Οι σύνδεσμοι είναι σημαντικές μηχανικές και ηλεκτρικές συσκευές σύνδεσης μεταξύ διαφόρων τμημάτων ενός συστήματος ή μεταξύ του συστήματος και του εξωτερικού κόσμου. Η επιλογή του τύπου σύνδεσης εξαρτάται από πολλούς παράγοντες, συμπεριλαμβανομένων των ηλεκτρικών και μηχανικών απαιτήσεων, των βιομηχανικών προτύπων, της χρηστικότητας και της κατασκευής, του αριθμού και του τύπου των επαφών, των καταστάσεων ζευγαρώματος και μη, των στόχων αξιοπιστίας και των κανονιστικών απαιτήσεων. Ωστόσο, το κλασικό σώμα υποδοχής D-Sub (υπερμικρού τύπου D) χρησιμοποιείται εδώ και δεκαετίες και εξακολουθεί να είναι ο προτιμώμενος σύνδεσμος για πολλές εφαρμογές.
Αν και το στυλ του αμαξώματος και η διάταξη των επαφών των βυσμάτων έχουν προσελκύσει μεγάλη προσοχή, οι ίδιες οι επαφές έχουν σημαντικό αντίκτυπο στην ηλεκτρική και μηχανική απόδοση των συνδετήρων. Καθώς τα σχέδια γίνονται όλο και πιο περίπλοκα και οι απαιτήσεις εφαρμογών γίνονται υψηλότερες, οι σχεδιαστές πρέπει να κατανοούν τις τελευταίες καινοτομίες στην τεχνολογία επαφής για να πληρούν τα αντίστοιχα πρότυπα και απαιτήσεις, ειδικά όσον αφορά την στιβαρότητα, τη δύναμη εισαγωγής και τη δύναμη συγκράτησης, την αντίσταση επαφής και την ανοχή θερμοκρασίας.
Αυτό το άρθρο παρέχει μια σύντομη επισκόπηση της τάσης ανάπτυξης των υποδοχών σύνδεσης, με έμφαση στους λόγους για τη συνεχή χρήση των υποδοχών D-sub. Στη συνέχεια, παρουσιάστηκαν οι προηγμένες επαφές του Amphenol Positronic και παρουσιάστηκε ο τρόπος χρήσης τους για τη βελτίωση της απόδοσης του βύσματος.
USB、 Η σημασία των υποδοχών Ethernet και D-sub
Αν και η χρήση των παραδοσιακών διεπαφών RS-232 έχει μειωθεί και εμφανίζονται διάφορες εκδόσεις υποδοχών USB και Ethernet, η κλασική υποδοχή D-sub 9 ακίδων (κοινώς γνωστή ως DB-9) και άλλες υποδοχές της ευρύτερης σειράς υποδοχών D-sub εξακολουθούν να διαδραματίζουν κρίσιμο ρόλο στην επικοινωνία του ηλεκτρονικού συστήματος. Υπάρχουν πολλοί λόγοι για συνεχή χρήση. Αν και το USB και το Ethernet μπορούν να ικανοποιήσουν πολλές απαιτήσεις διασύνδεσης, αυτοί οι δύο ευρέως χρησιμοποιούμενοι τύποι σύνδεσης είναι σειριακές διεπαφές και όχι διεπαφές πολλαπλών καλωδίων. Μπορούν να μεταδώσουν ταυτόχρονα δεδομένα και ισχύ, αλλά έχουν αυστηρούς περιορισμούς στους τύπους σημάτων, τις μέγιστες τιμές τάσης και ρεύματος και την ονομαστική ισχύ.
Όσον αφορά τη σχεδίαση, το USB και το Ethernet δεν μπορούν να χειριστούν αποτελεσματικά πολλαπλά άσχετα σήματα ή διαφορετικές μορφές, όπως διεπαφές με πολλαπλές παράλληλες διαδρομές επαφής. Ένα άλλο σημαντικό στοιχείο είναι ότι ο σχεδιασμός των τυπικών συνδέσεων USB και Ethernet δεν πληροί το απαιτούμενο επίπεδο μηχανικής και ηλεκτρικής ακεραιότητας και στιβαρότητας σε πολλές περιπτώσεις.
Για αυτούς και αυτούς τους λόγους, οι υποδοχές D-sub εξακολουθούν να χρησιμοποιούνται ευρέως. Αυτός ο τύπος εξωτερικού σχεδιασμού εμφανίστηκε ήδη από τη δεκαετία του 1950 και έχει πολλά πλεονεκτήματα. Έχει τη λειτουργία της πλήρους θωράκισης των ηλεκτρομαγνητικών παρεμβολών (EMI) και των παρεμβολών ραδιοσυχνοτήτων (RFI), παρέχοντας ένα σφραγισμένο ή σχεδόν σφραγισμένο περίβλημα, με στιβαρή μηχανική δομή και τα δύο μέρη σύνδεσης μπορούν να κλειδωθούν μεταξύ τους μέσω ενός μικρού καλωδίου κορυφής. Το σώμα ή το περίβλημα του συνδετήρα D-sub έχει τουλάχιστον έξι τυπικά μεγέθη, παρέχοντας ευέλικτες επιλογές για θέσεις και τύπους ακίδων ηλεκτρικής επαφής. Εκτός από την παροχή περιβλημάτων βύσματος με τον ίδιο τύπο επαφής σε όλες τις θέσεις ακροδεκτών, το "Combo-D" D-sub υποστηρίζει επίσης τη μίξη ανεξάρτητων επαφών σήματος και ισχύος μέσα σε ένα περίβλημα μεμονωμένου βύσματος (Εικόνα 1, επάνω).
Combo-D εξαιρετικά μικρή εικόνα στυλ σύνδεσης (κάντε κλικ για μεγέθυνση)
Εικόνα 1: Ο εξαιρετικά μικρός σύνδεσμος Combo-D υποστηρίζει πολλαπλούς συνδυασμούς σήματος και διαδρομής ισχύος (όπως φαίνεται στο σχήμα). Ο σύνδεσμος D-sub υιοθετεί τυπικές διαστάσεις περιβλήματος και διάταξη επαφών (όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα). (Πηγή εικόνας: Amphenol Positronic)
Ένα μόνο D-sub μπορεί να υποστηρίξει διάφορες τυπικές ρυθμίσεις μίξης και ταιριάσματος (Εικόνα 1, κάτω). Προσφέρουν εκδόσεις τυπικής πυκνότητας δύο σειρών και υψηλής πυκνότητας τρεις σειρές, με επιλογές σήματος, ισχύος, θωράκισης, υψηλής τάσης, θερμοστοιχείου και επαφής οπτικών ινών.
Καινοτομία στην Τεχνολογία Επαφών
Το πλεονέκτημα του περιβλήματος D-sub είναι μια σημαντική πλοκή στην ιστορία του συνδετήρα και οι ηλεκτρικές επαφές και οι ιδιότητές τους είναι επίσης το κλειδί για την επιτυχή συναρμολόγηση του συνδετήρα. Με τα χρόνια, η τεχνολογία επαφής έχει κάνει πολλές βελτιώσεις σε υλικά, σχεδιασμό, ηλεκτρικές και μηχανικές ιδιότητες.
Αυτό περιλαμβάνει την πατενταρισμένη τεχνολογία επαφής PosiBand της Amphenol Positronic (Δίπλωμα Ευρεσιτεχνίας ΗΠΑ αρ. 7115002). Το PosiBand υιοθετεί καινοτόμο σχεδιασμό επαφής, ο οποίος διαφέρει από τον παραδοσιακό σχεδιασμό και επιτυγχάνει υψηλότερη απόδοση σε πολλές βασικές παραμέτρους.
Το εξωτερικό στοιχείο πίεσης PosiBand έχει σχεδιαστεί για να διαχωρίζει πλήρως τις μηχανικές και ηλεκτρικές ενέργειες της σύνδεσης (Εικόνα 2). Το στοιχείο πίεσης ασκεί μια δύναμη για να πιέσει τον αρσενικό πείρο προς την εσωτερική κοιλότητα, σχηματίζοντας μια μακριά γραμμή άμεσης ηλεκτρικής επαφής, ολοκληρώνοντας έτσι τη μηχανική δράση. Το μήκος του καλωδίου επαφής μπορεί να αλλάξει, επιτρέποντας στους σχεδιαστές να βελτιστοποιήσουν την αντίσταση διεπαφής της σύνδεσης. Η στιβαρή και άθικτη κυκλική κατασκευή στην είσοδο μπορεί να ενισχύσει τη μηχανική στιβαρότητα των επαφών.
Το Amphenol Positronic PosiBand υιοθετεί πατενταρισμένες εικόνες σχεδίασης (κάντε κλικ για μεγέθυνση)
Εικόνα 2: Το PosiBand υιοθετεί ένα πατενταρισμένο σχέδιο που διαχωρίζει τις μηχανικές και ηλεκτρικές ενέργειες της σύνδεσης. (Πηγή εικόνας: Amphenol Positronic)
Το ελατηριωτό κλιπ μέσα στο PosiBand (Εικόνα 3, αριστερά) είναι ένα μικρό αλλά κρίσιμο εξάρτημα στη συναρμολόγηση και ένας βασικός παράγοντας που επηρεάζει την απόδοσή του. Αυτό το ελαστικό φύλλο κράματος χαλκού βηρυλλίου μπορεί να δημιουργήσει κανονική δύναμη στην αρσενική επαφή, επιτυγχάνοντας έτσι σταθερή και αξιόπιστη συγκόλληση επαφής (Εικόνα 3, δεξιά). Ταυτόχρονα, ενώ πληροί ή υπερβαίνει τις απαιτήσεις απόδοσης, μπορεί επίσης να μειώσει τη μέση δύναμη εισαγωγής.
Το κλιπ ελατηρίου Amphenol Positronic PosiBand (αριστερά) παρέχει κανονική εικόνα δύναμης στην περιοχή επαφής (δεξιά)
Εικόνα 3: Το κλιπ ελατηρίου PosiBand (αριστερά) παρέχει κανονική δύναμη στην περιοχή επαφής (δεξιά) για μεγιστοποίηση της περιοχής επαφής της ηλεκτρικής επιφάνειας ζευγαρώματος. (Πηγή εικόνας: Amphenol Positronic)
Οι επαφές βάσης PosiBand είναι κατασκευασμένες από ορείχαλκο και έχουν εξαιρετική απόδοση στην πτύχωση των καλωδίων στις επαφές. Εξαλείφει επίσης την ανάγκη για ανόπτηση του υλικού, το οποίο όχι μόνο αυξάνει το κόστος αλλά μπορεί επίσης να προκαλέσει μακροπρόθεσμα προβλήματα εάν δεν αντιμετωπιστεί σωστά κατά τη διάρκεια της διαδικασίας κατασκευής.
Σε σύγκριση με τα παραδοσιακά σχέδια επαφών, το σύστημα PosiBand αυξάνει επίσης την περιοχή επαφής μεταξύ αρσενικών και θηλυκών επαφών, επιτυγχάνοντας έτσι πιο αξιόπιστη ηλεκτρική ακεραιότητα. Σε μικρο επίπεδο, υπάρχουν περισσότερες ηλεκτρικές οδοί που διέρχονται από τη διεπαφή επαφής. Η αύξηση της περιοχής επαφής μειώνει την πιθανότητα ασυνέχειας κατά τη δόνηση.
Σε αντίθεση με τη διαίσθηση, το σύστημα PosiBand παρέχει μεγαλύτερη περιοχή επαφής χωρίς αύξηση της δύναμης εισαγωγής. Αντίθετα, ο σχεδιασμός PosiBand παρέχει πιο σταθερή δύναμη εισαγωγής, μειώνοντας έτσι τη μέση δύναμη εισαγωγής.
Τα προϊόντα Positronic έχουν εισέλθει στον Κατάλογο Πιστοποιημένων Προϊόντων (QPL) της Υπηρεσίας Logistics του Υπουργείου Άμυνας των Ηνωμένων Πολιτειών (DLA), πράγμα που σημαίνει ότι πληρούν τις απαιτήσεις, όπως η αντίστοιχη αναγνώριση προϊόντος, η πιστοποίηση και οι περιοδικές δοκιμές επικύρωσης. Το PosiBand συμμορφώνεται με τις προδιαγραφές SAE AS3902 και MIL-DTL-24308 και επίσης πληροί τις απαιτήσεις δοκιμής διαχωρισμού επαφών υψηλότερων 40 g των GSFC S-311-P4/08 και GSFC S-311-P4/10.
Μέγεθος επαφής και αντίσταση
Οι επαφές PosiBand χρησιμοποιούν τυπικά μεγέθη 20 και 22. Το πρώτο ισχύει για τα καλώδια American Wire Gauge (AWG) 20, 22 και 24, ενώ το δεύτερο ισχύει για τα καλώδια AWG 22, 24, 26, 28 και 30.
Η μέγιστη αντίσταση της επαφής 22 είναι 0,005 ohms (Ω), ενώ η αντίστοιχη αντίσταση της επαφής 20 είναι 0,004 ohms. Λόγω της χαμηλής αντίστασης επαφής, η απώλεια I2R είναι μικρή, με αποτέλεσμα χαμηλή αυτοθέρμανση, η οποία παρέχει στους σχεδιαστές την ευκαιρία να χρησιμοποιήσουν τις επαφές 22 και 20 για τροφοδοσία ρεύματος.
Ορισμένοι μηχανικοί δεν κατανοούν τα θερμικά χαρακτηριστικά των επαφών ή λαμβάνουν υπόψη αυτόν τον παράγοντα μόνο στα μεταγενέστερα στάδια του σχεδιασμού και της επιλογής των συνδετήρων. Ωστόσο, η θερμότητα παραμένει βασικός παράγοντας για την αξιολόγηση της απόδοσης του συνδέσμου και του συστήματος. Η αύξηση της θερμοκρασίας και η σχέση ρεύματος των επαφών PosiBand 20 (Εικόνα 4, επάνω) και 22 (Εικόνα 4, κάτω) είναι απολύτως συνεπείς σε διαφορετικές διαμορφώσεις επαφών.