關(guān)于電氣連接器在信號應(yīng)用上的全面解析

連接器是應(yīng)用于傳輸信號和電力。這種應(yīng)用彼此有幾點區(qū)別，兩個最主要的區(qū)別是電流/電壓的應(yīng)用和連接器的溫度經(jīng)驗升高值。

關(guān)于電流和電壓，一般采用電流做信號應(yīng)用，但更普遍的是采用電壓，其更“低耗”。例如，小于１安培的應(yīng)用電流，通常被認為是信號應(yīng)用，而把超過10安培的電流被認為是電力應(yīng)用。然而這種“定義”是很局限的。例如對于小型連接器相關(guān)的電流的流速為１安培或更小這是由于有接觸交叉部分，這種接觸會使溫度升高１安培這個經(jīng)驗值，這樣就會引起第二點不同，溫度升高。

通常有一個標準，就是溫度升高（T-rise）到30℃就被當作是電力應(yīng)用了。這個標準雖是任意作的，但是確是基于保險公司對于家庭使用器械安全來作指導(dǎo)路線的。在這篇討論中，溫升（T-rise）將被用于判斷電流速度的標準。然而，依照應(yīng)用需求，較高的溫升（T-rise）還是可以被接受的。根據(jù)這種判斷標準，如果相關(guān)的溫升（T-rise）小于10℃被認為是信號應(yīng)用，而溫升大于20℃就被認為是電力應(yīng)用。

對于電力應(yīng)用來說，電流／電壓和溫升（T-rise）的標準是重要的。然而有爭議的是它們對于信號應(yīng)用是否特別重要。另有一套判斷標準，也就是電流／電壓的頻率對于信號連接器的應(yīng)用巒得更加重要。信號應(yīng)用將以頻率作為背景下來討論。

在信號應(yīng)用中，信號應(yīng)用的焦點將是維護信號的完整性──特別是信號的上升時間和波形。對于電力應(yīng)用，連接器關(guān)于電力分布的結(jié)果是求在系統(tǒng)中最相關(guān)的電流的最小參數(shù)值。

12.1　信號應(yīng)用

信號連接器的應(yīng)用是電流或電壓的波形在兩點之間被傳輸。在增幅或滿足頻率中沒有不可接受的損失之外，增幅和波形的形狀必須被維護，二者擇一，波形是不可接受巒化的。因為這些電壓和電流的大小通常相對來說比較低（在巨大的信號應(yīng)用中，很典型的幾伏特和幾毫安），通過互相聯(lián)絡(luò)，可以引起一些衰減，這是非常有害的。信號連接器的特性可以引出兩個廣泛的話題，信號傳輸質(zhì)量（STQ）和電磁兼容性（EMC）。

信號傳輸質(zhì)量（STQ）是指在連接器和互相聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)中信號波形中沒有因損失而引起不可接受的巒化的的高速信號的傳輸。損失組成特別包括串擾，增值延遲和關(guān)于信號傳播和反射的特性阻抗巒化的結(jié)果。STQ指在電子系統(tǒng)中，傳輸和所需信號波形的保護。

另一方面，EMC有關(guān)排除或兼容外來電磁波，噪音和干擾以防止信號的衰減。當EMC在交互聯(lián)絡(luò)裝置中檢測時，包括屏蔽，濾波和接地等措施來控制電磁干擾（EMI）和無線電頻率干擾（RFI），這些就共同構(gòu)成EMC。

信號應(yīng)用可以是仿真量或是數(shù)字量。模擬量的應(yīng)用需要特別注意波形，因為波形本質(zhì)上傳輸?shù)氖切盘枴Ｖ灰ㄐ问墙y(tǒng)一的，就可以允許波形增幅中稍有損失，正如所知道的，交叉頻率邊界包括在波形中。如果缺少兩個標準中的任何一個，信號將會被扭曲。

在本篇討論中，之所以著重于數(shù)字信號的應(yīng)用，是因為連接器對數(shù)字式應(yīng)用通常比對仿真式應(yīng)用的需要更迫切。在數(shù)字式應(yīng)用中，信號頻率對有關(guān)連接器的需求及出于設(shè)計的考慮具有決定性的作用。

上述頻率包括兩方面內(nèi)容：信號脈沖產(chǎn)生的頻率，指時鍾脈沖，以及有關(guān)脈沖本身的上升時間的頻率。通常，脈沖上升時間將被作為支配性的因素，因為快速上升脈沖包含的頻率比時鍾脈沖的頻率高。其最大頻率值，Vm，脈沖的上升時間Tγ，可近似的表示為：

Vm＝0.35／Tγ

對應(yīng)上升時間為1納秒，其頻率的最大值為350MHZ，這個頻率值超過了典型的時鍾頻率。在1996－舊式、160 MHZ的個人計算機的訂單中，脈沖上升時間將被應(yīng)用來作為考慮的重要問題。在這種情況下，連接器必須能夠無波形衰減地傳輸脈沖波形，而脈沖波形則包括對上升時間和電壓／波幅的考慮。當連接器的尺寸可與電子脈沖的長度相比時，信號應(yīng)用就會以這些考慮問題作為條件。換句話說，在這些條件下，連接器可以被認為成是一傳輸通道。有很多方法來選取一適當?shù)碾姶挪ㄩL度去做這種決定。在這篇討論中所采用的方法與連接器的尺寸和脈沖的電磁波升高長度相比較有關(guān)。脈沖的電磁波升高的長度就是信號從零增加到滿壓過程中，沿導(dǎo)體的距離。下面給出其公式：

Lr＝Vp×Tγ

信號傳播速度通過下式給出：

Vp＝C（εeff）1/2

其中， C＝光速

εeff＝傳播介質(zhì)的有效介電常數(shù)

有效介電常數(shù)要考慮材料的組成變化，諸如泡沫絕緣體中空氣的量或連接器絕緣體的聚合體／空氣腔的幾何形狀。在此情況下，單個介電常數(shù)適當?shù)钠骄凳潜匾摹?/p>

本篇討論中的主導(dǎo)思想即，在信號傳輸?shù)姆较蚶铮B接器的長度大于0.3Lr，連接器可以被認為是傳輸通道。對于連接器和印刷電路板來說，有效介電常數(shù)值大約為4是適當?shù)?。個別地，針對上升時間分別是1和10納秒的脈沖，組件的臨界長度分別是2和20㎝。

依據(jù)這種標準，很清楚印刷電路板和線纜，其長度一般為10㎝，應(yīng)認為是快于10納秒的脈沖的傳輸通道。事實上，近幾年來傳輸信道的設(shè)計規(guī)則已經(jīng)應(yīng)用于PWB和線纜上了。在PWB和可控阻抗線纜上，其幾何形狀通常采用微型塊狀和微型帶狀。在現(xiàn)有技術(shù)下，當信號上升時間突破小于10納秒的規(guī)范時，連接器將必須被認為是一種信號傳輸信道。在這樣的應(yīng)用中，傳輸通道的參數(shù)，諸如特性阻抗和串擾，將會取代接觸電阻作為“關(guān)鍵”的性能方面的考慮。

12.2傳輸通道的基礎(chǔ)

在討論傳輸通道之前，我們先簡單討論一下電磁波的順序傳播。圖12.1概要地表示出電磁波的情況。電磁波由彼此傳播方向成直角的電和磁兩個區(qū)域組成。有關(guān)波的特性的相等關(guān)系如下：

C＝λυ

此處C＝光在真空中的速度

λ＝波長

υ＝波的頻率