作者：Kenton Williston

投稿人：DigiKey 北美編輯

隨著電子系統(tǒng)體積的不斷縮小和功能越來越密集，設(shè)計(jì)人員面臨著確?？煽炕ミB的挑戰(zhàn)。這一點(diǎn)在工業(yè)、醫(yī)療、軍事以及航空航天領(lǐng)域尤為突出。在這些領(lǐng)域，不僅要求連接器結(jié)構(gòu)緊湊，而且能夠承受振動(dòng)、熱循環(huán)和其他應(yīng)力。為應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，設(shè)計(jì)人員需要那種兼具可靠性和空間效率的緊湊型互連解決方案。

本文將探討此類互連的關(guān)鍵要求，包括端子密度、可靠的配接機(jī)制、耐熱性以及信號(hào)和功率大小。然后介紹 [Samtec]的多功能連接器生態(tài)系統(tǒng)，并說明如何使用該系統(tǒng)來滿足這些要求。

緊湊布局中的連接器設(shè)計(jì)和導(dǎo)線布線

在為空間受限型設(shè)計(jì)選擇連接器時(shí)，觸頭距離（即觸頭間距）是首要考慮因素。間距越小，連接器越緊湊。

連接器的多樣化同樣非常重要。例如，單排連接器可能是導(dǎo)線穿過狹窄空間的最佳選擇，而雙排連接器則可以提供更高的觸頭密度。同樣，能將針座垂直或水平安裝到印刷電路板（PC 板）上，使得在狹小間隙內(nèi)工作變得更容易。

此外，還需在帶狀電纜和分立導(dǎo)線之間進(jìn)行選擇。雖然兩種方案各有優(yōu)勢(shì)，但分立導(dǎo)線解決方案可提供更多的走線選擇。這點(diǎn)在需要分支互連的應(yīng)用中尤為重要，因?yàn)樵诖祟悜?yīng)用中，一個(gè)電纜組件必須匯集來自設(shè)備內(nèi)多個(gè)位置的導(dǎo)線（圖 1）。

圖 1：圖中所示為分立式電線系統(tǒng)，用于簡(jiǎn)化導(dǎo)線聚集以及在單個(gè)組件中使用多種類型的連接器。（圖片來源：Samtec）

分立式電線的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以在一個(gè)組件中使用不同樣式的連接器，以滿足不同組件和子系統(tǒng)的要求。分立式電線還能在組件內(nèi)靈活地組合電源和信號(hào)導(dǎo)線，并可選用色碼來識(shí)別每根導(dǎo)線的用途。

連接器在苛刻條件下的保持力和熱兼容性

運(yùn)行過程中意外脫開，是威脅互連器件可靠性的主要因素之一。在較大型系統(tǒng)中，使用螺釘、緊固件或螺母等緊固件可以防止互連器件在機(jī)械應(yīng)力作用下發(fā)生分離。然而，較小型系統(tǒng)往往空間不足，因此不適用這種方法。

在需要頻繁插接的系統(tǒng)中，這些挑戰(zhàn)更加復(fù)雜。無論是出于維護(hù)需要、現(xiàn)場(chǎng)升級(jí)還是重新配置，頻繁連接和斷開都需要安全、易用的保持方法。

為了解決這些問題，通常需要采用緊湊型鎖止機(jī)構(gòu)。這樣，無需使用工具或輔助緊固硬件，徒手就能牢固地接插和斷開連接器。

材料選擇也是一個(gè)重要的考慮因素。連接器外殼和電線絕緣必須適合具體應(yīng)用的環(huán)境條件，包括預(yù)期的工作溫度范圍以及任何適用的安全或監(jiān)管要求。

小型互連器件中的電源傳輸和信號(hào)完整性

雖然尺寸是空間受限型設(shè)計(jì)的主要考慮因素，但小型連接器仍必須滿足相應(yīng)的電氣要求。即使觸頭間距很小，互連器件仍需保證出色的信號(hào)質(zhì)量，并能承載足夠的電流和電壓水平，以支持供電需求。

鑒于這些因素，觸頭和端子的設(shè)計(jì)就顯得愈發(fā)重要。它們的幾何形狀應(yīng)確?？煽康挠|頭間距，所用材料應(yīng)耐腐蝕，從而長(zhǎng)期保持信號(hào)完整性。雙彈性葉片設(shè)計(jì)在這種情況下尤其有用，因?yàn)檫@種設(shè)計(jì)有助于在寬溫度范圍和振動(dòng)情況下始終保持穩(wěn)定的觸頭壓力，這對(duì)于在苛刻環(huán)境中避免信號(hào)丟失或電源中斷至關(guān)重要。

適用于空間受限系統(tǒng)的高性能互連平臺(tái)

Samtec 的 [Micro Mate]分立式電線系統(tǒng)專為滿足空間有限型應(yīng)用需求而設(shè)計(jì)。Micro Mate 平臺(tái)的顯著特點(diǎn)是其 1 mm 觸頭間距，這使得權(quán)系列連接器封裝都非常緊湊。解決方案適用于電纜到板、電纜到電纜和電纜到面板的應(yīng)用，廣泛地提高了設(shè)計(jì)靈活性。Gecko SL 系列的主要特點(diǎn)如下：

• 單排或雙排配置，總觸頭數(shù)為 2 至 40 個(gè)，可滿足各種信號(hào)和輸入/輸出密度要求
• 單閂鎖或雙閂鎖機(jī)制，在機(jī)械壓力環(huán)境下保證安全配接
• 額定電壓高達(dá) 250 VAC 和 353 V DC ，每個(gè)觸頭的額定電流高達(dá) 2.7 A，可同時(shí)支持信號(hào)和適度功率傳輸
• 雙彈性葉片鍍金觸頭系統(tǒng)，可在苛刻環(huán)境中確保穩(wěn)定的連接和出色的信號(hào)質(zhì)量
• 可選用特氟龍含氟聚合物護(hù)套，以增強(qiáng)耐化學(xué)性，并能兼容無鹵或高溫應(yīng)用

除標(biāo)準(zhǔn)電纜組件外，Samtec 還針對(duì)定制布線提供組件級(jí)解決方案。這些解決方案支持創(chuàng)建定制化組件設(shè)計(jì)，最大限度地提高特定應(yīng)用設(shè)計(jì)的空間利用率和布線靈活性。

使用現(xiàn)成的組件簡(jiǎn)化集成

Micro Mate 電纜對(duì)電纜解決方案的典型產(chǎn)品如 [S1SS-08-28-GF-06.00-L1] （圖 2）8 位單排組件，其兩端均配有矩形插座。

圖 2：S1SS-08-28-GF-06.00-L1 采用免工具正向閂鎖機(jī)制，以確保連接牢固。（圖片來源：Samtec）

在連接器外殼中內(nèi)置了堅(jiān)固耐用的免工具正向閂鎖機(jī)制，是該解決方案的一個(gè)顯著特點(diǎn)。即使在惡劣的工作條件下，這種閂鎖也能確保連接可靠。在日常維護(hù)過程中，這種閂鎖還能實(shí)現(xiàn)手動(dòng)分離，無需使用螺釘或緊固件，這在難以使用工具的狹小空間內(nèi)尤其有用。

電纜組件可與各種 Micro Mate 接插頭配接，這些接插頭包括一個(gè)集成鎖扣斜面，可確保穩(wěn)固的連接。 [T1M-08-F-SV-L]就是一個(gè)典型示例（圖 3）。這種水平表面貼裝式扁平接插頭支持電路板邊緣安裝，有助于最大限度地降低電路板上方的垂直高度。這種配置的絕緣高度僅為 5.51 mm，可支持較小的板對(duì)板間距，但不會(huì)影響機(jī)械堅(jiān)固性。

圖 3：T1M-08-F-SV-L 接插頭是一種水平表面貼裝解決方案，適用于垂直空間有限的應(yīng)用。(圖片來源：Samtec）

免工具面板安裝式解決方案

在無法使用安裝螺釘或其他緊固件的情況下，面板安裝式互連器件會(huì)帶來其他挑戰(zhàn)?？凼酵蛊山鉀Q這一問題。

例如，[T1PST-05-28-GF-02.0-A-T3](圖 4）電纜到面板組件的特點(diǎn)是其堅(jiān)固耐用的插座，集成了卡扣式凸片，可將連接器自動(dòng)固定在面板開孔處，而無需專用的固定五金件。該組件可適應(yīng)的面板厚度范圍為 0.033 至 0.090 英寸 (in)。

圖 4：T1PST-05-28-GF-02.0-A-T3 采用卡入式互連設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)快速、免工具面板安裝。(圖片來源：Samtec）

由于無需使用緊固件，設(shè)計(jì)人員可以為指示燈、按鈕或開關(guān)等其他功能性元件留出寶貴的面板空間。該組件還展示了 Micro Mate 平臺(tái)的多功能性。在這種配置中，可為電纜選用特氟龍含氟聚合物護(hù)套，其額定溫度范圍為 -40°C 至 +125°C，適用于高溫或無鹵應(yīng)用。

定制互連組件和工具支持

雖然現(xiàn)成的組件使用便捷，能夠滿足許多互連需，但空間受限型設(shè)計(jì)往往需要定制方案。例如，應(yīng)用可能需要分支電纜走線或在單排和雙排引腳布局之間過渡，以優(yōu)化空間使用情況。這些技術(shù)對(duì)于手持式診斷工具或無人機(jī)子系統(tǒng)等復(fù)雜外罩來說特別有用，因?yàn)樵谶@類外罩中，電線必須穿過不規(guī)則空間并繞過其他機(jī)電器件。

為滿足定制要求，Samtec 提供組件級(jí)解決方案，使工程師能夠從頭開始構(gòu)建 Micro Mate 組件或改造現(xiàn)有組件以滿足其需求。例如圖 5 所示的 [IDT1-05] 外殼插頭。這種雙排解決方案旨在最大限度地提高觸頭密度。

圖 5：IDT1-05 外殼插頭可用于創(chuàng)建雙排布局中配有十根電線的定制組件。(圖片來源：Samtec）

定制設(shè)計(jì)使用與工廠組裝產(chǎn)品相同的鍍金雙彈性葉片觸頭。如圖 6 所示，[TC37R-01-GF] 觸頭具有較大接觸面積以及 0.076 微米 (μm) 鍍金層，可確保低電阻和長(zhǎng)期可靠性。

圖 6：TC37R-01-GF 觸頭采用雙彈性葉片鍍金設(shè)計(jì)，電阻抵、可靠性高。（圖片來源：Samtec）

要保持穩(wěn)定的連接質(zhì)量，適當(dāng)?shù)墓ぞ弑夭豢缮佟Ｓ糜?Micro Mate 系列的 [CAT-HT-309-2830-12] （圖 7）手動(dòng)壓線鉗可幫助技術(shù)人員使用 28 或 30 AWG 電線構(gòu)建定制組件，這些組件的機(jī)械和電氣完整性可媲美工廠制造的解決方案。

圖 7：CAT-HT-309-2830-12 手動(dòng)壓接器支持使用 28 或 30 AWG 電線可靠地手動(dòng)組裝 Micro Mate 互連組件。(圖片來源：Samtec）

結(jié)語

空間有限型系統(tǒng)需要采用在緊湊性、耐用性和電氣容量之間達(dá)到平衡的互連器件。Micro Mate 分立式電線平臺(tái)通過微型化的 1 mm 間距解決方案滿足了這些需求。無論是連接內(nèi)部子系統(tǒng)還是提供面板接口，該平臺(tái)都提供了廣泛的選擇，支持靈活的高性能布線設(shè)計(jì)。