Brainstorm: come i produttori si stanno preparando per la rete 5G?

Brainstorm: come i produttori si stanno preparando per la rete 5G?

Per affrontare in modo efficace la domanda su come i produttori di pcb possano prepararsi per l’arrivo prorompente della rete wireless 5G, è possibile guardare al futuro, all’impatto che il 5G avrà su dispositivi elettronici destinati all’utente finale e destinati a supportare velocità di trasmissione 10 volte superiori oltre a un traffico dati 1000 volte maggiore. Il 5G faciliterà una connettività potente in tutti i settori, e l’innovazione dell’industria manifatturiera deve progredire per supportare la portata e la qualità necessarie per un’implementazione fidata. L’impatto del 5G sulla produzione di PCB necessita di una buona illustrazione specifica dei cambiamenti necessari.

Per la connettività di rete 5G ad alta frequenza sono essenziali i PCB universali a ogni nodo, i quali consentiranno gli aumenti previsti delle larghezze di banda e di velocità di trasmissione della rete 5G. Velocità maggiori di download porteranno a capacità in tempo reale senza difficoltà per nuove applicazioni da realtà aumentata e realtà virtuale (AR/VR) a un rilevamento di veicolo autonomo critico. Per queste applicazioni basate su 5G, il margine di errore è praticamente nullo, e con l’attuale previsione di crescita di miliardi di dispositivi IoT, la vulnerabilità della rete a guasti è esponenziale. Queste applicazioni sensibili alla latenza porteranno gli standard di affidabilità di PCB a nuovi livelli, influenzando direttamente pratiche di produzione per assicurare un livello di produzione di qualità e ispezione ugualmente alto.

L’industria manifatturiera di PCB affronta prove uniche a causa delle frequenze più elevate della rete 5G e fattori di miniaturizzazione del formato. Un maggiore I/O in un design ancora più piccolo richiede interconnessioni ad alta densità (HDI) naturalmente con piste più sottili. Queste piste ultra-fini possono causare un possibile peggioramento delle prestazioni dei segnali. Per esempio, se le caratteristiche fisiche della pista, come la larghezza superiore e inferiore, sono diverse dal design originale, la trasmissione del segnale RF può essere ritardata, influenzando negativamente il flusso dei dati a valle. I produttori saranno messi alla prova dovendo per forza apportare innumerevoli nuove innovazioni, come processi semi-additivi modificati (modified semi-additive processes - mSAP) per assicurare che i progetti siano ben eseguiti durante la produzione. La prova successiva nella produzione di PCB è affrontare la precisione e l’affidabilità dei test.

Strumenti di ispezione ottica automatica (Automated Optical Inspection - AOI) sono stati usati con successo per controllare PCB al fine di individuare difetti, ma fino a adesso, i sistemi AOI hanno controllato soprattutto progettazione di CAM per assicurare che la progettazione originale fosse prodotta in modo fedele e rispettasse le regole della progettazione. Per schede PCB abilitate al 5G, sono necessarie ulteriori capacità per la misurazione fisica di sezioni trasversali a forma trapezoidale e/o rettangolare. Questo richiede un sistema AOI che possa misurare sia la parte superiore che inferiore del PCB, e inoltre controllare diversi difetti potenziali compresi i laser vias e schema con un trattamento minimo. Alcuni strumenti AOI hanno buone capacità di misurazione, ma tuttavia possono misurare solo la larghezza della traccia nella parte superiore del conduttore senza misurare la larghezza nella parte inferiore. In modo sorprendente, fino a adesso, le misurazioni inferiori sono state possibili solo prelevando campioni e controllandoli manualmente con un microscopio, una pratica insostenibile in considerazione della portata e rendimento richiesto per il futuro schieramento sviluppo del 5G.

L’innovazione nella tecnologia AOI sta mostrando un progresso come dimostrato dalla capacità dei produttori di PCB di usare a proprio vantaggio tecnologia di Metrologia 2D per controllare automaticamente e misurare i conduttori delle piste “top and bottom” del PCB. Questa capacità di test innovativa può essere portata a termine a alti tassi di throughput produttività su un’alta frequenza di campionamento, assicurando un migliore rendimento per i produttori, Questo è un passo importante verso il raggiungimento dei livelli di qualità di PCB per adozione l’impiego di un 5G economicamente vantaggioso.

C’è una grande aspettativa per l’arrivo imminente del 5G, ma la sua adozione richiederà un cambiamento e innovazione costante in tecnologie diverse. I produttori, come veri player di questa trasformazione significativa, devono essere all’avanguardia in questa innovazione per assicurare la qualità e l’affidabilità della rete 5G. Solo un piccolo esempio rappresentativo di questo è la necessaria evoluzione delle tecnologie di AOI per supportare sistemi 5G ad alta frequenza, bassa latenza consentendo controllo e verifica più veloce del PCB, con una precisione più alta.

Di Benny Solomon, direttore di marketing AOI e AOS, Orbotech

Descritto come ciò che ha consentito la “Quarta Rivoluzione Industriale”, il 5G facilita soluzioni wireless per applicazioni in molti settori collegando in modo affidabile numeri imponenti di dispositivi, fornendo latenza di link di comunicazione ultra-bassa e velocità di gigabit.

La rete 5G può collegare con collegamento wireless milioni di dispositivi Internet of Things (IoT) in un’area urbana densamente popolata, per reti di telerilevamento o beacon in tutta la città. I moduli di connettività sono soluzioni di distribuzione efficaci, che consentono a radio 5G precertificate di distribuire facilmente e integrarsi in reti IoT imponenti. Per ridurre al minimo le dimensioni, i moduli si basano su tecniche di produzione avanzate come System in Package (SiP) ad alta densità, compresa l’integrazione di elementi attivi e passivi nel substrato del modulo, e l’uso di componenti passivi con le prestazioni più elevate per completare gli IC avanzati usati. Anche tecnologie di accumulo di energia innovative sono utili, comprese le batterie a bassa tensione a stato solido o generazione di energia da cellule solari o altre fonti, incrementando l’autonomia dei dispositivi.

La rete 5G eliminerà i colli di bottiglia dei dati della rete cellulare, consentendo trasmissione wireless contemporanea a velocità ultra-alta (anche in ambienti affollati), aprendo un nuovo spettro radio come bande a onde millimetriche (mmWave) superiori a 20 GHz. All’inizio, mmWave della 5G sarà probabilmente usato da operatori wireless per fornire accesso wireless fisso di Gbit a clienti residenziali e SOHO. Il prossimo passo sarà l’uso di mmWave di 5G per fornire Gbit mobile, come video 4k in live streaming dal punto di vista del giocatore a dispositivi smart di un vasto pubblico durante una partita importante. Questo richiede nuove antenne e filtri RF, basati su ceramiche innovative e altri materiali. Questi componenti mmWave avanzati sono necessari per dispositivi portatili e stazioni base di infrastruttura di rete, dove array di antenne MIMO imponenti saranno usate per orientamento dinamico del fascio per massimizzare la capacità di rete.

La rete 5G trasformerà le aziende e la vita quotidiana di ognuno. L’elettronica dalle alte prestazioni, comprese le ultime tecnologie di componenti passivi sono essenziali per attivare l’hardware necessario per rendere la rete 5G una realtà.

Di  Michael Chinn, Vice Direttore Generale del gruppo ICT, Vendite di Componenti Elettronici e Gruppo di Marketing, Vice Presidente Senior, TDK

Le reti di accesso radio stanno attraversando una trasformazione significativa in preparazione per la il 5G. Vecchie reti da punto a punto Common Public Radio Interface (CPRI) fra unità radio remote e unità a banda base sono sostituite da soluzioni frontali eCPRI basate su ethernet. Queste soluzioni forniscono un modo più flessibile e scalabile di supportare i requisiti di larghezza di banda più elevati che la rete 5G richiederà. Questa transizione sta anche stimolando la progettazione e la distribuzione di attrezzatura di accesso radio pre-5G specializzata che incrementa la capacità e la copertura di rete. Nuove progettazioni per sistemi di antenna distribuiti, piccole cellule, grandi MIMO, e altre radio pre-5G affrontano una nuova prova dello sviluppo perchè devono supportare contemporaneamente connettività LTE e Ethernet. Questo impone requisiti unici su soluzioni di temporizzazione per supportare temporizzazione LTE a bassa fase, temporizzazione di Ethernet a basso jitter, e temporizzazione di sistema.

Un’altra innovazione chiave è adesso in corso quando le reti perimetrali e metropolitane sono dovranno essere aggiornate a larghezze di banda superiori per supportare la crescente domanda di video streaming e di dati mobili. Un’enorme quantità di innovazione sta avendo luogo a livello fisico proprio adesso, quando switch Ethernet /PHY, FPGA, e ASIC stanno migrando da SerDes non-return-to-zero (NRZ) a 28 Gbps a SerDes di modulazione di ampiezza di fase PAM4 56 Gbps e 58 Gbps di velocità più elevata. PAM4 comprime più bit nello stesso tempo su un canale seriale inserendo quattro stati per ciclo. Il rapporto segnale-rumore (SNR) risultante deve essere molto migliore per assicurare che il tasso di errore di bit del link non peggiori. Questo, a sua volta, causa la necessità di orologi con jitter inferiore e oscillatori a quarzo (XO) che forniscano una temporizzazione di riferimento per SerDes 56G PAM4.

Di James Wilson, Direttore Marketing Senior, Prodotti di Temporizzazione, Silicon Labs

L’emozionante evoluzione del 5G è stata avviata con gli standard 3GPP recentemente annunciati; i vettori hanno già annunciato le prime distribuzione entro il 2018. Da una prospettiva di radio, OEM e operatori stanno trattando queste prime distribuzioni come l’evoluzione naturale di reti 4G esistenti e dell’architettura attuale. I loro passi iniziali saranno sviluppare questa architettura nel senso tradizionale aggiungendo più MIMO, separando le antenne in pezzi parti più piccole e mettendo una ricetrasmittente dietro a ognuna, in modo simile alla strategia 4G/LTE-A Pro Massive-MIMO, che è già approvata sia in Cina che in Giappone. Questa soluzione, anche se non sblocca il potenziale di un array di antenne attive completa, usa un hardware meno complesso e meno percorsi di ricetrasmittente, e di conseguenza mantiene bassi i costi iniziali; quindi molti produttori sono orientati verso questo sviluppo naturale graduale.

In effetti queste soluzioni mettono una ricetrasmittente di potenza inferiore dietro a ogni sottosezione di antenna — un array di antenne tipica di 192 elementi, che consiste di 12 file, otto colonne, e due polarizzazioni, sarà guidata da 64 ricetrasmittenti. Tipicamente, un’implementazione di questo tipo sarà alta circa 0,8 m e larga 0,4 m, adattandosi comodamente nell’impronta di un’antenna cellulare macro esistente.

Poichè il numero maggiore di ricetrasmittenti, unito a larghezze di banda più vaste, genererà una quantità immane di dati grezzi, la disponibilità di soluzioni economicamente vantaggiose, a alta velocità, frontali come anche la capacità della fibra stanno portando i venditori di attrezzatura a riesaminare il partizionamento della soluzione. Il nuovo standard eCPRI riduce in modo efficace il requisito di larghezza di banda per reti frontali integrando la funzione di elaborazione CPRI in RRU. Tuttavia, l’ottica 100G a basso costo in via di sviluppo offre ai vettori la possibilità di adottare CPRI per un’implementazione RRU a prova di futuro.

Gli standard 5G sono stati appena impostati, ma si può dire con certezza che i produttori di pcb in tutto il mondo sono già al lavoro per affrontare questa nuova sfida!

Di David Ryan, Direttore Senior di Business Development e Marketing Strategico, MACOM