Endüstriyel sensörler ve kamera sistemleri için kart-kart konektörleri hakkında teknik rapor
Daha hızlı, daha küçük, daha dayanıklı: Endüstriyel sensörlerde ve kamera sistemlerinde kullanılan konektörler, giderek artan gereksinimleri karşılamak zorundadır. Trend, modülerleşmeye doğru ilerlemektedir. Kart-kart arası konektörler sayesinde devre kartları esnek bir şekilde birbiriyle birleştirilebilir ve böylece sensörün işlevselliği büyük ölçüde belirlenebilir. Endüstri 4.0 çağında, konektörlerin sadece giderek daha küçük ve daha güçlü olması gerekmiyor; minyatürleştirme ve yüksek hızın yanı sıra, endüstriyel ortamlarda kullanım genellikle aşırı sağlamlık gerektiriyor. Bu kılavuz, makine görüşü uygulamanız için doğru konektörü bulmanıza yardımcı olmayı amaçlamaktadır.
Endüstriyel uygulamalar için modern sensör ve kamera sistemlerinin geliştirilmesinde üç gereklilik ön plana çıkmaktadır: Yüksek hızlı veri aktarımı, minyatürleştirme ve dayanıklılık. Bu gereklilikler nadiren birbirinden bağımsız olarak değerlendirilebilir; ancak odak noktanıza göre uygulamanız için en uygun konektör bulunabilir.
Yüksek hızlı veri aktarımı
Büyük veri, IoT ve IIoT çağında, endüstriyel ortamlardaki akıllı sensörler ve kameralar için güvenli ve yüksek hızlı veri aktarımı da gereklidir. Yüksek hızlı uygulamalar için konektörler, buna uygun yüksek performanslı bir kontak tasarımına sahip olmalıdır. Bir konektör, geometrisi nedeniyle empedans eğrisindeki dalgalanmalar için belirli bir risk faktörü oluşturduğundan, yüksek hızlı konektörlerin geliştirilmesinde empedansı kontrol etmek için kontak tasarımının optimizasyonuna özel önem verilir. Bu bağlamda, konektördeki kesit değişikliklerini mümkün olduğunca en aza indirmek önemlidir; çünkü bu değişiklikler empedans dalgalanmalarına yol açar ve bu da sinyal aktarımında kayıplara neden olur.
Minyatürleştirilmiş devreler söz konusu olduğunda, konektörlerin ayrıca EM ekranlamasına sahip olması gerekir; zira özellikle yüksek frekanslı sinyaller, istenmeyen elektromanyetik etkilere karşı son derece hassastır. Bu durumda, yararlı sinyali bozacak kadar küçük bir darbe bile yeterli olabilir; böylece alıcı, dijital durumları artık net bir şekilde yorumlayamaz.
Bir konektör, bu durumda hem parazit alıcısı hem de parazit kaynağı rolünü üstlenebilir; yani bir yandan montaj grubunun diğer bileşenlerinin etkisine maruz kalırken, diğer yandan çevredeki bileşenlere elektromanyetik olarak etki edebilir. Pikohenri (pH) cinsinden ölçülen bağlantı endüktansı LK ile konektör, hem kaynak hem de alıcı olarak her iki işlevde tanımlanabilir. Basit bir ölçüm düzeneği, kullanıcıların kendi uygulamaları için hangi konektörün ve hangi pin diziliminin gerekli veya en uygun olduğunu bulmalarına yardımcı olur. Bunun için, bir patlama üreteci yardımıyla kullanım sinyali bozulmalı ve izin verilen maksimum kuplaj endüktansı ölçülmelidir. İndüklenen gerilim (Uind), jeneratörün gerilimi (UGen) ve jeneratör sabiti (kGen) biliniyorsa, her uygulama için spesifik, maksimum izin verilen kuplaj endüktansı (L) aşağıdaki formül kullanılarak belirlenebilir:
L = Uind / (UGen * kGen)
Bağlantı endüktansı ayrıca, kullanıcının elektromanyetik uyumluluk açısından uygun konektörü belirlemesine yardımcı olur. Böylece, EMC laboratuvarında maliyet ve zaman açısından yoğun deneme yanılma testlerinden de kaçınılabilir. Ayrıca, bir konektörün bağlantı
endüktansını ekranlama yardımıyla düşürmek de mümkündür. Buna ilişkin bir uygulama örneği: Bir HDMI sinyali için, 4,4 kV voltajda duruma özgü maksimum 47 pH kuplaj indüktansı belirlenmiştir. Değer bunun üzerindeyse, sinyal artık parazitsiz olarak iletilemez. Aşağıdaki şekil, bir ekranlama konseptinin kullanılmasıyla kuplaj indüktansının önemli ölçüde düşürüldüğünü göstermektedir.
Bir konektör, bu durumda hem parazit alıcısı hem de parazit kaynağı rolünü üstlenebilir; yani bir yandan montaj grubunun diğer bileşenlerinin etkisine maruz kalırken, diğer yandan çevredeki bileşenlere elektromanyetik olarak etki edebilir. Pikohenri (pH) cinsinden ölçülen bağlantı endüktansı LK ile konektör, hem kaynak hem de alıcı olarak her iki işlevde tanımlanabilir. Basit bir ölçüm düzeneği, kullanıcıların kendi uygulamaları için hangi konektörün ve hangi pin diziliminin gerekli veya en uygun olduğunu bulmalarına yardımcı olur. Bunun için, bir patlama üreteci yardımıyla kullanım sinyali bozulmalı ve izin verilen maksimum kuplaj endüktansı ölçülmelidir. İndüklenen gerilim (Uind), jeneratörün gerilimi (UGen) ve jeneratör sabiti (kGen) biliniyorsa, her uygulama için spesifik, maksimum izin verilen kuplaj endüktansı (L) aşağıdaki formül kullanılarak belirlenebilir:
L = Uind / (UGen * kGen)
Bağlantı endüktansı ayrıca, kullanıcının elektromanyetik uyumluluk açısından uygun konektörü belirlemesine yardımcı olur. Böylece, EMC laboratuvarında maliyet ve zaman açısından yoğun deneme yanılma testlerinden de kaçınılabilir. Ayrıca, bir konektörün bağlantı
endüktansını ekranlama yardımıyla düşürmek de mümkündür. Buna ilişkin bir uygulama örneği: Bir HDMI sinyali için, 4,4 kV voltajda duruma özgü maksimum 47 pH kuplaj indüktansı belirlenmiştir. Değer bunun üzerindeyse, sinyal artık parazitsiz olarak iletilemez. Aşağıdaki şekil, bir ekranlama konseptinin kullanılmasıyla kuplaj indüktansının önemli ölçüde düşürüldüğünü göstermektedir.
Bu süreçte, hem ekranlanmamış hem de ekranlanmış versiyonlarda Boardlock'lar ve dış kontaklar toprak potansiyeline bağlanırken, bir kontak çifti aracılığıyla bir sinyal verildi. Ölçülen kuplaj endüktans değerleri, elektrik ve manyetik alanın renkli dağılımları aracılığıyla gösterilebilir. Ekransız bir konektörle yapılan simülasyon, burada 196 pH'a kadar bir kuplaj endüktansının mevcut olduğunu göstermiştir. Belirlenen 47 pH sınır değerinde, bu durumda parazitsiz sinyal iletimi artık garanti edilemez. Buna karşılık, ekranlı konektörde kuplaj endüktans değerleri 1 ila 4 pH arasındadır. Dolayısıyla bunlar, ekranlama sayesinde yaklaşık 50 kat azaltılabilmiş ve böylece parazitsiz bir iletim sağlanabilmiştir. Daha yüksek kutup sayılarında, 100 ila 200 kat arasında bir azalma bile mümkündür.
Kullanıcı için ekranlamanın iki açıdan olumlu özellikleri vardır: Bir yandan konektör bu sayede daha az parazit kaynağı olarak işlev görürken, diğer yandan ekranlama sayesinde sinyaller için daha az parazit yuvası oluşturur. Ekranlı konektörlerin kullanılmasıyla, bunlar artık devre kartı üzerinde parazit kaynaklarına ve parazit yuvalarına daha yakın konumlandırılabilir. Ayrıca, elektrikli cihazın zorunlu patlama ve dalgalanma testlerinde daha yüksek bir performans sınıfı elde edilebilir.
Kullanıcı için ekranlamanın iki açıdan olumlu özellikleri vardır: Bir yandan konektör bu sayede daha az parazit kaynağı olarak işlev görürken, diğer yandan ekranlama sayesinde sinyaller için daha az parazit yuvası oluşturur. Ekranlı konektörlerin kullanılmasıyla, bunlar artık devre kartı üzerinde parazit kaynaklarına ve parazit yuvalarına daha yakın konumlandırılabilir. Ayrıca, elektrikli cihazın zorunlu patlama ve dalgalanma testlerinde daha yüksek bir performans sınıfı elde edilebilir.
Minyatürleştirme
İşlev entegrasyonunun artmasına rağmen, sensörlerin ve kamera sistemlerinin boyutları artmamalıdır. Endüstriyel otomasyonda, makineleri giderek daha kompakt hale getirebilmek için çoğu zaman sürekli bir minyatürleştirme gerekliliği söz konusudur. Aynı şekilde, sensörlerin veya kameraların modüler yapılarına yönelik eğilim de buna uygun şekilde minyatürleştirilmiş konektörlerin kullanılmasını gerektirmektedir. Bu nedenle, son on yıllarda konektörler, neredeyse aynı performans seviyesini korurken, orijinal boyutlarının sadece bir kısmına indirgenmiştir.
Özellikle dar montaj alanlarına sahip uygulamalar için Yüzey Montaj Teknolojisi (SMT) idealdir. Bu teknoloji, devre kartının her iki yüzüne de bileşen yerleştirilmesine ve küçük aralıkların kullanılmasına olanak tanıdığı için yerden tasarruf sağlar. Örneğin, presleme tekniğinde, presleme işlemi sırasında etki eden fiziksel kuvvetler nedeniyle sadece 0,5 mm'lik dar bir ızgara gerçekleştirilemez; iki taraflı devre kartı montajı da aynı şekilde mümkün değildir. Minyatür uygulamalarda, doğru konektörü seçerken dikkate alınması gereken bir başka önemli kriter daha vardır: Bu durumlarda, bir montaj grubundaki hassas bileşenler genellikle birbirine çok yakındır. Bu da bileşenlerin birbirini elektromanyetik olarak etkileme riskini artırır. Elbette, uygulamanızdaki veri aktarımı hiçbir koşulda bozulmamalı, tahrif edilmemeli veya hatta engellenmemelidir. Bu nedenle EM koruması giderek daha fazla önem kazanmaktadır. Sinyal bozulmalarını önlemek için, yüksek hızlı konektörlerde olduğu gibi, burada da ekranlı bir konektör seçilmesi önerilir.
Dayanıklılık
Makinelerin yakınında kullanılan sensörler ve kamera sistemleri, zorlu çevre koşullarına özellikle maruz kalır. Elektronik aksamı bu dış etkenlerden korumak için tüm montaj grubu kalıplama işlemine tabi tutulabilir. Ancak bunun için kalıplama işlemiyle uyumlu bir bağlantı çözümü de gereklidir. Geleneksel konektörler bu durumda açıkça dezavantajlıdır, çünkü hassas bağlantı bölgesi kalıplama malzemesinden korunmalıdır. Kullanılan yaylı bıçaklı kontak teknolojisi, bu malzemeler için gerekli IP koruma sınıfına sahip değildir.
Bu nedenle, doğru konektör seçimi konusunda, tek parçalı bir bağlantı çözümüne, yani geleneksel takma alanına ihtiyaç duymayan bir konektöre dikkat etmek gerekir. Böylelikle, dolgu macunu kalıcı ve sağlam bir bağlantı çözümü sağlar, ancak kontak alanına giremez. Elektronik bileşenlerin
sağlamlığı açısından test edilmesi gerekiyorsa, bu laboratuvar testleri kapsamında mümkündür. Bu testlerde, standart şok profili (profile) hedef duruma (control) uygun olmalıdır, yani %20 toleransla 50 g'lik bir ivme (high abort ve low abort). DIN EN 60068-2-27 standardına göre, bu durumda ≤ 1µs'lik bir kontak kesintisi kabul edilebilir.
sağlamlığı açısından test edilmesi gerekiyorsa, bu laboratuvar testleri kapsamında mümkündür. Bu testlerde, standart şok profili (profile) hedef duruma (control) uygun olmalıdır, yani %20 toleransla 50 g'lik bir ivme (high abort ve low abort). DIN EN 60068-2-27 standardına göre, bu durumda ≤ 1µs'lik bir kontak kesintisi kabul edilebilir.
Uygulamanızda konektör, titreşim, darbe, nem, kir, aşırı sıcaklıklar veya sıcaklık dalgalanmaları gibi aşırı derecede dış çevresel etkenlere maruz kalıyorsa, son derece yüksek bir dayanıklılık da gereklidir. Modülünüzün kaplanması bu konuda yardımcı olabilir, ancak sadece buna güvenmemeniz tavsiye edilir. Bunun yerine, kaplama ile presleme tekniğinin bir kombinasyonu önerilir. Presleme tekniği, milyarlarca kez kendini kanıtlamıştır ve zorlu koşullarda bile en sağlam ve güvenilir bağlantı seçeneği olarak kabul edilmektedir. Presleme tekniğinde, konektör pimi (pin) delikli bir devre kartı deliğine preslenir ve böylece konektör ile devre kartı arasında hem elektriksel hem de mekanik bir bağlantı oluşturulur. Aynı zamanda, zahmetli lehimleme işleri ve pahalı kablo çözümlerinden kaçınıldığı için yüzde 50'ye varan maliyet tasarrufu sağlanabilir. Hassas bağlantı bölgesi ortadan kalktığında, bir konektör, presleme tekniği ile birlikte kullanıldığında, kontak kesintisi olmadan 50 ila 200 g'lik darbe yüklerine bile dayanabilir.
Çok yönlü çalışanlara ihtiyaç duyulduğunda
Teorik olarak, bu gereksinimler – yüksek hızlı veri aktarımı, minyatürleştirme ve dayanıklılık – birbirinden nispeten net bir şekilde ayrılabilir. Ancak bir kullanıcı olarak, ihtiyaç duyduğunuz konektörün nadiren sadece bu gereksinimlerden birine uyması gerektiğini fark edeceksiniz. Bu nedenle, birçok konektör bu kriterlerin birçoğunu farklı ağırlıklarla karşılamaktadır. Bazı durumlarda, konektörler arasında "çok yönlü" olanlara da göz atmak faydalı olabilir. Örneğin, aynı anda birden fazla konektör kullanılması durumunda, yüksek ölçeklenebilirliğe sahip bir ürün ailesine başvurmanız önerilir. Böylelikle, zaman ve maliyet açısından yoğun onay döngüleri önlenebilir ve aynı zamanda, ekranlı, ekranlı olmayan, düz veya açılı olsun, bir konektör ailesindeki tüm ürünlerin birbiriyle uyumlu olması sağlanabilir.
Sorusu olan var mı?
Devre kartı konektörleri ve kontaklandırma konusunda uzmanlar olarak, bilgimizi memnuniyetle paylaşıyoruz; örneğin, size özel olarak hazırlanmış web seminerlerimizde:
www.webinar.ept-group.de
Ya da konektörlerle ilgili tüm sorularınız için doğrudan bizimle iletişime geçin!
ept GmbH
Bergwerkstr. 50
86971 Peiting, ALMANYA
Telefon +49 (0) 88 61 2501-0
Faks +49 (0) 88 61 2501-700
www.ept.de sales@ept.de
www.webinar.ept-group.de
Ya da konektörlerle ilgili tüm sorularınız için doğrudan bizimle iletişime geçin!
ept GmbH
Bergwerkstr. 50
86971 Peiting, ALMANYA
Telefon +49 (0) 88 61 2501-0
Faks +49 (0) 88 61 2501-700
www.ept.de sales@ept.de