白皮书：适用于工业传感器和摄像系统的板对板连接器
更快、更小、更坚固：在工业传感器和摄像系统中，连接器必须满足越来越多的要求。当前的发展趋势是模块化。借助板对板连接器，可以灵活地将电路板相互组合，从而在很大程度上决定传感器的功能。 在工业4.0时代，连接器不仅需要越来越小、性能越来越强——除了微型化和高速化，工业环境中的应用往往还要求极高的坚固性。本指南旨在帮助您为机器视觉应用找到合适的连接器。
在开发用于工业应用的现代传感器和摄像系统时，有三项核心要求：高速数据传输、小型化和坚固耐用。这些要求极少能被孤立看待——但根据具体应用的侧重点，您可以找到最适合您应用的连接器。
高速数据传输
在大数据、物联网（IoT）和工业物联网（IIoT）时代，工业环境中的智能传感器和摄像头也需要安全、高速的数据传输。 用于高速应用的连接器应具备相应的高性能触点设计。由于连接器的几何结构会导致阻抗曲线出现波动，因此在开发高速连接器时，必须特别关注触点设计的优化以控制阻抗。 在此过程中，尽可能将连接器内的横截面变化降至最低至关重要，因为这些变化会导致阻抗波动，进而造成信号传输损耗。
对于微型化结构，连接器还应具备电磁屏蔽功能，因为高频信号尤其容易受到意外电磁效应的干扰。在此情况下，哪怕是一个微小的脉冲就足以篡改有效信号，导致接收器无法准确识别数字状态。 在此
过程中，连接器既可能充当干扰吸收体，也可能充当干扰源，即一方面受组件中其他元件的影响，另一方面自身也会对周围元件产生电磁影响。通过耦合电感 LK（单位为皮亨利 pH）可以描述连接器在源和吸收体这两种功能中的表现。 一个简单的测量方案可帮助用户确定哪种连接器及哪种引脚排列对其具体应用是必要的或最优的。为此，需借助突发信号发生器对有效信号施加干扰，并测量最大允许耦合电感。 若已知感应电压（Uind）、发生器电压（UGen）以及发生器常数（kGen），则可根据以下公式为每种应用确定其特定的最大允许耦合电感（L）：
L = Uind / (UGen * kGen)
此外，耦合电感还能帮助用户根据电磁兼容性要求选定合适的连接器。这样可以避免在EMC实验室中进行耗时且昂贵的试错测试。
此外，还可以通过屏蔽措施来降低连接器的耦合电感。 以下是一个应用示例：针对 HDMI 信号，在 4.4 kV 电压下测得该特定应用的最大耦合电感为 47 pH。如果该值超过此限，信号将无法无干扰地传输。下图显示，通过采用屏蔽方案，耦合电感已显著降低。
过程中，连接器既可能充当干扰吸收体，也可能充当干扰源，即一方面受组件中其他元件的影响，另一方面自身也会对周围元件产生电磁影响。通过耦合电感 LK（单位为皮亨利 pH）可以描述连接器在源和吸收体这两种功能中的表现。 一个简单的测量方案可帮助用户确定哪种连接器及哪种引脚排列对其具体应用是必要的或最优的。为此，需借助突发信号发生器对有效信号施加干扰，并测量最大允许耦合电感。 若已知感应电压（Uind）、发生器电压（UGen）以及发生器常数（kGen），则可根据以下公式为每种应用确定其特定的最大允许耦合电感（L）：
L = Uind / (UGen * kGen)
此外，耦合电感还能帮助用户根据电磁兼容性要求选定合适的连接器。这样可以避免在EMC实验室中进行耗时且昂贵的试错测试。
此外，还可以通过屏蔽措施来降低连接器的耦合电感。 以下是一个应用示例：针对 HDMI 信号，在 4.4 kV 电压下测得该特定应用的最大耦合电感为 47 pH。如果该值超过此限，信号将无法无干扰地传输。下图显示，通过采用屏蔽方案，耦合电感已显著降低。
在此过程中，无论是非屏蔽型还是屏蔽型，其板锁和外部触点均被置于地电位，同时通过一对触点输入信号。测得的耦合电感值可通过电场和磁场的颜色分布图进行展示。 针对无屏蔽连接器的仿真结果表明，其耦合电感值高达196 pH。鉴于测得的临界值为47 pH，这意味着无法再保证信号传输不受干扰。 相比之下，屏蔽连接器的耦合电感值仅为1至4 pH。因此，通过屏蔽措施，耦合电感值可降低约50倍，从而确保了无干扰的传输。对于极数更高的连接器，甚至可实现100至200倍的降低。
对用户而言，屏蔽具有双重优势： 一方面，连接器作为干扰源的影响减小；另一方面，屏蔽层使连接器对信号而言成为较小的干扰源。通过使用屏蔽连接器，现在还可以将其在电路板上更靠近干扰源和干扰源处进行布置。此外，这还能使电气设备在规定的脉冲和浪涌测试中达到更高的性能等级。
对用户而言，屏蔽具有双重优势： 一方面，连接器作为干扰源的影响减小；另一方面，屏蔽层使连接器对信号而言成为较小的干扰源。通过使用屏蔽连接器，现在还可以将其在电路板上更靠近干扰源和干扰源处进行布置。此外，这还能使电气设备在规定的脉冲和浪涌测试中达到更高的性能等级。
微型化
尽管功能集成程度不断提高，但传感器和摄像系统的体积却不能增加。在工业自动化领域，为了使机器结构日益紧凑，通常甚至要求持续进行微型化。同样，传感器或摄像机向模块化结构发展的趋势，也要求使用相应微型化的连接器。 因此，在过去几十年里，连接器在保持几乎相同性能的同时，其尺寸已缩减至最初的几分之一。
对于安装空间特别狭窄的应用，表面贴装技术（SMT）是理想的选择。该技术特别节省空间，因为它支持电路板双面贴装，并能实现细密间距。 而采用压入技术时，由于压入过程中产生的物理力，仅0.5毫米的紧密间距便无法实现——双面电路板组装同样无法实现。 在微型化应用中，选择合适的连接器时还需关注另一个重要标准：此时，组件中的敏感元件通常彼此非常接近，这会增加元件之间相互电磁干扰的风险。 因此，在您的应用中，数据传输绝不能受到干扰、失真甚至阻断。正因如此，电磁屏蔽（EM-Schutz）的重要性日益凸显。为避免信号干扰，建议在此类应用中（如同高速连接器一样）选用屏蔽型连接器。
坚固性
安装在设备附近的传感器与摄像头系统极易受到恶劣环境的影响。为保护电子元件免受这些外部影响，可将整个组件进行灌封。但为此需要一种同样适用于灌封的连接解决方案。普通连接器在此处显然处于劣势，因为必须保护易受损的插接区域免受灌封材料的影响。 在此情况下，所采用的弹簧刀片接触技术无法满足这些材料所需的IP防护等级。
因此，在选择合适的连接器时，应注意选用一体式连接方案，即无需传统插接区域的连接器。这样，灌封材料就能形成持久且坚固的连接方案，同时又不会渗入触点区域。
若需对电子元件的坚固性进行测试，可在实验室测试中进行。 此时，标准化的冲击曲线（profile）必须符合目标状态（control），即加速度为50 g，容差为20%（high abort和low abort）。根据DIN EN 60068-2-27标准，允许的接触中断时间≤1µs。
若需对电子元件的坚固性进行测试，可在实验室测试中进行。 此时，标准化的冲击曲线（profile）必须符合目标状态（control），即加速度为50 g，容差为20%（high abort和low abort）。根据DIN EN 60068-2-27标准，允许的接触中断时间≤1µs。
如果您的应用场景中，连接器需承受振动、冲击、潮湿、灰尘、极端温度或温度波动等极端外部环境影响，则必须具备极高的坚固性。虽然对组件进行灌封有助于提升防护能力，但建议不要仅依赖此方法。相反，建议采用灌封与压入技术的组合方案。 压接技术已通过数十亿次应用的验证，被视为最坚固、最可靠的连接方式——即使在恶劣条件下也是如此。在压接技术中，连接器插针被压入通孔电路板孔中，从而在连接器与电路板之间建立了电气和机械连接。 同时，由于避免了繁琐的焊接工序和昂贵的线缆解决方案，成本可降低高达50%。若省去易受损的插接区域，采用压入技术的连接器甚至能承受50至200 g的冲击载荷，且不会导致接触中断。
当需要全能型人才时
从理论上讲，这些要求——高速数据传输、微型化和坚固耐用——可以相对独立地加以考量。但作为用户，您一定会发现，您所需的连接器极少仅需满足其中一项要求。因此，许多连接器在不同程度上满足了其中多项标准。 在某些情况下，关注连接器中的“全能型”产品也是值得的。 例如，如果需要同时使用多种连接器，建议选用具有高度可扩展性的产品系列。这样既能避免耗时且成本高昂的审批流程，又能确保同一连接器系列中的所有产品相互兼容——无论它们是屏蔽型、非屏蔽型、直型还是弯头型。
有问题吗？
作为印刷电路板连接器和触点技术的专家，我们乐于分享专业知识，例如通过为您量身定制的网络研讨会：
www.webinar.ept-group.de
或者，如果您有任何关于连接器的问题，欢迎直接联系我们！
ept GmbH
Bergwerkstr. 50
86971 Peiting, GERMANY
电话 +49 (0) 88 61 2501-0
传真 +49 (0) 88 61 2501-700
www.ept.de sales@ept.de
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