Expanding a Strong Foundation: “Upruggedizing” Connectors for Next-Generation Mil-Aero Applications

More. Questa è l'essenza di spingere i limiti delle prestazioni. Per i progettisti di computer embedded in applicazioni militari e aerospaziali, sistemi di "più" significa velocità per maniglia la crescente complessità di intelligenza di segnale e guerra in rete di elaborazione superiori. Questo, a sua volta, richiede connettori non solo in grado di gestire la velocità dati superiori, ma anche in grado di funzionare in modo affidabile in ambienti estremi.

Anche come progettisti affrontano al fatto che i requisiti di elaborazione superiori e condizioni più difficili, due altre tendenze riguardano la progettazione dei connettori. Il primo è per rispondere a SWaP, dimensioni, peso e consumo energetico, per creare sistemi che sono più piccoli, più leggero e più capaci. Negli aerei ad alte prestazioni, sia con equipaggio o automatico, in cui lo spazio è sempre limitato, peso ha un rapporto diretto con i tempi di volo e carico utile e distribuzione dell'energia elettrica ad alta efficienza significa più piccoli componenti di generazione di potenza. Pertanto, non sorprende che i progettisti di sistema sono fissati con sostituzione.

L'altra importante tendenza è l'uso di componenti di serie commerciali (COTS), garantendo la disponibilità del prodotto quando necessario. Anche una nuova progettazione può essere basata su COTS utilizzando tecnologia consolidata e dimostrate sul campo come componenti costitutivi per la progettazione.

Nuovi livelli di connettore solidità possono avere due forme: 1) un nuovo connettore o 2) un aggiornamento a un connettore esistenti. Opzione 1 dà progettisti la massima libertà, ma a discapito i progetti esistenti e standard. Opzione 2 offre la retrocompatibilità con connettori esistenti e progetti di schede.

Un esempio di opzione 1 è di TE Connectivity Zd Fortis connettore. Anche se il connettore è relativamente nuovo, ha storia in COTS. Questo connettore, progettato intorno ai contatti di pedigree militari MIL-DTL-55302 Mini-Box, è una nuova progettazione che gestisce una maggiore velocità (12 + Gbps) e alto livello di robustezza. Il connettore è stato considerato per diversi standard ed è particolarmente adatta per applicazioni che richiedono prestazioni batte standard.

Un esempio di opzione 2 è di TE MULTIGIG RT 2 connettore. Si arriva a questo connettore più avanti in questo articolo, ma prima vediamo un'occhiata alcuni risultati di collaudo per il connettore della generazione precedente MULTIGIG RT 2.

Tortura collaudo una progettazione del connettore

per calcolo embedded basato su standard, VITA 46 e 47 sono stati standard per la misurazione di conformità e prestazioni. Questi standard definire sistemi meccanici assemblaggio requisiti così come i requisiti di test per shock, vibrazione, temperatura e altri ambientali sottolinea che i sistemi in generale, e connettori in particolare, devono sopportare. Connettori rinforzati, come il connettore MULTIGIG RT 2, idoneo per sistemi di VITA 46 VPX, devono soddisfare i requisiti VITA 47. Più recentemente, alcune aziende del settore hanno preso oltre VITA 47 a ancora più stressanti collaudo dei connettori. La VITA 72 gruppo di lavoro ha creato nuovi livelli di collaudo connettori di (tortura collaudo, come se fosse) pozzetto oltre le esigenze dei pericoli previsioni di applicazione. In tal modo, i test hanno portato a miglioramenti nella progettazione del connettore. Uno dei connettori che testati è stato il connettore MULTIGIG RT 2.


Figura 1: una tipica configurazione di VPX 6U VITA 46 utilizza il connettore MULTIGIG RT 2. L'uso di wafer al connettore della scheda figlia MULTIGIG RT 2 crea un peso contenuto, progettazione versatile, senza connettore.

Il connettore utilizza una progettazione senza, wafer nella scheda figlia half e split-fascio, contatti a molla sul lato di backplane (Figura 1). Eliminando il PIN e conseguenza i problemi di pin accoltellamento e piegato, la progettazione senza consente di aumentare l'affidabilità e per evitare danni durante la scheda di movimentazione e accoppiamento. La progettazione basati su wafer della scheda figlia consente ogni wafer a individualmente: singola terminazione, differenziale, potenza o addirittura ibridi. Mentre un altro specifica, VITA 46, specifica i tipi di moduli di connettore per ciascun modulo zona (P0 attraverso P6), la progettazione di wafer dà progettisti la possibilità di miscelazione e corrispondenza wafer se necessario. Un vantaggio significativo per soddisfare i problemi di sostituzione è che il connettore MULTIGIG RT 2 è il più leggero connettore VPX disponibile, grazie a grandi componente alla costruzione leggera wafer e connettore.

Test mettle di un connettore

figura 2 Mostra una delle principali differenze in vibrazione collaudo tra la VITA 47 standard e requisiti di VITA 72, basati su criteri creati da mercurio sistemi e la VITA 72 di collaudo gruppo di lavoro. RL3 è essenzialmente la stessa V3 di VITA 47. RL3 + 3 dB aumenta notevolmente il livello di vibrazione. Questo densità spettrale di maggiore potenza soggetti connettori alle sollecitazioni molto maggiore, aumentando il potenziale per contatto da sfregamento e placcatura dell'usura causata dal movimento indotto da vibrazione dei contatti contro l'altro. Questi livelli elevati di vibrazione sono stati eseguiti anche per tempi di esposizione rispetto a precedente VITA 46/VITA 47 collaudo. È stata la sequenza di collaudo generale:

• RL3 Vibrazione casuale: 1 ora per ciascun asse
• RL3 + 3 dB vibrazione casuale: 1 ora per ciascun asse
• RL3 + 3 dB vibrazione casuale: 12 ore, asse Z

Figura 2: 72 VITA sottopone i connettori a collaudo stressanti molto di più con la RL3 + 3 dB-livello vibrazione casuale.

Dopo l'esame del prodotto testato dal gruppo di lavoro VITA 72, il connettore originale di MULTIGIG RT 2 eseguita notevolmente pozzetto; Tuttavia, selezionare le posizioni lungo i livelli di alto scheda hanno dimostrato 6U di usura, suggerendo che una soluzione di contatto potenziato potrebbe essere desiderato.

Utile convenzionale connettore dice aumentando i punti di contatto presso l'interfaccia separabile è efficace perché ridondanza di numerosi punti di contatto, aumentando l'affidabilità della connessione. Alcuni hanno suggerito che il fascio luminoso dolce è quattro punti di contatto. Ad esempio, se la probabilità di contaminazioni che influenzano la resistenza di contatto è, diciamo, 0,01 su un determinato contatto, la probabilità per tutti i quattro punti di un contatto puntiforme di quattro contemporaneamente essere influenzato è 4 (0,01) o 10-8. Ciò illustra la potenza di ridondanza. La riprogettazione incluso un miglioramento importante in contatto coppie accoppiamento, pur mantenendo la compatibilità con le versioni precedenti con la progettazione esistenti. Nel connettore originale, ogni fascio molla di contatto rende un singolo punto di contatto con le piazzole di wafer. Nella versione più recente, i contatti hanno stato ridisegnato in modo tale che ogni fascio rende due punti di contatto, detto quaterna ridondanti, pari a circa doppino l'area di contatto collegamento provvisorio. La figura 3 Mostra i contatti ridisegnati e originali.


Figura 3: il ridisegnata MULTIGIG RT 2-R ha quattro punti di contatto, mentre la versione originale ha due.

Un'importante caratteristica della nuova progettazione potenziato è che i fasci di contatto e in aree su due fasci non sono simmetriche l'un l'altro. La differenza di lunghezza di contatto del fascio significa che ogni fascio modalità esclusiva frequenza in risposta alla vibrazione, eliminando la possibilità di entrambi i fasci ottenendo un risonanza contemporaneamente. Anche con una maggiore punti di contatto, il nuovo sistema di contatto potenziato non aumenta le forze di accoppiamento mentre aiuta a mantenere il contatto affidabile con livelli di vibrazione estreme.

I wafer a metà accoppiamento anche leggermente sono stati modificati per sfruttare appieno la nuova progettazione del fascio. Perché due dei quattro contatto punti i fasci split sono più profondi, le piazzole di segnale sui wafer sono stati estesi di 1,2 mm per mantenere almeno 2 mm di contatto scivolamento durante l'accoppiamento per mantenere quaterna ridondanza in tutto l'intero intervallo di accoppiamento della progettazione originale.

Risultati dei test

figura 4 Mostra i risultati della VITA 72 vibrazione collaudo su entrambi i contatti originali e riprogettati per il contatto con i più alti segni di usura. Per controllare per indicazioni di usura del contatto, ogni modulo connettore è stata sezionata e visivamente modificato per segnali di usura del contatto su entrambi i sistemi di contatto originali e modificati. Anche se la maggior parte dei contatti nella disposizione 6U sono in grado di sopportare questo ambiente estreme vibrazione, vi sono specifiche posizioni di contatto che sono soggetti a usura da sfregamento. Soprattutto, l'usura che è stato sperimentato con il design dei contatti originale praticamente scomparirà con la nuova progettazione quad-ridondanti. È interessante notare che, la scelta di minuteria di guida influisce anche sul prestazioni.

Il ruolo di minuteria di guida nell'aiutare assegna un connettore è spesso trascurato. Lo scopo primario della minuteria è per aiutare il processo di accoppiamento, fornendo scheda scanalatura polarizzazione e allineamento iniziale delle due metà del connettore. Molti moduli e perni di guida economicamente sono realizzati utilizzando un processo pressofusi. Per soddisfare la codifica e la funzione di guida, perno e presa possono avere tolleranze abbastanza generosa comune componenti pressofusi. Di conseguenza, le guide rivestono un ruolo ridotto in limitandone il movimento durante la resistenza a urti e vibrazione.

Guide lavorate minuteria sta guadagnando attenzione per applicazioni difficili, perché la misura più precisa ha dimostrato per ridurre il movimento da sfregamento. Una precisione anche in combinazione con una molla di messa a terra della circonferenza aiuta a stabilizza i connettori in un ambiente di forti vibrazioni, come mostrato nella figura 4.


Figura 4: confronto tra più alta usura posizioni di ogni campione di collaudo VPX 6U se sottoposto a "collaudo di tortura" led dal gruppo di lavoro 72 VITA. Entrambi design dei contatti prestazioni di connettore di influenza accessori e minuteria in ambienti a forti vibrazioni.

Collaudo ciclo di accoppiamento

il design dei contatti ridondanti quaterna è stato inoltre sottoposto a test che simulare 10.000 cicli di accoppiamento. Questo numero di cicli è pozzetto sopra aspettative di applicazione più ragionevoli nel mondo reale. Serve, tuttavia, sia per dimostrare l'affidabilità e di fornire sinonimo di affidabilità in applicazioni ad alta-ciclo, come le piattaforme di collaudo. I criteri di valutazione di lunga durata sono stati resistenza di contatto stabile e senza esposti sottoplaccatura in nichel al contatto superfici di accoppiamento. L'obiettivo è stato realizzato (Figura 5), rivelando che è stata la resistenza di interfaccia di accoppiamento del connettore non solo stabile, ma in realtà può migliorare dopo 10.000 accoppiamenti e unmatings. Questo può essere attribuito a un effetto di lucidatura che liscia asprezze contatto per garantire un'interfaccia di contatto molto più stretto.


Figura 5: I contatti mantengono un accettabile-bassa resistenza dopo un accoppiamento il ciclo di collaudo.

Compatibilità VITA e la progettazione connettori per affidabilità

dato che il MULTIGIG RT 2-R connettore ha la stesso ingombro della scheda e accoppiamento interfaccia come il connettore originale, è un'alternativa drop-in. Il nuovo connettore quaterna ridondanti-backplane può si accoppiano con il connettore scheda figlia originale; l'unica differenza è che mantiene esclusivo contatto strisciante distanze su tutti i quattro punti di contatto. Per una nuova scheda figlia connettore di accoppiamento con un connettore backplane originale, la principale differenza è ulteriore 1,2 mm contatto scivolamento durante l'accoppiamento, che offre un margine superiore per il sistema tolleranze di inserimento.

Nuovo o aggiornato?

Due opzioni qui menzionati, nella ricerca di un connettore più robusto per calcolo embedded, è in grado di fornire prestazioni robuste. Il connettore Zd Fortis è un esempio di un nuovo connettore utilizzando comprovate tecnologie legacy contatto e una densità di contatto circa il 20% superiore rispetto al connettore originale di MUILTIGIG RT 2 (900 vs 728). Tuttavia, questo nuovo connettore può essere utilizzato solo in applicazioni che non richiedono compatibilità di (VITA) basato su standard. D'altro canto, il connettore di MULTIGIG RT 2-R è un esempio di ad alte prestazioni di irrobustiti una progettazione standard di settore per un futuro più robusto.