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手机IO连接器的知识

1.手机用I/O连接器
手机上I/O连接器是手机与外部设备联系的通道,经常安排在手机的下部。

要求它具有长的拔插寿命,多功能、具有多种形式的端子,甚至可以传输红外数据,并且可以根据客户的要求定制。

图1和2示出了一种手机I/O连接器从前后两个侧面看到的视图。

图1 I/O连接器示意图a
图2 I/O连接器示意图b
上面画出的是I/O连接器安装在手机上的部份,它还应该有另一部份与它连接,这就是插头连接器,图3画出了Molex公司的Mobi-Mate型插头连接器的分解示意图。

其中插头座体是插入手机上的I/O连接器用的,射频(RF)接插头也包含在内,上下外壳起保护作用,锁销和螺钉等起对位和固定作用。

图3 Mobi-Mate I/O 插头连接器
同轴接口部份如图4,可以选择是否装有开关触点的。

已经证明,同轴接口当连接器分离间隙达1.5mm 时也能正常工作,这点对在震动环境下工作很关键。

手机同轴元件能够承受"猛烈粗暴"拔插,甚至插头角度达60度时,都不会损坏。

图4 同轴插头座
2.手机I/O连接器的材料与指标
我们以Molex产品为例介绍。

I/O连接器在手机部份所用材料:
-座体是用50%的GF尼龙;
-SMT固位片用磷青铜(PhBr),在1.27微米厚的镀镍层上再镀3-5微米厚的锡铅(SnPb);
-锁销也用PhBr,也是在1.27微米厚的镀镍层上再镀3-5微米厚的SnPb;
-信号接触簧片也是PhBr,在1.0微米后的铅镍(PbNi)镀层上薄镀一层金,在焊接区镀3.0微米厚的SnPb,底层镀1.27微米厚的镍。

I/O连接器的插头部份所用材料:
-外壳和按钮:30% 的GF聚酯;
-锁销:不锈钢;
-信号接触片:BeCu(铍铜);
-电镀:在1.0微米厚的PbNi镀层上薄镀一层0.1微米厚的金,底层电镀1.27微米厚的镍,焊接区镀3-5微米厚的SnPb 。

I/O连接器的电气指标主要为:
-电流:信号接触簧片:标准值1安培,在某些规定条件下可达2安培;同轴电缆: 0.5安培;
-电压:在摄氏25度下50Vac(交流有效值);
-射频(RF)阻抗:50欧姆;
-射频频率:0-2.0 GHz;
-接触电阻:初始值小于10毫欧姆,经过5000次拔插后,小于20毫欧姆;
-绝缘电阻:射频:1000兆欧姆;信号:500兆欧姆;
-电压驻波比(VSWR):初始值:在1.8GHz下小于1.5,经过5000次拔插后,在1.8GHz下小于1.8;
-插入损耗:经过5000次拔插后,在0.9GHz下小于0.2dB;
-串扰(cross-talk):(仅对开关式同轴线)在1.8 GHz下小于1.1dB。

I/O连接器的机械指标主要为:
-寿命:最少5000次拔插;
-插力(insertion force):信号接触簧片:0.7牛顿;射频接触体:2.4牛顿;经过5000次拔插后总改变的最大值0.5牛顿;
-拔力(withdrawal):最小值25牛顿;
-多轴插合对的功能测试:见产品指标;
缓解应力的柔性测试:见各自电缆配置。

3.手机I/O连接器形式
手机I/O连接器在满足基本要求的基础上,还根据客户需要、厂家的设计意向、成本等诸多因素变化,形式上有所变化。

以连接器的电路接触体为例,就有平接触头和刀形两种,再配合不同外形的座体,就会产生各种不同形式。

Molex的I/O连接器在90年代就经历了如图5的变化。

由图可以看出,I/O连接器经历了由简单到复杂、由功能少到功能更多的演变。

另外从Molex的产品品种分,又有:平头型(flat pad)、Mobi-Mate型、SMT IO连接器和压紧型连接器(compression connector),(请见图6)。

它们都是多功
能的,如包含有:电池端子、充电端、数据传输端、圆形直流(DC)插座,圆形立体声插座、麦克风插座,射频接触体,甚至红外模块也都集成在连接器中。

Molex公司供应和定制各种形态的产品。

90年代平头和刀状I/O连接器演变
简单平头平头配锁多功能刀状多功能刀状配麦克风复杂平头
图5 I/O连接器的变化
图6 Molex生产的I/O连接器
4.关于Mobi-Mate I/O连接器
Mobi-Mate是Molex公司设计与生产的一种I/O连接器,供移动设备使用,当然也包括手机在内。

它力图满足现代手持或袖珍系统对连接器的如下要求:
-尽可能占用最小的空间,要小外形、PCB板占用空间最小;
-高频、低频和充电接触体组合在一起;
-耐用,寿命长,能够承受高数量的拔插次数;
-容易使用,电缆连接器有可靠的锁紧系统,在恶劣使用环境下(如车载)保证良好的电气性能,同时仍然是用户友好的和无故障;
-容易生产,无欠缺;
-在装配线上与PCB装配时能保证正确就位和固位;
-设计灵活,功能可选,功能广泛。

图1和图2的示意图实际就是Mobi-Mate 连接器。

另外,它安装在PCB正面板上时,其芯线部份要高出PCB板4.80mm,避免了为保证安全而使用昂贵的保险装置,同时PCB板的背面还能安装其它元部件和布线,利于节省空间。

信号接触体(片)与PCB板只有0.50mm的间隙,使占用空间最小,保证最精确地控制间隙和共面性,最有利于目视检查。

利用螺钉和栓柱把插头的接触体部份安全地锁在外罩内,最终用户不能打开插头。

此外,为缓解电缆和座体的应力,Molex公司也采取了特殊措施,保证恶劣环境条件下良好电性能。

5.关于平头(Flat Pad)I/O连接器
平头I/O连接器是Molex公司设计与生产的另一种I/O连接器。

其外形如图7所示,它的特点是:-14个"平头"电路引脚;
-锁销有两个作用:固位和充电;
-焊脚也有附加固位作用,提供良好的定位作用,保护接触体(或接触簧片)。

-适当地安置射频线,独立与系统连接器,一般安放在终端底部;
-小外形;
-较长的引线,容易表面安装;
-成本较低。

图7 平头I/O连接器
下面介绍I/O连接器在手机中的应用例。

① 阿尔卡特(Alcatel)HD系列:
图8示出了阿尔卡特HD手机的I/O连接器和直流充电插头及附件插头。

它的I/O连接器有14个"平头"型电路引脚,连接器上有锁,用作紧固插头用。

焊脚也提供连接器与电路板以额外的紧固作用。

阿尔卡特(Alcatel)HD系列
图8 阿尔卡特HD手机系列上使用的连接器
② 西门子 S3com(S5)手机:
图9示出了西门子(Siemens)S3com(S5)手机上使用的一些连接器。

其中I/O连接器上有16个信号接触体,导孔是为将手机安放在托架上用的。

有SMT焊脚。

西门子 S3com(S5)
图9 西门子 S3com(S5)手机上使用的一些连接器。

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