夹层连接器的关键特性符合工业物联网设计要求和应用

大比特咨讯 发表于 2020-07-29 16:15:50 收藏 已收藏
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夹层连接器的关键特性符合工业物联网设计要求和应用

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连接技术的发展对工业连接器提出了新的技术要求。 连接器需要传输更高的速度,更高的频率和更小的尺寸,以及坚固性,可靠性和抗电磁干扰能力等。

物联网是指电子产品的无线互联,从电器、设备、车辆到建筑控制系统等。嵌入式电子元件,包括传感器,控制器,连接器和电缆等,能够收集和交换数据,并被远程监视和控制.。工业物联网(IIOT)是一个专门致力于制造的物联网,涉及物联网、实时分析、机器学习和嵌入式系统的融合,包括无线传感器网络、控制系统和自动化技术等。相对标准IoT,IIoT 增加了分析和知情响应能力。 这些先进的能力使制造业效率、生产力和工业4.0固有的其他经济效益得到提高,工业4.0是第四次工业革命的一部分,包括智能工厂和灭灯制造。

夹层连接器的关键特性符合工业物联网设计要求和应用

IIoT和工业4.0应用,如自动化生产线,需要高速连接组件,这些组件应满足高可靠性,高抗电磁干扰(EMI),和占用空间小等性能。

关键 IoT 组件的挑战

物联网、IIOT和工业4.0技术的实施对这些联网设备的互连组件提出了挑战性的新技术要求。 包括更快速度和更高频率,尺寸越来越小,鲁棒性和可靠性提高,以及更强的抗电磁干扰能力(EM I)等。预计到2025年,物联网设备的数量将激增至754.4亿,10年时间将增长5倍。以此来支持全球5G移动通信网络,为包括智能工厂和自主驾驶等新兴行业和社会生活铺平道路。

物联网和IIOT应用中连接器的主要挑战是不断增长的数据速率和不同组件的密度。可靠处理更高数据速率需要新的连接器设计。 同样,更高板级组件密度,使物联网设备连接器的空间和组件定位距离都受到限制,这是减少干扰风险的关键设计元素之一。 另一个值得注意的挑战是,IoT设备工作频率更高。 频率高达30G Hz的室外环境和90G Hz的室内应用直接影响设备的设计,需要针对抗干扰和辐射敏感实现电磁兼容(EMC)。

夹层连接器符合物联网设计要求

夹层连接器在现代、分级和网络化的系统架构中变得越来越重要,如同物联网设备所使用的状况一样。越来越多的相关应用不得不面对巨大的空间限制,这是由于板级组件密度更高以及使用小组件产品的趋势。 对这一趋势的反应是使用堆叠板进行系统集成。 然而,这对连接器提出了更为特殊的要求,因为PCB的数字数据传输速度往往达到10GB/s或更高。 除了更快的数据速率和不断增加的板复杂度外,板垛设计还需要增加连接密度。

目前,夹层连接器通常有数百个触点,但相应的板直到最近才扩大。 这意味使用更大的连接器,这不利于许多现代电子设计所要求的组件小尺寸要求。将这些连接器分成几个较小的连接器是有意义的,使组装和连接更有优势。 然而,这种方法可能会对传统的单波束触点造成公差问题,因此用户很少在板上放置多个这样节省空间的夹层连接器。相反,微型双光束触点的夹层连接器,如ERNI的微速系列,使多个连接器很容易放置在板上。 它们还可以为开发人员提供更大的路由灵活性和更少的板层,并提供高的承载电流能力和信号传输速度。

ERNI的微速连接器系统,节省空间,抗干扰,支持高达25GB/s的数据速率,出色的信号完整性和良好的可靠性和鲁棒性。 板到板连接器的脚位间距为1.0mm,可垂直配置两行和三行。

物联网应用中夹层连接器的关键特性

用于物联网、IIOT和工业4.0应用的关键夹层连接器特性主要有:尺寸最小和接触密度尽可能大,可靠传输信号高达20GB/s,较高EMC,以及差分和单端信号处理能力。 满足这些要求需要特殊的接触设计和配置。

单束(Single-Beam) 与双束(Dual-Beam)比较:单束接触的连接器在应用配合时偶尔会导致公差问题。用于物联网的夹层连接器应采用双光束、弹簧接触设计,表面宽且均匀光滑,同时镀金提高电导率,有效摩擦长度在1.5mm之内,需润滑防止微动腐蚀。脚位间距小到1.0mm,接触电阻低。

连接终断:表面贴装技术(SMT)信号连接在高速夹层应用中是最有益的,提供压入式连接器更好的信号完整性。压入连接器所需的电镀通孔对噪声行为和反射有负面影响。根据应用不同,用户可以选择SMT或通孔(THR)进行屏蔽板触点的外部布置的。屏蔽板接触在THR形式中机械稳定性进一步提高,并允许连接器模块布置,空间浪费最小。

ERNI的微速连接器,具有优化的触点设计和极有效的屏蔽,满足工业自动化、数据通信和电信应用所需的高速、高信号完整性等性能要求。

电磁兼容性(EMC):连接脚位间距和整体屏蔽在确定连接器的阻抗方面起着关键作用,对于单端信号,通常是50Ω的(信号到地面),对于差分应用,一般是100Ω(信号到信号)。 为了控制阻抗,减少串扰,改善差分信号对之间的耦合,高速夹层连接器应配置特殊的屏蔽结构。

标准屏蔽结构,如EMC手指,可以提供优异的抗发射电磁干扰(EMI)和抗静电放电(E SD)能力。 特殊的屏蔽设计,如EMC标签,通过减少电感耦合,进一步提高EMC性能。 将这两种机制结合起来,为物联网、IIOT和工业4.0应用提供最佳的屏蔽效果,这些应用需要高信号完整性和安全的数据传输。一些夹层连接器还用于电源屏蔽,使电流达到10A。

易用性和耐用性:具有盲配特性的夹层连接器,包括配合面的独特极,捕获连接器的导向,以及自对齐功能等。为了确保安全、可靠性和耐久性等,工业环境中使用的夹层连接器还应使用强度大、耐高温材料,尤其是小尺寸的外壳,更是如此。这样才能保护触点不受损坏,并支持系统冷却。精心制作的夹层连接器配合周期可以达到500次。

ERNI的微速连接器系统有一个盲配设计,集成度高,可应用于恶劣环境,连接器高度种类多,支持灵活布板

柔性设计:用于各种物联网的夹层连接器支持单端和差分信令,需要尽可能接地和灵活布线。各种公端和母座连接器的高度范围也比较宽,具有不同的堆栈高度和板距离,给开发人员在板端设计更多选择。

除了原来的两排布置,一些连接器供应商还提供三排版本,这样可以实现更大的接触密度。 在这些设计中,第三(中心)行可以布置接地,减少两个信号行之间的行对行串扰。

设计支持:信号完整性分析在数据传输应用中变得越来越重要,特别是在工作频率较高的应用中,如许多物联网、IIOT和工业4.0应用。 因此,夹层连接器供应商除了需要设计支持外,还应提供匹配的Spice模型和PCB设计套件等。

结论:

随着复杂的IoT、IIOT和工业4.0的不断发展,需要更高性能的连接器,并增加数据传输速率和密度。连接器设计必须尽量减少由数据速率和密度增加引起的负面影响,包括EMI和串扰。 坚固的夹层连接器使设计师能够实现这些应用要求,而不损害工业设计所需坚固的机械性能。夹层连接器解决方案结合了坚固性、耐久性、小尺寸等特点,是物联网应用的理想选择。

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