用于軍用和航空設(shè)計(jì)的COTS連接器

用于軍用和航空設(shè)計(jì)的COTS連接器
COTS Connectors for Military and Aerospace Designs
專門的軍用連接器存在的日子已經(jīng)屈指可數(shù)，因此電纜和連接器產(chǎn)業(yè)正在徹底改造這種接口器件。
By Ernest Worthman

軍品的研發(fā)正承受巨大的壓力——要在任何可能的地方都采用COTS（Commercial Off The Shelf，商業(yè)上現(xiàn)成的）的元件，這已經(jīng)不是什么秘密了?；ヂ?lián)是一個(gè)承受的壓力最為猛烈的區(qū)域，因?yàn)?，與其他一些尖端的元件相比，連接器是一種相對(duì)而言不那么復(fù)雜的器件。
對(duì)于軍品和航空應(yīng)用來(lái)說(shuō)，連接器設(shè)計(jì)者面臨的最大問(wèn)題是高速度（HS）和高密度（HD）。這兩項(xiàng)要求在很大程度上給成本的控制和商業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的滿足帶來(lái)了麻煩。它們還對(duì)連接器設(shè)計(jì)帶來(lái)了挑戰(zhàn)，因?yàn)檫B接器必須也要滿足這些HS/HD要求以及其他一些與HS/HD相抵觸的要求。其中的一些要求是：極寬的/極端的溫度條件；ESD耐受力/抗擾性；超微型化的占地面積（0.025英寸或更小的間距）；密封封裝；阻抗可控的接觸；很短的電器行程以及加固的構(gòu)造。

數(shù)字化難題
隨著越來(lái)越多的電路和元件從模擬向數(shù)字化轉(zhuǎn)移，新的復(fù)雜問(wèn)題又凸現(xiàn)出來(lái)。首先數(shù)字元件和電路的物理尺寸一般要小于模擬的。這就需要連接器相應(yīng)的進(jìn)行改進(jìn)。但重量的減輕和占地面積的減小卻由于各種規(guī)范的規(guī)定而卻受到了種種限制。
例如，要開發(fā)0.025英寸間距的、能滿足MIL－C－83513規(guī)范的連接器，往往需要采用金屬外殼，但留出的空間卻很緊張，因此典型的、能承受沖擊和振動(dòng)以及配合－解配合的引腳和插座系統(tǒng)一般并不可行。人們的第一個(gè)念頭一般是找出一種即能滿足尺寸要求又能保證堅(jiān)固性的金屬材料。一般而言，人們已經(jīng)對(duì)各種不同的金屬進(jìn)行了適用性檢驗(yàn)。一種已經(jīng)出現(xiàn)的解決方案是鈹青銅（BeCu）實(shí)體材料制成的鍍金的插孔。只要有足夠大的銷路的話，這種設(shè)計(jì)可以很容易商品化。

來(lái)談?wù)勳o電
軍用規(guī)范中另一個(gè)關(guān)鍵性要求是ESD（靜電放電）。當(dāng)前電磁脈沖彈和電子炸彈等特殊的電子武器的開發(fā)，ESD將是一項(xiàng)關(guān)鍵性的性能參數(shù)。
隨著對(duì)能將數(shù)據(jù)以Mbit速度移動(dòng)的數(shù)字電路（幾乎變成了電氣噪聲和干擾的運(yùn)動(dòng)場(chǎng)）的需求越來(lái)越大，EMI屏蔽在多種軍事和航空應(yīng)用中變得越來(lái)越重要。隨著微型化成為標(biāo)準(zhǔn)，電路變得越來(lái)越擁擠和集成化，使得EMI/ESD屏蔽元件的重要性日益上升。
對(duì)這一方面問(wèn)題的解決方法包括，譬如說(shuō)，在電纜上加上一直密封到連接器的屏蔽，以保證信號(hào)通路的完整性。這種設(shè)計(jì)一般采用不銹鋼質(zhì)的辮形屏蔽層，將電纜包封起來(lái)，在其進(jìn)入連接器背面時(shí)實(shí)現(xiàn)密封。這種方法可以有效地將相鄰電路隔離開。

連接器現(xiàn)在也是一種元件
在軍事上，現(xiàn)在趨向于不再將連接器視為獨(dú)立的元件，而將其看作是系統(tǒng)的一部分。看起來(lái)，政府似乎將整個(gè)電路板都視為一個(gè)元件，而不將它看出一個(gè)插入的模塊。這帶來(lái)了一些有趣的結(jié)果。例如，現(xiàn)在可以將連接器集成到電路板上，而原來(lái)它可以是獨(dú)立的部件。
在這種情況下，整塊電路板都必須滿足特定的軍品規(guī)范，而這一規(guī)范可以與連接器的規(guī)范相同，也可能與之不同。商業(yè)用的連接器在防振動(dòng)方面可能未達(dá)到軍品規(guī)范。不過(guò)，機(jī)箱設(shè)計(jì)可以包括減振措施，從而減小連接器測(cè)試結(jié)果與機(jī)箱將要受到的測(cè)試的結(jié)果間的差別。

嶄露頭角的新設(shè)計(jì)
軍事與航空領(lǐng)域?qū)Ω咚俣鹊膽?yīng)用、噪聲抑制和FibreChannel協(xié)議的采用有著越來(lái)越大的需求，這催生了新的一類標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品。
解決方法之一是：OEM們正在開發(fā)的、4軸觸點(diǎn)以及在Size 8觸點(diǎn)中的高速銅連接。由于將4股電纜分組并對(duì)稱排列，這種設(shè)計(jì)已經(jīng)展現(xiàn)出對(duì)發(fā)射噪聲的控制能力。
在光纖技術(shù)前沿，擴(kuò)束光纖互聯(lián)技術(shù)可以在極端的振動(dòng)和高熱環(huán)境下提供極高的可靠性。這些光纖密封在玻璃透鏡背后，從而有防塵、防潮、防泥以及防止其他粘污的能力。雖然擴(kuò)束連接器尚未得到廣泛的應(yīng)用（主要由于成本和性能較低等原因），但最近在精密加工、計(jì)量和連接器設(shè)計(jì)方面的進(jìn)步已經(jīng)使得它們?cè)趦r(jià)格和性能方面能達(dá)到常規(guī)連接器的水平。

技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
對(duì)于尖端技術(shù)的最新的需求是納米連接器。大多數(shù)電路板現(xiàn)在無(wú)法支持小于25mil的連接器——PCB工藝還沒(méi)有跟上電路密度的提升。一個(gè)解決方法是在未來(lái)的電路板上制造表面貼裝型的、直接與PC板連接的納米連接器。這可消除一級(jí)連線。
在軍用和航空連接器領(lǐng)域還存在一些在典型的商業(yè)應(yīng)用中不存在的設(shè)計(jì)問(wèn)題。設(shè)計(jì)上的挑戰(zhàn)是要找出一條途徑，讓軍用版的低壓電路能適應(yīng)不斷縮小的間距參數(shù)，同時(shí)保持足夠的可靠性。一些軍用品的功率水平仍足以將微間距的連接器燒毀。
在高速SCSI接口方面出現(xiàn)了某些成功的實(shí)例——LVDS（Low-Voltage Differential Signaling）。這種方法可以提供穩(wěn)定的阻抗差分信號(hào)，與高速信令方案（如LVDS）兼容。這在軍用航空上特別受歡迎，因?yàn)樗诟邤?shù)據(jù)率下是如此的可靠，以至于可以方便地對(duì)阻抗進(jìn)行管理。