Złącza do aplikacji IoT – przegląd rynku

Problemem dla osób odpowiedzialnych za projektowanie i wdrażanie aplikacji IoT jest dobór odpowiednich typów elementów połączeniowych. Istnieje wiele firm, które wytwarzają złącza całkiem dobrze nadające się do aplikacji IoT. Nie oznacza to jednak, że znalezienie adekwatnych elementów połączeniowych jest łatwe. Projektanci starają się bowiem dobrać komponenty najlepiej pasujące do danego zadania, a więc rozeznać się w kwestiach, które odróżniają poszczególne modele od pozostałych. Inżynierowie chcą wiedzieć, co czyni dany produkt unikatowym, jakie korzyści przynosi użycie danego podzespołu oraz czy dostawca, u którego nabywają wybrany podzespół, ma odpowiednio szeroką wiedzę na temat tego, co sprzedaje, by móc następnie wspierać klienta podczas budowania aplikacji.

Złącza do połączeń przewodowych

Połączenia przewodowe mogą stanowić lepszy wybór z wielu powodów. Przykładowo sieci kablowe mogą zapewnić znacznie większą odporność i niezawodność w środowiskach pełnych zaburzeń elektromagnetycznych, gdzie niezawodna komunikacja jest niezbędna. Zapewnienie niezawodnej komunikacji w tym przypadku jest bez porównania łatwiejsze. Podobnie w trudnych warunkach środowiskowych jest sens sięgać po wersje specjalnie opracowane na potrzeby Ethernetu przemysłowego, a więc o wysokim IP, które chronią kontakty przed dostępem wody, kurzu i innych zanieczyszczeń. W aplikacjach tego typu złącza muszą być dostępne w wersjach o mniejszym rozmiarze po to, aby zmniejszyć powierzchnię zajmowaną na płytce drukowanej.

Do przykładów aktualnie dostępnych złączy, przyjaznych aplikacjom IoT, zaliczyć można elementy RJ45 firmy HARTING, przeznaczone do przemysłowego Ethernetu. Mają one wbudowany niezawodny mechanizm zatrzaskiwania, pozwalają na szybką instalację bez potrzeby stosowania narzędzi oraz są wyposażone w termoplastyczne lub metalowe osłonki. Złącza te pozwalają na transmisję danych z szybkością do 10 Gb/s i są dostępne w wersjach o stopniu ochronności IP20, IP54, IP65 i IP67. Ich duża obciążalność na poziomie 48 V/16 A pozwala na użycie w systemach zasilania PoE i PoE+. Producent ten wytwarza także wersje "ix", które stanowią zminiaturyzowaną alternatywę RJ45 i wymagają 70% mniej przestrzeni na płytce drukowanej. Produkty tej serii określane są mianem "małych gigantów" i są przeznaczone do aplikacji IoT. Na rodzinę ix składają się odporne złącza typu plug-in, które pozwalają spełnić wymagania sieci ethernetowych kategorii 6a i umożliwiają komunikację z szybkością 1 lub 10 Gb/s. Są idealne do stosowania w trudnych warunkach środowiskowych i zapewniają bezpieczną transmisję danych, po części za sprawą wysokiej odporności na zaburzenia elektromagnetyczne.

W niektórych rozwiązaniach, takich jak np. monitorowanie warunków środowiskowych w sektorze logistycznym, może okazać się konieczne zastosowanie złączy USB. W takim przypadku sprawdzą się idealnie uniwersalne elementy połączeniowe tego typu firmy TE Connectivity, które zapewniają możliwość dwukierunkowego przesyłu sygnałów, zarówno USB pracującego w trybie Full Speed (12 Mb/s), jak i Low Speed (1,5 Mb/s). Są proste w instalacji i składają się z 4-pinowego gniazda do PCB oraz wtyku montowanego na kablu. Aby zapewnić elastyczność i sprawić, że złącze to będzie pasowało do wielu różnych aplikacji, elementy montowane na płytce dostępne są w kilku odmianach: standardowej, jako gniazdo typu B oraz jako dwa złącza sąsiadujące ze sobą w pionie lub w poziomie. Złącza typu C są na tyle małe, że można je stosować w urządzeniach mobilnych, przy czym najmniejsze z gamy USB są wersje micro USB 2.0. Jeśli chcemy przesyłać dane szybciej niż z użyciem USB 2.0, możemy sięgnąć po złącza zgodne z USB 3.0, których szybkość transmisji sięga 5 Gb/s.

Złącza do rozwiązań bezprzewodowych

Nawet jeśli interfejsy bezprzewodowe, takie jak Wi-Fi, Bluetooth i ZigBee nie mogą zapewnić bezproblemowej łączności na duże odległości, są technologiami, które umożliwiają szybką i łatwą integrację komunikacji radiowej. W ten sposób zapewnia się dostęp do Internetu, tworzy sieci i przesyła różne dane do chmury. W komunikacji bezprzewodowej zawsze występuje antena, często jako rozwiązanie zewnętrzne podłączane do płytki przewodem koncentrycznym. W tym obszarze firma Molex obejmuje szereg małych anten ceramicznych i anten typu LDS/ MID na pasma 900 MHz oraz 2,4 i 5 GHz, wraz z dopasowanymi do nich złączami. Są także kompletne rozwiązania pracujące nawet w ekstremalnie trudnych środowiskach i zachowujące integralność sygnałów. Są to elementy miniaturowe, o wysokości nawet 1,8 mm oraz w postaci większych złączy na zakres w.cz., elementy współosiowe i gotowe wiązki kablowe na zakres do 65 GHz.

Złącza do modułów pamięci

O ile tylko jest taka możliwość, pamięci montuje się w podstawkach. Lutowanie pamięci bezpośrednio do płytki drukowanej zminimalizuje potrzebną przestrzeń, ale zmniejsza możliwość przyszłej rozbudowy. Biorąc to pod uwagę, wielu projektantów decyduje się na zastosowanie w aplikacjach modułów pamięci wkładanych do podstawek. Takie produkty mają w ofercie Molex i TE Connectivity, począwszy od złączy do montażu pamięci czy modułów pamięci dla serwerów, systemów przechowywania danych i komunikacyjnych – wszystkie z nich, tak jak i wcześniej opisane rozwiązania, są dostępne w wersjach spełniających wymagania klientów z różnych branż.

Złącza płytka-płytka

Wiele projektów z obszaru IoT ma strukturę wielopłytkową. Poprzez umieszczanie jednej płytki na drugiej projekt staje się bardziej uniwersalny (przykładowo, można do standardowej płytki komunikacyjnej podłączać różne płytki z czujnikami) i osiągnąć lepsze wykorzystanie dostępnego miejsca. Do łączenia płytek w stosy służą złącza płytka-płytka, produkowane przez TE Connectivity. Są one uniwersalne, mają niewielkie rastry i nadają się do szerokiego spektrum zastosowań.

Omawiane złącza są dostępne w wersjach zawierających od 40 do 440 pinów i rastrach 0,5, 0,6, 0,8 lub 1,0 mm. Pozwalają one uzyskać odległość pomiędzy zamontowanymi płytkami od 4 do 20 mm z krokiem co 1 mm. Co więcej, jeśli potrzebne są jeszcze większe oszczędności miejsca, można sięgnąć po wersje elastyczne złączy płytka-płytka, pozwalające na pozycjonowanie PCB w dowolny sposób względem siebie.

Złącza płytka-płytka w wersji niskoprofilowej wytwarza też Molex. Mają one małe rastry (od 0,2 mm), a wybrane typy występują w wersjach z podwójnymi kontaktami, które zwiększają niezawodność połączenia.

Złącza do transmisji mocy i danych

Wiele przyłączy do elektroniki realizuje się w wersji hybrydowej, a więc za pomocą jednego elementu łączy się linie sygnałowe i zasilające. Tego typu złącza z rastrem 2 mm proponuje Samtec. W wersji hybrydowej wytwarzane są też złącza międzypłytkowe, o niskim lub wydłużony profilu oraz z dużą liczbą gęsto upakowanych wyprowadzeń, co pozwala na łączenie ze sobą magistral. Spośród dostępnych wariantów warto wymienić też nietypowe modele: pionowe, kątowe i płaskie w wykonaniu do montażu przewlekanego, SMT i wciskanego.

Jeśli projektant systemu IoT szuka bardziej kompaktowego formatu, TE oferuje serię AMP CT o rozstawem 1,5 mm, które stanowią miniaturowe rozwiązanie, pozwalające na podłączenie przewodów do płytek. Natomiast firma Samtec wytwarza gniazda do zestawiania ze sobą płytek drukowanych oraz pasujące do nich paskowe złącza terminalowe o rastrze 1,27 mm i małej wysokości.

W przypadku, gdy konieczne jest zapewnienie odporności środowiskowej, można sięgnąć po hybrydowe złącza firmy HARTING z rodziny Han o IP67. Pozwalają one na podłączenie zasilania i sygnału w jednym elemencie i świetnie sprawdzają się w instalacjach na zewnątrz budynków, gdzie chronią kontakty przed dostępem kurzu i płynów.

Szybki montaż to niższe koszty

Wiele ze złączy pozwalających na podłączenie przewodu umożliwia na szybki montaż kabla bez konieczności korzystania ze specjalnych narzędzi, lutowania lub nawet ściągania izolacji. Przykładem może być rodzina Faston firmy TE. Należą do niej m.in. elementy o małej sile potrzebnej do dokonania połączenia, wersje odporne na wysokie temperatury oraz niskoprofilowe. Są dostępne w wersjach izolowanych i niezaizolowanych, w postaci prostej lub kątowej. Są proste w instalacji i zapewniają trwałe, bezpieczne połączenie.

Cliff Ortmeyer, Global Head of
Technical Marketing, Farnell, http://pl.farnell.com