Auteurs : Benjamin Mang, Responsable des produits pour la connectivité sans contact ARISO de TE Connectivity et Rich Miron, Ingénieur contenu technique chez Digi-Key
En raison de contraintes mécaniques et environnementales, les connecteurs peuvent représenter un point de défaillance majeur au sein d'un système électronique. Cela devient de plus en plus important, car l'électronique, et en particulier la robotique, s'étend aux applications industrielles et de fabrication où une flexibilité maximale doit être combinée à un temps d'arrêt minimal. Afin de surmonter ces défis, les concepteurs se doivent de comprendre les modes de fonctionnement et de défaillance des connecteurs, et de trouver le connecteur adéquat pour leur application. Les progrès en technologies de connecteurs peuvent aider à atteindre l'équilibre optimal entre performances, fiabilité, flexibilité et coûts.
Toutes les approches se valent-elles ?
La connectivité sans contact requiert à la fois une puissance sans contact et une technologie de données sans contact, pour pouvoir se connecter facilement sur une courte distance sans contact physique. Parmi les nombreux avantages que présente l'utilisation de connecteurs sans contact par rapport aux connecteurs traditionnels, on peut citer une fiabilité améliorée, une meilleure flexibilité, des cycles de raccordement illimités, une connexion traversant les murs et les matériaux, une sécurité accrue et des gains de coûts. Une analyse des méthodes de transmission de données et de puissance révèle qu'une architecture hybride, RF pour les données et couplage inductif pour la puissance, est la meilleure approche pour une connectivité sans contact. Les principaux défis avec un connecteur sans contact résident dans l'intégration des bobines de puissance et des antennes en champ proche dans un facteur de forme à la fois très compact et relativement facile à fabriquer. Cela requiert des connaissances en matière de conception mécanique, d'électronique de puissance, de magnétique, de conception de circuits RF et d'antennes. Pour la transmission de données sans contact, les données sont envoyées séparément à l'aide d'un convertisseur de signal vers un émetteur-récepteur de 2,45 GHz et vers une antenne en champ proche. Du côté de la réception, le processus est inversé.
Une redondance dans le canal de 2,4 GHz
La connexion de données a lieu lors de la connexion physique, qui est par nécessité dynamique, et qui se produit sans interaction de l'utilisateur. La portée est courte, quelques millimètres seulement, ce qui est un bon point pour la sécurité et les émissions RF. Avec la variante actuelle, le connecteur peut accueillir jusqu'à huit canaux PNP numériques. Afin d'améliorer la fiabilité, la liaison de données utilise une redondance dans le canal de 2,4 GHz, et présente un minimum d'interférences en champ lointain ainsi qu'une conception d'antenne symétrique pour permettre la rotation. Elle tolère également le désalignement, la rotation et l'inclinaison. Le rendement total du système (rendement combiné de la puissance et de la liaison de données) est supérieur ou égal à 75 % (puissance de sortie à l'extrémité du récepteur/puissance d'entrée dans l'émetteur). Cela dépend évidemment de la charge, de la distance ainsi que d'autres facteurs, mais ce rendement prend également en compte les pertes au niveau de la liaison de données et des assemblages de carte à circuit imprimé. Dans les environnements difficiles ou dangereux, les connecteurs sont hermétiquement scellés conformément à IP67, même s'ils ne sont pas reliés entre eux.
Un coût relativement élevé
Le défi d'intégration de données et de puissance sans contact se traduit par un coût relativement élevé. Par conséquent, les applications cibles sont celles où les capacités des connecteurs classiques ont atteint leurs limites en termes de cycles de raccordement ou de conditions environnementales, ou celles qui nécessitent une construction de faisceau complexe, notamment pour les nouvelles applications permettant une connexion à travers les murs et les matériaux, ou les connexions instantanées. Parmi ces applications, on peut citer les systèmes de robotique, qui s'adaptent de plus en plus aux processus de fabrication et de production nécessitant une complexité et une précision plus poussées. Compte tenu des rigueurs de l'environnement et des coûts des temps d'arrêt, l'optimisation de la fiabilité grâce à une connectivité sûre peut être rentable à long terme.
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