Sistemas de conectores híbridos múltiples integrados para alta frecuencia
En la 14.ª Conferencia Internacional sobre Automotive Wire Harness & EDS celebrada en Ludwigsburg, MD ELEKTRONIK, junto con Bosch, presentó, bajo el título «High-Frequency-Integrated Multi-Hybrid Connector Systems for Future E/E Architectures», sistemas de conectores híbridos múltiples desarrollados conjuntamente que ya cumplen las exigentes especificaciones de los fabricantes de equipos originales (OEM) para su uso en aplicaciones de automoción.
La ponencia fue impartida por Martin Hager, Director del Center of Competence Mechanical Engineering (ME/ECO-ME) de Bosch Mobility Electronics, y Helmut Pritz, Manager Technical Product Management (Optical Transmission, Multi Hybrid Connectors) de MD ELEKTRONIK.
La colaboración entre ambas empresas se centra en dos soluciones clave: Microflex y Moduflex.
Estos sistemas permiten una modularización flexible de los futuros sistemas de cableado y simplifican el desacoplamiento tanto en el lado del mazo de cables como en el de la ECU.
En este contexto, MD ELEKTRONIK desarrolla y fabrica las tecnologías de contacto de alta frecuencia (HF), como Shielded Twisted Pair o Mini Coax, específicamente para la interfaz PCB, de acuerdo con los requisitos correspondientes.
Los principales impulsores de las futuras arquitecturas E/E
Vehículo definido por software (SDV)
Centralización de las funciones de software
Separación del desarrollo de hardware y software
Actualizaciones OTA y nuevos servicios digitales
Aumento de las velocidades de transmisión de datos
Viabilidad de fabricación y robustez de los procesos
La fiabilidad en condiciones reales de uso es de vital importancia
Reutilización de los procesos de fabricación existentes (stitching)
Gestión de variantes y costes
Flexibilidad mediante conectores y tamaños de módulo estandarizados
Garantía del suministro para grandes volúmenes
Modularización e integración de alta frecuencia (HF) en sistemas de conectores
Los sistemas de conectores más utilizados en el sector de la automoción suelen proceder de una época en la que las tasas de transmisión de datos y los conceptos de los sistemas de cableado planteaban requisitos considerablemente menores.
La integración de contactos de alta frecuencia directamente en sistemas de conectores modulares representa un desafío especialmente complejo. Precisamente aquí es donde se centra el desarrollo conjunto de Bosch y MD ELEKTRONIK.
En ambos conceptos de solución, la colaboración se enfoca en la evolución de los sistemas de conectores hacia una mayor modularización y la integración de alta frecuencia (HF).
Conectores para aplicaciones de alta frecuencia (productos de catálogo)
Conector multipin integrado con contactos de alta frecuencia (HF) (diferentes opciones de apantallamiento)
Conector multipin totalmente integrado con contactos de alta frecuencia (HF), con apantallamiento independiente (ejemplo)
Conector modular totalmente integrado con contactos de alta frecuencia (HF) (apantallamiento independiente)
Los principales impulsores técnicos y desafíos para el desarrollo de sistemas de conectores híbridos múltiples optimizados derivan, sobre todo, de los crecientes requisitos de las modernas arquitecturas E/E. El aumento del número de funciones, sensores y canales de datos exige una elevada densidad de integración en un espacio de instalación limitado.
Al mismo tiempo, la combinación de contactos Low Speed y High Speed hace necesaria una optimización específica de los pines para integrar de forma fiable la alimentación eléctrica y la transmisión de datos de alta frecuencia en un único sistema.
Asimismo, las tecnologías optimizadas de montaje y conexión para la integración en ECU centrales adquieren cada vez mayor importancia, ya que las unidades de control son cada vez más compactas. Un montaje sencillo en la placa de circuito impreso (PCB) y la reducción del número de operaciones de conexión contribuyen a disminuir los tiempos de fabricación y las posibles fuentes de error.
Además, es necesario reducir las fuerzas de inserción para facilitar el montaje y evitar daños. En conjunto, el objetivo es reducir la complejidad, aumentar la fiabilidad y posibilitar una fabricación en serie totalmente automatizada y con procesos seguros.
Microflex y Moduflex: conceptos de solución para sistemas de conectores híbridos múltiples
Con Microflex y Moduflex, Bosch y MD ELEKTRONIK han desarrollado conjuntamente dos conceptos de solución para modernos sistemas de conectores híbridos múltiples. Mientras que la primera solución se basa en headers multipin con conectores de alta frecuencia (HF) integrados mediante la tecnología de soldadura más avanzada, el segundo sistema utiliza headers modulares de pines totalmente integrados con contactos de alta frecuencia (HF) basados en tecnología Press-Fit.
Ambos enfoques emplean apantallamientos independientes que, en aplicaciones críticas desde el punto de vista de la compatibilidad electromagnética (CEM), como diferencias de potencial o distintas corrientes para cámaras, permiten una integración de alto rendimiento y escalable de la transmisión de alta frecuencia y de señales en las modernas arquitecturas de sistemas de cableado.
Para satisfacer los elevados requisitos en cuanto a tasas de transmisión de datos, densidad de integración y calidad de la señal, fue necesario introducir mejoras específicas a nivel de sistema. Las optimizaciones en la tecnología Press-Fit, la gestión de tolerancias, el diseño del apantallamiento y los elementos de fijación mejoran la pérdida de retorno, la eficacia del apantallamiento y la atenuación por acoplamiento.
Al mismo tiempo, un diseño global cuidadosamente optimizado permite el posicionamiento preciso de los pines y de los taladros de la placa de circuito impreso (PCB), así como la integración de un elevado número de módulos de alta frecuencia (HF) en el espacio de instalación disponible. Todo ello se complementa con un routing optimizado del diseño de la placa y con opciones de codificación ampliadas para la integración flexible de distintos módulos de cable y variantes.
Resultados de las pruebas
Las pruebas de alta frecuencia (HF) y mecánicas realizadas confirmaron el rendimiento de los sistemas de conectores híbridos múltiples Microflex y Moduflex desarrollados, a nivel de componentes individuales, de conformidad con las normas pertinentes de IEEE, OPEN Alliance y USCAR.
Atenuación de apantallamientoOpen Alliance TC9 10GBASE-T-1
LogMag(s21) > −50dB (0-25 Gbit/s)
Conectores Mini Coax
Pérdida de retornoUSCAR-49 Rev1 2024-10
FDPIII (2,4 GHz / ~3,4 Gbit/s)
GMSL3 (3,5 GHz / ~12 Gbit/s)
FDPIV (4,25 GHz / ~6 Gbit/s)
Atenuación de apantallamientoUSCAR-49 Rev1 2024-10
LogMag(s21) > −60dB (0-9GHz)
Pruebas mecánicas
Los resultados de las pruebas mecánicas cumplen los requisitos habituales para
conectores de sistemas de cableado conforme a USCAR2
Fuerza de inserción / extracción del conector
Sistema de conectores completo: < 75 N cumple
Fuerza de inserción del contacto
Componente Mini Coax: < 12 N cumple
Fuerza de retención del contacto
Componente diferencial: > 110 N cumple
Fuerza de accionamiento del bloqueo secundario
Componente diferencial: < 30 N cumple
Resumen de las ventajas de los sistemas de conectores híbridos múltiples
Los sistemas de conectores híbridos múltiples presentados cumplen los requisitos clave de las futuras arquitecturas E/E y constituyen la base para plataformas de vehículos más potentes, flexibles y eficientes.
Al mismo tiempo, favorecen una mayor estandarización de las interfaces y los procesos a lo largo de toda la cadena de valor, desde la integración de las unidades de control (ECU) hasta el montaje del sistema de
OEM
Tier 1 (ECU)
Doble densidad de pines
Robustez
Miniaturización
Tecnología de interconexión posible (p. ej. press-fit)
Integración de alta velocidad
Estandarización
Interfaz OPEN
Ahorro de costes
Flexibilidad (sellado / no sellado)
Escalabilidad
Modularidad total
Tier 1 (Mazo de cables)
Cables UTP / STP / SPP*
Complejidad reducida en el sistema de cableado
Menos operaciones de conexión en el sistema de cableado
Montaje automatizado
Conectores estandarizados
* SPP = par paralelo apantallado
La solución desarrollada ha alcanzado un elevado grado de madurez y ya se utiliza con éxito mediante demostradores de ECU para realizar pruebas funcionales y de validación. Sobre la base de un concepto modular de cartridge, fue posible integrar diferentes tipos de transmisión de señales, datos y potencia en un sistema demostrador y evaluarlos en condiciones próximas a la aplicación real.
¿Tiene alguna pregunta sobre este tema o desea obtener más información sobre nuestros sistemas de conectores híbridos múltiples?
Póngase en contacto con nosotros. Nuestro equipo estará encantado de asesorarle:
Helmut Pritz es Product Manager de Fiber Optic Data Transmission y Multi Hybrid Connectors en MD ELEKTRONIK. Con más de 25 años de experiencia en el sector de la automoción, aporta una amplia experiencia para impulsar estas tecnologías orientadas al futuro. Su misión es desarrollar soluciones innovadoras para la industria de la automoción junto con clientes, startups, fabricantes de unidades de control y proveedores. Tras desempeñarse como Project Manager, donde fue responsable del desarrollo de componentes enchufables y de los sistemas de automatización asociados, asumió posteriormente el cargo de Manager Development RF Technology y creó un departamento de desarrollo centrado principalmente en la tecnología de alta frecuencia. Gracias a su red global de clientes, proveedores y socios, inicia cooperaciones interfuncionales para el desarrollo de nuevas tecnologías y soluciones en el ámbito de la transmisión de datos de alta velocidad.
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