了解优质触头如何增强多针位连接器的性能

连接器是系统各个部分之间或系统与外部世界之间重要的机械和电气连接设备。连接器类型的选择取决于多个因素，包括电气和机械要求、行业标准、易用性和制造、触头的数量和类型、配接和非配接情况、可靠性目标以及监管规定。不过，经典的 D-Sub（超小 D 型）连接器体已使用了几十年，仍然是许多应用的首选连接器。

虽然连接器的主体样式和触头排列备受关注，但触头本身对连接器的电气和机械性能有着重大影响。随着设计越来越复杂，应用要求越来越高，设计人员需要了解触头技术的最新创新，以满足相应的标准和要求，特别是在坚固性、插入力和保持力、接触电阻和温度容差方面。

本文简要概述了连接器的发展趋势，重点介绍了 D-sub 连接器的持续使用原因。然后介绍了 Amphenol Positronic 先进的触头，并展示了如何使用它们来提高连接器的性能。

USB、以太网和 D-sub 连接器的重要性

尽管传统 RS-232 接口的使用有所减少，而且各种版本的 USB 和以太网连接器也在兴起，但经典的 9 针 D-sub 连接器（通常称为 DB-9）和更广泛的 D-sub 连接器系列中的其他连接器仍在电子系统通信中发挥着重要作用。持续使用的原因有很多。虽然 USB 和以太网可以满足许多互连要求，但这两种广泛使用的连接器类型都是串行接口，而不是多线接口。它们可以同时传输数据和电力，但对信号类型、电压和电流最大值以及额定功率有严格限制。

在设计上，USB 和以太网无法像具有多个并行接触路径的接口那样有效地处理多个不相关的信号或不同的格式。另外一个重要的考虑因素是，标准 USB 和以太网连接的设计并不符合许多情况下所需的机械和电气完整性及稳健性水平。

由于这些和那些原因，D-sub 连接器仍在广泛使用。这种外形设计早在 20 世纪 50 年代就已出现，具有很多优点。它具有完全屏蔽电磁干扰 (EMI) 和射频干扰 (RFI) 的功能，提供密封或接近密封的外壳，机械结构坚固，其两个对接部分可通过小型顶丝相互锁定。D-sub 连接器主体或外壳至少有六种标准尺寸，提供了灵活的电气触头针位和类型选择。除了在所有针位提供相同触头类型的连接器外壳外，“Combo-D” D-sub 还支持在单个连接器外壳内混合使用独立的信号和电源触头（图 1，上）。

图 1：Combo-D 超小型连接器支持多种信号和电源路径组合（上图）；D-sub 连接器采用标准外壳尺寸和触头排列（下图）。（图片来源：Amphenol Positronic）

单个 D-sub 可支持各种标准的混搭排列（图 1，下）。它们提供标准密度的两排式和高密度的三排式版本，有信号、电源、屏蔽、高压、热电偶和光纤触头选择。

触头技术的创新

D-sub 外壳的优点是连接器故事的重要情节，而电气触头及其属性也是连接器组装成功的关键。多年来，触头技术在材料、设计、电气和机械性能方面有了许多改进。

其中包括 Amphenol Positronic 获得专利的 PosiBand 触头技术（美国专利号 7,115,002）。PosiBand 采用创新的触头设计，有别于传统设计，在许多关键参数上实现了更高的性能。

PosiBand 外部压力元件设计成将连接的机械动作与电气动作完全分开（图 2）。压力元件通过施加一个力，将公插针压向内部孔腔，形成一条长长的直接电气接触线，从而完成机械动作。接触线的长度可以改变，从而让设计人员优化连接的接口电阻。入口处坚固、无破损的环形结构可增强触头的机械坚固性。

图 2：PosiBand 采用专利设计，将连接的机械动作和电气动作分开。（图片来源：Amphenol Positronic）

PosiBand 内的弹簧夹（图 3，左）是组件中一个很小但很关键的零件，也是影响其性能的关键因素。这个韧性十足的铍铜合金片可在公触头上产生法向力，从而实现牢固、可靠的接触接合（图 3，右）。同时，在满足或超过性能要求的同时，还能降低平均插入力。

图 3：PosiBand 弹簧夹（左）在接触区域（右）提供法向力，以最大限度地扩大电气配接表面接触面积。（图片来源：Amphenol Positronic）

PosiBand 底座触头由黄铜制成，具有将导线压接在触头上的优异性能。它还消除了对材料进行退火的需要，而退火不仅会增加成本，而且在制造过程中如果操作不当，还可能造成长期问题。

与传统触头设计相比，PosiBand 系统还增加了公母触头之间的接触面积，从而实现更加可靠的电气完整性。在微观层面上，有更多的电气路径通过接触界面。增加接触面积降低了振动时出现不连续性的可能性。

与直觉相反，PosiBand 系统提供更大的接触面积并没有增加插入力；相反，PosiBand 设计提供了更一致的插入力，从而降低了平均插入力。

Positronic 产品已进入美国国防部后勤局 (DLA) 合格产品清单 (QPL)，这意味着它们已经满足了包括相应产品识别、资质和定期验证测试在内的要求。PosiBand 符合 SAE AS3902 和 MIL-DTL-24308 规范，还符合 GSFC S-311-P4/08 和 GSFC S-311-P4/10 中更高的 40 克 (g) 接触分离测试要求。

触头尺寸和电阻

PosiBand 触头采用标准 20 和 22 号规格。前者适用于美国线规 (AWG) 20、22 和 24 号导线，后者适用于 AWG 22、24、26、28 和 30 号导线。

22 号触头的最大电阻为 0.005 欧姆 (Ω)，而 20 号触头的相应阻值为 0.004 欧姆。由于接触电阻低，I²R 损失小，因此自热低，这为设计人员提供了使用 22 号和 20 号触头供电的机会。

有些工程师不了解触头的热特性，或者只是在设计和选择连接器的后期才考虑到这一因素。尽管如此，在评估连接器和系统性能时，热量仍是一个关键因素。PosiBand 20 号（图 4，上）和 22 号（图 4，下）触头在不同触头配置下的温升与电流关系完全一致。

图 4：所示为不同配置下 20 号（上）和 22 号（下）PosiBand 触头的温升与额定电流的关系。（图片来源：Amphenol Positronic）

允许的最大电流受限于连接和触头可承受的最高温度。

用于实际应用的 PosiBand 产品

对于自行组装电缆和连接器的设计人员，PosiBand 触头可作为单个产品提供。例如，FC6020D2-14（图 5）是 20 号铜合金机加工插座触头，压接到导线终端。

图 5：FC6020D2-14 是一种 20 号铜合金机加工插座触头，压接到导线终端。（图片来源：Amphenol Positronic）

这种镀镍铜触头表面镀有 1.27 微米 (µm) 的金，可确保低电阻和可靠的连续性。对于压接（非焊接）连接，Amphenol Positronic 提供了特定的压接工具，以确保连接符合精确的规格要求，从而实现一致性和可靠性。

对于寻求现成解决方案的设计人员来说，像 MACH-D 系列 MCD15M51R700K/AA-15（图 6，左）和 CBC7W2S110000（图 6，右）这样完全组装好的连接器可作为一些更常见配置的标准件提供。MCD15M51R700K/AA-15 是一种 15 针不锈钢 D-sub 插头连接器（公插针），采用同尺寸 20 号触头，额定电流为 17 安培 (A)，旨在用于直角电路板焊接。除了直角电路板安装终端外，它还提供压接、焊杯和压入式终端选择。

图 6：MCD15M51R700K/AA-15（左）是一款 15 针 D-sub 插头连接器（公插针），采用 20 号触头；CBC7W2S110000（右）是一款 7 针组合插座连接器，采用母触头，具有五个 20 号 PosiBand 信号触头和两个 MC/FC 4012D 电源触头。（图片来源：Amphenol Positronic）

相比之下，CBC7W2S110000 是一个带母插口的 7 针 D-sub 组合插座连接器。该连接器具有五个 20 号 PosiBand 信号触头和两个 MC/FC 4012D 100 A 电源连接器（也提供同轴电缆触头）。其外壳为镀锌钢，带有铬酸钝化密封件，实现了电气和环境完整性。

结语

D-sub 系列经典多针位并行连接器是许多应用的首选连接器。它们为设计人员提供了多种物理尺寸选择，并在触头数量和排列方面具有灵活性。Amphenol Positronic 将创新的 PosiBand 信号触头与其 D-sub 连接器外壳结合在一起，提高了连接可靠性和性能。