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SWaP-C——考虑高可靠性连接器的新方法

2023-04-10 14:24:56 来源:《国际线缆与连接》投稿人 冯文飞编译 作者:Powell Electronics 产品专家Robert Webber 点击:5992

连接器

 

如果你直接深入了解,行业需求可以被剥离为一些赤裸裸的要求——更小的尺寸、更轻的重量、更高的性能(这可能意味着更高的功率)、更低的成本。有一个很好的行业缩略语涵盖了这一点SwaP-C(尺寸、重量和功率-成本),它完全适用于高可靠性连接器的选择。

互连是一个有趣的话题,因为连接器需要发挥双重功能。它们必须确保电信号的传输,有时还要确保电源从电路的一个部分传输到另一个部分。但它们也要履行机械功能,将电缆和电路板进行物理连接。有时它们还扮演着结构性的角色。在高可靠性(hi-rel)应用中确保信号完整性和/或电源的连续性,如国防或太空,在这些应用中经常出现极端的冲击、振动和温度波动,这就要求对所用的连接器进行非常仔细的考虑。

让我们以CubeSat为例。CubeSats是一类基于立方体外形的微型卫星,每个边长为10厘米(大约是牛奶盒的大小),重量不超过2公斤。立方体卫星已从国际空间站部署,或作为辅助有效载荷发射。目前,全球已经发射了几千颗立方体卫星。

连接器

显然,尺寸和重量是最重要的。但是,由于立方体卫星的概念是以低成本进入太空——发射成本从6万至10万美元不等,而建造成本仅5万美元起,因此需要尽量减少组件成本。

如果我们看一下消费电子行业,例如相机和其他便携式个人电子设备——我们可以找到非常多的微型、轻型连接器的例子,它们非常便宜。但是对于航空航天或太空应用来说,这种连接器将无法承受发射时的冲击和振动水平。

加州理工大学圣路易斯奥比斯波分校的Dave Pignatelli发表了一篇题为《改善立方体卫星的发射振动环境》的论文,他解释说,“立方体卫星所经历的实际(冲击和振动)水平将因多种因素而有所不同:运载火箭/测试规格;分配器和约束方法;隔离的实施”,但 “内部隔离的立方体卫星水平在3.7 Grms到4.4 Grms之间”。其他应用和配置会高得多。然后是温度变化的问题。卫星的飞行路线可能意味着CubeSat会经历非常高或零度以下的温度,因为它从阳光直射到月球的黑暗面。

显然,需要另一种互连选择,而且很多时候,首选的选择是商业现成的(COTS)设备,它们符合NASA或军方等组织规定的性能要求,但可能没有完全达到这些标准。这种设备通常比完全合格的国防部件便宜几个数量级,但能够承受它们将被使用的恶劣环境的苛刻要求。

还有一个问题需要考虑。获得NASA完全批准的连接器很可能是30至40年前设计的。

如果是在商业空间市场运作,那么从尺寸、重量、性能和成本(SWaP-C)的角度来看,80年代设计的连接器可能不是应用的最佳组件。此外,可能需要能够从经销商(如Powell)那里获得用于原型设计的部件,他们可以从库存中提供样品数量。

而像Harwin这样的高铁连接器制造商经常与商业航天领域的公司进行对话,这些公司正拼命地试图摆脱NASA和欧空局的标准,正是因为这个原因,并且因为各种“高铁”的旧连接器可能不再适合使用——40年前适用于调查海王星的旅行者2号飞船的连接器很可能不适合用于建立300颗低轨道通信卫星的星座,向非洲提供宽带。这是一个完全不同的挑战。

因此,很明显,我们需要一种现代的互连解决方案,它具有Mil-Spec设备的环境能力(冲击、振动、温度),但又具有更先进设计的空间、重量和成本优势。

Powell专营Harwin plc是一家历史悠久的高科技互连解决方案供应商。该公司在英国朴茨茅斯的工厂里保留了所有基本的生产要素,因此能够保证最高水平的质量。几年前,该公司推出了Gecko 1.25mm间距连接器系列。与传统的Micro-D型连接器相比,这些连接器大大节省了空间,而且,由于它们采用了坚固的塑料设计,而不是金属,因此可以节省大量重量和成本。

连接器

Gecko-MT系列

Harwin继续扩大高科技Gecko系列的范围,推出了混合布局版本。通过用两个或四个电源触点补充数据触点(电源/数据配置为1+8+1或2+8+2),Gecko-MT连接器在电子硬件中实现了更大的空间和重量减少。

最近,Harwin还增加了六种新的触点排列,具有2至6个电源触点和4至24个信号触点。这些连接器具有非对称的结构,电源触点位于一端,数据触点位于另一端。所有配置都有各自的电源和数据额定电流,每个触点最大为10A和2.8A。

Gecko-MT连接器包括母头和公头电缆连接器,以及母头垂直和公头直角PCB连接器选项。这些组件配有坚固的不锈钢螺丝锁固定装置(传统和反转格式),以确保在最具挑战性的应用环境中持续保持互连完整性。它们具有20G的振动和100G的抗冲击性,其工作温度范围为-65℃至150℃。还表现出低除气性能。

Gecko-MT连接器在单一的紧凑和轻量级的解决方案中包含了数据和电源,为航空电子、国防、空间和赛车运动进行了高度优化。主要的目标应用包括机器人、无人驾驶飞行器(UAV)、电池管理和卫星。这些产品有现货,也可通过Harwin的分销商Powell购买。

此外,由Harwin制造的电缆组件也可通过Powell获得。将电缆可靠地连接到连接器上的工具可能很昂贵,因此选择购买一个完整的、经过测试的电缆组件为用户提供了显著的成本节约和更多的安心感。

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