Tehniskais dokuments „Board-to-Board” savienotāji (savienotājs) rūpnieciskajiem sensoriem un kameru sistēmām
Ātrāki, mazāki, izturīgāki: izmantojot tos rūpnieciskajos sensoros un kameru sistēmās, savienotājiem (savienotājs) ir jāatbilst arvien lielākām prasībām. Tendence virzās uz modularizāciju. Izmantojot plate–plate savienotājus, drukātās plātnes var dažādi savienot savā starpā, tādējādi būtiski nosakot sensora funkcionalitāti. Rūpniecības 4.0 laikmetā savienotājiem ne tikai jākļūst arvien mazākiem un jaudīgākiem – papildus miniaturizācijai un augstajai ātrdarbībai izmantošana rūpnieciskā vidē bieži vien prasa ārkārtēju izturību. Šī rokasgrāmata palīdzēs atrast pareizo savienotāju (savienotājs) jūsu mašīnvīzijas lietojumam.
Mūsdienīgu sensoru un kameru sistēmu izstrādē rūpnieciskām vajadzībām galvenā uzmanība tiek pievērsta trim prasībām: ātrai datu pārraidei, miniaturizācijai un izturībai. Šīs prasības reti kad var aplūkot atsevišķi – tomēr, atkarībā no prioritātēm, ir iespējams atrast optimālo savienotāju (savienotājs) jūsu vajadzībām.
Ātrdarbīga datu pārraide
Viedajiem sensoriem un kamerām rūpnieciskā vidē „lielā datu apjoma” (Big Data), „lietisko lietu tīkla” (IoT) un „rūpnieciskā lietisko lietu tīkla” (IIoT) laikmetā ir nepieciešama arī droša ātrdarbīga datu pārraide. Savienotājiem (savienotājs) ātrdarbīgām lietojumprogrammām jābūt aprīkotiem ar atbilstoši augstas veiktspējas kontaktu konstrukciju. Tā kā savienotājam (savienotājs) tā ģeometrijas dēļ piemīt zināms riska faktors attiecībā uz svārstībām impedances izmaiņās (impedances profils), izstrādājot ātrgaitas savienotājus, īpaša uzmanība tiek pievērsta kontaktu konstrukcijas optimizācijai, lai kontrolētu impedanci. Šajā sakarā ir svarīgi pēc iespējas samazināt šķērsgriezuma izmaiņas savienotājā (savienotājs), jo tās izraisa impedances svārstības, kas savukārt rada zudumus signāla pārraidē.
Miniaturizētu konstrukciju gadījumā savienotājiem (savienotājs) turklāt jābūt aprīkotiem ar elektromagnētisko ekranēšana, jo īpaši augstfrekvences signāli ir īpaši jutīgi pret nevēlamiem elektromagnētiskiem efektiem. Šajā gadījumā pat neliels impulss var būt pietiekams, lai izkropļotu lietderīgo signālu, tāpēc uztvērējs vairs nevar nepārprotami interpretēt digitālos stāvokļus. savienotājs
is šajā gadījumā var pildīt gan traucējumu uztvērēja, gan traucējumu avota lomu, t. i., no vienas puses, būt pakļauts citu moduļa komponentu ietekmei, bet, no otras puses, pats elektromagnētiski ietekmēt apkārtējās detaļas. Ar savienojuma induktivitāti (savstarpējā induktivitāte) LK, ko mēra pikohenrijos (pH), savienotāju var raksturot abās funkcijās – kā avotu un kā uztvērēju. Vienkārša mērīšanas uzstādījuma palīdzība lietotājiem noskaidrot, kurš savienotājs un kāds pinout ir nepieciešams vai optimāls konkrētajai lietošanai. Šim nolūkam lietderīgais signāls ir jātraucē, izmantojot impulsu ģeneratoru, un jāizmēra maksimāli pieļaujamā savstarpējā induktivitāte. Ja ir zināms inducētais spriegums (Uind), ģeneratora spriegums (UGen) un ģeneratora konstante (kGen), katram lietojumam var noteikt attiecīgo maksimāli pieļaujamo savstarpējā induktivitāte (L) pēc šādas formulas:
L = Uind / (UGen * kGen)
savstarpējā induktivitāte palīdz lietotājam arī noteikt piemērotu savienotāju (savienotājs) attiecībā uz tā elektromagnētisko savietojamību. Tādējādi var izvairīties arī no izmaksu un laika ziņā ietilpīgiem „mēģinājumu un kļūdu” testiem EMS-Laborā.
Turklāt ir iespējams samazināt savienotāja savstarpējā induktivitāte, izmantojot ekranēšana. Šeit ir piemērs: HDMI signālam pie sprieguma 4,4 kV tika noteikta konkrētajam gadījumam maksimālā savstarpējā induksavstarpējā induktivitāte 47 pH. Ja šī vērtība pārsniedz minēto, signālu vairs nevar pārraidīt bez traucējumiem. Turpmākajā attēlā redzams, ka, izmantojot ekranēšanas risinājumu, savstarpējā induksavstarpējā induktivitāte tika ievērojami samazināta.
is šajā gadījumā var pildīt gan traucējumu uztvērēja, gan traucējumu avota lomu, t. i., no vienas puses, būt pakļauts citu moduļa komponentu ietekmei, bet, no otras puses, pats elektromagnētiski ietekmēt apkārtējās detaļas. Ar savienojuma induktivitāti (savstarpējā induktivitāte) LK, ko mēra pikohenrijos (pH), savienotāju var raksturot abās funkcijās – kā avotu un kā uztvērēju. Vienkārša mērīšanas uzstādījuma palīdzība lietotājiem noskaidrot, kurš savienotājs un kāds pinout ir nepieciešams vai optimāls konkrētajai lietošanai. Šim nolūkam lietderīgais signāls ir jātraucē, izmantojot impulsu ģeneratoru, un jāizmēra maksimāli pieļaujamā savstarpējā induktivitāte. Ja ir zināms inducētais spriegums (Uind), ģeneratora spriegums (UGen) un ģeneratora konstante (kGen), katram lietojumam var noteikt attiecīgo maksimāli pieļaujamo savstarpējā induktivitāte (L) pēc šādas formulas:
L = Uind / (UGen * kGen)
savstarpējā induktivitāte palīdz lietotājam arī noteikt piemērotu savienotāju (savienotājs) attiecībā uz tā elektromagnētisko savietojamību. Tādējādi var izvairīties arī no izmaksu un laika ziņā ietilpīgiem „mēģinājumu un kļūdu” testiem EMS-Laborā.
Turklāt ir iespējams samazināt savienotāja savstarpējā induktivitāte, izmantojot ekranēšana. Šeit ir piemērs: HDMI signālam pie sprieguma 4,4 kV tika noteikta konkrētajam gadījumam maksimālā savstarpējā induksavstarpējā induktivitāte 47 pH. Ja šī vērtība pārsniedz minēto, signālu vairs nevar pārraidīt bez traucējumiem. Turpmākajā attēlā redzams, ka, izmantojot ekranēšanas risinājumu, savstarpējā induksavstarpējā induktivitāte tika ievērojami samazināta.
Gan neekranēti, gan ekranēti izpildījumi „Boardlocks“ un ārējie kontakti tika pieslēgti zemes potenciālam, savukārt signāls tika ievadīts caur kontaktu pāri. Izmērītās savstarpējās indukcijas vērtības var parādīt, izmantojot elektriskā un magnētiskā lauka krāsu gradientus. Simulācija ar neekranētu savienotāju (savienotājs) parādīja, ka šajā gadījumā koppsavstarpējā induktivitāte sasniedz pat 196 pH. Ņemot vērā noteikto robežvērtību 47 pH, netraucēta signāla pārraide vairs nebūtu nodrošināta. Savukārt ekranētajam savienotājam (savienotājs) savstarpējās indukcijas vērtības ir no 1 līdz 4 pH. Tātad, pateicoties ekranējumam, tās varēja samazināt aptuveni 50 reizes, tādējādi nodrošinot arī traucējumiem brīvu pārraidi. Ja kontaktu skaits ir lielāks, ir iespējams pat samazinājums 100 līdz 200 reizes.
Lietotājam ekranējumam ir divi pozitīvi aspekti: Pirmkārt, tādējādi savienotājs (savienotājs) mazāk darbojas kā traucējumu avots, otrkārt, pateicoties ekranējumam (ekranēšana), tas signāliem rada mazāku traucējumu uzņemšanas punktu. Izmantojot ekranētus savienotājus, tos tagad var novietot arī tuvāk traucējumu avotiem un traucējumu uzņemšanas punktiem uz drukātās plāksnes. Turklāt tas ļauj sasniegt augstāku veiktspējas klasi elektriskās ierīces obligātajos pārsprieguma un pārslodzes testos.
Lietotājam ekranējumam ir divi pozitīvi aspekti: Pirmkārt, tādējādi savienotājs (savienotājs) mazāk darbojas kā traucējumu avots, otrkārt, pateicoties ekranējumam (ekranēšana), tas signāliem rada mazāku traucējumu uzņemšanas punktu. Izmantojot ekranētus savienotājus, tos tagad var novietot arī tuvāk traucējumu avotiem un traucējumu uzņemšanas punktiem uz drukātās plāksnes. Turklāt tas ļauj sasniegt augstāku veiktspējas klasi elektriskās ierīces obligātajos pārsprieguma un pārslodzes testos.
miniaturizācija
Neskatoties uz pieaugošo funkciju integrāciju, sensoru un kameru sistēmu izmēri nedrīkst palielināties. Lielākajā daļā gadījumu rūpnieciskajā automatizācijā pat tiek prasīta nepārtraukta miniaturizācija, lai mašīnas varētu būvēt arvien kompakti. Tāpat arī tendence veidot sensoru vai kameru modulāras konstrukcijas prasa izmantot atbilstoši miniaturizētus savienotājus (savienotājs). Tāpēc pēdējo desmitgažu laikā savienotāji, saglabājot gandrīz identisku veiktspēju, ir samazinājušies līdz daļai no sākotnējā izmēra.
Lietojumiem ar īpaši ierobežotu montāžas telpu piemērota ir virsmas montāžas tehnoloģija (Surface-Mount-Technologie). Tā ir īpaši kompakta, jo ļauj veikt abpusēju solis uz drukātās plāksnes, kā arī izmantot mazu Rasteru. Piemēram, izmantojot iebīdīšanas tehnoloģiju (press-fit tehnoloģija), šaurs solis, kas ir tikai 0,5 mm, nebūtu realizējams fizisko spēku dēļ, kas darbojas iebīdīšanas procesā – tāpat kā abpusēja iespiedplašu montāža. Miniaturizētu lietojumu gadījumā, izvēloties pareizo savienotāju, ir jāņem vērā vēl viens svarīgs kritērijs: šādos gadījumos moduļa jutīgās sastāvdaļas bieži atrodas ļoti tuvu viena otrai. Tādējādi rodas paaugstināts risks, ka komponenti savstarpēji ietekmēs viens otru ar elektromagnētiskajiem laukiem. Protams, datu pārraide jūsu lietojumprogrammā nekādos apstākļos nedrīkst tikt traucēta, izkropļota vai pat pilnībā bloķēta. Tāpēc elektromagnētiskā aizsardzība kļūst arvien svarīgāka. Lai izvairītos no signāla traucējumiem, tāpat kā ātrgaitas savienotājs gadījumā, arī šeit ieteicams izvēlēties ekranētu savienotāju.
Izturība
Sensori un kameru sistēmas, kuras tiek izmantotas tiešā tuvumā mašīnām, ir īpaši pakļautas nelabvēlīgām vides ietekmēm. Lai aizsargātu elektroniku no šīm ārējām ietekmēm, visu mezglu var ieliet. Tomēr šim nolūkam ir nepieciešams arī ar ieliešanu saderīgs savienojuma risinājums. Parastie savienotāji (savienotājs) šajā gadījumā ir acīmredzami neizdevīgi, jo neaizsargātā savienojuma zona (savienošanas zona) ir jāaizsargā no ieliešanas masas (zalēšanas kompaunds). Šajā gadījumā izmantotā atsperes-naža kontaktu tehnoloģija nenodrošinātu šiem materiāliem nepieciešamo IP aizsardzības pakāpe.
Tādēļ, izvēloties pareizo savienotāju (savienotājs), ir jāpievērš uzmanība tam, lai izvēlētos viengabala savienojuma risinājumu, proti, savienotāju, kam nav nepieciešama tradicionālā savienojuma zona (savienošanas zona). Tādējādi zalēšanas kompaunds nodrošina ilgtspējīgu un izturīgu savienojuma risinājumu, tomēr tā nedrīkst iekļūt kontaktu zonā.
Ja elektroniskās detaļas ir jāpārbauda attiecībā uz to izturību, to var veikt laboratorijas testos. Šajā gadījumā standartizētajam trieciena profilam (profile) jāatbilst nosacītajam stāvoklim (control), proti, paātrinājumam 50 g ar 20 procentu pielaidi (high abort un low abort). Saskaņā ar standartu DIN EN 60068-2-27 šajā gadījumā ir pieļaujama kontakta pārtraukuma (kontakta pārtraukums) ilgums ≤ 1 µs.
Ja elektroniskās detaļas ir jāpārbauda attiecībā uz to izturību, to var veikt laboratorijas testos. Šajā gadījumā standartizētajam trieciena profilam (profile) jāatbilst nosacītajam stāvoklim (control), proti, paātrinājumam 50 g ar 20 procentu pielaidi (high abort un low abort). Saskaņā ar standartu DIN EN 60068-2-27 šajā gadījumā ir pieļaujama kontakta pārtraukuma (kontakta pārtraukums) ilgums ≤ 1 µs.
Ja jūsu lietojumā savienotājs (savienotājs) ir pakļauts ārkārtīgi spēcīgām vides ietekmēm, piemēram, vibrācijām, triecieniem, mitrumam, netīrumiem, ekstremālām temperatūrām vai temperatūras svārstībām, ir nepieciešama arī ārkārtēja izturība. Jūsu moduļa hermetizācija (zalēšana) var palīdzēt, tomēr ir ieteicams nepaļauties tikai uz to. Tā vietā ieteicams izmantot „zalēšana” un „press-fit tehnoloģija” kombināciju. Pēdējā jau ir pierādījusi savu efektivitāti miljardiem reižu un tiek uzskatīta par izturīgāko un uzticamāko savienojuma veidu – arī nelabvēlīgos apstākļos. „press-fit tehnoloģija” procesā savienotāja kontakts (pin) tiek iespiests caurumā, kas ir caurvīts caur visām slāņiem, tādējādi radot gan elektrisku, gan mehānisku savienojumu starp savienotāju (savienotājs) un plati. Vienlaikus tādējādi var panākt izmaksu ietaupījumus līdz pat 50 procentiem, jo tiek izvairīts no darbietilpīgiem lodēšanas darbiem un dārgiem kabeļu risinājumiem. Ja netiek izmantota neaizsargātā savienojuma zona (savienošanas zona), savienotājs (savienotājs) kombinācijā ar iespiešanas tehniku (press-fit tehnoloģija) var izturēt pat triecienus no 50 līdz 200 g bez kontakta pārtraukuma (kontakta pārtraukums).
Ja ir nepieciešami universāli darbinieki
Teorētiski šīs prasības – ātrdarbīga datu pārraide, miniaturizācija un izturība – var salīdzinoši skaidri nošķirt viena no otras. Tomēr kā lietotājs jūs noteikti konstatēsiet, ka jums nepieciešamajam savienotājam (savienotājs) ļoti reti ir jāatbilst tikai vienai no šīm prasībām. Tāpēc daudzi savienotāji atbilst vairākiem no šiem kritērijiem ar atšķirīgu svarīguma pakāpi. Dažos gadījumos ir vērts pievērst uzmanību arī savienotāju „universālajiem modeļiem“. Piemēram, ja vienlaikus tiek izmantoti vairāki savienotāji (savienotājs), ieteicams izvēlēties produktu saimi, kurai piemīt augsta skalējamība. Tādējādi var novērst laikietilpīgus un dārgus apstiprināšanas ciklus un vienlaikus nodrošināt, ka visi savienotāju saimes (savienotāju saime) produkti ir savstarpēji saderīgi – neatkarīgi no tā, vai tie ir ekranēts, neekranēts, taisni vai leņķveida.
Kādi jautājumi?
Kā eksperti drukāto shēmu savienotāju (savienotājs) un kontaktu jomā mēs labprāt dalāmies savās zināšanās, piemēram, jums pielāgotos tīmekļa semināros:
webinar.ept-group.de
Vai arī sazinieties ar mums tieši, ja jums ir kādi jautājumi par savienotājiem!
ept GmbH
Bergwerkstr. 50
86971 Peiting, VĀCIJA
Tālrunis +49 (0) 8861 2501 0
Fakss +49 (0) 8861 2501 700
www.ept.de
sales@ept.de
webinar.ept-group.de
Vai arī sazinieties ar mums tieši, ja jums ir kādi jautājumi par savienotājiem!
ept GmbH
Bergwerkstr. 50
86971 Peiting, VĀCIJA
Tālrunis +49 (0) 8861 2501 0
Fakss +49 (0) 8861 2501 700
www.ept.de
sales@ept.de