更強大的5G,需要更小的連接器!
發布時間:2023-07-03 來源:Mouser 責任編輯:wenwei
【導讀】我們正在加速進入5G時代,這是一個不爭的事實。根據全球移動通信係統協會(GSMA)的研究數據,5G連接數在2022年超過10億個,到2025年將超過20億個,屆時5G連接將占總移動連接的五分之一以上。這一滲透速度遠超之前的3G和4G。
之所以受到如此追捧,是因為5G在定義之初,就被賦予了更強大的能力——它不僅能夠提供更大的帶寬,支持VR、超高清視頻等eMBB(增強移動寬帶)應用,還可以實現更低的傳輸時延,滿足無人駕駛、工業自動化等領域uRLLC(超可靠低時延通信)連接的要求,同時又適用於mMTC(大連接物聯網)場景,可承載大規模、高密度的物聯網業務,每平方公裏內可支持100萬個設備連接。
因此可以說,從4G到5G的這次迭代,不是一次簡單的網速升級,而是真正為萬物互聯提供了一個堅實的網絡“骨架”。
5G設備的新要求
想要構建起這樣一張更強大的5G網絡,對於組建網絡的基礎單元——也就是5G的設備——自然也會提出不同以往的、更新且更高的要求。這主要體現在三個方麵:
更高的頻率:為了適應高速、低時延、大連接的需求,5G定義了新的空中接口(NR),其主要特點之一就是包括兩個頻帶——除了覆蓋低頻段(600-700 MHz)和中頻段(2.5-3.7 GHz)的第一頻帶(FR1),還特別定義了24-39 GHz毫米波(mmWave)範圍內的第二頻帶(FR2)。之所以會考慮向更高的頻率延展,主要是因為FR1頻帶已經過於擁擠,多種無線通信協議以及非通信的設備(如微波爐)都聚集在這裏,因此電磁噪聲相當大;同時,更高的頻率也意味著可以提供更大的帶寬,實現更快的傳輸速率。因此,5G設備的高頻化肯定是大勢所趨。
更複雜的係統:更強大的連接能力,使得5Gshebeikeyichengzaidegongnengyegengweifengfu,zhexuyaoqijubeibianyuanjisuannengli,nenggouduizaibianyuanduanchanshengdeshujujinxingchuli,bingtongguoduoyangdelianjiefangshiyuqitashebeihuozheyunduanjinxingshujujiaohu。suoyouzhexiebianhua,douhuijiang5G設備的複雜性推上一個新台階。
更大的功率:更高的頻率、更複雜的係統意味著更大的功耗開銷,也就是說5G設備需要支持更高的功率密度,這就要求其在元器件選型和係統級設計上進行周密的考量和深度的優化。
遺憾的是,當你真正著手進行5G產品設計時就會發現,上述設計要求都會與另一個同樣重要的設計趨勢相互矛盾,即設備的“小型化”。
5G設備小型化設計的挑戰
5G設備的小型化趨勢帶來很多設計挑戰,比如在較高的頻率下,天線元件等射頻單元之間的物理距離會更小,而支持5G NR的一個重要技術前提就是需要采用MIMO(多輸入多輸出)相控陣天線實現波束成形、波束轉向和波束跟蹤等功能,這就使得5G設備需要具有更高的天線密度,射頻係統麵臨著更嚴峻的設計小型化的挑戰。
lingyigefangmian,shixiangengfengfudegongneng,yijizaigaopinxiahuodegengwendingdelianjie,douxuyaoxiaohaogengduodedianliang,zaidianchijishumeiyougemingxingtupodeqingkuangxia,tisheng5G設備續航的有效方法就是使用更大容量的電池,而在有限的空間內,隻有壓縮其他組件和電路的尺寸才能為電池騰出足夠的容身之所。
想要設計出外形更小的5G設she備bei,人ren們men首shou先xian能neng夠gou想xiang到dao的de努nu力li方fang向xiang就jiu是shi提ti高gao係xi統tong中zhong芯xin片pian的de集ji成cheng度du,進jin一yi步bu縮suo小xiao其qi占zhan板ban麵mian積ji。得de益yi於yu摩mo爾er定ding律lv,這zhe也ye是shi以yi往wang屢lv試shi不bu爽shuang的de方fang法fa。不bu過guo隨sui著zhe芯xin片pian及ji其qi相xiang關guan組zu件jian的de縮suo小xiao,人ren們men發fa現xian它ta們men之zhi間jian的de互hu連lian成cheng為wei了le一yi個ge越yue來lai越yue突tu出chu的de挑tiao戰zhan,而er以yi往wang的de連lian接jie器qi產chan品pin並bing不bu能neng有you效xiao應ying對dui這zhe一yi挑tiao戰zhan,反fan而er會hui成cheng為wei小xiao型xing化hua設she計ji中zhong的de瓶ping頸jing。這zhe時shi就jiu需xu要yao在zai連lian接jie器qi的de“微型化”上動腦筋,以支撐更強大的5G設備。
比(bi)如(ru)以(yi)往(wang)在(zai)毫(hao)米(mi)波(bo)係(xi)統(tong)的(de)射(she)頻(pin)連(lian)接(jie)中(zhong),使(shi)用(yong)的(de)都(dou)是(shi)同(tong)軸(zhou)連(lian)接(jie)器(qi)和(he)電(dian)纜(lan)組(zu)件(jian),這(zhe)種(zhong)方(fang)案(an)雖(sui)然(ran)可(ke)以(yi)確(que)保(bao)連(lian)接(jie)性(xing)能(neng),但(dan)是(shi)在(zai)手(shou)持(chi)或(huo)可(ke)穿(chuan)戴(dai)設(she)備(bei)上(shang)就(jiu)顯(xian)得(de)過(guo)於(yu)笨(ben)重(zhong)。這(zhe)時(shi)表(biao)麵(mian)貼(tie)裝(zhuang)柔(rou)性(xing)板(ban)對(dui)板(ban)連(lian)接(jie)器(qi)就(jiu)成(cheng)了(le)一(yi)個(ge)理(li)想(xiang)的(de)替(ti)代(dai)方(fang)案(an)。
類似的情況也發生在高密度的板對板連接上。如上文所述,5G應用意味著更高的數據傳輸速率和更大的功率消耗,這就要求為5G應用而打造的微型連接器一方麵要追求更大的連接密度,另一方麵還需要滿足信號在完整性、載流能力以及可靠性上的要求。這就讓5G微型連接器的設計像是一場“針尖上的舞蹈”。
這顯然不容易,但已經有人做到了!今天我們就帶大家一起認識幾位出色的“演員“——來自Molex的5G微型連接器產品們。下麵就來看看它們這個微型“舞台”上的精彩表演!
5G25射頻連接器
首先出場的,是Molex的5G25係列5G毫米波射頻柔性板對板連接器,其優勢特性可以用三個關鍵詞來概括:高速、多用途、高可靠連接。
圖1:5G25係列5G毫米波射頻柔性板對板連接器(圖源:Molex)
在高速方麵,5G25係列的射頻結構支持高達25GHz的頻率,可對FR2頻帶上的毫米波應用提供有力的支撐。特別值得一提的是,5G25係列連接器采用了Molex專有的觸點屏蔽和射頻端子隔離功能,在25GHz的高頻下實現了高水平的信號完整性(SI),具有出色的電氣和無線信號連接性能。
圖2:5G25係列連接器提供出色的高達25GHz的信號完整性(圖源:Molex)
多用途是5G25係列連接器另一個顯著的差異化優勢。在FPC電纜上使用時,5G25係列可替代多根同軸電纜,可以支持5G毫米波、6 GHz以下和4G/LTE應(ying)用(yong),真(zhen)正(zheng)實(shi)現(xian)了(le)射(she)頻(pin)連(lian)接(jie)的(de)微(wei)型(xing)化(hua)。與(yu)此(ci)同(tong)時(shi),其(qi)還(hai)創(chuang)新(xin)地(di)在(zai)單(dan)個(ge)連(lian)接(jie)器(qi)中(zhong)將(jiang)射(she)頻(pin)和(he)非(fei)射(she)頻(pin)連(lian)接(jie)結(jie)合(he)在(zai)一(yi)起(qi),通(tong)過(guo)在(zai)應(ying)用(yong)中(zhong)靈(ling)活(huo)配(pei)置(zhi)各(ge)個(ge)插(cha)針(zhen)的(de)功(gong)能(neng)實(shi)現(xian)不(bu)同(tong)的(de)連(lian)接(jie)方(fang)案(an),從(cong)而(er)減(jian)少(shao)對(dui)額(e)外(wai)連(lian)接(jie)器(qi)的(de)需(xu)求(qiu),節(jie)省(sheng)更(geng)多(duo)空(kong)間(jian)和(he)成(cheng)本(ben)。這(zhe)種(zhong)多(duo)功(gong)能(neng)、多用途帶來的設計靈活性,在業內可謂是獨樹一幟。
圖3:5G25係列連接器可替代多根同軸電纜,並將射頻和非射頻連接結合在一起,提供極強的設計靈活性(圖源:Molex)
為了實現可靠的連接,5G25係列連接器在設計上頗費了一些心思。
首先,該連接器提供了非常寬的對準公差(間距0.35 mm,跨度0.30 mm),以便於用戶實現快速、輕鬆的插接;
其qi次ci,設she計ji獨du特te的de防fang護hu罩zhao在zai提ti供gong抗kang電dian磁ci幹gan擾rao屏ping蔽bi功gong能neng的de同tong時shi,還hai支zhi持chi插cha配pei定ding位wei,並bing能neng夠gou防fang止zhi因yin意yi外wai掉diao落luo造zao成cheng的de射she頻pin接jie點dian彎wan曲qu以yi及ji對dui連lian接jie器qi的de衝chong擊ji;
再有,5G25係列插配時具有明顯的“哢嗒感”,可防止錯配,實現快速、無故障的裝配。所有這些特性都有利於加快裝配過程,並在應用時提供可靠的連接性。
圖4:5G25連接器具有非常寬的對準公差,便於實現快速、輕鬆的插接(圖源:Molex)
總而言之,Molex的5G25射頻連接器在緊湊的空間中,可為高速射頻應用提供出色的SI性能、強大的插配特性以及高度的設計靈活性,可謂是5G微型射頻互連中的標杆性產品。
SlimStack ACB6+連接器
在板對板和板對FPC連接器領域,Molex的SlimStack係列一直以提供穩健、高速的數據傳輸以及出眾的設計靈活性而著稱,而在產品的微型化方麵,SlimStack ACB6+連接器的表現尤為搶眼。
圖5:SlimStack ACB6+連接器(圖源:Molex)
SlimStack ACB6+連接器提供0.35mm的間距,高度僅為0.6mm,就纖細的外形而言,可以算是SlimStack係列中的“天花板”了。而在微型化的同時,該連接器的電源釘結構可實現高達5.0A的電流傳輸,能夠很好地滿足5G應用中高功率的要求。
同時,SlimStack ACB6+連(lian)接(jie)器(qi)采(cai)用(yong)從(cong)裏(li)到(dao)外(wai)包(bao)裹(guo)的(de)全(quan)鎧(kai)裝(zhuang)設(she)計(ji),可(ke)以(yi)防(fang)止(zhi)裝(zhuang)配(pei)過(guo)程(cheng)中(zhong)的(de)損(sun)壞(huai)。而(er)寬(kuan)對(dui)齊(qi)區(qu)域(yu)的(de)設(she)計(ji),使(shi)其(qi)具(ju)有(you)較(jiao)大(da)的(de)對(dui)準(zhun)麵(mian)積(ji),為(wei)插(cha)配(pei)操(cao)作(zuo)帶(dai)來(lai)了(le)更(geng)大(da)的(de)便(bian)利(li)性(xing)。
在通過微型化提高互連密度的同時,SlimStack ACB6+連接器在增強可靠性方麵也做了很多優化,比如:其將觸點與焊接區用鎳阻隔層隔開,同時觸點端子與插頭釘頂部表麵都采用閃金鍍層,以防止焊料滲錫和幹擾的發生;連接器的電源釘和信號觸點之間保持0.19mm的距離,可有效防止短路。
圖6:SlimStack ACB6+連接器優化的結構設計提供增強的可靠性(圖源:Molex)
所有這些特性都決定了SlimStack ACB6+連接器是高連接密度和高功率密度5G應用的理想選擇。
Molex四排板對板連接器
在適用於5G的微型板對板連接器方麵,另一個值得推薦的產品就是Molex的四排板對板連接器。
圖7:Molex四排板對板連接器(圖源:Molex)
該連接器在微型化方麵的秘訣就是——采用了交錯式的電路布局,巧妙地將兩側的連接器插針按照四排分布和定位,這樣就將信號觸點間距壓縮到了0.175毫米,而針腳焊接間距仍可保持符合行業標準的0.35毫米“安全距離”。這種設計可以節省30%的空間,實現高密度電路連接,同時仍能夠保持3.0A額定載流,以滿足客戶在緊湊結構中實現高功率的設計要求。
圖8:Molex四排板對板連接器交錯式的電路布局實現了更高密度的電路連接(圖源:Molex)
同時,Molex四si排pai板ban對dui板ban連lian接jie器qi采cai用yong鎧kai裝zhuang和he嵌qian件jian成cheng型xing釘ding設she計ji,堅jian固gu耐nai用yong,將jiang關guan鍵jian的de觸chu點dian區qu域yu置zhi於yu內nei蓋gai保bao護hu中zhong,可ke確que保bao插cha針zhen在zai批pi量liang製zhi造zao和he組zu裝zhuang期qi間jian免mian受shou損sun壞huai,以yi適shi應ying更geng高gao的de可ke靠kao性xing要yao求qiu。其qi寬kuan體ti對dui位wei的de設she計ji,有you助zhu於yu實shi現xian輕qing鬆song安an全quan的de插cha配pei並bing有you效xiao降jiang低di故gu障zhang率lv。
圖9:Molex四排板對板連接器采用鎧裝和嵌件成型釘設計,提供更高的可靠性(圖源:Molex)
該四排連接器采用LCP UL 94V-0外殼、銅合金觸點,工作溫度範圍為-40°C至+85°C,廣泛適合用於智能手機、可穿戴設備、無人機、醫療電子等空間緊湊型應用,有助於將5G連接延伸到更廣闊的應用領域。
本文小結
更強大的5G,需要更小的連接器——這已經成為了行業的共識。在為5G提供微型連接器方麵,Molex做出了積極且卓有成效的探索,這些創新的微型連接器在縮小連接器外形的同時,在性能、可靠性、設計靈活性等方麵仍然保持著相當高的水準。這場“針尖上的舞蹈”確實精彩,也值得喝彩!
有了這些微型連接器的助力,我們就能夠在更廣闊的5G舞台上盡情地表演了!
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