Mouser: Los conectores, una elección prioritaria

No son pocos los fabricantes que se quejan de que los clientes suelen dejar la elección de los conectores para el final de su diseño.

¿De verdad es tan difícil escoger un conector?

Cuando casi han acabado, empiezan a pensar en cómo conectar el dispositivo, lo que puede causar problemas por una razón muy sencilla: los conectores son uno de los componentes electrónicos más complejos.

Dejen que me explique. La electrónica ha generado algunos de los inventos más sofisticados de la historia. Los semiconductores, los ledes multifunción o las fuentes de alimentación hacen cosas excepcionales y vitales para la sociedad humana actual. Sin estos, el mundo sería muy distinto. Se trata de elementos complejos, así que podríamos pensar que, en comparación, los conectores son algo muy simple, y no nos faltaría razón.

Si los analizamos individualmente, los conectores son un elemento muy sencillo porque juegan un papel muy sencillo: sirven para unir dos partes de un circuito y permiten conectarlas y desconectarlas cuando sea necesario. El circuito puede estar compuesto por cables, pistas de circuito impreso y hasta fibra óptica, pero la función del conector es la misma. Las otras cosas que pueden tener un conector (apantallamiento eléctrico, tornillos de fijación, cubiertas impermeables o protección para cables) son secundarias, pues lo importante es su función principal: conectar cosas.

Para lograr este objetivo, los elementos de un conector pueden ser extremadamente sencillos. Por ejemplo, en la edición de junio de 2021 de esta revista, dediqué unas palabras a destacar las bondades de los pines o patillas, que son componentes con un nivel mínimo de complicación: un terminal y un aislante. No pueden ser más sencillos.

Como ya hemos dicho, los conectores son sencillos cuando los analizamos individualmente. Sin embargo, cuando el diseñador debe escoger uno, difícilmente se encontrará ante una gama tan variada en el mercado. Desde un cabezal diminuto para móviles, hasta conectores de potencia que no caben en una sola mano. La variedad y el número de opciones es tan grande, que un ingeniero puede acabar sin saber qué hacer. Algo que aumenta aún más esta confusión es el número de diferentes métodos que se emplean para algo tan sencillo como conectar varias cosas.

El diseño del contacto
La base del conector es el propio contacto, que determinará el rendimiento mecánico y eléctrico del conector. Los contactos más simples se fabrican mediante una técnica llamada estampación y conformado, que consiste en crear la forma final prensando una lámina plana de metal. Se trata de un proceso progresivo en el que se emplean distintas herramientas para crear la forma que se acabará usando en el conector. La siguiente imagen muestra un momento del proceso. Como puede verse a la izquierda, las bandas metálicas entran en la prensa y van desplazándose hacia la derecha y sometiéndose a una serie de operaciones. A la derecha del todo, podemos ver el contacto final, todavía fijado a la banda, y preparado para el chapado.



La estampación

Este proceso es ideal para la fabricación en serie y de gran volumen, ya que puede ejecutarse durante horas y hasta días ininterrumpidamente. Una gran parte de los conectores que usamos a diario, como el USB, se diseñan con contactos fabricados mediante este proceso.

Sin embargo, no se trata de una solución universal. La mayoría de los contactos creados mediante la estampación y el conformado son huecos, lo que aumenta su fragilidad e impide su uso con corrientes altas. Cuando un elemento debe transmitir corriente, es esencial reducir su resistencia eléctrica, y esto es mucho más sencillo si usamos un cilindro metálico macizo que un diseño hueco, estampado y conformado.

Por ello, en muchos conectores de potencia se utilizan contactos fabricados mediante el proceso de mecanizado, y no por estampación y conformado. Se fabrican de forma individual sobre un torno y es un proceso considerablemente más lento que el estampado, aunque está automatizado y se controla desde un ordenador. Por lo tanto, el mecanizado es un proceso más caro y, normalmente, se escoge para buscar un equilibrio entre el coste y el rendimiento.

Otro aspecto importante es que los contactos mecanizados suelen ser la opción elegida cuando la fiabilidad es prioritaria. Si un conector solo debe conectarse una vez en todo su ciclo de vida (por ejemplo, un ordenador que siempre vaya a estar en el mismo despacho), la fiabilidad no será un factor relevante. Sin embargo, ese mismo conector podría usarse en un laboratorio de pruebas, donde se conectará y desconectará muchas veces al día. En esas circunstancias, la fiabilidad es crucial, y lo mejor sería usar un contacto mecanizado con el mejor rendimiento posible dentro de las limitaciones de su diseño.

Condiciones adversas
Al hablar un poco sobre la complejidad del diseño del contacto, es más fácil entender el problema al que se enfrentan los diseñadores cuando deben elegir un conector. Sin embargo, aún no hemos analizado el efecto del entorno sobre el rendimiento de este.

Un gran número de conectores se fabrican para el uso en situaciones normales, ya que la mayoría de los dispositivos que usamos en casa o en la oficina no están pensados para condiciones adversas. Sin embargo, en muchas otras aplicaciones, tanto en el ámbito profesional como en el sector del consumo, los sistemas electrónicos deben exponerse a circunstancias potencialmente dañinas.



Algunas aplicaciones necesitan rendimiento y fiabilidad

Diseñar un dispositivo totalmente sellado con una carcasa que proteja los circuitos electrónicos del viento, la lluvia o la nieve, no es complicado. Sin embargo, aunque hoy en día la carga inalámbrica y el Bluetooth se han popularizado, casi todos los dispositivos necesitan disponer de, al menos, un conector físico con el mundo exterior. Ese conector debe ofrecer el mismo nivel de protección que el resto de la carcasa, ya que de lo contrario, se convertiría en un punto débil que podría introducir humedad en los componentes electrónicos.

Hay numerosos conectores diseñados para ofrecer este nivel de protección, y normalmente se utiliza una clasificación IP para describir las condiciones que puede soportar. En la edición de noviembre de 2020 de EIU, analicé el mundo de las clasificaciones IP al hablar sobre los conectores para la agricultura, uno de los muchos sectores que dependen de la fiabilidad de los conectores en condiciones muy duras.

Cuando diseñamos un producto para que pueda funcionar en condiciones exigentes, debemos incluir sellos de goma y protección para cables, lo que probablemente aumente el volumen de conectores, que inicialmente, tenían un diseño muy fino. En la electrónica actual, los procesadores, las baterías y otros componentes, son cada vez más pequeños y eficaces, así que es probable que los conectores grandes que se necesitan para acceder al dispositivo sean los elementos de mayor volumen. Si un ingeniero no ha tenido esto en cuenta al crear un dispositivo, puede que no quede espacio para el conector y sea necesario rediseñar el sistema, lo que tendría un coste muy alto.



Una enorme complejidad en un solo conector

Priorice la elección de los conectores
Hay otros aspectos del diseño de un conector de los que no hemos hablado, como el apantallamiento frente a interferencias electromagnéticas (EMI) o las dificultades de las aplicaciones más recientes de gran velocidad. Sin embargo, espero que este artículo haya servido para demostrar hasta qué punto las decisiones más simples pueden llegar a complicarse a la hora de escoger un conector.

Si bien es cierto que un conector es un elemento sencillo, el proceso de seleccionar uno para nuestro diseño es considerablemente complejo, debido al gran abanico de opciones disponibles. Los conectores son una parte extremadamente importante del diseño electrónico, así que su elección no debería ignorarse ni dejarse para el último momento. Uno de los mejores lugares en los que se ayuda a los clientes con esta elección es Mouser, donde disponemos de conectores de distintos fabricantes para una amplia gama de aplicaciones y compararlos.

www.mouser.com

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