汽车系统设计人员需要仔细选择和应用连接器，使其在受到极端温度和湿度、污染和振动的环境中在物理和电气方面都能可靠地运行。随着车辆成为强大的“车轮上的计算机”，满足和维持汽车性能和可靠性要求变得越来越具有挑战性。连接器必须能够在更狭小的空间内处理更多的传输线，通信速度为每秒几千兆位，这是适应 10GBASE-T1 和 PCI Express 版本 3 (PCIe 3.0) 等标准所必需的。

　　为了使事情更具挑战性，汽车公司需要非常高的产量，因此电子组装公司需要转向高速装配机来跟上。但是，很难在保持高生产率和良率的同时准确放置连接器，以便它们以后可以毫无问题地配接。

　　这些挑战可以通过物理和电气坚固的浮动触点连接器来应对，这些连接器可以吸收自动化装配过程中遇到的位置偏移或错位。

　　本文介绍了汽车连接器面临的电信号以及物理应用和制造需求。然后，它引入了浮动连接器 杰电子 设计师可以用来满足这些需求。包括有关高速通信标准和合适的连接器选择和应用的详细信息，以及如何为高速汽车通信协议(如 10GBASE-T1 和 PCI Express 版本 3 (PCIe 3.0))选择连接器的指南。

　　高速通信协议简介

　　10GBASE-T1 是 10 Gb 以太网 (10 GbE) 标准系列之一，以每秒 10 千兆位 (Gbps) 的速率提供以太网帧传输。10GBASE-T1 是一种“汽车以太网”解决方案，使用双绞线电缆在长达 15 米 (m) 的距离内运行。10 Gbps的数据吞吐量是最快的汽车通信标准，可以支持自动驾驶等应用。

　　PCIe 3.0 是另一种高速串行计算机扩展总线标准。它提供高达每秒 8 千兆传输 (GTps) 的速度。在高端“x16 通道”实现中，8 GTps 相当于 126 Gbps 的聚合数据传输速率。

　　该技术传统上用作PC中的高速总线，现在正针对未来车辆的汽车应用，因为硬件设计保证传输的数据包到达预定目的地。这构成了适合自动驾驶的高度可靠的系统。

　　用于高速汽车通信的连接器

　　高速通信协议需要高质量的连接器。它们不仅必须提供坚固可靠的连接以确保出色的信号完整性，而且还必须相对容易断开和重新连接多年的服务。它们还必须能够在小间距上容纳许多引脚和插座，以确保具有多通道连接的紧凑尺寸。

　　用于高速通信协议(如 10GBASE-T1 和 PCIe 3.0)的现代连接器系列的一个示例是 MA01 JAE电子的系列。这些连接器提供轧制表面触点和两点触点结构等功能，即使在汽车应用的典型振动、冲击和极端温度下也能确保安全的机械和电气连接(图 1)。

　　图 1：MA01 系列连接器具有两点接触连接器，有助于在冲击和振动期间保持电气连续性。(图片来源：JAE电子)

　　MA01 系列连接器提供 8 至 30 毫米 (mm) 的各种堆叠高度(图 2)，能够传输 10 个 GBASE-T1 和 PCIe 3.0 所需的 8 Gbps 速度，是汽车板对板数字控制单元等应用的理想选择。连接器具有低插入和拔出力的特点，并包括键控以防止不正确配接。这些连接器具有 -40 至 125°C 的宽工作温度范围。

　　图 2：MA01 系列连接器的堆叠高度为 8 至 30 mm(图片来源：JAE Electronics)

　　该系列中的一个例子是 MA01F030VABBR300.该连接器是汽车级高速传输板对板连接器。它在 20.925 x 8.8 x 12.3 mm 的机身内具有 30 个位置，间距为 0.635 mm。触点由铜合金制成，镀金层为 0.1 微米 (μm)(最小)。连接器的电气规格为 0.5 安培 (A) 额定电流和 50 伏交流额定电压。它设计用于多达 100 次插拔。

　　MA01F030VABBR300 设计用于与 MA01R030VABBR600 为高速汽车应用形成板对板连接(图 3)。

　　图 3：MA01F030VABBR300(底部)具有 30 个位置，并与 MA01R030VABBR600 配接，以实现稳健可靠的高速板对板连接。(图片来源：JAE电子)

　　克服装配挑战

　　大批量电子产品制造需要使用机器人装配技术。但是，用于这项工作的自动贴片机确实存在机械限制。这可能会导致组件定位的公差。虽然轻微的位置误差是典型的，对于有源和无源元件来说不是问题，但在配接多位置、细间距连接器时，它们可能会导致问题。这个问题变得更加复杂，因为典型的连接器没有为贴片机真空喷嘴提供平坦的表面，无法正确购买。

　　由于典型的引脚间距小于一毫米，因此在配接连接器时不需要太多错位即可导致触点损坏。

　　为了克服这个问题，JAE MA01F030VABBR300采用浮动接触技术，允许在X和Y方向上移动±0.5毫米。该浮子可校正自动化机械安装过程中引起的位置偏移或错位。连接器配有可拆卸盖子，可安全购买贴片机真空喷嘴。在连接器安装之前，盖子还用于防止大碎屑进入配接区域(图 4 和图 5)。

　　图 4：MA01F030VABBR300 是此 MA01 连接的下半部分，采用浮动触点技术，允许在 X 和 Y 方向上移动 ±0.5 mm。这有助于纠正装配过程中的位置偏移或错位。(图片来源：JAE电子)

　　图 5：MA01 系列配有一个可拆卸的盖子，使贴片机真空喷嘴能够很好地购买。(图片来源：JAE电子)

　　板对板连接器的母侧MA01R030VABBR600是刚性连接器，因为只有连接的一侧需要浮动以适应放置位置公差。

　　MA01系列连接器简化组装过程的另一个特点是连接器与印刷电路板相接的焊点清晰可见。传统连接器通常隐藏这些焊点，使检查变得困难，并存在使用中故障的风险(图 6)。

　　图 6：MA01 系列的侧装连接器显示了该设计如何轻松检查连接器连接到印刷电路板的焊点的质量。(图片来源：JAE电子)

　　确保无故障配接

　　MA01系列的浮动连接器技术在补偿贴装位置误差时非常有用，但是当手动将连接器夹在一起时，可能会出现更大的错位。当固定连接器两半的顶部和底部印刷电路板“盲目”地结合在一起时，通常会发生这种错位，这使得精密触点很容易错位。更糟糕的是，即使触点在此过程中损坏，连接器也可能感觉已正确配接。这种错位可能发生在 X 和 Y 水平方向上。

　　JAE 连接器包括防止连接不当的路标，即使在配接过程中连接器在 X 和 Y 方向上或两个方向上明显未对齐。导轨模制在连接器主体中，并将连接器的两半引导到正确的啮合位置(图 7、8 和 9)。

　　图 7：当在 X 方向上未对齐时，JAE 电子 MA01 系列上的路标将连接器的上半部分引导到垂直方向。(图片来源：JAE电子)

　　图 8：在 Y 方向上，导向柱可防止过度错位，否则会损坏触点。(图片来源：JAE电子)

　　图 9：当两块板放在一起进行盲连接器插入时，导向柱可补偿高达 1 mm 的水平错位。(图片来源：JAE电子)

　　配接后，连接器的浮动触点功能使其能够吸收汽车应用中典型的冲击和振动，而不会有触点损坏的风险。

　　高速连接器选择

　　设计高速通信系统是很棘手的。甚至在设计人员开始考虑给定连接器的信号完整性之前，相关印刷电路板的布局也必须考虑目标阻抗和高速差分信号通道的布线等因素，以限制串扰和损耗。但是，假设设计人员考虑了这些和其他关键设计因素，那么连接器可以在系统的最终带宽、原始数据吞吐量和信号完整性方面发挥重要作用。

　　选择高速连接器时，首先要检查的是所需通信协议的最大带宽。如果连接器无法处理协议的工作频率，那么设计一个可以高速工作的系统就没有意义了。一个简单的方法是选择经过认证符合相关协议标准的连接器。这样，设计人员就可以确信连接器经过专门设计，可确保最大吞吐量和带宽。

　　兼容连接器还将具有相关高速协议的目标阻抗(通常为 50 欧姆 (Ω))。其他选择因素(如连接器的材料、电路板安装样式和尺寸)也很重要，但对信号完整性的影响较小。

　　虽然合规性认证将使设计人员相信连接器可以完成这项工作，但重要的是在与生产项目布局相似或相同的测试印刷电路板上测试入围的连接器。数据表或单独测试连接器可能不会表现出实际使用中可能发生的信号完整性问题。在原型组件上进行测试将清楚地指示信号反射和/或失真问题。

　　确定连接器信号完整性的关键测量是 S 参数和眼图。S参数表示频域中的信号返回和插入损耗。应在连接器就位的情况下测量工作电路的测量结果，然后与移除连接器的结果进行比较，以评估其对信号完整性的影响。

　　示波器生成的眼图是电路在数字域中性能的可视化。它是可视化损耗、串扰、码间干扰 (ISI) 和误码率的标准方法。同样，应在有和没有连接器的情况下进行测试，以确定其对信号完整性的影响。

　　结论

　　设计人员既要满足汽车板对板连接器苛刻的物理和电气性能要求，又要避免在高速自动化装配过程中因定位不良和公差错位而导致连接器损坏，这是一项挑战。设计人员可以使用JAE电子的MA01系列连接器克服挑战。

　　如图所示，MA01连接器符合多千兆位通信协议，并提供具有低电阻插入和断开功能的坚固可靠的解决方案。此外，连接器在设计时还考虑了快速组装。拆卸盖、浮动连接器和导向柱等功能允许在电路板安装和板对板盲连接中实现更大的公差，而不会有错位和损坏触点的风险。