Análise abrangente de conectores elétricos em aplicações de sinal
Os conectores são usados para transmitir sinais e energia. Existem algumas diferenças entre esses aplicativos. As duas diferenças mais importantes são a aplicação de corrente/tensão e o aumento de temperatura do conector.
Com relação à corrente e tensão, a corrente é frequentemente usada como aplicação de sinal, mas o uso de tensão é mais comum, que é mais “baixa potência”. Por exemplo, uma corrente de aplicação inferior a 1 ampere é geralmente considerada uma aplicação de sinal e uma corrente de mais de 10 amperes é considerada uma aplicação de potência. No entanto, esta “definição” é muito limitada. Por exemplo, para conectores pequenos, a taxa de fluxo de corrente é de 1 ampere ou menos. Isto é devido à seção transversal do contato. Este contato aumentará a temperatura em 1 ampere. Isso levará à segunda diferença. A temperatura sobe.
Geralmente existe uma norma que trata o aumento de temperatura (T rise) até 30°C como energização. Embora esta norma seja formulada de forma arbitrária, na verdade é baseada na orientação das companhias de seguros sobre a segurança de eletrodomésticos. Nesta discussão, o aumento de temperatura (aumento T) será usado para julgar o padrão de velocidade atual. No entanto, dependendo dos requisitos da aplicação, um aumento de temperatura mais alto (aumento T) ainda pode ser aceito. De acordo com esta norma, se o aumento de temperatura relevante (T rise) for inferior a 10 ° C, é considerado uma aplicação de sinal; se o aumento de temperatura for superior a 20 ° C, é considerado uma aplicação elétrica.
Para aplicações de fonte de alimentação, os padrões de corrente/tensão e aumento de temperatura (T rise) são importantes. No entanto, se eles são particularmente importantes para aplicações de sinal permanece controverso. Existe outro conjunto de critérios, ou seja, a frequência de corrente/tensão é mais importante para a aplicação de conectores de sinal. As aplicações de sinais serão discutidas no contexto da frequência.
Análise abrangente de conectores elétricos em aplicações de sinal
Em aplicações de sinal, o foco das aplicações de sinal será manter a integridade do sinal, especialmente o tempo de subida do sinal e a forma de onda. Para aplicações de energia, o resultado da distribuição de energia do conector é encontrar o valor mínimo do parâmetro da corrente mais relevante no sistema.
1 Aplicação de sinal
A aplicação de conectores de sinal é a transmissão de formas de onda de corrente ou tensão entre dois pontos. Além do fato de que não há perda inaceitável de ganho ou frequência, a forma e a forma de onda do ganho também devem ser mantidas. De qualquer forma, a forma de onda é inaceitável. Como a amplitude dessas tensões e correntes geralmente é relativamente grande e baixa (em aplicações de grandes sinais, a tensão típica é de alguns volts e alguns miliamperes), a comunicação mútua causará alguma atenuação, o que é muito prejudicial. As características dos conectores de sinal podem levar a dois grandes tópicos, a saber, qualidade de transmissão de sinal (STQ) e compatibilidade eletromagnética (EMC).
A qualidade de transmissão de sinal (STQ) refere-se à transmissão de sinal de alta velocidade sem picos inaceitáveis causados pela perda de formas de onda de sinal em conectores e sistemas interconectados. Os componentes de perda incluem diafonia, atrasos de valor agregado e os resultados de flutuações de impedância características relacionadas à propagação e reflexão do sinal. STQ refere-se à proteção da transmissão e formas de onda de sinal necessárias em sistemas eletrônicos.
Por outro lado, a EMC se concentra na eliminação ou compatibilidade com ondas eletromagnéticas externas, ruídos e interferências para evitar a atenuação do sinal. Quando a EMC for detectada em um dispositivo de comunicação interativo, medidas como blindagem, filtragem e aterramento serão usadas para controlar a interferência eletromagnética (EMI) e a interferência de radiofrequência (RFI), que juntas constituem a EMC.
A aplicação do sinal pode ser analógica ou digital. A aplicação da grandeza analógica requer atenção especial à forma de onda, pois a forma de onda é essencialmente um sinal de transmissão. Desde que a forma de onda seja uniforme, pode ser permitida uma ligeira perda de amplificação da forma de onda. Como é bem conhecido, os limites de frequência de cruzamento são incluídos na forma de onda. Se um dos dois padrões estiver faltando, o sinal será distorcido.
Nesta discussão, a razão para focar em aplicações de sinais digitais é que para aplicações digitais, os conectores são geralmente mais urgentes do que para aplicações analógicas. Em aplicações digitais, a frequência do sinal tem uma influência decisiva nos requisitos do conector e nas considerações de projeto.
A frequência acima inclui dois aspectos: a frequência do pulso de sinal, o pulso de tempo do dia e a frequência de tempo de subida do próprio pulso. Geralmente, o tempo de subida do pulso será usado como o fator dominante porque a frequência do pulso de subida rápida é maior que a frequência do pulso de clock. Seu valor de frequência máxima Vm, tempo de subida do pulso Tγ pode ser aproximadamente expresso como:
Vm = 0,35 / Tγ
Correspondendo ao tempo de subida de 1 nanossegundo, a frequência máxima é de 350 MHZ, que excede a frequência de clock típica. No pedido de computador pessoal de 160 MHz com histórico de 1996, o tempo de subida do pulso será usado como uma consideração importante. Nesse caso, o conector deve ser capaz de transmitir uma forma de onda de pulso não atenuante, e a forma de onda de pulso inclui considerações que incluem tempo de subida e tensão/amplitude. Quando o tamanho do conector é equivalente ao comprimento do pulso eletrônico, a aplicação do sinal dependerá dessas considerações. Em outras palavras, nessas condições, o conector pode ser considerado um canal de transmissão. Há muitas maneiras de escolher o comprimento de onda eletromagnética apropriado para tomar essa decisão. O método usado nesta discussão está relacionado ao tamanho do conector e ao comprimento de subida da onda eletromagnética pulsada. O comprimento da onda eletromagnética pulsada é a distância do sinal de zero até a tensão total ao longo do condutor. Dada a seguinte fórmula:
Lr = Vp & Tempos; Tγ
A velocidade de propagação do sinal é dada pela seguinte fórmula:
Vp = C (εeff) 1/2
Onde C = velocidade da luz
εeff = constante dielétrica efetiva do meio de propagação
A constante dielétrica efetiva leva em consideração mudanças na composição do material, como a geometria do polímero de ar no isolador de espuma ou conector/cavidade de ar do isolador. Neste caso, é necessário um valor médio adequado de uma única constante dielétrica.
A ideia principal nesta discussão é que na direção da transmissão do sinal, o comprimento do conector é maior que 0,3Lr, e o conector pode ser considerado como um canal de transmissão. Para conectores e placas de circuito impresso, um valor adequado de constante dielétrica efetiva é de cerca de 4. Respectivamente, para pulsos com tempos de subida de 1 e 10 nanossegundos, respectivamente, os comprimentos críticos dos componentes são 2 e 202, respectivamente.
De acordo com este padrão, é óbvio que o comprimento das placas de circuito impresso e cabos é geralmente 10/8, o que deve ser considerado um canal de transmissão para pulsos maiores que 10 nanossegundos. De fato, nos últimos anos, as regras de projeto para canais de transmissão foram aplicadas a PWBs e cabos. Em cabos PWB e de impedância controlável, a geometria geralmente é de microblocos e microfitas. Na técnica anterior, quando o tempo de subida do sinal excede a especificação de menos de 10 nanossegundos, o conector deve ser considerado como um canal de transmissão de sinal. Em tais aplicações, os parâmetros do canal de transmissão (como impedância característica e diafonia) substituirão a resistência de contato, que é uma consideração de desempenho “crítica”.
2 A base do canal de transmissão
Antes de discutir o canal de transmissão, vamos discutir brevemente a propagação sequencial das ondas eletromagnéticas. As ondas eletromagnéticas são compostas por duas áreas perpendiculares entre si. A relação equivalente das características das ondas é a seguinte:
C = λυ
Onde C = velocidade da luz no vácuo
λ = comprimento de onda
υ = frequência de onda
