Board-to-board-liittimet ajoneuvojen sähköjärjestelmissä
Kaikkien tietojen matkustamohenkilökunta
Autoteollisuuden nykyaikaiset ajoneuvosähköjärjestelmät ovat muuttumassa, erityisesti sähköisen liikenteen, autonomisen ajamisen ja 4K-HD-infotainment-järjestelmien asettamien vaatimusten vuoksi. Board-to-board-liittimillä on erityisominaisuuksiensa ansiosta avainrooli tämän muutoksen hallinnassa, jotta voidaan taata suuret tiedonsiirtonopeudet ja lyhyet viiveajat.
Kuten tiedetään, ajoneuvon sähköjärjestelmä on monimutkainen sähköisten yhteyksien verkosto, joka yhdistää kaikki sähköiset ja elektroniset komponentit toisiinsa. Siihen kuuluvat ohjausyksiköt, anturit, toimilaitteet, valaistusjärjestelmät, infotainment-järjestelmät sekä liittimet.
Autoteollisuuden kolme suurta nykyistä trendiä – automatisoitu, sähköinen ja verkottunut ajaminen – edellyttävät perustavanlaatuista muutosta nykyiseen sähkö- ja elektroniikka-arkkitehtuuriin (E/E). Ajoneuvon sähköjärjestelmän arkkitehtuurit ovat nimittäin muuttumassa perinteisestä, hajautetusta rakenteesta, joka koostuu jopa 100 ohjausyksiköstä, kohti toimialuepohjaista arkkitehtuuria, jossa ohjausyksiköt on ryhmitelty toiminnallisten alueiden mukaan. Jokaisella toimialueella on koordinoiva korkean suorituskyvyn tietokone (HPC), mikä vähentää johdotus- ja asennustyötä sekä kustannuksia ja painoa. Uutta on ajoneuvon vyöhykearkkitehtuuri, jossa toiminnot on yhdistetty paikalliseen vyöhykeohjaimeen, minkä ansiosta ohjausyksiköiden määrä ja kaapelointityö vähenevät.
Autoteollisuuden kolme suurta nykyistä trendiä – automatisoitu, sähköinen ja verkottunut ajaminen – edellyttävät perustavanlaatuista muutosta nykyiseen sähkö- ja elektroniikka-arkkitehtuuriin (E/E). Ajoneuvon sähköjärjestelmän arkkitehtuurit ovat nimittäin muuttumassa perinteisestä, hajautetusta rakenteesta, joka koostuu jopa 100 ohjausyksiköstä, kohti toimialuepohjaista arkkitehtuuria, jossa ohjausyksiköt on ryhmitelty toiminnallisten alueiden mukaan. Jokaisella toimialueella on koordinoiva korkean suorituskyvyn tietokone (HPC), mikä vähentää johdotus- ja asennustyötä sekä kustannuksia ja painoa. Uutta on ajoneuvon vyöhykearkkitehtuuri, jossa toiminnot on yhdistetty paikalliseen vyöhykeohjaimeen, minkä ansiosta ohjausyksiköiden määrä ja kaapelointityö vähenevät.



Liittimet ajoneuvojen sähköjärjestelmien arkkitehtuurissa
Tällaiset rakenteelliset muutokset muuttavat myös vaatimuksia, joita asetetaan piirilevyjen väliselle liittimelle, joka tukee ja toteuttaa näitä arkkitehtuureja. Tehtävä siirtää nyt huomattavasti suurempia datavirtoja ja käsitellä ne entistä tehokkaammassa ohjausyksikössä kokonaiskuvaksi muuttaa liittimen suorituskykytekijöitä merkittävästi.
Tiedonsiirron vastuulla ovat myös erilaiset siirtoteknologiat, joiden on taattava kaistanleveys. Näitä ovat:
Tiedonsiirron vastuulla ovat myös erilaiset siirtoteknologiat, joiden on taattava kaistanleveys. Näitä ovat:
- LIN (Local Interconnect Network) on erittäin edullinen tekniikka turvallisuuteen liittymättömiin ja aikakriittisiin sovelluksiin, kuten ovilukkoihin, valoihin tai ilmastointilaitteisiin
- CAN (Controller Area Network) on yleisimmin käytetty siirtoteknologia moottorin, vaihteiston ja käynnistimen ohjaukseen sekä akkujen hallintajärjestelmiin
- FlexRay käyttää kierrettyä kaksoiskaapelia tiedonsiirtoon aika- ja/tai turvallisuuskriittisissä sovelluksissa, kuten ohjauksessa tai jarrutuksessa
- MOST (Media Oriented System Transport) on valokaapeli multimedia- ja infotainment-järjestelmiin
- Automotive Single Pair Ethernet (SPE) on suhteellisen uusi tekniikka, jonka suosio kasvaa jatkuvasti sen
- kaistanleveyden ansiosta SerDes (Serializer/Deserializer) on ihanteellinen suurille tiedonsiirroille, kuten kameroille tai näytöille
Autoteollisuuden edun mukaista on käyttää mahdollisimman vähän erilaisia tiedonsiirtotekniikoita, jotta johdotuksen monimutkaisuus pysyy vähäisenä. Tässä mielessä Automotive Ethernetillä on merkittävä rooli, mutta myös CAN-protokollia (CAN FD ja CAN XL) sekä LIN- ja SerDes-tekniikoita hyödynnetään. Tästä voidaan johtaa keskeiset vaatimukset piirilevyjen välisille liittimille, ja myös standardi LV214 paljastaa tietoja niiden ominaisuuksista.
Suuri nopeus, sähkömagneettinen yhteensopivuus sekä kestävyys ja pienikokoisuus

Anturikehityksen ja esitellyn E/E-arkkitehtuurin ansiosta siirrettävien tietomäärien nopeus kasvaa jatkuvasti, mikä riippuu pääasiassa liittimen impedanssin hallinnasta. Jos impedanssi vaihtelee, syntyy resonansseja, jotka puolestaan aiheuttavat signaalinsiirron häviöitä. Liittimen geometrian vuoksi se on aina potentiaalinen riski impedanssin vaihteluille, joita aiheuttavat muun muassa materiaali- tai geometrian muutokset. Impedanssi
määräytyy nimittäin induktiivisista ja kapasitiivisista ominaisuuksista, jotka riippuvat nastojen koosta, järjestyksestä ja rakenteesta. Erityisesti poikkileikkauksen muutokset vaikuttavat negatiivisesti, minkä vuoksi ne on minimoitava mahdollisimman paljon. Lisäksi dielektriset materiaalit (heikosti tai ei lainkaan sähköä johtavat aineet) signaalireitin läheisyydessä voivat vaikuttaa negatiivisesti, minkä vuoksi oikean eristemateriaalin valinta on yhtä tärkeää. Lisäksi vaikutuksia aiheuttavat myös kytkentähäviöt, eli häviöt terän ja jousen kosketuspisteessä. Lopuksi impedanssin vaihteluita voivat aiheuttaa ulkonevat johtavat elementit, jotka toimivat antennina. Kaikki nämä vaikutukset kootaan yhteen insertiohäviöksi (lähtösignaalin ja tulosignaalin suhde), jota kutsutaan myös insertiovaimennukseksi. Tämän lisäksi on olemassa paluuhäviö (return loss), joka kuvaa takaisin heijastuneen signaalin osuutta lähetettävään signaaliin nähden. Komponenttien jatkuvanminiatyrisoinnin myötä EMC-suojauksella on erityinen rooli: tässä yhteydessä esiintyvät korkeataajuiset signaalit ovat erityisen alttiita häiriöille, jotka johtuvat ei-toivotuista sähkömagneettisista vaikutuksista. Jo pienimmätkin häiriöt riittävät vääristämään tiedonsiirtoa laajasti, aiheuttamaan virheellisiä anturien mittaussignaaleja ja epäasianmukaisia ohjauskomentoja – mikä on turvallisuuden kannalta ehdottomasti kielletty skenaario.
Suojattu liitin auttaa tässä, sillä komponentissa liitin toimii aina sekä häiriön vaimentimena että häiriön lähteenä. Komponentti voi myös häiriintyä muiden komponenttien vaikutuksesta, ja se vaikuttaa itsekin sähkömagneettisesti ympäröiviin komponentteihin. Suojaus vähentää molempia vaikutuksia noin 100–200-kertaisesti.
määräytyy nimittäin induktiivisista ja kapasitiivisista ominaisuuksista, jotka riippuvat nastojen koosta, järjestyksestä ja rakenteesta. Erityisesti poikkileikkauksen muutokset vaikuttavat negatiivisesti, minkä vuoksi ne on minimoitava mahdollisimman paljon. Lisäksi dielektriset materiaalit (heikosti tai ei lainkaan sähköä johtavat aineet) signaalireitin läheisyydessä voivat vaikuttaa negatiivisesti, minkä vuoksi oikean eristemateriaalin valinta on yhtä tärkeää. Lisäksi vaikutuksia aiheuttavat myös kytkentähäviöt, eli häviöt terän ja jousen kosketuspisteessä. Lopuksi impedanssin vaihteluita voivat aiheuttaa ulkonevat johtavat elementit, jotka toimivat antennina. Kaikki nämä vaikutukset kootaan yhteen insertiohäviöksi (lähtösignaalin ja tulosignaalin suhde), jota kutsutaan myös insertiovaimennukseksi. Tämän lisäksi on olemassa paluuhäviö (return loss), joka kuvaa takaisin heijastuneen signaalin osuutta lähetettävään signaaliin nähden. Komponenttien jatkuvanminiatyrisoinnin myötä EMC-suojauksella on erityinen rooli: tässä yhteydessä esiintyvät korkeataajuiset signaalit ovat erityisen alttiita häiriöille, jotka johtuvat ei-toivotuista sähkömagneettisista vaikutuksista. Jo pienimmätkin häiriöt riittävät vääristämään tiedonsiirtoa laajasti, aiheuttamaan virheellisiä anturien mittaussignaaleja ja epäasianmukaisia ohjauskomentoja – mikä on turvallisuuden kannalta ehdottomasti kielletty skenaario.
Suojattu liitin auttaa tässä, sillä komponentissa liitin toimii aina sekä häiriön vaimentimena että häiriön lähteenä. Komponentti voi myös häiriintyä muiden komponenttien vaikutuksesta, ja se vaikuttaa itsekin sähkömagneettisesti ympäröiviin komponentteihin. Suojaus vähentää molempia vaikutuksia noin 100–200-kertaisesti.

Kestävyys: Iskut ja tärinä vaarantavat tiedonsiirron vakauden yhtä lailla kuin kemialliset ja lämpötilaan liittyvät ympäristötekijät, kuten äärimmäiset lämpötilat, voimakkaat lämpötilanvaihtelut, haitalliset kaasut, kosteus ja lika. Kosketuspinta määrää ratkaisevasti liittimen käyttöiän, sillä käytön aikana liittimen kahden osan välillä tapahtuu mikroliikkeitä, jotka pitkällä aikavälillä johtavat pinnan kulumiseen ja siten siirtovastuksen kasvuun ja lopulta signaalinsiirron tehon heikkenemiseen. Laadukas ja kestävä kosketuspintapinnoite auttaa vähentämään tämän pinnan kulumisen minimiin.
Kosketinjärjestelmässä kaksipuolinen liitinrivi toimii hyvin, sillä ulkoisista vaikutuksista riippumatta kosketuspiste on taattu aina. Järjestelmästä tulee vieläkin vankempi ”sukupuolineutraalilla” kosketinjärjestelmällä, sillä koskettimet kietoutuvat toisiinsa liitettäessä ja takaavat näin maksimaalisen kosketusvarmuuden.
Kosketinjärjestelmässä kaksipuolinen liitinrivi toimii hyvin, sillä ulkoisista vaikutuksista riippumatta kosketuspiste on taattu aina. Järjestelmästä tulee vieläkin vankempi ”sukupuolineutraalilla” kosketinjärjestelmällä, sillä koskettimet kietoutuvat toisiinsa liitettäessä ja takaavat näin maksimaalisen kosketusvarmuuden.
Yksiosaisissa liittimissä ei ole haavoittuvaa kosketusaluetta, mikä takaa erinomaisen kestävyyden ulkoisia vaikutuksia vastaan. Liitäntä tapahtuu puristustekniikalla, jossa puristustappi puristetaan piirilevyn läpivientireikään, jolloin kupariholkin ja puristusalueen välille syntyy kylmähitsaus. Näin syntyy kaasutiivis, valettava liitos piirilevyyn, joka tarjoaa kymmenen kertaa paremman vikaantumisasteen kuin automaattisesti juotetut liittimet.

Autoteollisuuden rajallisessa asennustilassa antureille ja ohjausyksiköille on ahdasta, mikä puolestaan tarkoittaa, että liittimien mittoja on pienennettävä entisestään samalla tai jopa suuremmalla suorituskyvyllä. Tämä sopii erinomaisesti pintaliitostekniikkaan (SMT), sillä se mahdollistaa painoliitostekniikasta poiketen huomattavasti pienemmän ruudukon sekä piirilevyn kaksipuolisen asennuksen.
Suuntaus asentaa yhä enemmän ja yhä pienempiä liittimiä kokoonpanoihin johtaa siihen, että toleranssiketjut pitenevät ja liittimien on kompensoitava yhä suurempia toleransseja sekä asennuksessa että käytössä. Tätä varten on jo saatavilla liittimiä, jotka pystyvät vaimentamaan iskuja ja tärinää entistä paremmin.
Suuntaus asentaa yhä enemmän ja yhä pienempiä liittimiä kokoonpanoihin johtaa siihen, että toleranssiketjut pitenevät ja liittimien on kompensoitava yhä suurempia toleransseja sekä asennuksessa että käytössä. Tätä varten on jo saatavilla liittimiä, jotka pystyvät vaimentamaan iskuja ja tärinää entistä paremmin.
Kolme sopivaa ept-tuoteperhettä

Zero8-tuotteet tarjoavat erinomaista skaalautuvuutta yksilöllisesti mukautettavien rakenteiden, pinoamiskorkeuksien ja napamäärien ansiosta, ja ne mahdollistavat piirilevyjen väliset etäisyydet 6–21 mm sekä vaihtelevat napamäärät 12–80. Liittimet ovat keskenään yhteensopivia ja vapaasti yhdisteltävissä, ja niissä voi olla yksipuolinen tai kaksipuolinen suojaus. Kestävä ScaleX-liitäntätekniikka takaa luotettavan kosketuksen iskujen ja tärinän aikana, kompensoi toleransseja ja tarjoaa EMC-suojauksen 16 Gbit/s:n tiedonsiirtonopeudelle.
Lisätietoja Zero8:sta
Lisätietoja Zero8:sta

Colibri-tuotteet ovat suojattuja, kaksirivisiä SMT-liittimiä, joiden riviväli on 0,5 mm ja jotka ovat yhteensopivia PICMG COM Express®-, SFF-SIG CoreExpress®- ja nano-ETXexpress -standardien kanssa. COM-moduuleille tarkoitetuissa liittimissä on 196 signaalinapaa ja 24 maadoitusnapaa, kun taas kantolevyille tarkoitetut pistokkeet ovat saatavilla valinnaisesti ohjauspylväillä, suojauksella ja SMT-kiinnityksellä. Colibri-COM Express -järjestelmä tarjoaa erinomaisen signaalin eheyden yli 25 Gbit/s:n nopeudella, mikä sopii erinomaisesti nopeisiin sovelluksiin, joissa asennustilaa on rajoitetusti.
Lisätietoja Colibristä
Lisätietoja Colibristä

Kolmantena tuoteperheenä One27 tarjoaa kestäviä ja kompakteja SMT-tyyppisiä piirilevyliitoksia, joiden ruudukko on 1,27 mm. Ne tukevat 8–20 mm:n piirilevyvälejä ja ovat saatavilla 12–80 liittimellä sekä kaapeliasennuksina. Liitännät ovat saatavina sekä rinnakkaisina että suorakulmaisina; ne ovat erityisen kestäviä ja helppokäyttöisiä, ja ne takaavat luotettavan kosketuksen sekä suuren joustavuuden piirilevyjen sijoittelussa.
Lisätietoja One27
:stä
Lisätietoja One27
:stä
Tulevaisuuteen katsottaessa autonominen ajaminen on tiiviisti sidoksissa tiedonsiirto- ja viestintäteknologioiden jatkokehitykseen. Keskeiset tekijät, kuten 5G-yhteydet, kyberturvallisuus, V2X-viestintä sekä reunalaskenta ja lohkoketjuteknologia, tulevat vaikuttamaan ratkaisevasti tiedonsiirtoon, mutta ajoneuvojen sisäiset verkot ja liittimet tulevat varmasti säilymään rinnakkain, mikä lopulta mahdollistaa ohjauspyörättömän auton toteutumisen.
Etsitkö tiettyä liitintä?
Tuoteluettelo

Onko kysyttävää?
Ota meihin yhteyttä!
Lähetä kysely lomakkeella
+49 8861 2501 0
sales@ept.de
Ota meihin yhteyttä!
Lähetä kysely lomakkeella
+49 8861 2501 0
sales@ept.de

