ケーブルからコネクターまで：適切なインターコネクトソリューションの選択

多くの情報提供の試みと同様、定義から始めることが重要です。この場合、まず議論の焦点を絞り込む必要があります。「相互接続」とは、(相互) の間にいくつかの異なるもの間のリンク (接続する) を確立することです。

さて、この記事の焦点である電子相互接続とは、所望の電気または電子機能を実行するために、1つ以上の閉鎖経路で信号を送信することによって、多数の異なるデバイスを接続するハードウェアの一部です。相互接続ソリューションとは、ワイヤ、ケーブル、コネクタ、およびその他のコンポーネントをシステムに統合することで、電気または電子デバイスまたはシステムのすべてのコンポーネントを意図したとおりに効率的に機能させることができます。

電子相互接続は、回路基板で使用されるデバイスのように非常に小さい場合もあれば、配電システムで使用されるようにかなり大きい場合もあります。このトピックでは、電気信号と電子信号の送信に使用されるケーブルとコネクタについて説明します。また、この話題はやや限定的に聞こえるかもしれませんが、電子機器やシステムの多くの問題は、相互接続の問題によって引き起こされることを覚えておくのが賢明です。接続が再確立されることを期待して、デバイスを振ったり叩いたりして手っ取り早く直そうとしたことはありませんか？良質な接続の重要さを改めて実感できます。

ワイヤレス時代の相互接続

現在の相互接続ハードウェアは、信号伝送のためのワイヤレス技術が成長しているにもかかわらず、幅広く使用されています。そして、ワイヤレスは新しいように聞こえますが、技術自体は1800年代のラジオの開発にまでさかのぼります。現在のワイヤレス革命は、2000年代を通じてIT製品が成長し、モバイルブロードバンド、WiFi、Bluetooth技術が開発によって始まりました。多くの民生用、産業用の製品にワイヤレス接続の利点がありますが、ワイヤードソリューションでは十分に対処できない顕著な欠点があります

ハード配線なしで信号を送受信すると、セキュリティ、プライバシー、ネットワークアクセス、信号干渉、帯域幅容量など、いくつかの問題が生じます。ハードワイヤードされた相互接続は、これらの問題を完全に回避または低減します。特に工場のような場所では、電子的ノイズが多く、内部および外部からの干渉が多発します。ワイヤレス・ソリューションよりもハードワイヤードされた相互接続ソリューションには、セキュリティとプライバシーの向上に加え、必要に応じて単一のケーブル/コネクタを介して信号（データ）と電力の両方を伝送できるという利点があります。

一般的なコネクタータイプ

コネクターおよびケーブル相互接続製品は、特定のアプリケーション、性能、耐久性、さまざまなアクセサリを可能にする機能を備えた幅広いタイプとスタイルで利用可能です。「相互接続」という用語は、非常に幅広いことに留意してください。適切なコネクターセットをケーブルとペアリングして、アプリケーションに対応すると、基本的にカスタム相互接続になります。必要なコネクターを備えた既製のケーブルセットを購入すると、同じニーズを満たします。相互接続デバイスで使用できるコネクターには、次のようなものがあります。

• オーディオ：ジャック、プラグ、リセプタクル、アダプターなど、さまざまな取り付けスタイルでオーディオ信号を伝送する小型パッケージサイズのコネクター。オプションには、シールドとカラーコーディングがあります。オーディオ・ジャック・スイッチと回路図を理解するのブログで詳細をご覧ください。
• DC電源：さまざまな電流定格でDC電源を供給します。構成には、ジャック、パワーDIN、プラグ、リセプタクルが含まれます。オプションには、さまざまな取付けスタイルのシールドおよび内部スイッチがあります。DC電源コネクターの選択方法のブログで詳細をご覧ください。
• USB: 多くの民生用および一部の産業アプリケーションで信号伝送に使用されます。タイプA、タイプB、Micro AB、Micro B、Mini AB、Mini B、タイプCなど、USB規格に準拠した多数の構成があります。リセプタクルとプラグにはさまざまな取り付けスタイルがあり、使いやすさと信頼性の高い挿入/取り外しサイクルを提供します。電源のみのオプションも利用できます。詳細については、USBブログのさまざまな投稿をご覧ください。
• モジュラー: これらは、データ転送および低速シリアル接続用の登録ジャック（RJ）ツイストペアケーブルと共に使用されるプラグおよびソケットです。一般的にフォーンプラグまたはイーサネットコネクタとして知られており、フィールドで簡単にカスタマイズでき、セキュリティのためにラッチをかけることができます。モジュラーコネクターについて知っておくべきこと、またはRJ45コネクターの究極のガイドのブログで詳細をご覧ください。
• HDMI: 高精細マルチメディアインターフェース（HDMI）コネクターは、エンターテイメントまたは通信機器で圧縮または非圧縮のビデオおよびオーディオ信号を送信するために使用します。これらは、HDMI規格に準拠した標準サイズ、ミニサイズ、マイクロサイズがあります。詳細については、HDMIコネクターの概要ブログをご覧ください。
• 端子ブロック: これらは、信号または配電のために複数のワイヤを固定するために使用される絶縁フレームを備えたモジュラーブロックで構成されています。回路基板やDINレールに簡単に取付けることができます。端子の数は、スペースを節約するために各ブロックのレベルの数とともに変えることができます。端子ブロックは接地および融着も可能です。詳細は究極の端子ブロック選択ガイドブログをご覧ください。
• サーキュラー: これらは、データまたは電力を伝送するために使用される円筒形のマルチピンコネクターです。金属製またはプラスチック製で、信頼性が高く、環境干渉や偶発的なデカップリングに耐性があります。さまざまなサイズと構成で利用可能です。サーキュラーコネクターとケーブルの基本に関するブログで詳細をご覧ください。
• メモリーカード：これには、さまざまなポータブルメモリーやデータストレージ、カード検出アプリケーションに使用されるSD、SIM、スマートカードコネクターが含まれます。これらはPCBマウント用の超小型プロファイルを持つことで知られており、標準、マイクロ、ナノなどの複数のサイズクラスがあります。
• ポゴピン：バネ式ポゴピンとしても知られているこれらのコネクターは、有名なホッピング式（ポゴスティック）おもちゃから名づけられ、接続公差の追加が必要となる設計で使用されます。このピンに力が加わると、内部スプリングが圧縮され、ピンが外側バレル内を移動します。このばねの作用により、機械的な動きや振動に直面したときに電気的接続がより良く接触を維持することができます。
• PCBピン これらのコネクターは、ほぼ無限の相互接続システム構成を実現するプリント回路基板設計の構成要素です。これらの製品はほとんどの場合、PCBにプレスフィットまたは圧着され、さまざまな長さ、直径、スタイルがあります。
• RCA: RCAが開発したこれらのシングルワイヤ、プラグ、ソケットベースのコネクタは、主にアナログオーディオシステムで同軸ケーブルとワイヤと共に使用されます。フォノコネクターとも呼ばれます。個々のケーブルは1つの信号のみを伝送し、オーディオとビデオの両方を伝送するために使用することができます。
• DIN: これには、ドイツ国家規格機関（German national standards organization：DIN）規格に基づいて開発されたサーキュラーコネクターが含まれます。金属バレルに複数のピンが含まれており、対応するプラグに正しく挿入するためにキーが付けられています。さまざまなピンパターンが用意されています。オーディオおよび通信機器用に開発。

検討すべきコネクター機能

当社のリストから分かるように、相互接続デバイスで使用するためのさまざまなコネクターと対応するケーブルオプションがあります。これらは、データ、オーディオ、ビデオ通信から配電まで、何千ものさまざまなアプリケーションをサポートするために長年にわたって開発されてきました。これらは、家庭のコンピュータ、オーディオ、セキュリティシステム、自動車、トラック、航空機のワイヤーハーネス、工場フロアのプロセス制御システム、オフィス、病院、研究所のネットワーク設備、その他多くの環境で使用されています。

相互接続デバイスは、主に各アプリケーションに合わせてカスタマイズされ、それによって駆動されていることは言うまでもありません。その過程で、標準的な相互接続製品（コネクターとケーブルのペアリング）が開発され、販売されています。独自のアプリケーションニーズを考慮すると、機器の意思決定プロセスが標準ソリューションまたはカスタムソリューションのどちらかをカバーしている可能性があります。

この決定の過程で、相互接続を選択する際に考慮すべきいくつかの特徴または要因があります。

• サイズ – 必要な相互接続のサイズは、アプリケーションによりほぼ決定されます。幸いなことに、相互接続は幅広いサイズで利用可能です。環境要因もまた、ここに関係してきます。ユーザー保護（手袋など）を必要とする工場のフロアアプリケーションは、適切な相互接続のサイズを適切に設定する必要があることを意味します。
• ユーザーカスタム要件 – 取り外し時のグリップのしわ付きバレル、ケーブルの分離を防ぐストレインリリーフ、正しく着座した時の可聴信号など、より効果的な使用を可能にする相互接続機能。これらの機能を組み込むことで、より堅牢な全体的な製品体験が可能になります。
• データ転送 – アプリケーションでデータを移動するには、どのくらいの速さが必要ですか？メガビットやギガビットは必要ですか？コネクタとケーブルは、定義された信号転送範囲内で動作します。例えば、USBコネクターの範囲は480Mbps～80Gbpsです。現在のアプリケーションのスピードに対するニーズを決めると同時に、今後のアップグレードを計画することが賢明かもしれません。データ転送がシリアル（1ビットずつ、順次）かパラレル（複数ビットの同時転送）かも考慮する必要があります。一部の相互接続ハードウェアは、デバイスの充電を目的としてデータと電力（USBとHDMI）の両方を処理することもできます。

• 定格電力 – これは単に接続を安全に通過できる電力量です。ワイヤ内の電力伝達は抵抗にさらされ、熱を発生させることを覚えておいてください。コネクターの電流定格は、嵌合端子を通過できる電流量(Ampとして表される）です。コネクターの定格電圧は、完了接続に印加できる最大連続電圧です。この点に関して覚えておくべきことの1つは、相互接続が回路で積極的な役割を果たすべきではないということです。接続または切断するためのものです。ある程度の電力が関係しているため、コネクターを高温で（電力が流れている状態で）挿入できるか、カップリングまたはカップリング解除の前に電力をオフにする必要があるかも判断する必要があります。
• 互換性/下位互換性 – 特定の技術基準を満たすように設計されたコネクターが、同様のデバイスで動作するというシンプルな能力。簡単な例としては、2本爪の家庭用電気コネクターは3本爪の接地コンセントと互換性がありますが、その逆はありません。下位互換性とは、コネクターが同じ標準でリリースされた以前のデバイスバージョンで動作する能力を意味します。
• 接続/取り外し頻度 – 機械的故障が発生する前の複数の挿入/取り外しサイクルに耐える相互接続デバイスの能力。頻繁なサイクリングを必要とするアプリケーションの場合、より堅牢なバージョンが必要になる場合があります。
• 特殊 – 相互接続には、特定のアプリケーションに対応するため、膨大な種類の設計があります。オーディオコネクター、データコネクター、ビデオコネクター、またはHDMIのような1つのコネクターで複数の機能を使用できるコネクターが必要ですか？ここで重要なのは、アプリケーションの機能アップグレードを予測できることです。
• 遍在性 – 相互接続を一般的に調達されているケーブルで処理したいですか、それとも自社製品のみに関連するカスタム相互接続ソリューションを介して、認識される価値を追加しますか？　この場合、必ずしもまったく新しいソリューションが必要になるわけではない。多くのハイエンドオーディオコンポーネントは、この技術が1930年代に発明されたにもかかわらず、相互接続にRCAケーブルを使用し続けています。オーディオファンが認識する利点は、信号の混合を防ぐためのコネクタの色分けとともにチャネルの分離です。当時、AppleはIMAC G3マシンのUSB1.1コネクター規格を採用し、その過程で複数のシリアルポートとパラレルポートの使用を中止しました。これは、市場の新しいマシンの差別化に役立ちました。
• 環境シール – 過酷な環境条件（腐食性ガス、熱、振動、EMI、放射線、天候など）の要因。これらの外的要因に耐えるように設計されており、アプリケーションに影響を与える可能性のある要因を特定したら、調達できる堅牢な相互接続製品を利用できます。シールド、防水シール、ジャケット&ブーツ、ヘビーデューティコンポーネント、コーティング、接地コンポーネントなどの機能を備えています。
  
  相互接続製品は、国際電気技術委員会（IEC）の保護等級（Ingress Protection：IP）によっても評価できます。IPは、製品に組み込まれている固体、粉塵、液体、外部接触からの保護の程度を示す分類システムです。定格は、水ではなく固体物体から保護するためのIP20から、蒸気および高圧水に対する耐性のためのIP69Kまで様々です。粉塵、浸漬、その他の湿気源から保護するための中間レベルがあります。アプリケーションで保護が必要な場合は、必要なコネクタのIPレベル定格を決定する必要があります。
• 製造可能性 – 相互接続システムは、製品の製造工程にどの程度簡単に組み込むことができますか？相互接続は工場に設置する必要がありますか、顧客が設置するために製品と別々に出荷されますか、それとも現場でのカスタマイズが必要ですか？
• フィールドのカスタマイズ – 初期の電話システムのように、多くの相互接続は、デバイスのフィールド設置の問題を解決するために意図的に開発されました。モジュラーコネクターは、ケーブルの簡単なフィールドアセンブリを可能にすることで、この問題を解決しました。アプリケーションで大幅なフィールドアセンブリが必要な場合は、相互接続技術の選択が決まります。
• 信頼性 – 通常、接続/取り外し周波数、または機械的故障前の複数の挿入/取り外しサイクルに耐える相互接続デバイスの能力が含まれます。頻繁なサイクリングを必要とするアプリケーションの場合、より堅牢なバージョンが必要になる場合があります。また、この振動要因に対応するために、完成した製品に頻繁な移動または完全なポータビリティが必要かどうかを検討し、相互接続機能を一致させる必要があるかもしれません。
• コネクタ/ケーブルの互換性 – コネクターは適切なケーブルと一致させる必要があることは言うまでもありません。これは、サイズが一致するだけでなく、イーサネットなどの相互接続規格で機能する最大ケーブル長も考慮する必要があります。また、ロック式コネクター、圧入、ラッチ、磁気、シールドまたはシールドなし、同軸、フラットケーブルなど、考慮すべきコネクターと機能も複数あります。相互接続要件が指定されていると思われる場合でも、オプションを見逃さないようにコンポーネントサプライヤーと確認するのが賢明です。
• 取付けスタイル – アプリケーションには自立型ケーブル相互接続が必要ですか？それとも、相互接続がシステムに統合されたコンポーネントであることが必要なのでしょうか？後者の場合、パネルマウント、PCBマウント、端子ブロックによる外部マウントなどでしょうか？
• 方向 – ほとんどのコネクターは、正しく機能するために一方向または極性にのみ取り付けることができます。アプリケーションには、極性を維持するために、ケーブルの両端にオス/メスコネクターが必要ですか、または両端に同じ性別が必要ですか？相互接続は回転対称（特定の方向に接続）である必要がありますか、または180度を反転した場合、機能を維持できますか？USBタイプAケーブルは、USBタイプCと比較して一方向にのみ設置でき、反転しても正しく機能します。

  

• 予想される製品寿命 – ほとんどの製品は、陳腐化を念頭に意図的に設計されていませんが、すべての製品は成熟し、技術の改善によって機能が失われるか、新しい技術基準や市場の要求によって段階的に廃止されます。相互接続システムは、ほとんどの電子・電気製品またはシステムに不可欠な部分です。適切な相互接続システムを指定すると、速度の向上、電力処理などの能力を構築することで、製品の予想寿命を延ばすことができます。
• 安全規格 – 相互接続製品に適用されるコンセンサス技術基準は、UL、IEC、ANSI、NEMA、CSA、ISOなどの組織によって開発されています。これらの規格は、互換性を改善し、効率を高め、性能を保証し、対象とする製品の安全性を促進するために存在します。特定のアプリケーションに応じて、いくつかの異なる規格が、選択したデバイスを対象とし、製品の決定に影響を与える場合があります。詳細については、コネクター安全要件の理解に関するブログをご覧ください。

概要

デバイスやシステム間のデータや電力の共有は比較的単純なタスクのように聞こえますが、考慮すべき多くの選択肢があります。この記事では主要な点のみを取り上げました。相互接続を検討し最終的に選択することは、製品やシステムの機能性だけでなく、その使いやすさ、スケーラビリティ、技術変更への適応性、市場の需要を満たす能力を定義するのに役立ちます。つまり、設計チームが事前に計画すればするほど、相互接続が現在と将来のニーズにより密接に一致します。CUI Devicesは、ケーブルアセンブリーとコネクターの形で、お客様の要望を支援するさまざまな相互接続ソリューションを提供しています。