Vysokofrekvenčně integrované multi-hybridní konektorové systémy

Na 14. mezinárodní konferenci Automotive Wire Harness & EDS v Ludwigsburgu představila společnost MD ELEKTRONIK společně se společností Bosch pod názvem „High-Frequency-Integrated Multi-Hybrid Connector Systems for Future E/E Architectures“ společně vyvinuté multi-hybridní konektorové systémy, které již splňují náročné specifikace výrobců OEM pro použití v automobilových aplikacích. Přednášku přednesli Martin Hager, Director Center of Competence Mechanical Engineering (ME/ECO-ME) ve společnosti Bosch Mobility Electronics, a Helmut Pritz, Manager Technical Product Management (Optical Transmission, Multi Hybrid Connectors) ve společnosti MD ELEKTRONIK.

Spolupráce společností Bosch a MD ELEKTRONIK 

Spolupráce obou společností se zaměřuje na dvě klíčová řešení: Microflex a Moduflex. Tyto systémy umožňují flexibilní modularizaci budoucích palubních elektrických sítí a zjednodušují rozdělení kabelových svazků jak na straně kabelového svazku, tak na straně ECU. Společnost MD ELEKTRONIK přitom vyvíjí a vyrábí vysokofrekvenční kontaktní technologie, jako jsou například Shielded Twisted Pair nebo Mini Koax, speciálně pro rozhraní PCB podle příslušných požadavků.

Klíčové faktory budoucích E/E architektur

Software Defined Vehicle (SDV) Centralizace softwarových funkcí Oddělení vývoje hardwaru a softwaru Aktualizace OTA a nové digitální služby	Rostoucí přenosové rychlosti Multigigabitový Ethernet Fúze senzorů pro autonomní řízení Komunikace v reálném čase Kamery s vysokým rozlišením	Nové požadavky na palubní elektrickou síť Vyšší hustota pinů Menší instalační prostor Optimalizace EMC Automatizovaná výroba Škálovatelnost a modularita Redukce síťové struktury
Funkční bezpečnost & kybernetická bezpečnost Soulad s různými úrovněmi ASIL	Vyrobitelnost a robustnost procesů Spolehlivost v provozu má zásadní význam Opětovné využití stávajících výrobních procesů (stitching)	Řízení variant a nákladů Flexibilita díky standardizovaným konektorům a velikostem modulů Zajištění dodávek ve velkých objemech

Modularizace a vysokofrekvenční integrace v konektorových systémech

Nejrozšířenější konektory v automobilovém průmyslu často pocházejí z doby, kdy byly požadavky na přenosové rychlosti dat i koncepce palubních elektrických sítí výrazně nižší. Obzvláště náročná je integrace vysokofrekvenčních kontaktů přímo do modulárních konektorových systémů. Právě na tuto oblast se zaměřuje společný vývoj společností Bosch a MD ELEKTRONIK. U obou koncepcí řešení se spolupráce soustředí na další vývoj konektorových systémů směrem k modularizaci a vysokofrekvenční integraci.

1. Konektory pro vysokofrekvenční aplikace (katalogové produkty)
2. Integrated multipin connector wth HF contacts (various shielding options)
3. Plně integrovaný vícepinový konektor s vysokofrekvenčními kontakty, oddělené stínění (schematické znázornění)
4. Plně integrovaný modulární konektor s vysokofrekvenčními kontakty (oddělené stínění)

Technické faktory a výzvy při vývoji optimalizovaných multi-hybridních konektorových systémů vyplývají především z rostoucích požadavků moderních E/E architektur. Stále vyšší počet funkcí, senzorů a datových kanálů vyžaduje vysokou hustotu osazení při omezeném zástavbovém prostoru. Současně kombinace Low-Speed a High-Speed kontaktů vyžaduje cílenou optimalizaci uspořádání pinů, aby bylo možné v jednom systému spolehlivě propojit napájení a vysokofrekvenční přenos dat.

Na významu získávají také optimalizované montážní a spojovací technologie pro integraci do centrálních ECU, protože řídicí jednotky jsou stále kompaktnější. Jednoduchá montáž na desku plošných spojů (PCB) a menší počet konektorových spojení pomáhají zkrátit dobu výroby a omezit potenciální zdroje chyb. Současně je nutné snížit zasouvací síly konektorů, aby se usnadnila montáž a zabránilo se jejich poškození.

Celkově je důraz kladen na nižší komplexitu, vyšší spolehlivost a plně automatizovanou, procesně spolehlivou sériovou výrobu.

Microflex & Moduflex: Koncepce řešení pro multi-hybridní konektorové systémy

Společnosti Bosch a MD ELEKTRONIK společně vyvinuly dvě koncepce řešení pro moderní multi-hybridní konektorové systémy – Microflex a Moduflex. Zatímco první řešení využívá vícepinové pinové lišty s integrovanými vysokofrekvenčními konektory založenými na nejmodernější technologii pájení, druhý systém je založen na plně integrovaných modulárních pinových lištách s vysokofrekvenčními kontakty využívajícími technologii Press-Fit. Oba přístupy používají oddělené stínění, které v oblastech kritických z hlediska EMC (např. při rozdílech potenciálů nebo různých proudech u kamer) umožňuje realizovat výkonnou a škálovatelnou integraci vysokofrekvenčního přenosu a přenosu signálů v moderních architekturách palubních elektrických sítí.

Aby bylo možné splnit vysoké požadavky na přenosové rychlosti dat, hustotu osazení a kvalitu signálu, bylo nutné provést cílená zlepšení na úrovni celého systému. Optimalizace technologie Press-Fit, řízení tolerancí, optimalizace stínění a fixačních prvků zlepšují útlum odrazu (return loss), účinnost stínění i vazební útlum. Současně přesně sladěný celkový návrh umožňuje přesné umístění pinů a otvorů v deskách plošných spojů (PCB) i integraci velkého počtu vysokofrekvenčních modulů v dostupném zástavbovém prostoru. Celek doplňuje optimalizované vedení spojů na PCB (layout routing) a rozšířené možnosti kódování pro flexibilní integraci různých kabelových modulů a jejich variant.

Výsledky testování

Provedené vysokofrekvenční a mechanické zkoušky potvrdily výkonnost vyvinutých multi-hybridních konektorových systémů Microflex a Moduflex na úrovni jednotlivých komponent v souladu s příslušnými normami IEEE, OPEN Alliance a USCAR.

Vysokofrekvenční testy

Diferenciální konektory

Útlum odrazu OPEN Alliance TC9 10BASE-T1

• IEEE 802.3ch (2,5 GHz / 5 Gbit/s · 4 GHz / 10 Gbit/s)
• IEEE 802.3cy (9 GHz / 25 Gbit/s)

Účinnost stínění OPEN Alliance TC9 10BASE-T1

• LogMag(s21) > −50 dB (0–25 Gbit/s)

Konektory Mini Coax

Útlum odrazu USCAR-49 Rev. 1, October 2024

• FPD-Link III (2,4 GHz / ~3,4 Gbit/s)
• GMSL3 (3,5 GHz / ~12 Gbit/s)
• FPD-Link IV (4,25 GHz / ~6 Gbit/s)

Účinnost stínění USCAR-49 Rev. 1, October 2024

• LogMag(s21) > −60 dB (0–9 GHz)

Mechanické testy

Výsledky mechanických testů splňují typické požadavky na konektory automobilových palubních elektrických sítí podle USCAR-2.

Síla při spojování / rozpojování konektoru

• Kompletní konektorový systém: < 75 N vyhovuje

Síla při zasouvání kontaktu

• Komponenta Mini Coax: < 12 N vyhovuje

Přídržná síla kontaktu

• Diferenciální komponenta: > 110 N vyhovuje

Ovládací síla sekundární pojistky

• Diferenciální komponenta: < 30 N vyhovuje

Shrnutí výhod multi-hybridních konektorových systémů

Představené multi-hybridní konektorové systémy splňují klíčové požadavky budoucích E/E architektur a vytvářejí základ pro výkonnější, flexibilnější a efektivnější vozidlové platformy. Zároveň podporují vyšší míru standardizace rozhraní a procesů v celém hodnotovém řetězci – od integrace řídicích jednotek až po montáž palubních elektrických sítí.