Techninė ataskaita: „Board-to-Board“ jungtys, skirtos pramoniniams jutikliams ir kamerų sistemoms
Greitesni, mažesni, patvaresni: naudojami pramoniniuose jutikliuose ir kamerų sistemose, jungtys turi atitikti vis daugiau reikalavimų. Tendencija krypsta į modulinį dizainą. Naudojant „board-to-board“ jungtis, spausdintines plokštes galima lanksčiai sujungti tarpusavyje ir taip iš esmės nustatyti jutiklio funkcionalumą. Pramonės 4.0 laikais jungtys turi būti ne tik vis mažesnės ir galingesnės – be miniatiūrizacijos ir didelio greičio, naudojimas pramoninėje aplinkoje dažnai reikalauja ypatingo tvirtumo. Šis vadovas padės jums rasti tinkamą jungtį jūsų mašinų regos sistemai.
Kuriant šiuolaikinius jutiklius ir kamerų sistemas pramoniniam naudojimui, pagrindinis dėmesys skiriamas trims reikalavimams: greitam duomenų perdavimui, miniatiūrizacijai ir patvarumui. Šių reikalavimų retai kada galima vertinti atskirai vieną nuo kito, tačiau, priklausomai nuo prioritetų, galima rasti jūsų taikymui tinkamiausią jungtį.
Greitasis duomenų perdavimas
Didžiųjų duomenų, IoT ir IIoT eroje pramoninėje aplinkoje naudojamiems pažangiesiems jutikliams ir kameroms taip pat reikalingas saugus didelės spartos duomenų perdavimas. Jungtys, skirtos didelės spartos taikymams, turėtų turėti atitinkamai aukštos kokybės kontaktų konstrukciją. Kadangi dėl savo geometrijos jungtis kelia tam tikrą riziką, susijusią su impedanso pokyčiais, kuriant didelės spartos jungtis ypatingas dėmesys skiriamas kontaktų konstrukcijos optimizavimui, siekiant kontroliuoti impedansą. Šiuo atveju svarbu, jei įmanoma, iki minimumo sumažinti jungties skerspjūvio pokyčius, nes jie sukelia impedanso svyravimus, o tai savo ruožtu lemia signalų perdavimo nuostolius.
Miniatiūrinių konstrukcijų atveju jungtys taip pat turėtų būti ekranuotos nuo elektromagnetinių trukdžių, nes ypač aukšto dažnio signalai yra labai jautrūs nepageidaujamiems elektromagnetiniams poveikiams. Šiuo atveju net ir nedidelis impulsas gali pakakti, kad iškreiptų naudingąjį signalą, dėl ko imtuvas nebegalės vienareikšmiškai interpretuoti skaitmeninių būsenų.
Jungtis gali atlikti tiek trikdžių šaltinio, tiek trikdžių šalinimo vaidmenį, t. y. viena vertus, būti veikiama kitų surinkimo komponentų, o kita vertus, pati daryti elektromagnetinį poveikį aplinkiniams komponentams. Jungtį abiem funkcijomis – šaltiniu ir šalinimo elementu – galima apibūdinti naudojant jungties induktyvumą LK, matuojamą pikohenriais (pH). Paprasta matavimo schema padeda vartotojams išsiaiškinti, kokia jungtis ir kokia išvadų konfigūracija yra būtina arba optimali jų konkrečiai taikymui. Tam reikia sutrikdyti naudingąjį signalą naudojant impulsų generatorių ir išmatuoti didžiausią leistiną jungiamąją induktyvumą. Jei žinoma indukuota įtampa (Uind), generatoriaus įtampa (UGen) ir generatoriaus konstanta (kGen), kiekvienai taikymui galima nustatyti atitinkamą, didžiausią leistiną jungimo induktyvumą (L) pagal šią formulę:
L = Uind / (UGen * kGen)
Sąsajos induktyvumas taip pat padeda vartotojui pasirinkti tinkamą jungtį, atsižvelgiant į jos elektromagnetinį suderinamumą. Taip galima išvengti brangių ir laiko atžvilgiu imlių bandymų ir klaidų metodų taikymo EMC laboratorijoje. Be to, sąsajos
induktyvumą galima sumažinti naudojant ekranavimą. Štai pavyzdys: HDMI signalui esant 4,4 kV įtampai buvo nustatyta konkrečiam atvejui būdinga maksimali jungiamoji induktyvumas – 47 pH. Jei vertė viršija šią ribą, signalas nebegali būti perduodamas be trikdžių. Toliau pateiktame paveiksle matyti, kad naudojant ekranavimo koncepciją jungiamoji induktyvumas buvo žymiai sumažintas.
Jungtis gali atlikti tiek trikdžių šaltinio, tiek trikdžių šalinimo vaidmenį, t. y. viena vertus, būti veikiama kitų surinkimo komponentų, o kita vertus, pati daryti elektromagnetinį poveikį aplinkiniams komponentams. Jungtį abiem funkcijomis – šaltiniu ir šalinimo elementu – galima apibūdinti naudojant jungties induktyvumą LK, matuojamą pikohenriais (pH). Paprasta matavimo schema padeda vartotojams išsiaiškinti, kokia jungtis ir kokia išvadų konfigūracija yra būtina arba optimali jų konkrečiai taikymui. Tam reikia sutrikdyti naudingąjį signalą naudojant impulsų generatorių ir išmatuoti didžiausią leistiną jungiamąją induktyvumą. Jei žinoma indukuota įtampa (Uind), generatoriaus įtampa (UGen) ir generatoriaus konstanta (kGen), kiekvienai taikymui galima nustatyti atitinkamą, didžiausią leistiną jungimo induktyvumą (L) pagal šią formulę:
L = Uind / (UGen * kGen)
Sąsajos induktyvumas taip pat padeda vartotojui pasirinkti tinkamą jungtį, atsižvelgiant į jos elektromagnetinį suderinamumą. Taip galima išvengti brangių ir laiko atžvilgiu imlių bandymų ir klaidų metodų taikymo EMC laboratorijoje. Be to, sąsajos
induktyvumą galima sumažinti naudojant ekranavimą. Štai pavyzdys: HDMI signalui esant 4,4 kV įtampai buvo nustatyta konkrečiam atvejui būdinga maksimali jungiamoji induktyvumas – 47 pH. Jei vertė viršija šią ribą, signalas nebegali būti perduodamas be trikdžių. Toliau pateiktame paveiksle matyti, kad naudojant ekranavimo koncepciją jungiamoji induktyvumas buvo žymiai sumažintas.
Tiek neekranuotoje, tiek ekranuotoje versijose „Boardlock“ jungtys ir išoriniai kontaktai buvo prijungti prie žemės potencialo, o signalas buvo perduodamas per kontaktų porą. Išmatuotas jungiamosios induktyvumo vertes galima pademonstruoti naudojant elektrinio ir magnetinio lauko spalvinius pasiskirstymus. Simuliacija su neekranuotu jungikliu parodė, kad šiuo atveju susidaro iki 196 pH jungiamoji induktyvumas. Esant nustatytai 47 pH ribinei vertei, nebūtų užtikrintas netrikdomas signalo perdavimas. Tuo tarpu ekranuoto jungties atveju susiejimo induktyvumo vertės yra nuo 1 iki 4 pH. Taigi, ekranuojant jas buvo galima sumažinti maždaug 50 kartų ir taip užtikrinti netrikdomą perdavimą. Esant didesniam polių skaičiui, netgi įmanoma sumažinti 100–200 kartų.
Vartotojui ekranavimas turi dvejopą teigiamą poveikį: viena vertus, jungtis dėl to mažiau veikia kaip trikdžių šaltinis, kita vertus, dėl ekranavimo ji sudaro mažesnį trikdžių šaltinį signalams. Naudojant ekranuotas jungtis, jas dabar galima išdėstyti arčiau trikdžių šaltinių ir trikdžių šaltinių plokštėje. Be to, tai leidžia pasiekti aukštesnę galios klasę atliekant privalomus elektros prietaiso impulsinių ir viršįtampių bandymus.
Vartotojui ekranavimas turi dvejopą teigiamą poveikį: viena vertus, jungtis dėl to mažiau veikia kaip trikdžių šaltinis, kita vertus, dėl ekranavimo ji sudaro mažesnį trikdžių šaltinį signalams. Naudojant ekranuotas jungtis, jas dabar galima išdėstyti arčiau trikdžių šaltinių ir trikdžių šaltinių plokštėje. Be to, tai leidžia pasiekti aukštesnę galios klasę atliekant privalomus elektros prietaiso impulsinių ir viršįtampių bandymus.
miniatiūrizacija
Nepaisant vis didesnės funkcijų integracijos, jutiklių ir kamerų sistemų matmenys neturi didėti. Dažniausiai pramoninėje automatikoje netgi reikalaujama nuolatinės miniatiūrizacijos, kad mašinas būtų galima gaminti vis kompaktiškesnes. Taip pat tendencija kurti modulinės konstrukcijos jutiklius ar kameras reikalauja naudoti atitinkamai miniatiūrizuotus jungiklius. Todėl per pastaruosius dešimtmečius jungtys, išlaikydamos beveik identišką našumą, sumažėjo iki tik dalies savo pradinio dydžio.
Paviršinio montavimo technologija tinka taikymams, kuriuose montavimo erdvė yra ypač ribota. Ji ypač taupo vietą, nes leidžia montuoti komponentus ant abiejų plokštės pusių ir naudoti mažus tarpelius. Naudojant įspaudimo technologiją, dėl įspaudimo proceso metu veikiančių fizinių jėgų, pavyzdžiui, nebūtų įmanoma pasiekti tik 0,5 mm tankio – taip pat ir abipusio spausdintinės plokštės montavimo. Miniatiūrizuotų taikymų atveju, renkantis tinkamą jungtį, reikia atsižvelgti į dar vieną svarbų kriterijų: tokiu atveju jautrūs komponento elementai dažnai yra labai arti vienas kito. Dėl to padidėja tarpusavio elektromagnetinio poveikio rizika. Žinoma, jūsų taikymo atveju duomenų perdavimas jokiu būdu neturi būti trikdomas, iškraipomas ar netgi sustabdytas. Dėl šios priežasties EM apsauga tampa vis svarbesnė. Siekiant išvengti signalų trikdžių, kaip ir greitaeigių jungčių atveju, rekomenduojama rinktis ekranuotą jungtį.
Tvirtumas
Jutikliai ir kamerų sistemos, naudojamos arti mašinų, yra ypač veikiami nepalankių aplinkos veiksnių. Siekiant apsaugoti elektroniką nuo šių išorinių veiksnių, visą mazgą galima užpilti hermetizuojančia mase. Tačiau tam reikalingas su hermetizavimu suderinamas jungčių sprendimas. Įprastos jungtys čia akivaizdžiai nepalankioje padėtyje, nes pažeidžiama jungties sritis turi būti apsaugota nuo hermetizuojančios masės. Naudojama spyruoklinių peilių kontaktų technologija šiuo atveju neatitiktų šių medžiagų reikalaujamo IP apsaugos laipsnio.
Todėl renkantis tinkamą jungtį reikia atkreipti dėmesį į tai, kad būtų pasirinktas vientisas jungties sprendimas, t. y. jungtis, kuriai nereikia įprastos jungimo zonos. Tokiu būdu užpildymo masė užtikrina ilgalaikį ir patvarų jungties sprendimą, tačiau ji negali patekti į kontaktų zoną.
Jei reikia patikrinti elektroninių komponentų patvarumą, tai galima padaryti laboratorinių bandymų metu. Tuomet standartizuotas smūgio profilis (profile) turi atitikti numatytą būseną (control), t. y. 50 g pagreitį su 20 procentų nuokrypiu (high abort ir low abort). Pagal DIN EN 60068-2-27 leidžiama kontaktų pertrauka ≤ 1 µs.
Jei reikia patikrinti elektroninių komponentų patvarumą, tai galima padaryti laboratorinių bandymų metu. Tuomet standartizuotas smūgio profilis (profile) turi atitikti numatytą būseną (control), t. y. 50 g pagreitį su 20 procentų nuokrypiu (high abort ir low abort). Pagal DIN EN 60068-2-27 leidžiama kontaktų pertrauka ≤ 1 µs.
Jei jūsų įrenginyje jungtis yra veikiama itin stiprių išorinių aplinkos veiksnių, tokių kaip vibracija, smūgiai, drėgmė, nešvarumai, ekstremalios temperatūros ar temperatūros svyravimai, reikalingas ypatingas patvarumas. Jūsų mazgo hermetizavimas gali padėti, tačiau patartina nepasikliauti vien tik juo. Vietoj to rekomenduojama derinti hermetizavimą ir įspaudimo technologiją. Pastaroji jau milijardus kartų pasiteisino ir laikoma tvirčiausia bei patikimiausia jungties galimybe – net ir nepalankiomis sąlygomis. Įspaudimo technologijos metu jungties kaištis (pin) įspaudžiamas į perėjimu sujungtą spausdintinės plokštės skylę, taip sukuriant tiek elektrinį, tiek mechaninį ryšį tarp jungties ir spausdintinės plokštės. Tuo pačiu metu galima sutaupyti iki 50 procentų išlaidų, nes išvengiama sudėtingų litavimo darbų ir brangių kabelių sprendimų. Jei nėra pažeidžiamos jungties srities, jungtis, naudojant įspaudimo technologiją, gali atlaikyti net 50–200 g smūgines apkrovas be ryšio nutraukimo.
Kai reikalingi universalūs specialistai
Teoriškai šiuos reikalavimus – didelės spartos duomenų perdavimą, miniatiūriškumą ir patvarumą – galima vertinti kaip gana aiškiai atskirus dalykus. Tačiau kaip vartotojas jūs tikriausiai pastebėsite, kad jums reikalingas jungtis retai kada turi atitikti tik vieną iš šių reikalavimų. Dėl šios priežasties daugelis jungčių atitinka kelis iš šių kriterijų, tačiau skirtingu mastu. Kai kuriais atvejais taip pat verta atkreipti dėmesį į „universalius“ jungiklius. Pavyzdžiui, jei vienu metu naudojami keli jungikliai, rekomenduojama rinktis produktų šeimą, pasižyminčią dideliu mastelio keitimu. Taip galima išvengti laiko ir išlaidų reikalaujančių patvirtinimo ciklų ir kartu užtikrinti, kad visi jungiklių šeimos produktai būtų tarpusavyje suderinami – nesvarbu, ar jie ekranuoti, neekranuoti, tiesūs ar kampuoti.
Turite klausimų?
Kaip spausdintinių plokščių jungčių ir kontaktų ekspertai, mielai dalijamės savo žiniomis, pvz., per jums pritaikytus internetinius seminarus:
www.webinar.ept-group.de
Arba tiesiogiai susisiekite su mumis dėl visų klausimų, susijusių su jungtimis!
ept GmbH
Bergwerkstr. 50
86971 Peiting, VOKIETIJA
Tel. +49 (0) 88 61 2501-0
Faksas +49 (0) 88 61 2501-700
www.ept.de sales@ept.de
www.webinar.ept-group.de
Arba tiesiogiai susisiekite su mumis dėl visų klausimų, susijusių su jungtimis!
ept GmbH
Bergwerkstr. 50
86971 Peiting, VOKIETIJA
Tel. +49 (0) 88 61 2501-0
Faksas +49 (0) 88 61 2501-700
www.ept.de sales@ept.de