Konektory dla IoT - krótki przegląd rynku

Wielu ekspertów zajmujących się Internetem Rzeczy (IoT) uważa, że technologia może osiągnąć swój pełny potencjał tylko wtedy, gdy będzie ona oparta na komunikacji bezprzewodowej. Chociaż ogromna liczba węzłów IoT jest zasilana bateryjnie i połączona bezprzewodowo, systemy IoT połączone kablami też mają swoje zalety. Wiele złączy doskonale nadaje się do zastosowań IoT, ale projektanci poszukujący najlepszych złączy IoT szukają wyróżniających je z tłumu parametrów - co sprawia, że ​​produkt jest wyjątkowy, jakie zapewnia korzyści i czy dostawca ma rozległą wiedzę o produkcie?

Dlaczego przyszłość nie jest całkowicie bezprzewodowa?

IoT skupia się przede wszystkim na czujnikach bezprzewodowych, ale w rzeczywistości złącza przewodowe są również niezwykle ważnymi komponentami w wielu systemach IoT. Firmy dystrybucyjne, takie jak Newark, znany w Polsce pod nazwą Farnell, oferują szeroką gamę rozwiązań złączy do tych zastosowań, w szczególności małych złączy, które idealnie nadają się do montażu z czujnikami i węzłami IoT.

Połączenia przewodowe mogą być preferowane z wielu powodów. Na przykład sieć przewodowa często zapewnia znacznie większą odporność i niezawodność w środowiskach o wysokim poziomie zakłóceń elektrycznych, w których niezbędna jest niezawodna komunikacja bez żadnych zakłóceń. Podobnie, w trudnych warunkach, sensowne jest korzystanie z przemysłowych złączy Ethernet, które działają znacznie lepiej niż technologia bezprzewodowa, w tym złączy IP, które chronią przed wnikaniem wody, kurzu i innych elementów. W takich zastosowaniach złącza IoT wymagają kompaktowych rozmiarów, aby zminimalizować powierzchnię płytki drukowanej - standardowe złącza RJ45 są zwykle zbyt duże.

Przykładami złączy przyjaznych dla IoT są interfejsy danych RJ45 Industrial Ethernet firmy HARTING, które oferują takie funkcje, jak intuicyjne mechanizmy blokujące, szybkie połączenie bez użycia narzędzi oraz termoplastyczne lub metalowe osłony i obudowy. Oferując prędkość transmisji danych do 10 Gb/s, złącza te mają zwykle stopień ochrony IP20, IP54, IP65 i IP67, a niektóre zapewniają również 4 x 48 V/16 A lub 3 x 300 V/16 A.

Rodzina interfejsów Ethernet firmy HARTING ix Industrial oferuje zminiaturyzowaną, wymagającą aż 70% mniej miejsca, alternatywę dla RJ45. Określana jako ‘mały gigant’ dla aplikacji IoT, rodzina ix Industrial składa się ze złączy wtykowych, które mogą zapewnić wydajność Cat6A dla sieci Ethernet od 1 Gb/s do 10 Gb/s. Są dostosowane do trudnych warunków przemysłowych, zapewniając bezpieczną transmisję danych z wysoką odpornością EMC.

Niektóre aplikacje IoT wymagają złączy, które zawierają połączenia USB. Uniwersalne złącza TE Connectivity zapewniają dwukierunkowe, jednoczesne sygnały o pełnej (12 Mb/s) lub małej (1,5 Mb/s) szybkości, charakterystycznej dla systemów USB. Łatwe w instalacji systemy TE składają się z pojedynczego, czteropozycyjnego gniazda przeznaczonego do montażu na płycie (BMR) i dopasowanej wtyczki do połączenia z kablem. Aby zapewnić elastyczność i wszechstronność we wszystkich typach aplikacji wymagających USB, BMR są dostępne w konfiguracji standardowej, tj. typu B, piętrowej i obok siebie. Podczas gdy złącza USB typu C są wystarczająco małe, aby można je było używać w telefonach komórkowych, złącza micro USB 2.0 są najmniejszymi tego rodzaju złączami, które jednocześnie zapewniają niezawodne przesyłanie danych z dużą prędkością. Jeśli istnieje potrzeba przesyłu danych nawet 10 razy szybciej niż USB 2.0, projektanci mogą wybierać spośród szeregu złączy USB 3.0, które obsługują szybkość przesyłania danych do 5 Gb/s.

Innym powodem stosowania czujników przewodowych jest sprostanie wyzwaniom związanym z częstotliwościami radiowymi (RF) w środowiskach, takich jak pełne zakłóceń instalacje przemysłowe. Chociaż wiele aplikacji IoT nie korzysta z anten zewnętrznych, często mogą one okazać się idealne w trudnych środowiskach RF, gdzie wymagana jest bardziej niezawodna komunikacja, niż ta zapewniana przez czujniki bezprzewodowe. Na przykład Molex oferuje ultracienkie anteny ceramiczne i anteny LDS/MID IoT 2,4 GHz/5 GHz i 900 MHz wraz z dedykowanymi do nich złączami. Molex oferuje również kompletne rozwiązania RF dla wysokich częstotliwości, zapewniając jednocześnie doskonałą integralność sygnału, nawet w ekstremalnie wymagających środowiskach. Dostępne między innymi w ultramikrominiaturowym formacie, o profilu zaledwie 1,8 mm, złącza koncentryczne i zestawy kabli Molex działają w szerokim zakresie częstotliwości, od DC do 65 GHz.

Złącza pamięci

Chociaż lutowanie jednostki pamięci bezpośrednio do płytki minimalizuje ilość niezbędnego miejsca, może również ograniczyć elastyczność całej konstrukcji. Wielu projektantów wybiera moduły pamięci, co pozwala im rozszerzyć dostępną pamięć w razie potrzeby dodatkowego przetwarzania lub innych opcji. Zarówno Molex, jak i TE Connectivity, oferują doskonałe rozwiązania w tej dziedzinie, oferując szereg złączy pamięci i niestandardowe moduły pamięci do zastosowań serwerowych, pamięci masowych i komunikacyjnych.

Złącza płytka-płytka

Aby zapewnić elastyczność konstrukcji (np. podłączanie różnych czujników do standardowej płyty komunikacyjnej), projektanci systemów IoT często stosują płytki ułożone a stos. Niezbędne są wówczas złącza typu board-to-board o różnej wysokości, produkowane na przykład przez TE Connectivity, przeznaczone do równoległego układania płytek. Te wszechstronne komponenty, idealnie nadające się do miniaturyzacji całej konstrukcji, wykorzystują złącza subminiaturowe.

Złącza o regulowanej wysokości są produkowane w rozstawie wyprowadzeń 0,5 mm, 0,6 mm, 0,8 mm i 1 mm. Dopasowując różne kombinacje pionowej wysokości obudowy wtyczki i gniazda, można uzyskać stosy od 4 mm do 20 mm, z elastycznym skokiem co 1 mm. Jeśli wymagana jest dalsza oszczędność miejsca, aby zminimalizować powierzchnię zajmowaną przez urządzenie, stosowane są elastyczne konektory board-to-board, umożliwiając umieszczanie płyt praktycznie w dowolnej pozycji.

Jednocześnie, elastyczne złącza kablowe mogą oferować wyjątkowo wysoką gęstość połączeń w połączeniu z małymi rozmiarami rastra. Aby sprostać zapotrzebowaniu na mniejsze, bardziej niezawodne połączenia, Molex opracował gamę niskoprofilowych/gęstych konektorów o rastrze od 0,2 mm do 2 mm i konstrukcji z podwójnym stykiem.

Złącza zasilania i danych

Podczas gdy niektóre czujniki bezprzewodowe mogą zapewnić żywotność baterii nawet do 20 lat, w przypadku wielu zastosowań IoT, szczególnie w przemysłowym Internecie Rzeczy (IIoT), zasilanie urządzeń za pomocą kabli może rozwiązać problem konieczności wymiany baterii. Okablowanie umożliwia również projektantom włączenie do swoich schematów procesorów i urządzeń peryferyjnych o większej mocy.

Tam, gdzie trzeba połączyć zasilanie i dane, standardową opcją są złącza 2 mm. Jednak jeśli projektant szuka bardziej kompaktowej obudowy, niż konwencjonalne złącza 2 mm, może zwrócić uwagę na złącza AMP CT od TE w rozmiarze 1,5 mm, które są miniaturowymi konstrukcjami do połączeń typu przewód-płytka, lub na ofertę Samtec, gdzie znajdzie gniazda i listwy zaciskowe o rastrze 1,27 mm. Te wytrzymałe, niskobudżetowe produkty łączą zalety wynikające z niskiego profilu z dużą gęstością, są dostępne w różnych orientacjach i ze zróżnicowanymi rodzajami styków.

Złącza szczelne

Niektóre urządzenia IoT muszą być odporne na wnikanie wody lub kurzu. To wymaganie można spełnić dzięki takim produktom, jak rodzina lekkich przemysłowych złączy Han od HARTING, które mogą służyć jednocześnie do przesyłu zarówno zasilania, jak i danych, i są idealne do łączenia urządzeń grzewczych lub chłodzących, wentylatorów, zacisków sterowania, systemów oświetleniowych, napędów i przenośników wibracyjnych. W instalacjach zewnętrznych złącza Han zapewniają ochronę przed wnikaniem kurzu i cieczy w klasie do IP65.

Złącza konfigurowalne

W ogromnej większości aplikacji IoT i IIoT kluczowym czynnikiem jest dostępna przestrzeń. Tak więc, zamiast trudzić się ze standardowymi, gotowymi produktami, które mogą na przykład zawierać więcej styków, niż jest to potrzebne, a w konsekwencji niepotrzebnie zajmują miejsce, często warto skupić się na złączach, które można skonfigurować tak, aby spełniały dokładne potrzeby konstrukcyjne.

Źródło: 'What to Consider When Selecting IoT Connectors', Cliff Ortmeyer, © Newark