Nos últimos anos, o design de sistemas de RF/microwave de alta qualidade passou por uma transformação significativa graças a quatro avanços cruciais:
- O surgimento de RFICs e MMICs (circuitos integrados de micro-ondas monolíticos).
- O aprimoramento da automação de design por meio de software EDA.
- O aumento da disponibilidade de antenas avançadas.
- O desenvolvimento de conectores de RF/microwave e dados superiores.
Na vanguarda desses conectores de RF/microwave de ponta estão os dispositivos especificados pelo VITA OpenVPX, que se mostraram inestimáveis em uma ampla gama de aplicações militares e industriais, abrindo caminho para sistemas de comunicação mais eficientes e inovadores.
Arquitetura SOSA
O importante padrão de Arquitetura de Sistemas Abertos de Sensores (SOSA) aproveita o padrão OpenVPX para definir perfis de cartões com especificações para recursos como disposição de pinos, capacidades de rede e interfaces seriais. A Arquitetura de Referência SOSA é especificamente destinada a apoiar o desenvolvimento de sistemas de Comando, Controle, Comunicações, Computadores, Inteligência, Vigilância, Reconhecimento e Rastreamento (C4ISRT) do Departamento de Defesa dos EUA, mas é muito útil em muitas outras aplicações.
A especificação VPX (VITA 46) foi ratificada em 2007 como a próxima geração da placa-mãe VME. Em seguida, em 2009, a VITA introduziu o OpenVPX (VITA 65) para abordar questões de interoperabilidade. Isso trouxe perfis para que as placas de um fabricante sempre pudessem se comunicar com as de outro em uma configuração específica de placa-mãe/estante. O OpenVPX definiu diferentes “planos” na especificação (plano de controle, plano de dados, plano de expansão, plano de gerenciamento e plano de utilidade) que agrupavam outros sinais/funções. Em seguida, definiu os tipos de sinal em classes de “pipe”, que incluem pipe ultrafino (x1), pipe fino (x2), pipe largo (x4) e pipe duplo largo (x8) como grupos principais, além de mais alguns.
Os requisitos SOSA para módulos de 3U e 6U fazem extensa referência aos padrões VITA VPX. No entanto, o SOSA restringe os perfis bons de slots primários VPX a um conjunto relativamente pequeno de três perfis 6U e seis perfis 3U.
Enquanto isso, o padrão completo VITA 65 OpenVPX fornece dezenas de perfis de slots VPX de 6U e 3U com pinos definidos pelo usuário e, portanto, sistemas com placas-mãe exclusivas projetadas para serem usadas com módulos específicos. O SOSA limita essa individualidade.
O padrão SOSA também reconhece a necessidade de excelentes métodos de resfriamento para acomodar o crescimento de energia e atender às futuras necessidades de processamento. O SOSA definiu um passo de slot de 1,00″ para módulos resfriados por condução e líquido para acomodar vários métodos de resfriamento e um passo de 1,5″ para fluxo de ar através de módulos.
Embora a abordagem SOSA estabeleça diretrizes para aplicações militares em comando e controle, comunicações, computadores, guerra cibernética, inteligência, vigilância e reconhecimento (C5ISR), muitas aplicações de sistemas civis/comerciais podem se beneficiar dessa filosofia de projeto. Projetos de controle de aeronaves e ferrovias são usuários certos, e sistemas de controle industrial em fábricas também se beneficiarão.
Conectores de Micro-ondas
Primeiro, vamos dar uma olhada nos quatro “S” dos conectores de micro-ondas:
- SOSA – Arquitetura de Sistemas Abertos de Sensor
- SMP – conectores coaxiais RF plug-in em miniatura de 50W para aplicações de até 40GHz, com conexão fácil por pressão
- SMPM – uma interface coaxial de 50W menor com faixa de frequência de DC a 65GHz (Figura 1)
- SMPS – conectores coaxiais de 50W ainda menores com frequência máxima de 65 GHz ou 100GHz. Esses conectores são 45% menores que os conectores SMP e 30% menores que os SMPM.
A série de conectores mais compacta requer menos de 2mm x 2mm de espaço na placa de circuito impresso (PCI). Os tipos de conectores maiores são projetados para atender a necessidades de alta potência, como a infraestrutura sem fio 5G. Como exemplo, os tamanhos dos módulos coaxiais quádruplos para um backplane variam desde o módulo SMP com 0,890″ de largura até o SMPM com 0,668″ e o SMPS com 0,470” (Figura 2).
A Tabela 1 mostra as especificações básicas dos conectores coaxiais RF plug-in miniatura de 50 W da série SM.
Todos os três conectores oferecem uma Razão de Onda Estacionária de Tensão (VSWR) (2MHz a 40GHz) de no máximo 1,5:1 e perda de inserção de 0,12 (conforme visto na Tabela 1). Eles são classificados para operação de -65°C a +165°C e permitem um desalinhamento radial de até 3° e um desalinhamento axial de no máximo 0,010”.
Por exemplo, os interconectores coaxiais VITA 67 da Amphenol oferecem uma solução com cabo robusta, resistente e de alta velocidade (Figura 3). Duas especificações estão disponíveis: VITA 67.1 com configuração SMPM de 3U e 4 portas e VITA 67.2 com configuração SMPM de 6U e 8 portas. Os contatos coaxiais SMPM flutuantes garantem excelente desempenho de RF em qualquer condição de acoplamento.
Essas peças também são projetadas para implementação lado a lado com hardware de conector de dados de alta velocidade VITA 46 (Figura 4) e podem ser conectadas a tipos de cabos coaxiais com diâmetro de .086″ ou menor (Figura 5). O engenheiro de projeto também pode escolher uma configuração direta na PCB, em vez de uma com cabo.
Conclusão
Os avanços nos sistemas RF/microwave têm se tornado mais acessíveis devido a desenvolvimentos cruciais, como RFICs/MMICs, software EDA melhorado, disponibilidade de antenas avançadas e conectores RF/microwave e de dados superiores. Dispositivos especificados pelo padrão VITA OpenVPX e a arquitetura SOSA desempenham um papel vital ao fornecer soluções padronizadas para aplicações militares, industriais e civis. O padrão SOSA oferece excelentes métodos de resfriamento e promove a interoperabilidade, garantindo projetos preparados para o futuro e eficientes. A variedade de conectores de micro-ondas, incluindo SMP, SMPM e SMPS, oferece capacidades variadas para atender a diversos requisitos de aplicação.
À medida que a demanda por conexões RF/microwave de qualidade continua a crescer em aplicações militares, SATcom e sem fio 5G/6G, empresas como a Amphenol estão fornecendo uma ampla gama de produtos confiáveis e de alto desempenho. Esses desenvolvimentos inovadores têm o potencial de impactar significativamente várias indústrias, incluindo IoT, satélite, redes, aeroespacial, controle de aeronaves e trens e telecomunicações.
Artigo escrito por Jim Harrison e publicado no blog da Mouser Electronics: New RF Connectors Advance Embedded Systems
Traduzido pela Equipe Embarcados. Visite a página da Mouser Electronics no Embarcados
