Highspeed Teaser
Libro Blanco

Alta velocidad sin riesgos

El big data y otras tecnologías similares exigen velocidades de transmisión de datos cada vez mayores. Al mismo tiempo, los componentes electrónicos no solo deben ser cada vez más rápidos e inteligentes, sino también cada vez más pequeños. Esto conlleva riesgos específicos en la transmisión de datos y, por lo tanto, nuevos retos para la tecnología de conexión. ¿Qué debe tener en cuenta a la hora de elegir un conector para evitar interferencias en la señal?
BILD 8a ohne EMV Schirm
Fig. 1: Componentes electrónicos que actúan como sumideros y fuentes de interferencias en un espacio reducido.
La creciente digitalización en todos los sectores, como el Internet industrial de las cosas, la Industria 4.0, las redes inteligentes y los hogares inteligentes, exige una transmisión de datos a alta velocidad desde el sensor hasta la nube. Pero esto no solo se aplica a los sensores, sino también a los sistemas de control industrial y de cámaras, las comunicaciones de datos y las aplicaciones de servidor: las señales deben transmitirse de forma fiable a 20 Gbit/s o más. Además de la alta velocidad, el IIoT, el Big Data y demás traen consigo otra tendencia: según esta, los componentes electrónicos no solo deben ser cada vez más rápidos e inteligentes, sino también cada vez más pequeños. Esta miniaturización progresiva dificulta a los desarrolladores el cumplimiento de las pruebas de compatibilidad electromagnética (CEM) obligatorias de la directiva europea. Y es que los componentes electrónicos de un conjunto pueden actuar tanto como sumideros de interferencias como fuentes de las mismas, y la proximidad de los componentes sensibles aumenta el riesgo de que se influyan mutuamente.

Definición de red de a bordo: arquitectura descentralizada, por dominios y por zonas

HPC Bordnetze
Representación esquemática de las diferentes arquitecturas de la red de a bordo
La arquitectura descentralizada clásica en los automóviles consta de hasta 100 unidades de control, a cada una de las cuales se le asigna una función definida: control del motor, airbag, ABS/ESP, ajuste de los asientos, climatización, etc. Cada unidad de control funciona de forma autónoma y se comunica con las demás a través de pasarelas.  
A lo largo de las últimas décadas, la arquitectura descentralizada ha experimentado un crecimiento histórico, y cada nueva funcionalidad se ha complementado con una unidad de control adicional. Sin embargo, hoy en día está llegando a sus límites: el aumento de las funcionalidades incrementa considerablemente el esfuerzo de instalación y cableado dentro del vehículo.
En la arquitectura de dominios, las unidades de control se agrupan en diferentes áreas funcionales. Cada dominio es responsable de un área concreta del vehículo, como la propulsión, el infoentretenimiento o la seguridad. El control superior de un dominio lo lleva a cabo un ordenador de alto rendimiento (HPC) independiente. Este coordina las unidades de control dentro de su dominio. En el ámbito funcional de la seguridad, por ejemplo, serían las unidades de control para los sistemas de asistencia al conductor, ABS/ESP y sistemas de dirección.
En comparación con la arquitectura descentralizada, el menor número de unidades de control instaladas reduce el esfuerzo de cableado e instalación. Por lo tanto, la arquitectura de dominios puede contribuir de manera efectiva a la reducción de costes y peso en comparación con la arquitectura descentralizada. Además, se pueden integrar funciones adicionales posteriormente con un esfuerzo mínimo.
En la arquitectura de zonas, la estructuración no se basa en los dominios, sino en zonas locales. Así, por ejemplo, dentro de una zona del automóvil se agrupan varias funcionalidades. De este modo, funciones como la propulsión y el infoentretenimiento pueden agruparse y procesarse en un controlador de zona. El control superior de los distintos controladores de zona lo lleva a cabo un HPC central. La ventaja es evidente: una reducción de las unidades de control y de su cableado de hasta un 50 %.

Requisitos del HPC y sus conectores

Augendiagramm Colibri
El diagrama de ojo permite evaluar la calidad de la señal en una transmisión de datos digitales.
Los requisitos que esto impone a un HPC son considerables: sobre todo, el procesamiento de los datos de imágenes en el ámbito del infoentretenimiento o de los sistemas de cámaras para la conducción autónoma exige una transmisión de datos segura y de alta velocidad con tiempos de latencia reducidos. Al mismo tiempo, bajo ninguna circunstancia debe producirse una interrupción en la transmisión de la señal; su fiabilidad debe estar garantizada en todo momento.  Un

alto rendimiento, una transmisión de datos rápida y, sobre todo, fiable —a veces en condiciones ambientales adversas— son, por lo tanto, requisitos que también se plantean para los conectores instalados.

La «legibilidad» de una señal puede ilustrarse con ayuda del denominado diagrama de ojo. Este indica si una señal transmitida puede asignarse inequívocamente a los estados digitales 1 o 0 en el receptor.

Para ello, una señal recorre una ruta de transmisión definida, durante la cual es captada, superpuesta y representada por un osciloscopio. De este modo, se pueden representar «superpuestas» todas las posibles curvas de señal. En teoría, las transiciones de los estados lógicos son infinitamente pronunciadas y las líneas de señal discurren exactamente una sobre otra. Debido a factores de interferencia externos y a alteraciones internas de los pares de señales, el aumento de la señal se aplana y la amplitud varía. Se crea así la forma de un ojo que da nombre al diagrama.
Colibri
El diseño optimizado de los contactos del Colibri® permite una transmisión de datos a alta velocidad con pocas pérdidas.
En el centro del diagrama se aprecia la denominada «máscara de ojo». En esta zona no es posible identificar claramente la señal.

Los dos diagramas de ojo muestran la influencia de la longitud del cable y la impedancia tomando como ejemplo los conectores ept Colibri en las versiones de 16+ Gbit/s y 10 Gbit/s. El ejemplo ilustra cómo se ha logrado un aumento significativo de la integridad de la señal gracias al perfeccionamiento del diseño de los contactos (véase la fig. XX). Gracias a una longitud de cable más corta y a una impedancia de 100 Ω, el ojo de la variante de 16+ Gbit/s del Colibri® se forma con mayor claridad que en la variante anterior del Colibri® de 10 Gbit/s: los pares de señales se pueden interpretar de forma inequívoca.
Burst geschirmt und ungeschirmt Screen
Interferencias en la señal en el conector apantallado (izquierda) y sin apantallar (derecha)
Dado que las señales de alta velocidad son especialmente sensibles a las interferencias electromagnéticas, requieren una protección especial. Un conector puede actuar tanto como fuente de interferencias como sumidero de las mismas. Por este motivo, se recomienda proteger la señal mediante una lámina de blindaje para proteger las señales sensibles de influencias externas.
La figura 4 muestra que incluso un pequeño impulso eléctrico puede distorsionar la señal útil. El receptor ya no puede interpretar con claridad los estados digitales de la señal HDMI tras un breve impulso de ráfaga de 0,5 kV, mientras que la transmisión de la señal del conector apantallado sigue siendo estable incluso a 4,4 kV.


Abbildung3
Conectores en versión sin blindaje (izquierda) y con blindaje (derecha)
Utilizando la inductancia de acoplamiento LK como parámetro de compatibilidad electromagnética (CEM), el conector puede describirse analizando las relaciones eléctricas en ambas funciones: fuente y sumidero. Para ello se utiliza la unidad henrio. Esto se aplica tanto a la inmunidad como a la emisión de interferencias. Si se conocen la tensión inducida (Uind), la tensión del generador (UGen) y la constante del generador (kGen), se puede determinar la inductancia de acoplamiento máxima admisible específica para una aplicación mediante la siguiente fórmula:

LK = Uind / (UGen * kGen)

La inductancia de acoplamiento ayuda además al usuario a definir el conector adecuado en cuanto a su compatibilidad electromagnética y a evitar costosas y largas pruebas de ensayo y error en el laboratorio de CEM. Por ejemplo, para una señal HDMI se ha determinado una inductancia de acoplamiento máxima específica de 47 picohenrios (pH) a una tensión de 4,4 kV. Si el valor es superior, la señal ya no podrá transmitirse sin interferencias.
Sin embargo, las interferencias electromagnéticas no son las únicas que ponen en peligro la transmisión de señales de alta velocidad. Especialmente en el sector de la automoción, los conectores están expuestos repetidamente a condiciones ambientales extremas, como vibraciones y golpes. Para que la transmisión de señales se produzca sin interrupciones incluso en entornos hostiles, el conector debe ser especialmente robusto. En este sentido, el diseño de los contactos, el sistema de contactos y la tecnología de conexión desempeñan un papel decisivo.

Factor de influencia: sistema de contacto

Doppelseitiger Federkontakt
Contacto de resorte de doble cara sin (izquierda) y con (derecha) efecto de choque. Diámetro del orificio
Los conectores clásicos de dos piezas cuentan con un contacto de cuchilla y un contacto de resorte. Sin embargo, en caso de fuertes impactos, la regleta de cuchillas puede separarse de la regleta de resortes. Para evitar que se produzca tal interrupción del contacto, se puede garantizar la redundancia y, por lo tanto, la seguridad del contacto mediante una regleta de resortes de doble cara, ya que, gracias al segundo resorte, la transmisión de la señal queda asegurada en todo momento a través de al menos un punto de contacto (fig. 5).
Schnitt Doppelkontakt
Una sección transversal del conector Zero8 muestra el sistema de contactos de género neutro.
Por el contrario, los conectores con el denominado sistema de contacto «neutro en cuanto al género» son aún más resistentes. La particularidad radica en que los pares de contactos, es decir, el conector macho y el conector hembra, presentan geometrías idénticas. Por lo tanto, ambos cuentan tanto con un resorte como con una lámina. De este modo, cada pin entra en contacto con dos resortes; el conector macho y el conector hembra se entrelazan entre sí y no pueden separarse. Mientras que una regleta de resortes de doble cara garantiza siempre al menos un punto de contacto bajo carga mecánica, las geometrías entrelazadas de los sistemas de contacto de género neutro aseguran que la transmisión de la señal se realice siempre a través de dos puntos de contacto. Esta alta redundancia permite, por tanto, una seguridad de contacto máxima (fig. 5).
Meniskusbildung
Formación uniforme del menisco alrededor de la base de soldadura
Como técnica de conexión para lograr una unión duradera entre la placa de circuito impreso (PCB) y el conector, se recomienda la tecnología de montaje en superficie (SMT). Mediante pasta de soldadura, los conectores se sueldan a las áreas de conexión definidas de la placa de circuito impreso, las almohadillas de soldadura. Solo en un horno de reflujo se funde la soldadura y, a continuación, se endurece. La SMT permite realizar conexiones estables entre el conector y la placa de circuito impreso. Sin embargo, para ello deben cumplirse algunos criterios: en primer lugar, para obtener un punto de soldadura conforme a la norma IPC-A-610, debe respetarse la proporción correcta entre la pata de soldadura, la almohadilla de soldadura y la pasta de soldadura. Solo así se establece una conexión de alta calidad que permite una conexión según la clase 3 de la IPC, es decir, apta para su uso en electrónica de alto rendimiento. En esta clase deben excluirse en todo momento los fallos en la transmisión de señales. Una unión soldada óptima se reconoce por la formación uniforme del menisco. El contacto debe estar rodeado por completo por el menisco de soldadura para lograr las mejores fuerzas de sujeción en la placa de circuito impreso. (Fig. 9).
La coplanaridad de los pies de contacto es un requisito imprescindible para lograr una conexión excelente, la cual se somete a una inspección 100 % automatizada durante el proceso.

Conclusión

Bewerbungsprozess Icons 2000x1457px Gluehbirne FREI
Los últimos avances en el sector de la automoción plantean continuamente nuevos retos para los conectores instalados. A primera vista, podría parecer que el papel de los conectores pasa a un segundo plano debido a la reducción del número de unidades de control. Sin embargo, si se analiza más detenidamente, se observa que su importancia aumenta precisamente debido a este cambio hacia un procesamiento centralizado de datos mediante HPC: la fiabilidad en la transmisión de señales nunca ha sido tan importante como hoy en día.

Su mensaje se ha enviado.

Muchas gracias por su interés; atenderemos su solicitud lo antes posible.

Formulario de contacto

Los campos marcados con * son obligatorios.

Datos personales

Retirada del mercado

Su mensaje

Me interesa

Material informativo

Protección de datos

Puede consultar nuestra política de privacidad aquí.

¡Muchas gracias!

Nos pondremos en contacto con usted en breve para analizar sus requisitos técnicos. Le prepararemos y enviaremos un informe detallado sobre las características de alta velocidad, así como los parámetros S para la simulación de su propio diseño.

Solicite las características de alta velocidad y los parámetros S para simular su propio diseño

Los campos marcados con * son obligatorios.
Puede consultar nuestra política de privacidad aquí.

Muchas gracias por su interés

Aquí puede descargar el informe técnico:

Descargar el informe técnico

Antes de descargar el informe técnico, rellene los siguientes campos. Muchas gracias.

Los campos marcados con * son obligatorios.

Datos personales

¿Desea enviarnos más información?

Me interesa

Protección de datos

Puede consultar nuestra política de privacidad aquí.

Muchas gracias por su consulta

Analizaremos sus requisitos y nos pondremos en contacto con usted lo antes posible.

Solicitar personalización de conectores

Los campos marcados con * son obligatorios; por favor, rellénelos.

Persona de contacto

Su solicitud

Formato de archivo incorrecto. Seleccione un archivo PDF o JPG.
Puede consultar nuestra política de privacidad aquí.

Muchas gracias por su consulta

Analizaremos sus requisitos y nos pondremos en contacto con usted lo antes posible.

Sus requisitos respecto al conector necesario

Los campos marcados con * son obligatorios; por favor, rellénelos.

Persona de contacto

Su solicitud

Formato de archivo incorrecto. Seleccione un archivo PDF o JPG.
Puede consultar nuestra política de privacidad aquí.