增強可穿戴設備性能，連接技術(shù)與時俱進
2023-10-2 10:46:15 點擊：
電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/李寧遠）可穿戴技術(shù)近幾年已經(jīng)發(fā)展成為名列前茅的成長型產(chǎn)業(yè)之一，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應用和智能移動設備的涌入讓人們切身感受到了新技術(shù)新產(chǎn)品給生活帶來的改變，加速了可穿戴設備的發(fā)展。
從通用連接到可穿戴專用連接
其實早前用于可穿戴設備的各類連接器并沒有可穿戴專用這個概念，此時用于可穿戴設備的連接器，大多數(shù)廠商都是采用套用平板電腦、智能手機連接器的方案。雖然泛用但是實現(xiàn)基本的連接需求還是沒問題的。
隨著可穿戴設備向小型化發(fā)展，加之節(jié)能、數(shù)據(jù)傳輸高效以及無線連接等各種功能的加入，要求用于可穿戴設備的連接器不僅尺寸要更小，電性能也要更出色。原本標準的通用連接器在尺寸、美觀和技術(shù)適配性上逐漸跟不上可穿戴設備的發(fā)展的需求。
其中，最主要的推動力還是電源和數(shù)據(jù)的外部連接需求的提升。設備尺寸越來越小，接地和電池連接的難度越來越高，為了方便可穿戴設備的電源連接，彈片式連接、浮動電池互連、彈簧探針等連接方式被開發(fā)了出來。
這個潛力巨大的市場自然不會被廠商忽視，針對可穿戴設備設計的連接器主要瞄準天線、傳感器、電源、電池連接、板對板、線對板和可移動存儲設備的連接進行設計，在市場需求的推動下，各類可穿戴設備專用的連接器被開發(fā)了出來。
可穿戴設備中的天線組件
對于外部輸入/輸出（I/O）元件，天線在實現(xiàn)可穿戴設備無線連接方面發(fā)揮了重要作用。在可穿戴設備領(lǐng)域，幾乎所有東西都開始處于移動狀態(tài)，其挑戰(zhàn)在于天線的形狀和尺寸，變得越來越小，越來越復雜。
現(xiàn)在的可穿戴設備天線方案也有使用傳統(tǒng)方法的辦法，不過顯然用于3D天線的MID（模制互連器件）和LDS（激光直接成型）等制造技術(shù)能帶來更多好處，畢竟天線互連器件在保證終端設備信號和功率完整性很重要。
MID技術(shù)能在注塑成型的塑料殼體的表面上，制作有電氣功能的導線、圖形，并直接在殼體上安裝元器件并使其電氣互連，從而實現(xiàn)電路板的電氣互連功能、支承元器件功能和塑料殼體的支撐、防護功能以及由機械實體與導電圖形成結(jié)合而產(chǎn)生的屏蔽、天線等功能集成于一體。
不同的MID工藝在最小線寬、加工速度、線路精細度等參數(shù)上體現(xiàn)出不一樣的效果，如Laser Direct Stucturing工藝在三維布局能力上非常出色，但其原材料成本偏高；Laser Resist Imaging工藝成熟成本低，但制造環(huán)節(jié)相對復雜而且三維布局能力稍差；Aerosol Jet工藝則能夠?qū)⒕€路處理得很精細，對基材表面的要求不高，但是加工速度慢、導線導電率低的問題。根據(jù)設備應用場合，合適地選擇MID的具體工藝對于可穿戴設備天線設計很重要。
而LDS激光直接成型技術(shù)是按照導電圖形的軌跡控制激光的運動，將激光投照到模塑成型的三維塑料器件上，在幾秒鐘的時間內(nèi)，活化出電路圖案。LDS技術(shù)在制造上很穩(wěn)定，一致性好、精度高、耐用性高、故障率低，而且制造流程相對較短，無需電路圖形模具，節(jié)省了很多時間。
與PCB上受限的二維相比，從三維上實現(xiàn)設計與布線功能，能夠幫助可穿戴設備天線在更小的設計尺寸中提供更好的帶寬和效率。
LDS加MID，利用激光蝕刻由復合樹脂制成的模制塑料零件表面，將3D設計轉(zhuǎn)移到器件上或者在器件上直接成型，把電氣和機械元件集成到越來越小的互連設備中，更好的機電性能、射頻性能，以及屏蔽性能讓可穿戴設備可以實現(xiàn)更多以往無法實現(xiàn)的新功能，是目前的可穿戴連接技術(shù)風向之一。
目前全球的頭部連接器廠商也在推進開發(fā)一種透明、幾乎可以隱形的適用于未來可穿戴設備天線的解決方案。
增強可穿戴設備性能的連接
為了增強可穿戴設備的連接性能，其他需要連接組件的應用也在不斷升級匹配可穿戴設備的發(fā)展趨勢。
對于充電、擴展塢連接應用，彈片式連接和彈簧探針目前應用的也很不錯。彈簧針外形能夠做得很小巧，而且也能提供足夠的可靠性和耐用性。而各種尺寸的彈片則應用于可穿戴的接地連接，能夠提供EMI噪聲和靜電防護，并隔離振動。
可以看出不論各種應用的連接器怎樣提高性能，其前提都是保證小尺寸。這一點在多個PCB（剛性和柔性）連接中同樣適用。可穿戴設備電路中板到板的距離越來越小，板對板聯(lián)連接器必須間距足夠小才能保證空間的緊湊，還不能舍棄功率和信號傳輸性能。
隨著移動設備的復雜性和功能性增加，對具有多個天線、更高數(shù)據(jù)速率和更高工作頻率的更薄器件的需求也隨之增加。間距越來越小的FFC/FPC連接器的應用給可穿戴設備提供了合適的選擇，在小間距下提供足夠的可靠性。
不僅僅是微型化，柔性連接器也開始往高頻高速發(fā)展，通過增加接線層和彈性結(jié)構(gòu)設計來構(gòu)成線路的阻抗，形成高速傳輸?shù)碾娐罚瑵M足高頻高速傳輸需求，為可穿戴設備在提供節(jié)省空間的連接之外進一步增強設備性能。
SIM卡連接器正在成為可穿戴設備的重要組成部分，如微型SIM（2FF）、微型SIM（3FF）以及微型SIM＋SD連接器的組合。在可穿戴設備的內(nèi)存連接上，各種微型、可拆卸的卡連接器給設備帶來了靈活性。
小結(jié)
可穿戴設備大多是小型化設備，小型化設備自然十分看重低功耗、高耐用、更輕便這些特性，這些需求也要求可穿戴設備中的連接器需要具有一些不同于其他領(lǐng)域的特性。專用可穿戴設備的連接也在這些需求的推動下蓬勃發(fā)展。
從通用連接到可穿戴專用連接
其實早前用于可穿戴設備的各類連接器并沒有可穿戴專用這個概念，此時用于可穿戴設備的連接器，大多數(shù)廠商都是采用套用平板電腦、智能手機連接器的方案。雖然泛用但是實現(xiàn)基本的連接需求還是沒問題的。
隨著可穿戴設備向小型化發(fā)展，加之節(jié)能、數(shù)據(jù)傳輸高效以及無線連接等各種功能的加入，要求用于可穿戴設備的連接器不僅尺寸要更小，電性能也要更出色。原本標準的通用連接器在尺寸、美觀和技術(shù)適配性上逐漸跟不上可穿戴設備的發(fā)展的需求。
其中，最主要的推動力還是電源和數(shù)據(jù)的外部連接需求的提升。設備尺寸越來越小，接地和電池連接的難度越來越高，為了方便可穿戴設備的電源連接，彈片式連接、浮動電池互連、彈簧探針等連接方式被開發(fā)了出來。
這個潛力巨大的市場自然不會被廠商忽視，針對可穿戴設備設計的連接器主要瞄準天線、傳感器、電源、電池連接、板對板、線對板和可移動存儲設備的連接進行設計，在市場需求的推動下，各類可穿戴設備專用的連接器被開發(fā)了出來。
可穿戴設備中的天線組件
對于外部輸入/輸出（I/O）元件，天線在實現(xiàn)可穿戴設備無線連接方面發(fā)揮了重要作用。在可穿戴設備領(lǐng)域，幾乎所有東西都開始處于移動狀態(tài)，其挑戰(zhàn)在于天線的形狀和尺寸，變得越來越小，越來越復雜。
現(xiàn)在的可穿戴設備天線方案也有使用傳統(tǒng)方法的辦法，不過顯然用于3D天線的MID（模制互連器件）和LDS（激光直接成型）等制造技術(shù)能帶來更多好處，畢竟天線互連器件在保證終端設備信號和功率完整性很重要。
MID技術(shù)能在注塑成型的塑料殼體的表面上，制作有電氣功能的導線、圖形，并直接在殼體上安裝元器件并使其電氣互連，從而實現(xiàn)電路板的電氣互連功能、支承元器件功能和塑料殼體的支撐、防護功能以及由機械實體與導電圖形成結(jié)合而產(chǎn)生的屏蔽、天線等功能集成于一體。
不同的MID工藝在最小線寬、加工速度、線路精細度等參數(shù)上體現(xiàn)出不一樣的效果，如Laser Direct Stucturing工藝在三維布局能力上非常出色，但其原材料成本偏高；Laser Resist Imaging工藝成熟成本低，但制造環(huán)節(jié)相對復雜而且三維布局能力稍差；Aerosol Jet工藝則能夠?qū)⒕€路處理得很精細，對基材表面的要求不高，但是加工速度慢、導線導電率低的問題。根據(jù)設備應用場合，合適地選擇MID的具體工藝對于可穿戴設備天線設計很重要。
而LDS激光直接成型技術(shù)是按照導電圖形的軌跡控制激光的運動，將激光投照到模塑成型的三維塑料器件上，在幾秒鐘的時間內(nèi)，活化出電路圖案。LDS技術(shù)在制造上很穩(wěn)定，一致性好、精度高、耐用性高、故障率低，而且制造流程相對較短，無需電路圖形模具，節(jié)省了很多時間。
與PCB上受限的二維相比，從三維上實現(xiàn)設計與布線功能，能夠幫助可穿戴設備天線在更小的設計尺寸中提供更好的帶寬和效率。
LDS加MID，利用激光蝕刻由復合樹脂制成的模制塑料零件表面，將3D設計轉(zhuǎn)移到器件上或者在器件上直接成型，把電氣和機械元件集成到越來越小的互連設備中，更好的機電性能、射頻性能，以及屏蔽性能讓可穿戴設備可以實現(xiàn)更多以往無法實現(xiàn)的新功能，是目前的可穿戴連接技術(shù)風向之一。
目前全球的頭部連接器廠商也在推進開發(fā)一種透明、幾乎可以隱形的適用于未來可穿戴設備天線的解決方案。
增強可穿戴設備性能的連接
為了增強可穿戴設備的連接性能，其他需要連接組件的應用也在不斷升級匹配可穿戴設備的發(fā)展趨勢。
對于充電、擴展塢連接應用，彈片式連接和彈簧探針目前應用的也很不錯。彈簧針外形能夠做得很小巧，而且也能提供足夠的可靠性和耐用性。而各種尺寸的彈片則應用于可穿戴的接地連接，能夠提供EMI噪聲和靜電防護，并隔離振動。
可以看出不論各種應用的連接器怎樣提高性能，其前提都是保證小尺寸。這一點在多個PCB（剛性和柔性）連接中同樣適用。可穿戴設備電路中板到板的距離越來越小，板對板聯(lián)連接器必須間距足夠小才能保證空間的緊湊，還不能舍棄功率和信號傳輸性能。
隨著移動設備的復雜性和功能性增加，對具有多個天線、更高數(shù)據(jù)速率和更高工作頻率的更薄器件的需求也隨之增加。間距越來越小的FFC/FPC連接器的應用給可穿戴設備提供了合適的選擇，在小間距下提供足夠的可靠性。
不僅僅是微型化，柔性連接器也開始往高頻高速發(fā)展，通過增加接線層和彈性結(jié)構(gòu)設計來構(gòu)成線路的阻抗，形成高速傳輸?shù)碾娐罚瑵M足高頻高速傳輸需求，為可穿戴設備在提供節(jié)省空間的連接之外進一步增強設備性能。
SIM卡連接器正在成為可穿戴設備的重要組成部分，如微型SIM（2FF）、微型SIM（3FF）以及微型SIM＋SD連接器的組合。在可穿戴設備的內(nèi)存連接上，各種微型、可拆卸的卡連接器給設備帶來了靈活性。
小結(jié)
可穿戴設備大多是小型化設備，小型化設備自然十分看重低功耗、高耐用、更輕便這些特性，這些需求也要求可穿戴設備中的連接器需要具有一些不同于其他領(lǐng)域的特性。專用可穿戴設備的連接也在這些需求的推動下蓬勃發(fā)展。
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