任何有一點實際經驗的工程師都知道,互連電纜和連接器(Connector)是可靠性設計中必不可少的重要元素。它們是連接類比和數位系統的全被動類比元件。互連安裝不正確、沒綁緊、應力釋放不完全、彎曲太頻繁,或工作在太緊的彎曲半徑上,都可能導致徹底的系統故障。

更令人沮喪的是,它們可能是難以捕捉的間歇性操作來源。更糟糕的是,在很多情況下,可能無法肯定地確認已經鑒定出了問題;相反,它可能暫時又消失了,或許是因為做了什麼,或者是因為隨機性。

由於這些原因,設計者經常花費大量的時間選擇最佳的纜線和連接器。選定的配對必須能應對頻率和功率等級,以及鎖定裝置/起重螺釘或固定夾等機械要求。(當然,在某些情況下,產業標準或慣例對這些因素進行了定義;但是在許多情況下,設計師具有廣泛的可選餘地並且沒有受到限制。)

儘管如此,研究纜線和連接器主體很容易,但多接腳連接器內的關鍵電氣觸點又有人考慮到了嗎?除了確保他們可以應對所需的電流和頻率之外,他們通常不會得到太多關注,然而,這是一個非常侷限的觀點。

怎麼會這樣?請參閱Tech Briefs上的文章「Contacts for Hi-Rel Connectors: Comparing Technologies」,這篇文章由高可靠性連接器供應商Harwin的專家撰寫,清楚地標識了為各種連接器提供的不同類型的觸點,以及每個連接器的關鍵屬性(Pro和Con)。

例如,圖1所示的雙樑接觸器(twin-beam contact),為圓形或方形插針接腳提供兩點接觸,是用於衝擊和振動環境的設備的理想選擇。但是,如果與超大或未對齊的插針接腳一起使用,則雙樑接觸器(通常由磷青銅(phosphor bronze)製成)會變形,並被永久性「固定」。

20180116TA01P1 圖1 經常使用的雙樑接觸器提供了可靠性、耐用性和整體性能的平衡,但是比簡單的配置成本更高。(圖片來源:Harwin)

另一種常用的觸點是圖2所示的音叉外形,由於可以使用衝壓金屬製程製造,因此成本較低。它與連接器上的方形插針一起使用,例如與PC-104標準相容的插頭。缺點是它們的彈簧張力相對較低,所以振動環境下一般較少選這種。

20180116TA01P2 圖2 音叉觸點設計在許多情況下提供的性能幾乎與雙樑一樣好,但成本更低;這裡顯示為絕緣置換連接器元件的一部分。(圖片來源:Meritec)

以上只是本文討論的兩種接觸配置。此外還包括單樑、圓形夾、圓形多指、彈簧、彈簧和雙曲面觸點。這篇文章的「有用資訊/閱讀時間」的比例很高,比我在各種主題上閱讀過的其他許多技術文章都要多。

這也理清一個我內心深處理解模糊的地方。幾個月前,我有個與連接器有關的專案,發現幾乎所有的東西都是定制的,而不是標準的東西。連接器的代理商除了些使用特別廣泛、非常常見的型號之外,現貨庫存相對較少。用戶選擇連接器主體類型、觸點數量、觸點類型、觸點完成和其他參數,然後供應商以很短的交貨週期定制出來不多的產品。

這是有道理的,因為具有所有可用選項的連接器組合的數量儘管不是無限的,但也多的數不清,也沒有人能把所有型號都作庫存。但是這也意味著存在一個微妙的風險:如果準確的連接器/觸點組合在短時間內找不到,那麼可能有人試圖「臨時」使用一個組合。

因此,由於物料清單(BOM)的替代,該產品可能無法透過內部測試或現場測試。更大的危險是設備會正常的工作了一段時間,採購都忘記了還需要採購正確的觸點。現場故障長時間累積起來,設計人員將需要花費很多時間來設法確定發生了什麼,以及怎麼發生的。

這個教訓很簡單:花點時間選擇正確的連接器和觸點類型,並確保它能實際使用。如果不能,至少要充分證明所使用的觸點不是首選的,以及為什麼。 您是否因為選擇正確的連接器主體而使用了錯誤的觸點類型,或者由於BOM上的小調整,而遇到什麼問題?

(參考原文: Giving Connector Contacts Adequate Consideration,by Bill Schweber,EDN中國版編輯胡安編譯)