Aproveche los sistemas de cableado miniaturizados para diseños con limitaciones de espacio

A medida que los sistemas electrónicos siguen encogiéndose y aumenta la densidad funcional, los diseñadores se enfrentan al reto de garantizar interconexiones sólidas. Esto es especialmente cierto en entornos industriales, médicos, militares y aeroespaciales, donde los conectores deben ser compactos pero capaces de soportar vibraciones, ciclos térmicos y otros factores de estrés. Para hacer frente a estos retos, los diseñadores necesitan soluciones de interconexión compactas que combinen fiabilidad y eficiencia espacial.

En este artículo se analizan los principales requisitos de este tipo de interconexiones, como la densidad de terminales, la resistencia de los mecanismos de acoplamiento, la tolerancia térmica y la capacidad de señal y potencia. A continuación, presenta un versátil ecosistema de conectores de Samtec y muestra cómo puede utilizarse para cumplir estos requisitos.

Diseño de conectores y tendido de conductores en diseños compactos

Al seleccionar conectores para diseños con limitaciones de espacio, un buen punto de partida es la separación de los contactos, conocida como paso de contacto. Un paso menor corresponde generalmente a un conector más compacto.

La disponibilidad de múltiples estilos de conectores también puede ser muy valiosa. Por ejemplo, un conector de una fila puede ser la mejor opción para pasar conductores por espacios estrechos, mientras que una variante de doble fila puede ofrecer una mayor densidad de contactos. Del mismo modo, la posibilidad de montar los cabezales en las placas de circuito impreso (placas CI) en orientación vertical u horizontal facilita el trabajo en espacios reducidos.

También hay que tener en cuenta la elección entre cables planos y cables discretos. Aunque cada una tiene sus ventajas, las soluciones de cable discreto pueden ofrecer más opciones de enrutamiento. Esto es especialmente importante en aplicaciones que requieren interconexiones ramificadas, en las que un único conjunto de cables debe reunir conductores de múltiples ubicaciones dentro de un dispositivo (Figura 1).

Figura 1: Se muestra un sistema de cable discreto utilizado para simplificar la agregación de conductores y el uso de varios tipos de conectores en un único conjunto. (Fuente de la imagen: Samtec)

Otra ventaja de los cables discretos es que se pueden utilizar varios estilos de conectores en un mismo conjunto para adaptarse a los requisitos de los distintos componentes y subsistemas. Los cables discretos también ofrecen la flexibilidad de combinar conductores de alimentación y de señal dentro de un conjunto, con la opción de utilizar un código de colores para identificar la finalidad de cada cable.

Retención del conector y compatibilidad térmica en condiciones difíciles

Una de las principales amenazas para la fiabilidad de la interconexión es la demora involuntaria durante el funcionamiento. En sistemas más grandes, los métodos de retención como tornillos, fijaciones o tuercas pueden evitar la separación bajo tensión mecánica. Sin embargo, los sistemas más pequeños suelen carecer del espacio necesario para que estas opciones resulten prácticas.

Estas dificultades se agravan en los sistemas que requieren ciclos de acoplamiento frecuentes. Ya sea por necesidades de mantenimiento, actualizaciones sobre el terreno o reconfiguración, la conexión y desconexión repetidas exigen métodos de retención que sean a la vez seguros y fáciles de usar.

Para solucionar estos problemas, se suelen necesitar mecanismos de enclavamiento compactos. De este modo, los conectores se pueden acoplar y desacoplar de forma segura con la mano, sin necesidad de herramientas ni elementos de fijación secundarios.

La selección de materiales también es un factor clave. Las carcasas de los conectores y el aislamiento de los cables deben adaptarse a las condiciones ambientales de la aplicación, incluido el rango de temperatura de funcionamiento previsto y los requisitos de seguridad o normativos aplicables.

Suministro de energía e integridad de la señal en interconexiones miniaturizadas

Aunque el tamaño es la principal consideración en los diseños con limitaciones de espacio, los conectores miniaturizados deben seguir cumpliendo los requisitos eléctricos. Incluso con un paso de contacto fino, las interconexiones tienen que soportar una excelente calidad de señal y niveles adecuados de corriente y tensión para el suministro de energía.

Estas consideraciones dan importancia al diseño de los contactos y terminales. Su geometría debe garantizar un parche de contacto fiable y los materiales deben resistir la corrosión para mantener la integridad de la señal a lo largo del tiempo. Un diseño de doble hoja es especialmente útil en este caso, ya que ayuda a mantener una presión de contacto constante en un amplio rango de temperaturas y perfiles de vibración, lo que resulta esencial para evitar la caída de la señal o la interrupción de la alimentación en entornos exigentes.

Plataformas de interconexión de alto rendimiento para sistemas con limitaciones de espacio

El sistema de cable discreto Micro Mate de Samtec está diseñado especialmente para cumplir las exigencias de las aplicaciones con limitaciones de espacio. La característica definitoria de la plataforma Micro Mate es su paso de contacto de 1 milímetro (mm), que permite unas huellas de conector compactas en toda la gama de productos. Existen soluciones para aplicaciones de cable a placa, de cable a cable y de cable a panel, que ofrecen una amplia flexibilidad de diseño. Entre las principales características de la familia se incluyen:

• Configuraciones de una o dos filas con un total de entre 2 y 40 contactos para satisfacer una amplia gama de requisitos de densidad de señales y E/S.
• Mecanismos de cierre simple o doble para un acoplamiento seguro en entornos sometidos a esfuerzos mecánicos.
• Valores nominales de tensión de hasta 250 V_CA y 353 V_CC, con valores nominales de corriente de hasta 2.7 A por contacto, para soportar tanto la distribución de señales como la de potencia moderada.
• Sistemas de contacto de doble hoja chapados en oro para una conectividad uniforme y una alta calidad de señal en entornos exigentes
• Revestimiento opcional de fluoropolímero de teflón para mejorar la resistencia química y la compatibilidad con aplicaciones sin halógenos o de alta temperatura

Además de conjuntos de cables estándar, Samtec ofrece soluciones a nivel de componentes para cableado personalizado. Estas soluciones permiten crear conjuntos a medida que maximizan la eficiencia del espacio y la flexibilidad de enrutamiento en diseños de aplicaciones específicas.

Conjuntos prefabricados para una integración simplificada

Un ejemplo típico de solución de cable a cable de Micro Mate es el S1SS-08-28-GF-06.00-L1 (Figura 2) Conjunto de 8 posiciones y una fila que termina en una toma rectangular en cada extremo.

Figura 2: El S1SS-08-28-GF-06.00-L1 incorpora un mecanismo de bloqueo de pestillo positivo sin herramientas para garantizar conexiones sólidas. (Fuente de la imagen: Samtec)

Una característica destacable de esta solución es el sólido mecanismo de bloqueo positivo sin herramientas integrado en las carcasas de los conectores. Este cierre garantiza una conexión fiable incluso en condiciones de funcionamiento difíciles. También permite el desacoplamiento manual durante el mantenimiento rutinario, eliminando la necesidad de tornillos o fijaciones, lo que puede resultar especialmente ventajoso en espacios reducidos donde el uso de herramientas es complicado.

El conjunto de cables puede acoplarse a varios cabezales Micro Mate que incluyen una rampa de bloqueo integrada para garantizar una conexión segura. Un ejemplo notable es el T1M-08-F-SV-L (Figura 3). Este cabezal horizontal de montaje en superficie y bajo perfil permite la instalación en el borde de la placa, lo que ayuda a minimizar la altura vertical sobre la placa de circuito impreso. Con una altura de aislamiento de solo 5.51 mm, esta configuración admite una distancia reducida entre placas sin comprometer la resistencia mecánica.

Figura 3: El cabezal T1M-08-F-SV-L es una solución horizontal de montaje en superficie para aplicaciones en las que el espacio vertical es limitado. (Fuente de la imagen: Samtec)

Soluciones de montaje en panel sin herramientas

Las interconexiones montadas en panel plantean retos adicionales en situaciones en las que no se pueden utilizar tornillos de montaje u otros elementos de fijación. Las pestañas a presión solucionan este problema.

Por ejemplo, el T1PST-05-28-GF-02.0-A-T3 (Figura 4) cuenta con una toma reforzada con lengüetas de encaje a presión integradas, lo que permite que el conector se fije automáticamente en la abertura del panel, eliminando la necesidad de herrajes de retención específico. Admite grosores de panel de entre 0.033 y 0.090 pulgadas (in).

Figura 4: El T1PST-05-28-GF-02.0-A-T3 presenta un diseño de interconexión a presión que permite un montaje en panel rápido y sin herramientas. (Fuente de la imagen: Samtec)

Al eliminar la necesidad de fijaciones, los diseñadores pueden conservar un valioso espacio en el panel para otros elementos funcionales, como indicadores, botones o interruptores. Este montaje también demuestra la versatilidad de la plataforma Micro Mate. En esta configuración, el cable está revestido con una cubierta opcional de fluoropolímero de teflón, apta para temperaturas de -40 °C a +125 °C, que permite su uso en aplicaciones de alta temperatura o sin halógenos.

Conjuntos de interconexión personalizados y soporte de herramientas

Aunque los conjuntos prefabricados ofrecen soluciones prácticas para muchas necesidades de interconexión, los diseños con limitaciones de espacio suelen requerir configuraciones personalizadas. Por ejemplo, una aplicación puede requerir un cableado ramificado o una transición entre disposiciones de patillas de una y dos filas para optimizar el uso del espacio. Estas técnicas pueden ser especialmente útiles en carcasas complejas, como herramientas de diagnóstico portátiles o subsistemas de drones, donde los cables deben pasar por espacios irregulares y rodear otros componentes electromecánicos.

Para satisfacer requisitos personalizados, Samtec ofrece soluciones a nivel de componentes que permiten a los ingenieros crear conjuntos Micro Mate desde cero o modificar conjuntos existentes para adaptarlos a sus necesidades. Un ejemplo es el tapón de la carcasa IDT1-05 (Figura 5). Esta solución de doble fila está diseñada para maximizar la densidad de contacto.

Figura 5: El conector de carcasa IDT1-05 puede utilizarse para crear un conjunto personalizado con diez conductores en una disposición de doble fila. (Fuente de la imagen: Samtec)

Los diseños personalizados utilizan los mismos contactos de doble hoja chapados en oro que los productos montados en fábrica. Como ilustra el contacto TC37R-01-GF (Figura 6), ofrecen una gran superficie de acoplamiento con un chapado en oro de 0.076 micrómetros (µm) para una baja resistencia eléctrica y fiabilidad a largo plazo.

Figura 6: El contacto TC37R-01-GF utiliza un diseño de doble hoja chapado en oro para una baja resistencia eléctrica y fiabilidad. (Fuente de la imagen: Samtec)

Para mantener una calidad de conexión constante, es esencial disponer de herramientas adecuadas. La herramienta de crimpado manual CAT-HT-309-2830-12 (Figura 7) para la familia Micro Mate ayuda a los técnicos a producir ensamblajes personalizados utilizando cable de 28 o 30 AWG que igualan la integridad mecánica y eléctrica de las soluciones construidas en fábrica.

Figura 7: La crimpadora manual CAT-HT-309-2830-12 permite un montaje manual fiable de las interconexiones Micro Mate con cable de 28 o 30 AWG. (Fuente de la imagen: Samtec)

Conclusión

Los sistemas con limitaciones de espacio requieren interconexiones que logren un equilibrio entre compacidad, durabilidad y capacidad eléctrica. La plataforma de cable discreto Micro Mate responde a estas necesidades con una solución miniaturizada de 1 mm de paso. Tanto si se trata de conectar subsistemas internos como de proporcionar interfaces de panel, la plataforma ofrece una amplia gama de opciones para respaldar un diseño de cableado flexible y de alto rendimiento.