درک اینکه چگونه تماس های با کیفیت بالا عملکرد کانکتورهای چند پین را افزایش می دهد

کانکتورها ابزارهای مهم اتصال مکانیکی و الکتریکی بین بخش‌های مختلف یک سیستم یا بین سیستم و دنیای بیرونی هستند. انتخاب نوع کانکتور به عوامل متعددی از جمله الزامات الکتریکی و مکانیکی، استانداردهای صنعتی، قابلیت استفاده و ساخت، تعداد و نوع کنتاکت ها، موقعیت های جفت و عدم جفت، اهداف قابلیت اطمینان و الزامات نظارتی بستگی دارد. با این حال، بدنه کانکتور کلاسیک D-Sub (فوق العاده کوچک نوع D) برای چندین دهه مورد استفاده قرار گرفته است و هنوز هم برای بسیاری از کاربردها کانکتور ترجیحی است.

اگرچه سبک بدنه و آرایش کانکتورها توجه زیادی را به خود جلب کرده است، اما خود کنتاکت ها تأثیر قابل توجهی بر عملکرد الکتریکی و مکانیکی کانکتورها دارند. همانطور که طرح ها پیچیده تر می شوند و نیازهای کاربردی بیشتر می شوند، طراحان باید آخرین نوآوری ها در فناوری تماس را درک کنند تا استانداردها و الزامات مربوطه را برآورده کنند، به ویژه از نظر استحکام، نیروی درج و نیروی نگهدارنده، مقاومت در برابر تماس و تحمل دما.

این مقاله مروری کوتاه بر روند توسعه کانکتورها با تمرکز بر دلایل استفاده مداوم از کانکتورهای D-sub ارائه می دهد. سپس کنتاکت های پیشرفته آمفنول پوزیترونیک معرفی شد و نحوه استفاده از آنها برای بهبود عملکرد کانکتور نشان داده شد.

USB، اهمیت کانکتورهای اترنت و D-sub
اگرچه استفاده از رابط‌های سنتی RS-232 کاهش یافته است و نسخه‌های مختلف کانکتورهای USB و اترنت در حال ظهور هستند، کانکتور کلاسیک 9 پین D-sub (که معمولاً به عنوان DB-9 شناخته می‌شود) و سایر کانکتورها در سری گسترده‌تر کانکتورهای D-sub هنوز نقش مهمی در ارتباطات سیستم الکترونیکی دارند. دلایل زیادی برای استفاده مداوم وجود دارد. اگرچه USB و Ethernet می‌توانند بسیاری از الزامات اتصال را برآورده کنند، این دو نوع اتصال پرکاربرد، رابط‌های سریالی هستند تا رابط‌های چند سیمی. آنها می توانند به طور همزمان داده ها و توان را انتقال دهند، اما محدودیت های شدیدی در مورد انواع سیگنال، مقادیر حداکثر ولتاژ و جریان و توان نامی دارند.

از نظر طراحی، USB و Ethernet نمی توانند به طور موثر چندین سیگنال نامرتبط یا فرمت های مختلف مانند رابط هایی با چندین مسیر تماس موازی را مدیریت کنند. نکته مهم دیگر این است که طراحی اتصالات استاندارد USB و اترنت در بسیاری از موارد سطح مورد نیاز از یکپارچگی و استحکام مکانیکی و الکتریکی را برآورده نمی کند.

با توجه به این و آن دلایل، اتصالات D-sub هنوز به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند. این نوع طراحی بیرونی در اوایل دهه 1950 ظاهر شد و مزایای بسیاری دارد. این عملکرد تداخل الکترومغناطیسی (EMI) و تداخل فرکانس رادیویی (RFI) را کاملاً محافظت می کند، یک محفظه مهر و موم شده یا تقریباً مهر و موم شده، با ساختار مکانیکی محکمی ارائه می دهد، و دو قسمت اتصال آن را می توان از طریق سیم بالایی کوچک به یکدیگر قفل کرد. بدنه یا محفظه کانکتور D-sub حداقل شش اندازه استاندارد دارد که گزینه های انعطاف پذیری را برای موقعیت ها و انواع پین های تماس الکتریکی ارائه می دهد. علاوه بر ارائه محفظه های رابط با یک نوع تماس در همه موقعیت های پین، "Combo-D" D-sub همچنین از اختلاط کنتاکت های سیگنال و توان مستقل در یک محفظه کانکتور پشتیبانی می کند (شکل 1، بالا).

تصویر سبک کانکتور بسیار کوچک Combo-D (برای بزرگنمایی کلیک کنید)
شکل 1: کانکتور فوق کوچک Combo-D از چندین ترکیب سیگنال و مسیر برق پشتیبانی می کند (همانطور که در شکل نشان داده شده است). کانکتور D-sub از ابعاد استاندارد بدنه و ترتیب تماس استفاده می کند (همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است). (منبع تصویر: آمفنول پوزیترونیک)

یک D-sub منفرد می‌تواند ترکیب‌های استاندارد مختلف را پشتیبانی کند (شکل 1، پایین). آنها نسخه‌های دو ردیفه با چگالی استاندارد و سه ردیفه با چگالی بالا را با گزینه‌های تماس سیگنال، قدرت، محافظ، ولتاژ بالا، ترموکوپل و فیبر نوری ارائه می‌کنند.

نوآوری در فناوری تماس
مزیت پوشش D-sub یک طرح مهم در داستان کانکتور است و کنتاکت های الکتریکی و خواص آنها نیز کلید مونتاژ موفق کانکتور است. در طول سال ها، فناوری تماس پیشرفت های زیادی در مواد، طراحی، خواص الکتریکی و مکانیکی ایجاد کرده است.

این شامل فناوری تماس PosiBand ثبت اختراع آمفنول پوزیترونیک (پتنت شماره 7115002 ایالات متحده) است. PosiBand از طراحی تماس نوآورانه استفاده می کند که با طراحی سنتی متفاوت است و در بسیاری از پارامترهای کلیدی به عملکرد بالاتری دست می یابد.

المان فشار خارجی PosiBand برای جداسازی کامل اعمال مکانیکی و الکتریکی اتصال طراحی شده است (شکل 2). عنصر فشار نیرویی را برای فشار دادن پین نر به سمت حفره داخلی اعمال می کند و یک خط تماس مستقیم الکتریکی طولانی را تشکیل می دهد و بنابراین عمل مکانیکی را کامل می کند. طول سیم تماس را می توان تغییر داد و به طراحان اجازه می دهد مقاومت رابط اتصال را بهینه کنند. ساختار دایره ای محکم و سالم در ورودی می تواند استحکام مکانیکی کنتاکت ها را افزایش دهد.

Amphenol Positronic PosiBand تصاویر طراحی اختراع شده را پذیرفته است (برای بزرگنمایی کلیک کنید)
شکل 2: PosiBand یک طرح ثبت اختراع را اتخاذ می کند که اقدامات مکانیکی و الکتریکی اتصال را از هم جدا می کند. (منبع تصویر: آمفنول پوزیترونیک)

گیره فنری داخل PosiBand (شکل 3، سمت چپ) یک جزء کوچک اما حیاتی در مونتاژ و یک عامل کلیدی موثر بر عملکرد آن است. این ورق آلیاژ مس بریلیوم ارتجاعی می تواند نیروی طبیعی را روی تماس نر ایجاد کند و در نتیجه به اتصال تماسی محکم و قابل اعتمادی دست یابد (شکل 3، سمت راست). در عین حال، در حالی که الزامات عملکرد را برآورده می کند یا از آن فراتر می رود، می تواند میانگین نیروی وارد کردن را نیز کاهش دهد.

گیره فنر PosiBand آمفنول پوزیترونیک (سمت چپ) تصویر نیروی طبیعی را در ناحیه تماس (راست) ارائه می دهد.
شکل 3: گیره فنری PosiBand (سمت چپ) نیروی طبیعی را در ناحیه تماس (راست) فراهم می کند تا سطح تماس سطح جفت الکتریکی را به حداکثر برساند. (منبع تصویر: آمفنول پوزیترونیک)

کنتاکت های پایه PosiBand از برنج ساخته شده اند و عملکرد عالی در چین دادن سیم ها روی کنتاکت ها دارند. همچنین نیاز به بازپخت مواد را از بین می‌برد که نه تنها هزینه‌ها را افزایش می‌دهد، بلکه در صورت عدم استفاده صحیح در طول فرآیند تولید، می‌تواند مشکلات طولانی‌مدتی ایجاد کند.

در مقایسه با طرح‌های تماس سنتی، سیستم PosiBand همچنین سطح تماس بین کنتاکت‌های نر و ماده را افزایش می‌دهد و در نتیجه به یکپارچگی الکتریکی قابل اعتمادتری دست می‌یابد. در سطح میکرو، مسیرهای الکتریکی بیشتری وجود دارد که از رابط تماس عبور می کنند. افزایش سطح تماس، احتمال ناپیوستگی در هنگام لرزش را کاهش می دهد.

برخلاف تصور، سیستم PosiBand یک منطقه تماس بزرگتر را بدون افزایش نیروی وارد کردن فراهم می کند. برعکس، طراحی PosiBand نیروی وارد کردن ثابت تری را فراهم می کند و در نتیجه میانگین نیروی درج را کاهش می دهد.

محصولات پوزیترونیک وارد لیست محصولات واجد شرایط (QPL) آژانس لجستیک دفاعی وزارت دفاع ایالات متحده (DLA) شده اند، به این معنی که آنها شرایط لازم از جمله شناسایی محصول مربوطه، صلاحیت، و آزمایش اعتبارسنجی دوره ای را برآورده کرده اند. PosiBand با مشخصات SAE AS3902 و MIL-DTL-24308 مطابقت دارد و همچنین الزامات تست جداسازی تماس 40 گرمی GSFC S-311-P4/08 و GSFC S-311-P4/10 را برآورده می کند.

اندازه تماس و مقاومت
کنتاکت‌های PosiBand از اندازه‌های استاندارد 20 و 22 استفاده می‌کنند. اولی برای سیم‌های 20، 22 و 24 آمریکایی Wire Gauge (AWG) کاربرد دارد، در حالی که دومی برای سیم‌های AWG 22، 24، 26، 28 و 30 قابل استفاده است.

حداکثر مقاومت کنتاکت 22 0.005 اهم (Ω) است، در حالی که مقاومت متناظر کنتاکت 20 0.004 اهم است. به دلیل مقاومت کم تماس، تلفات I2R کم است و در نتیجه خود گرمایش کم است که این امکان را برای طراحان فراهم می کند تا از کنتاکت های 22 و 20 برای منبع تغذیه استفاده کنند.

برخی از مهندسان ویژگی های حرارتی کنتاکت ها را درک نمی کنند و یا فقط این عامل را در مراحل بعدی طراحی و انتخاب کانکتورها در نظر می گیرند. با این حال، گرما یک عامل کلیدی در ارزیابی عملکرد کانکتور و سیستم است. افزایش دما و رابطه جریان کنتاکت‌های PosiBand 20 (شکل 4، بالا) و 22 (شکل 4، پایین) تحت پیکربندی‌های مختلف تماس کاملاً سازگار هستند.