Os conectores são importantes dispositivos de conexão mecânica e elétrica entre várias partes de um sistema ou entre o sistema e o mundo externo. A escolha do tipo de conector depende de vários fatores, incluindo requisitos elétricos e mecânicos, padrões da indústria, usabilidade e fabricação, número e tipo de contatos, situações de acoplamento e não acoplamento, metas de confiabilidade e requisitos regulatórios. No entanto, o corpo clássico do conector D-Sub (tipo D ultra pequeno) está em uso há décadas e ainda é o conector preferido para muitas aplicações.
Embora o estilo do corpo e a disposição dos contatos dos conectores tenham atraído muita atenção, os próprios contatos têm um impacto significativo no desempenho elétrico e mecânico dos conectores. À medida que os projetos se tornam cada vez mais complexos e os requisitos de aplicação aumentam, os projetistas precisam compreender as mais recentes inovações em tecnologia de contato para atender aos padrões e requisitos correspondentes, especialmente em termos de robustez, força de inserção e força de retenção, resistência de contato e tolerância à temperatura.
Este artigo fornece uma breve visão geral da tendência de desenvolvimento de conectores, com foco nas razões para o uso contínuo de conectores D-sub. Em seguida, foram apresentados os contatos avançados da Amphenol Positronic e demonstrado como utilizá-los para melhorar o desempenho do conector.
USB、 A importância dos conectores Ethernet e D-sub
Embora o uso de interfaces RS-232 tradicionais tenha diminuído e várias versões de conectores USB e Ethernet estejam surgindo, o clássico conector D-sub de 9 pinos (comumente conhecido como DB-9) e outros conectores na série mais ampla de conectores D-sub ainda desempenham um papel crucial na comunicação do sistema eletrônico. Existem muitas razões para o uso contínuo. Embora USB e Ethernet possam atender a muitos requisitos de interconexão, esses dois tipos de conectores amplamente utilizados são interfaces seriais, em vez de interfaces multifios. Eles podem transmitir dados e energia simultaneamente, mas têm limitações estritas em tipos de sinais, valores máximos de tensão e corrente e potência nominal.
Em termos de design, USB e Ethernet não conseguem lidar efetivamente com vários sinais não relacionados ou formatos diferentes, como interfaces com vários caminhos de contato paralelos. Outra consideração importante é que o design das conexões USB e Ethernet padrão não atende ao nível exigido de integridade e robustez mecânica e elétrica em muitos casos.
Devido a esses e outros motivos, os conectores D-sub ainda são amplamente utilizados. Este tipo de design exterior surgiu já na década de 1950 e apresenta muitas vantagens. Tem a função de blindar completamente a interferência eletromagnética (EMI) e a interferência de radiofrequência (RFI), proporcionando um invólucro selado ou quase selado, com estrutura mecânica robusta, e suas duas partes de acoplamento podem ser travadas entre si através de um pequeno fio superior. O corpo ou invólucro do conector D-sub tem pelo menos seis tamanhos padrão, oferecendo opções flexíveis para posições e tipos de pinos de contato elétrico. Além de fornecer invólucros de conector com o mesmo tipo de contato em todas as posições de pino, o D-sub "Combo-D" também suporta a mistura de sinais independentes e contatos de energia dentro de um único invólucro de conector (Figura 1, parte superior).
Imagem estilo conector ultra pequeno Combo-D (clique para ampliar)
Figura 1: O conector ultrapequeno Combo-D suporta múltiplas combinações de sinal e caminho de alimentação (conforme mostrado na figura); O conector D-sub adota dimensões de invólucro e disposição de contato padrão (conforme mostrado na figura abaixo). (Fonte da imagem: Amfenol Positronic)
Um único D-sub pode suportar vários arranjos padrão de mixagem e combinação (Figura 1, parte inferior). Eles oferecem versões de densidade padrão de duas fileiras e de alta densidade de três fileiras, com opções de sinal, alimentação, blindagem, alta tensão, termopar e contato de fibra óptica.
Inovação em tecnologia de contato
A vantagem do invólucro D-sub é um ponto importante na história do conector, e os contatos elétricos e suas propriedades também são a chave para a montagem bem-sucedida do conector. Ao longo dos anos, a tecnologia de contato fez muitas melhorias em materiais, design e propriedades elétricas e mecânicas.
Isso inclui a tecnologia de contato PosiBand patenteada da Amphenol Positronic (Patente dos EUA No. 7115002). PosiBand adota um design de contato inovador, que é diferente do design tradicional e atinge maior desempenho em muitos parâmetros-chave.
O elemento de pressão externo PosiBand foi projetado para separar completamente as ações mecânicas e elétricas da conexão (Figura 2). O elemento de pressão aplica uma força para pressionar o pino macho em direção à cavidade interna, formando uma longa linha de contato elétrico direto, completando assim a ação mecânica. O comprimento do fio de contato pode ser alterado, permitindo que os projetistas otimizem a resistência da interface da conexão. A estrutura circular robusta e intacta na entrada pode aumentar a robustez mecânica dos contactos.
Amphenol Positronic PosiBand adota imagens de design patenteadas (clique para ampliar)
Figura 2: PosiBand adota um design patenteado que separa as ações mecânicas e elétricas da conexão. (Fonte da imagem: Amfenol Positronic)
O clipe de mola dentro do PosiBand (Figura 3, à esquerda) é um componente pequeno, mas crítico na montagem e um fator chave que afeta seu desempenho. Esta folha resiliente de liga de cobre-berílio pode gerar força normal no contato macho, conseguindo assim uma ligação de contato firme e confiável (Figura 3, à direita). Ao mesmo tempo, ao mesmo tempo que atende ou excede os requisitos de desempenho, também pode reduzir a força média de inserção.
O clipe de mola Amphenol Positronic PosiBand (esquerda) fornece imagem de força normal na área de contato (direita)
Figura 3: O clipe de mola PosiBand (esquerda) fornece força normal na área de contato (direita) para maximizar a área de contato da superfície elétrica correspondente. (Fonte da imagem: Amfenol Positronic)
Os contatos base PosiBand são feitos de latão e possuem excelente desempenho na crimpagem de fios nos contatos. Também elimina a necessidade de recozimento do material, o que não só aumenta os custos, mas também pode causar problemas a longo prazo se não for manuseado adequadamente durante o processo de fabricação.
Comparado com os designs de contato tradicionais, o sistema PosiBand também aumenta a área de contato entre os contatos macho e fêmea, alcançando assim uma integridade elétrica mais confiável. No nível micro, existem mais caminhos elétricos passando pela interface de contato. Aumentar a área de contato reduz a possibilidade de descontinuidade durante a vibração.
Ao contrário da intuição, o sistema PosiBand proporciona uma área de contato maior sem aumentar a força de inserção; Pelo contrário, o design PosiBand proporciona uma força de inserção mais consistente, reduzindo assim a força média de inserção.
Os produtos Positronic entraram na Lista de Produtos Qualificados (QPL) da Agência de Logística do Departamento de Defesa dos Estados Unidos (DLA), o que significa que atenderam aos requisitos, incluindo identificação do produto correspondente, qualificação e testes periódicos de validação. PosiBand está em conformidade com as especificações SAE AS3902 e MIL-DTL-24308 e também atende aos requisitos mais elevados de teste de separação de contato de 40g do GSFC S-311-P4/08 e GSFC S-311-P4/10.
Tamanho e resistência do contato
Os contatos PosiBand usam tamanhos padrão 20 e 22. O primeiro é aplicável aos fios 20, 22 e 24 da American Wire Gauge (AWG), enquanto o último é aplicável aos fios AWG 22, 24, 26, 28 e 30.
A resistência máxima do contato 22 é de 0,005 ohms (Ω), enquanto a resistência correspondente do contato 20 é de 0,004 ohms. Devido à baixa resistência de contato, a perda I2R é pequena, resultando em baixo autoaquecimento, o que proporciona aos projetistas a oportunidade de usar os contatos 22 e 20 para alimentação de energia.
Alguns engenheiros não entendem as características térmicas dos contatos ou apenas consideram esse fator nas fases posteriores do projeto e seleção dos conectores. No entanto, o calor continua sendo um fator chave na avaliação do desempenho do conector e do sistema. O aumento de temperatura e a relação atual dos contatos PosiBand 20 (Figura 4, superior) e 22 (Figura 4, inferior) são completamente consistentes sob diferentes configurações de contato.