Factores técnicos en la conectividad placa a placa
Una solución ideal para aumentar la densidad general de un sistema es dividir un sistema de control complejo en diferentes placas de circuito impreso. Sin embargo, los ingenieros deben tener en cuenta varios factores técnicos al adoptar esta metodología. Actualmente, muchos sistemas de control repletos de funciones se basan en el uso de SoC y procesadores de alta computación, como GPU y unidades de procesamiento neuronal (NPU). Estos dispositivos de altas prestaciones logran un nivel de procesamiento espectacular y suelen comunicarse con memorias rápidas, transceptores ópticos y sensores de visión.
Para trabajar con estos procesadores de alto rendimiento, es necesario diseñar con mucha precisión y detalle los circuitos impresos. El diseño de los carriles de alimentación, las líneas de datos de alta velocidad, las entradas de los sensores analógicos y los CI de conversión de datos requiere una atención especializada. La separación entre las pistas analógicas de tensión ultrabaja y las líneas de datos con ruido eléctrico, así como la colocación de condensadores de desacoplamiento cerca de las cargas, son problemas comunes para los ingenieros de diseño de circuitos impresos.
Sin embargo, la incorporación de circuitos impresos independientes y de los conectores asociados en el diseño le añade complejidad a la placa. A fin de escoger los conectores placa a placa adecuados, es necesario hacer un análisis detallado, teniendo en cuenta, por ejemplo, los siguientes factores.
Características CEM/IEM del conector: las líneas de datos de alta velocidad pueden crear niveles considerables de ruido de alta frecuencia y generar una importante interferencia electromagnética (IEM) desde las pistas del circuito impreso y las bornas de los conectores. Esta IEM puede interferir con las señales en los pines de conectores cercanos, lo que generaría errores en el sistema. El uso de conectores con apantallamiento y la división del diseño interno del conector para incorporar pines de conexión a tierra contribuye a minimizar el impacto de la IEM. Del mismo modo, las señales analógicas más sensibles y las líneas de datos digitales de banda ancha pueden verse afectadas por la IEM, así que es esencial disponer de medidas de conformidad electromagnética (CEM) para mantener la integridad de la señal.
- Pérdida por inserción del conector: otra característica de los conectores que es especialmente importante en la transmisión de datos de alta frecuencia es la pérdida por inserción. Este parámetro determina la atenuación que experimenta una señal cuando pasa a través de todo el conector. La geometría de este, los materiales y el diseño del pin tienen un efecto en la pérdida, que normalmente aumenta con la frecuencia. La pérdida por inserción se mide en dB; un pérdida de -3 dB equivale a una atenuación de la señal del 70 %.
- Diafonía pin a pin del conector: las características de diafonía de un conector indican la transferencia de señales de un pin a otros pines cercanos. La diafonía se mide en dB y puede ocurrir a ambos extremos del enlace del conector: el extremo NEXT (transmisor) y el extremo FEXT (receptor). La separación adecuada entre contactos y el uso de pines de conexión a tierra entre ellos contribuye a minimizar el efecto de la diafonía.
- Características de impedancia del conector: la adaptación de impedancia de cualquier conexión de datos de alta velocidad es esencial para mantener la integridad de la señal y la calidad del servicio. Las redes de datos por cable, como Ethernet, utilizan dos pares distintos de señales y necesitan una impedancia de línea de 100 ohmios. La impedancia depende de la frecuencia y, si difiere de lo que indican las especificaciones, se generarán reflejos de señal y, en consecuencia, una pérdida de la integridad del enlace.
