【導(dǎo)讀】我們正在加速進入5G時代，這是一個不爭的事實。根據(jù)全球移動通信系統(tǒng)協(xié)會（GSMA）的研究數(shù)據(jù)，5G連接數(shù)在2022年超過10億個，到2025年將超過20億個，屆時5G連接將占總移動連接的五分之一以上。這一滲透速度遠超之前的3G和4G。
之所以受到如此追捧，是因為5G在定義之初，就被賦予了更強大的能力——它不僅能夠提供更大的帶寬，支持VR、超高清視頻等eMBB（增強移動寬帶）應(yīng)用，還可以實現(xiàn)更低的傳輸時延，滿足無人駕駛、工業(yè)自動化等領(lǐng)域uRLLC（超可靠低時延通信）連接的要求，同時又適用于mMTC（大連接物聯(lián)網(wǎng)）場景，可承載大規(guī)模、高密度的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，每平方公里內(nèi)可支持100萬個設(shè)備連接。
因此可以說，從4G到5G的這次迭代，不是一次簡單的網(wǎng)速升級，而是真正為萬物互聯(lián)提供了一個堅實的網(wǎng)絡(luò)“骨架”。
5G設(shè)備的新要求
想要構(gòu)建起這樣一張更強大的5G網(wǎng)絡(luò)，對于組建網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)單元——也就是5G的設(shè)備——自然也會提出不同以往的、更新且更高的要求。這主要體現(xiàn)在三個方面：
更高的頻率：為了適應(yīng)高速、低時延、大連接的需求，5G定義了新的空中接口（NR），其主要特點之一就是包括兩個頻帶——除了覆蓋低頻段（600-700 MHz）和中頻段（2.5-3.7 GHz）的第一頻帶（FR1），還特別定義了24-39 GHz毫米波（mmWave）范圍內(nèi)的第二頻帶（FR2）。之所以會考慮向更高的頻率延展，主要是因為FR1頻帶已經(jīng)過于擁擠，多種無線通信協(xié)議以及非通信的設(shè)備（如微波爐）都聚集在這里，因此電磁噪聲相當(dāng)大；同時，更高的頻率也意味著可以提供更大的帶寬，實現(xiàn)更快的傳輸速率。因此，5G設(shè)備的高頻化肯定是大勢所趨。
更復(fù)雜的系統(tǒng)：更強大的連接能力，使得5G設(shè)備可以承載的功能也更為豐富，這需要其具備邊緣計算能力，能夠?qū)υ谶吘壎水a(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行處理，并通過多樣的連接方式與其他設(shè)備或者云端進行數(shù)據(jù)交互。所有這些變化，都會將5G設(shè)備的復(fù)雜性推上一個新臺階。
更大的功率：更高的頻率、更復(fù)雜的系統(tǒng)意味著更大的功耗開銷，也就是說5G設(shè)備需要支持更高的功率密度，這就要求其在元器件選型和系統(tǒng)級設(shè)計上進行周密的考量和深度的優(yōu)化。
遺憾的是，當(dāng)你真正著手進行5G產(chǎn)品設(shè)計時就會發(fā)現(xiàn)，上述設(shè)計要求都會與另一個同樣重要的設(shè)計趨勢相互矛盾，即設(shè)備的“小型化”。
5G設(shè)備小型化設(shè)計的挑戰(zhàn)
5G設(shè)備的小型化趨勢帶來很多設(shè)計挑戰(zhàn)，比如在較高的頻率下，天線元件等射頻單元之間的物理距離會更小，而支持5G NR的一個重要技術(shù)前提就是需要采用MIMO（多輸入多輸出）相控陣天線實現(xiàn)波束成形、波束轉(zhuǎn)向和波束跟蹤等功能，這就使得5G設(shè)備需要具有更高的天線密度，射頻系統(tǒng)面臨著更嚴(yán)峻的設(shè)計小型化的挑戰(zhàn)。
另一個方面，實現(xiàn)更豐富的功能，以及在高頻下獲得更穩(wěn)定的連接，都需要消耗更多的電量，在電池技術(shù)沒有革命性突破的情況下，提升5G設(shè)備續(xù)航的有效方法就是使用更大容量的電池，而在有限的空間內(nèi)，只有壓縮其他組件和電路的尺寸才能為電池騰出足夠的容身之所。
想要設(shè)計出外形更小的5G設(shè)備，人們首先能夠想到的努力方向就是提高系統(tǒng)中芯片的集成度，進一步縮小其占板面積。得益于摩爾定律，這也是以往屢試不爽的方法。不過隨著芯片及其相關(guān)組件的縮小，人們發(fā)現(xiàn)它們之間的互連成為了一個越來越突出的挑戰(zhàn)，而以往的連接器產(chǎn)品并不能有效應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，反而會成為小型化設(shè)計中的瓶頸。這時就需要在連接器的“微型化”上動腦筋，以支撐更強大的5G設(shè)備。
比如以往在毫米波系統(tǒng)的射頻連接中，使用的都是同軸連接器和電纜組件，這種方案雖然可以確保連接性能，但是在手持或可穿戴設(shè)備上就顯得過于笨重。這時表面貼裝柔性板對板連接器就成了一個理想的替代方案。
類似的情況也發(fā)生在高密度的板對板連接上。如上文所述，5G應(yīng)用意味著更高的數(shù)據(jù)傳輸速率和更大的功率消耗，這就要求為5G應(yīng)用而打造的微型連接器一方面要追求更大的連接密度，另一方面還需要滿足信號在完整性、載流能力以及可靠性上的要求。這就讓5G微型連接器的設(shè)計像是一場“針尖上的舞蹈”。
這顯然不容易，但已經(jīng)有人做到了！今天我們就帶大家一起認(rèn)識幾位出色的“演員“——來自Molex的5G微型連接器產(chǎn)品們。下面就來看看它們這個微型“舞臺”上的精彩表演！
5G25射頻連接器
首先出場的，是Molex的5G25系列5G毫米波射頻柔性板對板連接器，其優(yōu)勢特性可以用三個關(guān)鍵詞來概括：高速、多用途、高可靠連接。
圖1：5G25系列5G毫米波射頻柔性板對板連接器（圖源：Molex）
在高速方面，5G25系列的射頻結(jié)構(gòu)支持高達25GHz的頻率，可對FR2頻帶上的毫米波應(yīng)用提供有力的支撐。特別值得一提的是，5G25系列連接器采用了Molex專有的觸點屏蔽和射頻端子隔離功能，在25GHz的高頻下實現(xiàn)了高水平的信號完整性（SI），具有出色的電氣和無線信號連接性能。
圖2：5G25系列連接器提供出色的高達25GHz的信號完整性（圖源：Molex）
多用途是5G25系列連接器另一個顯著的差異化優(yōu)勢。在FPC電纜上使用時，5G25系列可替代多根同軸電纜，可以支持5G毫米波、6 GHz以下和4G/LTE應(yīng)用，真正實現(xiàn)了射頻連接的微型化。與此同時，其還創(chuàng)新地在單個連接器中將射頻和非射頻連接結(jié)合在一起，通過在應(yīng)用中靈活配置各個插針的功能實現(xiàn)不同的連接方案，從而減少對額外連接器的需求，節(jié)省更多空間和成本。這種多功能、多用途帶來的設(shè)計靈活性，在業(yè)內(nèi)可謂是獨樹一幟。
圖3：5G25系列連接器可替代多根同軸電纜，并將射頻和非射頻連接結(jié)合在一起，提供極強的設(shè)計靈活性（圖源：Molex）
為了實現(xiàn)可靠的連接，5G25系列連接器在設(shè)計上頗費了一些心思。
首先，該連接器提供了非常寬的對準(zhǔn)公差（間距0.35 mm，跨度0.30 mm），以便于用戶實現(xiàn)快速、輕松的插接；
其次，設(shè)計獨特的防護罩在提供抗電磁干擾屏蔽功能的同時，還支持插配定位，并能夠防止因意外掉落造成的射頻接點彎曲以及對連接器的沖擊；
再有，5G25系列插配時具有明顯的“咔嗒感”，可防止錯配，實現(xiàn)快速、無故障的裝配。所有這些特性都有利于加快裝配過程，并在應(yīng)用時提供可靠的連接性。
圖4：5G25連接器具有非常寬的對準(zhǔn)公差，便于實現(xiàn)快速、輕松的插接（圖源：Molex）
總而言之，Molex的5G25射頻連接器在緊湊的空間中，可為高速射頻應(yīng)用提供出色的SI性能、強大的插配特性以及高度的設(shè)計靈活性，可謂是5G微型射頻互連中的標(biāo)桿性產(chǎn)品。
SlimStack ACB6+連接器
在板對板和板對FPC連接器領(lǐng)域，Molex的SlimStack系列一直以提供穩(wěn)健、高速的數(shù)據(jù)傳輸以及出眾的設(shè)計靈活性而著稱，而在產(chǎn)品的微型化方面，SlimStack ACB6+連接器的表現(xiàn)尤為搶眼。
圖5：SlimStack ACB6+連接器（圖源：Molex）
SlimStack ACB6+連接器提供0.35mm的間距，高度僅為0.6mm，就纖細的外形而言，可以算是SlimStack系列中的“天花板”了。而在微型化的同時，該連接器的電源釘結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)高達5.0A的電流傳輸，能夠很好地滿足5G應(yīng)用中高功率的要求。
同時，SlimStack ACB6+連接器采用從里到外包裹的全鎧裝設(shè)計，可以防止裝配過程中的損壞。而寬對齊區(qū)域的設(shè)計，使其具有較大的對準(zhǔn)面積，為插配操作帶來了更大的便利性。
在通過微型化提高互連密度的同時，SlimStack ACB6+連接器在增強可靠性方面也做了很多優(yōu)化，比如：其將觸點與焊接區(qū)用鎳阻隔層隔開，同時觸點端子與插頭釘頂部表面都采用閃金鍍層，以防止焊料滲錫和干擾的發(fā)生；連接器的電源釘和信號觸點之間保持0.19mm的距離，可有效防止短路。
圖6：SlimStack ACB6+連接器優(yōu)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供增強的可靠性（圖源：Molex）
所有這些特性都決定了SlimStack ACB6+連接器是高連接密度和高功率密度5G應(yīng)用的理想選擇。
Molex四排板對板連接器
在適用于5G的微型板對板連接器方面，另一個值得推薦的產(chǎn)品就是Molex的四排板對板連接器。
圖7：Molex四排板對板連接器（圖源：Molex）
該連接器在微型化方面的秘訣就是——采用了交錯式的電路布局，巧妙地將兩側(cè)的連接器插針按照四排分布和定位，這樣就將信號觸點間距壓縮到了0.175毫米，而針腳焊接間距仍可保持符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的0.35毫米“安全距離”。這種設(shè)計可以節(jié)省30%的空間，實現(xiàn)高密度電路連接，同時仍能夠保持3.0A額定載流，以滿足客戶在緊湊結(jié)構(gòu)中實現(xiàn)高功率的設(shè)計要求。
圖8：Molex四排板對板連接器交錯式的電路布局實現(xiàn)了更高密度的電路連接（圖源：Molex）
同時，Molex四排板對板連接器采用鎧裝和嵌件成型釘設(shè)計，堅固耐用，將關(guān)鍵的觸點區(qū)域置于內(nèi)蓋保護中，可確保插針在批量制造和組裝期間免受損壞，以適應(yīng)更高的可靠性要求。其寬體對位的設(shè)計，有助于實現(xiàn)輕松安全的插配并有效降低故障率。
圖9：Molex四排板對板連接器采用鎧裝和嵌件成型釘設(shè)計，提供更高的可靠性（圖源：Molex）
該四排連接器采用LCP UL 94V-0外殼、銅合金觸點，工作溫度范圍為-40°C至+85°C，廣泛適合用于智能手機、可穿戴設(shè)備、無人機、醫(yī)療電子等空間緊湊型應(yīng)用，有助于將5G連接延伸到更廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。
本文小結(jié)
更強大的5G，需要更小的連接器——這已經(jīng)成為了行業(yè)的共識。在為5G提供微型連接器方面，Molex做出了積極且卓有成效的探索，這些創(chuàng)新的微型連接器在縮小連接器外形的同時，在性能、可靠性、設(shè)計靈活性等方面仍然保持著相當(dāng)高的水準(zhǔn)。這場“針尖上的舞蹈”確實精彩，也值得喝彩！
有了這些微型連接器的助力，我們就能夠在更廣闊的5G舞臺上盡情地表演了！
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