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连接器理论基础手册

第十二章　连接器的应用

  • 在这一章中，从上文中我们知道连接器是应用于传输信号和电力。这种应用彼此有几点区别，两个最主要的区别是电流/电压的应用和连接器的温度经验升高值。
  • 关于电流和电压，一般采用电流做信号应用，但更普遍的是采用电压，其更“低耗”。例如，小于１安培的应用电流，通常被认为是信号应用，而把超过10安培的电流被认为是电力应用。然而这种“定义”是很局限的。例如对于小型连接器相关的电流的流速为１安培或更小这是由于有接触交叉部分，这种接触会使温度升高１安培这个经验值，这样就会引起第二点不同，温度升高。
  • 通常有一个标准，就是温度升高（T-rise）到30℃就被当作是电力应用了。这个标准虽是任意作的，但是确是基于保险公司对于家庭使用器械安全来作指导路线的。在这篇讨论中，温升（T-rise）将被用于判断电流速度的标准。然而，依照应用需求，较高的温升（T-rise）还是可以被接受的。根据这种判断标准，如果相关的温升（T-rise）小于10℃被认为是信号应用，而温升大于20℃就被认为是电力应用。
  • 对于电力应用来说，电流／电压和温升（T-rise）的标准是重要的。然而有争议的是它们对于信号应用是否特别重要。另有一套判断标准，也就是电流／电压的频率对于信号连接器的应用峦得更加重要。信号应用将以频率作为背景下来讨论。
  • 在信号应用中，信号应用的焦点将是维护信号的完整性──特别是信号的上升时间和波形。对于电力应用，连接器关于电力分布的结果是求在系统中最相关的电流的最小参数值。

    • 12.1　信号应用

  • 信号连接器的应用是电流或电压的波形在两点之间被传输。在增幅或满足频率中没有不可接受的损失之外，增幅和波形的形状必须被维护，二者择一，波形是不可接受峦化的。因为这些电压和电流的大小通常相对来说比较低（在巨大的信号应用中，很典型的几伏特和几毫安），通过互相联络，可以引起一些衰减，这是非常有害的。信号连接器的特性可以引出两个广泛的话题，信号传输质量（STQ）和电磁兼容性（EMC）。
  • 信号传输质量（STQ）是指在连接器和互相联络系统中信号波形中没有因损失而引起不可接受的峦化的的高速信号的传输。损失组成特别包括串扰，增值延迟和关于信号传播和反射的特性阻抗峦化的结果。STQ指在电子系统中，传输和所需信号波形的保护。
  • 另一方面，EMC有关排除或兼容外来电磁波，噪音和干扰以防止信号的衰减。当EMC在交互联络装置中检测时，包括屏蔽，滤波和接地等措施来控制电磁干扰(EMI)和无线电频率干扰(RFI)，这些就共同构成EMC。
  • 信号应用可以是仿真量或是数字量。模拟量的应用需要特别注意波形，因为波形本质上传输的是信号。只要波形是统一的，就可以允许波形增幅中稍有损失，正如所知道的，交叉频率边界包括在波形中。如果缺少两个标准中的任何一个，信号将会被扭曲。
  • 在本篇讨论中，之所以着重于数字信号的应用，是因为连接器对数字式应用通常比对仿真式应用的需要更迫切。在数字式应用中，信号频率对有关连接器的需求及出于设计的考虑具有决定性的作用。
  • 上述频率包括两方面内容：信号脉冲产生的频率，指时锺脉冲，以及有关脉冲本身的上升时间的频率。通常，脉冲上升时间将被作为支配性的因素，因为快速上升脉冲包含的频率比时锺脉冲的频率高。其最大频率值，Vm，脉冲的上升时间Tγ，可近似的表示为：
  • Vm＝0.35／Tγ （12.1）
  • 对应上升时间为1纳秒，其频率的最大值为350MHZ，这个频率值超过了典型的时锺频率。在1996－旧式、160 MHZ 的个人计算机的订单中，脉冲上升时间将被应用来作为考虑的重要问题。在这种情况下，连接器必须能够无波形衰减地传输脉冲波形，而脉冲波形则包括对上升时间和电压／波幅的考虑。
  • 当连接器的尺寸可与电子脉冲的长度相比时，信号应用就会以这些考虑问题作为条件。换句话说，在这些条件下，连接器可以被认为成是一传输通道。有很多方法来选取一适当的电磁波长度去做这种决定。在这篇讨论中所采用的方法与连接器的尺寸和脉冲的电磁波升高长度相比较有关。脉冲的电磁波升高的长度就是信号从零增加到满压过程中，沿导体的距离。下面给出其公式：
  • Lr＝Vp×Tγ （12.2）
  • 信号传播速度通过下式给出:
  • 　　　Vp＝C（εeff）1/2 （12.3）
  • 其中， C＝光速,　　　εeff＝传播介质的有效介电常数
  • 有效介电常数要考虑材料的组成变化，诸如泡沫绝缘体中空气的量或连接器绝缘体的聚合体／空气腔的几何形状。在此情况下，单个介电常数适当的平均值是必要的。
  • 本篇讨论中的主导思想即，在信号传输的方向里，连接器的长度大于0.3Lr，连接器可以被认为是传输通道。对于连接器和印刷电路板来说，有效介电常数值大约为4是适当的。个别地，针对上升时间分别是1和10纳秒的脉冲，组件的临界长度分别是2和20㎝。
  • 依据这种标准，很清楚印刷电路板和线缆，其长度一般为10㎝，应认为是快于10纳秒的脉冲的传输通道。事实上，近几年来传输信道的设计规则已经应用于PWB和线缆上了。在PWB和可控阻抗线缆上，其几何形状通常采用微型块状和微型带状。在现有技术下，当信号上升时间突破小于10纳秒的规范时，连接器将必须被认为是一种信号传输信道。在这样的应用中，传输通道的参数，诸如特性阻抗和串扰，将会取代接触电阻作为“关键”的性能方面的考虑。
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