponieważ niezależnie od czynników zewnętrznych zawsze gwarantowany jest punkt styku. Jeszcze większą wytrzymałość zapewnia system styków „neutralny pod względem płci”, ponieważ styki przeplatają się podczas wtykania, zapewniając w ten sposób maksymalne bezpieczeństwo styku.
W przypadku złączy jednoczęściowych rezygnuje się z wrażliwego obszaru styku, co zapewnia najwyższą odporność na czynniki zewnętrzne. Połączenie odbywa się za pomocą techniki wciskania, w której kołek wciskane jest w przelotowy otwór w płytce drukowanej, co powoduje powstanie zgrzewu na zimno między tuleją miedzianą a strefą wciskania. W ten sposób powstaje gazoszczelne, zalewalne połączenie z płytką drukowaną, które charakteryzuje się dziesięciokrotnie lepszym wskaźnikiem awaryjności niż złącza lutowane automatycznie.

W przypadku ograniczonej przestrzeni montażowej w samochodzie brakuje miejsca na czujniki i moduły sterujące, co z kolei oznacza, że złącza muszą mieć jeszcze mniejsze wymiary przy zachowaniu tej samej lub nawet wyższej wydajności. Jest to idealne rozwiązanie dla technologii montażu powierzchniowego (SMT), ponieważ w przeciwieństwie do technologii wciskania umożliwia ona znacznie mniejszy rozstaw oraz obustronne osadzenie elementów na płytce drukowanej.
Tendencja do stosowania w podzespołach coraz większej liczby coraz mniejszych złączy powoduje, że łańcuchy tolerancji stają się dłuższe, a złącza muszą kompensować coraz większe tolerancje zarówno podczas montażu, jak i podczas pracy. W tym celu dostępne są już złącza, które jeszcze lepiej amortyzują wstrząsy i wibracje.
Tendencja do stosowania w podzespołach coraz większej liczby coraz mniejszych złączy powoduje, że łańcuchy tolerancji stają się dłuższe, a złącza muszą kompensować coraz większe tolerancje zarówno podczas montażu, jak i podczas pracy. W tym celu dostępne są już złącza, które jeszcze lepiej amortyzują wstrząsy i wibracje.
Trzy odpowiednie rodziny produktów firmy ept

Produkty Zero8 zapewniają najwyższą skalowalność dzięki indywidualnie dostosowywanym kształtom, wysokościom układania w stosy i liczbie biegunów, umożliwiając przy tym odstępy między płytkami drukowanymi od 6 do 21 mm oraz zmienną liczbę biegunów od 12 do 80. Złącza są wzajemnie kompatybilne i można je dowolnie łączyć, z ekranowaniem jednostronnym lub dwustronnym. Wytrzymała technologia połączeń ScaleX zapewnia niezawodny kontakt nawet przy wstrząsach i wibracjach, kompensuje tolerancje oraz zapewnia ochronę przed zakłóceniami elektromagnetycznymi (EMC) przy szybkości transmisji danych wynoszącej 16 Gbit/s.
Szczegóły dotyczące serii Zero8
Szczegóły dotyczące serii Zero8

Produkty Colibri to ekranowane, dwurzędowe złącza SMT o rozstawie 0,5 mm, zgodne ze standardami PICMG COM Express®, SFF-SIG CoreExpress® oraz nano-ETXexpress. Gniazda do modułów COM oferują 196 pinów sygnałowych i 24 piny uziemienia, natomiast wtyki do płytek nośnych są dostępne opcjonalnie z prowadnicami, ekranowaniem i mocowaniem SMT. System COM Express Colibri zapewnia doskonałą integralność sygnału przy prędkościach ponad 25 Gbit/s, co czyni go idealnym rozwiązaniem dla zastosowań wymagających dużej prędkości przy ograniczonej przestrzeni montażowej.
Szczegóły dotyczące Colibri
Szczegóły dotyczące Colibri

Trzecia rodzina produktów One27 obejmuje wytrzymałe i kompaktowe złącza do płytek drukowanych w technologii SMT o rozstawie 1,27 mm. Obsługują one odległości między płytkami w zakresie od 8 do 20 mm i są dostępne z liczbą styków od 12 do 80, a także w wersji z gotowymi okablowaniami. Możliwe są zarówno połączenia równoległe, jak i kątowe; są one wyjątkowo wytrzymałe i łatwe w montażu, zapewniając niezawodne połączenie stykowe oraz dużą elastyczność w rozmieszczeniu płytek drukowanych.
Szczegóły dotyczące One27
Szczegóły dotyczące One27
Patrząc w przyszłość, można stwierdzić, że jazda autonomiczna będzie ściśle powiązana z dalszym rozwojem technologii przesyłu danych i komunikacji. Kluczowe aspekty, takie jak łączność 5G, cyberbezpieczeństwo, komunikacja V2X, a także przetwarzanie brzegowe i technologia blockchain będą miały decydujący wpływ na przesył danych, ale z pewnością pozostanie współistnienie sieci pokładowych i złączy, które w pewnym momencie sprawią, że samochód bez kierownicy stanie się rzeczywistością.
Szukają Państwo konkretnego złącza?
Lista produktów

Mają Państwo pytania?
Prosimy o kontakt!
Zapytanie za pośrednictwem formularza
+49 8861 2501 0
sales@ept.de
Prosimy o kontakt!
Zapytanie za pośrednictwem formularza
+49 8861 2501 0
sales@ept.de

