49) Волоконно-оптические системы межсоединений в эс.
Развитие коммуникационных технологий.
Одним из перспективных вариантов внутриблочного соединения в РЭС является применение многослойной гибкой полиимидной платы.
функциональный узел;
многослойная гибкая полиимидная плата;
шлейф на полиимидной пленке;
многослойная гибкая полиимидная плата внутриблочной коммуникации.
Рис. 9.25 Многослойная гибкая плата.
В данной компоновочной схеме один и тот же конструктивно-технологический вариант (многослойная гибкая полиимидная плата) использован и для внутриячеечного соединения между бескорпусными микросборками, БИС и ЭРЭ, и для внутриблочного соединения функциональных узлов меду собой. Промежуточным звеном коммуникации являются двухуровневые гибкие шлейфы, изготовляемые по той же технологии, что и многослойные гибкие полиимидные платы. Это позволяет из-за унификации конструктивно-технологических решений двух уровней коммутации снизить стоимость и время разработки, использовать вычислительную технику для трассировки.
Значительную проблему представляет размещение в корпусе большого числа контактов. Поэтому разрабатываются соединители с большой плотность соединения контактов. Наиболее распространенными остаются соединители с шагом 2,5 мм. Однако быстро расширяется номенклатура с шагом 1,27 и даже 0,63 мм. Контакты располагаются многорядово, до 5-ти рядов (чаще - трехрядовые).
Увеличение контактов более 100 при нормальном усилии сочленения на 1 контакт 70-140 г приводит к недопустимо большой общей его величине, вызывающей разрушение элнментов конструкции. Решением этой проблемы стало создание соединителей с малым и нулевым усилением сочленения (МУС и НУС). Надежное контактирование в большинстве соединителей с МУС достигается благодаря очистке контактов в результате трения их поверхностей при контактном давлении до 100 г. Другим способом сохранения достаточно большого контактного давления является применение золоченых контактов с графитовой пропиткой или тонкого слоя специальной смазки. Однако смазки собирают пыль и не выдерживают температуры пайки волной. Уменьшение усилия сочленения достигается так же и оптимизацией геометрии контактов.
В соединителях с НУС надежность электрического соединения обеспечивается высоким контактным давлением (порядка 150 г). Нулевое усилие при стыковке и расстыковке обеспечивается специальными ключами и зажимами.
Сейчас появилась тенденция уменьшения золотого покрытия контактов из-за дороговизны и даже исключения пайки как трудоемкого процесса для большого количества контактов. Для упрощения подключения соединителя к гибкому шлейфу распространение получает способ прорезания изоляции контактами разъема, имеющими режущие кромки.
Повышает ремонтопригодность блоков применение внутриблочной коммутации на эластичных соединителях, размещаемых по периферии платы и при сжатии конструкции шпильками обеспечивают электрическую связь между контактными площадками соседних ячеек.
Соединители с контактами-фильтрами эффективно защищают от электромагнитных помех, наводимых по линии питания. Но они дороги и применяются в военной технике.
Следующий шаг к микроминиатюризации коммутационных схем – оптические волноводные линии связи. Построение МЭА в этом случае осуществляется так: обработка происходит как обычно – МСб, БИС, МС, а соединение между ними – оптическими методами. Внутриблочные соединения могут быть целиком выполнены на основе элементов интегральной оптики, а межблочные – многоканальной волоконнно-оптической линией связи.
Элементная база интегральной оптики (волновод, модулятор и ответвитель) уже разработана и технические характеристики изучены. Ее особенностью является совместимость с технологией кремниевых МС. Применение оптических линий связи позволяет кардинально улучшить характеристики линий.
Кабельным сетям присуща низкая технологичность, слабая защищенность от наводок, большая масса, необходимость согласования связей с нагрузками и др. Замена кабелей гибкими шлейфами не устраняет ряда недостатков, характерных для линий большой протяженности. Замена кабелей на волоконно-оптические линии связи приводит к принципиально новому техническому решению – замене носителя сигнала в линии связи. Если в металлических проводах происходит движение электронов, то в стеклянных или полимерных волокнах распространяется световая волна. Это обеспечивает существенное изменение эксплуатационных и конструктивных параметров: выигрыш по массе - в 50…100 раз, по габаритам – в 5…20 раз, увеличение эффективной полосы пропускания до нескольких гигаГерц, высокую помехоустойчивость, высокую пропускную способность (до 500 Мбит/с) и др.
Технические предпосылки для использования волоконно-оптических линий связи имеются: уже возможно изготовление источников и приемников оптического излучения – светодиодных и фотодиодных матриц с малым шагом расположения элементов, есть волоконно-оптические кабели, собранные из единичных оптических волокон с полным диаметром 70…300 мкм.
1- единичное световолокно;
2- фиксирующая оболочка жгута.
Рис. 9.27 Волоконно-оптический кабель.
В качестве источников излучения используются инжекционные диоды с длиной волны излучения в области максимума пропускания оптических волокон и максимума чувствительности кремниевых фотоприемников, т.е. в области 0,8…0,9 мкм. Несмотря на то, что излучение в этой области не воспринимается глазом, на инжекционные излучатели распространяется термин «светодиоды». Светодиоды обладают высокой эффективностью излучения, достигающей 30%, и значительной долговечностью, превышающей 10000 ч. Практически решена проблема изготовления матриц интегрального исполнения с высоким разрешением, и тем самым обеспечена возможность микроминиатюризации передающего блока.
В качестве приемников излучения возможно использование линейных матриц фотодиодов. В качестве усилителя созданы МСб размерами 15x24x0,5 имеющих полосу пропускания 30 МГц.
Волокна на обоих торцах многоканальных оптических кабелей должны быть расположены упорядоченно с шагом, соответствующим шагу светодиодных и фотодиодных матриц, т.к. торцы кабеля должны фиксироваться и совмещаться с выходным изображением блочной платы, а так же с входами блочной платы на другом блоке. Обеспечению этой сложной задачи служат специальные волоконно-оптические соединители. Созданием таких соединителей очень активно занимаются за рубежом и сейчас ожидается значительное увеличение на рынке волоконно-оптической техники.
Волоконно-оптические линии связи имеют и другие преимущества:
широкополостность; -высокое качество передачи, связанное с отсутствием взаимных помех между каналами, высокой помехозащищенностью и помехоустойчивостью; -сокращение состава и габаритов используемой аппаратуры;
отсутствие искрений и угрозы возгорания; -экономия цветных металлов. В сочетании с микроминиатюризацией РЭС волоконно-оптические линии связи обеспечивают компоновку на качественно новом уровне.