对新的连接器和电缆,或标准互连系统的改进版本的需求正呈指数级增长。高度便携电子产品及其在独特、坚固的应用(通常在具有挑战性的环境中)中的使用扩展,要求新的设计和性能。这是一个技术快速发展的时期,设计师们用更快、更持久的电路创造出新的产品和仪器,到达了我们无法想象的地方。

使用脉冲幅度调制(PAM)的微型微波系统每秒传输数百万比特。连续信息的四个不同电压电平编码在一系列信号脉冲中。多光谱监控摄像机每秒处理数百万比特的数据,并在当今的电子系统中连接和路由。创新的传感器、探测器和监视器正在主宰我们的军队、无人驾驶车辆、小型卫星和医疗诊所。

3D实体建模让设计师快速布局一个实体模型的大小,形状,和pin格式需要一个新的应用程序。在切割金属外壳或开发绝缘子模具之前,可以在飞行中进行更改。

我们正在经历连接器和电缆设计方面的巨大进步,以应对这一挑战。标准商用现货(COTS)连接器仍然是快速原型和参考设计的重要资源。它们满足了当今的许多应用需求,但随着技术的发展,较旧的标准连接器并不总是满足设计要求。新的需求通常包括形状不同寻常的连接器、更小的尺寸、低直径电缆和更轻的重量。为满足这一需求,拥有专业团队和硬件的成熟原型实验室正在进驻。

选择电缆和连接器

设计工程师在选择电缆和连接器时可能会面临复杂的问题。仪器的应用——在哪里以及如何使用——是关键。同样重要的是要包括对整个项目章程的回顾,比如上市时间、价格和主要产品的寿命。工程师通常会列出一个基本的性能预期列表,在哪里以及如何使用它,以及它将在哪个环境中发挥作用。第二,列出每个部分的电子信号,它们的电压,和电流水平,可以预先设定一些项目,如电线尺寸。

信号速度和传输距离对电线和电缆设计的帮助与连接器一样大;例如,远程控制机器人、小型卫星电子设备和军用物联网系统士兵佩戴的电子连接器的设计,每根电线都有一个电子表格。患者佩戴的医疗设备和假肢对电缆绝缘“感觉”和柔软度的要求明显不同。令人惊讶的是,轮床电缆对弯曲和灵活性有严格要求,但包括结构完整性,以避免设备在地板上滚动时断裂。

无论是军事还是医疗,人类佩戴的电气系统都是一个相当新和先进的应用领域,在这一领域中,需求迫使设计师生成原始的连接器设计。这些小型设备需要减少空间和重量的连接器,同时提高仪器的性能、便携性和坚固性。互连系统承受了即插即用系统的大部分磨损,即在部件互换时承受多次断开和重新连接循环,当电缆覆盖在设备或人员周围时,耐久性和安全连接至关重要。

聚合物模型的3D打印确保了新的设计和组装可以非常迅速地完成,成本也大大低于以前。

何时不再使用标准连接器

人们必须记住,大多数标准设计和军用规格设计都有可靠的可靠性和性能特点。在设计工作中,我们大多数人都想要一个非常合适的匹配,并且有良好的历史记录来保护我们的仪器。建议您首先检查现有的标准连接器和电缆。如果你找到合适的,就用它。但是,如果您发现一个接近的设计,那么最好的方法是获取一两个标准连接器的样本,并在项目的原型和电路板构建阶段使用它们。同时,考虑您需要根据已验证的连接器进行哪些更改。

在过去,定制的微型和纳米微型连接器被认为是昂贵的和煞费苦心的耗时。今天,我们有快速转向实体建模,3D制造设备,和直接连接的数控机械,可以大大加快事情。一旦您开始选择在您的新样品连接器中使用的经过验证和建立的引脚到插座的元件,您就可以开始建立信心,相信您的新设备旨在从良好的历史记录获得可靠性。系统设计工程师还可以开始与连接器团队进行在线对话,以快速布局新应用所需的尺寸、形状和引脚格式的实体模型。在切割金属外壳或开发绝缘子模具之前,可以在飞行中进行更改。

根据需要,连接器设计变化可包括电源、同轴电缆和数字信号布线的混合信号。新的形状和尺寸唾手可得。

需要时,可以制作3D添加剂聚合物模型,将其滑入仪器系统中,以额外确保其适合,并且有电缆组件的路径。这种方法可以确保新的设计和装配能够以比以前低得多的成本快速完成。连接器公司正在为rapid turn原型实验室配备技术专家,以利用这些新功能并满足这些新的互连挑战。

如何开始寻找专业连接器

系统设计人员通过网站和连接器销售人员的讨论提供了许多第一步的选择,后者可以在构建前面讨论的实体模型之前,通过联系原型实验室的连接器原型专家来提供帮助。与实验室的早期访问有助于发现连接器材料、电缆格式和设计形状的多种选择和功能。在流程早期与连接器原型和设计工程师进行额外的讨论,有助于确保良好的预规划取得良好的结果。

  • 可制造性设计计划

  • 对装配设计进行验证或修改。

  • 在满足性能需求的同时,评估低成本的流程。

关键是要关注应用程序。根据需要,连接器设计变化可包括电源、同轴电缆和数字信号布线的混合信号。新的形状和尺寸唾手可得。通常,人们关注的焦点是新系统,以及如何用一个或最小数量的连接器和电缆集完全服务它。在某些情况下,可以使用柔性连接器设计来消除电线,减少重量,显著缩短组装时间,降低成本。例如,在拟人化测试假人(ATD)内部使用的设备,以确定碰撞测试对人体的影响,很难使用从组装到连接器的电线进行组装。一个简单的伸缩网络大大改善了设备。

与经验丰富的连接器原型开发人员合作已证明能够解决许多新的挑战,这些挑战来自传感器和探测器的新电子功能,这些功能正以惊人的新方式得到利用。我们现在具有高度的可移植性,需要快速处理大量数据。新的标准连接器可称为“应用特定驱动”

原型部质量和服务需要足智多谋的工程团队准备好并愿意提供包括多种工艺技能和最新材料知识的潜在解决方案清单。建议系统设计人员找到一个掌握这些技能的团队,并与之合作。

库存的最新材料和数据,可以满足耐用和环保的需要。此外,使用最新的建模,3D添加材料,和定制加工是可用的。快速转弯的造型方法和手工组装,让设计师在匆忙中拿到第一件原型。

本文作者是Omnetics Connector Corp.的技术总监Bob Stanton和特别项目经理Travis Neumann。欲了解更多信息,请访问在这里.


运动设计杂志

本文首次发表于2020年10月号运动设计杂志

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