工業連接器如何發展以滿足當今的苛刻需求

工業和嵌入式系統世界正在經歷快速變革，對系統設計和組件選擇提出了前所未有的要求。這些系統曾經在相對穩定的條件下運行，現在由于工業物聯網系統的激增，人們期望這些系統能夠在更惡劣的環境中可靠運行，具有更嚴格的公差，并且數據負載要大得多。

工業和嵌入式應用相對簡單的環境，加上這些行業面臨的嚴格成本壓力，決定了這些行業連接器的設計和功能。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項目的預算。

工業應用的變化

要了解這些變化如何影響連接器選擇，必須檢查工業系統運營環境中的關鍵轉變。

影響工業系統的最重大變化是空間有限，這會產生幾個關鍵影響，最明顯的是隨著現代監控和自動化設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性的工業環境中保持安全、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，工業物聯網的興起意味著使用工業連接器系列的系統需要提供更高的數據傳輸速率。

最后但同樣重要的是工業和嵌入式設備連接器必須承受的插拔次數。近年來，這種情況顯著增加，連接器現在必須更加堅固，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

連接器設計需要適應這些演變帶來的挑戰。最初為極端環境設計的高可靠性連接器開發的技術現已被納入低成本的工業/嵌入式連接器系列中。這種技術的“涓滴”為工業應用提供了更強大、更經濟的連接器。

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

圖 1：旨在承受高振動應力的連接器示例，組件經過 12 小時的 20G 測試，額定插拔次數高達 500 次。

在檢查連接器的耐用性和插拔次數時，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代連接器設計，現在正在工業和嵌入式應用的連接器中實施，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產品系列意味著可以更好地管理成本壓力，同時滿足工業應用日益增長的耐用性要求。

小型化

連接器行業一直在推動小型化，設計人員需要考慮幾個關鍵特性，以實現更小的系統尺寸。這些包括連接方向（垂直與水平）和優化的引腳配置，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：為了實現系統小型化，設計人員應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

然而，雖然減小每個組件的尺寸至關重要，但縮小整體系統尺寸才是真正的目標。因此，設計人員應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，這將對系統大小產生更大的整體影響。

在這一點上，值得注意的是，連接器的不斷小型化給設計人員帶來了挑戰，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。

供應鏈

將這些因素結合在一起，連接器設計的這些演變使工業系統開發人員能夠滿足不斷變化的作環境所帶來的需求，同時在施加的限制范圍內工作。但是，在這一點上，我們需要強調的是，增加的成本壓力使此類系統的開發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量零件的銷售再次增加。我們還看到所謂的“分銷商”網站列出了他們沒有和永遠不會擁有的產品。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系，確保只使用正品、可靠和堅固的組件。

總結

工業連接器現在以經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。結合了電源和信號功能的混合連接器可減小系統尺寸，同時適應制造變化，例如 ±0.5mm 錯位。然而，成本壓力增加了假冒產品的風險，這使得供應鏈驗證變得至關重要。