硬件設(shè)計(jì)如何選擇連接器

 電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)越來(lái)越趨向于模塊化，不同功能模塊經(jīng)過(guò)有機(jī)結(jié)合可快速打造出優(yōu)質(zhì)、性能各異的產(chǎn)品，而其中模塊的連接就顯得尤為重要，下面是一位資深硬件工程師分享的一些關(guān)于連接器選擇的經(jīng)驗(yàn)。

連接器就像程序的函數(shù)接口，設(shè)計(jì)合理了，將來(lái)產(chǎn)品維護(hù)、升級(jí)、移植都會(huì)事半功倍，使產(chǎn)品保持持久的生命力;設(shè)計(jì)不合理，造成將來(lái)維護(hù)、升級(jí)時(shí)困難重重，牽一發(fā)而動(dòng)全身，最終使產(chǎn)品失去競(jìng)爭(zhēng)力，連接器的重要性不言而喻。

連接器，也就是工程師俗稱的接插件，用于把兩個(gè)電路板或電子設(shè)備連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)電源或信號(hào)的傳輸。通過(guò)連接器，可以使電路模塊化，簡(jiǎn)化電子產(chǎn)品的裝配過(guò)程，使產(chǎn)品便于維護(hù)、升級(jí)。

連接器種類非常多，常見的種類有通信接口端子、接線端子、線對(duì)板連接器、板對(duì)板連接器等。每個(gè)種類又可細(xì)分為若干類，如：

板對(duì)板連接器包括排針排母、PC104、板對(duì)板連接器等;

線對(duì)板連接器包括FPC連接器、IDC插座、簡(jiǎn)易牛角座等。

對(duì)于模塊化的電路，連接器的選型有著舉足輕重的作用，那么在選擇連接器的時(shí)候我們應(yīng)該從哪些角度去考慮適合硬件使用的連接器呢?

1. 引腳、間距

引腳數(shù)、引腳間距是連接器選型的基本依據(jù)。選擇多少引腳數(shù)的連接器取決于需要連接的信號(hào)數(shù)量。對(duì)于一些貼片式連接器，如下圖的貼片排針，引腳數(shù)不宜過(guò)多。因?yàn)樵谫N片機(jī)焊接過(guò)程中，由于高溫作用，連接器塑料會(huì)受熱變形，中部隆起，造成引腳虛焊。我們的P800Flash編程器在研發(fā)早期曾用這種排針、排母做板間連接，結(jié)果樣機(jī)排針的引腳大面積虛焊。換成2個(gè)引腳數(shù)減半的排針后，再?zèng)]出現(xiàn)過(guò)虛焊。

如今電子設(shè)備向小型化、精密化發(fā)展，連接器的引腳間距也從2.54mm到1.27mm再到0.5mm。引腳間距越小，對(duì)生產(chǎn)工藝要求就越高。引腳間距應(yīng)視公司生產(chǎn)工藝水平而定，盲目追求小間距，會(huì)造成生產(chǎn)和維修的困難。

2. 電氣性能

連接器的電氣性能主要包括：極限電流、接觸電阻、絕緣電阻和抗電強(qiáng)度等。連接大功率電源時(shí)，需留意連接器的極限電流;傳輸高頻信號(hào)如LVDS、PCIe等信號(hào)時(shí)，需留意接觸電阻。連接器應(yīng)具有低且恒定的接觸電阻，一般是幾十mΩ至數(shù)百mΩ。

3. 環(huán)境性能

連接器環(huán)境性能主要包括：耐溫、耐濕、耐鹽霧、振動(dòng)、沖擊等。根據(jù)具體的應(yīng)用環(huán)境選擇。如應(yīng)用環(huán)境較為潮濕時(shí)，對(duì)于連接器的耐濕、耐鹽霧要求就高，避免連接器的金屬觸點(diǎn)被銹蝕。在工控領(lǐng)域，對(duì)連接器抗振動(dòng)沖擊性能要求就高，以免連接器在振動(dòng)過(guò)程中脫落。

4. 機(jī)械性能

連接器機(jī)械性能包括拔插力、機(jī)械防呆等。機(jī)械防呆對(duì)連接器非常重要，一旦插反，很可能對(duì)電路造成不可逆的損傷!

拔插力分為插入力和分離力。相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中有規(guī)定最大插入力和最小分離力，從使用角度看，插入力要小，分離力要大。分離力過(guò)小會(huì)降低接觸的可靠性，然而對(duì)于經(jīng)常需要插拔的連接器，分離力過(guò)大會(huì)增加拔出難度，降低機(jī)械壽命。

以我們的P800Flash編程器為例，在前期研發(fā)過(guò)程中曾選用下圖所示的牛角連接器作為編程器和適配板間的連接器。這種連接器接觸緊密，成本低。缺點(diǎn)是機(jī)械防呆不明顯，分離力過(guò)大。在更換編程器適配板過(guò)程中，需借助工具如鑷子才可將這對(duì)連接器分離開，影響用戶體驗(yàn)。

為解決連接器分離力過(guò)大的問(wèn)題，我們?cè)O(shè)計(jì)了結(jié)構(gòu)復(fù)雜的輔助起拔器，增加成本的同時(shí)，拔出效果卻不明顯。

之后我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)鈑金蓋板，將適配板固定到蓋板上，通過(guò)拔蓋板實(shí)現(xiàn)分離連接器的目的。實(shí)際測(cè)試效果并不理想，甚至出現(xiàn)連接器塑料邊崩裂、針腳歪斜的現(xiàn)象。

為了減小連接器分離力，方便用戶插拔適配板，我們做出了很多嘗試，終于在摸索的道路上找到了一盞明燈，最終選用下圖所示的連接器，并修改PCB和產(chǎn)品外殼結(jié)構(gòu)。

實(shí)際測(cè)試表明，這種連接器由于插槽具有唯一方向性，防呆效果明顯，且插入力小，分離力適中，插拔手感佳，極大地提升了插拔件的使用便利性。

“細(xì)節(jié)決定成敗”，正是連接器這種一個(gè)個(gè)不起眼的細(xì)節(jié)，決定了產(chǎn)品是否具有良好的用戶體驗(yàn)，是否能保持足夠的競(jìng)爭(zhēng)力，切記不可隨意而為!