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Nouveaux produits

L’impressionnant et tout-puissant connecteur Nano-D

Par Bob Stanton, Directeur de la Technologie, Omnetics Connector Corp

Publication: 22 mars

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Petit, léger et ultra-fiable, le connecteur Nano-D est le fer de lance de l’électronique portable durcie...
 

Les circuits d’aujourd’hui sont confrontés à une demande de portabilité accrue, et sont présents dans un large éventail d’applications, allant des moniteurs de fitness jusqu’aux équipements d’exploration aérospatiale. Des puces électroniques sont souvent présentes à l’ultime extrémité de dispositifs robotiques ou prothétiques. Des dispositifs de surveillance sont installés à demeure sur les lampadaires urbains ou à bord de satellites basse altitude pour surveiller les conditions météorologiques. Des détecteurs de position servent à guider des voitures sans conducteur, et nos appareils électroniques domestiques sont connectés au Cloud. Bon nombre des services étendus que nous utilisons sont issus de la conception de nouvelles puces et de technologies informatiques.

Les nouveaux capteurs CCD et les circuits eGaN (enhanced Gallium Nitride, ou nitrure de gallium amélioré) offrent des niveaux de signaux et des fréquences de commutation sensiblement plus élevés, dans des boîtiers plus petits et plus légers, qui fonctionnent à très basse tension et consomment très peu de courant. Les puces silicium existantes continueront à répondre à une grande partie de nos besoins quotidiens, mais on observe aussi que certains anciens capteurs CCD sont progressivement éclipsés par de nouveaux modèles offrant des capacités de traitement beaucoup plus rapides. De nouveaux capteurs CCD haute-sensibilité et rétro-éclairés sont utilisés pour la vision nocturne. Les capteurs photoniques pour équipements LIDAR (Light Detection and Ranging, détection de lumière et mesure de distance) offrent des perspectives totalement nouvelles dans le domaine de la surveillance. Où que l’on regarde, des données haut-débit sont acheminées vers des processeurs et des systèmes Ethernet mobiles.

Ces améliorations de la technologie des puces ont une incidence sur la conception des cartes électroniques et aussi sur celle des connecteurs et des câbles d’interconnexion. Ceci favorise aussi la demande de miniaturisation étant donnés les plus faibles niveaux de tension et de courant. La famille de connecteurs Nano-d s’inscrit parfaitement dans cette nouvelle ère. Les connecteurs Nano-d sont conçus pour fonctionner à des niveaux de spécification militaires, pour garantir une excellente fiabilité et rester opérationnels en mobilité dans des environnements extrêmes. La plupart des connecteurs Nano-d ont plutôt évolué directement à partir des anciens Micro-d, et suivent des spécifications similaires. Les nano-connecteurs, plus petits et de qualité supérieure, font souvent appel à des "broches à ressort à douille pleine" en cuivre béryllium-béryllium 17.200 ksi (environ 120 MPa), pour garantir l’intégrité du signal pendant l’utilisation. Lorsque la fréquence augmente, la longueur d’onde de chaque signal est plus courte et, aux tensions les plus faibles, les vibrations et le bruit présents dans le circuit peuvent perturber le signal. La résistance du connecteur Nano-d est maintenue entre 12 et 15 milliohms avec une capacité de 2,0 pF à 2,4 pF. Comme la plupart des circuits présentent un faible courant et une tension basse, cela convient parfaitement. Avec la croissance des débits, le couplage capacitif doit aussi être contrôlé en ajustant l’espacement des isolateurs des nano-connecteurs pour répondre aux besoins spécifiques de l’application. La technologie des câbles à faible asymétrie évolue également pour adapter la performance du câble aux besoins des interconnexions à commutation et débit plus élevés.

Les connecteurs Nano-d ont également gagné en popularité avec le formidable essor des satellites cubes et des mini-satellites pour le spatial. De très nombreux mini-satellites sont lancés sur orbites contrôlées. Ils sont maintenus à une altitude constante lorsqu’ils gravitent en orbite, pour rester pointés vers la terre et communiquer entre eux. Ces satellites utilisent des cartes électroniques standardisées, empilées et interconnectées électriquement. Les connecteurs Nano-d sont très souvent choisis pour leur format et leur taille. Ils font appel à des matériaux à faible dégazage, spécialement testés par la NASA. Des vis de rétention sont présentes, pour maintenir l’accouplement à long terme pendant la durée de vie en orbite. Des faisceaux de câbles sur mesure ou des circuits flexibles acheminent les signaux des cartes électroniques vers des connecteurs au sein de l’ensemble.

La technologie des radars plans à déphasage, des radars à émission photonique et des systèmes LIDAR, évolue rapidement. Les radars plans à déphasage existants utilisent plusieurs sources d’émission pour diriger le faisceau du signal pulsé. Le signal retour produit une petite image très précise, au lieu de la grande image circulaire que nous avions l’habitude de voir auparavant. Pour parvenir à cela, ce type de radar utilise une matrice de sources d’émission adjacentes et déphasées les unes par rapport aux autres. Cela nécessite de nombreuses connexions entre le bord de la carte d’émission radar et le circuit du faisceau focalisé. De petits connecteurs Nano-d durcis sont souvent présents sur le bord des cartes électroniques, comme sur l’image ci-jointe. Les systèmes de surveillance LIDAR utilisent des interconnexions similaires pour déclencher le REMPI (Resonance-Enhanced Multi-Phase Ionization, ou ionisation multi-phase renforcée par résonance), dans la zone balayée. Un exemple de l’un des points forts de cette technologie est de pouvoir réaliser des études de champs pétroliers à partir d’avions de surveillance ou de satellites, pour effectuer la cartographie et réduire les coût et les risques associés à l’exploration pétrolière. L’ionisation REMPI utilise un laser accordable structuré en fréquence, qui génère un faisceau de plasma. Un câble avec un assez grand nombre de broches sert à régler et à maintenir la mise au point du faisceau. En outre, les nouveaux systèmes "Photo-Emission Radar" (parfois appelés radars à photons), nécessitent des connecteurs similaires avec des nombres de broches très élevés. Pour faciliter la détection des aéronefs furtifs, les nouveaux radars à photons utilisent des points d’émission multiples pour accrocher et suivre des cibles en mouvement rapide

Les connecteurs Nano-d, définis par la norme Mil-DTL 32139, illustrent bien les performances que l’on peut attendre d’un connecteur miniaturisé. Avec un pas de 0,635 mm (0,025 pouce), ces connecteurs n’occupent qu’un quart du volume et pèsent 80% moins lourd que les connecteurs micro D Mil-DTL-83513 qu’ils remplacent. Les capots métalliques des connecteurs Nano-d sont fabriquées en alliage d’aluminium 6061 nickelées selon la spécification AMS-C-26074. Les isolateurs sont moulés en LCP selon Mil-M-24519, à partir de Ticona E-130i, qui offre d’excellentes propriétés thermiques de -50°C à plus de 200°C. Les connecteurs pour l’aéronautique n’utilisent que des polymères à faible dégazage, mais font aussi appel à des fils et câbles isolés en PTFE, certifiés Mil.-16878/4200°C. (Les spécifications détaillées des matériaux sont disponibles sur demande). Le câblage est raccordé aux broches mâles et femelles par sertissage haute-pression, ce qui évite les problèmes de fils soudés dépassant à l’arrière du connecteur. Si nécessaire, des assemblages 100% conformes aux spécifications RoHS sont également disponibles. Il existe aussi des connecteurs Nano à signaux mixtes, avec des sections séparées pour l’alimentation et pour les signaux à l’intérieur d’un même boîtier de connecteur. Cela permet de réduire le nombre de câbles nécessaires pour connecter un instrument.

Les dispositifs de traitement rapide de signaux numériques sont de plus en plus portables et contribuent à la demande de câbles et de connecteurs à la fois miniatures et légers. Les applications robustes et respectueuses de l’environnement conviennent bien à la famille de connecteurs Nano-d. Lors de la spécification, le débit signal permis par le câble et les formats sont bien adaptés aux connecteurs ultra-miniatures Nano-d. Les modèles disponibles comprennent des câbles IEEE 1394 FireWire, et vont jusqu’aux formats USB 3.1 et au câblage CAT-6a. Bon nombre de ces formats prennent en charge un large éventail de nouvelles conceptions allant des circuits utilisés dans les petits véhicules militaires sans pilote, jusqu’à l’équipement porté par les soldats sur le champ de bataille. Les liaisons série haut-débit peuvent aussi être prises en charge par des câbles de plus petite taille et des connecteurs Nano durcis. Cela comprend aussi les liaisons USB 3.1, PCI Express 2.0/3.0, HDMI et autres, jusqu’à Ethernet 10 Gigabits. Des conceptions de câbles spéciales sont parfois nécessaires pour gérer la gigue induite par le bruit et la diaphonie provenant des autres câbles. Le blindage entre circuits est souvent utilisé en combinaison avec des fils spéciaux pour évacuer le bruit. La protection contre les cyber-intrusions et l’isolement du signal peuvent être assurés grâce à des connecteurs métalliques Nano-d à coques arrière spéciales, scellées au blindage du câble.

L’industrie des connecteurs Nano-d va continuer de croître et de se développer, avec un certain nombre de variantes pour répondre aux besoin d’applications spéciales. Leur taille permet d’accepter des fils à isolant PTFE jusqu’à la jauge 30 (0,05 mm2), et convient à de nombreuses technologies émergentes qui utilisent moins d’un ampère. Des câbles courts continueront d’être utilisés pour relier les cartes électroniques et les modules entre eux, et ces câbles ont besoin de connecteurs. La connexion entre la coque métallique et le blindage du câble fournit une protection supplémentaire contre le piratage et le brouillage des signaux, etc. Les isolateurs spéciaux continueront d’évoluer pour gérer des combinaisons de puissance et de signal, ou même de radiofréquence, dans un même connecteur. Des ports à fibre optique haut-débit sont désormais ajoutés aux connecteurs Nano-d pour certaines applications spéciales et s’intègrent bien dans les prochaines évolutions de nos systèmes d’énergie photonique. Observez l’industrie des puces et du haut-débit, et vous verrez se développer les applications de connecteurs Nano-d.

http://www.omnetics.com/

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