汽车整车电气系统架构中的板对板连接器(Board-to-Board 连接器)
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汽车领域的现代整车电气系统正在发生变革,这主要源于电动汽车、自动驾驶和4K高清信息娱乐系统提出的要求。板对板连接器凭借其特殊特性,在应对这一变革中发挥着关键作用,从而确保在低延迟条件下实现高数据速率。
众所周知,车辆的车载电气系统(整车电气系统)是一个由电气连接构成的复杂网络,将所有电气和电子组件相互连接起来。 其中包括电子控制单元、传感器、执行器、照明系统、信息娱乐系统以及连接器。
当今汽车行业的三大趋势——自动驾驶、电动驾驶和联网驾驶——需要对现有的电气电子(E/E)架构进行根本性变革。 因为E/E架构正从由多达100个电子控制单元组成的传统分散式结构,向将电子控制单元按功能领域进行整合的域架构转变。每个域都配备一台负责协调的高性能计算机(HPC),从而减少了布线和安装工作量,并降低了成本和重量。 车辆中出现的新概念是“区域架构”(区域架构),该架构将各项功能整合到本地区域控制器中,从而减少了电子控制单元的数量并降低了布线工作量。
当今汽车行业的三大趋势——自动驾驶、电动驾驶和联网驾驶——需要对现有的电气电子(E/E)架构进行根本性变革。 因为E/E架构正从由多达100个电子控制单元组成的传统分散式结构,向将电子控制单元按功能领域进行整合的域架构转变。每个域都配备一台负责协调的高性能计算机(HPC),从而减少了布线和安装工作量,并降低了成本和重量。 车辆中出现的新概念是“区域架构”(区域架构),该架构将各项功能整合到本地区域控制器中,从而减少了电子控制单元的数量并降低了布线工作量。



整车电气系统系统架构中的连接器
此类结构变革也改变了对板对板连接器(板对板连接器)的挑战,该连接器需支撑并实现这些架构。如今,传输明显更大的数据流,并在性能更强的电子控制单元中将其处理成整体画面,这一任务显著改变了连接器的性能指标。
在数据传输方面,还涉及必须确保带宽的各种传输技术。其中包括:
在数据传输方面,还涉及必须确保带宽的各种传输技术。其中包括:
- LIN(本地互连网络)作为一种成本极低的技术,适用于门锁、照明或空调等非安全相关且非时间
- 敏感的应用;CAN (控制器局域网) 作为最常用的传输技术,用于控制发动机、变速箱、起动机或电池管理系统
- FlexRay 采用双绞线进行数据传输,适用于转向或制动等对时间或安全要求
- 极高的应用 MOST (媒体导向系统传输) 作为多媒体
- 和车载娱乐系统的光纤电缆 汽车单对以太网 (SPE) 作为一项相对较新的技术,因其带宽容量而日益受到认可
- SerDes(串行器/解串器)适用于高速数据传输,非常适合摄像头或显示屏
出于降低布线复杂性的考虑,汽车行业倾向于尽可能减少不同传输技术的应用。基于此,汽车以太网(Automotive Ethernet)发挥着重要作用,同时CAN(包括CAN FD和CAN XL)、LIN以及SerDes技术也得到广泛应用。由此可以推导出对板对板连接器(Board-to-连接器)的核心要求,而LV214标准也揭示了相关特性。
高速、EMC防护以及坚固性和微型化

由于传感器的发展以及所介绍的电子/电气架构,需要传输的数据量正日益趋向于高速传输,这主要取决于连接器的阻抗控制。如果阻抗发生波动,就会产生谐振,进而导致信号传输中的损耗。 由于其几何结构,连接器(连接器)始终存在阻抗波动的潜在风险,这种波动可能由材料或几何形状的变化等因素引起。
因为阻抗由电感和电容特性决定,而这些特性又取决于引脚的尺寸、排列方式和设计。其中,横截面积的变化尤其会产生负面影响,因此必须尽可能将其降至最低。 此外,信号路径附近的介电材料(电导率低或不导电的物质)也会产生负面影响,因此选择正确的绝缘体材料同样重要。此外,耦合损耗(即刀片与弹簧接触点处的损耗)也会产生影响。 最后,突出的导线元件会起到天线的作用,从而引发阻抗波动。所有这些效应统称为插入损耗(输出信号与输入信号之比),也称为插入损耗。此外,还有回波损耗(回波损耗),它描述了被反射信号与待传输信号的比例。随着电路板组件的不断微型化,EMC防护发挥着至关重要的作用:因为在此过程中产生的高频信号特别容易受到意外电磁效应的干扰。 即使是最微小的干扰,也足以导致数据传输严重失真、传感器测量信号不准确以及控制指令错误——这对安全而言是绝对不可接受的情况。
屏蔽型连接器(连接器)可有效解决这一问题,因为在组件中,连接器既可能作为干扰吸收器,也可能作为干扰源。此外,该部件不仅可能受到其他组件的干扰,自身也会对周围组件产生电磁影响。在此情况下,屏蔽(屏蔽)可将这两种效应分别降低约100至200倍。
因为阻抗由电感和电容特性决定,而这些特性又取决于引脚的尺寸、排列方式和设计。其中,横截面积的变化尤其会产生负面影响,因此必须尽可能将其降至最低。 此外,信号路径附近的介电材料(电导率低或不导电的物质)也会产生负面影响,因此选择正确的绝缘体材料同样重要。此外,耦合损耗(即刀片与弹簧接触点处的损耗)也会产生影响。 最后,突出的导线元件会起到天线的作用,从而引发阻抗波动。所有这些效应统称为插入损耗(输出信号与输入信号之比),也称为插入损耗。此外,还有回波损耗(回波损耗),它描述了被反射信号与待传输信号的比例。随着电路板组件的不断微型化,EMC防护发挥着至关重要的作用:因为在此过程中产生的高频信号特别容易受到意外电磁效应的干扰。 即使是最微小的干扰,也足以导致数据传输严重失真、传感器测量信号不准确以及控制指令错误——这对安全而言是绝对不可接受的情况。
屏蔽型连接器(连接器)可有效解决这一问题,因为在组件中,连接器既可能作为干扰吸收器,也可能作为干扰源。此外,该部件不仅可能受到其他组件的干扰,自身也会对周围组件产生电磁影响。在此情况下,屏蔽(屏蔽)可将这两种效应分别降低约100至200倍。

关于坚固性:冲击和振动会危及数据传输的稳定性,极端温度、剧烈的温度波动、有害气体、湿气和灰尘等化学及热环境因素同样会造成威胁。 接触面(接触表面)在很大程度上决定了连接器的使用寿命,因为在运行过程中,连接器的两个部件之间会发生微小运动,长期下来会导致表面磨损,从而增加接触电阻(接触电阻),进而降低信号传输效率。高质量且耐用的接触层(触点镀层)有助于将这种表面磨损降至最低。
在触点系统方面,双面母连接器表现出色,因为无论何时,无论外部环境如何,都能始终保证有一个接触点。采用“雌雄同体”的接触系统则更为坚固,因为插接时触点会相互交错,从而确保最大的接触可靠性。
在触点系统方面,双面母连接器表现出色,因为无论何时,无论外部环境如何,都能始终保证有一个接触点。采用“雌雄同体”的接触系统则更为坚固,因为插接时触点会相互交错,从而确保最大的接触可靠性。
对于单件式连接器,其设计省去了易受损的接触区域,从而实现了对外部影响的最高抗干扰能力。 连接采用压接技术(压入技术)实现,即将压接针(压入针)压入电路板上的金属化通孔(通孔),在此过程中,铜套管与压接区(压入区)之间会形成冷压焊。由此形成与电路板之间气密且可灌封的连接,其失效率比自动化焊接的连接器。

由于汽车内部安装空间有限,传感器和电子控制单元面临空间局促的问题,这反过来又要求连接器(连接器)在保持相同甚至更高性能的同时,进一步缩小尺寸。这对于表面贴装技术(SMT)而言是理想的选择,因为与压入技术(压接技术)相比,它能够实现明显更小的间距(间距),并支持电路板的双面贴装。
在组件中安装数量越来越多且尺寸越来越小的连接器(连接器)这一趋势,导致公差链变得更长,连接器在装配和运行过程中必须补偿越来越大的公差。为此,目前已有能够更好地吸收冲击和振动的连接器问世。
在组件中安装数量越来越多且尺寸越来越小的连接器(连接器)这一趋势,导致公差链变得更长,连接器在装配和运行过程中必须补偿越来越大的公差。为此,目前已有能够更好地吸收冲击和振动的连接器问世。
ept的三款配套产品系列


Colibri产品是间距为0.5 mm的屏蔽型双排SMT-连接器,兼容PICMG COM Express®、SFF-SIG CoreExpress®和nano-ETXexpress标准。 COM模块的Receptacle提供196个信号引脚和24个接地引脚,而载板Plug可选配导向柱、屏蔽层和SMT。Colibri COM Express系统提供超过25 Gbit/s的卓越信号完整性,非常适合安装空间受限的高速应用。
Colibri详情
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展望未来,自动驾驶将与数据传输和通信技术的进一步发展紧密相连。 5G连接、网络安全、V2X通信以及边缘计算和区块链技术等关键要素将对数据传输产生重大影响,但车载网络与连接器的共存仍将持续,它们终将使无方向盘汽车成为现实。
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