工業(yè)連接器如何發(fā)展以滿足當今的苛刻需求

工業(yè)和嵌入式系統(tǒng)世界正在經(jīng)歷快速變革，對系統(tǒng)設(shè)計和組件選擇提出了前所未有的要求。這些系統(tǒng)曾經(jīng)在相對穩(wěn)定的條件下運行，現(xiàn)在由于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的激增，人們期望這些系統(tǒng)能夠在更惡劣的環(huán)境中可靠運行，具有更嚴格的公差，并且數(shù)據(jù)負載要大得多。

工業(yè)和嵌入式應(yīng)用相對簡單的環(huán)境，加上這些行業(yè)面臨的嚴格成本壓力，決定了這些行業(yè)連接器的設(shè)計和功能。然而，最近的變化使連接器的完整性和耐用性變得至關(guān)重要。雖然高可靠性連接器支持此功能，但這些額外成本超出了大多數(shù)項目的預(yù)算。

工業(yè)應(yīng)用的變化

要了解這些變化如何影響連接器選擇，必須檢查工業(yè)系統(tǒng)運營環(huán)境中的關(guān)鍵轉(zhuǎn)變。

影響工業(yè)系統(tǒng)的最重大變化是空間有限，這會產(chǎn)生幾個關(guān)鍵影響，最明顯的是隨著現(xiàn)代監(jiān)控和自動化設(shè)備在重型機械附近運行而增加的振動暴露——需要選擇連接器，主要是因為它們能夠在這些具有挑戰(zhàn)性的工業(yè)環(huán)境中保持安全、可靠的連接和強大的抗振性。

然后，我們不能不提到對小型化的需求來討論空間限制，這使得在相同尺寸的外殼中具有更強大的功能。

除了太空之外，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的興起意味著使用工業(yè)連接器系列的系統(tǒng)需要提供更高的數(shù)據(jù)傳輸速率。

最后但同樣重要的是工業(yè)和嵌入式設(shè)備連接器必須承受的插拔次數(shù)。近年來，這種情況顯著增加，連接器現(xiàn)在必須更加堅固，以確保使用壽命和可靠性。

高級功能遷移到整個連接器系列

連接器設(shè)計需要適應(yīng)這些演變帶來的挑戰(zhàn)。最初為極端環(huán)境設(shè)計的高可靠性連接器開發(fā)的技術(shù)現(xiàn)已被納入低成本的工業(yè)/嵌入式連接器系列中。這種技術(shù)的“涓滴”為工業(yè)應(yīng)用提供了更強大、更經(jīng)濟的連接器。

我們可以從為極端環(huán)境開發(fā)尖端連接器的公司中看到這一點。例如，一些現(xiàn)代工業(yè)連接器現(xiàn)在集成了帶罩引腳、安全鎖定機制和 SMT 壓緊片等功能。這些曾經(jīng)是高可靠性連接器的專利。盡管如此，制造這些設(shè)計的成本隨著每一代人的進步而降低。它現(xiàn)在可以集成到成本較低的工業(yè)連接器中，即使在高振動環(huán)境中也能提供穩(wěn)定的連接。

圖 1：旨在承受高振動應(yīng)力的連接器示例，組件經(jīng)過 12 小時的 20G 測試，額定插拔次數(shù)高達 500 次。

在檢查連接器的耐用性和插拔次數(shù)時，也可以看到類似的趨勢。先進的連接器公司多年來一直在開發(fā)高可靠性連接器。這些連接器具有多項功能，可幫助它們承受極高水平的配接和拔出。這包括接觸設(shè)計和材料在負載下的彈性。

有助于防止配接過程中損壞的其他功能用于現(xiàn)代連接器設(shè)計，現(xiàn)在正在工業(yè)和嵌入式應(yīng)用的連接器中實施，包括防止倒置連接嘗試的極化，以及在配接過程中承受橫向和扭曲力的護罩。

將高級功能遷移到工業(yè)產(chǎn)品系列意味著可以更好地管理成本壓力，同時滿足工業(yè)應(yīng)用日益增長的耐用性要求。

小型化

連接器行業(yè)一直在推動小型化，設(shè)計人員需要考慮幾個關(guān)鍵特性，以實現(xiàn)更小的系統(tǒng)尺寸。這些包括連接方向（垂直與水平）和優(yōu)化的引腳配置，例如單排或雙排布局，可在保持可靠性能的同時最大限度地提高空間效率。

圖 2：為了實現(xiàn)系統(tǒng)小型化，設(shè)計人員應(yīng)考慮垂直與水平連接等功能，并尋求通過使用混合連接器來減少組件總數(shù)

然而，雖然減小每個組件的尺寸至關(guān)重要，但縮小整體系統(tǒng)尺寸才是真正的目標。因此，設(shè)計人員應(yīng)考慮使用混合布局和混合連接器，將電源和信號選項組合到一個單元中。這樣，我們可以減少所需的連接器總數(shù)，這將對系統(tǒng)大小產(chǎn)生更大的整體影響。

在這一點上，值得注意的是，連接器的不斷小型化給設(shè)計人員帶來了挑戰(zhàn)，特別是需要提高制造精度。

隨著間距尺寸的減小和連接器尺寸的縮小，允許其配接的公差也會下降。隨著高速制造的增加，以及 PCB 上有多個連接器，這可能會受到焊接過程中放置變化的影響，這一點尤其如此。

這種容差可以通過混合或混合布局連接器獲得，從而減少電路板上的連接器數(shù)量。然而，最近的進展使浮動連接器能夠允許比以前大得多的錯位公差。例如，一些現(xiàn)代板對板連接器可以在 X 軸和 Y 軸上承受高達 ±0.5mm 的錯位。當通過兩個或多個連接器配接 PCB 以吸收焊接過程中的放置變化時，這一點至關(guān)重要。

圖 3：板對板連接器示例，可在 X 軸和 Y 軸上承受高達 ±0.5mm 的錯位。

供應(yīng)鏈

將這些因素結(jié)合在一起，連接器設(shè)計的這些演變使工業(yè)系統(tǒng)開發(fā)人員能夠滿足不斷變化的作環(huán)境所帶來的需求，同時在施加的限制范圍內(nèi)工作。但是，在這一點上，我們需要強調(diào)的是，增加的成本壓力使此類系統(tǒng)的開發(fā)人員面臨更大的使用假冒商品的風險。

近年來，我們看到假冒和低質(zhì)量零件的銷售再次增加。我們還看到所謂的“分銷商”網(wǎng)站列出了他們沒有和永遠不會擁有的產(chǎn)品。因此，必須采取措施驗證組件制造商和分銷合作伙伴之間的關(guān)系，確保只使用正品、可靠和堅固的組件。

總結(jié)

工業(yè)連接器現(xiàn)在以經(jīng)濟實惠的價格提供高級功能，具有改進的抗振性 （20G）、增強的耐用性（500 次配接）和小型化。結(jié)合了電源和信號功能的混合連接器可減小系統(tǒng)尺寸，同時適應(yīng)制造變化，例如 ±0.5mm 錯位。然而，成本壓力增加了假冒產(chǎn)品的風險，這使得供應(yīng)鏈驗證變得至關(guān)重要。