Considerações, dicas e técnicas de design para soluções de conectores 5G

A implantação de redes 5G e seus dispositivos conectados colocará maiores demandas nas arquiteturas de conectores atuais. Para a fabricação de alto volume, os investimentos em tecnologia de conectores devem equilibrar desempenho, tamanho e custo para prosperar no mercado. Para aplicações de gigahertz, a necessidade de isolar fontes internas e externas de interferência electromagnética (EMI) representa um desafio único para as aplicações 5G. Tomemos como exemplo um telemóvel 5G. Os subsistemas de ondas milimétricas de um telemóvel 5G, concebidos para uma radiação eficiente de ondas milimétricas, também têm de estar localizados nas proximidades de núcleos de CPU sensíveis e antenas passivas. Isto pode levar a problemas de compatibilidade electromagnética (CEM). Existem muitas soluções disponíveis para mitigar estes problemas. No entanto, estas tendem a ser soluções maquinadas por CNC com estruturas coaxiais maiores e mais pesadas altamente blindadas. Os dispositivos 5G para utilização pelo consumidor têm de equilibrar cuidadosamente o desempenho, o tamanho e o custo. Os dispositivos 5G UE têm de ultrapassar os limites da miniaturização, gerando simultaneamente um maior desempenho para suportar estes dispositivos da próxima geração. Esta tendência não mostra sinais de abrandamento, tal como o problema da compatibilidade electromagnética não mostra sinais de se tornar mais fácil. Os pequenos conectores coaxiais de RF com fio de fita e microfita, combinados com soluções de aterramento de cabos e gerenciamento de chicotes, representam uma gama de soluções progressivas de EMI. Pequenos, blindados e económicos, estes componentes desempenham um papel fundamental na estratégia de conformidade EMI do sistema do engenheiro de produto bem sucedido. O procedimento padrão da indústria para a conceção de engenharia consiste em atingir objectivos de desempenho; só depois de os objectivos de desempenho terem sido atingidos é que se pode otimizar o equilíbrio entre as restrições de tamanho e custo dos componentes. No entanto, como as frequências continuam a aumentar inevitavelmente, a supressão e o isolamento da EMI tornam-se uma "primeira consideração" fundamental no início de um projeto. Felizmente, existem soluções incrementalmente eficazes que podem ajudar a reduzir as emissões do sistema EMI para níveis aceitáveis. Uma opção de componente é uma versão microstrip de baixo custo da solução board-to-wire (ver Figura 1). Fornece ligações coaxiais de RF básicas à estrutura de microfita da PCB. Alguns projectos de RF podem aceitar o desempenho de microstrip e ocupar apenas 2 camadas de metal na PCB, reduzindo o custo e a espessura da PCB. No entanto, para frequências mais elevadas, pode não ser capaz de suprimir suficientemente as emissões de EMI para passar a conformidade. Nos casos em que as linhas de transmissão microstrip são insuficientes para cumprir os requisitos de desempenho EMI, pode ser necessária uma estrutura de transmissão stripline de 3 camadas. Nesses casos, os conectores de linha de fita RF de baixo recuo e alto desempenho (ver Figura 6) são a solução. Em ambientes de alto desempenho onde é necessário empregar contramedidas EMI adicionais, a adição de um clipe de aterramento SMT (consulte a Figura 3) pode ser útil. Trata-se de uma óptima ferramenta de baixo custo que pode suprimir grandemente as emissões de EMI, reduzindo assim ainda mais o esforço de redesenho da disposição da PCB. A melhoria da eficácia da blindagem associada à adição do clipe de ligação à terra do cabo SMT pode ser facilmente observada comparando a Figura 4 com a Figura 7. Utilizámos a simulação EM 3D do Ansys® HFS™ S para examinar mais de perto o desempenho da blindagem nos quatro casos seguintes:

1:Caso 1 - Desempenho EMI desejado predefinido, linha de transmissão microstrip:

Foi construído um chassis de linha de transmissão microstrip utilizando conectores RF microstrip e simulado no HFSS. A estrutura microstrip permite que a radiação escape da estrutura de onda guiada, como mostra a Fig. 2.

Figura 1: Secção transversal de microfita

Figura 2: O conetor de linha coaxial de RF miniatura I-PEX MHF®4L conecta-se a uma estrutura de guia de onda de microfita, que tem caraterísticas de radiação inerentes, mas ainda sofre de rejeição de EMI.

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2:Caso 1b - Conector RF microstrip com pinça de terra SMT adicional:

Com a adição do grampo de aterramento SMT, a radiação EMI é confinada à área em torno do ponto de emissão e é significativamente reduzida ao longo do comprimento da linha de microfita (ver Figura 4). Também deve ser observado que, embora isso não resulte em blindagem completa, não requer uma camada de aterramento adicional e os custos associados à nova rotação da placa.

Figura 3: Caso de simulação EMI 1b, usando o clipe de aterramento SMT I-PEX® MP-A para drenar a corrente de interferência da blindagem muito fina do cabo coaxial para a camada de aterramento da placa de circuito impresso.

Figura 4: O caso 1b de simulação EMI utiliza o clipe de aterramento SMT I-PEX®MP-A para drenar a corrente de interferência da blindagem muito fina do cabo coaxial para a camada de aterramento da PCB, limitando assim a área de fuga EMI.

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3:Caso 2 - É necessário um nível mais elevado de desempenho EMI, exigindo linhas de transmissão de cabo de fita e conectores de cabo de fita RF:

Os projectos duradouros e de valor acrescentado utilizam normalmente uma estrutura de linha de transmissão de fio de fita de 3 camadas (ver Figura 5). Por este motivo, foi criada uma nova solução para conectores estampados (ver Figura 7). Os condutores de sinal estão completamente contidos dentro dos limites definidos pela camada de terra em ambos os lados da camada de sinal, o que proporciona uma melhor blindagem no design da PCB (ver Figura 8).

Figura 5: Vista em corte transversal da linha de bandas (3 camadas).

Fig. 6": Conector de linha coaxial de RF I-PEX MHF®7S extremamente pequeno e cabo ligado à estrutura de transmissão da linha de fita, permitindo um grau muito pequeno de fuga EMI na camada superior de terra da placa de circuito impresso.

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4:Caso 2b - Cabos de transmissão de cabo de fita e conectores de cabo de fita RF com clipe de terra SMT extra proporcionam maior grau de supressão de EMI:

Para sistemas extremamente sensíveis que requerem uma maior rejeição de blindagem EMI, a adição de clipes de ligação à terra SMT melhora ainda mais o desempenho dos cabos de fita blindados RF para pequenos conectores de cabos coaxiais RF (ver Figura 7).

Figura 7: Para além dos clipes de ligação à terra SMT, os conectores bloqueáveis RF com fio de fita permitem níveis mais elevados de atenuação de EMI.

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5:Conclusão:

A melhoria contínua da eficácia da blindagem EMI pode ser alcançada através da utilização de: 1. mini conectores de cabo coaxial RF de microfita (ver Figura 2) 2. mini conectores de cabo coaxial RF de microfita + clipes de aterramento de cabo SMT (ver Figura 4) 3. mini conectores de cabo coaxial RF de fita (ver Figura 6) 4. mini conectores de cabo coaxial RF de fita + clipes de aterramento de cabo SMT (ver Figura 7) Com o surgimento de dispositivos 5G, vemos a crescente pressão sobre o desempenho da tecnologia de conectores. A posição de nicho das soluções de conectores estampados tornou-se um desafio colocado pelo 5G: desempenho, espaço e custo. O desenvolvimento desta tecnologia irá inspirar novas soluções que emergem do 5G agora e no futuro previsível.

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6) Uma breve descrição da empresa e dos produtos que comercializa:

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