Zastosowanie ekranowanych złączy pozwala uzyskać niezawodność szybkiej łączności w kompaktowych obudowach

Pojedyncze ekranowanie dla konstrukcji typu płytka-płytka

Koncepcja wykorzystania pojedynczego ekranu dla wielu linii sygnałowych jest w zasadzie prosta. Wiele linii jest otoczonych ekranem obejmującym tulejkę, stykającym się z osłoną złącza (ilustracja 4).

Ilustracja 4: Poprzez owinięcie ekranu wokół grupy żył sygnałowych, wiele linii jest ekranowanych jako grupa. (Źródło ilustracji: Samtec)

Takie podejście rozwiązuje problem ekranowania i wymaga minimalnej dodatkowej przestrzeni na płytce w porównaniu do połączenia nieekranowanego. Ważne jest, aby ekranowane złącze wieloliniowe zapewniało te same podstawowe parametry działania linii sygnałowej, co złącze nieekranowane, zapewniając jednocześnie niezawodność i spójność łączenia i rozłączania bez narażania ekranu.

Przykładem takiego wieloliniowego ekranowanego połączenia jest 20-pozycyjna para ekranowanych złączy typu płytka-płytka - listwa ERM8-010-9.0-L-DV-EGPS-K-TR i gniazdo ERF8-010-7.0-S-DV-EGPS-K-TR firmy Samtec (ilustracja 5). Te wytrzymałe, szybkie listwy złączy są przeznaczone do zastosowań szybkiego kodowania (kodowania bez powrotu do zera (NRZ) przy 28Gbit/s i czteropoziomowej modulacji amplitudy impulsu (PAM4) przy 56Gbit/s), o dużej liczbie cykli.

Ilustracja 5: 20-pozycyjna listwa ERM8 (po lewej) i odpowiadające jej gniazdo ERF8 (po prawej) zapewniają ekranowaną łączność typu płytka-płytka. (Źródło ilustracji: Samtec)

Złącza zapewniają prześlizg styku do 1,5mm i charakteryzują się wytrzymałym zatrzaskiem, blokowaniem, ekranowaniem 360° oraz odpornością na wyciąganie na „suwak” (pociągnięcie z nieosiową, nadmierną siłą) podczas rozłączania. Parametry wysokich prędkości są możliwe dzięki systemowi styków Edge Rate firmy Samtec, który został zaprojektowany z myślą o zastosowaniach o wysokiej prędkości i dużej liczbie cykli. Został on zoptymalizowany pod kątem integralności sygnału poprzez redukcję sprzężenia bocznego i ma gładką, szeroko frezowaną powierzchnię styku w celu zmniejszenia zużycia (ilustracja 6).

Ilustracja 6: Aby zredukować sprzężenie boczne sygnału, złącza ERM8 i ERF8 wykorzystują opatentowany system styków Edge Rate. (Źródło ilustracji: Samtec)

Szeroko frezowane styki tworzą gładką powierzchnię kontaktu w przeciwieństwie do styków tłoczonych, które łączą się na ściętej krawędzi. Gładka powierzchnia kontaktu zmniejsza ślady zużycia na styku, zwiększając trwałość i liczbę cykli systemu stykowego. Obniża również siły wprowadzania i wyjmowania.

Potrzebne są również kable koncentryczne

Kable koncentryczne odgrywają istotną i niezastąpioną rolę w transmisji sygnałów, ale korzystanie z połączeń obsługujących tylko jeden kabel koncentryczny może być frustrujące, gdy potrzeba wielu równoległych sygnałów. Aby zaradzić tej sytuacji, firma Samtec oferuje grupę wieloliniowych ekranowanych złączy kabli koncentrycznych, które obsługują 20, 30, 40 i 50 pozycji. Wśród nich znajduje się 20 samopasujące, obojętnowtykowe złącze LSHM-110-02.5-L-DV-A-S-K-TR, przeznaczone do montażu powierzchniowego (ilustracja 7).

Wytrzymałe złącze o dużej gęstości LSHM do użycia w połączeniach typu płytka-płytka i płytka-kabel, z opcjonalnym ekranowaniem dla ochrony przed zakłóceniami elektromagnetycznymi (EMI). Dzięki systemowi styków Razor Beam o drobnym rastrze, obojętnowtykowa konstrukcja oszczędza miejsce na płytce drukowanej w osiach X, Y i Z. Omawiane złącze ma raster 0,50mm i zapewnia słyszalne kliknięcie podczas łączenia, a siły łączenia i rozłączania są od około czterech do sześciu razy większe niż w przypadku typowych złączy mikrorastrowych.

Złącze do montażu na płytce to tylko połowa połączenia, ponieważ potrzebny jest zespół kablowy (ilustracja 8). Ten zespół również wykorzystuje technologię Razor Beam z rastrem 0,50mm.

Komplementarnym zespołem kablowym dla przytoczonego 20-pozycyjnego, ekranowanego, wieloliniowego złącza do montażu na płytce jest jednometrowy kabel HLCD-10-40.00-TD-TH-1 z samopasującymi, uniwersalnymi, obojętnowtykowymi złączami na obydwu końcach (ilustracja 9). Wykorzystuje on kabel mikro-koncentryczny 38AWG o impedancji 50Ω, a jego przepustowość wynosi 14Gbit/s na styk.

Składanie w całość

Aby ułatwić definiowanie specyfikacji i wykorzystanie szybkich złączy, firma Samtec rozszerzyła koncepcję układów płytek drukowanych i modeli SPICE złączy, oferując projekty referencyjne dla jednego z najtrudniejszych zagadnień projektowych na płytce: krytycznego „obszaru rozdzielczego” (BOR) wokół złącza o wysokiej prędkości. Inżynierowie firmy Samtec zajmujący się integralnością sygnałów opracowali koncepcję Final Inch Break Out Region („obszar rozdzielczy ostatniego cala) z zaleceniami związanymi z trasowaniem ścieżek na płytkach drukowanych dla wielu serii szybkich złączy tej firmy.

Te zalecenia projektowe opierają się na wykorzystaniu standardowych materiałów płytek, wielu warstw oraz tanich, wysokowydajnych procesów produkcyjnych i nie wymagają specjalnej obróbki. Zalecenia te pomogą zaoszczędzić czas i zasoby związane z projektowaniem, rozwojem i walidacją, a także zrównoważyć parametry działania z możliwościami produkcyjnymi i kosztami.

Podsumowanie

Pełne ekranowanie elektryczne kabli, złączy i połączeń jest kluczowe dla integralności sygnałów oraz parametrów działania zarówno w konfiguracjach płytka-płytka, jak i płytka-kabel. Problem ekranowania jest trudniejszy, gdy istnieje wiele równoległych sygnałów, które muszą być ekranowane, aby zapobiec emisji zakłóceń elektromagnetycznych i zakłóceń o częstotliwościach radiowych (EMI/RFI) lub podatności na te emisje. Jak pokazano, firma Samtec oferuje różne grupy wieloliniowych połączeń typu płytka-płytka i kabel koncentryczny-płytka, aby uprościć projektowanie oraz produkcję, zachowując jednocześnie wysoki poziom integralności mechanicznej i elektrycznej oraz parametrów działania.

Źródło: Zastosowanie ekranowanych złączy pozwala uzyskać niezawodność szybkiej łączności w gęstych, kompaktowych obudowach

Kontakt w Polsce: poland.support@digikey.pl

Autor: Rolf Horn

Rolf Horn, Applications Engineer at DigiKey, has been in the European Technical Support group since 2014 with primary responsibility for answering any Development and Engineering related questions from final customers in EMEA, as well as writing and proof-reading German articles and blogs on DK’s TechForum and maker.io platforms. Prior to DigiKey, he worked at several manufacturers in the semiconductor area with focus on embedded FPGA, Microcontroller and Processor systems for Industrial and Automotive Applications. Rolf holds a degree in electrical and electronics engineering from the university of applied sciences in Munich, Bavaria and started his professional career at a local Electronics Products Distributor as System-Solutions Architect to share his steadily growing knowledge and expertise as Trusted Advisor.

Hobbies: spending time with family + friends, travelling in our VW-California transporter and motorbiking on a 1988 BMW GS 100.

Zapraszamy na TEK.day Wrocław, 14 marca 2024. Zapisz się już dziś!