汽車系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員需要仔細(xì)選擇和應(yīng)用連接器，使其在受到極端溫度和濕度、污染和振動的環(huán)境中在物理和電氣方面都能可靠地運(yùn)行。隨著車輛成為強(qiáng)大的“車輪上的計(jì)算機(jī)”，滿足和維持汽車性能和可靠性要求變得越來越具有挑戰(zhàn)性。連接器必須能夠在更狹小的空間內(nèi)處理更多的傳輸線，通信速度為每秒幾千兆位，這是適應(yīng) 10GBASE-T1 和 PCI Express 版本 3 (PCIe 3.0) 等標(biāo)準(zhǔn)所必需的。

　　為了使事情更具挑戰(zhàn)性，汽車公司需要非常高的產(chǎn)量，因此電子組裝公司需要轉(zhuǎn)向高速裝配機(jī)來跟上。但是，很難在保持高生產(chǎn)率和良率的同時準(zhǔn)確放置連接器，以便它們以后可以毫無問題地配接。

　　這些挑戰(zhàn)可以通過物理和電氣堅(jiān)固的浮動觸點(diǎn)連接器來應(yīng)對，這些連接器可以吸收自動化裝配過程中遇到的位置偏移或錯位。

　　本文介紹了汽車連接器面臨的電信號以及物理應(yīng)用和制造需求。然后，它引入了浮動連接器 杰電子 設(shè)計(jì)師可以用來滿足這些需求。包括有關(guān)高速通信標(biāo)準(zhǔn)和合適的連接器選擇和應(yīng)用的詳細(xì)信息，以及如何為高速汽車通信協(xié)議(如 10GBASE-T1 和 PCI Express 版本 3 (PCIe 3.0))選擇連接器的指南。

　　高速通信協(xié)議簡介

　　10GBASE-T1 是 10 Gb 以太網(wǎng) (10 GbE) 標(biāo)準(zhǔn)系列之一，以每秒 10 千兆位 (Gbps) 的速率提供以太網(wǎng)幀傳輸。10GBASE-T1 是一種“汽車以太網(wǎng)”解決方案，使用雙絞線電纜在長達(dá) 15 米 (m) 的距離內(nèi)運(yùn)行。10 Gbps的數(shù)據(jù)吞吐量是最快的汽車通信標(biāo)準(zhǔn)，可以支持自動駕駛等應(yīng)用。

　　PCIe 3.0 是另一種高速串行計(jì)算機(jī)擴(kuò)展總線標(biāo)準(zhǔn)。它提供高達(dá)每秒 8 千兆傳輸 (GTps) 的速度。在高端“x16 通道”實(shí)現(xiàn)中，8 GTps 相當(dāng)于 126 Gbps 的聚合數(shù)據(jù)傳輸速率。

　　該技術(shù)傳統(tǒng)上用作PC中的高速總線，現(xiàn)在正針對未來車輛的汽車應(yīng)用，因?yàn)橛布O(shè)計(jì)保證傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包到達(dá)預(yù)定目的地。這構(gòu)成了適合自動駕駛的高度可靠的系統(tǒng)。

　　用于高速汽車通信的連接器

　　高速通信協(xié)議需要高質(zhì)量的連接器。它們不僅必須提供堅(jiān)固可靠的連接以確保出色的信號完整性，而且還必須相對容易斷開和重新連接多年的服務(wù)。它們還必須能夠在小間距上容納許多引腳和插座，以確保具有多通道連接的緊湊尺寸。

　　用于高速通信協(xié)議(如 10GBASE-T1 和 PCIe 3.0)的現(xiàn)代連接器系列的一個示例是 MA01 JAE電子的系列。這些連接器提供軋制表面觸點(diǎn)和兩點(diǎn)觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)等功能，即使在汽車應(yīng)用的典型振動、沖擊和極端溫度下也能確保安全的機(jī)械和電氣連接(圖 1)。

　　圖 1：MA01 系列連接器具有兩點(diǎn)接觸連接器，有助于在沖擊和振動期間保持電氣連續(xù)性。(圖片來源：JAE電子)

　　MA01 系列連接器提供 8 至 30 毫米 (mm) 的各種堆疊高度(圖 2)，能夠傳輸 10 個 GBASE-T1 和 PCIe 3.0 所需的 8 Gbps 速度，是汽車板對板數(shù)字控制單元等應(yīng)用的理想選擇。連接器具有低插入和拔出力的特點(diǎn)，并包括鍵控以防止不正確配接。這些連接器具有 -40 至 125°C 的寬工作溫度范圍。

　　圖 2：MA01 系列連接器的堆疊高度為 8 至 30 mm(圖片來源：JAE Electronics)

　　該系列中的一個例子是 MA01F030VABBR300.該連接器是汽車級高速傳輸板對板連接器。它在 20.925 x 8.8 x 12.3 mm 的機(jī)身內(nèi)具有 30 個位置，間距為 0.635 mm。觸點(diǎn)由銅合金制成，鍍金層為 0.1 微米 (μm)(最小)。連接器的電氣規(guī)格為 0.5 安培 (A) 額定電流和 50 伏交流額定電壓。它設(shè)計(jì)用于多達(dá) 100 次插拔。

　　MA01F030VABBR300 設(shè)計(jì)用于與 MA01R030VABBR600 為高速汽車應(yīng)用形成板對板連接(圖 3)。

　　圖 3：MA01F030VABBR300(底部)具有 30 個位置，并與 MA01R030VABBR600 配接，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)健可靠的高速板對板連接。(圖片來源：JAE電子)

　　克服裝配挑戰(zhàn)

　　大批量電子產(chǎn)品制造需要使用機(jī)器人裝配技術(shù)。但是，用于這項(xiàng)工作的自動貼片機(jī)確實(shí)存在機(jī)械限制。這可能會導(dǎo)致組件定位的公差。雖然輕微的位置誤差是典型的，對于有源和無源元件來說不是問題，但在配接多位置、細(xì)間距連接器時，它們可能會導(dǎo)致問題。這個問題變得更加復(fù)雜，因?yàn)榈湫偷倪B接器沒有為貼片機(jī)真空噴嘴提供平坦的表面，無法正確購買。

　　由于典型的引腳間距小于一毫米，因此在配接連接器時不需要太多錯位即可導(dǎo)致觸點(diǎn)損壞。

　　為了克服這個問題，JAE MA01F030VABBR300采用浮動接觸技術(shù)，允許在X和Y方向上移動±0.5毫米。該浮子可校正自動化機(jī)械安裝過程中引起的位置偏移或錯位。連接器配有可拆卸蓋子，可安全購買貼片機(jī)真空噴嘴。在連接器安裝之前，蓋子還用于防止大碎屑進(jìn)入配接區(qū)域(圖 4 和圖 5)。

　　圖 4：MA01F030VABBR300 是此 MA01 連接的下半部分，采用浮動觸點(diǎn)技術(shù)，允許在 X 和 Y 方向上移動 ±0.5 mm。這有助于糾正裝配過程中的位置偏移或錯位。(圖片來源：JAE電子)

　　圖 5：MA01 系列配有一個可拆卸的蓋子，使貼片機(jī)真空噴嘴能夠很好地購買。(圖片來源：JAE電子)

　　板對板連接器的母側(cè)MA01R030VABBR600是剛性連接器，因?yàn)橹挥羞B接的一側(cè)需要浮動以適應(yīng)放置位置公差。

　　MA01系列連接器簡化組裝過程的另一個特點(diǎn)是連接器與印刷電路板相接的焊點(diǎn)清晰可見。傳統(tǒng)連接器通常隱藏這些焊點(diǎn)，使檢查變得困難，并存在使用中故障的風(fēng)險(xiǎn)(圖 6)。

　　圖 6：MA01 系列的側(cè)裝連接器顯示了該設(shè)計(jì)如何輕松檢查連接器連接到印刷電路板的焊點(diǎn)的質(zhì)量。(圖片來源：JAE電子)

　　確保無故障配接

　　MA01系列的浮動連接器技術(shù)在補(bǔ)償貼裝位置誤差時非常有用，但是當(dāng)手動將連接器夾在一起時，可能會出現(xiàn)更大的錯位。當(dāng)固定連接器兩半的頂部和底部印刷電路板“盲目”地結(jié)合在一起時，通常會發(fā)生這種錯位，這使得精密觸點(diǎn)很容易錯位。更糟糕的是，即使觸點(diǎn)在此過程中損壞，連接器也可能感覺已正確配接。這種錯位可能發(fā)生在 X 和 Y 水平方向上。

　　JAE 連接器包括防止連接不當(dāng)?shù)穆窐?biāo)，即使在配接過程中連接器在 X 和 Y 方向上或兩個方向上明顯未對齊。導(dǎo)軌模制在連接器主體中，并將連接器的兩半引導(dǎo)到正確的嚙合位置(圖 7、8 和 9)。

　　圖 7：當(dāng)在 X 方向上未對齊時，JAE 電子 MA01 系列上的路標(biāo)將連接器的上半部分引導(dǎo)到垂直方向。(圖片來源：JAE電子)

　　圖 8：在 Y 方向上，導(dǎo)向柱可防止過度錯位，否則會損壞觸點(diǎn)。(圖片來源：JAE電子)

　　圖 9：當(dāng)兩塊板放在一起進(jìn)行盲連接器插入時，導(dǎo)向柱可補(bǔ)償高達(dá) 1 mm 的水平錯位。(圖片來源：JAE電子)

　　配接后，連接器的浮動觸點(diǎn)功能使其能夠吸收汽車應(yīng)用中典型的沖擊和振動，而不會有觸點(diǎn)損壞的風(fēng)險(xiǎn)。

　　高速連接器選擇

　　設(shè)計(jì)高速通信系統(tǒng)是很棘手的。甚至在設(shè)計(jì)人員開始考慮給定連接器的信號完整性之前，相關(guān)印刷電路板的布局也必須考慮目標(biāo)阻抗和高速差分信號通道的布線等因素，以限制串?dāng)_和損耗。但是，假設(shè)設(shè)計(jì)人員考慮了這些和其他關(guān)鍵設(shè)計(jì)因素，那么連接器可以在系統(tǒng)的最終帶寬、原始數(shù)據(jù)吞吐量和信號完整性方面發(fā)揮重要作用。

　　選擇高速連接器時，首先要檢查的是所需通信協(xié)議的最大帶寬。如果連接器無法處理協(xié)議的工作頻率，那么設(shè)計(jì)一個可以高速工作的系統(tǒng)就沒有意義了。一個簡單的方法是選擇經(jīng)過認(rèn)證符合相關(guān)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的連接器。這樣，設(shè)計(jì)人員就可以確信連接器經(jīng)過專門設(shè)計(jì)，可確保最大吞吐量和帶寬。

　　兼容連接器還將具有相關(guān)高速協(xié)議的目標(biāo)阻抗(通常為 50 歐姆 (Ω))。其他選擇因素(如連接器的材料、電路板安裝樣式和尺寸)也很重要，但對信號完整性的影響較小。

　　雖然合規(guī)性認(rèn)證將使設(shè)計(jì)人員相信連接器可以完成這項(xiàng)工作，但重要的是在與生產(chǎn)項(xiàng)目布局相似或相同的測試印刷電路板上測試入圍的連接器。數(shù)據(jù)表或單獨(dú)測試連接器可能不會表現(xiàn)出實(shí)際使用中可能發(fā)生的信號完整性問題。在原型組件上進(jìn)行測試將清楚地指示信號反射和/或失真問題。

　　確定連接器信號完整性的關(guān)鍵測量是 S 參數(shù)和眼圖。S參數(shù)表示頻域中的信號返回和插入損耗。應(yīng)在連接器就位的情況下測量工作電路的測量結(jié)果，然后與移除連接器的結(jié)果進(jìn)行比較，以評估其對信號完整性的影響。

　　示波器生成的眼圖是電路在數(shù)字域中性能的可視化。它是可視化損耗、串?dāng)_、碼間干擾 (ISI) 和誤碼率的標(biāo)準(zhǔn)方法。同樣，應(yīng)在有和沒有連接器的情況下進(jìn)行測試，以確定其對信號完整性的影響。

　　結(jié)論

　　設(shè)計(jì)人員既要滿足汽車板對板連接器苛刻的物理和電氣性能要求，又要避免在高速自動化裝配過程中因定位不良和公差錯位而導(dǎo)致連接器損壞，這是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。設(shè)計(jì)人員可以使用JAE電子的MA01系列連接器克服挑戰(zhàn)。

　　如圖所示，MA01連接器符合多千兆位通信協(xié)議，并提供具有低電阻插入和斷開功能的堅(jiān)固可靠的解決方案。此外，連接器在設(shè)計(jì)時還考慮了快速組裝。拆卸蓋、浮動連接器和導(dǎo)向柱等功能允許在電路板安裝和板對板盲連接中實(shí)現(xiàn)更大的公差，而不會有錯位和損壞觸點(diǎn)的風(fēng)險(xiǎn)。