Zaloguj się
Wszystkie
13 czerwca 2022
647
Nie jest tajemnicą, że najbardziej zaawansowane systemy elektroniczne zazwyczaj korzystają z nietypowych podzespołów, nierzadko opracowanych z myślą o konkretnej serii produktów lub przynajmniej bardzo wąskiej ich grupie. W niniejszym artykule zaprezentujemy wybór szczególnie interesujących rozwiązań w zakresie złączy oraz – co ważne – skupimy się wyłącznie na produktach katalogowych. Naszym celem jest pokazanie, że choć wielu producentów oferuje usługi projektowania i wytwarzania nietypowych złączy wg potrzeb klienta, to nawet w szczególnie wymagających przypadkach można często obejść się bez tak kosztownej inwestycji, wykorzystując ofertę komponentów dostępnych w regularnej sprzedaży.
Złącza hybrydowe
Mianem złączy hybrydowych nazywamy wszystkie rozwiązania łączące w sobie elementy przeznaczone do przesyłu różnego rodzaju sygnałów elektrycznych i optycznych o zróżnicowanych parametrach (a także mediów, np. sprężonego powietrza), a które według standardowego podejścia do projektowania systemów wymagałyby zastosowania dwóch lub więcej konwencjonalnych złączy. Aby lepiej zrozumieć ideę przyświecającą projektantom systemów złączy hybrydowych spróbujmy zatem wypisać kilka najważniejszych typów zastosowań, z którymi mamy do czynienia w codziennej praktyce.
- Zasilanie – w większości przypadków linie zasilania wymagają przesyłu prądu o natężeniu wielokrotnie większym, niż pozostałe połączenia sygnałowe i sterujące, a często wyższe są także ratingi napięciowe. W przypadku wielotorowych złączy montowanych na PCB (np. FCC ZIF) często wykorzystywaną techniką pozwalającą na zwiększenie amperażu jest wykorzystanie zwielokrotnionych pinów zasilania i masy, jednak już w przypadku złączy okrągłych lub prostokątnych takie rozwiązanie okazuje się znacznie mniej użyteczne – trudno byłoby bowiem w „elegancki” i niezawodny sposób podłączyć gruby przewód do grupy kilku cienkich pinów. Zdecydowanie lepszym rozwiązaniem jest użycie pojedynczych styków o większym przekroju oraz odpowiedniego dla nich okablowania. Znacznie łatwiej jest też uzyskać odpowiedni rating napięciowy w przypadku kilku pinów zasilających w solidnej izolacji, niż znacznie gęściej ułożonych linii sygnałowych.
- Uziemienie/masa – dodatkowe wymagania stawiane są liniom masy (lub uziemienia) – w wielu przypadkach wysoce pożądane jest, aby podczas wkładania wtyku do gniazda połączenie to zostało wykonane na krótko przed uzyskaniem kontaktu pomiędzy pozostałymi pinami, a przy rozłączaniu obu elementów – zostało rozpięte jako ostatnie. Najprostszym, a jednocześnie skutecznym i niezawodnym sposobem na spełnienie tego wymogu jest wydłużenie styku uziemienia i wysunięcie go przed płaszczyznę czołową pozostałych pinów – takie rozwiązanie jest stosowane w wielu złączach przemysłowych, a także np. we wtykach USB – choć w tym ostatnim przypadku wydłużone są zarówno piny masy, jak i zasilania (VBUS), co umożliwia prawidłowe zainicjalizowanie oraz zakończenie transmisji danych.
- Linie sygnałowe – do przesyłu wielu sygnałów cyfrowych i/lub analogowych jednocześnie wystarczą w zupełności cienkie i delikatne, ale – często – liczne styki. Niczym zaskakującym nie są zatem w przypadku złączy hybrydowych bloki posiadające kilkadziesiąt drobnych pinów ułożonych w dwuwymiarowej macierzy.
- Linie high-speed/RF – do przesyłu szybkich sygnałów cyfrowych oraz radiowych (RF) konieczne jest wykorzystanie linii o ściśle kontrolowanej impedancji. W tym celu najczęściej używane są złącza koncentryczne, choć w przypadku par różnicowych lepszym rozwiązaniem może być zastosowanie specjalnego, dwustykowego złącza typu twinax (więcej informacji na ten temat dostępnych jest w artykule Złącza i kable, EP 5/2022), także posiadającego dobrze określoną impedancję falową.
- Sygnały optyczne – oprócz transmisji sygnałów w postaci elektrycznej, szerokie zastosowania w elektronice znalazły też systemy optyczne. Przesył informacji za pośrednictwem światłowodu umożliwia uzyskanie bardzo wysokiej przepustowości oraz całkowitej odporności na zakłócenia elektromagnetyczne – nieosiągalnej w zwykłych przewodach nawet przy zastosowaniu wielopoziomowego ekranowania. Najprostszym przykładem aplikacji znanym z życia codziennego są oczywiście optyczne łącza audio (TOSLINK), jednak tory światłowodowe są chętnie stosowane także wszędzie tam, gdzie poprowadzenie przewodu elektrycznego z jakichś względów byłoby bardzo kosztowne, trudne, lub wręcz niemożliwe – chociażby w przypadku systemów naukowo-badawczych, korzystających z silnych pól (elektro)magnetycznych.
- Media płynne i gazowe – wiele urządzeń przemysłowych, naukowych czy też medycznych wymaga przesyłu – oprócz sygnałów elektrycznych – także mediów płynnych (cieczy), sprężonych gazów lub próżni. Niektóre aplikacje wymagają całkowitego rozdzielenia obu torów (elektrycznego i np. pneumatycznego), choćby ze względu na wymogi sterylizacji (w przypadku urządzeń medycznych czy też systemów przeznaczonych do produkcji farmaceutyków). Nierzadko jednak zdarza się, że dane medium (np. sprężone powietrze) nie wymaga aż tak zaawansowanych procedur i może z powodzeniem być przesyłane przez wspólne z „elektryką” złącze – pojawia się jednak problem, jak to zrobić?
Z pomocą w wymienionych zastosowaniach przychodzą złącza hybrydowe, umożliwiające użycie pojedynczej pary gniazdo-wtyk, która obsłuży wszystkie wymagane przez projekt typy sygnałów i/lub mediów. Komponenty należące do tej kategorii możemy jednak podzielić dalej na trzy podgrupy.
NAPISZ DO AUTORA
Facebook
Twitter
Linkedin
Kup teraz
