1 前言 本文写了音视频传输连接器FAKRA和HSD的技术要求、试验方法,编写的初衷是方便主机厂对HSD和FAKRA产品的应用、选型、还有性能验证提供一些参考意见。关于连接器的普通电性能、机械性能还有耐久性能大家都很熟悉了,各个公司也有成熟的标准,但是对于这类连接器的数据传输性能,我认为,做线束的工程师对这块还是存在很多迷惑的,所以我重点对着部分做了一些研究。当然,这两类插件的应用也不仅仅局限于此,文中的参数也是仁者见仁智者见智,这也只是小编的一些经验之谈。 2 术语和定义 为了防止有人看不明白文中涉及的术语和定义,我这里先解释一下: FAKRA连接器 FachkreisAutomobil Connector FAKRA是一种射频信号连接器(以下简称FAKRA)。 HSD连接器 HighSpeed Data Connector HSD是一种高速数据连接器,支持USB2.0、LVDS、IEEE1394、ETHERNET协议的传输(以下简称HSD)。 FAKRA、HSD连接器结构 FAKRA、HSD连接器由护套、内导体、外导体、压接环组成(见图1)。 图1 结构示意图 FAKRA、HSD连接器的内导体、外导体、压接环压接后组成导体组件(见图2)。 图2 导体组件示意图 特性阻抗Impedance 由于在整个传输线上阻抗维持恒定不变,特性阻抗就是表达传输线的这种特性的名称。 插入损耗Insertion Loss 插入损耗是指发射端与接收端之间,插入电缆或元件产生的信号损耗,通常指衰减。插入损耗以接收信号电平的对应分贝(dB)来表示。 反射损耗 ReturnLoss 是电缆链路由于阻抗不匹配所产生的反射,一般是inline处的反射。不匹配主要发生在连接器的地方,但也可能发生于电缆中特性阻抗发生变化的地方。 3 技术要求 音视频传输连接器的性能一般来说,有下表中这些技术参数需要关注:。 表1 技术要求
表1(续)
表1(续)
温度等级分类: 表4 温度等级分类(T)
FAKRA插损要求: FAKRA适配同轴电缆的插损
整个FAKRA回路的插损要求为:电缆插损(查表)*长度+inline插损*inline数 HSD插损要求:
整个HSD回路的插损要求为:电缆插损(查表)*长度+inline插损*inline数 4 试验方法 试验准备 试验前提 在所有试验开始前,都应将样品在室温(23±5)℃,相对湿度45%-75%下存放24h,除非另有规定。 试验条件 a) 应使用没有使用过的样品且样品的尺寸必须符合试验的要求; b) 试验过程中,线束所选用的电线规格应记录在试验报告中; c) 各项试验及各试验样品不能相互影响。例如在高温箱里试验样品相互间要保持一定距离,不能相互接触及堆放; d)在整个试验过程中,不允许为达到较好的试验结果,而在端子表面上涂抹润滑油或其他附加物。但允许生产过程中遗留的润滑剂的存在。 e)HSD测试需要制作专用高频PCB测试版,制作原则:支持差分阻抗100欧姆,四条通路长度相同。 试验要求 试验要求见下表 表2 试验要求
表2 续
5 试验方法 5.1 试验方法 5.2.1 外观检查 正常视线强度、颜色下,保持正常的视距及适当光照。检查端子,护套及连接器的变形,破损或类似外观性能。 5.2.2 尺寸检查 选用合格的仪器,量具,按照产品图纸对产品进行检查。 5.2.3 导体组件的电线附着力 将导线与导体组件压接好后,在距压合部位50~100mm处,以50mm/min的速率,沿轴向拉该电线,量测该电线被拉断或脱离压合部位时的力。 5.2.4 导体组件对护套插入力 将护套固定,在沿轴方向上以50mm/min的速率将导体组件插入护套中,导体组件必须被正确锁定,测量插入过程中的力。测试过程中电线不能弯曲。对于防水件,应配合对应防水栓测量。 5.2.5 导体组件对护套保持力 将一个与导线压接好的导体组件,正确插入护套内,在距离压合点50~100mm处,以50mm/min的速率,沿轴向拉该电线,量测端子从护套拔出时的力,应分别记录导体组件二次锁机构已发生作用的力。 5.2.6 导体组件插入/拔出力 将导体组件的一端固定,在轴向上以50mm/min的速度插入及拔出配套导体组件,测量过程中所须的力。 5.2.7 解锁力 如图3示,根据连接器锁合结构,在最容易锁合解锁处施加力,测量使A值等于0时所需力。 图3 解锁力测试示意图 5.2.8 连接器插入/拔出力 插入力:取一对组装好的FAKRA/HSD连接器,将一端固定,在锁扣发生作用情况下,将另一端以50mm/min速率插入固定端,测量结合过程中的负载。 拔出力:取一对组装好的FAKRA/HSD连接器,对插后将一端固定,在锁扣均不发生作用的情况下,将另一端以50mm/min速率拔出固定端,测量拔出过程中的负载。 5.2.9 连接器保持力 取一对一对组装好的FAKRA/HSD连接器,对插后将一端固定,在锁扣发生作用情况下,将另一端以50mm/min速度拔出固定端,测量拔出时所需要的负载。 如图4示,根据连接器的锁合构造,在轴方向及相对各面倾斜45°的5个方向中,选择最容易使解锁装置解除的方向进行测量。 图4 保持力测试示意图 5.2.10 连接器侧向负荷力 取一对组装好的FAKRA/HSD连接器(其中一端与板端焊接,另一端连接线端),对插后在锁扣发生作用情况下,用缓慢的拉力拉动线端,直到拉力达到75N。拉动的方向按如下: 拉动方向:C1,C2,C3,C4,C5,C6,C7,C8;要求测试结束后无视觉上的损坏。 5.2.11 塑壳防误操作对配力 采用齿形不对配的塑壳进行测试。固定一端塑壳,另一端塑壳采用夹具(并接入力测试设备),在轴向方向对插,当达到误操作对配力时,整个塑壳没有任何损坏。 5.2.12 密封性 此项试验仅适用于防水型FAKRA、HSD。 如图7示,在一对插接好的防水型FAKRA或HSD护套上开一小孔或护套任一孔位插入导管注入压缩空气。试验前,护套除导管外的部位应做密封措施。将连接器沉浸在水面100mm以下,以每次导入9.8 kPa的压缩空气并保持30s,观察有无气泡产生。当发生气泡时即中止试验并记录此时压强值。 图5 密封性试验 5.2.13 接触电阻 将内导体端子正常连接,测量参考点之间的电阻,当无法直接从参考点处测量电阻时,实际测量点尽量选择靠近参考点的位置,如图6所示。实际测量点与参考点之间的电阻应被减掉。按照下列两种方法试验: a) 低电流低电压下测定。为了避免破坏端子的绝缘皮膜,在导通回路时,测定电压需要使用峰值不超过20mV的直流或交流电压,通电电流10mA状态下进行测定; b) 文章电流下测定。在不超过14V的直流电压条件下,给回路通上表3规定的最大电流。达到热平衡后进行测定。如果所测电线需在测量点焊接,焊接不能影响插接。 图6 接触电阻测试 5.2.14 压接金相分析 取一个仅压接端子的Fakra/HSD,在端子压接的部分截断,并用研磨机把断面研磨平整清晰,之后使用金相分析仪对压接的个参数进行测量分析。 5.2.15 X光无损探伤 取一个内嵌端子的Fakra/HSD,放入X光机中用夹具固定,关好仓门进行射线检测,在检测过程中通过X光检测室外部的控制台不断调整样品的角度和位置,来完整观察压接部分的压接情况。为了保证安全,X光检测设备须由专业操作人员操作。 5.2.16 绝缘电阻 取一个内嵌端子的Fakra/HSD,通过绝缘电阻仪分别在相邻端子间、端子和护套表面施加500V的直流电压15S,测量绝缘电阻值。为了保障安全,应将连接器可靠接地。 5.2.17 耐高压电 取一个内嵌端子的Fakra/HSD,分别在相邻端子间、端子和护套表面施加800V的交流电压(Fakra)或500V的交流电压(HSD)加载60s。为了保障安全,应将连接器可靠接地。要求没有闪络发生。 5.2.18 特性阻抗 采用矢网分析仪/时域反射计进行测试,调入矢网分析仪中的特性阻抗测量程序,线接入校准模块进行校准,然后取下校准模块,将被侧样品连接到矢网分析仪上(HSD产品的连接需要用专用转接头)。 5.2.19 插入损耗 采用矢网分析仪进行测试,调入矢网分析仪中的插入损耗测量程序,先接入校准模块进行校准,然后取下校准模块,将被测样品连接到矢网分析仪上(HSD产品的连接需要专用转接头),待屏幕上的信号曲线稳定后保存并导出数据。 5.2.20 返回损耗 测量方法同5.2.17。 5.2.21 屏蔽效能 本测试需要使用三同轴法进行测试。将被测样品接入到三同轴设备中,并连接到矢网分析仪中,调入屏蔽效能测试程序,开始测量,待屏幕数据稳定后,保存并导出数据。 5.2.22 组间时滞 本测试仅限于对HSD产品进行测量。采用4接口矢网分析仪,将待测产品按如下接法接入系统中,在矢网分析仪上调入测量组内时滞的程序进行测量。 5.2.23 近端串扰 将测试样品链接到矢网分析中进行测量,调出近端串扰程序,待屏幕数据稳定后,保存并到处数据。 5.2.24 远端串扰 将测试样品链接到矢网分析中进行测量,调出远端串扰程序,待屏幕数据稳定后,保存并到处数据。 5.2.25 眼图 PRBS发生器,要求 TR(100pcs,120ps),f(bit)=800Mbit/s ,序列:2的7次方-1,振幅(+/-500mV)高速示波器。 将被测样品一端连接到PRBS发生器上,另一端接入到示波器,读取眼图图形。在图形上的中间的交叉曲线上,选取振幅为100 mV的一段,读取该段对应的T(Jitter)值。 5.2.26 重复插入和拔出 在常温下,将一对连接器的一端固定,沿轴方向将另一端对固定端进行对插及拔出试验,循环10次。 5.2.27 结合温度振动 将测试样件插满端子嵌合好后等分成2组(电线预留300mm长),第一组样品电线端部相互焊接,形成单一连续的电流路径,导通100mA电流进行瞬断监测。其中护套≤10孔的,对所有的端子进行一次监测,护套>10孔的,对平均分布在护套上的10个端子进行分批监测。第二组样品不监测瞬断。安装方法1和3适用于线-线连接器,安装方法2和4适用于设备连接器。 根据整车上的实际安装情况,按图11选择试验方法(实际安装情况不明时,优先选择方法3和4) 图中:A——试验台;B——测试件;C——固定装置 图11 安装方式 按照下列要求完成振动试验(振动等级参照表5,对于V2的产品先进行正弦振动,再进行随机振动,对于V1和V3的产品只做随机振动): a) 等级V1——安装在车身或底盘。采用总均方根加速度20.9m/s2,按照GB/T 2423.56-2006文章完成随机振动试验,试验参数如图12和表11所示,每轴(X/Y/Z)的试验时间24h。 图中:横坐标——功率谱密度;纵坐标——频率 图12 随机振动 表11 随机振动
b) 等级2——安装在发动机: 1) 正弦振动试验。采用扫描速率≤1oct/min,按照GB/T 2423.10完成正弦振动试验,试验参数如图13和表12所示,每轴(X/Y/Z)的试验时间为24h; 2) 随机振动试验。采用总均方根加速度181m/s²,按照GB/T 2423.56-2006完成随机振动试验,试验参数如图14和表13所示,每轴(X/Y/Z)的试验时间为24h。 图中:横坐标——功率谱密度;纵坐标——频率 图13 正弦振动 表12 正弦振动
图中:横坐标——功率谱密度;纵坐标——频率 图14 随机振动 表13 随机振动
c) 等级3——安装在车轮。采用总均方根加速度107.3m/s2,按照GB/T2423.56-2006完成随机振动试验,试验参数如图15和表14所示,每轴(X/Y/Z)的试验时间为8h。 图中:横坐标——功率谱密度;纵坐标——频率 图15 随机振动 表14 随机振动
在试验过程中,按照图16和表15完成温度循环试验。 图中:横坐标——时间;纵坐标——温度 1—等级1;2—等级2;3—等级3;4—等级4 图16 温度循环图 表15 温度循环表
5.2.28 机械冲击 取一对内嵌满端子的连接器对插,电线选用端子适配的最大线径。将所有孔位串联,并将其安装在冲击试验台上。以半正弦冲击波,在上、下、左、右、前、后6个方向施加100g的加速度,每个方向进行3次,脉宽间隔10ms。 如图17示,试验过程中检查有无瞬断情况及连接器阻抗变动情况。 图17 试验过程中的阻抗 5.2.29 落下试验 取一个内嵌端子的Fakra/HSD,电线选用端子适配的最大线径。将其放入-5℃的低温槽中存放0.5h后取出,将连接器从1000mm的高度垂直下落到混凝土或钢板上,每个面进行3次,如图18所示。 图18 落下试验 5.2.30 耐热性 取一个内嵌端子的Fakra/HSD,电线选用端子适配的最大线径。按表4规定的工作温度做为试验温度在高温箱中试验120h。试验完后将连接器取出调整至室温。 5.2.31 耐寒性 取一对内嵌满端子的连接器对插,电线选用端子适配的最大线径。将连接器在温度为-40℃的恒温箱中放置120h。试验完立刻做重复插入及拔出动作5次,在将其回复至常温。 5.2.32 冷热冲击 冲击实验应在表4中(工作温度)适用于连接器的最高和最低环境温度值间进行。 配合好的样品将经过100次的热冲击循环,每次热冲击循环包括以下步骤: a) (-40±2)℃时30 min; b) 10s最大过渡时间; c) 表4中列出的试验样品对应的最高环境温度时30min; d) 10s最大过渡时间。 5.2.33 温湿度循环 5.2.33.1 进行温湿度循环试验时,电线应是可压接范围内的最小和最大尺寸值。 5.2.33.2 按下列顺序进行10个周期试验,每周期为24h: a) 保持室温t(23±5)℃,相对湿度(70~75)%时4h; b) 相对湿度(95~99)%时,把t在0.5h内升高到(55±2)℃; c) 保持b结果10h; d) 在2.5h内把t降到(-40±2)℃,保持2h; e) 在1.5h内,把t从(-40±2)℃升到分级试验温度,保持2h; f) 允许在1.5h内恢复到室温(23±5)℃。 5.2.33.3 一个试验周期结束后试验暂停2h。在暂停期间,试验样品将在a)中所述条件进行保存。 5.2.33.4 如果试验室达到分级试验温度需要多于1.5h的时间,可延长e)过程,a)过程可适当缩短。 5.2.33.5 按图19所示的试验循环。 5.2.33.6 分级试验温度见表4环境温度。 5.2.34 防水性能 (1)适用于S2等级的产品 取一对内嵌满端子的连接器对插,电线选用端子适配的最大和最小尺寸线径。参照温度试验表4环境温度,将样品加热至最高温度并存放30min后,立即将试验样品侵入23℃的5%NaCl溶液中。溶液中加入燃料便于观察是否有液体进入试验样品。放入水下100mm位置浸泡1.0h后,如图20所示,在每一个端子和电极之间或同一试验样品中的两个相邻端子间输入14V的电压,测量泄漏电流值。 图中:1.2.3——测试点;4——电极;5——试样 图20 耐水性试验 (2)适用于IPX9K(S3等级的产品) 将试验样品安装在测量区的支持物上,并每分钟旋转(5±1)圈,并按图21位置要求,高压水在4个位置各喷射30s。喷嘴孔和样品上参考点的距离应为(125±25)mm。 使用喷射的水应具备以下条件: a) (80±5)℃的温度; b) 14 L/min~16 L/min之间的流量; c) 8,000 Kpa~10,000 Kpa的压强。 图21 试样放置 5.2.35 耐盐雾性能 试验前将样品存放在(80±3)℃的试验箱中,并保持60min,对于产品S2和S3等级的产品进行4周的循环试验,对于S1等级的产品需进行1周的循环试验,产品等级参照表3防水等级分类。 a) 按照GB/T 2423.17 将样品存放在盐雾试验箱中24h; b) 在(40±3)℃的试验箱中保持6h; c) 按照GB/T 2423.17将样品存放在盐雾试验箱中18h; d) 在(40±3)℃的试验箱中保持6h; e) 按照GB/T 2423.17将样品存放在盐雾试验箱中18h; f) 在(40±3)℃的试验箱中保持6h; g) 按照GB/T 2423.17将样品存放在盐雾试验箱中24h; h) 在(40±3)℃的试验箱中保持66h; 5.2.36 抗化学液性能 对于有可能暴露于表16所列液体环境的连接器,应根据连接器的应用范围选择试液和试验。按表16中的试液温度和浸泡时间,每一种试验液体只能针对一个样品。 化学液体试验后,允许将实验样品用无活动性液体冲洗并将样品外部晾干。 表16 抗化学试液
|
|