Bijela knjiga: Međukartični konektor za industrijske senzore i sustave kamera
Brže, manje, robusnije: kada se koriste u industrijskim senzorima i kamerama, konektori (konektor) moraju ispuniti sve veći broj zahtjeva. Trend je ka modularizaciji. Pomoću konektora za povezivanje ploča tiskane pločice se mogu kombinirati na različite načine, čime se značajno određuje funkcionalnost senzora. U doba industrije 4.0 konektori ne moraju samo postajati sve manji i moćniji – uz miniaturizaciju i veliku brzinu, uporaba u industrijskim okruženjima često zahtijeva iznimnu čvrstoću. Ovaj vodič namijenjen je da vam pomogne pronaći pravi konektor za vašu primjenu u strojnom vidu.
Tri su zahtjeva od presudne važnosti u razvoju modernih senzora i kamera za industrijsku primjenu: brzi prijenos podataka, miniaturizacija i robusnost. Ti se zahtjevi rijetko mogu razmatrati odvojeno – no, ovisno o prioritetima, za vašu primjenu može se pronaći optimalni konektor (konektor).
Brzi prijenos podataka
U doba velikih podataka, IoT-a i IIoT-a, inteligentni senzori i kamere u industrijskim okruženjima također zahtijevaju siguran prijenos podataka velikom brzinom. Konektori (konektor) za primjene velikih brzina trebali bi imati dizajn kontakata s odgovarajućim visokim performansama. Budući da geometrija konektora po svojoj prirodi nosi određeni rizik od fluktuacija u profil impedancije, pri razvoju visokobrzinskih konektora treba posvetiti posebnu pozornost optimizaciji dizajna kontakata kako bi se kontrolirala impedancija. U tom kontekstu važno je, gdje je to moguće, minimizirati promjene poprečnog presjeka unutar konektora, budući da one dovode do fluktuacija impedancije, što zauzvrat uzrokuje gubitke u prijenosu signala.
U slučaju minijaturiziranih sklopova, konektori (konektor) također bi trebali imati elektromagnetsku oklapanje, jer su visokofrekventni signali osobito podložni neželjenim elektromagnetskim učincima. Ovdje čak i mali impuls može biti dovoljan da iskrivi korisni signal, što znači da primatelj više ne može nedvosmisleno tumačiti digitalna stanja.
Spojka (konektor) može djelovati i kao prigušivač i kao izvor smetnji; drugim riječima, može biti izložena smetnjama od drugih komponenti u sklopu, a istovremeno i sama vršiti elektromagnetski utjecaj na okolne komponente. Spojna indukancija (međuinduktivitet) LK, koja se mjeri u pikohensima (pH), može se koristiti za karakterizaciju spojke u obje funkcije – kao izvora i kao prigušivača. Jednostavna ispitna postavka pomaže korisnicima da odrede koji je konektor i koja pinout raspored potrebni ili optimalni za njihovu specifičnu primjenu. Za to se korisni signal mora ometati pomoću generatora impulsa i izmjeriti maksimalno dopuštena induktivnost povezivanja (međuinduktivitet). Ako su poznati inducirani napon (Uind), napon generatora (UGen) i konstanta generatora (kGen), specifična, maksimalno dopuštena induktivnost spajanja (L) za svaku primjenu može se odrediti pomoću sljedeće formule:
L = Uind / (UGen * kGen)
međuinduktivitet također pomaže korisniku pri odabiru odgovarajućeg konektor s aspekta elektromagnetske kompatibilnosti. Time se također mogu izbjeći skupi i dugotrajni postupci ispitivanja metodom pokušaja i pogreške u EMC laboratoriju.
Nadalje, moguće je smanjiti međuinduktivitet konektor-a primjenom oklapanje. Evo primjera njegove primjene: za HDMI signal određena je maksimalna međuinduktivitet specifična za kućište od 47 pH pri naponu od 4,4 kV. Ako vrijednost premaši tu granicu, signal se više ne može prenositi bez smetnji. Slika u nastavku pokazuje da je međuinduktivitet značajno smanjena primjenom koncepta oklopa.
Spojka (konektor) može djelovati i kao prigušivač i kao izvor smetnji; drugim riječima, može biti izložena smetnjama od drugih komponenti u sklopu, a istovremeno i sama vršiti elektromagnetski utjecaj na okolne komponente. Spojna indukancija (međuinduktivitet) LK, koja se mjeri u pikohensima (pH), može se koristiti za karakterizaciju spojke u obje funkcije – kao izvora i kao prigušivača. Jednostavna ispitna postavka pomaže korisnicima da odrede koji je konektor i koja pinout raspored potrebni ili optimalni za njihovu specifičnu primjenu. Za to se korisni signal mora ometati pomoću generatora impulsa i izmjeriti maksimalno dopuštena induktivnost povezivanja (međuinduktivitet). Ako su poznati inducirani napon (Uind), napon generatora (UGen) i konstanta generatora (kGen), specifična, maksimalno dopuštena induktivnost spajanja (L) za svaku primjenu može se odrediti pomoću sljedeće formule:
L = Uind / (UGen * kGen)
međuinduktivitet također pomaže korisniku pri odabiru odgovarajućeg konektor s aspekta elektromagnetske kompatibilnosti. Time se također mogu izbjeći skupi i dugotrajni postupci ispitivanja metodom pokušaja i pogreške u EMC laboratoriju.
Nadalje, moguće je smanjiti međuinduktivitet konektor-a primjenom oklapanje. Evo primjera njegove primjene: za HDMI signal određena je maksimalna međuinduktivitet specifična za kućište od 47 pH pri naponu od 4,4 kV. Ako vrijednost premaši tu granicu, signal se više ne može prenositi bez smetnji. Slika u nastavku pokazuje da je međuinduktivitet značajno smanjena primjenom koncepta oklopa.
U tom su kontekstu boardlockovi i vanjski kontakti bili spojeni na uzemljenje u nezaštićenoj i zaštićenoj verziji, dok je signal primijenjen putem para kontakata. Mjereni vrijednosti induktance vezanja mogu se prikazati pomoću bojenih gradijenata električnog i magnetskog polja. Simulacija nezaštićenog ' konektor a' pokazala je da je u ovom slučaju prisutan ' međuinduktivitet ' do 196 pH. S obzirom na utvrđenu prag-vrijednost od 47 pH, neometani prijenos signala stoga više ne bi bio zajamčen. S druge strane, kod oklopljenog konektor vrijednosti induktance spajanja kreću se od 1 do 4 pH. Te su stoga smanjene za faktor od približno 50 pomoću oklapanje, čime se osigurava prijenos bez smetnji. S većim brojem polova moguće je smanjenje i za faktor od 100 do 200.
Za korisnika, ' oklapanje ' donosi prednosti u dva pogleda: s jedne strane, ' konektor ' manje djeluje kao izvor smetnji; s druge strane, zahvaljujući ' oklapanje ', predstavlja manji usisnik smetnji za signale. Nadalje, upotrebom oklopljenih konektora, oni se sada mogu postaviti bliže izvorima i usisnicima smetnji na tiskanoj pločici. Nadalje, to omogućuje električnom uređaju da postigne višu klasu performansi u propisanim ispitima na kratkotrajne i kratke prekide napona.
Za korisnika, ' oklapanje ' donosi prednosti u dva pogleda: s jedne strane, ' konektor ' manje djeluje kao izvor smetnji; s druge strane, zahvaljujući ' oklapanje ', predstavlja manji usisnik smetnji za signale. Nadalje, upotrebom oklopljenih konektora, oni se sada mogu postaviti bliže izvorima i usisnicima smetnji na tiskanoj pločici. Nadalje, to omogućuje električnom uređaju da postigne višu klasu performansi u propisanim ispitima na kratkotrajne i kratke prekide napona.
miniaturizacija
Unatoč sve većoj funkcionalnoj integraciji, fizička veličina senzora i sustava kamera ne smije se povećavati. U većini slučajeva industrijska automatizacija čak zahtijeva stalnu miniaturizaciju kako bi se strojevi mogli graditi sve kompaktnije. Slično tome, trend prema modularnim dizajnima senzora ili kamera zahtijeva upotrebu odgovarajuće miniaturiziranih konektor. Tijekom posljednjih nekoliko desetljeća konektor su stoga smanjeni na djelić svoje izvorne veličine, a pritom su zadržali gotovo identične performanse.
Tehnologija površinske montaže idealna je za primjene s posebno ograničenim prostorom za ugradnju. Posebno štedi prostor jer omogućuje dvostranu montažu tiskane pločice, kao i male razmake (raster). Na primjer, s tehnikom 'press-fit tehnologija' (press-fit tehnologija) uski razmak od samo 0,5 mm ne bi bio izvediv zbog fizičkih sila koje djeluju tijekom procesa umetanja – kao ni dvostrana montaža tiskane pločice (montaža tiskanih pločica). U slučaju miniaturiziranih primjena, postoji još jedan važan kriterij koji treba uzeti u obzir pri odabiru pravog konektora: u takvim slučajevima osjetljive komponente unutar sklopovine često su smještene vrlo blizu jedna drugoj. To stvara povećan rizik od međusobnog elektromagnetskog ometanja između komponenti. Naravno, prijenos podataka u vašoj primjeni ni u kojem slučaju ne smije biti ometen, iskrivljen ili čak spriječen. Iz tog je razloga elektromagnetska (EM) zaštita sve važnija. Kako bi se izbjegle smetnje signala, stoga je preporučljivo – kao i kod visokobrzih konektora (konektor za velike brzine) – odabrati oklopljeni konektor i u ovom slučaju.
robusnost
Senzori i kamerni sustavi koji se koriste u neposrednoj blizini strojeva posebno su izloženi teškim uvjetima okoline. Kako bi se elektronika zaštitila od tih vanjskih utjecaja, cijela se sklopovina može inkapsulirati. Međutim, to zahtijeva rješenje za povezivanje koje je jednako kompatibilno s procesom inkapsulacije. Konvencionalni konektori (konektor) ovdje su u jasnoj nepovoljnoj poziciji jer se osjetljivi dio za spajanje (područje utikanja) mora zaštititi od zaljevne smjese (masa za zalijevanje). Upotrijebljena tehnologija kontakata s opružnim listićima ne bi pružila potrebnu IP stupanj zaštiteaciju za ove materijale.
Prilikom odabira ispravnog konektor stoga je potrebno paziti da se odabere jednodijelno rješenje za povezivanje – to jest, konektor koji ne zahtijeva konvencionalni područje utikanja. To omogućuje da masa za zalijevanje osigura trajnu i robusnu vezu, istovremeno osiguravajući da ne može prodrijeti u kontaktno područje.
Ako se elektroničke komponente trebaju testirati na robusnost, to se može provesti kao dio laboratorijskih ispitivanja. U tim testovima standardizirani profil udarca mora odgovarati ciljanom stanju (kontrolna vrijednost), tj. ubrzanju od 50 g s tolerancijom od 20 posto (visoki prekid i niski prekid). Prema normi DIN EN 60068-2-27, dopuštena je prekidnost kontakta (prekid kontakta) od ≤ 1 µs.
Ako se elektroničke komponente trebaju testirati na robusnost, to se može provesti kao dio laboratorijskih ispitivanja. U tim testovima standardizirani profil udarca mora odgovarati ciljanom stanju (kontrolna vrijednost), tj. ubrzanju od 50 g s tolerancijom od 20 posto (visoki prekid i niski prekid). Prema normi DIN EN 60068-2-27, dopuštena je prekidnost kontakta (prekid kontakta) od ≤ 1 µs.
Ako je konektor (konektor) izložen ekstremnim vanjskim utjecajima okoliša kao što su vibracije, udari, vlaga, prljavština, ekstremne temperature ili temperaturne fluktuacije u vašoj primjeni, potrebna je i iznimna robusnost. Ukapljivanje (zalijevanje) vaše sklopovine može pomoći u tome, ali preporučljivo je ne oslanjati se isključivo na to. Umjesto toga, preporučuje se kombinacija zalijevanje i press-fit tehnologija. Potonja se već milijardama puta dokazala i smatra se najrobusnijom i najpouzdanijom metodom spajanja – čak i u nepovoljnim uvjetima. Kod press-fit tehnologija, kontakt konektora se utiskuje u prolaznu rupu na tiskanoj pločici, čime se stvara i električno i mehaničko spajanje između konektor i tiskane pločice. Istovremeno, to može rezultirati uštedom troškova do 50 posto, jer se izbjegava radno intenzivan proces lemljenja i skupa rješenja za ožičenje. Bez osjetljivog područja za priključivanje (područje utikanja), priključak (konektor), kada se koristi u kombinaciji s tehnikom utiskivanja (press-fit tehnologija), može izdržati i udarne opterećenja od 50 do 200 g bez ikakvog prekida kontakta (prekid kontakta).
Kada su svestrani igrači traženi
U teoriji se ti zahtjevi – brzi prijenos podataka, miniaturizacija i robusnost – mogu smatrati relativno odvojenima jedne od drugih. Međutim, kao korisnik, zasigurno ćete otkriti da priključak koji vam je potreban rijetko mora ispuniti samo jedan od tih zahtjeva. Iz tog razloga mnogi konektor u različitoj mjeri ispunjavaju nekoliko tih kriterija. U nekim slučajevima vrijedi pogledati i "sveznadare" među konektorima. Ako se, na primjer, istovremeno koriste nekoliko konektor, preporučljivo je odabrati obitelj proizvoda koja nudi visoku razinu skalabilnosti. To pomaže izbjeći dugotrajne i skupe cikluse odobrenja, istovremeno osiguravajući kompatibilnost svih proizvoda unutar obitelj konektora – bez obzira na to jesu li oklopljen, neoklopljen, ravni ili kutni.
Imate li pitanja?
Kao stručnjaci za konektor tiskanih pločica i kontakte, rado ćemo podijeliti svoje znanje, na primjer putem webinara prilagođenih vašim potrebama:
webinar.ept-group.de
Ili nas izravno kontaktirajte s bilo kakvim upitima u vezi sa konektor!
ept GmbH
Bergwerkstr. 50
86971 Peiting, NJEMACKA
Tel. +49 (0) 8861 2501 0
Fax +49 (0) 8861 2501 700
www.ept.de
sales@ept.de
webinar.ept-group.de
Ili nas izravno kontaktirajte s bilo kakvim upitima u vezi sa konektor!
ept GmbH
Bergwerkstr. 50
86971 Peiting, NJEMACKA
Tel. +49 (0) 8861 2501 0
Fax +49 (0) 8861 2501 700
www.ept.de
sales@ept.de