Shpejtësi e lartë pa rreziqe
Të dhënat e mëdha dhe teknologjitë e lidhura kërkojnë shpejtësi gjithnjë e më të larta të transferimit të të dhënave. Në të njëjtën kohë, komponentët elektronikë jo vetëm që duhet të bëhen më të shpejtë dhe më inteligjentë, por edhe më të vegjël. Kjo sjell rreziqe specifike në transmetimin e të dhënave dhe, rrjedhimisht, sfida të reja për teknologjinë e lidhjes. Çfarë duhet të kërkoni te lidhësit tuaj për të shmangur ndërhyrjen e sinjalit?

Dijitalizimi i vazhdueshëm në të gjitha sektorët – si Interneti Industrial i Gjërave, Industria 4.0, rrjetet inteligjente dhe shtëpitë inteligjente – kërkon transmetim të të dhënave me shpejtësi të lartë nga sensori në cloud. Megjithatë, kjo vlen jo vetëm për sensorët, por edhe për sistemet e kontrollit industrial dhe sistemet e kamerave, komunikimet e të dhënave dhe aplikacionet e serverëve: sinjalet duhet të transmetohen në mënyrë të besueshme me shpejtësi prej 20 Gbit/s e më lart. Përveç shpejtësisë së lartë, IIoT, Big Data dhe të ngjashme sjellin me vete një trend tjetër: komponentët elektronikë jo vetëm që duhet të bëhen gjithnjë e më të shpejtë dhe më inteligjentë, por edhe më të vegjël. Kjo miniaturizim i vazhdueshëm e bën më të vështirë për zhvilluesit të kalojnë testet e detyrueshme EMC të kërkuara nga direktiva evropiane. Kjo është për shkak se komponentët elektronikë brenda një montimi mund të veprojnë si thithës dhe si burime të ndërhyrjes, dhe afërsia e komponentëve të ndjeshëm rrit rrezikun e ndërhyrjes së ndërsjellë.
Përkufizimi i sistemit elektrik të automjetit: arkitekturë e decentralizuar, e bazuar në domen dhe zonë

Arkitektura tradicionale e decentralizuar në një makinë përbëhet nga deri në 100 njësitë kontrolli, ku secila njësi ka një funksion të caktuar: menaxhimi i motorit, jastëkët e ajrit, ABS/ESP, rregullimi i sediljeve, kondicionimi i ajrit, … Secila njësi kontrolli funksionon në mënyrë të pavarur dhe komunikon me njësitë e tjera përmes portave.
Gjatë dekadave të fundit, arkitektura e decentralizuar ka pësuar një rritje të konsiderueshme, me çdo funksion të ri që kërkon një njësi kontrolli shtesë. Sot, megjithatë, ajo po arrin kufijtë e saj: rritja e funksionaliteteve rrit ndjeshëm koston e instalimit dhe të kabllimit brenda automjetit.
Në arkitekturën e domenit, njësitë e kontrollit janë grupuar në fusha të ndryshme funksionale. Çdo domen është përgjegjës për një zonë specifike të automjetit, si p.sh. grupi i transmetimit të fuqisë, infotainmenti ose siguria. Kontrolli i përgjithshëm i një domini kryhet nga një kompjuter i pavarur me performancë të lartë (HPC). Ky koordinon njësitë e kontrollit brenda domenit të tij. Për zonën funksionale të sigurisë, këto do të përfshinin, për shembull, njësitë e kontrollit për sistemet e ndihmës së shoferit, ABS/ESP dhe sistemet e drejtimit.
Krahasuar me arkitekturën e decentralizuar, numri i reduktuar i njësive të kontrollit të instaluara ul përpjekjen për kabllim dhe instalim. Prandaj, arkitektura e domenit mund të kontribuojë në mënyrë efektive në reduktimin e kostove dhe peshës krahasuar me arkitekturën e decentralizuar. Për më tepër, funksione shtesë mund të integrohen me pasë në mënyrë retrospektive me përpjekje minimale.
Në arkitekturën zonale, struktura nuk bazohet në domena, por në zona lokale. Për shembull, disa funksionalitete janë grumbulluar brenda një zone të vetme në automjet. Si pasojë, funksione të tilla si sistemi i transmetimit të fuqisë dhe infotainment mund të kombinohen dhe përpunohen gjithashtu brenda një kontrollori të vetëm zone. Kontrollorët e ndryshëm të zonave menaxhohen nga një HPC qendror. Avantazhi është i qartë: një reduktim i numrit të njësive të kontrollit dhe kabllimit të tyre deri në 50 për qind.
Gjatë dekadave të fundit, arkitektura e decentralizuar ka pësuar një rritje të konsiderueshme, me çdo funksion të ri që kërkon një njësi kontrolli shtesë. Sot, megjithatë, ajo po arrin kufijtë e saj: rritja e funksionaliteteve rrit ndjeshëm koston e instalimit dhe të kabllimit brenda automjetit.
Në arkitekturën e domenit, njësitë e kontrollit janë grupuar në fusha të ndryshme funksionale. Çdo domen është përgjegjës për një zonë specifike të automjetit, si p.sh. grupi i transmetimit të fuqisë, infotainmenti ose siguria. Kontrolli i përgjithshëm i një domini kryhet nga një kompjuter i pavarur me performancë të lartë (HPC). Ky koordinon njësitë e kontrollit brenda domenit të tij. Për zonën funksionale të sigurisë, këto do të përfshinin, për shembull, njësitë e kontrollit për sistemet e ndihmës së shoferit, ABS/ESP dhe sistemet e drejtimit.
Krahasuar me arkitekturën e decentralizuar, numri i reduktuar i njësive të kontrollit të instaluara ul përpjekjen për kabllim dhe instalim. Prandaj, arkitektura e domenit mund të kontribuojë në mënyrë efektive në reduktimin e kostove dhe peshës krahasuar me arkitekturën e decentralizuar. Për më tepër, funksione shtesë mund të integrohen me pasë në mënyrë retrospektive me përpjekje minimale.
Në arkitekturën zonale, struktura nuk bazohet në domena, por në zona lokale. Për shembull, disa funksionalitete janë grumbulluar brenda një zone të vetme në automjet. Si pasojë, funksione të tilla si sistemi i transmetimit të fuqisë dhe infotainment mund të kombinohen dhe përpunohen gjithashtu brenda një kontrollori të vetëm zone. Kontrollorët e ndryshëm të zonave menaxhohen nga një HPC qendror. Avantazhi është i qartë: një reduktim i numrit të njësive të kontrollit dhe kabllimit të tyre deri në 50 për qind.
Kërkesat për HPC-në dhe lidhësit e saj

Kërkesat që kjo i vendos një HPC-je janë të konsiderueshme: jo më pak, përpunimi i të dhënave të imazheve në sektorin e infotainmentit ose në sistemet e kamerave për vozitje autonome kërkon transmetim të sigurt, me shpejtësi të lartë dhe me vonesë të ulët. Në të njëjtën kohë, transmetimi i sinjalit nuk duhet të dështojë në asnjë rrethanë – besueshmëria e tij duhet të garantohet në çdo kohë. Transmetimi i
të dhënave me performancë të lartë, i shpejtë dhe, mbi të gjitha, i besueshëm – ndonjëherë nën kushte të pafavorshme mjedisore – janë gjithashtu kërkesa që i vendosen konektorëve të përdorur.
'Lexueshmëria' e një sinjali mund të ilustrohet duke përdorur atë që njihet si diagramë e syrit. Kjo tregon nëse një sinjal i transmetuar mund t'i atribuohet në mënyrë të qartë gjendjeve digjitale 1 ose 0 në marrës.
Për këtë qëllim, një sinjal kalon përmes një rruge transmetimi të përcaktuar, gjatë së cilës ai regjistrohet, mbivendoset dhe shfaqet nga një osciloskop. Në këtë mënyrë, të gjitha formave të mundshme të valës së sinjalit mund t'u mbivendosen njëra-tjetrës. Në teori, tranzicionet midis gjendjeve logjike janë pafundësisht të pjerrëta dhe vijat e sinjalit shtrihen saktësisht njëra mbi tjetrën. Për shkak të ndërhyrjeve të jashtme dhe degradimit të brendshëm të çifteve të sinjaleve, ngritja e sinjalit sheshohet dhe amplituda ndryshon. Kjo rezulton në formën eponime të një syri.
të dhënave me performancë të lartë, i shpejtë dhe, mbi të gjitha, i besueshëm – ndonjëherë nën kushte të pafavorshme mjedisore – janë gjithashtu kërkesa që i vendosen konektorëve të përdorur.
'Lexueshmëria' e një sinjali mund të ilustrohet duke përdorur atë që njihet si diagramë e syrit. Kjo tregon nëse një sinjal i transmetuar mund t'i atribuohet në mënyrë të qartë gjendjeve digjitale 1 ose 0 në marrës.
Për këtë qëllim, një sinjal kalon përmes një rruge transmetimi të përcaktuar, gjatë së cilës ai regjistrohet, mbivendoset dhe shfaqet nga një osciloskop. Në këtë mënyrë, të gjitha formave të mundshme të valës së sinjalit mund t'u mbivendosen njëra-tjetrës. Në teori, tranzicionet midis gjendjeve logjike janë pafundësisht të pjerrëta dhe vijat e sinjalit shtrihen saktësisht njëra mbi tjetrën. Për shkak të ndërhyrjeve të jashtme dhe degradimit të brendshëm të çifteve të sinjaleve, ngritja e sinjalit sheshohet dhe amplituda ndryshon. Kjo rezulton në formën eponime të një syri.

Në qendër të diagramës mund të shihni atë që njihet si maska e syrit. Nuk është e mundur të identifikohet qartë sinjali në këtë zonë.
Dy diagramat e syrit ilustrojnë efektet e gjatësisë së kabllit dhe të impedancës duke përdorur shembullin e lidhësve ept Colibri në versionet 16+ Gbit/s dhe 10 Gbit/s. Shembulli tregon se si u arrit një përmirësim i konsiderueshëm i integritetit të sinjalit përmes zhvillimit të mëtejshëm të dizajnit të kontaktit (shih Fig. XX). Falë gjatësisë më të shkurtër të kabllit dhe impedancës 100 Ω, syri i versionit 16+ Gbit/s të Colibri formohet më qartë se në versionin e mëparshëm 10 Gbit/s të Colibri – çiftet e sinjaleve mund të interpretohen në mënyrë të qartë.
Dy diagramat e syrit ilustrojnë efektet e gjatësisë së kabllit dhe të impedancës duke përdorur shembullin e lidhësve ept Colibri në versionet 16+ Gbit/s dhe 10 Gbit/s. Shembulli tregon se si u arrit një përmirësim i konsiderueshëm i integritetit të sinjalit përmes zhvillimit të mëtejshëm të dizajnit të kontaktit (shih Fig. XX). Falë gjatësisë më të shkurtër të kabllit dhe impedancës 100 Ω, syri i versionit 16+ Gbit/s të Colibri formohet më qartë se në versionin e mëparshëm 10 Gbit/s të Colibri – çiftet e sinjaleve mund të interpretohen në mënyrë të qartë.

Duke qenë se sinjalet me shpejtësi të lartë janë veçanërisht të ndjeshme ndaj ndërhyrjeve elektromagnetike, ato kërkojnë mbrojtje të veçantë të sinjalit. Një lidhës mund të veprojë si burim ndërhyrjeje dhe si pritës. Për këtë arsye, rekomandohet mbrojtja e sinjalit me një pllakë mbrojtëse për të mbrojtur sinjalet e ndjeshme nga ndërhyrjet e jashtme.
Figura 4 tregon se edhe një impuls i vogël elektrik mund të shtrembërojë sinjalin e dobishëm. Përshtypësi nuk mund të interpretojë më qartë gjendjet digjitale të sinjalit HDMI pas vetëm një impulsi të shkurtër prej 0.5 kV, ndërsa transmetimi i sinjalit përmes lidhësit të mburojtur mbetet i qëndrueshëm edhe në 4.4 kV.
Figura 4 tregon se edhe një impuls i vogël elektrik mund të shtrembërojë sinjalin e dobishëm. Përshtypësi nuk mund të interpretojë më qartë gjendjet digjitale të sinjalit HDMI pas vetëm një impulsi të shkurtër prej 0.5 kV, ndërsa transmetimi i sinjalit përmes lidhësit të mburojtur mbetet i qëndrueshëm edhe në 4.4 kV.

Duke përdorur induktancën e lidhjes LK si parametër EMC, lidhësi mund të përshkruhet duke marrë parasysh kushtet elektrike në të dy modalitetet – burim dhe thithës. Për këtë qëllim përdoret henri unitet. Kjo vlen si për imunitetin ashtu edhe për emetimet. Nëse tensioni i induktuar (Uind), tensioni i gjeneratorit (UGen) dhe konstanta e gjeneratorit (kGen) janë të njohura, induktanca specifike maksimale e lejuar e lidhjes (L) për një aplikim të caktuar mund të përcaktohet duke përdorur formulën e mëposhtme:
LK = Uind / (UGen * kGen)
Induktanca e lidhjes gjithashtu ndihmon përdoruesin të zgjedhë lidhësin e duhur në aspektin e përputhshmërisë elektromagnetike dhe të shmangë testimin e kushtueshëm dhe kohëzgjatës me metodën provë-dhe-gabim në laboratorin EMC. Ja një shembull: Për një sinjal HDMI, u përcaktua një induktancë lidhëse maksimale specifike prej 47 pikohenri (pH) në një tension prej 4.4 kV. Nëse vlera tejkalon këtë, sinjali nuk mund të transmetohet më pa ndërhyrje.
LK = Uind / (UGen * kGen)
Induktanca e lidhjes gjithashtu ndihmon përdoruesin të zgjedhë lidhësin e duhur në aspektin e përputhshmërisë elektromagnetike dhe të shmangë testimin e kushtueshëm dhe kohëzgjatës me metodën provë-dhe-gabim në laboratorin EMC. Ja një shembull: Për një sinjal HDMI, u përcaktua një induktancë lidhëse maksimale specifike prej 47 pikohenri (pH) në një tension prej 4.4 kV. Nëse vlera tejkalon këtë, sinjali nuk mund të transmetohet më pa ndërhyrje.
Megjithatë, nuk është vetëm ndërhyrja elektromagnetike që rrezikon transmetimin e sinjaleve me shpejtësi të lartë. Në aplikimet automobilistike, veçanërisht, lidhësit ekspozohen vazhdimisht ndaj kushteve ekstreme mjedisore si dridhjet dhe goditjet. Për t'u siguruar që transmetimi i sinjaleve të mbetet i pandërprerë edhe në mjedise të vështira, lidhësi duhet të jetë veçanërisht i qëndrueshëm. Në këtë drejtim, dizajni i kontaktit, sistemi i kontaktit dhe teknologjia e lidhjes luajnë një rol vendimtar.
Sistemi i kontaktit si faktor ndikues

Konektorët tradicionalë me dy pjesë kanë një kontakt me teh dhe një kontakt me pranverë. Megjithatë, në rast të një goditjeje të fortë, shiriti me tehë mund të shkëputet nga shiriti me pranverë. Për të parandaluar një humbje të tillë të kontaktit, mund të përdoret një shirit pranveror me dy anë për të siguruar redundancë dhe kështu për të garantuar kontakt të besueshëm, pasi pranvera e dytë siguron që transmetimi i sinjalit të mbahet në çdo kohë përmes të paktën një pike kontakti (Fig. 5).

Në kontrast, lidhësit me një sistem kontakti të ashtuquajtur 'gjinisë neutrale' janë edhe më të qëndrueshëm. Karakteristika dalluese këtu është se gjeometritë e kontaktit të çifteve përputhëse – prizë dhe soket – janë identike. Të dyja përmbajnë një pranverë dhe një fletë kontakti. Kjo do të thotë se çdo pin kontaktohet nga dy pranvera, ndërsa prizë dhe soket janë të kyçura me njëra-tjetrën dhe nuk mund të ndahen. Ndërsa një shirit pranveror me dy anë gjithmonë siguron të paktën një pikë kontakti nën stres mekanik, gjeometritë ndërlidhëse në sistemet e kontaktit gjinisëhëm neutral sigurojnë që transmetimi i sinjalit gjithmonë të ndodhë përmes dy pikave të kontaktit. Ky nivel i lartë i redundancës kështu mundëson besueshmërinë maksimale të kontaktit (Fig. 5).

Teknologjia e montimit në sipërfaqe (SMT) rekomandohet si metoda e lidhjes për krijimin e një lidhjeje të qëndrueshme midis bordit të qarkut të printuar dhe konektorit. Duke përdorur pastë saldimi, konektorët saldohen në zona specifike lidhëse në bordin e qarkut të printuar, të njohura si padet e saldimit. Vetëm në një furrë të ashtuquajtur reflow saldi shkrin dhe më pas lejohet të ngurtësohet. SMT mundëson krijimin e lidhjeve të qëndrueshme midis konektorit dhe bordit të qarkut të printuar. Megjithatë, për këtë duhet të plotësohen kritere të caktuara: Së pari, për një bashkim saldimori që përputhet me standardin IPC-A-610, duhet të mbahet raporti i saktë midis topthit të saldimorit, pad-it të saldimorit dhe pastës së saldimorit. Vetëm në këtë mënyrë mund të krijohet një lidhje me cilësi të lartë që mundëson një lidhje në përputhje me Klasën 3 të IPC, dhe prandaj është e përshtatshme për përdorim në elektronikë me performancë të lartë. Dështimet në transmetimin e sinjalit duhet të përjashtohen në çdo kohë në këtë klasë. Një bashkim saldimor optimal mund të njihet nga formimi i një menisqe të njëtrajtshme. Kontakti duhet të jetë plotësisht i rrethuar nga menisqa e saldimit për të arritur forcat më të mira të mbajtjes në bordin e qarkut të printuar. (Fig. 9).
Koplanariteti i kontakt-padeve është thelbësor për një lidhje të shkëlqyer; ai i nënshtrohet një inspektimi 100% të automatizuar gjatë procesit të prodhimit.
Përfundim

Zhvillimet aktuale në industrinë automobilistike po vendosin vazhdimisht kërkesa të reja ndaj lidhësve që përdoren në automjete. Në një vështrim të parë, roli i këtyre lidhësve duket se po humbet rëndësi për shkak të reduktimit të numrit të njësive të kontrollit. Megjithatë, në një shqyrtim më të afërt bëhet e qartë se roli i tyre në të vërtetë po bëhet më i rëndësishëm pikërisht për shkak të këtij ndryshimi drejt përpunimit të centralizuar të të dhënave duke përdorur HPC: besueshmëria në transmetimin e sinjaleve nuk ka qenë kurrë më e rëndësishme se sot.

