在当今电子产品的互连系统的设计中,板对板连接器凭借其小型化、小型化、高密度、经济性和支持多功能的特点,被广泛应用。在各个连接器厂商的产品规划中,板对板连接器也当仁不让地占据着重要的位置,同类的产品也是层出不穷。
对于开发者来说,每次板对板连接器的选型,就像是一次“选秀”,需要从纷繁的物料中“海选”出自己所需的产品,形成最优的解决方案,这对开发者的经验和技巧无疑是一次考验。
选型考量因素
作为一个有经验的“评委”——也就是参与选料的开发者——其实在面对板对板连接器的时候,心中对于“理想之选”都会有一个基本的轮廓,会从产品的基本能力和特殊“才艺”上综合评估,来做出正确的决策。如果将这些选料时重点考虑的因素拉一个清单,大抵有以下几个方面:
板对板连接器选型要素
# 高性能:这是板对板连接器最基本的能力要求。对于信号连接器来讲,数据传输的速率是最关键的指标;而对于电源连接器,一般最关注的是每个触点的电流承载能力,这些特性参数关系到最终的系统功能是否能够达到设计规格的要求。# 小型化:这一点是板对板连接器固有的优势,因此在这方面谁能够精益求精,更上一层楼,实现更高的连接密度,谁就会显得更“出位”。
采用更小的针脚间距是实现连接器小型化最常用的方法;与此同时,有实力的厂商也会在连接器的宽度和配接高度上进行优化,以确保产品的“三围”都足够紧凑。# 信号完整性:当不同信号线之间存在(电感或电容)耦合时,就会发生串扰,从而对数据的信号完整性造成影响。数据传输速率越高,信号线路距离越近,信号完整性方面的挑战也就越大。
由此可见,是否能够处理好信号完整性问题,是高速、高密度板对板连接器设计需要面对的重要课题。# 灵活性:在有限的空间内,是否可以支持灵活地配置,以实现多种配置的互连需求(如信号+电源的混合连接),也是今天人们对于板对板连接器的一个很重要的诉求。# 工艺兼容性:板对板连接器的设计和材料,是否能够满足电子产品生产工艺的要求,与经济的量产工艺兼容,也是一个要考虑的因素。否则,即使产品的性能再优异,也会因此限制其应用领域的扩展。
# 环境耐受性:如果说传输速率、载流能力等指标是板对板连接器的基本功,环境耐受性可以说是产品的一种“特殊才艺”。在一些恶劣和复杂环境的应用中,板对板连接器必须能够经受得住机械振动和冲击、极端工作环境、静电放电(ESD)、插拔次数等方面的考验,确保安全、可靠的电气连接。这方面能力的强弱,由相关的行业标准来界定,有些厂商也会在此基础上执行自己的测试标准,提供高于行业标准的产品,以此彰显实力,为客户提供增值。
与众不同的技术
实际上,对于上述这些板对板连接器的选型要素,各个连接器厂商也早已是心知肚明,因此在产品设计和制造中往往会注入一些“与众不同”的技术,在对标这些选型标准的同时,尽可能体现出自身产品的差异化,以求在众多竞品中能够脱颖而出。
Samtec在这方面就颇有心得。比如在其高速高密度板对板连接器中,就广泛采用了Edge Rate端子系统——这是一种专为需要长寿命的高速应用而设计的端子,针对50Ω和100Ω的系统进行了优化,其表面经过抛光而打造出了光滑的对接表面区域,与在切割边缘上对接的冲压端子相比,可减少磨损并提高端子的耐用性,从而延长端子的使用寿命。这种独特的设计也减少了插入力和拔出力,使得连接器可以用“拉链”方式进行插拔。
另一方面,Edge Rate端子系统具有超小的平行表面积,因而减少了宽边耦合和串扰,这对于提升连接器的信号完整性大有裨益。有了这一独特技术的加持,Samtec的高速板对板连接器也就如虎添翼了。
Samtec的板对板连接器产品中,还有一个值得关注的特性,就是恶劣环境测试 (SET)。SET是Samtec的一项倡议,旨在测试某些超出典型行业标准和规范的产品,SET执行的测试标准超越了通行的行业标准和规范,这些额外的测试可以确保通过SET的产品能够适应工业、军事、汽车和其他极端应用的要求。
SET的测试标准包括:
在100%相对湿度下插拔250次做耐久性测试
高海拔条件下的耐压(DWV)测试:模拟海拔高度70,000英尺,300VAC持续60秒
在5kV、10kV和15kV下的静电放电 (ESD) 测试
温度在-65°C至+125°C间循环500次,每次持续30分钟
机械冲击40G,峰值冲击持续11毫秒,半正弦
随机振动12Grms,5Hz至2000Hz,每轴1小时
完成了SET测试的产品,将被授予一个SET标识(如图2所示)。如果你需要为特殊环境应用寻找一款板对板连接器,认准这个标识就对了。
当然,Edge Rate端子和SET标准只是Samtec应用于板对板连接器的诸多技术中的两个典型的范例,这些技术叠加在一起,成就了不少“综合素质”优异的板对板连接器产品,使得它们在众多板对板互连方案中出类拔萃,格外耀眼。
三款“明星”产品
今天我们就一起来认识三款Samtec出品的、自带“明星”气质的板对板连接器产品。
01
AcceleRate HD超高密度夹层料带
纤细的外形,应该是人们对这款板对板连接器最直接的印象。AcceleRate HD包括ADM6插头(针脚)和ADF6插座,具有0.635mm的间距,纤薄的5mm宽度,以及低至5mm的堆叠高度,在这个紧凑的外形中,采用高密度的四排设计,每排10至60个针位——每排70至100针位的产品正在开发中,也就是说未来AcceleRate HD方案可以支持高达400个I/O,所谓“超高密度”可以说是名副其实。
在传输速率方面,AcceleRate HD插头和插座连接器与PCIe Gen 5兼容,支持高达56Gbps PAM4 (28Gbps NRZ) 的应用,同时由于采用了Edge Rate端子系统,其在信号完整性方面也有相当不错的表现。
由于采用了焊球(Solder ball)技术,AcceleRate HD的球栅阵列端接可以在回流焊工艺中自对齐,与主流电子装配工艺兼容。 同时,该连接器开放式的引脚区域设计也为灵活的接地和布线提供了便利。可以说,我们对于一款优秀板对板连接器的基本要求,在这款互连解决方案身上都得以体现,并有上佳的表现。
02
SEARAY SEAF和SEAM连接器
这也是Samtec在高速高密度板对板连接器领域一个重要的产品系列,它们是具有1.27mm间距的网格阵列连接器,支持高达56Gbps的传输速度,采用7mm至17.5mm堆叠高度。SEAF和SEAM连接器同样采用了Edge Rate触点系统,因此具有低插入和拔出力,以及出色的耐用性和信号完整性。
SEARAY SEAF和SEAM连接器还有一个突出的特点——它们采用了开放式端子阵列设计,在同一个连接器中可以同时实现差分信号、单端信号和电源的传输,在接地和布线上实现最高的灵活性。
在环境耐受性上,SEARAY SEAF和SEAM连接器经过了SET测试,符合IPC-A-610F和IPC J-STD-001F标准,达到了高性能、恶劣环境电子产品的第3类验收标准的要求,因此是军用/航空、汽车、工业和医疗等应用环境复杂的电子产品高密度板对板互连解决方案的理想之选。
目前该系列产品已经形成了完整的产品组合,提供不同配接高度、装配形式、连接方式的方案,为设计选型带来极大的便利。
03
mPower 2mm UMPT/UMPS超微功耗连接器
除了上述的高速信号连接器,板对板电源连接器也是Samtec重要的产品线,mPower 2mm UMPT/UMPS超微功耗连接器就是其中的代表产品。
这些电源连接器的针脚间距为2mm,包括2至5位的产品,有5mm至12mm的堆叠高度可选(20mm高度的产品正在开发中),每刀片(触点)的电流承载能力高达18A,是一款小型化、大功率的互连解决方案。
UMPT/UMPS超微功耗连接器同样经过了SET测试,因此在恶劣的环境中可以放心使用。
此外,UMPT/UMPS连接器既可以作为纯电源系统,也可以与Samtec的其他高速高密度信号连接器配合使用——包括上文提到的ADM6/ADF6和SEAF/SEAM连接器——形成“电源+信号”双重应用的两件式系统,提升设计的灵活性,这也是Samtec板对板连接器为开发者带来的一个“福利”。
责任编辑:haq
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