ITMI20130777A1

ITMI20130777A1 - Giunto elettrico rotante per la trasmissione di dati ad alta velocita'

Info

Publication number: ITMI20130777A1
Application number: IT000777A
Authority: IT
Inventors: Giuseppe Maino
Original assignee: Conductix Wampfler S R L
Priority date: 2013-05-13
Filing date: 2013-05-13
Publication date: 2014-11-14

Description

Descrizione della domanda di brevetto per invenzione industriale dal titolo:

“Giunto elettrico rotante per la trasmissione di dati ad alta velocità”

Descrizione

La presente invenzione si riferisce a un giunto elettrico ruotante per la trasmissione di dati ad alta velocità. Più in particolare, la presente invenzione si riferisce a un giunto come sopra definito, adibito alla trasmissione del segnale Ethernet 1000Base-T (1000 Mbps) e atto al contenimento del NEXT (Near-End Crosstalk, o Paradiafonia), ossia la perturbazione rilevata sul lato ricevente.

Come è noto Ethernet è uno standard di trasmissione dati per rete locale basato sul principio che tutti i terminali della rete sono connessi a una stessa linea di comunicazione, costituita da cavi a coppiette.

In funzione del tipo di cavo utilizzato si distinguono diverse varianti di tecnologie Ethernet: il cavo schermato da un Giga bit per secondo (1Gbps) usa quattro coppie intrecciate di Classe E (o Categoria 6) e consente di raggiungere una lunghezza di 100 m..

Uno dei problemi di maggior rilievo nella realizzazione di sistemi per la trasmissione di dati è riferito alla necessità di mantenere il più possibile l’integrità dei segnali da interferenze e disturbi interni ed esterni alla linea di trasmissione.

Sono pertanto adottate diverse soluzioni di schermatura per i cavi, selezionati in funzione dei vari disturbi e delle diverse esigenze, tra le quali sono comprese la lunghezza del cavo e le tolleranze di perdita ammissibile del segnale.

I giunti elettrici ruotanti a contatti striscianti ed anelli sovrapposti sono costituiti da una pila di anelli metallici, protetti galvanicamente contro l’ossidazione con un rivestimento che, ad esempio, può essere realizzato con argentatura o doratura; ciascun anello, dotato o meno di gole guidaspazzole, è separato da quello adiacente con un diaframma di materiale elettricamente isolante, come POM (poliossimetilene) o PTFE (politetrafluoroetilene), con permettività εR costante nella gamma –20°C …. 100°C e 1 … 250 MHz, essendo il valore di 250 MHz il limite superiore definito dalle Norme di riferimento EN 50173–1 e TIA/EIA– 568-B.2 per i cablaggi. Detti giunti comprendono, inoltre, una pluralità di spazzole metalliche in lega pregiata, a filo o a pastiglia e singole o multiple, in contatto con gli anelli protetti galvanicamente. Tali spazzole garantiscono la continuità elettrica quando gli anelli ruotano; l’utilizzo di spazzole multiple, anziché singole, elimina il rischio di microinterruzione del segnale Ethernet, che può essere provocato da vibrazioni meccaniche e/o dalla polvere d’usura del giunto. Nei giunti elettrici di cui si tratta è richiesto che il livello di paradiafonia (NEXT) e di altri parametri del livello fisico dell’Ethernet 1000BaseT, come RL (Return Loss, o Perdita di ritorno), IL (Insertion Loss, o Perdita di inserzione) e ACR (Attenuation to Crosstalk Ratio, o Rapporto attenuazione/diafonia), sia in linea con quanto prescritto dalle norme sopra citate per garantire un’adeguata trasmissione dei segnali.

Il rispetto di tali parametri risulta tuttavia difficile per diversi motivi. Anzitutto, la configurazione elettromeccanica del collettore crea un inevitabile e parziale disadattamento di impedenza rispetto al cavo. Vi è inoltre la necessità di contenere la distanza tra gli anelli, per evitare un eccessivo sviluppo in senso longitudinale degli anelli stessi, conseguentemente del giunto. Altro aspetto da considerare riguarda la lunghezza applicativa del cavo su ciascun lato del giunto, che può essere corta (ad esempio un metro) piuttosto che lunga (ad esempio 50 metri), e comunque diversa da lato a lato.

Le note soluzioni predisposte allo scopo di soddisfare tali requisiti, evitando pure vincoli quanto alla lunghezza minima del cavo Ethernet in entrata o in uscita dal giunto, non risultano pienamente soddisfacenti pur prevedendo l’interposizione di un anello schermante tra due coppie adiacenti di anelli di segnale e, inoltre, configurano soluzioni costruttive molto complesse.

Scopo della presente invenzione è quello di ovviare agli inconvenienti sopra lamentati.

Più in particolare, lo scopo della presente invenzione è quello di provvedere un giunto elettrico ruotante per la trasmissione di dati ad alta velocità (1Gbps) che consenta di massimizzare la lunghezza del cavo Ethernet esterno al collettore disponibile per l’utenza.

Ulteriore scopo dell’invenzione è quello di provvedere un giunto elettrico ruotante come sopra definito rispondente agli specifici limiti normativi, a partire dal contenimento del NEXT.

Non ultimo scopo dell’invenzione è quello di provvedere un giunto elettrico ruotante che non comporti vincoli quanto alla lunghezza minima del cavo Giga bit Ethernet in entrata o in uscita.

Ulteriore scopo dell’invenzione è quello di mettere a disposizione degli utilizzatori un giunto elettrico ruotante atto a garantire un elevato livello di resistenza e affidabilità nel tempo, tale inoltre da poter essere facilmente ed economicamente realizzato.

Questi e altri scopi ancora vengono raggiunti dal giunto elettrico ruotante della presente invenzione in accordo con la rivendicazione principale. Le caratteristiche costruttive e funzionali del giunto elettrico ruotante per la trasmissione di dati ad alta velocità della presente invenzione potranno essere meglio comprese della descrizione che segue, in cui si fa riferimento alle allegate tavole di disegni che ne rappresentano una forma di realizzazione preferita e non limitativa e in cui:

la figura 1 rappresenta schematicamente, con riferimento al giunto elettrico dell’invenzione, la configurazione interna di un collettore per Ethernet 1000Base-T, ad evidenziare i contributi di disturbo elettrico che determinano il NEXT su ogni lato di ciascuna coppietta del cavo flessibile;

la figura 2 illustra schematicamente la connessione tra anelli di segnale e coppiette di cavi nel giunto elettrico della presente invenzione;

le figure 3 e 4 rappresentano rispettivamente, in vista schematica prospettica e in sezione longitudinale, una spazzola a filo – preferibilmente e non limitatamente multipla - del giunto elettrico rotante secondo la presente invenzione;

la figura 5 rappresenta schematicamente, in sezione longitudinale, una spazzola a pastiglia – preferibilmente e non limitatamente multipla - del giunto elettrico rotante secondo l’invenzione.

Con riferimento iniziale alla figura 1, che schematizza la configurazione interna del collettore per Ethernet 1000Base-T, con il riferimento numerico 10 è indicato il giunto stesso, collegato a due interfacce (12), ad esempio due azionamenti elettronici per motori elettrici, da un cavo flessibile di Classe E (EN 50173-1) o di Categoria 6 (TIA/EIA-568-B.2), indicato con 14. Il cavo 14 comprende quattro coppiette di cavi intrecciati 16 che su un lato terminano sulle spazzole 18 riscontranti gli anelli di segnale del giunto 10, indicati con 20. Anelli di schermo 21 sono interposti tra ogni coppia di anelli di segnale 20. Con A, B e C sono invece indicati, alla stessa figura 1, i contributi di disturbo elettrico, che determinano il NEXT su un lato ricevente di un’interfaccia 12.

Secondo l’invenzione, con riferimento alle figure 2, 3, 4 e 5, una resistenza R di alcuni Ohm - eventualmente a montaggio superficiale - è connessa in serie ai cavetti di ogni coppietta 16 del cavo 14, in posizione prossima alla rispettiva spazzola 18 e al rispettivo anello 20. All’interno di detto anello (figura 4), la resistenza R appoggia sul convenzionale diaframma isolante, schematizzato con 22; tale diaframma funge da supporto meccanico per la resistenza R, che è saldata all’anello 20.

L’utilizzo di tale resistenza R, tipicamente e non criticamente di 2 … 5 Ω, attenua in misura sostanziale il dannoso effetto sul NEXT dovuto alle riflessioni ed alla telediafonia.

In pratica, la contropartita della presenza della resistenza R, secondo le verifiche sperimentali svolte dalla Richiedente, è l’introduzione di un’attenuazione equivalente al alcuni metri di cavo per ogni lato e, conseguentemente, la riduzione della lunghezza applicativa totale L = (L1+ L2) del cavo flessibile 14 a 60 ÷ 75 metri, valore ampiamente sufficiente per le applicazioni del giunto 10. Una forma di realizzazione possibile e alternativa è illustrata nel caso di spazzole a filo alla figura 3, in cui si rileva il circuito stampato, indicato con 24 e la relativa pista 26 sulla quale è saldata la spazzola 18, con ramo singolo o multiplo, e con una o più “V” per anello di segnale, riscontranti l’anello 20.

La stessa resistenza R, nell’ipotesi di spazzola a pastiglia 27, è illustrata schematicamente in figura 5, sostenuta da un supporto elettricamente isolante 28, strisciante su un anello piatto 20.

Come si può rilevare da quanto precede, sono evidenti i vantaggi che l’invenzione consegue.

La presenza di una resistenza R connessa in serie ai cavetti di ogni coppietta 16 del cavo 14, vicina alla rispettiva spazzola 18 e al relativo anello 20, riduce in misura apprezzabile i disturbi interni ed esterni alla linea di trasmissione, cioè gli effetti di paradiafonia, permettendo di raggiungere una lunghezza applicativa totale del cavo flessibile 14 pari a 60 … 75 metri.

Benché l’invenzione sia stata sopra descritta con particolare riferimento a una sua forma di realizzazione, data a scopo esemplificativo e non limitativo, numerose modifiche e varianti appariranno evidenti a un tecnico del ramo alla luce della descrizione sopra riportata. La presente invenzione, pertanto, intende abbracciare tutte le modifiche e le varianti che rientrano nello spirito e nell’ambito protettivo delle rivendicazioni che seguono.

Claims

Rivendicazioni 1) Un giunto elettrico ruotante (10) per la trasmissione Ethernet da 1 Gbps di dati, con anelli sovrapposti (20) e spazzole (18) o (27) riscontranti detti anelli tra loro separati da un diaframma isolante (22), detto giunto essendo collegato a due interfacce (12) da un cavo schermato Ethernet (14) comprendente quattro coppiette (16) di cavi intrecciati, collegati alle spazzole (18) e agli anelli (20) e circondati da vie schermate (21), caratterizzato dal fatto di comprendere una o più resistenze R, tra loro collegate in serie o in parallelo a ciascuna coppietta di cavi (16) del cavo (14).
2) Il giunto elettrico rotante secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che dette una o più resistenze R, collegate in serie o in parallelo a ciascuna coppietta di cavi (16), sono disposte in posizione prossima alla rispettiva spazzola (18) nonché al rispettivo anello (20) cui sono saldate.
3) Il giunto elettrico rotante secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che all’interno di ciascun anello (20) ogni resistenza R appoggia sul diaframma isolante (22) che separa tra loro due anelli (20) 4) Il giunto elettrico secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che ciascuna resistenza R ha un valore compreso tra 2 e 5 Ohm. 5) Il giunto elettrico secondo le rivendicazioni da 1 a 4, caratterizzato dal fatto che ciascuna resistenza R è disposta in montaggio superficiale sul circuito stampato (24) sulla cui pista (26) è saldata la spazzola a filo a “V” (18) singola o multipla. 6) Il giunto elettrico secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che la spazzola a filo è conformata a “semi-V”. 7) Il giunto elettrico secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto di comprendere detta spazzola (27), singola o multipla abbinata a detto anello piatto (20). 8) Il giunto elettrico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che ciascuna coppia di anelli (20) è preceduta e seguita da un anello di schermo (21).