Molex: соединения, связь, инновации

Основные технические параметры

Сопоставление разъемов Scondar с разъемами Molex представлено ниже.

D-sub

Помимо USB в промышленности широко применяются разъемы типа D-sub. Свое название разъем получил от английского «subminiature» и внешнего вида, напоминающего букву «D». На заре компьютерной техники такие разъемы действительно казались миниатюрными, но в настоящее время соединения D-sub кажутся громоздкими по сравнению с теми же USB.

История разъемов D-sub начинается в 1952 году, когда компания ITT Cannon представила миру соединения нового формата. Компания установила стандарт плотности размещения контактов в разъеме и ввела буквенные обозначения для экрана, определяющих максимальное число контактов стандартной плотности размещения, помещающихся в нем:

A = 15, B = 25, C = 37, D = 50, E = 9 контактов. В 2021 году Molex приобрел немецкую компанию FCT – одного из крупнейших производителей D-Sub-разъемов в мире. В настоящее время Molex предлагает потребителю широкую номенклатуру коннекторов и кабельных сборок D-Sub. В линейку продуктов входят:

• классические разъемы обычной плотности;
• разъемы высокой плотности, позволяющие в том же размере экрана разместить большее число контактов;
• гибридные разъемы, включающие в себя, помимо обычных линий, линии питания и ВЧ-соединения;
• корпуса для разъемов, контакты и различные аксессуары и комплектующие.

Для каждой серии можно выбрать разъем как в пластиковом, так и в металлическом корпусе из обычной и нержавеющей стали, латуни, в том числе доступны водонепроницаемые исполнения с классом защиты IP67. Для особых задач есть разъемы, выполненные из немагнитных материалов.

Все контакты разъемов проходят специальную механическую обработку для точного согласования соединения «штырь-гнездо», благодаря чему обеспечивается повышенная прочность по сравнению со штампованными контактами. Можно подобрать разъемы с различной толщиной золочения.

На рисунке 28 показаны примеры разъемов стандартной плотности. Доступны разъемы на 9, 15, 25, 37 или 50 контактов. Каждый контакт рассчитан на ток до 7,5 А.

На рисунке 29 показаны примеры разъемов высокой плотности. При уменьшении размера контактов и шага между ними стало возможным увеличить число контактов в прежнем объеме. Доступны разъемы на 15, 26, 44, 62 или 78 контактов. Каждый контакт рассчитан на ток до 5,0 А.

В приложениях, где требуется передать достаточно высокую мощность, можно использовать гибридные разъемы D-sub со специальной контактной группой (рисунок 30). Для надежного низкоомного соединения такие контакты проходят прецизионную механическую обработку. Максимальный ток может достигать 40 А.

В телекоммуникационном оборудовании можно использовать гибридные разъемы с ВЧ-контактами под коаксиал (рисунок 31). В серии доступны версии с волновым сопротивлением 50 и 75 Ом.

Помимо самих разъемов, Molex предлагает разнообразные кабельные сборки и аксессуары для D-sub, например, защитные колпачки, кронштейны, защелки, крепления для монтажа на панель и другие сопутствующие элементы.

Mini50

Рассматривая разъемы Molex, трудно обойти вниманием направление, в котором производитель занимает лидирующие позиции в мире. Речь об автомобильной промышленности. В современном автомобилестроении, связанном с повышенным риском для жизни человека, к разъемам и соединителям предъявляются экстремально высокие требования отказоустойчивости при достаточно агрессивных режимах эксплуатации.

Совет по исследованиям в автомобильной промышленности США – United States Council for Automotive Research (USCAR) – занимается сертификацией в автомобильной отрасли и устанавливает стандарты. Для увеличения плотности соединений и числа цепей USCAR разработал новую спецификацию соединительных систем USCAR 050.

Разъемы системы Mini50 предлагают почти в два раза меньшие габариты соединения, чем классические разъемы USCAR 0.64mm (.025″) при такой же и даже лучшей надежности (рисунок 9).

Меньшие габариты Mini50 позволяют использовать провода меньшего сечения по сравнению с традиционными клеммными системами 0,64 мм. Таким образом достигается меньший общий вес жгута проводов, в результате экономятся средства и повышается удобство прокладки.

Основные достоинства разъемов Molex Mini50:

• в серии присутствуют герметичные представители с защитой от влаги и пыли класса IPX8;
• в серии представлены разъемы круглой формы, позволяющие прокладывать жгуты в отверстия;
• есть функции выравнивания и удержания на плате, обеспечивающие простоту установки разъема на печатную плату и фиксацию во время пайки;
• высокотемпературный пластик выдерживает обработку инфракрасным светом (IR) и бессвинцовым припоем согласно спецификации Molex ES-40000-5013, максимальная температура составляет 260°C;
• различные варианты поляризации: три дискретных механических ключа, широкая цветовая гамма;
• дополнительная функция вторичной фиксации соединения (Independent Secondary Lock, ISL) резко повышает надежность соединения. Для снижения стоимости фиксатор отлит в корпусе розетки как единое целое.

Несмотря на то, что разъемы этой серии предназначены для автотранспорта, они находят применение и в бытовой технике, в которой также присутствуют высокие вибрации и перепады температур, например, в стиральных, посудомоечных или сушильных машинах.

Антенны

Для приложений ВЧ и СВЧ Molex, помимо разъемов, выпускает целый спектр готовых антенн. Большинство антенн универсально и подходит для работы в сетях различных стандартов и технологий.

Обзор антенной продукции Molex следует начать с классических штыревых антенн. Штыревые антенны представлены сериями 214415, 212860, 214428 и 214386 (рисунок 16). Для подключения к кабелю или устройству используется соединение типа SMA или MCRF (I-PEX MHF).

Достаточно серьезной технической проблемой является сохранение хороших характеристик согласования и низких потерь при уменьшении габаритов антенны, особенно если речь идет о широкополосном сигнале с высокой скоростью передачи данных.

Сотовые антенны Molex бывают в версии для установки непосредственно на печатную плату с возможностью поверхностного (SMT) монтажа (рисунок 17). Керамические SMT-антенны весьма компактны и имеют низкий профиль – от 1,2 мм – что позволяет удобно располагать их на углах печатной платы портативного устройства.

Частотные диапазоны керамических антенн Molex начинаются с субгигагерцевых частот (617 МГц) и заканчиваются частотами 3,8 ГГц. Несмотря на малые габариты, излучаемая мощность может достигать 2 Вт. Такие антенны главным образом предназначены для работы в сетях GSM 3G и 4G/LTE, но могут быть использованы в различных проприетарных приложениях, в том числе в IoT.

Для реализации беспроводной персональной сети типа Bluetooth, Wi-Fi, Zigbee можно использовать миниатюрные керамические антенны (рисунок 18). Размер таких антенн – всего несколько миллиметров, частотная полоса для серий 206513 и 47948 составляет 2,4…2,5 ГГц, а для серий 146175, 211964 и 206514 диапазон включает две полосы: 2,4…2,5 ГГц и 5,15…5,85 ГГц.

Одним из перспективных направлений развития антенн для сотовой связи можно считать так называемые гибкие антенны 212570, 207235, 146185, 206994 и другие (рисунок 19). Такие антенны предназначены для работы в телекоммуникационном оборудовании, концентраторах данных интеллектуальных сетей IoT, в различных умных измерительных приборах и счетчиках, в системах охраны и мониторинга.

Интересный представитель гибких антенн – это серия 212330 (рисунок 20). Такие антенны имеют четыре порта и предназначены для работы с пространственным кодированием сигнала по технологии MIMO для диапазона 2,4/5 ГГц.

Гибкие антенны производства Molex работают на частотах 698 МГц…6 ГГц, имеют волновое сопротивление 50 Ом и способны излучать мощность до 2 Вт.

Определенный интерес представляют внешние комбинированные антенны серий 206866 и 211297 для работы в сетях LTE, Wi-Fi и GPS (рисунок 21). Такие антенны выпускаются в защищенном корпусе IP66 и предназначены для задач телеметрии и удаленного мониторинга.

Вч-разъемы

Molex – один из ведущих мировых поставщиков широкого спектра стандартных и нестандартных ВЧ- и СВЧ-разъемов, кабельных сборок и уникальных решений для современных приложений высокочастотного диапазона. Разъемы ВЧ Molex работают на частотах до 65 ГГц.

Компания предлагает более 90 видов и конфигураций радиочастотных разъемов, в том числе ультрамикроминиатюрные, микроминиатюрные, миниатюрные, средние и крупные. На рисунке 10 показана классификация разъемов, а в таблице 2 перечислены особенности каждого семейства.

Таблица 2. Сравнительные характеристики семейств ВЧ-разъемов

Рассмотрим некоторые соединения подробно.

У российских разработчиков особой популярностью пользуются разъемы SMA (рисунок 11). Это высокопроизводительные миниатюрные соединители для микроволновых частот. Резьбовое соединение обеспечивает равномерный контакт с проводником в ответной части, что позволяет минимизировать отражения и затухание на высоких частотах, давая при этом высокую степень механической прочности и долговечности.

Компания Molex предлагает соединители SMA из латуни, бериллиевой меди и нержавеющей стали. Большое разнообразие конструктивов разъемов Molex включает высокопроизводительные оптимизированные разъемы SMA, работающие на частотах до 26,5 ГГц. Они идеально подходят для беспроводных сетей и систем глобального позиционирования.

Для устройств с высокой степенью интеграции, где каждый квадратный миллиметр играет роль, а размеры и вес ограничены, подойдут разъемы типа MMCX (рисунок 12). Эти компактные и легкие разъемы рассчитаны на ВЧ-тракт с импедансом 50 Ом.

Механическая стабильность соединения поддерживается с помощью защелкивающегося интерфейса, при этом во внешней ответной части отсутствуют прорези. К типичным областям применения разъемов тип MMCX можно отнести устройства беспроводной связи, телекоммуникации, приемники GPS и различную бытовую электронику. Для медицинских применений, например, аппаратов МРТ, доступны немагнитные версии.

Для сотовых телефонов, гаджетов и других портативных устройств с беспроводным интерфейсом идеально подойдут сверхминиатюрные разъемы типа MCRF (рисунок 13). Профиль соединения «плата-провод» всего 1,8 мм, при этом частота сигнала может достигать 6 ГГц.

Гнезда разъема поставляются в ленте, адаптированной для автоматизированного поверхностного монтажа. Штекер для монтажа на кабель доступен в виде полной кабельной сборки или в виде сборки со свободным коаксиальным концом.

Разъемы MCRF полностью совместимы с серией u.FL производства компании Hirose Electric Group.

Для передачи потока данных телевидения высокой четкости (HDTV) можно использовать специально адаптированные разъемы привычной серии BNC (рисунок 14). В классическом варианте BNC-разъемы предназначены для работы с частотами до 4 ГГц, но благодаря специальной технологии прецизионной обработки Molex создал массовые разъемы BNC с частотами до 12 ГГц, обеспечивающие наилучшее согласование импеданса.

Для СВЧ-приложений с высокой мощностью подойдут разъемы Типа N (рисунок 15). Эти разъемы среднего размера предназначены для соединений прочным гофрированным коаксиальным кабелем. Благодаря резьбовой муфте разъемы обеспечивают надежное соединение даже при интенсивной вибрации.

Держатели карт

Компания Molex предлагает компактные и простые в использовании держатели для карт памяти SD (micro-SD) и SIM-карт (mini-SIM, micro-SIM, nano-SIM). Держатели обеспечивают надежную фиксацию карты, высокую скорость передачи данных, а благодаря малым размерам идеально подойдут для компактных приборов типа сотовых телефонов, смартфонов, терминалов оплаты, элементов бытовой техники и IoT. Для промышленных приложений Molex предоставляет держатели карт с высокой устойчивостью к вибрации и ударам.

Существует несколько способов установки карты в держатель (рисунок 22). Первый и самый простой способ получил название «push-pull»: карта в разъем вставляется нажатием («push»), для того чтобы изъять карту за нее нужно потянуть («pull»). Держатель с простым механизмом «push-pull» занимает мало места на печатной плате, но пользователю не всегда удобно извлекать карту.

Достоинства «push-push»:

• удобное извлечение карты;
• низкопрофильная конструкция, обеспечивающая экономию пространства для мобильных и других приложений, где жестко ограничены габариты;
• надежный датчик обнаружения, который при установке карты замыкается (или размыкается), позволяя легко определить наличие карты в держателе;
• противоскользящая рамка и направляющие контролируют силы выталкивания карты и обеспечивают плавную вставку и извлечение;
• механическая поляризация – уникальная конструкция гнезда, предотвращающая неправильную установку карты;
• наклонные контакты, предотвращающие повреждение контактов при установке и извлечении карты.

Достоинства «push-pull»:

• простая конструкция без механизма извлечения;
• стоимость ниже по сравнению с «push-push»;
• компактный размер и низкий профиль, обеспечивающие малую занимаемую площадь на печатной плате и экономию пространства над держателем;
• надежный датчик обнаружения, позволяющий легко установить наличие карты в держателе;
• жесткий контроль компланарности – высокая надежность пайки оплавлением при автоматизированном монтаже.

В системе «Hinge» верхняя крышка откидывается, а после установки карты фиксируется смещением (рисунок 23). Держатели «Hinge» обеспечивают наиболее надежное удержание карты, защищая ее от внешних ударов и вибрации.

Достоинства «Hinge»:

• прочная система блокировки, которая выдерживает высокие вибрации, что делает держатель пригодным для применения в суровых климатических условиях;
• конструкция шарнирного типа экономит площадь на печатной плате;
• механическая поляризация, при которой держатель имеет уникальную форму гнезда, предотвращающую неправильную установку карты.

Межплатные разъемы slimstack

В приборах с высокой плотностью монтажа, а особенно в портативной технике отличным решением для межплатных соединений могут стать разъемы Molex серии SlimStack (рисунок 32).

Серия включает в себя разъемы различных габаритов, начиная с миниатюрных с шагом контактов 0,35 мм и до крупных, рассчитанных на большой ток с шагом контактов до 2 мм.

Разъемы серии главном образом предназначены для передачи цифрового сигнала. Флагманские решения (серии с шагом контактов 0,35 мм) способны работать на частотах до 20 ГГц и пропускать цифровой поток со скоростью до 40 Гбит/с. Это позволяет использовать разъемы для интерфейсов MIPI D-PHY, MIPI M-PHY, USB 3.

Для передачи питания с платы на плату существуют гибридные версии разъемов, где, помимо сигнальных линий, используются специальные выделенные силовые контакты (рисунок 33).

В сериях с шагом 0,35 мм такие контакты гарантируют ток до 3 А, а в сериях с шагом 0,45 мм есть варианты с током 11 А (серии 2074xx).

Основная проблема межплатных соединений – необходимость точного позиционирования плат относительно друг друга. Благодаря гибким контактам, разъемы SlimStack допускают значительное смещение при соединении (рисунок 34).

Достоинства межплатных соединителей Molex SlimStack:

• маленький корпус и низкий профиль, позволяющие экономить место и дающие высокую гибкость конструкции печатной платы;
• широкий выбор вариаций высоты и числа контактов;
• наличие силовых контактов для передачи питания с платы на плату (до 11 А);
• конструкция двойного контакта, обеспечивающая электрическую и механическую надежность;
• направляющие выравнивания, помогающие легкому соединению, даже если между платами есть небольшой сдвиг;
• контактные замки, при соединении издающие хорошо слышимый щелчок, дающий обратную связь с оператором.

Это лишь беглый взгляд на наиболее стандартные серии продукции Molex.

Семейство fit

Отличительная особенность семейства разъемов Fit – это высокий максимальный ток при малых габаритах. Разъемы семейства представляют собой защищенные клеммные колодки, предназначенные для соединений типа «кабель-плата», «кабель-кабель» или «плата-плата».

Семейство Molex Fit состоит из пяти подсемейств: Nano-Fit™, Micro-Fit 3.0™, Ultra-Fit™, Mini-Fit® и Mega-Fit®. Они отличаются друг от друга длиной шага контактов, максимальным током и напряжением (таблица 1, рисунки 1 и 2).

Таблица 1. Семейство Fit

В семействе Fit контактный штырь соединяется с гнездом в нескольких точках (рисунок 3). В случае, если одна часть контакта деградирует или блокируется пылью или окислом, другие точки контакта продолжают нести нагрузку. В результате клеммы имеют запас надежности и более высокую пропускную способность по току.

Разъемы семейства Fit оснащены защелками с принудительной фиксацией (рисунок 4). При сочленении раздается хорошо слышимый щелчок, который дает оператору информацию о том, что детали надежно соединены. Такая обратная связь не только предотвращает ошибки сборки, но и позволяет выполнять соединение даже без визуального контроля в труднодоступных местах.

Защелка улучшает качество при окончательной сборке продукта, обеспечивая стабильную работу в течение всего срока службы.

В разъемах семейства FiT контакты полностью изолированы диэлектрическими перегородками (рисунок 5). Такие перегородки предотвращают искрение между контактами и позволяют использовать разъем на более высоких напряжениях при сохранении размеров. Риски короткого замыкания из-за пыли и мусора сводятся к минимуму.

Кроме того, перегородки защищают контакты от повреждения во время соединения (рисунок 6). Пока соединительные части не будут правильно выровнены относительно друг друга, механическая нагрузка на контакты отсутствует. Таким образом, повреждения, связанные с агрессивным подключением, практически исключаются.

Защиту от неправильного подключения и перекоса обеспечивают элементы поляризации и ключи (рисунок 7). Эти элементы позволяют соединять только совместимые разъемы и только в правильной полярности. При этом разъем обеспечивает тактильную обратную связь, указывая оператору на ошибку сопряжения и помогая выбрать ориентацию.

Разъемы семейства Fit отлиты из высокотемпературных жидкокристаллических полимеров и способны выдерживать температуру до 260°С. Это позволяет монтировать их методом оплавления.

Все разъемы Fit проходят тест Glow Wire и соответствуют пожаробезопасности по стандарту UL 94V-0.

Уникальные особенности разъемов Fit:

• в соединении множество точек электрических контактов, что дает повышенный максимальный ток;
• контакты полностью изолированы друг от друга диэлектрическими перемычками, что обеспечивает высокое рабочее напряжение;
• защита от неверной коммутации, обеспечивающая надежность при сборке;
• принудительная фиксация, обеспечивающая надежность при сборке и эксплуатации;
• высокотемпературный пластик, гарантирующий автоматизированный монтаж и пожаробезопасность.

Заключение

Среди инженеров известна старая шутка, что электроника – это наука о плохих контактах. Существуют две основные неисправности: нет контакта там, где он должен быть, и есть контакт там, где его быть не должно. Благодаря таким производителям как Molex, шутка теряет актуальность.

Современные соединения по надежности не уступают другим электронным компонентам. А общая тенденция к миниатюризации техники вкупе с увеличением объема и скорости передачи данных делает «науку о контактах» действительно наукой. Разъемы и контакты стали прецизионными и высокотехнологичными изделиями.

Там, где идет речь о высокой частоте, скорости, миниатюризации и надежности, как правило, невозможно найти бюджетный аналог фирменных соединителей. В таких приложениях допустимо использовать продукцию только проверенных производителей, и Molex здесь среди первых.

В начале 2021 года компании КОМПЭЛ и Molex заключили соглашение о дистрибьюции на территории Российской Федерации. Это поможет продукции Molex стать еще ближе к отечественному производителю. Складская программа позволит разработчикам и небольшим производствам получать наиболее стандартные серии продуктов в самые короткие сроки.

•••