Разъемы в начале XXI века

Опубликовано в номере:

 

 

Если бы у разработчика середины ХХ-го века спросили, какого размера печатная плата потребуется для того, что бы установить на ней миллиард транзисторов, то он, прикинув, что один транзистор занимает площадь в 1 квадратный сантиметр, ответил бы, что потребуется плата площадью порядка квадратного километра. Недавно современные процессоры преодолели рубеж в 2 миллиарда транзисторов.

Что касается механических компонентов, в частности разъемов, то здесь никаких фундаментальных изменений в материалах и технологиях не происходит. Скорее всего, они вообще невозможны. Единственное фундаментальное изменение в конструировании разъемов, которое можно себе представить, – это вообще отказ от них. Но пока этого ничто не предвещает. Как и полвека назад, разработчику, для того чтобы соединить разъемом 50 линий, нужно продумать конструкцию 50 контактов на одной стороне, 50 контактов на ответной части, позаботиться о механической прочности и точности изготовления корпуса, учесть влияние физических и химических процессов, которые неминуемо будут происходить на поверхности контактов. Лучшим материалом для контактов остается золото.

Свежее решение

Новые модели разъемов создаются на базе давно известных материалов и технологий, и разработчикам, чтобы удовлетворять растущим потребностям техники, приходится демонстрировать настоящие чудеса инженерной мысли. Каждый год производители представляют рынку свои новинки: разъемы с еще меньшим шагом контактов, разъемы с пыле-влаго-защитой, разъемы для узкоспециализированных применений с уникальными конструктивными решениями.

Samtec в прошлом году начала активно продвигать на рынок ряд новых решений, среди которых высокоскоростные соединители для цифровых линий, силовые разъемы питания, разъемы в защищенных корпусах и сверхминиатюрные разъемы. Линейка продуктов SEARAY дополнилась рядом новых компонентов. Последние представленные FCI Electronics разъемы для высокоскоростных цифровых линий семейства AirmaxVSe с плотным многорядным расположением контактов имеют пропускную способность 20 Гбит/с, у аналогичных разъемов AmphenolXCede и MolexImpact пропускная способность достигает 28 Гбит/с, у разъемов StradaWhisper от TE Connectivity заявлена пропускная способность до 40 Гбит/с.

Соединение печатных плат

Разъемы для соединения печатных плат приобретают все большее значение в системах с высокой скоростью обработки и передачи данных. Такие разъемы, даже взятые из каталогов разных производителей, имеют схожую конструкцию: прямоугольный корпус с плотным многорядным расположением контактов, количество контактов может доходить до сотен штук, монтаж разъема на плату в отверстие либо планарный, соединяемые платы параллельны или под прямым углом. FCI Electronics для соединения между параллельными печатными платами предложила новое семейство разъемов MezzoStak с шагом контактов 0,5 мм, высотой от 4 до 7 мм , количеством линий от 20 до 70 .

Amphenol TCS представила семейство разъемов для соединения печатных плат InfinX с пропускной способностью до 25 Гбит/с и уникальной технологией 3D электромагнитного экрана, которая, по заверению разработчиков, сокращает резонансы и наводки между линиями. Разъемы InfinX имеют плотность контактов 61 дифференциальная пара на дюйм, высота разъемов от 10 до 40 мм.

Hirose представила разъем IT-5 для соединения между печатными платами, в разъеме реализованы 73 дифференциальных пары, пропускная способность 25 Гбит/с.

Разъемы для соединения печатных плат STRADA Mesa от TE Connectivity и 14G CN099 от Yamaichi имеют пропускную способность порядка 10 Гбит/с. Разъем StradaMesa интересен тем, что в нем одновременно присутствуют как соединители для высокоскоростной передачи данных, так и линии электропитания.

Нагрузочная способность

Рост производительности вычислительных систем сопровождается ростом энергопотребления. Разъем EXTreme Ten60 от Molex, монтируемый на край платы, имеет пропускную способность по току 260 А на каждый дюйм своей длинны. Низкий профиль разъема оказывает небольшое влияние на циркуляцию воздуха, благодаря чему почти не мешает отводу тепла.

Разъем HighPowerCardEdge, (HPCE – линейный разъем высокой мощности) от FCI Electronics имеет нагрузочную способность до 9 А на каждый контакт. В нескольких вариантах исполнения разъема имеются как силовые линии, так и линии для передачи данных.

Защищенное исполнение

Распространение цифровых технологий и средств автоматизации привело к тому, что все большее количество электронных устройств проектируется для использования в неблагоприятных условиях. Как результат, растет спрос на разъемы с пыле-влаго-защитой, повышенной устойчивостью к вибрации. Например, разъемы USB и RJ45, которые за последние 10 лет все привыкли видеть исключительно в теплых сухих помещениях, появились в защищенных вариантах. Недавно Conec представила разъем RJ45 в металлическом корпусе с резьбовым соединением и резиновым уплотнителем. Разъем USB от TE Connectivity имеет усиленный пластиковый корпус и клипсы для предотвращения самопроизвольного разъединения.

Долгое время словосочетание «защищенный разъем» ассоциировалось с массивным металлическим корпусом либо военного, либо двойного назначения. Сейчас эволюция разъемов приводит к тому, что защитные корпуса все чаще делают из пластмассы и композитных материалов, а сами защищенные разъемы получают распространение в приборах мирного назначения и потребительских товарах. Новые разъемы от SpectrumAdvancedSpecialtyProducts, ODU, ITT InterconnectSolutions и API Technologies для специальных и военных применений имеют массу и габариты значительно меньшие, чем у своих предшественников.

Снижение массы и габаритов, переход от металлических к пластиковым корпусам во многом связан с коммерциализацией технологий, использовавшихся раньше только в военных нуждах. Для коммерческого применения сокращение себестоимости и времени вывода продукта на рынок имеет ключевое значение. Успехи в последнем обусловлены применением новых инструментов для разработки и технологий производства, как результат, на рынке появилось множество узкоспециализированных разъемов, выпускаемых небольшими тиражами. Например, разъемы для медицинского оборудования, имеющие специальную эргономику (небольшое усилие на соединение/размыкание) изготовленные из материалов, отталкивающих грязь и допускающих термическую обработку для стерилизации.

Соединители для высокоскоростных линий также появились в защищенных исполнениях. Например, среди продукции Amphenol и TE Connectivity есть разъемы для соединения между плат с пропускной способностью в десятки Гбит/с, предназначенные для применений в условиях вибрации. Hypertronics недавно начал производство разъемов повышенной прочности для VME64X. Meritec представила семейство разъемов Hercules для монтажа на кабель с пропускной способностью 10 Гбит/св круглых герметизированных корпусах с классом защиты Mil-C 38999.

Оптический или электрический интерфейс?

Оптические линии передачи данных пока что занимают небольшой специализированный сектор, но их доля стремительно растет. Причина тому – сокращающаяся стоимость оптических компонентов, с одной стороны, и возрастающие потребности в скорости передачи данных, с другой. Оптоволоконные кабели становятся все популярнее в системах с протоколами Ethernet и InfiniBand. TE Connectivity представила второе поколение оптоволоконных кабелей Paraligh, которые поддерживают полнодуплексную передачу на скорости 10 Гбит/с и по сравнению с прошлыми моделями имеют уменьшенное энергопотребление. Похожие продукты появляются в каталогах Samtec, Siemon, Alpen IO, Luxtera и Molex.

Недавно состоялась демонстрация совместной разработки Molex и Luxtera – однокристального оптического передатчика с пропускной способностью 100 Гбит/с. Эта технология станет крайне востребована в современных вычислительных системах, и особенно – в системах с распределенными вычислениями.

Электрические линии передачи данных неохотно сдают позиции. Так, за последний год произошло интересное событие: разработанный компанией Intel концепт оптического интерфейса LightPeak эволюционировал в обычный электрический интерфейс с медными проводами, получил название Thunderbolt и сейчас применяется в высокопроизводительных ноутбуках Apple и периферийных устройствах для них. По прогнозам, скоро Thunderbolt и USB 3.0 окажутся непримиримыми конкурентами.

Компактные легкие в обращении интерфейсы, поддерживающие стандарты SFP+ и QSFP+, постепенно становятся стандартом для всех высокоскоростных компьютерных систем обработки и хранения данных.

Соединители CPX имеют 12 двунаправленных линий с пропускной способностью 10 Гбит/с, таким образом пропускная способность одного кабеля составляет 120 Гбит/с. Соединители CPX часто используют в системах одновременно с 100 Гбит/с Ethernet.

Радиочастотные разъемы Amphenol HD-BNC для монтажа на 75 Ом коаксиальный кабель имеют размеры вдвое меньше традиционных BNC. В разъемах HD-BNC, помимо высокочастотных свойств, продумана также и эргономика. Кабель с разъемом удобно держать в руке, он соединяется с ответной частью с небольшим усилием. Основное назначение разъемов HD-BNC – потребительская электроника, в частности HDTV .

Неординарные решения

Недавно TE Connectivity представила новую конструкцию разъемов RJ45. В сетях Ethernet, где чаще всего используются разъемы RJ45, необходима гальваническая развязка. Обычно развязывающий трансформатор сконструирован прямо внутри монтируемого на плату разъема. Второй вариант – трансформатор в отдельном корпусе, как правило, для поверхностного монтажа. В созданной TE Connectivity технологии ферритовый сердечник монтируется на печатную плату как обычный элемент, а обмотки выполняются в виде дорожек. В результате производство становится более технологичным, а параметры имеют меньший разброс.

На рынке разъемов появляется все больше специфических решений. К примеру, в ответ на потребность разработчиков ряд производителей, среди которых Molex и TE Connectivity, предложили простые и эффективные разъемы для торцевого соединения печатных плат под прямым углом. Торцевые разъемы имеют очень маленькую длину электрических линий внутри своего корпуса, благодаря чему могут работать на больших частотах.

В XXI веке разъемы продолжают оставаться неотъемлемой частью любого электронного устройства. Впервые появившись два века назад, разъемы пережили расцвет и закат электровакуумных приборов, компонентов для монтажа в отверстие, источников питания на сетевых трансформаторах с частотой 50 Гц.

В наши дни производство разъемов по-прежнему набирает обороты. Количество появляющихся новых моделей год от года увеличивается. Как и во всей технике в целом, в сфере разъемов также превалируют тенденции по уменьшению массы и материалоемкости конструкций. Оптоволоконные линии для передачи данных и соединители для них приобретают популярность, но пока не теснят обычные электрические разъемы. Позолоченные контакты и медные проводники еще долго будут ассоциироваться со словом «разъем».

по материалам
Bishop & Associates Inc.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *