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SWaP要求在连接器设计中越来越重要
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SWaP要求在连接器设计中越来越重要

2022-11-21 11:15:26 来源:深圳市连接器行业协会 李亦平编译 作者:Travis Neumann

【哔哥哔特导读】SWaP(减少尺寸、重量和功率需求)在连接器上的多样运用。

电子产品在保持性能和可靠性的同时,尽量减少尺寸、重量和功率(SWaP)是为军事应用市场开发现代电气和计算机产品设计师面临的主要挑战。

集成电路

从模拟到数字电子转变的同时,封装尺寸变得更小,性能却需要不断改进和提高。在一台设备上可以同时具备电脑、照相机、传真机和电话等功能。为了完成这种产品设计,需要更多小型化的电子部件。新的芯片和电路板材料降低了工作电压,从而提高了便携式产品的电池寿命。同样的工艺和材料也带来了更合适的阻抗。板或电缆内部的线间距这样看似简单的东西,但对信号质量产生显著影响,特别是那些高速运行的信号。

此外,为了对抗衰减,过去20年开发的连接器使用扁平引脚传输数据和电源,提高信号完整性。通过使用导电箔包裹或编织,在外部进行适当屏蔽,创造一个紧凑的解决方案,在各种应用环境中保证性能。

从现场无线电到便携式监视系统,每个设备都相应地分配电力和信号。这些设备能够在地球上一些最严酷环境中传输实时战场情报的GPS和夜视设备等。

现场使用的设备有许多需要考虑的具体因素,如抗破坏性和环境因素。信号要求是设计过程中的主要要求。用户希望获得小型轻量级解决方案,并且有必要检查每个变量将如何影响大小、重量和功率。

连接器

Omnetics公司的PZN超微型板对线连接器

Size尺寸

连接器的大小可以根据用户要求来确定。基于MIL-DTL-83513和MIL-DTL-32139规格的连接器可以满足特殊需求进行定制。可根据选择来减少连接器的整体大小。混合连接器利用较大的触点进行电力传输与较小的触点传输信号,并且PIN数不受限制。

连接器 

Omnetics公司的纳米和微型混合圆形连接器

混合圆形连接器利用金属锁存而不是传统硬件来保证高可靠性。例如,在无人机(UAV)机翼中,混合圆形连接器提供功率和信号的高速传输,如伺服系统和传感器。它们的小尺寸和圆形穿过翼梁,不会被抓住或卡在无法到达的位置。

混合圆形连接器也出现在许多士兵可穿戴产品应用中。充电器、平板电脑、收音机、监视器、通信系统和许多其它电子产品种,可以提高安全性和态势感知。混合连接器通过USB、以太网或HDMI提供数据传输,同时比行业标准外形系数更小。

Weight 重量

重量要求由应用和环境决定。环境因素在最终解决方案中起着关键作用。重量是士兵穿戴应用的关键要求,在航空学中使用的设备中有重大影响,特别是在太空中。

在20世纪90年代末和21世纪初,立方体卫星等航空航天事业蓬勃发展。减少飞船的整体尺寸和重量,同时提高能力。使用单颗、大型、超昂贵卫星的日子已经一去不复返了。这些利用小型、坚固连接器的纳米级卫星正在定期发射。对立方体卫星的重量要求可能只有配备镀膜塑料连接器。当电磁干扰的障碍较小时,没有金属外壳的连接器组件将形状系数保持在绝对最小值。在其它空间应用中,需要镀金的铝或不锈钢外壳,可以屏蔽宇宙辐射。

连接器

Omnetics的锁存micro-D 型连接器

SWaP已经成为许多应用中的优先选项。近年来,许多连接器制造商已经开始提供不同的没有金属外壳的替代品,减少尺寸和重量。在这些情况下,通过消除金属外壳和使用能够承受环境的高分子聚合材料来减轻重量。诸如聚酰亚胺、PEEK和Ultem等材料,用于抗化学药性和高温度等。最近的技术还允许电镀塑料,增强电化学性能。

更坚固的轻质连接器与金属外壳制造使用铝合金和电镀,获得额外的保护。这使得金属的保护和耐用性与只使用“塑料”的连接器不同。

小型轻质加固连接器具有物理性能的优势。将外形因素、重量和工程材料结合在一起,解决环境应用中冲击和振动的破坏。

Power功率

在设计微型坚固连接器时,通常首先解决功率需求,然后是信号。功率应考虑到电压和电流。在大多数情况下,数字信号的工作电压都很低,而且通常不是一个问题。电力需求可能要求提供3A或1A的电流。坚持使用传统连接器的设计师可能会在多个触点上分散功率,这最终会影响解决方案的整体尺寸和重量。

前面提到的,混合解决方案是设计者的一个选择,可以提供特定的功率触点和额外的信号线,以保持整体外形因素在最小。无人机和航空航天系统是混合连接器应用一个很好的例子。在过去十年里,大功率应用需求已经从30 A发展到超过300 A或更多,其中一些还增加了信号来提供遥测、脉冲波调制(PWM)或其它数据传输。

连接器

带有附加信号引脚的无人机电源连接器

在功率和信号传递方面可能对电压提出挑战,并影响整体尺寸和重量。MIL-DTL-83513或MIL-DTL-32139基础规范中电压需要额外的接触间距和绝缘方法,如单独屏蔽触点,防止连接器故障。对高电压和电流的需求可能会在连接器内部产生电气噪声,需要额外的屏蔽。屏蔽通过使用导电编织物、导电收缩管、包裹物或接地终端,增加了整体解决方案的尺寸和重量。在许多情况下,屏蔽对于保持设备性能是至关重要的。

在减少尺寸、重量和功率需求方面,将经过验证的设计与替代材料相结合的解决方案价值很大。开放使用传统规范之外的材料,设计师会发现他们有更多解决方案来应对具有挑战性的环境。

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