Lo straordinario e onnipotente connettore Nano-D

Piccolo, leggero, in grado di fornire prestazioni di elevata affidabilità, il connettore Nano-D sta prendendo piede nel mercato dei dispositivi elettronici portatili robusti

Oggi, i circuiti devono far fronte a una serie di requisiti legati a una maggiore portabilità e a un impiego più diffuso in una vasta gamma di applicazioni che vanno dal monitoraggio cutaneo agli apparecchi per le esplorazioni nello spazio profondo.  I chip elettronici operano spesso  alle estremità dei dispositivi robotici e delle protesi. I dispositivi di sorveglianza sono installati sui lampioni perl’illuminazione stradale o sono presenti a bordo dei satelliti a bassa quotache effettuano i monitoraggi meteorologici. I rilevatori di posizione sono indispensabili per la guida delle auto senza conducente e i componentielettronici presenti nelle nostre abitazioni interagiscono con il cloud. Molti dei servizi estesi di cui stiamo usufruendo sono forniti dalle nuove tecnologie di progettazione e di fabbricazione dei chip.
I nuovi circuiti in tecnologia CCD ed eGaN (Nitruro di Gallio in modalità enhanced), offrono livelli di segnale e di velocità di commutazione significativamente più elevati in formati più piccoli e più leggeri, che atensioni molto basse richiedono livelli bassissimi di corrente. I progetti esistenti basati su chip al silicio continueranno a provvedere a gran partedelle nostre funzioni quotidiane, ma al contempo osserviamo che i più datati CCD sono progressivamente surclassati da questi nuovi dispositivi che offronocapacità di elaborazione a velocità superiori. I più recenti CCD retroilluminati ad alta sensibilità sono utilizzati per i sistemi di visionenotturna. I sensori di fotoni per gli apparecchi LIDAR (Light Detection and Ranging) offrono prospettive totalmente nuove nel campo della sorveglianza. Sembra che ovunque i dati ad alta velocità vengano instradati verso processori mobilie sistemi Ethernet.

Prestazioni dei connettori Nano-D

Questi miglioramenti nella tecnologia dei chip influiscono sui nostri progetti di circuiti stampati, sui connettori e sulle interconnessioni via cavo. Anche questo sta alimentando la domanda di miniaturizzazione con bassi livelli di tensione e di corrente. La famiglia di connettori Nano-D si inserisce bene in questa nuova era. Questi ultimi sono progettati per svolgere funzioni con specifiche militari per l’alta affidabilità e per restare operativi in applicazioni mobili e in ambienti estremi. La maggior parte dei connettori Nano-D ha subito una evoluzione in modo alquanto diretto dal piùtradizionale Micro-D e presenta specifiche simili.
I formati più piccoli e ottimizzati di nanoconnettori fanno spesso uso di uno schema con “perno a molla su socket rigido” al rame-berillio da 17.200 ksi (1.186 GigaPascal) perassicurare l’integrità del segnale durante l’uso.  All’aumentare delle velocità, la lunghezza d’onda di ciascun segnale è più corta e, alle tensioni più basse, la presenzadi vibrazioni e di rumori circuitali potrebbe confondersi con il segnale.  La resistenza dei connettori Nano-D è mantenuta ad appena 12 milliohm, fino a 15 milliohm, conuna capacità che va da 2,0pF fino a 2,4pF.
Questa caratteristica si presta idealmente per i circuiti, poiché la maggior di essi sono caratterizzati da un basso flusso di corrente e da bassi valori di tensione. Con l’aumento delle velocità, l’accoppiamento capacitivo è controllato anche attraverso la regolazione delladistanza fra il connettore Nano e l’isolante, per soddisfare le esigenze  specifiche dell’applicazione.  La tecnologia di connettore a bassa distorsione si sta inoltre evolvendo peradeguare le prestazioni del cavo all’esigenza di ottenere valori superiori di velocità di commutazione e di segnale delle interconnessioni.

Connettori nello spazio!

I connettori Nano-D hanno preso piede di pari passo con la crescita vertiginosa dei progetti dei cubo-satelliti e dei piccoli satelliti per lo spazio. Numerosi satelliti di piccole dimensioni sono lanciatiin orbite controllate. Essi sono mantenuti a una traiettoria costante, mentre viaggiano in orbita per rimanere puntati verso la terra, oltre a  comunicare l’uno con l’altro. Il formatocostruttivo dei satelliti utilizza schede su circuito stampato standardizzate impilate e interconnesse elettricamente. I connettori Nano-D sono scelti moltospesso per il loro formato e le loro dimensioni. Essi sono progettati conmateriali a basso degassamento, testati specificamente dalla NASA.  Sono incluse delle viti di ritenzione permantenere l’accoppiamento nel lungo termine per l’intera durata dell’impiego inorbita. I cablaggi personalizzati e/o i circuiti flessibili instradano i segnali dai circuiti stampati ai connettori all’interno del sistema.

Vantaggi e caratteristiche

Le tecniche radar ad allineamento difase, i radar a emissione fotonica e i sistemi LIDAR sono in rapidaevoluzione. I radar esistenti ad allineamento di fase sfruttano il principio della creazione di più punti di origine per dirigere il fascio del segnale a impulsi.
Il segnale di ritorno produce un’immagine a punto centrale, al posto della vecchia immagine a zona o cerchio di grandi dimensioni che tutti eravamosoliti usare. Per fare ciò, sono presenti numerosi punti e cambiamenti di fasein ogni posizione di emissione adiacente del radar ad allineamento di fase. Questo richiede la presenza di un grande numero di pin di connessione dal bordo della scheda di trasmissione del radar verso il circuito che regola il raggiofocale. I connettori Nano-D piccoli, robusti e dotati di un grande numero dipin, vengono spesso utilizzati sul bordo delle schede circuitali simili aquelle presenti nell’immagine qui sotto.
I sistemi di sorveglianza LIDAR utilizzano interconnessioni simili per azionare lo schema REMPI (Resonance-Enhanced Multiphase Ionization), all’interno di un’area daanalizzare. Un esempio di uno dei principali vantaggi di questa tecnologia è la possibilità di effettuare le indagini sul campo sulla presenza di idrocarburi con aerei di sorveglianza e satelliti per mappare e ridurre i costi e i rischinell’esplorazione petrolifera.
La tecnica REMPI utilizza un lasersintonizzabile che è strutturato in frequenza e genera un fascio di plasma. Uncavo con un numero adeguatamente elevato di pin può essere usato per contribuirea stabilire e a mantenere la messa a fuoco del fascio. Inoltre, i nuovi sistemi di “Radar a Fotoemissione” – a volte chiamati Radar a Fotoni – richiedono connettori simili con un elevato numero di pin. Per coadiuvare larilevazione dei velivoli stealth, i nuovi sistemi di radar a fotoniutilizzeranno punti di trasmissione multi-punto per agevolare la messa a fuoco e l’inseguimento degli oggetti in rapido movimento.
I connettori Nano-D – definiti dallo standard Mil-DTL 32139 – forniscono un buon esempio delle prestazioni che possono essere raggiunte da un connettore miniaturizzato. Con una distanza fra i pin di 0,635mm, (0,025 pollici), questi dispositivi occupano solo un quarto del volumee hanno una massa inferiore dell’80 per cento rispetto ai connettori Micro-DMil-DTL-83513 che sostituiscono.
I gusci metallici dei connettori Nano-D sono realizzati in lega dialluminio 6061 trattato con nichelatura, in base alla specificaAMS-C-26074.  Gli isolatori sono stampatiin polimero LCP E-130i di Ticona secondo lo standard MIL-M-24519, che fornisceproprietà termiche eccellenti nell’intervallo che va da -50 gradi centigradifino a oltre 200 gradi centigradi. I connettori per le tecnologie spaziali utilizzano solo polimeri a  bassodegassamento, ma includono anche cavi PTFE isolati e certificati in base allostandard MIL-16878/4200°C. (sono disponibili su richiesta le specifichedettagliate sui materiali).  Il cablaggio è collegato ai pin e ai socket usando una tecnologia con alta pressione di crimpaggio, che elimina i problemi potenziali legati ai pin saldati inseritinella parte posteriore del connettore.
Quando richiesto, sono inoltre disponibili assemblaggi conformi alla direttiva RoHS con specifiche complete. Sono anchedisponibili connettori Nano a segnale misto che includono sezioni separate perl’alimentazione e l’elaborazione dei segnali all’interno di un unicoconnettore.  Questo riduce il numero dicavi instradati da e verso uno strumento.
I dispositivi per l’elaborazione dei segnali digitali ad alta velocità sono sempre più spesso portatili e stanno determinando unaumento della domanda di cavi e di connettori piccoli e leggeri. I connettori Nano-Dsi prestano idealmente per applicazioni robuste e rispettosedell’ambiente.  Quando specificato, lavelocità massima del segnale e i formati dei cavi sono pensati per supportare iconnettori Nano-D ultra miniaturizzati. I formati disponibili includono un cavo FireWire IEEE 1394 e si estendono ai formati USB 3.1 e ai cavi CAT-6a.Molti di questi formati supportano un’ampia gamma di nuovi modelli, che vannodai circuiti utilizzati nei veicoli militari senza equipaggio di piccoledimensioni agli equipaggiamenti indossati dai soldati sul campo di battaglia.
I cavi di dimensioni inferiori e i connettori Nano robusti possono anchesupportare connessioni seriali con velocità dati più elevate. Sono inclusi iformati USB 3.1, PCI Express 2.0/3.0, HDMI e altri circuiti Ethernet cheraggiungono fino a 10 Gigabit al secondo. A volte sono necessari formatispeciali di cavi per gestire l’instabilità di fase indotta dal rumore e daidisturbi esterni provenienti da altri cavi. La schermatura da circuito a circuito è adottata spesso in combinazionecon cavi speciali di riduzione del rumore. La protezione dalle cyber intrusionie dell’isolamento dei segnali può essere ottenuta tramite i connettori metallici Nano-D dotati di gusci posteriori speciali saldati alla schermatura delcavo.

Un mercato in crescita

Il mercato dei connettori Nano-D continuerà a crescere e a espandersi con numerose varianti di formati adatte a supportareapplicazioni speciali. Le loro dimensioni sono in grado di alloggiare fino a 30 cavi AWG PTFE isolati e supportano molte tecnologie emergenti che richiedono meno di un ampere.  I collegamenti e icablaggi su brevi distanze continueranno a essere utilizzati per interconnettere le schede e i moduli circuitali l’uno con l’altro e i connettori verranno usati per semplificare le interconnessioni. La connessione fra il guscio metallico e la schermatura del cavo fornirà un’ulteriore protezione contro le cyber-intrusioni e le interruzioni di segnale provenienti dai disturbatori ecc. Gli isolanti appositamente progettati continueranno adevolversi consentendo di combinare l’alimentazione e i segnali o persino isegnali RF all’interno di un unico connettore. Le porte per fibra ottica ad alta velocità vengono aggiunte ai connettori Nano-D per applicazioni speciali e si prestano bene per le prossime generazioni dei nostri sistemi a energia fotonica. Basta dare uno sguardo all’industria dei chip e dei componenti ad alta velocità per vedere le applicazioni dei connettori Nano-D crescere di giorno in giorno.
Bob Stanton, Responsabile Tecnologia, Omnetics Connector Corp.  

Redazione Fare Elettronica