硬件設(shè)計(jì)如何選擇連接器
電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)越來(lái)越趨向于模塊化,不同功能模塊經(jīng)過(guò)有機(jī)結(jié)合可快速打造出優(yōu)質(zhì)、性能各異的產(chǎn)品,而其中模塊的連接就顯得尤為重要,下面是一位資深硬件工程師分享的一些關(guān)于連接器選擇的經(jīng)驗(yàn)。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/201704/346568.htm連接器就像程序的函數(shù)接口,設(shè)計(jì)合理了,將來(lái)產(chǎn)品維護(hù)、升級(jí)、移植都會(huì)事半功倍,使產(chǎn)品保持持久的生命力;設(shè)計(jì)不合理,造成將來(lái)維護(hù)、升級(jí)時(shí)困難重重,牽一發(fā)而動(dòng)全身,最終使產(chǎn)品失去競(jìng)爭(zhēng)力,連接器的重要性不言而喻。
連接器,也就是工程師俗稱(chēng)的接插件,用于把兩個(gè)電路板或電子設(shè)備連接起來(lái),實(shí)現(xiàn)電源或信號(hào)的傳輸。通過(guò)連接器,可以使電路模塊化,簡(jiǎn)化電子產(chǎn)品的裝配過(guò)程,使產(chǎn)品便于維護(hù)、升級(jí)。
連接器種類(lèi)非常多,常見(jiàn)的種類(lèi)有通信接口端子、接線(xiàn)端子、線(xiàn)對(duì)板連接器、板對(duì)板連接器等。每個(gè)種類(lèi)又可細(xì)分為若干類(lèi),如:
板對(duì)板連接器包括排針排母、PC104、板對(duì)板連接器等;
線(xiàn)對(duì)板連接器包括FPC連接器、IDC插座、簡(jiǎn)易牛角座等。
對(duì)于模塊化的電路,連接器的選型有著舉足輕重的作用,那么在選擇連接器的時(shí)候我們應(yīng)該從哪些角度去考慮適合硬件使用的連接器呢?
1.引腳、間距
引腳數(shù)、引腳間距是連接器選型的基本依據(jù)。選擇多少引腳數(shù)的連接器取決于需要連接的信號(hào)數(shù)量。對(duì)于一些貼片式連接器,如下圖的貼片排針,引腳數(shù)不宜過(guò)多。因?yàn)樵谫N片機(jī)焊接過(guò)程中,由于高溫作用,連接器塑料會(huì)受熱變形,中部隆起,造成引腳虛焊。我們的P800Flash編程器在研發(fā)早期曾用這種排針、排母做板間連接,結(jié)果樣機(jī)排針的引腳大面積虛焊。換成2個(gè)引腳數(shù)減半的排針后,再?zèng)]出現(xiàn)過(guò)虛焊。
如今電子設(shè)備向小型化、精密化發(fā)展,連接器的引腳間距也從2.54mm到1.27mm再到0.5mm。引腳間距越小,對(duì)生產(chǎn)工藝要求就越高。引腳間距應(yīng)視公司生產(chǎn)工藝水平而定,盲目追求小間距,會(huì)造成生產(chǎn)和維修的困難。
2.電氣性能
連接器的電氣性能主要包括:極限電流、接觸電阻、絕緣電阻和抗電強(qiáng)度等。連接大功率電源時(shí),需留意連接器的極限電流;傳輸高頻信號(hào)如LVDS、PCIe等信號(hào)時(shí),需留意接觸電阻。連接器應(yīng)具有低且恒定的接觸電阻,一般是幾十mΩ至數(shù)百mΩ。
3.環(huán)境性能
連接器環(huán)境性能主要包括:耐溫、耐濕、耐鹽霧、振動(dòng)、沖擊等。根據(jù)具體的應(yīng)用環(huán)境選擇。如應(yīng)用環(huán)境較為潮濕時(shí),對(duì)于連接器的耐濕、耐鹽霧要求就高,避免連接器的金屬觸點(diǎn)被銹蝕。在工控領(lǐng)域,對(duì)連接器抗振動(dòng)沖擊性能要求就高,以免連接器在振動(dòng)過(guò)程中脫落。
4.機(jī)械性能
連接器機(jī)械性能包括拔插力、機(jī)械防呆等。機(jī)械防呆對(duì)連接器非常重要,一旦插反,很可能對(duì)電路造成不可逆的損傷!
拔插力分為插入力和分離力。相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中有規(guī)定最大插入力和最小分離力,從使用角度看,插入力要小,分離力要大。分離力過(guò)小會(huì)降低接觸的可靠性,然而對(duì)于經(jīng)常需要插拔的連接器,分離力過(guò)大會(huì)增加拔出難度,降低機(jī)械壽命。
以我們的P800Flash編程器為例,在前期研發(fā)過(guò)程中曾選用下圖所示的牛角連接器作為編程器和適配板間的連接器。這種連接器接觸緊密,成本低。缺點(diǎn)是機(jī)械防呆不明顯,分離力過(guò)大。在更換編程器適配板過(guò)程中,需借助工具如鑷子才可將這對(duì)連接器分離開(kāi),影響用戶(hù)體驗(yàn)。
為解決連接器分離力過(guò)大的問(wèn)題,我們?cè)O(shè)計(jì)了結(jié)構(gòu)復(fù)雜的輔助起拔器,增加成本的同時(shí),拔出效果卻不明顯。
之后我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)鈑金蓋板,將適配板固定到蓋板上,通過(guò)拔蓋板實(shí)現(xiàn)分離連接器的目的。實(shí)際測(cè)試效果并不理想,甚至出現(xiàn)連接器塑料邊崩裂、針腳歪斜的現(xiàn)象。
為了減小連接器分離力,方便用戶(hù)插拔適配板,我們做出了很多嘗試,終于在摸索的道路上找到了一盞明燈,最終選用下圖所示的連接器,并修改PCB和產(chǎn)品外殼結(jié)構(gòu)。
實(shí)際測(cè)試表明,這種連接器由于插槽具有唯一方向性,防呆效果明顯,且插入力小,分離力適中,插拔手感佳,極大地提升了插拔件的使用便利性。
“細(xì)節(jié)決定成敗”,正是連接器這種一個(gè)個(gè)不起眼的細(xì)節(jié),決定了產(chǎn)品是否具有良好的用戶(hù)體驗(yàn),是否能保持足夠的競(jìng)爭(zhēng)力,切記不可隨意而為!
評(píng)論