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坚固耐用的连接器选择分步指南

发布日期:2019-09-30   作者:小天   来源:www.twl-link.cn   编辑:天科乐   访问量:162

连接器的选择已经从原来的待机状态(您需要多少个联系人?)转变为一个更为严峻的挑战。当今的设计工程师需要找到方法,以通过越来越小的空间泵送越来越多的数据,可用性专家现在也将他们的想法也加入了混合。这就带来了其他挑战,例如弄清楚如何在单个连接器电缆组合中同时运行电气和信号而又不产生干扰,并改变了传统的,久经考验的连接器选择过程。


电气需求

尽管不断变化的数据速度和微型化要求对坚固的连接器选择过程产生了变化,但第一步没有改变,因为物理方法没有改变。定义每个触点的电压和电流要求仍然是为给定设备选择理想连接器的第一步。指定工程师必须确保他们不仅具有正确数量的触点,而且触点可以处理当前应用程序的电源和信号要求。触点的尺寸和电线的尺寸决定了连接器的载流能力,而触点间距,绝缘材料和用于隔离触点的绝缘子的几何形状则决定了额定电压。

为确保正确连接器的设计,工程师必须深入研究制造商的测试数据,以准确确定其测试方式以及电流额定值和工作电压规格的得出方式,因为测试标准可能会有所不同。

查看电流额定值时,请注意温度上升指标,该指标表明在特定电流值下会散发多少热量,这一点很重要。同样重要的是要确认触点将支持选定的导体尺寸,因为不兼容的导体可能会导致过热问题并导致连接器过早失效。(请参见图1和表1。)

1:电流和导体尺寸之间的关系。

1*要确定建议的电流容量,将安培数乘以该系数。

此外,重要的是要注意,当前额定值旨在用作低功率电子通信和控制应用的一般准则。电力应用的当前额定值通常由监管机构设定,包括:ULCSANEC等。

资料速度

在过去几年中,对数据速度的关注已大大增加。现在期望设备使用特定协议(例如USB 3.0HDMI或以太网)向通过局域网和Internet连接的其他设备传输大量数据。此外,在通常需要使用坚固连接器的关键应用中,数据传输不仅必须准确且无干扰,而且还必须足够快才能在几秒钟内触发动作以确保两者的安全性。人员和设备。因此,建议在设计数据速度时,指定工程师进行两轮设计和测试-首先通过软件,然后通过物理测试所选的连接器和电缆组合。

设计仿真与测试

为特定数据协议设计连接解决方案需要优化连接器和电缆的设计,但是功能性解决方案的首要条件是能够处理所述协议的连接器。每个协议都需要特定的连接器设计规则,而多协议连接器将所有这些特定规则组合在一起。因此,软件仿真是成功浏览此设计过程的理想工具,因为它允许产品工程师验证所选连接器和电缆组件与目标协议的兼容性。软件仿真还可以在时域和频域立即评估设计修改的效果,

2:特性和鉴定。

一旦针对定义的协议对设计进行了优化,就需要对物理产品原型进行测试,以使用网络分析仪验证完整的特性。这些设备测量电缆组件的S参数并将其与协议规范中定义的目标值进行比较,如果其中一个参数下降,请对设计进行迭代循环,直到电缆组件满足所有协议要求。此时,可以声明该产品与协议兼容。

与特定数据协议兼容的功能连接解决方案的第二个条件是,电缆符合通用电信电缆系统的ISO / IEC 11801规范,并具有由以下参数定义的高性能:插入损耗(IL),回波损耗(RL) ,近端串扰(NEXT)和远端串扰(FEXT)。坚固的互连解决方案还经常需要能够达到一定速度的电缆,例如USB 3.05Gb / s)。在这些情况下,最好从连接器供应商处获得特定的电缆推荐,因为它们已经经历了多次尝试和错误过程的麻烦,从而确定了用于其连接器的最佳电缆解决方案。

终端

一旦满足了坚固连接器解决方案的电气和数据传输需求,并且已经对设计的基础进行了仿真和测试,那么就该选择端接了。这是重要的一步,因为端接类型会直接影响连接器的组装过程和密封能力。例如,带有焊料触点的连接器通常更容易密封以防潮气进入,而压接触点则可以提供更好的现场可修复性。但是,两者之间需要权衡取舍,包括:初始设置成本,对低产量和高产量水平的适用性,操作员学习曲线,重金属暴露以及过程控制。准确了解连接器的使用方式和位置以及是否需要现场可修复性也很重要,因为这些因素也对装配设备和制造工艺产生重大影响。因此,指定工程师应在确定端子类型之前做出最终决定,以咨询他们的制造和设计团队,以确保他们做出最佳的总体选择。

封口

坚固的连接器选择过程的下一步是评估连接器的最终使用环境。如果将连接器用于苛刻的操作环境,则指定工程师必须检查其选件的防护等级(IP),以确保其选择能够提供适当的密封性能,以防止灰尘和水侵入各种深度,条件和操作时间范围。

大多数IP名称都有特定的条件,但是各个制造商可以不同地定义IP68等级。因此,在寻找具有IP68密封等级的连接器时,准确找出每个制造商的IP68等级的方法至关重要。例如,浸入2米处24小时的系统对连接器的影响将不同于浸入120米处24小时的系统,但是两种情况都可以通过IP68等级进行定义。

此外,对于真空和仪表应用,工程师可能希望考虑将连接器密封到比传统IP等级所定义的水平还要高的水平:气密性全密封产品。

物料

接下来,指定工程师将需要解决材料和可靠性需求,并指出这些决定将直接影响他们最终可以选择的连接器尺寸。由于这些因素密不可分-较小的连接器需要更坚固的材料来满足应用要求-因此可能需要在材料选择和尺寸方面进行一些权衡。

选择正确的外壳材料至关重要,因为这个因素会影响整个连接器的可靠性,重量和成本。与许多其他材料相比,传统上带有镍/铬镀层的黄铜连接器具有更高的耐磨性和更长的使用寿命,如果重量成为问题,则铝制连接器是一个有吸引力的选择。黄铜和铝是用于微型坚固连接器的最优选材料,而塑料在有限的重复使用和一次性应用中是优选的。尽管在考虑使用塑料时,重要的是进行充分的测试,以确保该材料能够承受最终用途的严酷考验,并且在为医疗应用指定塑料连接器时,要确认该连接器可以承受任何特定于应用程序的灭菌过程。另外,当指定用于腐蚀性较强的环境以及某些食品工业应用时,可能需要不锈钢。最终,材料选择的主要原则是:不要为了成本而牺牲可靠性。

此时,规范人员还应检查其评估的连接器中使用的绝缘材料的工作温度范围。这包括接触绝缘体,灌封材料和O形圈。表2和表3可以帮助您进行选择。

2

3

可靠性需求和连接器特性

一旦连接器的电气和数据传输设计被宣布为协议兼容,并且其端接,密封和材料要求已得到解决,就该考虑用户在设备的整个使用寿命中连接和断开设备的频率了。高插拔周期的应用要求连接器的额定寿命在5,00010,000+个周期范围内。如果电气连接失败会危及生命,例如在医疗或军事环境中,但是在小型化方面可能需要权衡,因为小型化通常意味着更少的插拔周期,因此这种选择尤为重要。

要考虑的另一个要求是,连接器在恶劣和极端的环境中是否需要提供一致,稳定的性能。当暴露于极端室外条件下时,为室内环境设计的连接器通常无法提供相同的性能。表4包含有关在恶劣环境应用中选择坚固型连接器时应考虑的各种特性的信息。

4:恶劣环境应用中使用的坚固连接器的特性和注意事项。

微型化

先前所有的设计选择都将影响连接器的尺寸以及连接器的功能级别。当前,没有哪个行业不要求新设备的设计更小,更轻,功能更多,并且在保持成本效益的同时也要经常这样做。连接器的设计和选择应在产品设计过程的早期进行,以充分利用当今市场上最新,最小和功能最强大的设计。

近年来,在小型化方面取得了长足的进步。如今,单个连接器可以解决仅一年前就需要两个或三个连接器的连接挑战,但是请务必谨慎。指定工程师应仔细检查每个小型连接器的各个方面,因为随着电压和电流的增加,这些细节的影响会放大。为了确保选择合适,请比较引脚尺寸,引脚数量和功能的型号。微型连接器具有紧凑的封装,非常适合在狭小的地方使用,但只有少数能够同时承载电源和信号。如果引脚尺寸太小,则可能无法承载所需的功率,或者其信号可能更容易受到干扰。另外,随着连接器封装变得越来越小,它们的耐压也随之提高。

3Fischer MiniMax™系列提供的微型连接器将信号和电源结合在一起,同时保持坚固的特性。

将小型化和数据速度结合起来很棘手,并且仅部分归因于连接器设计。如果供应商声称连接器可以一定速度传送数据,请始终要求测试数据并进行验证。供应商应能够提供证明达到某些数据速度和支持协议(例如USB,以太网或HDMI)的证据,并建议合适的电缆设计或提供完全组装的连接器和电缆解决方案。同样重要的是要记住,组合的连接器和电缆解决方案必须为微型解决方案提供所需的速度,以使其对应用有意义。在太多情况下,电缆和连接器都通过了独立的速度测试,但是放在一起使用时效果不佳,这既会延迟又会增加设计周期的成本。

摘要

遵循本坚固耐用的连接器选择指南中概述的步骤,并让供应商和其他设计师参与选择过程,可以确保最终设计出更小型,功能更强大,性能更高且可靠性更高的设备。但是,对于每个主要要点,仍有许多细节需要解决,尤其是围绕电缆组件的所有选项以及数据速度和小型化如何使连接器选择变得复杂的现实。电缆供应商已开始满足对提高数据速度的需求,但是选择仍然有限,并且正在研究可进一步增强连接器解决方案的新电缆解决方案,并且不断发现新发现。由于存在许多复杂性,因此通常会定制坚固的连接器。有一些现成的选项,但应指定工程师准备比商业级连接器更长的交货时间。但从好的方面来说,指定坚固型连接器的工程师可能会从专注于坚固型连接器应用的公司那里获得更多的个性化工程帮助,这可以帮助缩短学习曲线并缩短设计周期。


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