La precisione incontra
le prestazioni -
Una soluzione di test innovativa per il collaudo delle applicazioni 6G

Le applicazioni 5G e 6G pongono nuove sfide alla connettività interna e al suo collaudo. Con le serie HFS-511 e HFS-556, nella gamma di prodotti INGUN sono disponibili contatti a molla RF in grado di testare connettori board-to-board (B2B) a segnale misto nell’ambito della produzione in serie, in modo automatico e con precisione ripetibile.

Cosa verrà dopo il 5G?

Sebbene il nuovo standard di telecomunicazione 5G non sia ancora stato completamente introdotto in tutti i Paesi, gli scienziati stanno già lavorando al suo successore: il 6G. Se l'obiettivo del 5G è quello di aumentare drasticamente la larghezza di banda disponibile per gli utenti finali sui dispositivi mobili, ad esempio per consentire a molti utenti contemporaneamente lo streaming video con risoluzione 4k o addirittura 8k, occorre allo stesso tempo realizzare il collegamento alla rete trilioni di dispositivi connessi. Si tratta, ad esempio, di sensori che trasmettono i dati misurati in modalità wireless, cosa che richiede solitamente una bassa velocità di trasmissione dei dati. Questo fenomeno viene anche definito come Internet delle cose, in breve IoT (Internet of Things). La terza e ultima area di applicazione del 5G è quella di consentire la comunicazione in tempo reale, quindi con le latenze più basse possibili. Ciò risulta necessario anche per rendere possibili applicazioni particolarmente critiche per la sicurezza, come la guida autonoma o le operazioni condotte a distanza.

 Ma cosa ci offrirà il futuro, e con esso il nuovo standard di telefonia mobile 6G? Oltre ad ampliare i casi d'uso già previsti per il 5G (maggiore larghezza di banda, un numero ancora maggiore di dispositivi connessi e latenze ancora più ridotte), il 6G mira soprattutto a fondere ulteriormente il mondo reale con quello virtuale, ampliandolo con applicazioni come la truly immersive extended reality, in breve XR, e gli ologrammi ad alta fedeltà.

A differenza dello standard di radiocomunicazione mobile 4G, che ha portato con sé l'introduzione dell'LTE e delle relative frequenze fino a un massimo di 6 GHz, le applicazioni in 5G e 6G richiedono gamme di frequenza più ampie fino a raggiungere la mmWave. Ciò richiede tuttavia che la comunicazione avvenga in modo diretto e punto a punto. Questo non riguarda solo il front-end RF dei dispositivi di comunicazione, ma anche la connettività all'interno dei dispositivi stessi, utile ad esempio per collegare un’antenna phased array a una scheda logica.

Connettore B2B (Board-to-Board) a segnale misto

Nei dispositivi finali moderni, come gli smartphone, vengono utilizzati inoltre i cosiddetti connettori B2B (mixed-signal board-to-board). Questi consentono la trasmissione di un'ampia varietà di segnali, come quelli ad alta frequenza (RF), digitali ad alta velocità (HSD), digitali a bassa tensione (LVDS), ma anche l'alimentazione di tensione per le utenze, il tutto combinato in un solo connettore. I connettori sono progettati in modo tale da poter collegare direttamente tra loro, come suggerisce il nome, due circuiti stampati rigidi o un circuito stampato rigido e uno flessibile. L'approccio "tutti i segnali in un unico connettore" è particolarmente vantaggioso quando le unità dispongono di spazio limitato, in quanto è sufficiente un solo collegamento tra due moduli, che può essere progettato anche come circuito stampato flessibile.

I connettori B2B utilizzati si differenziano per il design, il numero di contatti elettrici e la distanza ovvero il passo tra i contatti elettrici (pitch). I connettori B2B in uso oggi hanno un passo di 0,35 mm, ma sono disponibili anche connettori con passo di 0,30 mm. I connettori B2B di prima generazione hanno un design a doppia fila. Chi progetta i circuiti stampati può popolare i contatti elettrici in modo fondamentalmente libero. Tuttavia, la piccola distanza tra i contatti, anche quando si utilizzano connessioni multiple a terra, rappresenta una grande sfida se si considera che si vuole ottenere un isolamento RF sufficientemente elevato tra i segnali adiacenti. Per ottimizzare l'isolamento RF, le due file di contatti del connettore B2B possono essere separate l'una dall'altra, se previsto, da un'ulteriore barra di terra. I connettori B2B di seconda generazione sono inoltre dotati di contatti frontali ulteriormente schermati e progettati appositamente per i segnali di frequenze più elevate nella gamma mmWave. I contatti rimanenti, disposti in doppia fila, sono utilizzati per segnali a bassa frequenza o di altro tipo.

Tecnologie di test per i connettori B2B

La presenza di un'ampia varietà di segnali e di molti contatti elettrici in un'unica custodia pone sfide particolari anche durante le procedure di collaudo, perché la soluzione di test utilizzata non solo deve essere in grado di trasmettere tutti i segnali senza errori, ma deve anche garantire che sia possibile ripetere con precisione il contatto del connettore B2B saldato su un circuito stampato. Esistono diversi approcci di collaudo.

1. Scheda di interposizione (avanzata): Si tratta di un circuito stampato con connettore di accoppiamento originale installato in una specie di terminale di contatto. Spesso l'operatore deve inserire manualmente il campione di prova nella scheda di interposizione. Un altro svantaggio di questo metodo è che il connettore originale non è progettato per una lunga durata ed è soggetto ad un'usura che richiede la sostituzione della soluzione di collaudo dopo soli 1000 cicli di contatto.
   
   
2. Presa di prova: Le prese di prova, solitamente dotate di perni a lama o di sonde a passo fine a doppia molla (SCP), sono montate su circuiti stampati e trasmettono i segnali di prova al sistema di collaudo. La presa di prova riproduce i contorni meccanici del connettore da contattare. Tuttavia, la necessaria compensazione della tolleranza è possibile solo in misura limitata. Le prese di prova sono utilizzate principalmente per testare i segnali digitali, ad esempio quelli provenienti dai moduli delle telecamere.
   
   
3. Contatto a molla: I contatti a molla sono perni di contatto caricati a molla che, grazie al loro speciale design, sono particolarmente adatti per compensare le tolleranze sui circuiti stampati elettronici. Vengono di solito posizionati sotto o sopra il campione di prova e vi si avvicinano durante il contatto. La molla garantisce inoltre che nel punto di lavoro - la cosiddetta corsa di lavoro - si crei una forza di contatto sufficientemente grande da consentire misure stabili e ripetibili. Il movimento del contatto a molla è perpendicolare al campione stesso. Selezionando forme di testina adatte, il contatto può anche essere passivo o attivo (penetrazione attraverso gli strati di sporco).

INGUN HFS-511 e HFS-556

Con le serie HFS-511 per i connettori B2B di prima generazione e HFS-556 per i connettori B2B di seconda generazione, INGUN offre soluzioni di test per la produzione in serie che combinano le buone caratteristiche di alta frequenza delle schede di interposizione con la precisione delle prese di prova e un robusto contatto a molla per il collaudo automatizzato. Oltre alla fluttuazione multilivello, i contatti a molla offrono integrità del segnale ed una schermatura completa. Grazie alla flangia meccanica a due fori, la soluzione di prova può essere facilmente integrata nei connettori di prova. Con una caratteristica aggiuntiva, la flangia assicura anche che la soluzione di prova sia sempre montata con l'orientamento corretto. Il collegamento al sistema di collaudo avviene tramite cavi pigtail.

A differenza di altre soluzioni di prova, come le schede di interposizione avanzate e le prese di prova, i contatti HFS-511 e HFS-556 offrono numerosi vantaggi, soprattutto nel difficile ambiente di produzione in serie. Il loro design meccanico consente un utilizzo prolungato. Se necessario, la soluzione di prova può essere sostituita con poche semplici operazioni, semplicemente allentando due viti e i collegamenti elettrici al sistema di collaudo. La fluttuazione multilivello della soluzione di prova fornisce la necessaria compensazione della tolleranza provocata dai connettori saldati sui circuiti stampati. Il contatto a molla si allinea prima di tutto con il contorno esterno del connettore B2B. Un ulteriore avvicinamento consente alla soluzione di prova di compensare eventuali errori angolari e di rotazione. Nella corsa di lavoro, i conduttori interni elastici e l'ammortizzamento del corpo esterno assicurano infine una forza di contatto sufficientemente grande che non danneggia i contatti sensibili del connettore B2B, ma allo stesso tempo garantisce un contatto sicuro e ripetibile.

Calibrazione

Il design non solo garantisce un contatto affidabile e ripetibile del connettore B2B con elevate prestazioni RF e un buon isolamento RF, ma consente anche la calibrazione all'interno del connettore di prova, nella corsa di lavoro della soluzione di prova. A questo scopo, il campione di prova è sostituito da un substrato di calibrazione, che a sua volta rappresenta un componente necessario per la calibrazione SOLT. La lunghezza elettrica aggiuntiva e lo spostamento di fase introdotti dal substrato di calibrazione possono essere compensati con un semplice offset del dispositivo nel sistema di collaudo che effettua la misura.

Tutti i vantaggi in sintesi:

• Il contatto a molla necessita solo di una piccola area libera intorno al campione di prova
• Possibilità di contattare altri testpad direttamente accanto al connettore B2B attraverso un connettore piggyback
• Compensazione multilivello della tolleranza per gli errori assiali e rotazionali
• Numerosi cicli di contatto grazie alla robusta struttura meccanica
• Facile sostituzione grazie al montaggio della flangia a due fori
• Prevenzione dell'orientamento errato durante l'installazione
• Design a impedenza controllata e schermatura completa garantiscono eccellenti caratteristiche per l’alta frequenza e un buon isolamento RF
• Possibilità di effettuare facilmente la calibrazione SOLT RF, tenendo conto della corsa di lavoro
• Collegamento flessibile al sistema di collaudo avviene tramite cavi pigtail