汽車系統設計人員需要仔細選擇和應用連接器，使其在受到極端溫度和濕度、污染和振動的環境中在物理和電氣方面都能可靠地運行。隨著車輛成為強大的“車輪上的計算機”，滿足和維持汽車性能和可靠性要求變得越來越具有挑戰性。連接器必須能夠在更狹小的空間內處理更多的傳輸線，通信速度為每秒幾千兆位，這是適應 10GBASE-T1 和 PCI Express 版本 3 (PCIe 3.0) 等標準所必需的。

　　為了使事情更具挑戰性，汽車公司需要非常高的產量，因此電子組裝公司需要轉向高速裝配機來跟上。但是，很難在保持高生產率和良率的同時準確放置連接器，以便它們以后可以毫無問題地配接。

　　這些挑戰可以通過物理和電氣堅固的浮動觸點連接器來應對，這些連接器可以吸收自動化裝配過程中遇到的位置偏移或錯位。

　　本文介紹了汽車連接器面臨的電信號以及物理應用和制造需求。然后，它引入了浮動連接器 杰電子 設計師可以用來滿足這些需求。包括有關高速通信標準和合適的連接器選擇和應用的詳細信息，以及如何為高速汽車通信協議(如 10GBASE-T1 和 PCI Express 版本 3 (PCIe 3.0))選擇連接器的指南。

　　高速通信協議簡介

　　10GBASE-T1 是 10 Gb 以太網 (10 GbE) 標準系列之一，以每秒 10 千兆位 (Gbps) 的速率提供以太網幀傳輸。10GBASE-T1 是一種“汽車以太網”解決方案，使用雙絞線電纜在長達 15 米 (m) 的距離內運行。10 Gbps的數據吞吐量是最快的汽車通信標準，可以支持自動駕駛等應用。

　　PCIe 3.0 是另一種高速串行計算機擴展總線標準。它提供高達每秒 8 千兆傳輸 (GTps) 的速度。在高端“x16 通道”實現中，8 GTps 相當于 126 Gbps 的聚合數據傳輸速率。

　　該技術傳統上用作PC中的高速總線，現在正針對未來車輛的汽車應用，因為硬件設計保證傳輸的數據包到達預定目的地。這構成了適合自動駕駛的高度可靠的系統。

　　用于高速汽車通信的連接器

　　高速通信協議需要高質量的連接器。它們不僅必須提供堅固可靠的連接以確保出色的信號完整性，而且還必須相對容易斷開和重新連接多年的服務。它們還必須能夠在小間距上容納許多引腳和插座，以確保具有多通道連接的緊湊尺寸。

　　用于高速通信協議(如 10GBASE-T1 和 PCIe 3.0)的現代連接器系列的一個示例是 MA01 JAE電子的系列。這些連接器提供軋制表面觸點和兩點觸點結構等功能，即使在汽車應用的典型振動、沖擊和極端溫度下也能確保安全的機械和電氣連接(圖 1)。

　　圖 1：MA01 系列連接器具有兩點接觸連接器，有助于在沖擊和振動期間保持電氣連續性。(圖片來源：JAE電子)

　　MA01 系列連接器提供 8 至 30 毫米 (mm) 的各種堆疊高度(圖 2)，能夠傳輸 10 個 GBASE-T1 和 PCIe 3.0 所需的 8 Gbps 速度，是汽車板對板數字控制單元等應用的理想選擇。連接器具有低插入和拔出力的特點，并包括鍵控以防止不正確配接。這些連接器具有 -40 至 125°C 的寬工作溫度范圍。

　　圖 2：MA01 系列連接器的堆疊高度為 8 至 30 mm(圖片來源：JAE Electronics)

　　該系列中的一個例子是 MA01F030VABBR300.該連接器是汽車級高速傳輸板對板連接器。它在 20.925 x 8.8 x 12.3 mm 的機身內具有 30 個位置，間距為 0.635 mm。觸點由銅合金制成，鍍金層為 0.1 微米 (μm)(最小)。連接器的電氣規格為 0.5 安培 (A) 額定電流和 50 伏交流額定電壓。它設計用于多達 100 次插拔。

　　MA01F030VABBR300 設計用于與 MA01R030VABBR600 為高速汽車應用形成板對板連接(圖 3)。

　　圖 3：MA01F030VABBR300(底部)具有 30 個位置，并與 MA01R030VABBR600 配接，以實現穩健可靠的高速板對板連接。(圖片來源：JAE電子)

　　克服裝配挑戰

　　大批量電子產品制造需要使用機器人裝配技術。但是，用于這項工作的自動貼片機確實存在機械限制。這可能會導致組件定位的公差。雖然輕微的位置誤差是典型的，對于有源和無源元件來說不是問題，但在配接多位置、細間距連接器時，它們可能會導致問題。這個問題變得更加復雜，因為典型的連接器沒有為貼片機真空噴嘴提供平坦的表面，無法正確購買。

　　由于典型的引腳間距小于一毫米，因此在配接連接器時不需要太多錯位即可導致觸點損壞。

　　為了克服這個問題，JAE MA01F030VABBR300采用浮動接觸技術，允許在X和Y方向上移動±0.5毫米。該浮子可校正自動化機械安裝過程中引起的位置偏移或錯位。連接器配有可拆卸蓋子，可安全購買貼片機真空噴嘴。在連接器安裝之前，蓋子還用于防止大碎屑進入配接區域(圖 4 和圖 5)。

　　圖 4：MA01F030VABBR300 是此 MA01 連接的下半部分，采用浮動觸點技術，允許在 X 和 Y 方向上移動 ±0.5 mm。這有助于糾正裝配過程中的位置偏移或錯位。(圖片來源：JAE電子)

　　圖 5：MA01 系列配有一個可拆卸的蓋子，使貼片機真空噴嘴能夠很好地購買。(圖片來源：JAE電子)

　　板對板連接器的母側MA01R030VABBR600是剛性連接器，因為只有連接的一側需要浮動以適應放置位置公差。

　　MA01系列連接器簡化組裝過程的另一個特點是連接器與印刷電路板相接的焊點清晰可見。傳統連接器通常隱藏這些焊點，使檢查變得困難，并存在使用中故障的風險(圖 6)。

　　圖 6：MA01 系列的側裝連接器顯示了該設計如何輕松檢查連接器連接到印刷電路板的焊點的質量。(圖片來源：JAE電子)

　　確保無故障配接

　　MA01系列的浮動連接器技術在補償貼裝位置誤差時非常有用，但是當手動將連接器夾在一起時，可能會出現更大的錯位。當固定連接器兩半的頂部和底部印刷電路板“盲目”地結合在一起時，通常會發生這種錯位，這使得精密觸點很容易錯位。更糟糕的是，即使觸點在此過程中損壞，連接器也可能感覺已正確配接。這種錯位可能發生在 X 和 Y 水平方向上。

　　JAE 連接器包括防止連接不當的路標，即使在配接過程中連接器在 X 和 Y 方向上或兩個方向上明顯未對齊。導軌模制在連接器主體中，并將連接器的兩半引導到正確的嚙合位置(圖 7、8 和 9)。

　　圖 7：當在 X 方向上未對齊時，JAE 電子 MA01 系列上的路標將連接器的上半部分引導到垂直方向。(圖片來源：JAE電子)

　　圖 8：在 Y 方向上，導向柱可防止過度錯位，否則會損壞觸點。(圖片來源：JAE電子)

　　圖 9：當兩塊板放在一起進行盲連接器插入時，導向柱可補償高達 1 mm 的水平錯位。(圖片來源：JAE電子)

　　配接后，連接器的浮動觸點功能使其能夠吸收汽車應用中典型的沖擊和振動，而不會有觸點損壞的風險。

　　高速連接器選擇

　　設計高速通信系統是很棘手的。甚至在設計人員開始考慮給定連接器的信號完整性之前，相關印刷電路板的布局也必須考慮目標阻抗和高速差分信號通道的布線等因素，以限制串擾和損耗。但是，假設設計人員考慮了這些和其他關鍵設計因素，那么連接器可以在系統的最終帶寬、原始數據吞吐量和信號完整性方面發揮重要作用。

　　選擇高速連接器時，首先要檢查的是所需通信協議的最大帶寬。如果連接器無法處理協議的工作頻率，那么設計一個可以高速工作的系統就沒有意義了。一個簡單的方法是選擇經過認證符合相關協議標準的連接器。這樣，設計人員就可以確信連接器經過專門設計，可確保最大吞吐量和帶寬。

　　兼容連接器還將具有相關高速協議的目標阻抗(通常為 50 歐姆 (Ω))。其他選擇因素(如連接器的材料、電路板安裝樣式和尺寸)也很重要，但對信號完整性的影響較小。

　　雖然合規性認證將使設計人員相信連接器可以完成這項工作，但重要的是在與生產項目布局相似或相同的測試印刷電路板上測試入圍的連接器。數據表或單獨測試連接器可能不會表現出實際使用中可能發生的信號完整性問題。在原型組件上進行測試將清楚地指示信號反射和/或失真問題。

　　確定連接器信號完整性的關鍵測量是 S 參數和眼圖。S參數表示頻域中的信號返回和插入損耗。應在連接器就位的情況下測量工作電路的測量結果，然后與移除連接器的結果進行比較，以評估其對信號完整性的影響。

　　示波器生成的眼圖是電路在數字域中性能的可視化。它是可視化損耗、串擾、碼間干擾 (ISI) 和誤碼率的標準方法。同樣，應在有和沒有連接器的情況下進行測試，以確定其對信號完整性的影響。

　　結論

　　設計人員既要滿足汽車板對板連接器苛刻的物理和電氣性能要求，又要避免在高速自動化裝配過程中因定位不良和公差錯位而導致連接器損壞，這是一項挑戰。設計人員可以使用JAE電子的MA01系列連接器克服挑戰。

　　如圖所示，MA01連接器符合多千兆位通信協議，并提供具有低電阻插入和斷開功能的堅固可靠的解決方案。此外，連接器在設計時還考慮了快速組裝。拆卸蓋、浮動連接器和導向柱等功能允許在電路板安裝和板對板盲連接中實現更大的公差，而不會有錯位和損壞觸點的風險。