用于軍用和航空設計的COTS連接器

用于軍用和航空設計的COTS連接器
COTS Connectors for Military and Aerospace Designs
專門的軍用連接器存在的日子已經(jīng)屈指可數(shù)，因此電纜和連接器產(chǎn)業(yè)正在徹底改造這種接口器件。
By Ernest Worthman

軍品的研發(fā)正承受巨大的壓力——要在任何可能的地方都采用COTS（Commercial Off The Shelf，商業(yè)上現(xiàn)成的）的元件，這已經(jīng)不是什么秘密了?；ヂ?lián)是一個承受的壓力最為猛烈的區(qū)域，因為，與其他一些尖端的元件相比，連接器是一種相對而言不那么復雜的器件。
對于軍品和航空應用來說，連接器設計者面臨的最大問題是高速度（HS）和高密度（HD）。這兩項要求在很大程度上給成本的控制和商業(yè)標準的滿足帶來了麻煩。它們還對連接器設計帶來了挑戰(zhàn)，因為連接器必須也要滿足這些HS/HD要求以及其他一些與HS/HD相抵觸的要求。其中的一些要求是：極寬的/極端的溫度條件；ESD耐受力/抗擾性；超微型化的占地面積（0.025英寸或更小的間距）；密封封裝；阻抗可控的接觸；很短的電器行程以及加固的構造。

數(shù)字化難題
隨著越來越多的電路和元件從模擬向數(shù)字化轉(zhuǎn)移，新的復雜問題又凸現(xiàn)出來。首先數(shù)字元件和電路的物理尺寸一般要小于模擬的。這就需要連接器相應的進行改進。但重量的減輕和占地面積的減小卻由于各種規(guī)范的規(guī)定而卻受到了種種限制。
例如，要開發(fā)0.025英寸間距的、能滿足MIL－C－83513規(guī)范的連接器，往往需要采用金屬外殼，但留出的空間卻很緊張，因此典型的、能承受沖擊和振動以及配合－解配合的引腳和插座系統(tǒng)一般并不可行。人們的第一個念頭一般是找出一種即能滿足尺寸要求又能保證堅固性的金屬材料。一般而言，人們已經(jīng)對各種不同的金屬進行了適用性檢驗。一種已經(jīng)出現(xiàn)的解決方案是鈹青銅（BeCu）實體材料制成的鍍金的插孔。只要有足夠大的銷路的話，這種設計可以很容易商品化。

來談談靜電
軍用規(guī)范中另一個關鍵性要求是ESD（靜電放電）。當前電磁脈沖彈和電子炸彈等特殊的電子武器的開發(fā)，ESD將是一項關鍵性的性能參數(shù)。
隨著對能將數(shù)據(jù)以Mbit速度移動的數(shù)字電路（幾乎變成了電氣噪聲和干擾的運動場）的需求越來越大，EMI屏蔽在多種軍事和航空應用中變得越來越重要。隨著微型化成為標準，電路變得越來越擁擠和集成化，使得EMI/ESD屏蔽元件的重要性日益上升。
對這一方面問題的解決方法包括，譬如說，在電纜上加上一直密封到連接器的屏蔽，以保證信號通路的完整性。這種設計一般采用不銹鋼質(zhì)的辮形屏蔽層，將電纜包封起來，在其進入連接器背面時實現(xiàn)密封。這種方法可以有效地將相鄰電路隔離開。

連接器現(xiàn)在也是一種元件
在軍事上，現(xiàn)在趨向于不再將連接器視為獨立的元件，而將其看作是系統(tǒng)的一部分?？雌饋?，政府似乎將整個電路板都視為一個元件，而不將它看出一個插入的模塊。這帶來了一些有趣的結果。例如，現(xiàn)在可以將連接器集成到電路板上，而原來它可以是獨立的部件。
在這種情況下，整塊電路板都必須滿足特定的軍品規(guī)范，而這一規(guī)范可以與連接器的規(guī)范相同，也可能與之不同。商業(yè)用的連接器在防振動方面可能未達到軍品規(guī)范。不過，機箱設計可以包括減振措施，從而減小連接器測試結果與機箱將要受到的測試的結果間的差別。

嶄露頭角的新設計
軍事與航空領域?qū)Ω咚俣鹊膽?、噪聲抑制和FibreChannel協(xié)議的采用有著越來越大的需求，這催生了新的一類標準化的產(chǎn)品。
解決方法之一是：OEM們正在開發(fā)的、4軸觸點以及在Size 8觸點中的高速銅連接。由于將4股電纜分組并對稱排列，這種設計已經(jīng)展現(xiàn)出對發(fā)射噪聲的控制能力。
在光纖技術前沿，擴束光纖互聯(lián)技術可以在極端的振動和高熱環(huán)境下提供極高的可靠性。這些光纖密封在玻璃透鏡背后，從而有防塵、防潮、防泥以及防止其他粘污的能力。雖然擴束連接器尚未得到廣泛的應用（主要由于成本和性能較低等原因），但最近在精密加工、計量和連接器設計方面的進步已經(jīng)使得它們在價格和性能方面能達到常規(guī)連接器的水平。

技術的發(fā)展趨勢
對于尖端技術的最新的需求是納米連接器。大多數(shù)電路板現(xiàn)在無法支持小于25mil的連接器——PCB工藝還沒有跟上電路密度的提升。一個解決方法是在未來的電路板上制造表面貼裝型的、直接與PC板連接的納米連接器。這可消除一級連線。
在軍用和航空連接器領域還存在一些在典型的商業(yè)應用中不存在的設計問題。設計上的挑戰(zhàn)是要找出一條途徑，讓軍用版的低壓電路能適應不斷縮小的間距參數(shù)，同時保持足夠的可靠性。一些軍用品的功率水平仍足以將微間距的連接器燒毀。
在高速SCSI接口方面出現(xiàn)了某些成功的實例——LVDS（Low-Voltage Differential Signaling）。這種方法可以提供穩(wěn)定的阻抗差分信號，與高速信令方案（如LVDS）兼容。這在軍用航空上特別受歡迎，因為它在高數(shù)據(jù)率下是如此的可靠，以至于可以方便地對阻抗進行管理。