D-Sub连接器的新生 - 文章

D-Sub连接器的新生

作者：ERNI亚洲区许永丰

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一个普通的D-Sub连接器究竟能演变到什么地步呢？在过去的30多年中，D-Sub连接器几乎是一成不变，而如今一场革新正在兴起！

输入/输出应用并不缺乏新的互连解决方案，这些年来推出的有USB、火线（Firewire）、模块插座、InfiniBand、高清晰度多媒体接口（HDMI）等各种解决方案。D-Sub连接器则是其中最早的一种解决方案，也是应用最多样化且使用最广泛的一种输入/输出连接器系统。矩形的外壳加上一个D形的极性插接面，D-Sub连接器的概念是40多年前从军用连接器发展而来的，随后被广泛使用在商业和军事的串行通信、电信及局域网等各种领域。

传统D-Sub的不足之处

做一个输入/输出连接器并不容易，作为前线的元器件之一，在操作中不只缺乏足够的保护还会遭到很多的误用。因此对输入/输出连接器的一个关键要求就是可以承受极大的插接力，并有很坚固的端子可以承受装配到电路板前后的误操作。对于表面贴输入/输出连接器来说，这并不容易做到，至于弯角的表面贴连接器更是难上加难了。

图1：传统弯角SMT D-Sub 连接器，弯曲形成的端子不够牢固。

弯角连接器的传统设计是通过冲压过程中的至少两次弯曲以形成端子，如图1所示的连接器。这样的设计对控制连接器每个端子引脚共面性造成了很大的挑战。这样的弯曲方法也造成端子的强度不够，稍有处理不当就会变形。要让连接器的表面贴引脚全部处于同一个完全的平面是不现实的，但是所有引脚的高度差应该控制在±0.05毫米之内。如果有引脚很高就无法接触到印制在电路板上的焊膏，没有着焊因而形成开路。

可靠但经济的接口

ERNI 重新设计所有D-Sub连接器的目的是为无论在操作或电路板装配时都提供可靠但经济的输入/输出解决方案。重新设计的第一个焦点是改变传统直角端子的设计，以解决共面性的问题。实现方法就是从扁平的铜合金长条上一步冲压出弯角端子，如图2所示。这样生产出的端子强度无可比拟，并且可以轻易实现很小的误差。因此，共面性就完全依赖于相对容易控制的外壳尺寸。

图2：重新设计的连接器，冲压成形的端子非常结实。

成功地将冲压方法应用在表面贴的连接器后，ERNI也通过模块化概念的模具设计将此方法延展到压接式和通孔回流连接器上，用同样一套冲模和三个不同的引脚模块可以冲压出三种不同引脚的端子。端子在铜合金长条上的精巧排布更进一步地将原材料的浪费减到最低，致使连接器的成本再度降低。

细微处见匠心

D-Sub连接器的重新设计除了要降低成本，也着重提高连接器的可靠性。随着技术进步和不受现有模具及生产机器的限制而重新设计整条产品线的良机，ERNI的工程师们可以放手去全面改进传统的D-Sub连接器。

对于任何表面贴元器件，无需额外设备及任何人工参与而能够全自动组装上电路板是极其重要的。此外，还需考虑元器件的准确定位和增加元器件在电路板上的保持力。ERNI重新设计的表面贴D-Sub连接器就成功地融合了所有这些特点。

新设计的表面贴D-Sub连接器外壳上提供了一个整合的扁平区域方便真空吸盘在自动化装配过程中的取放操作。由于端子和绝缘体的影像高度对比，连接器适合在线图像检验。包装则采用卷带或托盘以提供不间断的全自动电路板装配。

定位柱则确保了连接器能稳定、准确地定位在电路板上。结实的表面贴装配支架整合在连接器上，超大的焊接区域提供经济、牢固的焊接。这些支架也提供插接过程的应力消除，在设计中刻意将连接器的重心倾向电路板中心，使得装配和焊接过程中定位不倾斜。支架还能增强连接器在电路板上的保持力。总之，整个设计都是为了确保焊接过程及之前，连接器能够牢固的放置并站立在电路板上。此表面贴连接器甚至容许电路板在两面进行装配。

除了提高D-Sub连接器的机械性能，ERNI工程师也花了很多心思来提高其电器性能。首先，母端子换成了ERNI专利设计的6型端子。这6型端子设计也被用在高速连接器上并被证实可降低信号传输的不连贯性。原因是此端子的设计将材料的体积改变减到最小，从而减少阻抗、电容和电感的不连贯性。

图3：全新设计的D-Sub 连接器

新的设计还加了一个全金属的外壳以增强结构并使接地更有效，为电磁干扰/射频干扰（EMI/RFI）的应用提供绝佳的屏蔽，且无需使用接地带。

图4：ERNI 6 型端子设计，提供卓越的电子性能

新设计的一个独到之处是整合的锁定附件，不仅提供低阻力的接地连接，还使得电缆外壳稳固在连接器上。现有版本有植入螺母（M3或#4-40 UNC螺纹）、带锁螺钉（M3或#4-40 UNC）或通孔型。锁定附件也通过正方形空洞防止其在紧固过程中旋转。使用电缆时螺钉螺母转动的问题终于成为了历史。

压接型连接器的压接区采用了针眼顺应针设计，因其本身的对称性，这样的端接方式在电路板电镀通孔上产生的压接力均衡。坚固的外壳设计允许扁平块装配工具直接将连接器压进电路板上，而无需任何复杂的装配工具。压接夹也整合在设计中作为电路板的应力消除以及接地通路。

连接器虽有如此多的改进，电路板布局却保持不变。因其接口尺寸完全一样，客户选用新的D-Sub连接器时无需改变电路板设计，也可直接替代传统D-Sub连接器。新型压接式D-Sub连接器的电路板布局同样适用于ERNI的通孔回流和传统波峰焊接连接器。

选择多样性

全新设计的D-Sub连接器有表面贴、压接式和通孔回流三种端接方式，针数有9、15、25和37，各排列成两排。弯角型现有标准高度7.3毫米和欧式3.6毫米高，美式6.3毫米高的版本也将很快面世。垂直型有6.3毫米和9毫米两种装配高度。端子的插接区域根据IEC 807-3 / DIN 41652标准来电镀，端接区域则镀锡。整合的金属前板符合电磁干扰要求。垂直表面贴的版本带有吸入罩用于取放连接器，并以配合自动装配的卷带或托盘包装。

电源、信号混合

除了上述新一代用于信号传输的D-Sub连接器，ERNI也开发了高电流的D-Sub连接器用于电源传输。20℃的额定电流为25A，其最高额定电流只受到电路板材料的局限。高额定电流的版本还成功混合了电源、信号端子，顺利排除了电源传输对信号传输的干扰。更令人赞叹的是，ERNI所采用的电源端子是通过冲压工艺生产的。传统上，这样的圆柱形电源端子都是车床加工的。能够采用冲压工艺制造出圆柱形电源端子，再次证明ERNI的技术领先性。

应用多样化

新一代D-Sub连接器符合无铅工艺标准，能同时用于传统锡/铅工艺和无铅工艺。绝缘体用耐高温热塑材料制成，也适用于传统锡/铅工艺和无铅回流或气相焊接工艺。

结语

通过技术和设计革新，一个应用了40多年的传统连接器被完全改造。新设计提供更经济且可靠的解决方案，更注重细节的设计带来更多的选择和更多样化的应用。更新的ERNI D-Sub连接器将会继续推出更多延伸产品来满足各种新时代的应用！

许永丰先生是ERNI 亚洲区（新加坡，总部欧洲）的市场经理。

原载《设计创新》杂志(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (2/22/2006)


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