Технически доклад „Board-to-Board“ съединител за индустриални сензори и камерни системи
По-бързи, по-малки, по-издръжливи: при използването им в индустриални сензори и камерни системи съединителите (съединител) трябва да отговарят на все повече изисквания. Тенденцията е към модуляризация. С помощта на съединители платка-платка печатните платки могат да се комбинират по различен начин, като по този начин се определя в значителна степен функционалността на сензора. В ерата на Индустрия 4.0 съединителите трябва не само да стават все по-малки и по-мощни – освен миниатюризация и висока скорост, използването им в индустриална среда често изисква изключителна издръжливост. Настоящото ръководство има за цел да ви помогне да намерите подходящия съединител (съединител) за вашето приложение в областта на машинно зрение.
Три изисквания са на преден план при разработването на съвременни сензори и камерни системи за промишлени приложения: високоскоростно предаване на данни, миниатюризация и издръжливост. Тези изисквания рядко могат да се разглеждат отделно едно от друго – в зависимост от приоритетите обаче може да се намери оптималният съединител (съединител) за Вашето приложение.
Високоскоростен трансфер на данни
Интелигентните сензори и камери в индустриални среди се нуждаят от сигурно високоскоростно предаване на данни в ерата на Big Data, IoT и IIoT. Съединителите (съединител) за високоскоростни приложения трябва да разполагат със съответно високопроизводителен дизайн на контактите. Тъй като съединителят (съединител) поради своята геометрия представлява определен рисков фактор за колебания в импедансната крива (импедансен профил), при разработването на високоскоростни съединители се обръща специално внимание на оптимизацията на дизайна на контактите с цел контролиране на импеданса. При това е важно промените в напречното сечение на съединителя (съединител) да се сведат до минимум, доколкото е възможно, тъй като те водят до колебания в импеданса, които от своя страна водят до загуби при предаването на сигнала.
В случая на миниатюрни конструкции съединителите (съединител) трябва освен това да разполагат с електромагнитно екраниране, тъй като преди всичко високочестотните сигнали са особено податливи на нежелани електромагнитни ефекти. Тук дори малък импулс може да бъде достатъчен, за да изкриви полезния сигнал, така че приемникът да не може повече да интерпретира еднозначно цифровите състояния.
При това един конектор (съединител) може да изпълнява както ролята на поглъщател на смущения, така и на източник на смущения, т.е. от една страна да е подложен на влиянието на други компоненти от модула, а от друга – сам да оказва електромагнитно въздействие върху околните компоненти. С помощта на индуктивността на свързване (взаимна индуктивност) LK, измервана в пикохенри (pH), конекторът може да бъде описан и в двете си функции – като източник и като поглъщател. Проста измервателна схема помага на потребителите да установят кой конектор и коя конфигурация на изводите е необходима, съответно оптимална, за тяхното конкретно приложение. За целта полезният сигнал трябва да бъде подложен на смущения с помощта на генератор на импулси и да се измери максимално допустимата индуктивност на свързване (взаимна индуктивност). Ако индуцираното напрежение (Uind), напрежението на генератора (UGen) и константата на генератора (kGen) са известни, за всяко приложение може да се определи съответната специфична, максимално допустима индуктивност на свързване (взаимна индуктивност) (L) по следната формула:
L = Uind / (UGen * kGen)
съединител помага на потребителя също така да определи подходящия съединител по отношение на неговата електромагнитна съвместимост. По този начин могат да се избегнат и скъпите, както и отнемащите много време изпитания по метода „проба-грешка“ в ЕМС-Labor.
Освен това е възможно да се намали взаимна индуктивност на един съединител с помощта на екраниране. Ето един пример за приложение: За HDMI сигнал при напрежение от 4,4 kV беше определена максимална за конкретния случай индуктивност на връзката (взаимна индуктивност) от 47 pH. Ако стойността е по-висока, сигналът вече не може да се предава без смущения. Следващата илюстрация показва, че индуктивността на връзката е била значително намалена чрез използването на концепция за екраниране.
При това един конектор (съединител) може да изпълнява както ролята на поглъщател на смущения, така и на източник на смущения, т.е. от една страна да е подложен на влиянието на други компоненти от модула, а от друга – сам да оказва електромагнитно въздействие върху околните компоненти. С помощта на индуктивността на свързване (взаимна индуктивност) LK, измервана в пикохенри (pH), конекторът може да бъде описан и в двете си функции – като източник и като поглъщател. Проста измервателна схема помага на потребителите да установят кой конектор и коя конфигурация на изводите е необходима, съответно оптимална, за тяхното конкретно приложение. За целта полезният сигнал трябва да бъде подложен на смущения с помощта на генератор на импулси и да се измери максимално допустимата индуктивност на свързване (взаимна индуктивност). Ако индуцираното напрежение (Uind), напрежението на генератора (UGen) и константата на генератора (kGen) са известни, за всяко приложение може да се определи съответната специфична, максимално допустима индуктивност на свързване (взаимна индуктивност) (L) по следната формула:
L = Uind / (UGen * kGen)
съединител помага на потребителя също така да определи подходящия съединител по отношение на неговата електромагнитна съвместимост. По този начин могат да се избегнат и скъпите, както и отнемащите много време изпитания по метода „проба-грешка“ в ЕМС-Labor.
Освен това е възможно да се намали взаимна индуктивност на един съединител с помощта на екраниране. Ето един пример за приложение: За HDMI сигнал при напрежение от 4,4 kV беше определена максимална за конкретния случай индуктивност на връзката (взаимна индуктивност) от 47 pH. Ако стойността е по-висока, сигналът вече не може да се предава без смущения. Следващата илюстрация показва, че индуктивността на връзката е била значително намалена чрез използването на концепция за екраниране.
При това Boardlocks, както и външните контакти, бяха поставени на потенциал на маса както при неекранираната, така и при екранираната версия, докато чрез двойка контакти беше подаден сигнал. Измерените стойности на индуктивността на свързване могат да бъдат демонстрирани чрез цветни градиенти на електрическото и магнитното поле. Симулацията с неекраниран съединител (съединител) показа, че в този случай се наблюдава индуктивност на връзката (взаимна индуктивност) до 196 pH. При определената гранична стойност от 47 pH безпрепятственото предаване на сигнала вече не би било гарантирано. При екранирания съединител (съединител), от друга страна, стойностите на индуктивността на връзката са между 1 и 4 pH. Те са били намалени чрез екранирането (екраниране) приблизително с фактор 50, като по този начин е осигурено предаване без смущения. При по-голям брой полюси е възможно дори намаление с фактор 100 до 200.
За потребителя екранирането (екраниране) има положителни свойства в две отношения: От една страна, благодарение на това съединителят (съединител) действа в по-малка степен като източник на смущения, а от друга – благодарение на екранирането (екраниране) представлява по-малък приемник на смущения за сигналите. Чрез използването на екранирани съединители те вече могат да бъдат разположени по-близо до източници и приемници на смущения върху печатната платка. Освен това се постига по-висок клас на мощност при предписаните изпитвания за импулсни и пренапрежени състояния на електрическото устройство.
За потребителя екранирането (екраниране) има положителни свойства в две отношения: От една страна, благодарение на това съединителят (съединител) действа в по-малка степен като източник на смущения, а от друга – благодарение на екранирането (екраниране) представлява по-малък приемник на смущения за сигналите. Чрез използването на екранирани съединители те вече могат да бъдат разположени по-близо до източници и приемници на смущения върху печатната платка. Освен това се постига по-висок клас на мощност при предписаните изпитвания за импулсни и пренапрежени състояния на електрическото устройство.
миниатюризация
Въпреки нарастващата функционална интеграция, размерите на сензорите и камерите не трябва да се увеличават. В повечето случаи в индустриалната автоматизация дори се изисква постоянна миниатюризация, за да могат машините да се произвеждат все по-компактни. По същия начин тенденцията към модулни конструкции на сензори или камери изисква използването на съответно миниатюрни съединители (съединител). През последните десетилетия съединителите са се намалили до една малка част от първоначалния си размер, като са запазили почти идентична производителност.
За приложения с особено ограничено пространство за монтаж е подходяща технологията за повърхностен монтаж (Surface-Mount-Technologie). Тя спестява особено много място, тъй като позволява двустранно монтиране на печатната платка, както и малки стъпка. С технологията за впресване (press-fit технология), например, тесен стъпка от само 0,5 mm не би бил осъществим поради физическите сили, действащи по време на процеса на впресване – както и двустранното монтиране на печатната платка (монтаж на печатни платки). В случая на миниатюрни приложения трябва да се има предвид и още един важен критерий при избора на подходящия съединител: в тези случаи чувствителните компоненти на даден модул често са разположени много близо един до друг. Това води до повишен риск от взаимно електромагнитно въздействие върху компонентите. Разбира се, при вашето приложение предаването на данни в никакъв случай не трябва да бъде нарушавано, изкривявано или дори възпрепятствано. Поради тази причина електромагнитната защита придобива все по-голямо значение. За да се избегнат смущения в сигнала, се препоръчва, както при високоскоростните съединители (високоскоростен съединител), така и тук да се избере екраниран съединител.
Здравина
Сензорите и камерите, които се използват в непосредствена близост до машини, са изложени в особена степен на сурови въздействия на околната среда. За да се защити електрониката от тези външни въздействия, целият модул може да бъде залит. За целта обаче е необходимо решение за свързване, което също е съвместимо с заливката. Обикновените съединители (съединител) са в явно неравностойно положение тук, тъй като уязвимата зона на съединението (зона на съединяване) трябва да бъде защитена от заливката (заливна маса). Използваната технология с пружинно-ножови контакти в този случай не би осигурила необходимия клас на защита IP степен на защита за тези материали.
При избора на подходящ съединител (съединител) трябва да се обърне внимание на избора на еднокомпонентно решение за свързване, т.е. съединител, който не се нуждае от традиционната зона за закрепване (зона на съединяване). По този начин запълващата маса (заливна маса) осигурява трайно и устойчиво решение за свързване, като обаче не може да проникне в зоната на контактите.
Ако електронните компоненти трябва да бъдат тествани по отношение на тяхната устойчивост, това е възможно в рамките на лабораторни тестове. При това стандартизираният профил на удара (profile) трябва да съответства на желаното състояние (control), т.е. ускорение от 50 g с толеранс от 20 процента (high abort и low abort). Съгласно DIN EN 60068-2-27 при това е допустимо прекъсване на контакта (прекъсване на контакта) ≤ 1 µs.
Ако електронните компоненти трябва да бъдат тествани по отношение на тяхната устойчивост, това е възможно в рамките на лабораторни тестове. При това стандартизираният профил на удара (profile) трябва да съответства на желаното състояние (control), т.е. ускорение от 50 g с толеранс от 20 процента (high abort и low abort). Съгласно DIN EN 60068-2-27 при това е допустимо прекъсване на контакта (прекъсване на контакта) ≤ 1 µs.
Ако при вашето приложение съединителят (съединител) е изложен на екстремни външни въздействия като вибрации, удари, влага, замърсяване, екстремни температури или температурни колебания, се изисква и изключителна здравина. Заливането (заливане) на вашия модул може да помогне в този случай, но все пак е препоръчително да не разчитате изцяло на него. Вместо това се препоръчва комбинация от „заливане“ и „press-fit технология“. Последната вече е доказала ефективността си милиарди пъти и се счита за най-здравата и надеждна възможност за свързване – дори при неблагоприятни условия. При „press-fit технология“ щифтът (Pin) на съединителя се впресва в отвор на печатната платка с проходни отвори, като по този начин се създава както електрическа, така и механична връзка между съединителя (съединител) и печатната платка. Същевременно по този начин могат да се постигнат икономии на разходи до 50 процента, тъй като се избягват трудоемките споявателни работи и скъпите кабелни решения. При отпадане на уязвимата зона на съединението (зона на съединяване) съединителят (съединител) в комбинация с технологията за впресване (press-fit технология) може дори да издържи ударни натоварвания от 50 до 200 g без прекъсване на контакта (прекъсване на контакта).
Когато се търсят универсални специалисти
На теория тези изисквания – високоскоростно предаване на данни, миниатюризация и издръжливост – могат да се разглеждат относително ясно и отделно едно от друго. Като потребител обаче със сигурност ще установите, че необходимият ви съединител (съединител) в най-редките случаи трябва да отговаря само на едно от тези изисквания. Поради тази причина много съединители отговарят на няколко от тези критерии с различна степен на важност. В някои случаи си струва да обърнете внимание и на „универсалните“ съединители. Ако например се използват едновременно няколко съединители (съединител), препоръчително е да се избере продуктова серия, която предлага висока мащабируемост. По този начин могат да се избегнат отнемащите време и средства процедури по одобрение и в същото време да се гарантира, че всички продукти от една серия съединители (фамилия съединители) са съвместими помежду си – независимо дали са екранирани (екраниран), неекранирани (неекраниран), прави (ъглов) или ъглови (ъглов).
Има ли въпроси?
Като експерти по съединители и контакти за печатни платки, с удоволствие споделяме знанията си, например чрез уебинари, съобразени с вашите нужди:
webinar.ept-group.de
Или се свържете директно с нас по всички въпроси, свързани с темата за съединителите!
ept GmbH
Bergwerkstr. 50
86971 Peiting, ГЕРМАНИЯ
Тел. +49 (0) 8861 2501 0
Факс +49 (0) 8861 2501 700
www.ept.de
sales@ept.de
webinar.ept-group.de
Или се свържете директно с нас по всички въпроси, свързани с темата за съединителите!
ept GmbH
Bergwerkstr. 50
86971 Peiting, ГЕРМАНИЯ
Тел. +49 (0) 8861 2501 0
Факс +49 (0) 8861 2501 700
www.ept.de
sales@ept.de