Consideraciones de diseño, consejos y técnicas para soluciones de conectores 5G

El despliegue de las redes 5G y sus dispositivos conectados planteará mayores exigencias a las actuales arquitecturas de conectores. Para la fabricación de grandes volúmenes, las inversiones en tecnología de conectores deben equilibrar rendimiento, tamaño y coste para prosperar en el mercado. En el caso de las aplicaciones de gigahercios, la necesidad de aislar las fuentes internas y externas de interferencias electromagnéticas (EMI) supone un reto único para las aplicaciones 5G. Tomemos como ejemplo un teléfono móvil 5G. Contiene varios subsistemas (GPS, Wi-Fi, celular sub-6 GHz y ondas milimétricas 5G) que deben trabajar juntos para reducir a un nivel mucho más bajo los problemas de pérdida de inductancia de la antena y garantizar la interoperabilidad entre los subsistemas. Los subsistemas de ondas milimétricas de un teléfono 5G, diseñados para una radiación eficiente de ondas milimétricas, también deben estar situados muy cerca de núcleos de CPU sensibles y antenas pasivas. Esto puede plantear problemas de compatibilidad electromagnética (CEM). Existen muchas soluciones para mitigar estos problemas. Sin embargo, tienden a ser soluciones mecanizadas por CNC con estructuras coaxiales muy blindadas, más grandes y pesadas. Los dispositivos 5G UE deben superar los límites de la miniaturización y, al mismo tiempo, generar un mayor rendimiento para soportar estos dispositivos de próxima generación. Esta tendencia no muestra signos de ralentización, al igual que el problema de la compatibilidad electromagnética no muestra signos de hacerse más fácil. Los pequeños conectores coaxiales de RF de banda estrecha y cinta, combinados con las soluciones de puesta a tierra de cables y gestión de arneses, representan una gama de soluciones EMI progresivas. Pequeños, blindados y baratos, estos componentes desempeñan un papel clave en la estrategia de conformidad EMI del sistema del ingeniero de producto de éxito. El procedimiento estándar de la industria para el diseño de ingeniería es alcanzar los objetivos de rendimiento; sólo después de que se hayan cumplido los objetivos de rendimiento se puede optimizar el equilibrio entre las limitaciones de tamaño y coste de los componentes. Sin embargo, como las frecuencias siguen aumentando inevitablemente, la supresión y el aislamiento de la EMI se convierten en una "primera consideración" clave al inicio de un proyecto. Afortunadamente, existen soluciones progresivamente eficaces que pueden ayudar a reducir las emisiones de los sistemas EMI a niveles aceptables. Una opción es una versión microstrip de bajo coste de la solución placa a cable (véase la figura 1). Proporciona conexiones coaxiales de RF básicas a la estructura microstrip de la PCB. Algunos diseños de RF pueden aceptar el rendimiento microstrip y ocupar sólo 2 capas metálicas en la PCB, lo que reduce el coste y el grosor de la PCB. Sin embargo, para frecuencias más altas, puede que no sea capaz de suprimir las emisiones EMI lo suficiente como para pasar la conformidad. En los casos en los que las líneas de transmisión microstrip no sean suficientes para cumplir los requisitos de rendimiento EMI, puede ser necesaria una estructura de transmisión stripline de 3 capas. En estos casos, la solución son los conectores de línea de cinta de RF de alto rendimiento y bajo perfil (véase la figura 6). En entornos de alto rendimiento en los que deben emplearse contramedidas EMI adicionales, la adición de un clip de puesta a tierra SMT (véase la Figura 3) puede resultar útil. Se trata de una gran herramienta de bajo coste que puede suprimir en gran medida las emisiones de EMI, reduciendo así aún más el esfuerzo de rediseño del diseño de la PCB. La mejora en la eficacia del apantallamiento asociada a la adición del clip de puesta a tierra de cables SMT puede verse fácilmente comparando la Figura 4 con la Figura 7. Utilizamos la simulación EM 3D Ansys® HFS™ S para examinar más de cerca el rendimiento del apantallamiento en los cuatro casos siguientes:

1:Caso 1-Preselección del rendimiento EMI deseado, línea de transmisión microstrip:

Se construyó un chasis de línea de transmisión microstrip utilizando conectores RF microstrip y se simuló en HFSS. La estructura microstrip permite que la radiación escape de la estructura de onda guiada como se muestra en la Fig. 2.

Figura 1: Sección transversal de microstrip

Figura 2: El conector de línea coaxial de RF en miniatura I-PEX MHF®4L se conecta a una estructura de guía de ondas de microstrip, que tiene características de radiación inherentes, pero aún sufre de rechazo EMI.

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2:Caso 1b - Conector RF microstrip con abrazadera de masa SMT adicional:

Con la adición de la abrazadera de puesta a tierra SMT, la radiación EMI se limita a la zona alrededor del punto de emisión y se reduce significativamente a lo largo de la línea microstrip (véase la figura 4). También debe tenerse en cuenta que, si bien esto no resulta en un blindaje completo, no requiere una capa de puesta a tierra adicional y los costes asociados con la rotación de la placa nueva.

Figura 3: Caso 1b de simulación de EMI, utilizando la pinza de puesta a tierra I-PEX® MP-A SMT para drenar la corriente de interferencia del finísimo apantallamiento del cable coaxial a la capa de puesta a tierra de la placa de circuito impreso.

Figura 4: Simulación de EMI El caso 1b utiliza la pinza de puesta a tierra I-PEX®MP-A SMT para drenar la corriente de interferencia del finísimo apantallamiento del cable coaxial a la capa de tierra de la PCB, limitando así el área de fuga de EMI.

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3:Caso 2 - Se requiere un mayor nivel de rendimiento EMI, lo que requiere líneas de transmisión de cable plano y conectores de cable plano de RF:

Los diseños duraderos y de valor añadido suelen utilizar una estructura de línea de transmisión de cable plano de 3 capas (véase la Figura 5). Por este motivo, se creó una nueva solución para conectores estampados (véase la Figura 7). Los conductores de señal están completamente contenidos dentro de los límites definidos por la capa de tierra a ambos lados de la capa de señal, lo que proporciona un mejor apantallamiento en el diseño de la placa de circuito impreso (véase la Figura 8).

Figura 5: Vista transversal de la línea de bandas (3 capas).

Fig. 6": Conector de línea coaxial de RF I-PEX MHF®7S extremadamente pequeño y cable conectado a la estructura de transmisión de línea de cinta, lo que permite un grado muy pequeño de fuga EMI en la capa superior de tierra de la placa de circuito impreso.

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4:Caso 2b - Los cables de transmisión por cinta y los conectores de RF por cinta con clip de masa SMT adicional proporcionan un mayor grado de supresión de interferencias electromagnéticas:

Para los sistemas extremadamente sensibles que requieren un mayor rechazo de blindaje EMI, la adición de clips de puesta a tierra SMT mejora aún más el rendimiento de los cables planos blindados de RF a pequeños conectores de cable coaxial de RF (véase la Figura 7).

Figura 7: Además de los clips de puesta a tierra SMT, los conectores RF bloqueables de cable plano permiten mayores niveles de mitigación de EMI.

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5:Conclusión:

La mejora continua de la eficacia del apantallamiento EMI puede lograrse mediante el uso de: 1. miniconectores de cable coaxial RF de microstrip (véase la figura 2) 2. miniconectores de cable coaxial RF de microstrip + pinzas de puesta a tierra de cable SMT (véase la figura 4) 3. miniconectores de cable coaxial RF de cinta (véase la figura 6) 4. miniconectores de cable coaxial RF de cinta + pinzas de puesta a tierra de cable SMT (véase la figura 7) Con el auge de los dispositivos 5G, vemos la creciente presión sobre el rendimiento de la tecnología de conectores. La posición de nicho de las soluciones de conectores estampados se ha convertido en un reto planteado por el 5G: rendimiento, espacio y coste. El desarrollo de esta tecnología inspirará las nuevas soluciones que surjan del 5G ahora y en un futuro previsible.

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6. Una breve descripción de la empresa y de los productos que vende:

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