摘要：本文将对基于创新的工业互联网及“为工业连接而生”新技术的毫米波非接触式连接器应用特征与应用优势及其在数据包数据传输技术接口中的应用作分析研讨。

关键词：非接触式 智能网联连接器 毫米波 无线连接 数字视频接口

Abstract: This paper will analyze the application characteristics and application advantages of millimeter wave contactless connector based on innovative industrial Internet and new technology "born for industrial connection" and its application in the interface of data packet transmission technology.

Keywords: contactless intelligent network connector millimeter wave wireless connection digital video interface

前言

连接器行业对下游应用领域变化反应敏锐，终端市场的规模与需求变化以及技术的更迭对连接器市场规模产生很大的影响。 由于全球智能手机的销量在2022年开始出现下滑，新能源电动汽车和工业4.0等成为全球经济的主要增长动力，并有望通过智能设备、机器和生产过程的自动化和连接来实现数字化制造愿景,从而连接器市场也将在这方面快速反映出来。随着网络和物理过程在世界各地工厂车间中的融合，将出现方法、思维和技术的融合，世界将迎来一个生产力提高的新时代，这将是制造业的未来。为应对新形势下连接器行业的挑战和机遇,由此一种新型的非接触式连接器脫颖而出。

值此本文将对基于创新的工业互联网及“为工业连接而生”新技术的毫米波非接触式连接器应用特征与工业、自动化领域中的应用优势及其在Display Port接口中的应用作分析研讨。

1引导非接触式连接器呈现的新要求是什么

应该说引导非接触式连接器呈现的新要求是涉及众多领域,在此仅以新能源电动汽车为例作说明。

众所周知，新能源汽车的发展如火如荼，它将是未来十数年全球经济发展的重要驱动力之一。在过去的几年里，大多数领先的全球汽车制造商已经进入了电动汽车市场，这方面中国处于领先地位。该领域的发展给连接器技术也提出了不同的需求，呈现出如下三大趋势：

*汽车换电模式刺激换电连接器发展 在新能源汽车换电模式的应用上，换电连接器是电池包唯一的电接口，需要同时提供高压、低压、通信及接地的混装连接。在快速换电过程中，电池与整车配合存在误差，换电连接器需要具备浮动补偿能力。此外，因为更换电池频率较高，换电连接器还需要满足高寿命、低维护成本的要求。

*电动化促使高压连接器的发展 汽车的电动化使其内部电气连接器部件的要求也逐渐提高，与传统燃料汽车相比，电动汽车往往有较高的电压和电流平台。高压连接器作为新能源汽车的“血管”，是汽车高压系统中较为核心的组件之一，主要应用于DC、水暖PTC充电机、风暖PTC、直流充电口、动力电机、高压线束、维修开关、逆变器、动力电池、高压箱、电动空调、交流充电口等。现在电动汽车将逐渐从400V演进到800V架构，对连接器的可靠性、体积和电气性能提出了更高要求，其在机械性能、电气性能、环境性能三方面均将持续提升。升压后，高压连接器将重新选型，增加大功率快充接口及400V到800V的转化接口，带动高压连接器单车价值量上升。

*智能化加速智能网联连接器发展 智能驾驶系统需要将超声波雷达、毫米波雷达、摄像头、激光雷达、网关、VCU、天线、GPS、5G通信等进行互连。随着高级别ADAS的渗透率快速提升，车载传感器用量增加，数据传输要求相应提高，智能网联连接器使用量也随之增长。由此连接器制造厂商与工程师在这方面投入大量资金开发了创新型解决方案，走在了这些不断变化的需求趋势的前面。连接器产品质量和客户协作方面可满足汽车生态系统中不断增长的消费者需求，涉及汽车电动化、智能驾驶辅助系统(ADAS)、汽车高速网络、车辆天线系统、互联移动解决方案和车联网通信(V2X)。

在错综复杂多变的这，这不仅提前在连接器技术方面进行了前瞻性研发和战略布局，而且在其他软实力方面也进行了快速灵活的部署。

由此为满足这在错综复杂多变的新形势下连接器要求，则非接触式连接器尤其是毫米波非接触式连接器将是较理想的选择。

2工业连接而生的非接触式连接器应用特征

当前，无论是显示器，智能手机还是工业机器人，连接器已成为电子设备的关键。尤其随着近年来物联网“万物互联”生态模式的日渐成熟，无线连接器已成为工业领域中不可替代的设备，其作为工业设备与网络之间的“纽带”，受到各大细分行业以及具备升级需求的企业的青睐。其创新的工业互联网业务以及“为工业连接而生”的毫米波非接触式连接器产品备受行业关注。探讨它在工业连接领域的颠覆性创新，以及推动自动化产业数智化发展的重大意义。从而将成为用户需求为中心，非接触式连接器让工业连接更轻松。

2.1传统的技术连接器面临的挑战

连接是一种传统的技术，传统连接器的本质是金属接触金属，在一些应用领域面临着传输宽、可靠性、电磁干扰等问题的挑战。如新型的毫米波非接触式连接器这项技术使用60GHz来传输信号，具有超高带宽、超低功耗、近距离、点对点传输等特点，是无需任何协议的物理传输芯片，其目标是在广泛的电子设备中成为甚至替代连接器和连接线缆。图1(a)为新型毫米波非接触式连接器示意框图,而图1(b)毫米波非接触式连接器芯片封装示意图。和传统连接器、线缆相比，具有创新的非接触的优势为工业、自动化产品带来优势：其一是防水、防湿气、防尘，支持360度旋转;其二是无连接磨损老化，电气隔离、防震动。

图1(a)为非接触式连接器示意框图

图1(b)非接触式连接器芯片封装示意图

2.2非接触式连接器独特的应用特征

*从上图可知，无论从外观还是连接方式来说，打破了几十年在传统连接器基础上的固有形象。值得一提的是，基于本身是一个比较小的芯片，且60GHz属于较为纯净的频段，频率上下有很大范围的空白频段资源，能为客户的大数据传输提供了有力的支撑。但是考虑到客户面临的应用难点在于天线的设计，故它不仅提供了集成天线的版本，而且携手合作伙伴提供模块一体化的方案，这样为其降低了开发与应用的门槛，以便客户更方便快捷地使用。需指出，天线设计是非接触式连接器开发之初的难点之一，如何与芯片进行更好地匹配是当时面临的技术挑战。目前非接触式连接器已有两代产品:其第一代产品(如MX60或ST60A2型)是主要应用于替代有线单个高速GPIO、以太网和高速SLVS传输，它产品已经量产;其二是第二代产品(如ST60A3型)能支持eUSB2和UART，I2C及GPIO应用。而第一代产品已经量产，而新一代产品系列已于2023年中实现量产，未来还会有更多的新产品支持更多的无线传输应用。

*无线连接是工业互联网应用中重要的技术环节，如何保证工业设备之间信号的完整性与可靠性，需要有与之匹配的高质量连接器。在这一背景下，新型毫米波非接触式连接器，这一连接器使用毫米波在两个设备间来建立低功耗、高速且高可靠的无线连接。

该系列采用高速、无电缆、固态无线设备替代传统的机械连接器，从而实现高效、耐用且无缝的点对点通信。该新一代解决方案将射频收发器和天线集成在一个封装件中，简化并加速了产品的设计和开发。这项革命性的技术适用于连接视频显示器、自动驾驶汽车、工业机器人、消费电子产品和医疗设备，尤其在严苛环境下仍能保持稳定连接。

毫米波非接触式连接器的优势特点可归纳为：其一、相较于传统的机械连接器，不需要插拔，因此没有插拔损耗，可靠性更高;其二、产品外观没有开孔，进行了封闭式设计，避免接口暴露在恶劣的环境中，进一步提高安全性;其三、配合独特设计的全双工圆极化天线，不受线缆限制，实现360度旋转全双工数据传输，广泛应用于工业滑环、安防摄像头和智能设备等产品中。

2.3非接触式连接器探索了多元化应用场景

非接触式连接器可以用在哪里。它是诸多应用中取代传统连接器、线缆、Pogopin的理想方案，例如：消费电子产品中，助力实现产品无孔化、纤薄机身、可折叠等;工业和医疗领域中，摆脱传统连接器受运动、振动、旋转和污物(湿气和灰尘)的影响，解决连接器反复拔插磨损老化等问题，它开发了非接触式连接器应用于工业和医疗领域;工厂自动化测试中，实现无线诊断和测试，提升生产效率;在滑环，安防摄像头，雷达，POV显示等连接中支持设备360度自由旋转;LED视频墙中，解决线缆多、安装繁琐的问题，并提升稳定性，并成为新一代采用非接触连接的显示屏。图1(c)为非接触式连接器应用领域的示意框图。

图1(c)为非接触式连接器应用领域的示意框图

由于系列非接触式连接器产品具有非常广阔的应用场景，包括工业自动化、安防摄像头、大屏户外LED显示屏，以及消费电子产品等领域，从下图1(d)应用实例可见。结合实例进行了分享：在LED行业，非接触式连接器的无线连接技术可让LED屏幕背板更干净，连接更稳定，安装维护更简单，并且降低了连接器成本和维护成本，节约了失效花费;在消费电子行业，助力实现产品无孔化、纤薄机身和可折叠，让产品外观更精美;在工厂自动化生产线上，不需要插拔数据线即可实现自动检测，优于WiFi和蓝牙，为今后无人化工厂的运营打下了坚实的基础。

图1(d)为非接触式连接产品系列应用实例图示

非接触式连接器产品作为一款非接触连接黑科技，其典型的是MX60 与ST60型。而下一代产品将会有更高的设计带宽和传输吞吐量，未来随着工业自动化产业的转型升级，我们的非接触式连接产品会进行不断创新，从而渗透到更多行业，满足全球客户群体的需求，为构建更智能、更互联的世界提供助力。由此得知毫米波非接触式连接器引领连接新时代

2.4 和其他无线技术的比较

图1(e)是非接触式连接器产品和常用的其他无线技术的比较，如5G、Wi-Fi、蓝牙、NFC等。从传输距离的角度，非接触式连接器覆盖较近的cm级的无线连接距离;从支持的信号带宽范围，它可以实现的信号速率从约10Kbps到高达6.25Gbps;从能耗的角度，有着最好的每bit功耗性能。

图1(e)是非接触式连接器产品和常用的其他无线技术的比较示意

3非接触式连接产品在工业、自动化领域中的应用优势

*在严重暴露于恶劣环境或机械压力之下的工业系统中，它允许使用非接触式数据链路获得更高的可靠性，这些数据链路在工业环境和操作条件，例如冲击和振动，会获得更加稳定的性能。另一个新兴的趋势是工业安全。非接触式低功率射频链路在消防安全和石油天然气等安全应用中能提供更好的自然免疫力。由于该链接采用毫米波无线传输，因此它是测试与测量、医疗安全、电动汽车中的高速数字信号电气隔离应用中的优秀胜任者。

在自动化工厂中，如果您有大规模制造的设备，在装配测试生产线上，每个被测设备都会实际插入测试平台，您可以下载固件、运行诊断、拔下插头并将其传递到下一站。采用非接触式连接可以实现整个测试过程无人为干预，避免拔插，极大地提高装配线的吞吐量，并通过强大的连接提高可靠性。在智能工厂中，机器人中的旋转接头/铰链采用完全非接触式连接，从而提高设备运动的自由度和可靠性。

*告别束缚，连接永固，非接触式连接器为工业连接而生

随着工业智能化和物联网等行业趋势的快速兴起，无线连接也逐渐成为各大细分行业和具备升级需求的企业在未来数字化、智能化道路上的首选。尤其是在连接器方面，非接触式(无线连接)的技术进展其实一直未能跟上产品设计和制造的脚步。

虽然连接器经过了由模拟信号到数字信号，到芯片式连接器的模式升级。但是，当下用户的需求更多偏向于非接触式连接。对此，创新性推出毫米波非接触式连接器，开辟了颠覆性的连接方式，它的非接触式连接能力能够帮助用户和传统连接器挥手告别了。

4非接触式连接器在Display Port接口中的应用

DisplayPort(简称DP)是视频电子标准协会(VESA)推动的数字视频接口标准，制定于2006年5月。该接口主要应用于连接电脑和显示屏，或是电脑和家庭剧院系统，有意要取代旧有的VGA、DVI和LVDS视频传输接口技术。DisplayPort是第一个依赖数据包数据传输技术的显示连接接口，这种数据包化传输技术可以在以太网、USB和PCI Express等技术中找到。它既可以用于内部显示连接，也可以用于外部的显示连接。DisplayPort连接器在主链路可以有1、2或4路差分数据对，每个通道比特率为1.62、2.7或者5.4 Gbit/s。数据为8b/10b编码，即每8位的消息被编入10比特符号中。除了主传输通道之外，DisplayPort还提供了一条功能强大的AUX辅助通道。该辅助通道的传输带宽一般为1Mbps，最高延迟仅为500μs，可以直接作为语音等低带宽数据的传输通道，另外也可用于无延迟的游戏控制。DisplayPort还有HPD通道用来传输热插拔信号。

非接触式连接器的数字接口是SLVS(Scalable low voltage signaling)差分数据对。它可以直接传输DisplayPort主通道视频数据，不需要加转换芯片。而下一代非接触式连接器可以传输eUSB2，GPIO，I2C，SPI，UART信号。对于AUX和HPD信号，需要用FPGA把这两种低速信号做聚合，然后输送到一路(如ST60A3型)的GPIO口传输。使用FPGA的原因是AUX信号有低延迟的要求，FPGA可以满足低延迟的要求。如下图2(a)是DisplayPort方案的原理框图。此方案最大支持4个视频主通道，每通道最大5.4Gbps数据率。每一路视频主通道用一对芯片传输数据。

图2(a)是DisplayPort方案的原理框图

ST60/DisplayPort方案的一个应用是用于二合一平板或者扩展屏的视频传输。如下图图2(b)所示，把非接触式连接器模组放在边框位置，传输DisplayPort视频。非接触式连接器除了传输DisplayPort信号外，还可以通过转换芯片来传输MIPI-DPHY和HDMI视频。

图2(b)所示，把非接触式连接器模组放在边框位置，传输DisplayPort视频

4 小结

由上可知非接触式连接器具有无与伦比的效率、非常小的外形并采用专为优化物料清单而设计的创新架构，这使其非常适合广泛的个人电子产品、工业应用以及计算机和外设。 该系列采用高速、无电缆、固态无线设备替代传统的机械连接器，从而实现高效、耐用且无缝的点对点通信。

运用我们的创新型非接触式连接器收发器实现无连接器解决方案,这种外形小巧且经过优化的高数据速率无线链路收发器在短距离、点对点非接触式通信领域是一个突破，其支持：板到板非接触式连接;用于消除电子设备中的柔性电缆;用于消除工业电子系统中由于扰区和弯曲而受到机械应力的电缆;无连接器解决方案;用于防水防尘的无线设备;用于无缝对接和活动式设备到设备数据同步;用于恶劣的工业环境，以避免连接器端口受到环境影响;适用于工业应用的非接触式连接器解决方案。