Document tehnic: Conectori „board-to-conector” pentru senzori industriali și sisteme de camere
Mai rapide, mai mici, mai robuste: atunci când sunt utilizate în senzori industriali și sisteme de camere, conector trebuie să îndeplinească tot mai multe cerințe. Tendința este spre modularizare. Cu ajutorul conectorilor placă-placă, plăcile de circuit imprimat pot fi combinate între ele în mod variabil, determinând astfel în mod decisiv funcționalitatea senzorului. În era Industriei 4.0, conectorii nu trebuie doar să devină din ce în ce mai mici și mai performanți – pe lângă miniaturizare și viteză mare, utilizarea în mediul industrial necesită adesea o robustețe extremă. Acest ghid are rolul de a vă ajuta să găsiți conectorul (conector) potrivit pentru aplicația dumneavoastră de vizualizare industrială.
Trei cerințe sunt prioritare în dezvoltarea senzorilor și a sistemelor de camere moderne pentru aplicații industriale: transferul de date de mare viteză, miniaturizarea și robustețea. Aceste cerințe pot fi rareori analizate separat – însă, în funcție de priorități, se poate găsi conectorul (conector) optim pentru aplicația dumneavoastră.
Transmisie de date de mare viteză

Senzorii și camerele inteligente din mediile industriale necesită, în era Big Data, IoT și IIoT, o transmisie sigură a datelor de mare viteză. Conectorii (conector) pentru aplicații de mare viteză ar trebui să dispună de un design al contactelor cu performanțe ridicate corespunzătoare. Deoarece un conector (conector), datorită geometriei sale, reprezintă un anumit factor de risc pentru fluctuațiile în evoluția impedanței (profil de impedanță), în dezvoltarea conectorilor de mare viteză se acordă o atenție deosebită optimizării designului contactelor pentru controlul impedanței. În acest context, este important ca modificările secțiunii transversale în cadrul conectorului să fie reduse la minimum, pe cât posibil, deoarece acestea determină fluctuații de impedanță, care, la rândul lor, duc la pierderi în transmisia semnalului.
În cazul structurilor miniaturizate, conectorii (conector) ar trebui, de asemenea, să dispună de o ecranare electromagnetică, deoarece semnalele de înaltă frecvență sunt deosebit de sensibile la efectele electromagnetice nedorite. În acest caz, chiar și un impuls mic poate fi suficient pentru a denatura semnalul util, astfel încât receptorul să nu mai poată interpreta în mod univoc stările digitale.
Un conector (conector) poate juca atât rolul de „sink” (absorbant de interferențe), cât și cel de „source” (sursă de interferențe); adică, pe de o parte, poate fi influențat de alte componente ale ansamblului, iar pe de altă parte, poate exercita el însuși un efect electromagnetic asupra componentelor din jur. Cu ajutorul inductivității de cuplare (inductanță mutuală) LK, măsurată în picohenry (pH), conectorul poate fi descris în ambele funcții – sursă și sink. Un sistem simplu de măsurare îi ajută pe utilizatori să afle care conector și care configurație de pini sunt necesare sau optime pentru aplicația lor specifică. În acest scop, semnalul util trebuie perturbat cu ajutorul unui generator de impulsuri, iar inductanță mutuală maximă admisibilă trebuie măsurată. Dacă tensiunea indusă (Uind), tensiunea generatorului (UGen) și constanta generatorului (kGen) sunt cunoscute, inductanță mutuală maximă admisibilă specifică fiecărei aplicații (L) poate fi determinată folosind următoarea formulă:
L = Uind / (UGen * kGen)
inductanță mutuală ajută, de asemenea, utilizatorul să definească conectorul adecvat din punct de vedere al compatibilității electromagnetice. Astfel, se pot evita testele de tip „trial-and-error” costisitoare și consumatoare de timp din laboratorul CEM-Labor.
În plus, este posibilă reducerea inductanță mutuală-ului unui conector cu ajutorul unei ecranare. Iată un exemplu de aplicare: pentru un semnal HDMI, la o tensiune de 4,4 kV, s-a determinat o inductanță mutuală maximă specifică cazului de 47 pH. Dacă valoarea depășește acest prag, semnalul nu mai poate fi transmis fără interferențe. Figura de mai jos arată că inductanță mutuală a fost redusă semnificativ prin utilizarea unui concept de ecranare.
Un conector (conector) poate juca atât rolul de „sink” (absorbant de interferențe), cât și cel de „source” (sursă de interferențe); adică, pe de o parte, poate fi influențat de alte componente ale ansamblului, iar pe de altă parte, poate exercita el însuși un efect electromagnetic asupra componentelor din jur. Cu ajutorul inductivității de cuplare (inductanță mutuală) LK, măsurată în picohenry (pH), conectorul poate fi descris în ambele funcții – sursă și sink. Un sistem simplu de măsurare îi ajută pe utilizatori să afle care conector și care configurație de pini sunt necesare sau optime pentru aplicația lor specifică. În acest scop, semnalul util trebuie perturbat cu ajutorul unui generator de impulsuri, iar inductanță mutuală maximă admisibilă trebuie măsurată. Dacă tensiunea indusă (Uind), tensiunea generatorului (UGen) și constanta generatorului (kGen) sunt cunoscute, inductanță mutuală maximă admisibilă specifică fiecărei aplicații (L) poate fi determinată folosind următoarea formulă:
L = Uind / (UGen * kGen)
inductanță mutuală ajută, de asemenea, utilizatorul să definească conectorul adecvat din punct de vedere al compatibilității electromagnetice. Astfel, se pot evita testele de tip „trial-and-error” costisitoare și consumatoare de timp din laboratorul CEM-Labor.
În plus, este posibilă reducerea inductanță mutuală-ului unui conector cu ajutorul unei ecranare. Iată un exemplu de aplicare: pentru un semnal HDMI, la o tensiune de 4,4 kV, s-a determinat o inductanță mutuală maximă specifică cazului de 47 pH. Dacă valoarea depășește acest prag, semnalul nu mai poate fi transmis fără interferențe. Figura de mai jos arată că inductanță mutuală a fost redusă semnificativ prin utilizarea unui concept de ecranare.

În acest context, atât elementele de fixare (boardlocks), cât și contactele exterioare au fost conectate la potențialul de masă, atât în cazul variantei neecranate, cât și al celei ecranate, în timp ce un semnal a fost aplicat printr-o pereche de contacte. Valorile inductivității de cuplare măsurate pot fi demonstrate pe baza distribuției colorate a câmpului electric și magnetic. Simularea cu un conector neecranat (conector) a arătat că există o inductanță mutuală de până la 196 pH. La valoarea limită determinată de 47 pH, o transmisie neperturbată a semnalului nu ar mai fi garantată. În schimb, în cazul conectorului ecranat (conector), valorile inductivității de cuplare se situează între 1 și 4 pH. Prin urmare, acestea au putut fi reduse cu aproximativ un factor de 50 datorită ecranării, asigurându-se astfel o transmisie fără interferențe. În cazul unui număr mai mare de poli, este posibilă chiar o reducere cu un factor de 100 până la 200.
Pentru utilizator, ecranarea prezintă avantaje din două puncte de vedere: Pe de o parte, conectorul (conector) acționează astfel mai puțin ca sursă de perturbații, iar pe de altă parte, datorită ecranării (ecranare), acesta reprezintă un „sink” de perturbații mai redus pentru semnale. Prin utilizarea conectorilor ecranați, aceștia pot fi acum poziționați mai aproape de sursele de perturbații și de „sink-urile” de perturbații de pe placa de circuit imprimat. În plus, se obține o clasă de performanță mai ridicată la testele de burst și de supratensiune (surge) prescrise pentru aparatul electric.
Pentru utilizator, ecranarea prezintă avantaje din două puncte de vedere: Pe de o parte, conectorul (conector) acționează astfel mai puțin ca sursă de perturbații, iar pe de altă parte, datorită ecranării (ecranare), acesta reprezintă un „sink” de perturbații mai redus pentru semnale. Prin utilizarea conectorilor ecranați, aceștia pot fi acum poziționați mai aproape de sursele de perturbații și de „sink-urile” de perturbații de pe placa de circuit imprimat. În plus, se obține o clasă de performanță mai ridicată la testele de burst și de supratensiune (surge) prescrise pentru aparatul electric.
miniaturizare
În ciuda integrării funcționale tot mai mari, dimensiunile senzorilor și ale sistemelor de camere nu trebuie să crească. În majoritatea cazurilor, în automatizarea industrială se impune chiar o miniaturizare continuă, pentru a putea construi mașini din ce în ce mai compacte. La fel, tendința către structuri modulare ale senzorilor sau camerelor necesită utilizarea unor conectori miniaturizați corespunzător (conector). Prin urmare, în ultimele decenii, conectorii s-au redus la o fracțiune din dimensiunea lor inițială, păstrând însă o performanță aproape identică.

Pentru aplicații cu spațiu de montare deosebit de restrâns, se recomandă tehnologia de montare pe suprafață (Surface-Mount-Technologie). Aceasta economisește spațiu în mod deosebit, deoarece permite montarea componentelor pe ambele fețe ale plăcii de circuit imprimat, precum și un pas mic. Cu tehnica de inserare prin presare (tehnologie press-fit), un pas strâns de doar 0,5 mm nu ar fi, de exemplu, realizabil din cauza forțelor fizice care acționează în timpul procesului de presare – la fel cum nu ar fi posibilă nici montarea componentelor pe ambele fețe ale plăcii de circuit imprimat (asamblare PCB). În cazul aplicațiilor miniaturizate, trebuie să se țină cont, de asemenea, de un alt criteriu important în alegerea conectorului potrivit: în aceste cazuri, componentele sensibile ale unui ansamblu sunt adesea situate foarte aproape una de alta. Acest lucru generează un risc crescut de interferență electromagnetică reciprocă între componente. Desigur, transmiterea datelor în cadrul aplicației dumneavoastră nu trebuie sub nicio formă perturbată, denaturată sau chiar împiedicată. Din acest motiv, protecția împotriva interferențelor electromagnetice (EM) capătă o importanță din ce în ce mai mare. Pentru a evita interferențele de semnal, se recomandă, la fel ca în cazul conectorilor de mare viteză (conector de mare viteză), alegerea unui conector ecranat.
Robustețe
Senzorii și sistemele de camere utilizate în apropierea mașinilor sunt expuse într-o măsură deosebită la condiții de mediu dure. Pentru a proteja componentele electronice împotriva acestor influențe externe, întregul ansamblu poate fi turnat cu material de protecție. Pentru aceasta este însă necesară o soluție de conectare compatibilă cu procesul de turnare. Conectorii obișnuiți (conector) sunt aici în mod clar dezavantajați, deoarece zona vulnerabilă de conectare (zonă de cuplare) trebuie protejată împotriva masei de protecție (rășină de încapsulare). Tehnologia de contact cu arc și lamă utilizată în acest caz nu ar îndeplini grad de protecție IP necesar pentru aceste materiale.

Prin urmare, atunci când se alege conectorul potrivit (conector), trebuie să se acorde atenție selectării unei soluții de conectare dintr-o singură piesă, adică a unui conector care nu necesită zona tradițională de conectare (zonă de cuplare). Astfel, masa de etanșare (rășină de încapsulare) asigură o soluție de conectare durabilă și robustă, fără a putea pătrunde însă în zona de contact.
Dacă componentele electronice trebuie testate din punct de vedere al robusteții, acest lucru este posibil în cadrul unor teste de laborator. În acest context, profilul de șoc standardizat (profile) trebuie să corespundă stării nominale (control), adică unei accelerații de 50 g cu o toleranță de 20% (high abort și low abort). Conform standardului DIN EN 60068-2-27, este admisă o întrerupere a contactului (microîntrerupere) ≤ 1 µs.
Dacă componentele electronice trebuie testate din punct de vedere al robusteții, acest lucru este posibil în cadrul unor teste de laborator. În acest context, profilul de șoc standardizat (profile) trebuie să corespundă stării nominale (control), adică unei accelerații de 50 g cu o toleranță de 20% (high abort și low abort). Conform standardului DIN EN 60068-2-27, este admisă o întrerupere a contactului (microîntrerupere) ≤ 1 µs.

Dacă, în aplicația dumneavoastră, conectorul (conector) este expus în măsură extremă la influențe externe ale mediului, precum vibrații, șocuri, umiditate, murdărie, temperaturi extreme sau fluctuații de temperatură, este necesară și o robustețe extremă. „încapsulare” (turnarea) ansamblului dumneavoastră poate ajuta în acest sens, însă este recomandabil să nu vă bazați exclusiv pe aceasta. În schimb, se recomandă o combinație între încapsulare și tehnica de presare. Aceasta din urmă și-a dovedit deja eficiența de miliarde de ori și este considerată cea mai robustă și mai fiabilă opțiune de conectare – chiar și în condiții nefavorabile. În cazul tehnicii de presare, pinul conectorului (conector) este presat într-un orificiu al plăcii de circuit imprimat cu contact prin trecere, creând astfel o conexiune atât electrică, cât și mecanică între conector și placa de circuit imprimat. În același timp, se pot realiza economii de costuri de până la 50%, deoarece se evită lucrările complexe de lipire și soluțiile costisitoare de cablare. Dacă se elimină zona vulnerabilă de conectare (zonă de cuplare), un conector (conector) utilizat în combinație cu tehnica de presare (tehnologie press-fit) poate rezista chiar și la șocuri de 50 până la 200 g fără întreruperea contactului (microîntrerupere).
Când este nevoie de oameni polivalenți
În teorie, aceste cerințe – transferul de date de mare viteză, miniaturizarea și robustețea – pot fi analizate relativ separat. Cu toate acestea, în calitate de utilizator, veți constata cu siguranță că conectorul de care aveți nevoie conector, în cele mai rare cazuri, trebuie să îndeplinească doar una dintre aceste cerințe. Din acest motiv, multe conectoare îndeplinesc mai multe dintre aceste criterii, cu ponderi diferite. În unele cazuri, merită să aruncați o privire și asupra conectorilor „multifuncționali”. De exemplu, dacă se utilizează simultan mai multe conector, este recomandabil să se opteze pentru o familie de produse care prezintă o scalabilitate ridicată. Astfel, se pot evita ciclurile de omologare costisitoare și consumatoare de timp și, în același timp, se poate asigura că toate produsele dintr-o familie de conectori sunt compatibile între ele – indiferent dacă sunt ecranat, neecranat, drepte sau unghiular.

Aveți întrebări?

În calitate de experți în conectori și contactare pentru plăci de circuit imprimat, vă împărtășim cu plăcere cunoștințele noastre, de exemplu, prin webinarii personalizate pentru dumneavoastră:
webinar.ept-group.de
. Sau contactați-ne direct pentru orice întrebări legate de conectori!
ept GmbH
Bergwerkstr. 50
86971 Peiting, GERMANIA
Telefon +49 (0) 8861 2501 0
Fax +49 (0) 8861 2501 700
www.ept.de
sales@ept.de
webinar.ept-group.de
. Sau contactați-ne direct pentru orice întrebări legate de conectori!
ept GmbH
Bergwerkstr. 50
86971 Peiting, GERMANIA
Telefon +49 (0) 8861 2501 0
Fax +49 (0) 8861 2501 700
www.ept.de
sales@ept.de

