Análisis integral de conectores eléctricos en aplicaciones de señalización.

Los conectores se utilizan para transmitir señales y energía. Hay algunas diferencias entre estas aplicaciones. Las dos diferencias más importantes son la aplicación de corriente/voltaje y el aumento de temperatura del conector.

Con respecto a la corriente y el voltaje, la corriente se usa a menudo como una aplicación de señal, pero es más común usar voltaje, que es más de "baja potencia". Por ejemplo, una corriente de aplicación de menos de 1 amperio generalmente se considera una aplicación de señal y una corriente de más de 10 amperios se considera una aplicación de potencia. Sin embargo, esta “definición” es muy limitada. Por ejemplo, para conectores pequeños, el caudal de corriente es de 1 amperio o menos. Esto se debe a la sección transversal de contacto. Este contacto elevará la temperatura en 1 amperio. Esto conducirá a la segunda diferencia. La temperatura sube.

Por lo general, existe un estándar que trata el aumento de temperatura (T rise) a 30 ° C como energización. Aunque esta norma está formulada arbitrariamente, de hecho se basa en la orientación de las compañías de seguros sobre la seguridad de los electrodomésticos. En esta discusión, el aumento de temperatura (aumento de T) se utilizará para juzgar el estándar de velocidad actual. Sin embargo, dependiendo de los requisitos de la aplicación, aún se puede aceptar un aumento de temperatura más alto (aumento de T). Según esta norma, si el aumento de temperatura relevante (T rise) es inferior a 10 °C, se considera una aplicación de señal; si el aumento de temperatura es superior a 20 °C, se considera una aplicación eléctrica.

Para las aplicaciones de suministro de energía, los estándares de corriente/voltaje y aumento de temperatura (T rise) son importantes. Sin embargo, sigue siendo controvertido si son particularmente importantes para las aplicaciones de señales. Existe otro conjunto de criterios, es decir, la frecuencia de corriente/voltaje es más importante para la aplicación de conectores de señal. Las aplicaciones de señales se discutirán en el contexto de la frecuencia.

Análisis integral de conectores eléctricos en aplicaciones de señalización.

En las aplicaciones de señales, el enfoque de las aplicaciones de señales será mantener la integridad de la señal, especialmente el tiempo de subida y la forma de onda de la señal. Para aplicaciones de potencia, el resultado de la distribución de potencia del conector es encontrar el valor mínimo del parámetro de la corriente más relevante en el sistema.

1 aplicación de señal

La aplicación de los conectores de señal es la transmisión de formas de onda de corriente o tensión entre dos puntos. Además del hecho de que no hay una pérdida inaceptable de ganancia o frecuencia, también se debe mantener la forma y la forma de onda de la ganancia. De cualquier manera, la forma de onda es inaceptable. Debido a que la amplitud de estos voltajes y corrientes suele ser relativamente grande y baja (en aplicaciones de señal grande, el voltaje típico es de unos pocos voltios y unos pocos miliamperios), a través de la comunicación mutua se producirá cierta atenuación, lo cual es muy perjudicial. Las características de los conectores de señal pueden conducir a dos temas generales, a saber, la calidad de transmisión de la señal (STQ) y la compatibilidad electromagnética (EMC).

La calidad de transmisión de señal (STQ) se refiere a la transmisión de señal de alta velocidad sin picos inaceptables causados por la pérdida de formas de onda de señal en conectores y sistemas interconectados. Los componentes de pérdida incluyen diafonía, retrasos de valor agregado y los resultados de las fluctuaciones de impedancia características relacionadas con la propagación y reflexión de la señal. STQ se refiere a la protección de la transmisión y las formas de onda de señal requeridas en los sistemas electrónicos.

Por otro lado, EMC se enfoca en eliminar o compatibilizar con ondas electromagnéticas externas, ruido e interferencias para evitar la atenuación de la señal. Cuando se detecta EMC en un dispositivo de comunicación interactivo, se utilizarán medidas como blindaje, filtrado y conexión a tierra para controlar la interferencia electromagnética (EMI) y la interferencia de radiofrecuencia (RFI), que en conjunto constituyen EMC.

La aplicación de la señal puede ser analógica o digital. La aplicación de la cantidad analógica necesita atención especial a la forma de onda, porque la forma de onda es esencialmente una señal de transmisión. Siempre que la forma de onda sea uniforme, se puede permitir una ligera pérdida de amplificación de la forma de onda. Como es bien sabido, los límites de frecuencia de cruce están incluidos en la forma de onda. Si falta alguno de los dos estándares, la señal se distorsionará.

En esta discusión, la razón para centrarse en las aplicaciones de señales digitales es que, para las aplicaciones digitales, los conectores suelen ser más urgentes que para las aplicaciones analógicas. En aplicaciones digitales, la frecuencia de la señal tiene una influencia decisiva en los requisitos del conector y las consideraciones de diseño.

La frecuencia anterior incluye dos aspectos: la frecuencia del pulso de la señal, el pulso de tiempo del día y la frecuencia de tiempo de subida del pulso en sí. Generalmente, el tiempo de subida del pulso se utilizará como el factor dominante porque la frecuencia del pulso de subida rápida es más alta que la frecuencia del pulso del reloj. Su valor máximo de frecuencia Vm, el tiempo de subida del pulso Tγ se puede expresar aproximadamente como:

Vm = 0,35 / Tγ

Correspondiente al tiempo de subida de 1 nanosegundo, la frecuencia máxima es de 350 MHz, lo que supera la frecuencia de reloj típica. En el pedido de computadoras personales de 160 MHz con un historial de 1996, el tiempo de subida del pulso se utilizará como una consideración importante. En este caso, el conector debe poder transmitir una forma de onda de pulso no atenuante, y la forma de onda de pulso incluye consideraciones que incluyen tiempo de subida y voltaje/amplitud. Cuando el tamaño del conector sea equivalente a la longitud del pulso electrónico, la aplicación de la señal dependerá de estas consideraciones. En otras palabras, en estas condiciones, el conector puede considerarse como un canal de transmisión. Hay muchas formas de elegir la longitud de onda electromagnética adecuada para tomar esta decisión. El método utilizado en esta discusión está relacionado con el tamaño del conector y la longitud de subida de la onda electromagnética pulsada. La longitud del aumento de la onda electromagnética pulsada es la distancia de la señal desde cero hasta el voltaje máximo a lo largo del conductor. Dada la siguiente fórmula:

Lr = Vp y TIEMPOS; Tγ

La velocidad de propagación de la señal viene dada por la siguiente fórmula:

Vp = C (εeff) 1/2

Donde C = velocidad de la luz
εeff = constante dieléctrica efectiva del medio de propagación

La constante dieléctrica efectiva tiene en cuenta los cambios en la composición del material, como la geometría del polímero de aire en el aislador de espuma o el conector/cavidad de aire del aislador. En este caso, es necesario un valor promedio adecuado de una sola constante dieléctrica.

La idea principal de esta discusión es que en la dirección de transmisión de la señal, la longitud del conector es mayor a 0.3Lr y el conector puede considerarse como un canal de transmisión. Para conectores y placas de circuito impreso, un valor adecuado de constante dieléctrica efectiva es de aproximadamente 4. Respectivamente, para pulsos con tiempos de subida de 1 y 10 nanosegundos, respectivamente, las longitudes críticas de los componentes son 2 y 202, respectivamente.

De acuerdo con este estándar, es obvio que la longitud de las placas de circuito impreso y los cables suele ser de 10/8, lo que debe considerarse como un canal de transmisión para pulsos superiores a 10 nanosegundos. De hecho, en los últimos años, se han aplicado reglas de diseño para canales de transmisión a PWB y cables. En los cables PWB y de impedancia controlable, la geometría suele ser microbloques y microbandas. En la técnica anterior, cuando el tiempo de subida de la señal supera la especificación de menos de 10 nanosegundos, el conector debe considerarse como un canal de transmisión de señales. En tales aplicaciones, los parámetros del canal de transmisión (como la impedancia característica y la diafonía) reemplazarán la resistencia de contacto, que es una consideración de rendimiento "crítica".

2 La base del canal de transmisión

Antes de discutir el canal de transmisión, analicemos brevemente la propagación secuencial de las ondas electromagnéticas. Las ondas electromagnéticas se componen de dos áreas perpendiculares entre sí. La relación equivalente de las características de las olas es la siguiente:

C = λυ

Donde C = velocidad de la luz en el vacío

λ = longitud de onda

υ = frecuencia de onda