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Comment construire une meilleure électronique avec des câbles et des connecteurs



Les véhicules autonomes et l’électronique d’infodivertissement nécessitent une sélection minutieuse de câbles et de connecteurs optimaux.

Les systèmes d’infodivertissement embarqués (IVI) automobiles d’aujourd’hui sont une merveille à voir. Certains experts les ont décrits comme des smartphones sur roues car ils contiennent des fonctionnalités similaires telles que des écrans tactiles haute définition, une commande vocale et une réponse, un fonctionnement mains libres, une navigation GPS, une connectivité sans fil, des connecteurs haute vitesse, etc.

Pour permettre toutes ces merveilles, les automobiles sont désormais pleines de puces électroniques et de systèmes au niveau de la carte communiquant via des réseaux et des bus à grande vitesse. Malheureusement, de nombreux concepteurs de ces systèmes – que ce soit pour l’infodivertissement ou un certain niveau de conduite autonome – oublient l’importance cruciale de la sélection et de la mise en œuvre des connecteurs et des câbles optimaux. Chacun des nombreux systèmes électroniques a son propre connecteur et les exigences de câblage associées.

Les véhicules modernes se composent de centaines de capteurs sophistiqués, de circuits de conditionnement de signaux, de processeurs et d’autres appareils électroniques qui sont tous connectés avec des câbles, des fils et des harnais. Chacune de ces connexions nécessitait le bon type de connecteurs pour répondre aux exigences de bande passante de données et de signaux haut débit tout en consommant le moins d’énergie possible. Une petite taille et la capacité de résister à des environnements automobiles difficiles sont également nécessaires.

Le sous-système d’infodivertissement offre un bon exemple de la complexité de la sélection et de la mise en œuvre du connecteur optimal pour une variété de câbles. Considérons le cas de FFC (Flexible Flat Cable) et FPC (Flexible Printed Circuit) – où les composants sont construits sur un matériau de câble flexible. Les deux font référence à une variété de types de câbles électriques plats extrêmement minces qui sont la base des boîtiers électroniques à haute densité tels que les ordinateurs portables et les téléphones portables.

D’autres types de câblage et de connecteurs sont nécessaires pour les signaux RF, USB, différentiels basse tension (LVDS), les faisceaux de câbles généraux et les câbles coaxiaux.

Sur la partie entrée/sortie de l’infodivertissement, les modules sont une variété de combinaisons de connecteurs et de câbles. Par exemple, les connecteurs de données haute vitesse (HSD) sont utilisés pour les modules d’infodivertissement du véhicule ainsi que pour les caméras, les ports grand public et les unités d’affichage. Ces connecteurs peuvent être utilisés en combinaison avec les protocoles LVDS 1 et 4 canaux, IEEE 1394, eMOST et USB 2.0.

Les connecteurs d’entrée/sortie (E/S) courants pour les systèmes d’infodivertissement incluent HSD, FAKRA, USB Micro B, USB Mini B, HDMI, câble hybride et même câble à fibre optique.

Pour en savoir plus sur la création de meilleurs produits en sélectionnant les connecteurs et câbles automobiles optimaux, Design News a contacté Gary Manchester, directeur des technologies avancées et du développement du marché chez Molex. Ce qui suit est une version modifiée de cette discussion.

Design News : Pourquoi y a-t-il une tendance vers les connecteurs et câbles haute vitesse dans l’électronique automobile d’aujourd’hui ?

Gary Manchester : Alors que les voitures commencent à implémenter davantage d’applications ADAS, le besoin de données et d’analyse de données augmente rapidement. De plus, à mesure que les voitures deviendront plus automatisées, la demande pour davantage de fonctions d’infodivertissement augmentera. Après tout, les conducteurs et les passagers seront moins concernés par la tâche de conduire réellement le véhicule. L’augmentation des fonctionnalités d’infodivertissement entraînera également une augmentation du trafic de données sur les réseaux de voiture internes et externes. Les canaux à plus grande vitesse et le besoin qui en résulte de connecteurs et de câbles à grande vitesse seront en outre déterminés par les réglementations de sécurité, les exigences de sécurité et les exigences de la 5G.

Design News : Quelles sont quelques applications automobiles spécifiques qui nécessitent différents types de connecteurs haute vitesse.

Gary Manchester : Les applications pilotées par le sérialiseur/désérialiseur à grande vitesse (SerDes) continuent de gagner en popularité. SerDes est une paire de blocs fonctionnels couramment utilisés dans les techniques de communication à haut débit pour compenser les câbles et capacités d’entrée et de sortie limités.

Les applications SerDes sont utilisées pour les caméras, les fusions de capteurs, les écrans, les unités de contrôle de transmission (TCU) et les unités de contrôle de moteur (ECU) qui effectuent l’agrégation de données. Molex constate une demande pour des interfaces multi-gig jusqu’à 15 Gbs. De plus, nous prévoyons des architectures de voiture à court terme de 25 Go ou plus. Aujourd’hui, les organisations standard qui répondent à ces besoins de connecteurs et de câblage haute vitesse incluent l’IEEE, l’ASA, le MIPI et le VESA. Les technologies propriétaires incluent FPD Link et GMSL.

Design News : Quels conseils pouvez-vous partager avec les ingénieurs et les développeurs de produits sur la meilleure façon d’inclure des connecteurs et des câbles dans leurs conceptions ?

Gary Manchester : Voici trois étapes qui vous aideront :

1) Lors de la sélection de la technologie d’interconnexion optimale, faites particulièrement attention à l’évolutivité. Il ne fait aucun doute que des augmentations de la bande passante seront nécessaires à l’avenir. En outre, les ingénieurs et les développeurs de produits doivent planifier pour répondre à ces augmentations de la bande passante et des besoins en données avec peu ou pas d’impact sur les coûts.

2) Lorsque vous cherchez à décider quels câbles satisfont à diverses applications, ne cherchez pas la « taille unique ». Par exemple, juste parce qu’une norme dit que vous devez prendre en charge 15 mètres avec 4 connexions en ligne, ne spécifiez pas ce câble pour les centaines de liens qui n’auront pas besoin de connexions en ligne et qui ont parcouru moins de 15 mètres. Assurez-vous que chaque connecteur et paire de câbles répondent aux besoins du moment.

3) Enfin, faites participer votre fournisseur de connecteurs à la discussion de sélection dès le début du processus de conception du produit. Des millions de dollars sont dépensés pour résoudre les problèmes de performances des canaux en raison de problèmes d’intégrité du signal (SI) ou d’interférences électromagnétiques (EMI) qui ne sont reconnus que tard dans le processus de développement du produit.

Nouvelles de la conception : Merci, Gary. Je voudrais ajouter quelques remarques de clarification liées à l’image utile ci-dessous. Il est important pour les concepteurs de comprendre que divers fournisseurs utilisent une nomenclature différente pour décrire leurs bus série à grande vitesse. Par exemple, Molex prend en charge les données haute vitesse pour l’automobile avec un connecteur blindé à 5 broches appelé HSAutoLink. Ce bus de données est également appelé USCAR USB et répond aux exigences automobiles pour Universal Serial Bus (USB) 2.0.

Le fournisseur de connecteurs fournit également une connectivité dans cette famille pour la signalisation différentielle basse tension (LVDS), IEEE 1394 pour l’automobile, FlexRay (ISO 10681-1:2010), Ethernet et MOST. FlexRay, maintenant ISO 10681, a été développé par un consortium d’entreprises automobiles pour fournir un bus plus rapide que le bus CAN traditionnel utilisé dans l’automobile. L’ensemble emballé déploie un système de connecteur blindé à cinq broches économique du marché grand public qui a été renforcé pour répondre aux exigences mécaniques des constructeurs automobiles et pour intégrer l’USB et d’autres technologies aux systèmes d’information et de divertissement des véhicules.

Enfin, les antennes et amplificateurs à l’extérieur du véhicule sont connectés via un câble coaxial à l’aide de connecteurs compatibles FAKRA (Fachkreis Automobil, à l’origine une norme allemande, ce qui signifie littéralement « Automobile Expert Group »). Ces connecteurs, basés sur le type de connecteur SubMiniature version B (SMB) (connecteurs RF coaxiaux des années 1960), sont utilisés pour connecter un câble coaxial aux récepteurs/émetteurs-récepteurs situés dans le véhicule pour le GPS, la radio satellite, les communications cellulaires et certains signaux FM. .

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