為耐用型小型工業連接器縮減尺寸和重量，同時提升功率

設計人員被要求在更加不規則和受限的空間中納入更多功能，以達到尺寸、重量、功率和成本 (SWaP-C) 的最佳化。特別是針對可攜式裝置、工業機器人系統、飛行系統，這些系統互連的功率和資料訊號路由十分接近。

設計人員必須考慮可靠性和訊號完整性，也必須確保互連系統可以針對不同引腳數輸出和使用情境容易配置，在設定時達到可靠的連接和斷開，並且在使用上可輕鬆維護。

本文描述電子系統的設計人員如何在小空間且緊密的互連狀況下使用適當的連接器系列，確保穩固的連接。本文會探討如何透過 Harwin 的其中一款標準化互連系列，達到 SWaP-C 最佳化，應對廣泛的互連挑戰，並且說明兩個小型系統互連的應用範例解決方案。

為何小型系統需要 SWaP-C 最佳化

可攜式裝置和通訊設備等的電子系統設計人員，被要求在更小的覆蓋區中納入更多功能。因此，他們必須縮減既有元件所需的覆蓋區，以減小系統尺寸，進而在相同區域中置放更多元件。此外，互連系統必須夠堅固，才能耐受墜落至堅硬的地板而不會破裂或損壞任何互連。大力墜落可能會導致連接器間歇連接問題，若沒有診斷到，可能會需要丟掉裝置，對使用者來說是高昂的代價，也會損及製造商的商譽。

工業機器人系統是另一個欲採用 SWaP-C 最佳化的範例。雖然看似在重型機器人系統中縮減幾個連接器的尺寸並不會有太明顯的效果，但從 SWaP-C 中獲得的真正益處在於數百個子系統的最佳化而非單一層面的最佳化。為機器人降低重量和縮小尺寸可提升效率並讓移動手臂或孔隙所需功率更低，進而節省成本。機器人手臂通常會硬啟動和停止，長期下來，會造成互連系統承受應力，導致間歇故障。機器人系統也需要在同一條佈線束線中承載功率和數位訊號，其互連挑戰在於在同一個連接器中必須可靠且不受干擾地承載兩種類型的訊號。

飛行系統是另一項明顯需要 SWaP-C 的系統，更輕量、更小尺寸，且能夠傳輸更多功率的互連元件，可以讓飛機達到更大效率。飛行系統也需常規檢測，因此連接器會經常配接和斷開。互連系統必須能夠耐受高次數的配接／斷開循環，也有多種鍵合選項以避免在同一區域中有眾多連接器時錯誤配接。

SWaP-C 最佳化對於無人機而言特別具有效益，這是由於省下的每一點重量能夠非常顯著的提升電池續航力和飛行時間。無人機也特別著重尺寸。無人機越小，讓無人機保持重心的平衡需要的功率也就越少。

小型家電也是有 SWaP-C 最佳化需求的另一個領域。更小和更輕的電器對擁擠的廚房空間而言無疑是個優勢。洗碗機、洗衣機、烘衣機等家電需要耐用的互連系統，因為長期下來，振動會導致錯誤的互連系統斷開。連接器也必須有容易且合理的配接／斷開循環，以達到維護的簡便性。

因應這些多種應用的需求，已有許多創新的互連設計方式，其中一些能在單一線路互連中搭配使用，確保達到最佳效能、可靠性、易用性。

螺絲鎖互連達到 SWaP-C 最佳化

舉例而言，連接器必須方便配接，以便快速組裝設備，容易斷開以輕鬆維護，但還要夠堅固以耐受衝擊和振動，並且必須足夠輕盈，不能對纜線組件裡的低電流電線造成任何壓力。針對在任何情況下需要穩固互連的 SWaP-C 互連最佳化，Harwin 提供 Gecko SL 1.25 mm 間距螺絲鎖互連系統。這些高可靠性連接器的設計比常用於相等應用中的 micro-D 連接器達到 45% 更小的尺寸和高達 75% 更輕的重量。

Gecko SL 連接器的配接對範例為 Harwin 的 G125-2241096F1 10 腳位插座和 Harwin 的 G125-3241096M2 10 腳位面板安裝插頭 (圖 1)。插頭外罩右方有內凹，並且在頂端和底部表面有鍵合。這能避免錯誤插座插入，防止設備故障。Gecko-SL 連接器提供多種鍵合配置，能避免在系統中有多個成組連接器鄰近彼此時錯誤插入。

圖 1：Harwin 的 G125-2241096F1 10 腳位插座外罩 (左) 配接 Harwin 的 G125-3241096M2 10 腳位面板安裝插頭外罩 (右)。連接器的接觸表面在頂端和底部有鍵合，還有觸點標記，能更輕鬆進行配接。(圖片來源：Harwin)

Gecko SL 互連系統使用壓接觸點，並且有兩個螺絲鎖，可將連接器牢牢固定。這對振動和高衝擊下的系統是一項優勢，在此環境下的連接器可能會被強制斷開。不鏽鋼螺絲鎖可確保在任何狀態都能緊密連接。使用鎖前配接機制的連接器系統即使在兩個螺絲還沒鎖緊之前，也可提供穩固的電氣連接。這能讓技師在維護和測試狀態時，暫時配接連接器。互連器系統在呈現水平對稱，每個連接器的定端具有三角形觸點標記，能讓技師更易進行配接。連接器額定配接循環次數為 1000 次配接／斷開操錯，因此非常適合航太應用，以便在常態檢驗和維修中可以斷開。

十個腳位的額定值都達到最大 2.8 A，具有隔離。若所有觸點都同時承載電流，每個觸點可以處理最大 2.0 A，此連接器具有 5 個功率和 5 個接地觸點，因此最大功率傳輸能力達到 10.0 A。

配接時，連接器系統可耐受大量力道，以及達到 100 g、6 ms 的衝擊和 20 g 振動 6 小時，因此非常適合嚴峻環境的機器人和工業系統。外罩由玻璃填充熱塑性塑膠製成，工作溫度範圍為 65°C 至 +150°C。這讓此連接器非常適合航空系統，此系統會處於極端溫度之下，從沙漠跑道的高溫到高海拔的極低溫。針對高頻振動的系統，建議使用背側灌封複合物至壓接組件，提供更多固定性。

SWaP-C 最佳化的訊號和功率互連

在一些狀況下，互連系統在相同的佈線線束中，需要處理高電流控制訊號和甚至更高電流的電源供應器連接。這些互連應用需要混合佈線連接系統，處理所需的兩種尺寸的觸點。針對這些系統，Harwin 提供 Gecko-MT 1.25 mm 間距混合佈線互連系統。這些非常小且輕量的連接器設計用來在同一個互連中安全承載混合控制和功率訊號。針對這些應用，設計人員可以使用 Harwin 的 G125-FV10805F3-2AB2ABP 插頭，此元件具有 8 個訊號和 4 個功率連接，搭配對應的 G125-32496M3-02-08-02 插頭 (圖 2)。

圖 2：Harwin 的 Gecko-MT G125-FV10805F3-2AB2ABP 插座 (左) 和 Gecko-MT G125-32496M3-02-08-02 插頭 (右) 形成一個 8 訊號、4 功率互連系統，具有每功率觸點 10 A 容量和每訊號觸點 2 A。(圖片來源：Harwin)

此互連系統中的 8 訊號觸點各可以處理高達 2 A，同時 4 個更大型的功率觸點，每觸點可以處理高達 10 A。這能為航太系統的緊密的空間提供互連彈性，例如飛行控制。此外，大多數機器人系統必須傳送控制訊號和功率至類比機器人的手臂及其他機械控制機制，讓此類互連針對這些應用最佳化。

如同 Gecko-SL，Harwin 的 Gecko-MT 也具有鍵合，可避免錯誤插入。圖 2 所示，連接器的底部具有窄型鍵齒，並且在頂端有非常寬的鍵齒。Gecko-MT 連接器提供多種鍵合配置，可確保連接器適當插入，搭配三角觸點標記，讓技師能更容易插入。圖 2 左方的插座安裝至一個印刷電路板上，具有通孔式觸點。此插座固定至印刷電路板中，底部具有兩個螺栓／螺帽，用以穩固安裝。這能避免連接器在高振動環境中扭轉或拉除。此插頭插入插座並且以螺絲拴入不鏽鋼插座螺絲槽中。

Gecko-MT 互連系統亦使用一個鎖前配接系統，確保達到穩固的電氣連接，以便在維護時有助於進行測試。此互連系統額定值為 1000 次配接／斷開循環，於維護和重新配置時可達到高連接可靠性。

配接的 Gecko-MT 連接器系統也可耐受 100 g、6 ms 的衝擊和 20 g 的振動達 6 小時，因此非常適合機器人和工業應用，此類應用的訊號和功率需要同時路由以節省空間。玻璃纖維熱塑性外罩工作溫度在 -65°C 至 +150°C，因此非常適合用於航空應用，符合其極端高溫。

結論

眾多電子系統的設計人員需要最佳化新款和既有系統，達到高效率、更低成本、提升的作業效能。正確選擇互連系統有助於達到此 SWaP-C 最佳化。此外，可攜式裝置、工業機器人系統、飛行系統、智慧家電系統的設計人員需要確保其連接可以耐受應用的強烈振動，同時在緊密的空間中承載高電流。為了協助簡化設計流程，設計人員可以標準化其中一個互連系統以確保系統可靠性和連接器的易用性。