Alta protezione per sistemi industrali

CONNESSIONE –

Nelle applicazioni backplane e mezzanino sono richieste velocità di trasferimento dati sempre maggiori e quindi connettori in grado di supportare tali velocità.

Le applicazioni di tipo industriale, come quelle telecom/datacom, richiedono velocità di trasferimento dati sempre più elevate. Di conseguenza è aumentata la richiesta di connettori in grado di supportare velocità di 20 Gbps sul backplane. Negli attuali sistemi ad architettura distribuita, inoltre, sono richiesti connettori per schede mezzanino affidabili e ad alta velocità al fine di soddisfare le richieste di velocità e densità sempre maggiori. A questo proposito è utile ricordare che spesso si tratta di individuare il miglior compromesso tra esigenze contrastanti: elevate velocità di trasferimento dati, realizzazione compatta, schermatura efficace e flessibilità di progetto.
Anche se le attuali applicazioni backplane/midplane richiedono velocità nell'intervallo da 3 e 6 Gbps, la tendenza in atto è arrivare a velocità superiori, comprese tra 10 e 25 Gbps. Nello stesso tempo, le trasmissioni seriali a elevata velocità stanno via via sostituendo le strutture tradizionali che prevedono l'uso di bus paralleli. Un elemento da tenere in considerazione è la capacità di offrire soluzioni scalabili in grado di soddisfare una pluralità di applicazioni.
Con l'introduzione dei connettori della serie ERmet ZD, Erni Electronics ha assunto un ruolo da protagonista nel settore dei connettori ad alta velocità. La linea di connettori ERmet ZD, introdotta sul mercato da Erni unitamente a Tyco nel 2001, è stata sviluppata per la trasmissione di segnali differenziali ad alta velocità per velocità fino a 10 Gbps. La serie ERmet ZD utilizza un passo del contatto ottimizzato, con un passo di 2,5 mm (tra le righe) o di 4,5 mm tra le coppie di segnali. La serie di connettori per applicazioni backplane e mezzanino è stata ulteriormente ampliata in modo da offrire una gamma di soluzioni scalabili adatta alle più diverse applicazioni.

Evoluzione e ottimizzazione
L'evoluzione della linea ERmetZD, rappresentata da ERmet ZDplus, consente di effettuare in modo semplice un aggiornamento nel caso siano richieste velocità di trasferimento dati maggiore. In questo caso, infatti, non sono richieste modifiche a livello di layout sul backplane in quanto la famiglia ERmet ZDplus è basata sullo stesso progetto meccanico della linea ERmet ZD, con la quale risulta identica dal punto di vista dimensionale. Per conseguire velocità di trasferimento dati comprese tra 10 e 15 Gbps e per migliorare il comportamento in presenza di fenomeni di diafonia (crosstalk), Erni ha ottimizzato ulteriormente l'istradamento (routing) dei segnali e la terminazione di tipo press-fit dei connettori femmina. Al fine di ottenere le massime prestazioni dei connettori ERmet ZD plus è consigliabile l'uso della tecnica di “backdrilling” (ovvero l'eliminazione della parte superflua dal punto di vista elettrico della connessione). In questo modo è possibile diminuire le lunghezze degli stub (tronchi di linea) e gli effetti associati a questi stub, con conseguente riduzione delle riflessioni. Ciò si traduce in un significativo miglioramento del Ber (Bit error rate) dell'interconnessione. Il primo prodotto della famiglia ERmet ZDplus è stato un connettore femmina a 90° con terminazioni press-fit in configurazione a 4 coppie (4x10, 40 coppie di segnali). Nel frattempo la società ha reso disponibile il connettore maschio di adattamento e connettori maschio e femmina in configurazione a 3 coppie (3x10). Per il terzo trimestre del 2013 è prevista l'introduzione di una configurazione a 2 coppie (2x10).
Il connettore femmina ERmet ZD plus è compatibile in termini di accoppiamento con il connettore maschio ERmet ZD. Ciò significa che i progetti dei backplane esistenti non richiedono variazioni di layout della scheda bus nel caso si debba procedere all'aggiornamento di un sistema con nuovi connettori.
Quando si utilizzano i connettori femmina ERmet ZD plus sulle schede figlie, queste ultime devono essere modificate in maniera consona. Mentre nel caso di una configurazione formata da un connettore femmina ERmet ZDplus sul backplane e un connettore maschi ERmet ZD sulla scheda figlia è possibile raggiungere velocità di trasferimento dati per coppie differenziali fino a 15 Gbps, con una combinazione composta da soli connettori ERmet ZD plus (maschio e femmina) è possibile conseguire velocità ancora più elevate.

Estensione a elevata densità
Con la famiglia ERmet ZDHD, Erni ha sviluppato un sistema di connettori in grado di supportare velocità di trasferimento dati fino a 25 Gbps. Il suffisso HD sta per alta densità: questi nuovi connettori a elevata velocità rendono disponibili 84 coppie di segnali differenziali per pollice, contro le 40 delle precedenti serie. Erni è quindi in grado di soddisfare la richiesta di una sempre maggiore densità di segnale abbinata a prestazioni molto elevate. Il sistema ERmet ZD/HD offre 14 righe di contatti per pollice (25,4 mm) con sei coppie di segnali differenziali per riga. Ciò significa la disponibilità di 84 coppie di segnali per pollice in applicazioni su schede a circuito stampato che richiedono connettori ad angolo retto. Per ottenere una densità di segnali così elevata il passo tra le righe è stato ridotto a 1,8 mm mentre quello tra le coppie differenziali all'interno di una riga è stato portato a 3,6 mm. Per ottenere questa riduzione Erni ha adottato una tecnologia press-fit miniaturizzata che prevede un diametro del foro di soli 0,46 mm. Ogni coppia di segnali differenziali è protetta contro i fenomeni di crosstalk per mezzo di una schermatura a L. Durante le simulazioni è stato possibile dimostrare l'eccellente comportamento in presenza dei fenomeni di crosstalk con fronti di segnali ad alta velocità contraddistinti da un tempo di salita di 25 ns. La presenza di guide affidabili sulle pareti dei connettori maschi assicura un condizionamento affidabile. Inizialmente disponibili nella versione a 6 coppie (connettori maschi e femmina con 6 coppie di segnale x16), la serie di connettori ERmet ZD/HD verrà ampliata con connettori maschi e femmina in configurazione 4x14 che verranno introdotti entro la fine dell'anno.

Elevata velocità per applicazioni mezzanino
Anche nel caso delle applicazioni mezzanino la tendenza è ottenere velocità più elevate e maggiore densità di contatti: per quel che riguarda la velocità di trasferimento dati è ragionevole prevedere che nei prossimi anni aumenterà considerevolmente la richiesta di velocità dell'ordine di 10 Gbps. Nel caso delle applicazioni mezzanino, i connettori MicroSpeed assicurano una velocità di trasferimento dati massima di 12,5 Gbps e sono adatti per segnali sia differenziali sia a terminazione singola. Le strutture di schermature ottimizzate dei componenti la serie MicroSpeed permettono di ottenere impedenza controllata, ridotto crosstalk e accoppiamento efficace per coppie di segnali differenziali. Questo sistema di connessione schermato, di concezione modulare, è composto da due righe di contatti e da due lamine di schermatura esterne. I contatti di segnale sono realizzati in tecnologia Smt perché la capacità dei fori passanti metallizzati, necessari per i connettori press-fit, hanno un impatto negativo su riflessioni e risposta al rumore. Spesso, comunque, l'utilizzo dei connettori MicroSpeed non è solo consigliato per la velocità di trasferimento dati che sono in grado di garantire, ma anche per l'integrità del segnale e le prestazioni Emc che caratterizzano questa serie di dispositivi. I parametri chiave da tenere in considerazione in questo caso sono l'accoppiamento capacitivo e l'attenuazione ottenibile con la schermatura. Per questo motivo Erni propone modelli ottimizzati in termini di Emc caratterizzati da un accoppiamento induttivo ancora più ridotto tra la schermatura e i contatti di segnale. Nel caso dei connettori MicroSpeed il passo longitudinale è pari a 1,0 mm mentre il passo trasversale (ai fini dell'impedenza) è di 1,5 mm. Le coppie di segnali differenziali possono essere disposte orizzontalmente o verticalmente. Grazie alla configurazione verticale (trasversale rispetto alla direzione longitudinale) delle coppie di segnali, e alla configurazione due a due delle coppie di contatti di segnale e di schermatura è possibile ottimizzare il comportamento in termini di diafonia. Le simulazioni e le misure effettuate hanno evidenziato ridotto crosstalk, basso fattore di riflessione e un diagramma a occhio eccellente per velocità di trasferimento fino a 12,5 Gbps sulle tradizionali schede Pcb. Una configurazione alternativa (chess pattern) dei contatti di schermatura e dei pin di segnale a terminazione singola ha anch'essa prodotto ottimi risultati grazie alla struttura coassiale ottenuta con questa disposizione. Mentre i contatti di segnale sono, come menzionato in precedenza, di tipo Smt, in funzione dell'applicazione gli utilizzatori possono scegliere tra due opzioni per quel che concerne le terminazioni dell'involucro di schermatura esterno: Smt o Thr. I contatti dell'involucro di schermatura di tipo Thr assicurano una migliore resistenza meccanica. I connettori MicroSpeed con contatti miniaturizzati a doppia molla sono caratterizzati da un range di accoppiamento di 0,7 mm per un passo di 1 mm. Ciò semplifica il posizionamento di più connettori per applicazioni mezzanino su una scheda. Gli sviluppatori possono anche sfruttare una maggiore flessibilità in fase di routing, grazie alla quale spesso è possibile ridurre il numero di strati della scheda Pcb. Nonostante le dimensioni miniaturizzate, i connettori possono trasportare correnti di elevato valore. I connettori MicroSpeed, per esempio, possono essere fatti funzionare con una corrente di almeno 1 A (a 20°C) su tutti i 50 contatti. Per correnti più elevate Erni ha sviluppato i moduli di potenza a 5 pin in grado di supportare una corrente di 8A per contatto. Oltre a ciò le differenti versioni e i moduli di potenza MicroSpeed sono disponibili con differenti altezze di montaggio - comprese tra 5 e 20 mm - che garantiscono una maggiore flessibilità in termini di configurazioni di impilamento. Al fine di assicurare la massima versatilità in fase di progetto Erni propone anche versioni ad angolo retto e blind-mate.

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