Conception, caractérisation et réalisation d'un contact 10GBASE-T Ethernet intégrant 4 paires différentielles

Design, characterization and realization of a 10GBASE-T Ethernet contact integrating 4 differential pairs

• Auteur / Autrice : Younes Boujmad
• Direction : Bernard Flechet
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Optique et Radiofréquences
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 04/02/2021
• Etablissement(s) : Chambéry
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de Radiofréquences, Optique et Micro-nanoélectronique des Alpes
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : COMPOSANTS CMOS AVANCES SILICIUM ET SOI
• Jury : Président / Présidente : Sonia Ben dhia delmas
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bernard Flechet, Cédric Bermond, Philippe Artillan, Valérie Madrangeas, Tchanguiz Razban
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Valérie Madrangeas, Tchanguiz Razban

Mots clés

Mots clés libres

Modélisation électromagnétique

Design HF

Contact Octomax

Catégorie 6A

Caractérisation de matériaux diélectriques

Connecteur Ethernet

Electromagnetic modeling

HF design

Octomax contact

Category 6A

Characterization of dielectric materials

Ethernet connector

Résumé

Le projet de recherche consiste à concevoir, modéliser et caractériser de nouveaux contacts nommés « Octomax » destinés aux applications Ethernet à très haut débit en environnement sévère, et spécifiés à un débit de 10 Gbits/s pour une transmission sur quatre paires différentielles. En environnement sévère, un contact électrique Ethernet se compose d'une enveloppe métallique standard nommée « contact extérieur », de broches métalliques nommées « contacts intérieurs » et d'une partie isolante constituée d'un matériau diélectrique thermoplastique. Ces contacts sont destinés à être montés dans une série de connecteurs 38999 répondant ainsi à la norme MIL-DTL-38999 et devront par conséquent supporter un grand nombre de tests très contraignants (électriques, mécaniques, vibratoires, thermiques. L'Octomax intègre huit contacts intérieurs dans un format de contact extérieur standard hérité de la génération précédente à quatre broches (Quadrax. L'augmentation du débit de données passe par la densification des contacts intérieurs, mais aussi par des performances électriques accrues sur une bande passante plus large. Les paramètres d'intégrité du signal sont étudiés à travers une analyse fréquentielle complète du contact Octomax. Une méthodologie de calcul de trois critères normatifs (Return Loss, Insertion Loss et NEXT) est proposée et les contacts sont ensuite optimiser dans l'objectif de respecter les gabarits hardware de la catégorie 6A. La désadaptation d'impédance, le niveau de couplage entre paires différentielles ainsi que le temps de montage d'un contact Octomax sont alors identifiés comme trois points bloquants lors de l'étude d'un premier prototype. La solution envisagée consiste à concevoir un contact dont un blindage inter-paires est moulé par thermo-injection en une seule pièce avec le diélectrique. Par ailleurs, une méthode d'extraction de la permittivité diélectrique complexe a permis l'étude des polymères et de choisir un matériau parmi plusieurs candidats. La pièce diélectrique a alors fait l'objet d'un travail d'optimisation afin de répondre aux contraintes d'adaptation d'impédance et aux contrainte de réalisation mécanique des pièces (usinage et thermoformage. Les différentes étapes du projet ont abouti à une industrialisation d'un contact Octomax 10 Gbits/s qui répond aux gabarits hardware de la catégorie 6A et donc spécifié à un débit de 10 Gbits/s sur 100 m de câble (norme 10GBASE-T).

The research project involves designing, modeling, and characterizing new contacts called “Octomax” for Ethernet applications at very high speeds in harsh environments, and specified at a rate of 10 Gbits/s In a harsh environment, an electrical contact consists of a standard metal envelope called “external contact”, a metal pins called “inner contacts” and an insulating part made of thermoplastic dielectric material. These contacts are intended to be mounted in a series of 38999 connectors thus meeting the MIL-DTL-38999 standard and will therefore have to endure many restrictive tests (electric, mechanical, vibratory, thermal). The Octomax are composed of eight interior contacts into the same Quadrax envelope (Quadrax is a previous generation of contact with four pins). The increase data rates pass through increasing the number of pins, but also optimizing the electrical performance on a wider bandwidth. The signal integrity parameters are studied through a complete frequency analysis of the Octomax contact. A methodology for calculating three normative criteria (Return loss, Insertion Loss and NEXT) is proposed and Octomax contacts are then optimized to meet the templates of category 6A hardware. The impedance mismatch, the level of coupling between differential pairs and the assembly time of an Octomax are then identified as three blocking points when studying a first prototype. The solution envisaged is to design a contact whose shielding is molded by thermo-injection in a single piece with the dielectric. In addition, a complex method of extracting dielectric permittivity allowed the study of polymers and the choice of a material from several candidates. The dielectric part was then the subject of optimization work to respond to the constraints of impedance matching and the constraints of mechanical realization (machining and thermoforming. The various stages of the project have resulted in the industrialization of an Octomax 10 Gbits/s contact that meets the hardware templates of category 6A and therefore specified at a speed of 10 Gbits/s per 100 m of Ethernet cable (standard 10GBASE-T.