工业连接器如何发展以满足当今的苛刻需求

工业和嵌入式系统世界正在经历快速变革，对系统设计和组件选择提出了前所未有的要求。这些系统曾经在相对稳定的条件下运行，现在由于工业物联网系统的激增，人们期望这些系统能够在更恶劣的环境中可靠运行，具有更严格的公差，并且数据负载要大得多。

工业和嵌入式应用相对简单的环境，加上这些行业面临的严格成本压力，决定了这些行业连接器的设计和功能。然而，最近的变化使连接器的完整性和耐用性变得至关重要。虽然高可靠性连接器支持此功能，但这些额外成本超出了大多数项目的预算。

工业应用的变化

要了解这些变化如何影响连接器选择，必须检查工业系统运营环境中的关键转变。

影响工业系统的最重大变化是空间有限，这会产生几个关键影响，最明显的是随着现代监控和自动化设备在重型机械附近运行而增加的振动暴露——需要选择连接器，主要是因为它们能够在这些具有挑战性的工业环境中保持安全、可靠的连接和强大的抗振性。

然后，我们不能不提到对小型化的需求来讨论空间限制，这使得在相同尺寸的外壳中具有更强大的功能。

除了太空之外，工业物联网的兴起意味着使用工业连接器系列的系统需要提供更高的数据传输速率。

最后但同样重要的是工业和嵌入式设备连接器必须承受的插拔次数。近年来，这种情况显著增加，连接器现在必须更加坚固，以确保使用寿命和可靠性。

高级功能迁移到整个连接器系列

连接器设计需要适应这些演变带来的挑战。最初为极端环境设计的高可靠性连接器开发的技术现已被纳入低成本的工业/嵌入式连接器系列中。这种技术的“涓滴”为工业应用提供了更强大、更经济的连接器。

我们可以从为极端环境开发尖端连接器的公司中看到这一点。例如，一些现代工业连接器现在集成了带罩引脚、安全锁定机制和 SMT 压紧片等功能。这些曾经是高可靠性连接器的专利。尽管如此，制造这些设计的成本随着每一代人的进步而降低。它现在可以集成到成本较低的工业连接器中，即使在高振动环境中也能提供稳定的连接。

图 1：旨在承受高振动应力的连接器示例，组件经过 12 小时的 20G 测试，额定插拔次数高达 500 次。

在检查连接器的耐用性和插拔次数时，也可以看到类似的趋势。先进的连接器公司多年来一直在开发高可靠性连接器。这些连接器具有多项功能，可帮助它们承受极高水平的配接和拔出。这包括接触设计和材料在负载下的弹性。

有助于防止配接过程中损坏的其他功能用于现代连接器设计，现在正在工业和嵌入式应用的连接器中实施，包括防止倒置连接尝试的极化，以及在配接过程中承受横向和扭曲力的护罩。

将高级功能迁移到工业产品系列意味着可以更好地管理成本压力，同时满足工业应用日益增长的耐用性要求。

小型化

连接器行业一直在推动小型化，设计人员需要考虑几个关键特性，以实现更小的系统尺寸。这些包括连接方向（垂直与水平）和优化的引脚配置，例如单排或双排布局，可在保持可靠性能的同时最大限度地提高空间效率。

图 2：为了实现系统小型化，设计人员应考虑垂直与水平连接等功能，并寻求通过使用混合连接器来减少组件总数

然而，虽然减小每个组件的尺寸至关重要，但缩小整体系统尺寸才是真正的目标。因此，设计人员应考虑使用混合布局和混合连接器，将电源和信号选项组合到一个单元中。这样，我们可以减少所需的连接器总数，这将对系统大小产生更大的整体影响。

在这一点上，值得注意的是，连接器的不断小型化给设计人员带来了挑战，特别是需要提高制造精度。

随着间距尺寸的减小和连接器尺寸的缩小，允许其配接的公差也会下降。随着高速制造的增加，以及 PCB 上有多个连接器，这可能会受到焊接过程中放置变化的影响，这一点尤其如此。

这种容差可以通过混合或混合布局连接器获得，从而减少电路板上的连接器数量。然而，最近的进展使浮动连接器能够允许比以前大得多的错位公差。例如，一些现代板对板连接器可以在 X 轴和 Y 轴上承受高达 ±0.5mm 的错位。当通过两个或多个连接器配接 PCB 以吸收焊接过程中的放置变化时，这一点至关重要。

图 3：板对板连接器示例，可在 X 轴和 Y 轴上承受高达 ±0.5mm 的错位。

供应链

将这些因素结合在一起，连接器设计的这些演变使工业系统开发人员能够满足不断变化的作环境所带来的需求，同时在施加的限制范围内工作。但是，在这一点上，我们需要强调的是，增加的成本压力使此类系统的开发人员面临更大的使用假冒商品的风险。

近年来，我们看到假冒和低质量零件的销售再次增加。我们还看到所谓的“分销商”网站列出了他们没有和永远不会拥有的产品。因此，必须采取措施验证组件制造商和分销合作伙伴之间的关系，确保只使用正品、可靠和坚固的组件。

总结

工业连接器现在以经济实惠的价格提供高级功能，具有改进的抗振性 （20G）、增强的耐用性（500 次配接）和小型化。结合了电源和信号功能的混合连接器可减小系统尺寸，同时适应制造变化，例如 ±0.5mm 错位。然而，成本压力增加了假冒产品的风险，这使得供应链验证变得至关重要。