原标题：如何满足工业4.0高密度和强大的连接要求

　　工业 4.0 应用(如机器人、机器视觉、控制器、伺服放大器和服务器)对高密度、快速和可靠的以太网连接的需求正在增长。工业 4.0 设备中的以太网连接需要支持高达每秒 10 吉比特 (Gbits/s) 的通信速度，免受电磁干扰 (EMI) 的影响，提供安全的插配和锁定机制以防止意外移除电缆，能够承受高振动条件，并有很长的交配/非交配寿命。这些连接器必须足够紧凑，以支持工业 4.0 应用不断增加的互连和系统密度。

　　虽然传统的 RJ45 以太网连接器可以满足其中一些要求，但它们相对笨重，无法提供当今设计所需的安装灵活性。

　　为了应对这些挑战，设计人员可以转而使用适用于高速以太网电缆的ix 工业连接器，包括 Cat5e (1 Gbit/s) 和 Cat6a (10 Gbit/s)。这些连接器比 RJ45 连接器小 75%，为安全数据传输提供高水平的 EMI 保护和电磁兼容性 (EMC)，并符合 IEC 61076-3-124 要求。

　　本文首先比较 RJ45 和 ix 工业连接器选项。然后介绍了用于以太网和非以太网连接的 A 型和 B 型 ix 连接器，并回顾了可用于 ix 连接器的各种配置选项，以及Hirose的一些代表性连接器。最后介绍了 ix 电缆的组装和测试工具，以确保正确实施。

　　RJ45 与 ix 连接器

　　许多工业 4.0 应用程序需要模块化连接以实现快速部署和重新配置。这些系统通常将旧设备与新设计相结合。它们使用高速工业以太网和其他需要互操作性和高可用性的协议。所谓的注册插孔 (RJ) 连接器在传统设备中很常见，带有用于基本以太网连接的八针八触点 (8P8C) RJ45 连接器。

　　新兴的工业 4.0 系统需要增加互连密度和灵活性。除了比 RJ45 解决方案小 75% 之外，ix 连接器还支持平行 10 毫米 (mm) 间距安装，并且六个 ix 连接器可以与三个 RJ45 连接器安装在相同的印刷电路板(PC 板)空间中(图 1)。

　　图 1：它们的 10 mm 安装间距允许六个 ix 连接器与三个 RJ45 连接器安装在相同的印刷电路板空间中。(图片来源：广濑)

　　坚固耐用

　　IEC 61076-3-124 提供了 ix 连接器的尺寸、机械、电气、传输特性和环境要求的规范。Hirose 的 ix 连接器超越了 IEC 61076-3-124 并符合日本铁路机车车辆设备冲击和振动测试工业标准 JIS E4031 的要求。它们还符合 GigE Vision 相机接口标准，支持使用千兆以太网，使用非常长且低成本的标准电缆进行快速图像传输。它们的大电流触点支持使用 IEEE 802.3af 和 IEEE 802.3at 中规定的以太网供电 (PoE) 和 PoE+ 应用。

　　ix 连接器系统的设计从一开始就考虑到了工业应用，而 RJ45 连接器最初是为与消费者和商业电信设备一起使用而开发的，并且已经适应在工业环境中使用。例如，ix 连接器具有两个由金属制成的卡入式锁定钩，可提供触觉和听觉反馈，以确认插头和插座之间的安全连接。工业 RJ45 连接器有一个锁钩。

　　ix 连接器插座的外壳设计提供了机械坚固性并增强了 EMC 性能。这些插座有五个通孔固定片，每侧两个，后部在两组信号触点之间，而 RJ45 连接器只有三个片。与 RJ45 插座上的接头相比，ix 连接器插座上的接头也更加坚固。当焊接到 PC 板上时，ix 插座接头可在插头插接或未插接时保护信号触点免受应力。它们还增加了插座承受冲击和振动的能力。焊接接头直接连接到印刷电路板上的地，增强了 EMI 保护(图 2)。

　　图 2：插座上的五个通孔接头可保护信号触点，增强冲击和振动性能，并提高 ix 连接器的 EMC 性能。(图片来源：广濑)

　　模块化和可重构系统的使用正在改变对连接器性能的期望。在安装的整个生命周期内，连接器不再留在原处。生产站、工具和其他系统组件需要能够频繁地重新排列，以支持大规模定制，这是工业 4.0 的定义特征。因此，连接器可能在其生命周期内插拔数百或数千次。Hirose 的 ix 连接器经过 5,000 次插拔设计和测试，仍然满足 IEC 61076-3-124 的所有性能要求。

　　非以太网连接

　　IEC 61076-3-124 支持以太网和非以太网连接。为防止错误连接，标有“A”和“B”的单独机械编码方案分别用于以太网和非以太网 ix 连接器(图 3)：

　　“A”型 ix 连接器能够处理高达 10 Gbits/s 的传输速率。它们可以支持 PoE 和 PoE+，并且可以通过插座左下角的 45° 极化倒角来识别。

　　'B' 型 ix 连接器设计用于所有非以太网应用，例如信号和各种串行和其他工业通信协议。它们可以通过位于插座左上角的 45° 倒角来识别。

　　图 3：ix 连接器提供两种机械编码设计，以防止将以太网插头插入非以太网插座，反之亦然。(图片来源：广濑)

　　集成灵活性

　　这些连接器还增强了系统集成的灵活性。电缆可以通过焊接或使用绝缘置换连接 (IDC) 连接到 ix 连接器插座。焊接连接可以加快工厂环境中电缆组件的生产。IDC 连接通常用于在现场生产电缆组件，由于减少了剥线、扭绞和焊接，因此可以将安装时间减少多达 50%。有四个相应的连接器系列，分别标识为 30、31、32 和 40。前三个支持不同的 IDC 电缆尺寸，第四个用于焊接连接：

　　30：IDC 使用 26 至 28 号美国线规 (AWG) 的电线，绝缘体外径范围为 0.95 至 1.05 mm

　　31：IDC 使用 24 至 25 AWG 的电线尺寸，绝缘体外径范围为 1.1 至 1.25 mm

　　32：IDC 使用 22 AWG 电线，绝缘子外径范围为 1.4 至 1.6 mm

　　40：手工焊接

　　Hirose 还提供具有三种插座配置和三种插头配置的 ix 连接器，以满足特定的应用需求(图 4)。插座配置包括：

　　垂直直角，可平行安装，间距为 10 mm，以节省高密度系统中的印刷电路板空间

　　垂直型允许连接器从顶部配合

　　薄型直角插座高 5.7 毫米，不到 RJ45 连接器高度的一半

　　插头配置包括：

　　直线布线

　　直角向上布线

　　直角向下布线

　　图 4：插座提供三种样式;三个电路板上的每一个都显示了不同的样式。每个电路板都包含三种样式的 ix 连接器插头。(图片来源：广濑)

　　ix 连接器示例

　　除了上面详述的配置和选项外，Hirose 还为设计人员提供了镀金或镀钯镍以及接触表面镀金的选择。Hirose 的数十个 ix 连接器的示例包括：

　　IX80G-B-10P(01)，B 型垂直插座，带有 0.75 微米 (μm) 的钯镍和 0.05 微米的镀金

　　IX80G-A-10P(01)，A 型垂直插座，0.75 μm 钯镍外加 0.05 μm 镀金

　　IX61G-B-10P，B型向上直角插座，镀0.2μm镀金

　　IX60G-A-10P , A 型直角插座，镀金 0.2 μm

　　IX31G-A-10S-CV(7.0) , A 型直插头, 0.2 μm 镀金

　　IX30G-A-10S-CVL2(7.0) , A型直角上插0.2μm镀金

　　IX30G-B-10S-CVL1(7.0) , B 型直角下塞, 0.2 μm 镀金

　　现场组装

　　工业以太网应用需要高可用性，并且电缆的现场组装可能是一个重要的考虑因素。它可以加快设备的安装速度，尤其是在模块化架构中，以便于快速更换磨损或损坏的电缆组件。为了满足现场组装的需求，Hirose 提供了HT803/IXG-8/10S-63-72电缆组装工具，可与 IX30G、IX31G 和 IX32G IDC ix 连接器一起使用(图 5)。它是一种组合工具，用于将电缆和插头压接在一起并将保护外壳锻压到组件上。对于 IX40G 焊接连接器，它仅用于型锻。

　　图 5：此手动工具可实现 ix 电缆组件的现场制造。(图片来源：广濑电机)

　　该电缆组装工具设计用于 22 至 28 AWG 的屏蔽电缆，带有 7 股软铜线，外绝缘直径为 6.3 至 7.2 毫米。操作快速简单。

　　压接：将插头放入工具中，编码键朝上，然后将电缆插入插头。挤压手柄以完成压接。该工具包括一个棘轮机构，以确保在施加足够的压力以产生良好的压接连接之前它不会打开。当达到所需压力时，棘轮会自动释放。

　　锻造：将屏蔽壳和外壳放入工具中(提供特殊切口以确保正确放置)。与压接过程一样，将插头插入工具中，编码键朝上。挤压手柄直到棘轮松开以完成型锻。

　　测试很重要

　　在现场测试以太网电缆可能有多种原因。在设备的初始部署或现有电缆的更换期间，测试可以证明电缆满足所有性能要求。在对安装进行故障排除以查明问题根源时，电缆测试也很有用。以太网中可能存在多种故障源，包括连接器故障、电缆或屏蔽层断裂以及对 EMI 的敏感性增加。

　　Hirose的DSX-CHA-5-IX-S是一组两个适配器，经过优化，可加速 ix 连接器和电缆组件的现场测试(图 6)。它设计用于 Fluke Networks 的 DSX CableAnalyzer 测试仪。使用这些适配器对 IEEE 802.3 规范进行彻底测试可以提供通过/失败结果，以及广泛的诊断以加快任何问题的识别。

　　图 6：DSX-CHA-5-IX-S 适配器组加快了 ix 连接器和电缆组件的现场测试。(图片来源：福禄克)

　　结论

　　设计人员可以使用 ix 连接器来支持工业 4.0 系统对高密度、稳健连接的需求。这些连接器可用于以太网和非以太网配置，并提供各种机械配置以支持一系列系统设计需求。焊接连接可用于大批量生产环境，而 IDC 模型可用于现场制造电缆组件。工具和测试仪也很容易获得，以确保最终的电缆组件满足所有 ix 性能要求。