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用于军用和航空设计的COTS连接器

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作者:时间:2005-08-18来源:

用于军用和航空设计的
Connectors for Military and Aerospace Designs
专门的军用存在的日子已经屈指可数,因此电缆和产业正在彻底改造这种接口器件。
By Ernest Worthman

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/7656.htm

军品的研发正承受巨大的压力——要在任何可能的地方都采用(Commercial Off The Shelf,商业上现成的)的元件,这已经不是什么秘密了。互联是一个承受的压力最为猛烈的区域,因为,与其他一些尖端的元件相比,连接器是一种相对而言不那么复杂的器件。
对于军品和航空应用来说,连接器设计者面临的最大问题是高速度(HS)和高密度(HD)。这两项要求在很大程度上给成本的控制和商业标准的满足带来了麻烦。它们还对连接器设计带来了挑战,因为连接器必须也要满足这些HS/HD要求以及其他一些与HS/HD相抵触的要求。其中的一些要求是:极宽的/极端的温度条件;ESD耐受力/抗扰性;超微型化的占地面积(0.025英寸或更小的间距);密封封装;阻抗可控的接触;很短的电器行程以及加固的构造。

数字化难题
随着越来越多的电路和元件从模拟向数字化转移,新的复杂问题又凸现出来。首先数字元件和电路的物理尺寸一般要小于模拟的。这就需要连接器相应的进行改进。但重量的减轻和占地面积的减小却由于各种规范的规定而却受到了种种限制。
例如,要开发0.025英寸间距的、能满足MIL-C-83513规范的连接器,往往需要采用金属外壳,但留出的空间却很紧张,因此典型的、能承受冲击和振动以及配合-解配合的引脚和插座系统一般并不可行。人们的第一个念头一般是找出一种即能满足尺寸要求又能保证坚固性的金属材料。一般而言,人们已经对各种不同的金属进行了适用性检验。一种已经出现的解决方案是铍青铜(BeCu)实体材料制成的镀金的插孔。只要有足够大的销路的话,这种设计可以很容易商品化。

来谈谈静电
军用规范中另一个关键性要求是ESD(静电放电)。当前电磁脉冲弹和电子炸弹等特殊的电子武器的开发,ESD将是一项关键性的性能参数。
随着对能将数据以Mbit速度移动的数字电路(几乎变成了电气噪声和干扰的运动场)的需求越来越大,EMI屏蔽在多种军事和航空应用中变得越来越重要。随着微型化成为标准,电路变得越来越拥挤和集成化,使得EMI/ESD屏蔽元件的重要性日益上升。
对这一方面问题的解决方法包括,譬如说,在电缆上加上一直密封到连接器的屏蔽,以保证信号通路的完整性。这种设计一般采用不锈钢质的辫形屏蔽层,将电缆包封起来,在其进入连接器背面时实现密封。这种方法可以有效地将相邻电路隔离开。

连接器现在也是一种元件
在军事上,现在趋向于不再将连接器视为独立的元件,而将其看作是系统的一部分。看起来,政府似乎将整个电路板都视为一个元件,而不将它看出一个插入的模块。这带来了一些有趣的结果。例如,现在可以将连接器集成到电路板上,而原来它可以是独立的部件。
在这种情况下,整块电路板都必须满足特定的军品规范,而这一规范可以与连接器的规范相同,也可能与之不同。商业用的连接器在防振动方面可能未达到军品规范。不过,机箱设计可以包括减振措施,从而减小连接器测试结果与机箱将要受到的测试的结果间的差别。

崭露头角的新设计
军事与航空领域对更高速度的应用、噪声抑制和FibreChannel协议的采用有着越来越大的需求,这催生了新的一类标准化的产品。
解决方法之一是:OEM们正在开发的、4轴触点以及在Size 8触点中的高速铜连接。由于将4股电缆分组并对称排列,这种设计已经展现出对发射噪声的控制能力。
在光纤技术前沿,扩束光纤互联技术可以在极端的振动和高热环境下提供极高的可靠性。这些光纤密封在玻璃透镜背后,从而有防尘、防潮、防泥以及防止其他粘污的能力。虽然扩束连接器尚未得到广泛的应用(主要由于成本和性能较低等原因),但最近在精密加工、计量和连接器设计方面的进步已经使得它们在价格和性能方面能达到常规连接器的水平。

技术的发展趋势
对于尖端技术的最新的需求是纳米连接器。大多数电路板现在无法支持小于25mil的连接器——PCB工艺还没有跟上电路密度的提升。一个解决方法是在未来的电路板上制造表面贴装型的、直接与PC板连接的纳米连接器。这可消除一级连线。
在军用和航空连接器领域还存在一些在典型的商业应用中不存在的设计问题。设计上的挑战是要找出一条途径,让军用版的低压电路能适应不断缩小的间距参数,同时保持足够的可靠性。一些军用品的功率水平仍足以将微间距的连接器烧毁。
在高速SCSI接口方面出现了某些成功的实例——LVDS(Low-Voltage Differential Signaling)。这种方法可以提供稳定的阻抗差分信号,与高速信令方案(如LVDS)兼容。这在军用航空上特别受欢迎,因为它在高数据率下是如此的可靠,以至于可以方便地对阻抗进行管理。



关键词: COTS 连接器

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