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连接器
阅读:19943时间:2011-01-24 10:02:27

  连接器是一种通常安装在电缆或者设备上,供传输线系统电连接的可分离元件(转接器除外)。国内亦称作接插件插头插座。一般是指电连接器。即连接两个有源器件的器件,传输电流或信号。

定义

  连接器是一种电机系统,其可提供可分离的界面用以连接两个次电子系统,并且对于系统的运作不会产生不可接受的作用。 定义中关键词是”电机系统”,”可分离的”和”不可接受的作用”。 连接器是一种电机系统是因为,它是通过机械方法产生的电性连接。如将要讨论到的,机械式弹簧的偏向会在配合的两部分间产生一个力量,这就使得接口配合面之间产生金属性接触。应用连接器在首要地方的原因是配合接口具有可分离性。可分离性的需要性具有很多的原因。它可以使得独立地制造部份或子系统而最后装配可在一个主要的地方进行。可分离性也可以使得零件或子系统的维护或升级不必修改整体个系统。可分离性得以应用的另一个原因是可携带性和支持外围设备的扩展。 另一方面,定义中的可分离性引入了一个额外的子系统间的界面,此界面不能引入任何”不可接受的作用”,尤其是在系统的特性上不能受电讯的影响,这些影响包括如不可接受的扭曲变形和系统间的信号退化,或者是通过连接器的电源损失,以毫伏损失计算的电源损失,将会成为功能性的主要设计标准,因此主机板的电力需求也将增加。 可分离性的需求和”不可接受性”的限度要由连接器的应用而定。可分离 4 性包括配合周期的数目,配合周期是指连接器在不影响其性能必须提供的,以及与另一连接器相配合所必需的作用力。典型的配合周期需求其范围从内部连接器的几十个周期到外围设备的几千个周期,比如 PCMCIA 型连接器。由于电路或功能的数量以及连接器互相连接的增加,配合力量的需求变得更加的重要。为了提供更多的功能性,连接器上端子的位置也必须要增加,这样就导致了更高的连接器配合力量。由连接器的使用和功能而定,其端子数从几十到上千不等。

分类

  由于连接器的结构日益多样化,新的结构和应用领域不断出现,试图用一种固定的模式来解决分类和命名问题,已显得难以适应。尽管如此,一些基本的分类仍然是有效的。

  1.互连的层次

  根据电子设备内外连接的功能,互连(interconnection)可分为五个层次。

  ① 芯片封装的内部连接

  ② IC封装引脚与PCB的连接。典型连接器IC插座。

  ③ 印制电路与导线或印制板的连接。典型连接器为印制电路连接器。

  ④ 底板与底板的连接。典型连接器为机柜式连接器。

  ⑤ 设备与设备之间的连接。典型产品为圆形连接器。

  第③和④层次有某些重迭。在五个层次的连接器中,市场额最高的是第③和第⑤层次的产品,而目前增长最快的是第③层次的产品。

  2.连接器规格的层次。

  按照国际电工委员会(IEC)的分类,连接器属于电子设备用机电元件,其规格层次为:

  门类(family)例:连接器

  分门类(sub-family)例:圆形连接器

  类型(type)例:YB型圆形连接器

  品种(style)例:YB3470

  规格(variant)

  3.连接器在我国的定义。

  在我国的行业管理中,把连接器与开关、键盘等统称为电接插元件,而电接插元件与继电器则统称机电组件。

  4.连接器的产品类别。

  连接器产品类型的划分虽然有些混乱,但从技术上看,连接器产品类别只有两种基本的划分办法:①按外形结构:圆形和矩形(横截面),②按工作频率:低频和高频(以3MHz为界)。

  按照上述划分,同轴连接器属于圆形,印制电路连接器属于矩形(从历史上看,印制电路连接器确实是从矩形连接器中分离出来自成一类的),而目前流行的矩形连接器其截面为梯形,近似于矩形。以3MHz为界划分低频和高频与无线电波的频率划分也是基本一致的。

  至于其它按用途、安装方式、特殊结构、特殊性能等还可以划分出许多不同的类型,并常常出现在刊物和制造商的宣传品中,但一般只是为了突出某一特征和用途,基本分类仍然没有超出上述的划分原则。

  考虑到连接器的技术发展和实际情况,从其通用性和相关的技术标准,连接器可划分以下几种类别(分门类):①低频圆形连接器;②矩形连接器;③印制电路连接器;④射频连接器;⑤光纤连接器。

  5.连接器的型号命名。

  连接器的型号命名是客户采购和制造商组织生产的依据。在国内外连接器行业中,产品型号命名有两种思路:一种是用字母代号加数字的办法,力求在型号命名中反映产品的主要结构特点。这种方式的好处是易于识别,但排列太长,过于复杂,随着连接器的小型化,给打印带来很多困难。目前国内仍流行这种方式,并在某些行业标准甚至国标中作出了规定,如SJ2298-83(印制电路连接器)、SJ2297-83(矩形连接器)、SJ2459-84(带状电缆连接器)、GB9538-88(带状电缆连接器)等。由于连接器结构的日益多样化,在实践中用一种命名规则复盖某一类连接器越来越困难。另一种思路是用阿拉伯数字组合。这种方式的好处是简洁,便于计算机管理和小型产品的标志打印。国际上主要的连接器制造商目前均采用这种方式。可以预计由各制造商制订反映自身特色的命名办法将会逐渐取代在计划经济体制下由全行业统一规定某种命名规则的办法。

性能

  连接器知识连接器的基本性能可分为三大类:即机械性能、电气性能和环境性能。 另一个重要的机械性能是连接器的机械寿命。机械寿命实际上是一种耐久性(durability)指标,在国标GB5095中把它叫作机械操作。它是以一次插入和一次拔出为一个循环,以在规定的插拔循环后连接器能否正常完成其连接功能(如接触电阻值)作为评判依据。

  1.机械性能

  就连接功能而言,插拔力是重要地机械性能。插拔力分为插入力和拔出力(拔出力亦称分离力),两者的要求是不同的。在有关标准中有最大插入力和最小分离力规定,这表明,从使用角度来看,插入力要小(从而有低插入力LIF和无插入力ZIF的结构),而分离力若太小,则会影响接触的可靠性。 连接器的插拔力和机械寿命与接触件结构(正压力大小)接触部位镀层质量(滑动摩擦系数)以及接触件排列尺寸精度(对准度)有关。

  2.电气性能

  连接器的主要电气性能包括接触电阻、绝缘电阻和抗电强度。

  ①接触电阻高质量的电连接器应当具有低而稳定的接触电阻。连接器的接触电阻从几毫欧到数十毫欧不等。

  ②绝缘电阻衡量电连接器接触件之间和接触件与外壳之间绝缘性能的指标,其数量级为数百兆欧至数千兆欧不等。

  ③抗电强度或称耐电压、介质耐压,是表征连接器接触件之间或接触件与外壳之间耐受额定试验电压的能力。

  ④其它电气性能。

  电磁干扰泄漏衰减是评价连接器的电磁干扰屏蔽效果,电磁干扰泄漏衰减是评价连接器的电磁干扰屏蔽效果,一般在100MHz~10GHz频率范围内测试。

  对射频同轴连接器而言,还有特性阻抗、插入损耗、反射系数、电压驻波比(VSWR)等电气指标。由于数字技术的发展,为了连接和传输高速数字脉冲信号,出现了一类新型的连接器即高速信号连接器,相应地,在电气性能方面,除特性阻抗外,还出现了一些新的电气指标,如串扰(crosstalk),传输延迟(delay)、时滞(skew)等。

  3.环境性能

  常见的环境性能包括耐温、耐湿、耐盐雾、振动和冲击等。

  ①耐温目前连接器的最高工作温度为200℃(少数高温特种连接器除外),最低温度为-65℃。由于连接器工作时,电流在接触点处产生热量,导致温升,因此一般认为工作温度应等于环境温度与接点温升之和。在某些规范中,明确规定了连接器在额定工作电流下容许的最高温升。

  ②耐湿潮气的侵入会影响连接h绝缘性能,并锈蚀金属零件。恒定湿热试验条件为相对湿度90%~95%(依据产品规范,可达98%)、温度+40±20℃,试验时间按产品规定,最少为96小时。交变湿热试验则更严苛。

  ③耐盐雾连接器在含有潮气和盐分的环境中工作时,其金属结构件、接触件表面处理层有可能产生电化腐蚀,影响连接器的物理和电气性能。为了评价电连接器耐受这种环境的能力,规定了盐雾试验。 它是将连接器悬挂在温度受控的试验箱内,用规定浓度的氯化钠溶液用压缩空气喷出,形成盐雾大气,其暴露时间由产品规范规定,至少为48小时。

  ④振动和冲击耐振动和冲击是电连接器的重要性能,在特殊的应用环境中如航空和航天、铁路和公路运输中尤为重要,它是检验电连接器机械结构的坚固性和电接触可靠性的重要指标。在有关的试验方法中都有明确的规定。冲击试验中应规定峰值加速度、持续时间和冲击脉冲波形,以及电气连续性中断的时间。

  ⑤其它环境性能根据使用要求,电连接器的其它环境性能还有密封性(空气泄漏、液体压力)、液体浸渍(对特定液体的耐恶习化能力)、低气压等。

应用

  随着连接器应用范围的不断扩展,它们可根据其两大基本功能而分成:信号传输及电传输两类。在电子应用领域这两类连接器的显着特点在于其端子上一定带有电流,在其它的应用当中,端子所提供的电压将同样作为很重要的考虑对象,虽然同一种端子的设计可同时作为信号和电量传输两种功用,但在多种相类似的接触方式的应用上来看,许多电传输连接器在端子设计时仅仅把电量传输的需要作为唯一目的。

  信号传送可分为两类:仿真信号传送及数字信号传送。

  不论仿真或数字信号连接器,其所需功能主要应能保护所传送的电压脉冲信号的完整性,该完整性应包括脉冲信号的波形以及其振幅。数据信号在脉冲频率上与仿真信号有所区别,其脉冲传递速度决定了所保护的脉冲的最大频率,数据脉冲的传递速度比一些典型的仿真信号要快得多,有的脉冲在连接器中的传递速度已接近千亿分之一秒的范围,在当今微电子技术领域中,通常把连接器当作一导线看待,因为与增长如此之快的频率相关的波长能比得上连接器的尺寸。

  当连接器或是一互相连络系统诸如一线缆装配被运用于高速数据信号传输中,相应的对连接器性能的描述也就改变了。代替了电阻的特征阻抗以及互相连络系统中的串音变得尤为重要。控制连接器的特征阻抗成为一大意识潮流,在线缆中便是对串音进行控制。特征阻抗在连接器中之所以具有如此重要的地位,是因为电阻的几何外形很难做到完全统一,加之连接器尺寸又很小,必须将串音的可能性最小化。在线缆中,几何形状的控制较易实现,其特征阻抗也易控制,但是线缆的长度将有可能引起潜在的串音。

  在连接器中控制特征阻抗是围绕这个理由而进行的,在典型的开放式端子区域,连接器阻抗(和串音)是通过控制端子以合理的分布方式而达到的。于此类信号而言,接地比率是这种分布的一种反映,接地比率减少了。当然,这样的结果就会减少可用于传送信号的端子数目。与信号端子相关的理由位置是很重要的考虑因素。为了避免接地端子的减少,具有整体的接地平面的连接器系统已经得到了中发展。前文中已经介绍过了微条和条线的几何形状。整体的接地平面允许用于传递信号端子的使用,且能提高连接器所有传递信号的密度。

  电力应用

  .如前所述,在上下文提到的电连接器是必须传递电力的。通常其电压很低。通常用到的是如下两种电力传递方法:(1)专用于高水平的当前电力接触传递(2)和并行多笾信号接触。它们每一种方法都有优有劣。

  电力传输与信号传输相比有两点不同之处。第一点,也是最明显的,是用于传递较高电流。信号传递的电流通常不超过 1 安培,最多也不会超过几安培,而电力传输的电流可达到几十乃至几百安培。第二点是由于电流导致的焦耳热而产生的温度升高。信号接触过程产生的焦耳热与周围的温度相差不多。相反地,电力传输的比率又是基于温度的升高,温度的升高,又产生相应的比率电流。一次30 度的温度的升高通常作为一个电流比率的标准。

  因此,为满足电流额定值及性能的稳定性要求,控制焦耳热是很有必要的,这就需要在设计当中考虑信号传递的同时也要考虑电量的传输。尤其对电阻大的端子,焦耳热是一重要因素,必须将其减小到最低程度,而且,接 17 触面的电阻也必须减小到最低程度,使其产生的热量最小化。从选材的角度来说,当然是选择高导电率或是横截面积较大的端子以减小电阻,另外,增高传输电压或增加接触面积亦可减小接触部分的电阻。

  更高的交叉部分、多余的接触端子,都暗示提高接触压力下连接器的尺寸。也就是说,实际上,有一个限制在贡献电接触上,包括接触媒体和接触的尺寸。在使用贡献电接触上,电力线缆的路径,线缆大电力接触的终点及电接触的尺寸会成为限制因素。

  随着在连接器设计上提倡附加的限制,并行多讯号接触允许更多传统的连接器被用来分配电能。这些限制首先直接针对保证通过接触的电流的分配,同时,它们的热环境尽可能一致。其中以下三个因素是主要的:

  1.电路应是平行的电子流;也就是说,如果可能的话,经过所有的接触电压降应该是相同的。如果不同的电压降对用途来说是根本性的,则这些电路将被区别对待。

  2.如果可能的话,接触时的热效应会被减至最低,尤其指一大束的电流接触将被避免。

  3.接触的阻抗或是在全部讯号分配里一起计算的任意偏差必须相同。例如,依靠在接触时存在的排列方式,在适当角度连接器独立接触的巨大阻抗会有差异。在设计分配的接触时,这些差异应当被考虑。

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