更强大的5G，需要更小的连接器！

作者：时间：2023-06-02来源：Mouser收藏

我们正在加速进入5G时代，这是一个不争的事实。根据全球移动通信系统协会（GSMA）的研究数据，5G连接数在2022年超过10亿个，到2025年将超过20亿个，届时5G连接将占总移动连接的五分之一以上。这一渗透速度远超之前的3G和4G。

本文引用地址：http://www.amcfsurvey.com/article/202306/447285.htm

之所以受到如此追捧，是因为5G在定义之初，就被赋予了更强大的能力——它不仅能够提供更大的带宽，支持VR、超高清视频等eMBB（增强移动宽带）应用，还可以实现更低的传输时延，满足无人驾驶、工业自动化等领域uRLLC（超可靠低时延通信）连接的要求，同时又适用于mMTC（大连接物联网）场景，可承载大规模、高密度的物联网业务，每平方公里内可支持100万个设备连接。

因此可以说，从4G到5G的这次迭代，不是一次简单的网速升级，而是真正为万物互联提供了一个坚实的网络“骨架”。

5G设备的新要求

想要构建起这样一张更强大的5G网络，对于组建网络的基础单元——也就是5G的设备——自然也会提出不同以往的、更新且更高的要求。这主要体现在三个方面：

更高的频率：为了适应高速、低时延、大连接的需求，5G定义了新的空中接口（NR），其主要特点之一就是包括两个频带——除了覆盖低频段（600-700 MHz）和中频段（2.5-3.7 GHz）的第一频带（FR1），还特别定义了24-39 GHz毫米波（mmWave）范围内的第二频带（FR2）。之所以会考虑向更高的频率延展，主要是因为FR1频带已经过于拥挤，多种无线通信协议以及非通信的设备（如微波炉）都聚集在这里，因此电磁噪声相当大；同时，更高的频率也意味着可以提供更大的带宽，实现更快的传输速率。因此，5G设备的高频化肯定是大势所趋。

更复杂的系统：更强大的连接能力，使得5G设备可以承载的功能也更为丰富，这需要其具备边缘计算能力，能够对在边缘端产生的数据进行处理，并通过多样的连接方式与其他设备或者云端进行数据交互。所有这些变化，都会将5G设备的复杂性推上一个新台阶。

更大的功率：更高的频率、更复杂的系统意味着更大的功耗开销，也就是说5G设备需要支持更高的功率密度，这就要求其在元器件选型和系统级设计上进行周密的考量和深度的优化。

遗憾的是，当你真正着手进行5G产品设计时就会发现，上述设计要求都会与另一个同样重要的设计趋势相互矛盾，即设备的“小型化”。

5G设备小型化设计的挑战

5G设备的小型化趋势带来很多设计挑战，比如在较高的频率下，天线元件等射频单元之间的物理距离会更小，而支持5G NR的一个重要技术前提就是需要采用MIMO（多输入多输出）相控阵天线实现波束成形、波束转向和波束跟踪等功能，这就使得5G设备需要具有更高的天线密度，射频系统面临着更严峻的设计小型化的挑战。

另一个方面，实现更丰富的功能，以及在高频下获得更稳定的连接，都需要消耗更多的电量，在电池技术没有革命性突破的情况下，提升5G设备续航的有效方法就是使用更大容量的电池，而在有限的空间内，只有压缩其他组件和电路的尺寸才能为电池腾出足够的容身之所。

想要设计出外形更小的5G设备，人们首先能够想到的努力方向就是提高系统中芯片的集成度，进一步缩小其占板面积。得益于摩尔定律，这也是以往屡试不爽的方法。不过随着芯片及其相关组件的缩小，人们发现它们之间的互连成为了一个越来越突出的挑战，而以往的连接器产品并不能有效应对这一挑战，反而会成为小型化设计中的瓶颈。这时就需要在连接器的“微型化”上动脑筋，以支撑更强大的5G设备。

比如以往在毫米波系统的射频连接中，使用的都是同轴连接器和电缆组件，这种方案虽然可以确保连接性能，但是在手持或可穿戴设备上就显得过于笨重。这时表面贴装柔性板对板连接器就成了一个理想的替代方案。

类似的情况也发生在高密度的板对板连接上。如上文所述，5G应用意味着更高的数据传输速率和更大的功率消耗，这就要求为5G应用而打造的微型连接器一方面要追求更大的连接密度，另一方面还需要满足信号在完整性、载流能力以及可靠性上的要求。这就让5G微型连接器的设计像是一场“针尖上的舞蹈”。

这显然不容易，但已经有人做到了！今天我们就带大家一起认识几位出色的“演员“——来自Molex的5G微型连接器产品们。下面就来看看它们这个微型“舞台”上的精彩表演！

5G25射频连接器

首先出场的，是Molex的5G25系列5G毫米波射频柔性板对板连接器，其优势特性可以用三个关键词来概括：高速、多用途、高可靠连接。

图1：5G25系列5G毫米波射频柔性板对板连接器（图源：Molex）

在高速方面，5G25系列的射频结构支持高达25GHz的频率，可对FR2频带上的毫米波应用提供有力的支撑。特别值得一提的是，5G25系列连接器采用了Molex专有的触点屏蔽和射频端子隔离功能，在25GHz的高频下实现了高水平的信号完整性（SI），具有出色的电气和无线信号连接性能。

图2：5G25系列连接器提供出色的高达25GHz的信号完整性（图源：Molex）

多用途是5G25系列连接器另一个显著的差异化优势。在FPC电缆上使用时，5G25系列可替代多根同轴电缆，可以支持5G毫米波、6 GHz以下和4G/LTE应用，真正实现了射频连接的微型化。与此同时，其还创新地在单个连接器中将射频和非射频连接结合在一起，通过在应用中灵活配置各个插针的功能实现不同的连接方案，从而减少对额外连接器的需求，节省更多空间和成本。这种多功能、多用途带来的设计灵活性，在业内可谓是独树一帜。

图3：5G25系列连接器可替代多根同轴电缆，并将射频和非射频连接结合在一起，提供极强的设计灵活性（图源：Molex）

为了实现可靠的连接，5G25系列连接器在设计上颇费了一些心思。

首先，该连接器提供了非常宽的对准公差（间距0.35 mm，跨度0.30 mm），以便于用户实现快速、轻松的插接；

其次，设计独特的防护罩在提供抗电磁干扰屏蔽功能的同时，还支持插配定位，并能够防止因意外掉落造成的射频接点弯曲以及对连接器的冲击；

再有，5G25系列插配时具有明显的“咔嗒感”，可防止错配，实现快速、无故障的装配。所有这些特性都有利于加快装配过程，并在应用时提供可靠的连接性。

图4：5G25连接器具有非常宽的对准公差，便于实现快速、轻松的插接（图源：Molex）

总而言之，Molex的5G25射频连接器在紧凑的空间中，可为高速射频应用提供出色的SI性能、强大的插配特性以及高度的设计灵活性，可谓是5G微型射频互连中的标杆性产品。

SlimStack ACB6+连接器

在板对板和板对FPC连接器领域，Molex的SlimStack系列一直以提供稳健、高速的数据传输以及出众的设计灵活性而著称，而在产品的微型化方面，SlimStack ACB6+连接器的表现尤为抢眼。

图5：SlimStack ACB6+连接器（图源：Molex）

SlimStack ACB6+连接器提供0.35mm的间距，高度仅为0.6mm，就纤细的外形而言，可以算是SlimStack系列中的“天花板”了。而在微型化的同时，该连接器的电源钉结构可实现高达5.0A的电流传输，能够很好地满足5G应用中高功率的要求。

同时，SlimStack ACB6+连接器采用从里到外包裹的全铠装设计，可以防止装配过程中的损坏。而宽对齐区域的设计，使其具有较大的对准面积，为插配操作带来了更大的便利性。

在通过微型化提高互连密度的同时，SlimStack ACB6+连接器在增强可靠性方面也做了很多优化，比如：其将触点与焊接区用镍阻隔层隔开，同时触点端子与插头钉顶部表面都采用闪金镀层，以防止焊料渗锡和干扰的发生；连接器的电源钉和信号触点之间保持0.19mm的距离，可有效防止短路。

图6：SlimStack ACB6+连接器优化的结构设计提供增强的可靠性（图源：Molex）

所有这些特性都决定了SlimStack ACB6+连接器是高连接密度和高功率密度5G应用的理想选择。

Molex四排板对板连接器

在适用于5G的微型板对板连接器方面，另一个值得推荐的产品就是Molex的四排板对板连接器。

图7：Molex四排板对板连接器（图源：Molex）

该连接器在微型化方面的秘诀就是——采用了交错式的电路布局，巧妙地将两侧的连接器插针按照四排分布和定位，这样就将信号触点间距压缩到了0.175毫米，而针脚焊接间距仍可保持符合行业标准的0.35毫米“安全距离”。这种设计可以节省30%的空间，实现高密度电路连接，同时仍能够保持3.0A额定载流，以满足客户在紧凑结构中实现高功率的设计要求。