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來源：Digi-Key 作者：Jeff Shepard 機器人、機器視覺、控制器、伺服放大器和服務器等工業 4.0 應用，對高密度、快速可靠的以太網連接的需求在不斷增長。在工業 4.0 設備中，以太網連接不僅需要支持高達 10 Gb/s 的通信速度，具有防電磁干擾 (EMI) 保護，還需要提供穩固的配接和鎖定機制以防止意外拔出電纜，同時還要能耐受高振動條件，并具有出色的插拔壽命。這類連接器必須足夠緊湊，才能支持工業 4.0 應用日益增長的互連和系統密度。 雖然傳統的 RJ45 以太網連接器可以滿足部分要求，但它們相對笨重，不能提供當今設計所需的安裝靈活性。 為了應對這些挑戰，設計人員可以選用 ix 工業連接器來連接高速以太網電纜，包括 Cat5e (1 Gb/s) 和 Cat6a (10 Gb/s)。這類連接器比 RJ45 連接器小 75%，可提供高水平的 EMI 防護和電磁兼容性 (EMC)，實現安全的數據傳輸，并符合 IEC 61076-3-124 的要求。 本文首先對 RJ45 和 ix 工業連接器選項進行了比較。隨后，本文介紹了用于以太網和非以太網連接的 A 型和 B 型 ix 連接器，并探討了 ix 連接器的各種配置選項，以及 Hirose 的一些代表性連接器。最后介紹了裝配和測試 ix 電纜的相關工具，以確保正確實施。 RJ45 與 ix 連接器的比較 許多工業 4.0 應用需要通過模塊化連接進行快速部署和重新配置。這些系統通常會將傳統設備與新設計相結合。它們會使用高速工業以太網以及其他要求互操作性和高可用性的協議。所謂的注冊式插孔 (RJ) 連接器在傳統設備中很常見，如具有八針八觸點 (8P8C) 的 RJ45 連接器，常用于基礎以太網連接。 新興的工業 4.0 系統需要更高的互連密度和靈活性。除了比 RJ45 解決方案小 75% 外，ix 連接器還可實現 10 mm 間距的并行安裝，印刷電路板（PC 板）上安裝 3 個 RJ45 連接器的空間能夠裝入 6 個 ix 連接器（圖 1）。 
圖 1：ix 連接器具有 10 mm 安裝間距，PC 板上安裝 3 個 RJ45 連接器的空間能夠裝入 6 個 ix 連接器。（圖片來源：Hirose） 堅固耐用 IEC 61076-3-124 規定了 ix 連接器的尺寸、機械、電氣、傳輸特性以及環境要求。Hirose 的 ix 連接器超越了 IEC 61076-3-124 的要求，符合日本工業標準 JIS E4031 針對機車車輛設備的沖擊和振動測試的要求。此連接器還符合 GigE Vision 攝像機接口標準，支持通過千兆位以太網，以非常長和低成本的標準電纜快速傳輸圖像。ix 連接器具有大電流觸點，支持使用以太網供電 (PoE) 和 PoE+ 應用，且符合 IEEE 802.3af 和 IEEE 802.3at 標準。 ix 連接器系統從一開始就以工業應用為設計考量，而 RJ45 連接器最初是針對消費者和商業電信設備而開發，然后經過調整后用于工業環境。例如，ix 連接器有兩個金屬制成的卡入式鎖鉤，可提供觸覺和聲音反饋來確認插頭和插座之間的連接是否牢固。工業 RJ45 連接器只有一個鎖鉤。 ix 連接器插座的外殼設計具有機械穩固性，并增強了 EMC 性能。這些插座有 5 個通孔式固定卡舌，每邊 2 個，背面兩組信號觸點之間還有 1 個，而 RJ45 連接器只有 3 個卡舌。與 RJ45 插座上的卡舌相比，ix 連接器插座上的卡舌也更加堅固。當焊接到 PC 板上時，ix 插座的卡舌可以保護信號觸點在插頭插拔時不會受到壓力。此外，這些卡舌還能提高插座耐受沖擊和振動的能力。焊接后，卡舌會直接連接到 PC 板的地線，繼而加強了 EMI 防護（圖 2）。
圖 2：插座上的 5 個通孔式卡舌可保護信號觸點，增強抗沖擊和振動性能，并提高 ix 連接器的 EMC 性能。（圖片來源：Hirose） 模塊化和可重新配置系統的采用，正在改變對連接器性能的期望。連接器安裝后不再固定在某個位置。生產站點、工具及其他系統組件都需要能夠頻繁地重新排布，以支持大規模定制，而這正是工業 4.0 的一大特征。因此，連接器在其生命周期內可能會被插拔數百次或數千次。Hirose 的 ix 連接器經過嚴格的設計和測試，能夠在 5000 次插拔后，依然滿足 IEC 61076-3-124 的所有性能要求。 非以太網連接 IEC 61076-3-124 支持以太網和非以太網連接。為了防止誤接，分別為以太網和非以太網 ix 連接器使用了標有 ‘A’ 和 ‘B’ 的單獨機械編碼方案（圖 3）： · 'A' 型 ix 連接器能夠處理高達 10 Gb/s 的傳輸速率，可以支持 PoE 和 PoE+，并可通過插座左下角的 45° 偏振倒角進行識別。 · ‘B’ 型 ix 連接器可用于所有非以太網應用，如信號發送協議、各種串行及其他工業通信協議，可以通過位于插座左上角的 45° 倒角進行識別。
圖 3：ix 連接器有兩種機械編碼設計，可防止將以太網插頭插入非以太網插座，或將非以太網插頭插入以太網插座。（圖片來源：Hirose） 集成靈活性 這些連接器也增強了系統集成的靈活性。電纜可以通過焊接或使用絕緣位移連接 (IDC) 連接至 ix 連接器插座。焊接連接可以加快電纜組件在工廠環境中的制作速度。IDC 連接通常用于現場制作電纜組件，由于減少了剝線、捻線和焊接，安裝時間最多可縮短 50%。目前有四個對應的連接器系列，分別是 30、31、32 和 40 系列。前三個系列可支持各種 IDC 電纜尺寸，第四個可用于焊接連接： · 30：IDC 使用 26 至 28 號美國線規 (AWG) 的電線，絕緣子外徑為 0.95 至 1.05 mm · 31：IDC 使用 24 至 25 號 AWG 的電線，絕緣子外徑為 1.1 至 1.25 mm · 32：IDC 使用 22 號 AWG 的電線，絕緣子外徑為 1.4 至 1.6 mm · 40：手動焊接 Hirose 還提供具有三種插座配置和三種插頭配置的 ix 連接器，可滿足特定的應用需求（圖 4）。插座配置包括： · 立式 90 度，可平行安裝，間距為 10 mm，可節省高密度系統的 PC 板空間 · 垂直型允許連接器從頂部配接 · 扁平型 90 度插座高 5.7 mm，不到 RJ45 連接器的一半高度 插頭配置包括： · 直通式布線 · 90 度向上布線 · 90 度向下布線
圖 4：插座有三種樣式；在三個電路板上，每一個都顯示了不同的樣式。每個電路板都包括三種樣式的 ix 連接器插頭。（圖片來源：Hirose） ix 連接器示例 除了上面詳述的配置和選項外，Hirose 還為設計人員提供了一系列鍍金或鍍鈀鎳外加鍍金的觸點表面。Hirose 的數十種 ix 連接器示例包括： IX80G-B-10P(01)，B 型垂直插座，0.75 μm 鈀鎳和 0.05 μm 鍍金 IX80G-A-10P(01)，A 型垂直插座，0.75 μm 鈀鎳和 0.05 μm 鍍金 IX61G-B-10P，B 型立式 90 度插座，0.2 μm 鍍金 IX60G-A-10P，A 型 90 度插座，0.2 μm 鍍金 IX31G-A-10S-CV(7.0)，A 型直通式插頭，0.2 μm 鍍金 IX30G-A-10S-CVL2(7.0)，A 型 90 度向上插頭，0.2 μm 鍍金 IX30G-B-10S-CVL1(7.0)，B 型 90 度向下插頭，0.2 μm 鍍金 現場裝配 工業以太網應用要求高可用性，因此電纜的現場裝配是一個重要的考量因素。它可以加快設備的安裝，特別是在模塊化結構中，方便快速更換已磨損或損壞的電纜組件。為了滿足現場裝配的需求，Hirose 提供了 HT803/IXG-8/10S-63-72 電纜裝配工具，可用于 IX30G、IX31G 和 IX32G IDC 型號的 ix 連接器（圖 5）。這種組合工具可將電纜和插頭壓接在一起，并將防護罩壓合至組件上。對于 IX40G 焊接式連接器，該工具僅用于壓合。
圖 5：此手工工具可用于在現場制作 ix 電纜組件。（圖片來源：Hirose Electric） 此電纜裝配工具適用于 22 至 28 AWG，采用七股退火銅線且絕緣層外徑為 6.3 至 7.2 mm 的屏蔽電纜。操作簡單快捷。 壓接：以編碼鍵朝上，將插頭放入工具，然后將電纜插入插頭。壓緊工具把手，完成壓接。此工具包括一個棘輪機構，可確保在施加足夠壓力實現牢固壓接之前，工具不會打開。當達到所需壓力時，棘輪會自動釋放。 壓合：將屏蔽外殼和殼體放入工具中（提供有特殊的切口，可確保正確放置）。與壓合過程一樣，以編碼鍵朝上，將插頭放入工具。壓緊工具把手，直到棘輪釋放，完成壓合。 測試非常重要 在現場測試以太網電纜可能有多種原因：在最初部署設備或更換現有電纜時，測試可以驗證電纜是否符合所有性能要求。另外，電纜測試對于排除安裝故障也很有用，可以準確地找出問題的根源。在以太網網絡中，故障的來源可能有很多，例如連接器故障、電纜或屏蔽層破損，以及 EMI 敏感性增加等。 Hirose 的 DSX-CHA-5-IX-S 套件包含兩個經過優化的適配器，可加快 ix 連接器和電纜組件的現場測試（圖 6）。此產品可與 Fluke Networks 的 DSX CableAnalyzer 測試儀搭配使用。若使用這些適配器全面測試 IEEE 802.3 規格，可產生合格/不合格結果，并生成廣泛的診斷信息，便于加速識別任何問題。
圖 6：DSX-CHA-5-IX-S 適配器套件可加快 ix 連接器和電纜組件的現場測試。（圖片來源：Fluke） 總結 設計人員可以使用 ix 連接器來支持工業 4.0 系統對高密度、穩固連接的需求。這些連接器具有以太網和非以太網配置以及各種機械配置，可支持一系列系統設計需求。焊接連接可用于大批量制作環境，而 IDC 型號則可用于在現場制作電纜組件。此外，市場上還有相關工具和測試儀，可確保制作的電纜組件滿足所有 ix 性能要求。 |
