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针对独特应用的电缆和连接器快速原型制作

2020-11-10 13:55:21 来源:连接器世界网 作者:Omnetics Connector技术总监Bob Stanton和特别项目经理Travis Neumann

对新的连接器和电缆或标准互连系统的修改版本的需求呈指数增长。高度便携式的电子产品及其在独特、坚固的应用中(通常在具有挑战性的环境中)的使用扩展要求新的设计和性能。 这是技术飞速发展的时期,因为设计师使用高速电路开发新产品和仪器,这些电路运行速度更快。使用寿命更长,并且运用于我们无法想象的地方。

使用脉冲幅度调制(PAM)的微型微波系统每秒传输数百万个比特。连续信息的四个不同电压电平编码为一系列信号脉冲。多光谱监控摄像头每秒还可以处理数百万个比特,并在当今的电子系统中进行连接和路由。

创新的传感器、探测器和监控器在我们的军队、无人驾驶车辆、小型卫星和医疗诊所中占据着主导地位。

图1. 3D实体建模使设计人员可以快速布局新应用所需的尺寸、形状和引脚格式的实体模型。在切割金属外壳或开发绝缘子模具之前,可以随时进行更改。

为了应对挑战,我们在连接器和电缆设计方面正在取得巨大进步。

标准的商用现货(COTS)连接器仍然是快速原型和参考设计的重要资源。它们可以满足当今许多应用的需求,但是随着技术的发展,较早的标准连接器并不总是能够满足设计要求。

新的需求通常包括形状异常的连接器,较小的尺寸、低直径的电缆和更轻的重量。拥有专业团队和硬件的发达的原型实验室正在满足这一需求。

选择电缆和连接器

设计工程师在选择电缆和连接器时面临的问题可能很复杂。

仪器应用——在何处以及如何使用——都是关键。对整个计划章程进行审查也很重要,例如上市时间、价格和主要产品的使用寿命。

工程师通常会列出性能预期的基本清单,以及在何处以及如何使用它以及将在其中运行的环境。其次,电子信号每个部分的列表,它们的电压和电流水平可以预先设置一些项目,例如电线尺寸。

信号速度和传输距离对电线和电缆设计的帮助与对连接器的帮助一样大。例如,用于远程控制机器人、小型卫星电子设备和军用物联网系统的士兵佩戴式电子设备连接器的设计,每条线都有一个电子表格。患者和假肢佩戴的医疗设备有明显不同的要求,例如电缆绝缘的“手感”和柔软性。出人意料的是,盖尼式电缆对弯曲和柔韧性有严格的要求,但包括结构完整性,可以避免设备在地板上滚动时破损。

无论是军事还是医疗,佩戴在人体上的电气系统都是一个相当新的高级应用领域,在这一领域中,迫切需要设计师来生成原始连接器设计。

这些小型设备需要连接器,以减少空间和重量,同时提高仪器的功能、便携性和耐用性。互连系统在即插即用系统中承受着很多磨损,这些系统在组件互换时会承受多次断开和重新连接的循环,而将电缆挂在一件设备或人身上时,耐用性和安全连接性至关重要。

图2.聚合物模型的3D打印可确保新设计和装配可以非常迅速地完成,并且成本大大低于以前。

何时使用超越标准的连接器

必须记住,大多数标准设计和军事规格设计都具有经过验证的可靠性和性能特征。

在设计工作中,我们大多数人都希望能找到合适的匹配件并拥有良好的历史来保护我们的仪器。

建议首先查看已建立的标准连接器和电缆。如果找到合适的,请使用它。但是,如果发现设计很接近,那么一个绝妙的技巧是获取一个或两个标准连接器样品,并在项目的原型和电路板制造阶段使用它们。同时,根据手中经过验证的连接器,考虑需要进行哪些更改。

过去,微型和纳米微型连接器的定制设计曾经被视为昂贵且费时费力。

今天,我们拥有快速旋转的实体建模、3D制造设备和直接链接的CNC机械,可以显著加快速度。一旦选择了新的示例连接器中使用的经过验证并建立的针脚对插座元件,就可以开始建立信心,使得新设备具有良好的历史记录,旨在确保可靠性。

系统设计工程师还可以与连接器团队开始在线对话,以快速规划新应用所需的尺寸、形状和引脚格式的实体模型。在切割金属外壳或开发绝缘子模具之前,可以随时进行更改。

图3.连接器设计的变化可包括根据需要混合电源、同轴电缆和数字信号线的信号。新的形状和尺寸随时可用。

必要时,可以制作3D添加剂聚合物模型以滑入仪器系统中,以进一步确保其适合并且有一条用于组装电缆的路线。这种方法确保了新设计和装配可以非常迅速地完成,并且成本大大低于以前。连接器公司正在与技术专家一起为快速旋转的原型实验室配备人员,以利用这些新功能并应对这些新的互连挑战。

如何开始寻找专用连接器

系统设计人员可通过网站获得许多第一步选项,并与连接器销售人员进行讨论,他们可以在建立之前讨论的实体模型之前与原型实验室中的连接器原型专家联系,以提供帮助。对实验室的早期访问有助于发现连接器材料、电缆格式和设计形状中的多个选项和功能。在此过程的早期,与连接器原型和设计工程师进行的其他讨论有助于确保在进行良好的预先计划后取得良好的结果。

●可制造性设计计划

●审查以验证或修改组装设计。

●在满足性能需求的同时查看低成本流程。

关键是专注于应用。连接器设计的变化可包括根据需要混合电源,同轴电缆和数字信号线的信号。新的形状和尺寸随时可用。通常,人们将重点放在新系统上,以及如何通过一个或最少数量的连接器和电缆集完全为其提供服务。在某些情况下,可使用可减轻重量并显著缩短组装时间并降低成本的可弯曲连接器设计来消除导线。例如,在拟人化测试假人(ATD)内部使用的用于确定碰撞测试对人的影响的设备,很难使用从组装到连接器的电线进行组装。一个简单的flex网络大大改善了设备。

经证明,与经验丰富的连接器原型开发人员合作,可以解决许多新挑战,这些挑战来自传感器和检测器所采用的新颖电子功能,这些电子功能正以惊人的新方式被利用。现在,我们具有高度的可移植性,并且需要快速处理大量数据。新的标准连接器可以称为“专用驱动”。

原型部门的质量和服务需要足智多谋的工程团队,他们愿意并愿意提供一系列可能的解决方案,其中包括多种工艺技能以及最新的材料知识。建议系统设计师找到并与这些技能保持联系的团队合作。

最新材料和数据的清单可以满足苛刻的环境需求。此外,还可以使用最新的建模,添加的3D材料和定制的加工。快速旋转成型方法和手动组装可让设计师迅速获得第一手原型。

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