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硬件设计如何选择连接器
电子产品的设计越来越趋向于模块化,不同功能模块经过有机结合可快速打造出优质、性能各异的产品,而其中模块的连接就显得尤为重要,下面是一位资深硬件工程师分享的一些关于选择的经验。

  连接器就像程序的函数接口,设计合理了,将来产品维护、升级、移植都会事半功倍,使产品保持持久的生命力;设计不合理,造成将来维护、升级时困难重重,牵一发而动全身,最终使产品失去竞争力,的重要性不言而喻。

  连接器,也就是工程师俗称的接插件,用于把两个电路板或电子设备连接起来,实现电源或信号的传输。通过连接器,可以使电路模块化,简化电子产品的装配过程,使产品便于维护、升级。

  连接器种类非常多,常见的种类有通信接口端子、接线端子、线对板连接器、板对板连接器等。每个种类又可细分为若干类,如:

  板对板连接器包括排针排母、PC104、板对板连接器等;

  线对板连接器包括FPC连接器、IDC插座、简易牛角座等。

  对于模块化的电路,连接器的选型有着举足轻重的作用,那么在选择连接器的时候我们应该从哪些角度去考虑适合硬件使用的连接器呢?

  1.引脚、间距

  引脚数、引脚间距是连接器选型的基本依据。选择多少引脚数的连接器取决于需要连接的信号数量。对于一些贴片式连接器,如下图的贴片排针,引脚数不宜过多。因为在贴片机焊接过程中,由于高温作用,连接器塑料会受热变形,中部隆起,造成引脚虚焊。我们的P800Flash编程器在研发早期曾用这种排针、排母做板间连接,结果样机排针的引脚大面积虚焊。换成2个引脚数减半的排针后,再没出现过虚焊。

  如今电子设备向小型化、精密化发展,连接器的引脚间距也从2.54mm到1.27mm再到0.5mm。引脚间距越小,对生产工艺要求就越高。引脚间距应视公司生产工艺水平而定,盲目追求小间距,会造成生产和维修的困难。

  2.电气性能

  连接器的电气性能主要包括:极限电流、接触电阻、绝缘电阻和抗电强度等。连接大功率电源时,需留意连接器的极限电流;传输高频信号如LVDS、PCIe等信号时,需留意接触电阻。连接器应具有低且恒定的接触电阻,一般是几十mΩ至数百mΩ。

  3.环境性能

  连接器环境性能主要包括:耐温、耐湿、耐盐雾、振动、冲击等。根据具体的应用环境选择。如应用环境较为潮湿时,对于连接器的耐湿、耐盐雾要求就高,避免连接器的金属触点被锈蚀。在工控领域,对连接器抗振动冲击性能要求就高,以免连接器在振动过程中脱落。

  4.机械性能

  连接器机械性能包括拔插力、机械防呆等。机械防呆对连接器非常重要,一旦插反,很可能对电路造成不可逆的损伤!

  拔插力分为插入力和分离力。相关标准中有规定最大插入力和最小分离力,从使用角度看,插入力要小,分离力要大。分离力过小会降低接触的可靠性,然而对于经常需要插拔的连接器,分离力过大会增加拔出难度,降低机械寿命。

  以我们的P800Flash编程器为例,在前期研发过程中曾选用下图所示的牛角连接器作为编程器和适配板间的连接器。这种连接器接触紧密,成本低。缺点是机械防呆不明显,分离力过大。在更换编程器适配板过程中,需借助工具如镊子才可将这对连接器分离开,影响用户体验。

    

  为解决连接器分离力过大的问题,我们设计了结构复杂的辅助起拔器,增加成本的同时,拔出效果却不明显。

    

  之后我们设计了一个钣金盖板,将适配板固定到盖板上,通过拔盖板实现分离连接器的目的。实际测试效果并不理想,甚至出现连接器塑料边崩裂、针脚歪斜的现象。

  为了减小连接器分离力,方便用户插拔适配板,我们做出了很多尝试,终于在摸索的道路上找到了一盏明灯,最终选用下图所示的连接器,并修改和产品外壳结构。

  实际测试表明,这种连接器由于插槽具有唯一方向性,防呆效果明显,且插入力小,分离力适中,插拔手感佳,极大地提升了插拔件的使用便利性。

  “细节决定成败”,正是创辉诚连接器这种一个个不起眼的细节,决定了产品是否具有良好的用户体验,是否能保持足够的竞争力,切记不可随意而为!

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