如何选择可以减轻电磁干扰的连接器

优质连接器设计(尤其是旨在减轻电磁干扰的连接器)的构成要素是什么?《新电子》与PEI-Genesis公司进行了对话。

很少有组件会像连接器那样经受极端条件的考验。从商用飞机、军用车辆到医疗呼吸机，连接器都需要能够承受极端的条件变化。

无论是快速的温度波动和湿度变化，还是持续的振动、冲击和信号干扰，连接器都必须能够可靠地运行，以确保用户能够完成“工作”。

连接器专家PEI-Genesis公司客户应用工程师Ammar Lokhandwalla解释说：“行业标准D38999是一种军用规格的连接器，最初是在1970年代设计的，现在已采用第三代设计。”

据他介绍，“与同类的其他连接器一样，它由一些基本组件组成：坚硬的外壳，用于放置引脚或触点的有孔氯丁橡胶嵌件，有时还会在外壳上加上背板，以提供额外的屏蔽和耐久性。”

在选择连接器时，工程师需要根据他们的应用考虑各种特性。主要考虑因素之一是电气端子和外壳的材料选择。例如，尽管铜提供了更好的导电性和导热性，但是铝更便宜并且更易于成型和镀覆。

Lokhandwalla解释说：“虽然铜可能是高压工业应用(散热和导电性至关重要)常用的材料，但铝可能会更适用于航空航天和军事应用(重量和耐腐蚀性更重要)。”

进入保护是另一个需要考虑的因素，适用于工业食品和饮料生产领域的连接器必须密封，从而使得设备和机械能在轮班冲洗时达到防水要求。

“这种保护性可延用到海洋应用，例如石油和天然气领域的应用，这些设备可能需要长时间完全浸入水中。在这些应用中，可能需要选择聚碳酸酯连接器，并使用合适的O形圈和索环来提供防潮密封，” Lokhandwalla说道。

尽管铝是许多建筑、铁路、工业和军事应用的连接器材料的首选，但铝可能仍需要进行电镀以提高其耐腐蚀性、提供进一步的电磁屏蔽以及满足迷彩和颜色的需求。

“一些军事应用使用橄榄褐色，这是一种有毒的镉涂层，在历史上是用过的，” Lokhandwalla解释说。“但近年来，它已被符合RoHS和REACH法规的黑色锌镍电镀所代替。如果设计正确，这种黑色镀层可以提供与镉镀层相同的性能，并且可以承受500个小时以上的盐雾喷射。”

根据Lokhandwalla的说法，并非所有的连接器触点都可以端接焊料，“在某些极端条件下，应用的工作温度可能会超过焊料的熔点，从而导致连接失败。对于存在风险的应用，工程师可能更愿意指定压接连接器。”

Lokhandwalla指出，在压接时，通过将触点机械挤压在一起，可以确保它们在任何温度下均保持接触，从而将其连接到导线上。压接与焊接连接方式不同，后者是通过线眼或钩子将电线送入然后进行焊接，而压接涉及材料变形，需使用特殊的压接工具将端子锁定在一起。

电磁干扰

PEI Genesis产品经理Jakub Kosinski说，电子设备对电磁干扰(EMI)敏感，连接器也不例外。“几乎在所有应用中，工程师都非常关注EMI，尤其是在信号完整性至关重要的情况下，例如关键任务军事通信、电传航空电子设备和医疗应用。在这种情况下，EMI可能会导致错误传达命令、控制调整和医疗数据，并可能导致致命的后果。”

根据Kosinski的说法，解决EMI电阻最重要的方面是外壳，包括形状。“外壳材料是抵抗EMI的第一道防线。导电金属外壳是非常理想的选择，因为任何传入或传出的电磁波都会在外壳中感应出电流，从而使能量从波中流失。结果，与其他非导电外壳(包括塑料外壳)相比，它们起到了绝缘屏蔽的作用，非导电外壳无法阻挡EMI，并且可以使干扰不受阻碍地通过。”

外壳材料至关重要，即使是最细微的变化也可以带来很大的不同。传统的抗电磁干扰外壳已镀镉以减少腐蚀。此薄镀层还可以提高材料对EMI的不透明度。

不幸的是，镉对肾脏以及骨骼和呼吸系统有毒作用。但Kosinski表示，“最近，越来越多的外壳镀锌镍已经符合有害物质限制(RoHS)的要求——锌镍具有类似的EMI屏蔽和耐腐蚀性，但不使用任何镉，所以不会对健康产生负面影响。”

第二道防线是连接器外壳的形状。

Kosinski解释说，“例如，想象一个矩形外壳，它尖锐的边缘会成为EMI泄漏到连接器和从连接器泄漏出去的弱点，而平坦的表面也会形成即兴的波导，EMI被捕获并干扰自身，从而产生更多的电磁噪声。”

因此，他认为，“使用外形平滑的镀锌镍合金不锈钢外壳，可以严格限制连接器发出或吸收的EMI能量。Amphenol M85049，Polamco 35系列和Sunbank M85049等后壳经过专门设计，可与电缆编织层实现360°连接，从而为电线本身提供最佳的EMI保护。”

这样，EMI不会从连接中泄漏出来，但是由布线本身产生或已经存在的EMI怎么办?

“这可以从两个角度解决，”Kosinski建议，“首先是使用编织同轴电缆。像导电连接器外壳一样，同轴电缆具备导电护套，能够保护信号线免受EMI的侵害。为了获得最佳保护，同轴电缆护套应接地至连接器的后壳，以允许EMI感应电流逸出。”

Kosinski接着介绍说，“第二种方法是在连接器中增加滤波组件，这些组件经过调整可以通过功率和信号频率，但可以消除EMI频率。使用过滤器非常方便，因为可以轻松地将其应用到通常嘈杂的网络中，而几乎不需要甚至无需重新设计设备或进行重新设计。”

应尽早设计

“我认为在产品设计过程中才考虑连接器设计，这是制造商犯的最大错误之一，为时已晚。这通常会导致需要重新设计，从而会延迟产品的上市时间，” Lokhandwalla指出。

他认为，“重要的是，连接器可能受到物理设计的限制，例如最小线规或触点数量，因此在此过程中，尽早与连接器供应商进行协商是至关重要的。在PEI-Genesis，我们能够为客户提供连接器的3D线模型，客户可以将其放入设计中以查看其是否合适。”

如果没有，Lokhandwalla表示，“我们的工程团队可以帮助改进或重新设计现有设计，或者完全提出符合规格的其他连接器。这包括更改螺纹、卡口和摩擦配件之类的功能，或后壳之类的附件，或防尘盖之类的简单特征。”

编辑：hfy