優(yōu)質(zhì)連接器設(shè)計(jì)(尤其是旨在減輕電磁干擾的連接器)的構(gòu)成要素是什么?《新電子》與PEI-Genesis公司進(jìn)行了對(duì)話。

很少有組件會(huì)像連接器那樣經(jīng)受極端條件的考驗(yàn)。從商用飛機(jī)、軍用車輛到醫(yī)療呼吸機(jī)，連接器都需要能夠承受極端的條件變化。

無論是快速的溫度波動(dòng)和濕度變化，還是持續(xù)的振動(dòng)、沖擊和信號(hào)干擾，連接器都必須能夠可靠地運(yùn)行，以確保用戶能夠完成“工作”。

連接器專家PEI-Genesis公司客戶應(yīng)用工程師Ammar Lokhandwalla解釋說：“行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)D38999是一種軍用規(guī)格的連接器，最初是在1970年代設(shè)計(jì)的，現(xiàn)在已采用第三代設(shè)計(jì)。”

據(jù)他介紹，“與同類的其他連接器一樣，它由一些基本組件組成：堅(jiān)硬的外殼，用于放置引腳或觸點(diǎn)的有孔氯丁橡膠嵌件，有時(shí)還會(huì)在外殼上加上背板，以提供額外的屏蔽和耐久性。”

在選擇連接器時(shí)，工程師需要根據(jù)他們的應(yīng)用考慮各種特性。主要考慮因素之一是電氣端子和外殼的材料選擇。例如，盡管銅提供了更好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，但是鋁更便宜并且更易于成型和鍍覆。

Lokhandwalla解釋說：“雖然銅可能是高壓工業(yè)應(yīng)用(散熱和導(dǎo)電性至關(guān)重要)常用的材料，但鋁可能會(huì)更適用于航空航天和軍事應(yīng)用(重量和耐腐蝕性更重要)。”

進(jìn)入保護(hù)是另一個(gè)需要考慮的因素，適用于工業(yè)食品和飲料生產(chǎn)領(lǐng)域的連接器必須密封，從而使得設(shè)備和機(jī)械能在輪班沖洗時(shí)達(dá)到防水要求。

“這種保護(hù)性可延用到海洋應(yīng)用，例如石油和天然氣領(lǐng)域的應(yīng)用，這些設(shè)備可能需要長(zhǎng)時(shí)間完全浸入水中。在這些應(yīng)用中，可能需要選擇聚碳酸酯連接器，并使用合適的O形圈和索環(huán)來提供防潮密封，” Lokhandwalla說道。

盡管鋁是許多建筑、鐵路、工業(yè)和軍事應(yīng)用的連接器材料的首選，但鋁可能仍需要進(jìn)行電鍍以提高其耐腐蝕性、提供進(jìn)一步的電磁屏蔽以及滿足迷彩和顏色的需求。

“一些軍事應(yīng)用使用橄欖褐色，這是一種有毒的鎘涂層，在歷史上是用過的，” Lokhandwalla解釋說。“但近年來，它已被符合RoHS和REACH法規(guī)的黑色鋅鎳電鍍所代替。如果設(shè)計(jì)正確，這種黑色鍍層可以提供與鎘鍍層相同的性能，并且可以承受500個(gè)小時(shí)以上的鹽霧噴射。”

根據(jù)Lokhandwalla的說法，并非所有的連接器觸點(diǎn)都可以端接焊料，“在某些極端條件下，應(yīng)用的工作溫度可能會(huì)超過焊料的熔點(diǎn)，從而導(dǎo)致連接失敗。對(duì)于存在風(fēng)險(xiǎn)的應(yīng)用，工程師可能更愿意指定壓接連接器。”

Lokhandwalla指出，在壓接時(shí)，通過將觸點(diǎn)機(jī)械擠壓在一起，可以確保它們?cè)谌魏螠囟认戮３纸佑|，從而將其連接到導(dǎo)線上。壓接與焊接連接方式不同，后者是通過線眼或鉤子將電線送入然后進(jìn)行焊接，而壓接涉及材料變形，需使用特殊的壓接工具將端子鎖定在一起。

電磁干擾

PEI Genesis產(chǎn)品經(jīng)理Jakub Kosinski說，電子設(shè)備對(duì)電磁干擾(EMI)敏感，連接器也不例外。“幾乎在所有應(yīng)用中，工程師都非常關(guān)注EMI，尤其是在信號(hào)完整性至關(guān)重要的情況下，例如關(guān)鍵任務(wù)軍事通信、電傳航空電子設(shè)備和醫(yī)療應(yīng)用。在這種情況下，EMI可能會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤傳達(dá)命令、控制調(diào)整和醫(yī)療數(shù)據(jù)，并可能導(dǎo)致致命的后果。”

根據(jù)Kosinski的說法，解決EMI電阻最重要的方面是外殼，包括形狀。“外殼材料是抵抗EMI的第一道防線。導(dǎo)電金屬外殼是非常理想的選擇，因?yàn)槿魏蝹魅牖騻鞒龅碾姶挪ǘ紩?huì)在外殼中感應(yīng)出電流，從而使能量從波中流失。結(jié)果，與其他非導(dǎo)電外殼(包括塑料外殼)相比，它們起到了絕緣屏蔽的作用，非導(dǎo)電外殼無法阻擋EMI，并且可以使干擾不受阻礙地通過。”

外殼材料至關(guān)重要，即使是最細(xì)微的變化也可以帶來很大的不同。傳統(tǒng)的抗電磁干擾外殼已鍍鎘以減少腐蝕。此薄鍍層還可以提高材料對(duì)EMI的不透明度。

不幸的是，鎘對(duì)腎臟以及骨骼和呼吸系統(tǒng)有毒作用。但Kosinski表示，“最近，越來越多的外殼鍍鋅鎳已經(jīng)符合有害物質(zhì)限制(RoHS)的要求——鋅鎳具有類似的EMI屏蔽和耐腐蝕性，但不使用任何鎘，所以不會(huì)對(duì)健康產(chǎn)生負(fù)面影響。”

第二道防線是連接器外殼的形狀。

Kosinski解釋說，“例如，想象一個(gè)矩形外殼，它尖銳的邊緣會(huì)成為EMI泄漏到連接器和從連接器泄漏出去的弱點(diǎn)，而平坦的表面也會(huì)形成即興的波導(dǎo)，EMI被捕獲并干擾自身，從而產(chǎn)生更多的電磁噪聲。”

因此，他認(rèn)為，“使用外形平滑的鍍鋅鎳合金不銹鋼外殼，可以嚴(yán)格限制連接器發(fā)出或吸收的EMI能量。Amphenol M85049，Polamco 35系列和Sunbank M85049等后殼經(jīng)過專門設(shè)計(jì)，可與電纜編織層實(shí)現(xiàn)360°連接，從而為電線本身提供最佳的EMI保護(hù)。”

這樣，EMI不會(huì)從連接中泄漏出來，但是由布線本身產(chǎn)生或已經(jīng)存在的EMI怎么辦?

“這可以從兩個(gè)角度解決，”Kosinski建議，“首先是使用編織同軸電纜。像導(dǎo)電連接器外殼一樣，同軸電纜具備導(dǎo)電護(hù)套，能夠保護(hù)信號(hào)線免受EMI的侵害。為了獲得最佳保護(hù)，同軸電纜護(hù)套應(yīng)接地至連接器的后殼，以允許EMI感應(yīng)電流逸出。”

Kosinski接著介紹說，“第二種方法是在連接器中增加濾波組件，這些組件經(jīng)過調(diào)整可以通過功率和信號(hào)頻率，但可以消除EMI頻率。使用過濾器非常方便，因?yàn)榭梢暂p松地將其應(yīng)用到通常嘈雜的網(wǎng)絡(luò)中，而幾乎不需要甚至無需重新設(shè)計(jì)設(shè)備或進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。”

應(yīng)盡早設(shè)計(jì)

“我認(rèn)為在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中才考慮連接器設(shè)計(jì)，這是制造商犯的最大錯(cuò)誤之一，為時(shí)已晚。這通常會(huì)導(dǎo)致需要重新設(shè)計(jì)，從而會(huì)延遲產(chǎn)品的上市時(shí)間，” Lokhandwalla指出。

他認(rèn)為，“重要的是，連接器可能受到物理設(shè)計(jì)的限制，例如最小線規(guī)或觸點(diǎn)數(shù)量，因此在此過程中，盡早與連接器供應(yīng)商進(jìn)行協(xié)商是至關(guān)重要的。在PEI-Genesis，我們能夠?yàn)榭蛻籼峁┻B接器的3D線模型，客戶可以將其放入設(shè)計(jì)中以查看其是否合適。”

如果沒有，Lokhandwalla表示，“我們的工程團(tuán)隊(duì)可以幫助改進(jìn)或重新設(shè)計(jì)現(xiàn)有設(shè)計(jì)，或者完全提出符合規(guī)格的其他連接器。這包括更改螺紋、卡口和摩擦配件之類的功能，或后殼之類的附件，或防塵蓋之類的簡(jiǎn)單特征。”

編輯：hfy