Teabeleht „Board-to-Board“-konnektor tööstuslikele anduritele ja kaamerasüsteemidele
Kiirem, väiksem, vastupidavam: tööstuslikes andurites ja kaamerasüsteemides kasutamisel peavad konnektorid (konnektor) vastama üha rohkematele nõuetele. Suundumus on modulaarsuse poole. Board-to-board-konnektorite abil saab trükkplaate omavahel paindlikult kombineerida ja seeläbi oluliselt määrata anduri funktsionaalsust. Tööstus 4.0 ajastul peavad pistikud muutuma mitte ainult üha väiksemaks ja võimsamaks – lisaks miniaturiseerimisele ja kiirusele nõuab kasutamine tööstuslikus keskkonnas sageli äärmist vastupidavust. Käesolev juhend aitab leida õige konnektor teie masinavision-rakendusele.
Tänapäevaste andurite ja kaamerasüsteemide arendamisel tööstuslikuks kasutamiseks on esikohal kolm nõuet: kiire andmeedastus, miniaturiseerimine ja vastupidavus. Neid nõudeid saab harva vaadelda üksteisest eraldiseisvana – kuid sõltuvalt prioriteetidest on võimalik leida teie rakendusele optimaalne konnektor.
Kiire andmeedastus
Suurandmete, IoT ja IIoT ajastul vajavad tööstuskeskkonnas kasutatavad intelligentsed andurid ja kaamerad ka turvalist kiiret andmeedastust. Kiirete rakenduste jaoks mõeldud konnektor peaksid olema varustatud vastavalt kõrge jõudlusega kontaktide konstruktsiooniga. Kuna pistikühendus (konnektor) kujutab oma geomeetria tõttu teatud riskifaktorit impedantsi kõikumiste (impedantsiprofiil) osas, tuleb kiirete konnektorite arendamisel pöörata erilist tähelepanu kontaktide disaini optimeerimisele impedantsi reguleerimiseks. Siinkohal on oluline vähendada võimaluse korral miinimumini ristlõike muutusi ühenduses (konnektor), sest need põhjustavad impedantsi kõikumisi, mis omakorda toovad kaasa signaaliülekande kaod.
Miniatuurseid konstruktsioone kasutades peaksid pistikühendused (konnektor) olema varustatud elektromagnetilise varjestus, kuna eelkõige kõrgsageduslikud signaalid on eriti tundlikud soovimatute elektromagnetiliste mõjude suhtes. Siin võib juba väike impulss olla piisav, et moonutada kasulikku signaali, nii et vastuvõtja ei suuda digitaalseid seisundeid enam üheselt tõlgendada. konnektor
võib selles kontekstis täita nii häireneelduri kui ka häireallika rolli, st ühelt poolt olla mõjutatud mooduli teiste komponentide poolt ja teiselt poolt ise elektromagnetiliselt mõjutada ümbritsevaid komponente. Kopplinduktantsi (vastastikinduktiivsus) LK abil, mida mõõdetakse pikohenrydes (pH), saab pistikut kirjeldada mõlemas funktsioonis – nii allikana kui ka neeldurina. Lihtne mõõteseade aitab kasutajatel välja selgitada, milline pistik ja milline pinout on nende konkreetse rakenduse jaoks vajalik või optimaalne. Selleks tuleb kasutus signaali häirida purskgeneraatori abil ja mõõta maksimaalselt lubatud vastastikinduktiivsus. Kui indutseeritud pinge (Uind), generaatori pinge (UGen) ja generaatori konstant (kGen) on teada, saab iga rakenduse jaoks määrata vastava maksimaalse lubatud vastastikinduktiivsus (L) järgmise valemi abil:
L = Uind / (UGen * kGen)
vastastikinduktiivsus aitab kasutajal määratleda ka sobiva konnektor elektromagnetilise ühilduvuse seisukohast. Nii on võimalik vältida kulukaid ja aeganõudvaid katse-ja-viga-meetodil läbiviidavaid katseid EMÜ-Laboris.
Lisaks on võimalik vähendada vastastikinduktiivsus varjestus abil. Siinkohal üks rakendusnäide: HDMI-signaali puhul määrati pingel 4,4 kV kindla juhtumi maksimaalseks koppeldusinduktiivsuseks (vastastikinduktiivsus) 47 pH. Kui väärtus ületab seda, ei ole signaali enam võimalik häireteta edastada. Järgnev joonis näitab, et koppeldusinduktiivsust on varjestuskontseptsiooni kasutamisega märkimisväärselt vähendatud.
võib selles kontekstis täita nii häireneelduri kui ka häireallika rolli, st ühelt poolt olla mõjutatud mooduli teiste komponentide poolt ja teiselt poolt ise elektromagnetiliselt mõjutada ümbritsevaid komponente. Kopplinduktantsi (vastastikinduktiivsus) LK abil, mida mõõdetakse pikohenrydes (pH), saab pistikut kirjeldada mõlemas funktsioonis – nii allikana kui ka neeldurina. Lihtne mõõteseade aitab kasutajatel välja selgitada, milline pistik ja milline pinout on nende konkreetse rakenduse jaoks vajalik või optimaalne. Selleks tuleb kasutus signaali häirida purskgeneraatori abil ja mõõta maksimaalselt lubatud vastastikinduktiivsus. Kui indutseeritud pinge (Uind), generaatori pinge (UGen) ja generaatori konstant (kGen) on teada, saab iga rakenduse jaoks määrata vastava maksimaalse lubatud vastastikinduktiivsus (L) järgmise valemi abil:
L = Uind / (UGen * kGen)
vastastikinduktiivsus aitab kasutajal määratleda ka sobiva konnektor elektromagnetilise ühilduvuse seisukohast. Nii on võimalik vältida kulukaid ja aeganõudvaid katse-ja-viga-meetodil läbiviidavaid katseid EMÜ-Laboris.
Lisaks on võimalik vähendada vastastikinduktiivsus varjestus abil. Siinkohal üks rakendusnäide: HDMI-signaali puhul määrati pingel 4,4 kV kindla juhtumi maksimaalseks koppeldusinduktiivsuseks (vastastikinduktiivsus) 47 pH. Kui väärtus ületab seda, ei ole signaali enam võimalik häireteta edastada. Järgnev joonis näitab, et koppeldusinduktiivsust on varjestuskontseptsiooni kasutamisega märkimisväärselt vähendatud.
Nii varjestamata kui ka varjestatud versioonide puhul viidi Boardlockid ja väliskontaktid maanduspotentsiaalile, samal ajal kui ühe kontaktipaari kaudu sisestati signaal. Mõõdetud sidestusinduktiivsuse väärtusi saab demonstreerida elektrilise ja magnetilise välja värviliste jaotuste abil. Simulatsioon varjestamata konnektor näitas, et sel juhul esineb kuni 196 pH suurune vastastikinduktiivsus. Määratud piirväärtuse 47 pH juures ei oleks seega häireteta signaaliülekannet enam tagatud. Varjestatud konnektor puhul on sidestusinduktiivsuse väärtused aga vahemikus 1 kuni 4 pH. Neid suudeti seega varjestus abil vähendada umbes 50 korda, tagades seeläbi häirevaba edastuse. Suurema kontaktide arvu korral on võimalik isegi 100- kuni 200-kordne vähendamine.
Kasutaja jaoks on varjestus kaks positiivset omadust: ühelt poolt on konnektor tõttu vähem häireallikas, teiselt poolt on see signaalide jaoks varjestus tõttu väiksem häireneeldaja. Varjestatud konnektor konnektor kasutamise tõttu saab neid nüüd paigutada trükkplaadil lähemale häireallikatele ja häireneeldajatele. Lisaks võimaldab see saavutada elektriseadme ettenähtud purske- ja ülepinge katsetel kõrgemat võimsusklassi.
Kasutaja jaoks on varjestus kaks positiivset omadust: ühelt poolt on konnektor tõttu vähem häireallikas, teiselt poolt on see signaalide jaoks varjestus tõttu väiksem häireneeldaja. Varjestatud konnektor konnektor kasutamise tõttu saab neid nüüd paigutada trükkplaadil lähemale häireallikatele ja häireneeldajatele. Lisaks võimaldab see saavutada elektriseadme ettenähtud purske- ja ülepinge katsetel kõrgemat võimsusklassi.
miniaturiseerimine
Hoolimata funktsioonide üha suuremast integreerimisest ei tohi andurite ja kaamerasüsteemide mõõtmed suureneda. Enamasti nõutakse tööstusautomaatikas isegi pidevat miniaturiseerimist, et masinaid saaks ehitada üha kompaktsemaks. Samamoodi nõuab ka trend andurite või kaamerate modulaarse ehituse suunas vastavalt miniaturiseeritud pistikühenduste (konnektor) kasutamist. Seetõttu on pistikühendused viimaste aastakümnete jooksul peaaegu sama jõudluse juures kahanenud murdosani oma algsest suurusest.
Eriti kitsa paigaldusruumiga rakenduste jaoks sobib hästi pinnapaigaldustehnoloogia (Surface-Mount-Technologie). See on eriti ruumisäästlik, kuna võimaldab trükkplaadi kahepoolset komplekteerimist ning väikseid samm. Näiteks press-fit-tehnoloogia ei oleks võimalik saavutada vaid 0,5 mm suurust tihedat samm, kuna sissepressimise käigus mõjuvad füüsikalised jõud – samuti ei oleks võimalik trükkplaadi kahepoolne komplekteerimine (trükkplaadi koostamine). Miniatuurseid rakendusi silmas pidades tuleb õige konnektori valimisel arvestada veel ühe olulise kriteeriumiga: sellistel juhtudel asuvad mooduli tundlikud komponendid sageli üksteisele väga lähedal. Seetõttu suureneb komponentide vastastikuse elektromagnetilise mõjutamise oht. Loomulikult ei tohi andmeedastus teie rakenduses mingil juhul häiruda, moonutuda ega isegi takistuda. Seetõttu muutub elektromagnetiline kaitse üha olulisemaks. Signaalihäirete vältimiseks on seetõttu soovitatav valida ka siin, nagu ka kiirühenduste (kiirkonnektor) puhul, varjestatud konnektor.
Vastupidavus
Masinate läheduses kasutatavad andurid ja kaamerasüsteemid on eriti suurel määral avatud karmi keskkonna mõjudele. Elektroonika kaitsmiseks nende väliste mõjude eest on võimalik kogu moodul valada. Selleks on aga vaja samuti valamisega ühilduvat ühenduslahendust. Tavalised pistikühendused (konnektor) on siin selgelt ebasoodsas olukorras, kuna haavatavat ühenduspiirkonda (pistikuala) tuleb kaitsta valamismassi (valumass) eest. Kasutatav vedru-nuga-kontakttehnoloogia ei tagaks siin nende materjalide jaoks vajalikku IP-kaitseaste.
Seetõttu tuleb õige ühenduskonnektor valimisel pöörata tähelepanu üheosalise ühenduslahenduse valimisele, st ühenduskonnektor, mis ei vaja tavapärast ühenduspistikuala. Sel viisil tagab valumass püsiva ja vastupidava ühenduslahenduse, kuid ei tohi tungida kontaktpiirkonda.
Kui elektroonilisi komponente tuleb kontrollida nende vastupidavuse osas, on see võimalik laborikatsete raames. Selle käigus peab standarditud löögiprofiil (profile) vastama ettenähtud seisundile (control), st kiirendusele 50 g tolerantsiga 20 protsenti (high abort ja low abort). Vastavalt standardile DIN EN 60068-2-27 on lubatud kontakti katkemine (kontaktikatkestus) ≤ 1 µs.
Kui elektroonilisi komponente tuleb kontrollida nende vastupidavuse osas, on see võimalik laborikatsete raames. Selle käigus peab standarditud löögiprofiil (profile) vastama ettenähtud seisundile (control), st kiirendusele 50 g tolerantsiga 20 protsenti (high abort ja low abort). Vastavalt standardile DIN EN 60068-2-27 on lubatud kontakti katkemine (kontaktikatkestus) ≤ 1 µs.
Kui teie rakenduses on pistikühendus (konnektor) äärmiselt tugevate väliste keskkonnamõjude, nagu vibratsioon, löögid, niiskus, mustus, äärmuslikud temperatuurid või temperatuurikõikumised, mõjule avatud, on vaja ka äärmist vastupidavust. Teie komplekti valamine (kapseldamine) võib selles osas aidata, kuid siiski on soovitatav mitte loota ainult sellele. Selle asemel soovitame kasutada „kapseldamine“ ja „press-fit-tehnoloogia“ kombinatsiooni. Viimane on end juba miljardite kordade jooksul tõestanud ja peetakse kõige vastupidavamaks ja usaldusväärsemaks ühendusviisiks – isegi ebasoodsates tingimustes. „press-fit-tehnoloogia“ puhul surutakse pistikühenduse kontakt (pin) läbiviikudega trükkplaadi avasse, luues seeläbi nii elektrilise kui ka mehaanilise ühenduse konnektor ja trükkplaadi vahel. Samal ajal on võimalik saavutada kuni 50-protsendilist kulude kokkuhoidu, kuna välditakse töömahukaid jootmistöid ja kalleid kaablilahendusi. Kui haavatav ühenduspiirkond (pistikuala) jääb ära, suudab pistikühendus (konnektor) koos sissepressimistehnikaga (press-fit-tehnoloogia) taluda isegi 50–200 g suuruseid löökkoormusi ilma kontaktikatkestus.
Kui on vaja mitmekülgseid töötajaid
Teoreetiliselt on neid nõudeid – kiire andmeedastus, miniaturiseerimine ja vastupidavus – võimalik üksteisest suhteliselt selgelt eristada. Kasutajana märkate aga kindlasti, et teie vajalik ühenduskonnektor peab harva vastama vaid ühele neist nõuetest. Seetõttu vastavad paljud ühenduskonnektor mitmele neist kriteeriumidest erineva kaalukusega. Mõnel juhul tasub heita pilk ka konnektorite „universaalidele“. Kui näiteks kasutatakse korraga mitut konnektor, on soovitatav valida tooteperekond, millel on kõrge skaleeritavus. Nii on võimalik vältida aega ja raha nõudvaid heakskiitmistsükleid ning samal ajal tagada, et kõik konnektoriperekond tooted on omavahel ühilduvad – olenemata sellest, kas need on varjestatud, varjestamata, sirged või nurgeline.
Kas on küsimusi?
konnektor Trükkplaatide kontaktide paigaldamise ekspertidena jagame oma teadmisi hea meelega, näiteks teile kohandatud veebiseminarides:
webinar.ept-group.de
Või võtke meiega otse ühendust kõigi trükkplaatide konnektor iga seotud küsimustega!
ept GmbH
Bergwerkstr. 50
86971 Peiting, SAKSAMAA
Telefon +49 (0) 8861 2501 0
Faks +49 (0) 8861 2501 700
www.ept.de
sales@ept.de
webinar.ept-group.de
Või võtke meiega otse ühendust kõigi trükkplaatide konnektor iga seotud küsimustega!
ept GmbH
Bergwerkstr. 50
86971 Peiting, SAKSAMAA
Telefon +49 (0) 8861 2501 0
Faks +49 (0) 8861 2501 700
www.ept.de
sales@ept.de