硬件設(shè)計(jì)如何選擇連接器

電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)越來越趨向于模塊化，不同功能模塊經(jīng)過有機(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，實(shí)現(xiàn)電源或信號(hào)的傳輸。通過連接器，可以使電路模塊化，簡(jiǎn)化電子產(chǎn)品的裝配過程，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)不宜過多。因?yàn)樵谫N片機(jī)焊接過程中，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，分離力過大。在更換編程器適配板過程中，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大的問題，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！