白皮书：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的应用中，连接器必须满足越来越多的要求。发展趋势正朝着模块化方向迈进。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之外，工业环境中的应用往往还要求其具备极高的坚固性。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头系统时，有三项核心要求：高速数据传输、微型化和坚固性。这些要求极少能相互独立地考虑——但根据具体应用的侧重点，可以为您找到最适合的连接器。
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（连接器）应具备相应的高性能触点设计。 由于连接器（连接器）的几何结构会导致阻抗曲线（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，以实现对阻抗的有效控制。 在此过程中，尽可能将连接器中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，进而造成信号传输中的损耗。
对于微型化结构，连接器（连接器）还应具备电磁屏蔽，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，即使是一个微小的脉冲也足以篡改有效信号，导致接收器无法准确识别数字状态。
在此过程中，连接器（连接器）既可能充当干扰吸收端，也可能充当干扰源——即一方面会受到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（互感，LK，单位为皮亨利（pH）），可以描述连接器在“源”和“吸收端”这两种功能中的表现。 一个简单的测量装置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，需借助脉冲发生器对有效信号施加干扰，并测量最大允许的互感。 如果已知感应电压（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互感（L）：
L = Uind / (UGen * kGen)
此外，互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-Labor中进行耗时且成本高昂的试错测试。
此外，还可以通过屏蔽互感。 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互感47 pH。如果该值超过此阈值，信号将无法无干扰地传输。下图显示，通过采用屏蔽方案，互感得到了显著降低。
在此过程中，连接器（连接器）既可能充当干扰吸收端，也可能充当干扰源——即一方面会受到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（互感，LK，单位为皮亨利（pH）），可以描述连接器在“源”和“吸收端”这两种功能中的表现。 一个简单的测量装置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，需借助脉冲发生器对有效信号施加干扰，并测量最大允许的互感。 如果已知感应电压（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互感（L）：
L = Uind / (UGen * kGen)
此外，互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-Labor中进行耗时且成本高昂的试错测试。
此外，还可以通过屏蔽互感。 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互感47 pH。如果该值超过此阈值，信号将无法无干扰地传输。下图显示，通过采用屏蔽方案，互感得到了显著降低。
在此过程中，无论是非屏蔽型还是屏蔽型，Boardlocks 以及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彩色分布图进行展示。 针对非屏蔽型连接器（连接器）的仿真结果表明，其耦合电感（互感）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无干扰的信号传输。 相比之下，屏蔽型的连接器的耦合电感值仅为1至4 pH。因此，通过屏蔽，耦合电感值得以降低约50倍，从而确保了无干扰的信号传输。当针数增加时，甚至可将耦合电感值降低100至200倍。
对于用户而言，屏蔽具有双重优势： 一方面，连接器因此作为干扰源的影响减小；另一方面，由于屏蔽，它对信号而言构成的干扰源也更小。通过使用屏蔽型连接器，现在还可以将其在电路板上更靠近干扰源和干扰源的位置进行布置。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。
对于用户而言，屏蔽具有双重优势： 一方面，连接器因此作为干扰源的影响减小；另一方面，由于屏蔽，它对信号而言构成的干扰源也更小。通过使用屏蔽型连接器，现在还可以将其在电路板上更靠近干扰源和干扰源的位置进行布置。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不得增加。 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，传感器或摄像头的模块化结构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尺寸的几分之一。
对于安装空间特别狭窄的应用，表面贴装技术（Surface-Mount-Technologie）是理想的选择。该技术特别节省空间，因为它支持电路板的双面贴装以及较小的间距。例如，采用压入技术（压接技术）时，由于压入过程中产生的物理力，仅0.5毫米的紧密间距是无法实现的——双面PCB组装同样无法实现。 对于微型化应用，在选择合适的连接器时还需考虑另一个重要标准：在此类情况下，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产生电磁干扰的风险。 当然，在您的应用中，数据传输绝不能在任何情况下受到干扰、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）选用屏蔽型连接器。
坚固性
在机器附近使用的传感器和摄像头系统，尤其容易受到恶劣环境因素的影响。为了保护电子元件免受这些外部影响，可以对整个组件进行灌封。然而，这需要一种同样兼容灌封的连接解决方案。普通连接器在此处显然处于劣势，因为必须将易受损的插接区灌封胶。 在此情况下，所采用的弹簧刀片式接触技术无法满足这些材料所需的IP防护等级（防护等级）要求。
因此，在选择合适的连接器，应注意选用一体式连接解决方案，即无需传统插接区连接器。这样，灌封胶就能提供持久且坚固的连接方案，同时不会渗入接触区域。
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。 在此过程中，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，公差为20%（high abort和low abort）。根据DIN EN 60068-2-27标准，允许的瞬断≤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。 在此过程中，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，公差为20%（high abort和low abort）。根据DIN EN 60068-2-27标准，允许的瞬断≤1µs。
如果您的应用中，连接器（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，则需要极高的坚固性。对组件进行灌封（灌封）虽可起到一定作用，但建议不要仅依赖此方法。 相反，建议采用灌封压接技术相结合的方式。后者已经过数十亿次的实践验证，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，连接器针脚（Pin）被压入带通孔的电路板孔中，从而在连接器和电路板之间建立起电气和机械上的连接。 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%。如果省去了易受损的插接区域（插接区），采用压入技术（压接技术）的连接器甚至能够承受50至200 g的冲击载荷，而不会发生接触中断（瞬断）。
当需要全能型人才时
从理论上讲，这些要求——高速数据传输、微型化和坚固性——可以相对明确地相互区分。但作为用户，您肯定会发现，您所需的连接器（连接器）极少仅需满足其中一项要求。因此，许多连接器以不同的权重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个连接器，建议选用具有高度可扩展性的产品系列。这样既可以避免耗时且成本高昂的审批流程，又能确保连接器产品系列中的所有产品彼此兼容——无论它们是屏蔽型、非屏蔽型、直型还是弯角。
有问题吗？
作为印刷电路板连接器和接触技术领域的专家，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：
webinar.ept-group.de
。或者，如果您有任何关于连接器，欢迎直接联系我们！
ept GmbH
Bergwerkstr. 50
86971 Peiting, 德国
电话 +49 (0) 8861 2501 0
传真 +49 (0) 8861 2501 700
www.ept.de
sales@ept.de
webinar.ept-group.de
。或者，如果您有任何关于连接器，欢迎直接联系我们！
ept GmbH
Bergwerkstr. 50
86971 Peiting, 德国
电话 +49 (0) 8861 2501 0
传真 +49 (0) 8861 2501 700
www.ept.de
sales@ept.de