可穿戴设备的微型连接器将走向何方?

用于可穿戴设备的微型连接器继续缩小,它们的性能正在提高,承载更高带宽的信号和更大的功率。可穿戴设备增加了功能,从而在相同尺寸的封装中产生更多的组件和互连。应用范围从智能手表和健康监测设备到增强现实/虚拟现实 (AR/VR) 设备,以及医疗和军事系统。
本文回顾了消费类和工业可穿戴设备连接器的一些进展,着眼于医疗和军用可穿戴设备的要求,最后简要介绍了军事环境中的医疗可穿戴设备。
除了物理尺寸和重量测量外,圆形连接器有时还会根据密度因素进行比较。密度系数等于插座直径除以该插座尺寸中可用的触点数量。它可用于比较具有相同尺寸触点的连接器。高密度连接器在数据采集或其他具有大量通道的应用中特别有用。在某些情况下,例如功率处理,触点需要具有最小尺寸,从而限制了连接器的可能密度。在恶劣环境中使用的工业或军事设备可能需要更大的触点来保证可靠性,这再次限制了可能的密度。
例如,高密度圆形连接器的尺寸为 06(直径 10 mm),包括多达 12 个 0.5 mm 的电源和信号触点,密度系数为 0.83。在另一种情况下,可以使用密度为 0.5 的具有 24 个触点的 08 (12 mm) 尺寸圆形连接器。虽然密度并不高,但这些连接器比一些同类设备轻75%。
根据应用的不同,重量可能与密度同样重要。尺寸、重量和功率 (SWaP) 受限的应用(例如可穿戴设备)可以在密度和重量之间进行不同的权衡。例如,智能手表等应用需要尽可能小的解决方案。小型板对板连接器的接触间距介于 0.35 和 0.3 mm 之间。这些连接器有多达 40 个触点,非常适合智能手表。

图 1:即使是非常小的可穿戴设备(如智能手表)也需要多个连接器,单个连接器中最多有 40 个引脚。

这些紧凑型连接器可以处理超过 10 Gbps 的信号速率,并具有铠装结构,可提供强大的性能并易于集成到可穿戴设备中。它们可以包括电源和信号引脚的混合,每个电源引脚的额定电流高达 5A,使具有四个电源引脚的连接器能够处理高达 10A 的电流,从而实现更快、更冷的充电。
医疗可穿戴设备
由于对这些设备的广泛测试和监管要求,可穿戴设备在医疗应用中的采用速度较慢。与用于消费和工业环境的设备相比,用于医疗可穿戴设备的连接器的判断标准不同。其中一些差异包括:
l 医疗设备市场面临着更大的监管挑战,连接器的设计必须满足灭菌、防护 (IP) 等级和更高的 EMI/EMC 要求的各种需求。
l 医疗设备制造商规避风险,只有在其他应用领域得到验证后才会采用连接器等组件。
l 医疗可穿戴设备不像其他领域使用的可穿戴设备那样依赖无线连接。
l 小型化对于医疗可穿戴设备来说并不那么重要。
虽然它不那么重要,但小型化医疗可穿戴设备仍然是可取的。它在助听器或智能戒指等应用中更为重要,而在背心、臂章和鞋子中则不那么重要(图 2)。例如,用于医疗可穿戴设备的板对板连接器具有 4 至 60 个位置、0.35 mm 间距、0.6 mm 堆叠高度和高达 5A 的额定电流。另一个 0.6 mm 高的板对板连接器系列可提供多达 5 个信号引脚和 2 个 1.7 mm 宽度的电源引脚。

图 2:医疗可穿戴设备有各种形状和尺寸,需要同样种类繁多的微型连接器才能有效实施。

柔性印刷电路 (FPC) 到板连接器也可提供间距为 0.35 毫米,堆叠高度为 0.6 毫米。这些 FPC 到板连接器的宽度为 1.9 毫米,可适应各种电源(高达 5A)和信号引脚配置。铠装设计可防止配合时损坏,这些连接器的自对准范围在宽度方向上为±0.3 mm,在间距方向上为±0.22 mm。
可以使用圆形连接器,这些连接器设计用于缝制到用于医疗监控设备的衣服中。它们具有 360 度配合移动自由度和 IP68 等级,简化了清洁(图 3)。薄型设计的额定插拔次数高达 10000 次。塑料版本的防护等级为 IP67,最多可插拔 5000 次,比金属版本轻 70%。