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连接器发展趋势-连接器标准化环保化

来源:Encnn  发布日期:2016-10-12 10:04:57  浏览次数:

定义电子连接器机械和电气性能的标准已存在挺长一段时间,当新标准导入后它们对系统设计和元器件的选择的影响非常显著.

根据特定标准设计的连接器能保证来自不同厂家的产品互换性, 这在全球化经济的今天非常关键. 连接器在电压,功率,插拔寿命,环境抵御能力方面能被文件化, 故设计者可以使他们的产品与连接器协调配合得很好. 最近一段时间, 定义最终产品的框架的整个系统平台及相关插件架的尺寸和性能和信号/电源连接器的性能的慨念被进一步强化.
由于各方面原因过去一段时间, 系统结构和硬件标准化的概念越来越成为主流. 全球性竞争及产品开发周期的大幅缩减对各类型电子设备供应商产生很大的冲击. 设计者不再拥有原来那种为确保性能对每个新应用的零部件进行仔细的评估的时间, 客户希望他们的系统具有更多更强的模块化结构, 方便他们升级产品, 扩容现有设备,而不是每隔几年买全新设备.
对性能升级空间和系统可扩性的要求成为客户系统设计的主要考虑因素,尤其是寿命相对较长的产品.
开放的工业标准能加速新系统和组件的导入及降低成本. 满足一定标准的产品允许设计者在共用的平台利用认可的零部件, 是他们解放出来集中精力解决系统独特的问题. 这样设计新一代产品时需要重新设计的组件就减少了,因为设计者可以利用业界认可的框架和组件,大大缩短零部件选择和认证的过程. 设计时间的减少也因为新的设计不必再从零开始,可从认证过的阶段开始. 认可的硬件,包括连接器提供互换性,且一般能从多家竞争对手中买到,能降低系统成本.
之前, 军用领域是连接器界面受标准控制最常见的应用场合. 标准的繁衍, 从定义金属圆形连接器的Mil-C-5015到甚为尖端的航空连接器,定义了连接器界面的方方面面. 这些连接器对关键设备的设计者提供了高性能和高一致性的保障,但成本较高. 在那个时代从连接器定义到生产连接器的金属的矿料的标准开发/文件化成本要高于连接器本身的制造成本. 新标准新规范的开发, 文件化及改版等这些繁琐的过程及相关的成本耽误新标准的产生.
面对这些问题,军用设备商被鼓励使用标准的商用连接器. 想法不错,但客户面临要对连接器进行系列的性能测试以保证军用标准感到很头痛 – 增加成本,还耽误开发进度. 这时有人提出军品, 航空产品的供应商和终端用户需考虑更新, 提升现有的标准,提高利用率.
现在的标准种类不少,其中有定义和影响连接器的内容.标准开发机构包括传统的标准机构,如IEEE,VITA和IPC. 但当今的电子技术日新月异, 导致产品的开发周期越来越短, 人们还是担心标准相当较长的开发,导入,批准的周期. 故涌现出不少新的标准研发机构, 他们包括工业集团, 特殊兴趣团体, 论坛, 协会组织, 为电子设备包括软件,硬件,通讯协议,甚至整个系统的物理结构致力于开发各种种类的标准. 有的组织如IEEE开发出来的标准适用于跨工业领域,而有的组织专注于分割市场或单个界面.
这些标准组织往往由行业的领头羊组成,这些行业的主要厂商希望某些软件, 框架,或电子界面被快速普遍接受. 他们往往专注于较窄的领域, 能在较短的周期内开发颁布新的标准. 这些厂商推动的新标准一般会成为行业的事实标准, 被行业广泛采用. 这种转变在高产量的计算机产业和通讯设备如服务器, 网络开关等尤为明显. 有些情况标准具体定义电气界面,有时甚为详尽. 而有些标准则定义所谓的“黑匣子”界面: 只定义配合界面,而盒子内面的结构, PCB的连接,相关特征等仅是供选择项. PICMG机构的TCA规范中用于的黑盒子互联的背板连接器便是一案例.
虽然标准中的具体主题好像与互联的要求相去甚远, 但在很多情况下具体的互联方案还是受影响. 如高速差分信号协议的采用最终导致全新类型的专为差分对传输的背板连接器的诞生. 
有些情况下, 单独一个厂商也能开发出对市场产生巨大影响的标准. 这些年Intel一直与少数的连接器主要供应商开发系列的芯片连接器,且立马成为该类型产品的工业标准. 
I/O连接一直是标准连接器的应用典范, 致使不少连接器标准机构开发了广泛的界面规格,如USB,IEEE-1394,HDMI,网线接口, infiniband。
 
内部互联,包括背板和子板连接器,继续成为工业标准的焦点. PICMG积极为通讯工业拟制系列的设备规范. TCA定义了背板的互联, 子板, 插板架尺寸及电源分配系统…
 
但是并不是每个设备厂商支持标准机构的概念, 建立于开放的标准平台的系统乐于见到别的厂商的零部件的到来. 有些系统生产商为他们有知识产权的子板开发了利润颇丰的售后市场, 即使整机系统的销售下降也不见得很着急. 而有些厂商的子板他们国内外的竞争对手同样能生产, 这些竞争产品甚至优化了原厂的设计,性价比更好.
 
说连接器标准化对连接器产业产生巨大的变化一点都不为过. 在上世纪80年代只有很少的组织从事连接器标准化, 在国际舞台上IEC是主要的连接器标准化组织. 在国家层面上, 美国的EIA和美国军标组织是连接器标准的主要发源地. 这个时候大部分连接器标准主要从连接器的应用角度着手, 如电路板/PCB连接器, 或针对连接器的类型,如圆形连接器(circular connector). 除了这些“正式”的连接器标准化组织,也有一些连接器生产商和连接器用户发行连接器产品规格,这些规格的内容并没有超越连接器标准的内容,没有连接器标准的权威性,但使连接器标准以一种更接近连接器产品规格的方式出现,显得比连接器标准更新更及时.这些标准化组织在制定连接器标准的过程往往很漫长,这主要因为不仅草拟标准需时间, 更多时间消耗在审核批准及一致通过,尤其是一致通过.
当今的连接器标准化至少有两方面显著不同于过去:
1, 连接器被溶入到系统组件的层面来定义标准,即连接器被提升到产品系统的角度来定义标准.
2, 连接器标准的制定更及时.
先谈谈第一点,连接器被提升到更高的位置来标准化,必然使连接器的标准化牵涉面更广,故参与制定标准化的组织(包括连接器厂商)更多,可以说剧增. 光计算机产业就有,VITA,PCISIG,PICMIG等,这些组织都是企业联盟,上百个成员代表计算机技术的各方面. 所制定的标准从系统的层面来看技术性很强,从被“选定的”连接器(如PCI连接器,USB连接器)的要求来看,很具体很详尽. 这里讲的被“选定的”连接器指市场现有的(若可能)或针对具体应用场合未来要开发或更新的连接器. 更多的公司和人员参与也使标准的制定更复杂,尤其要求一致通过(标准制定的核心).标准的技术性更复杂的事实意味着标准的制定者需更多的技术支持,而且往往是实时支持. 在标准的拟制初期便提出一套连接要求而不是有针对性地具体要求什么样的连接器. 在这种情况就要求连接器厂商的产品设计开发部门的大力支持和投入. 可见标准的这种产生方式意味着连接器厂商要有效地投入更多的人力和时间参与到连接器的标准化过程中.
尽管如此, 连接器标准的制定更及时. 原因是计算机和电子产品的生命周期更短了,三到四年的标准开发周期无法满足一到两年的产品周期. 连接器标准化时间的缩短归功于以下三个因素:
第一, 通讯技术,电话会议和电子邮件大大加速标准的开发过程.
第二,每季度一次或每半年一次的标准制定会议被一周一次或半个月一次的会议取代或补充,这意味着标准制定者大幅度的精力投入.
第三,产品标准化的要求允许倡议者在导入阶段一开始便着手被提议的最终草案,这种草案在产品的市场还在酝酿,培育阶段便开始准备. 这种方案在标准制定过程中实施的好便很快成为最终草案标准, 大大减少原来标准制定过程中草案的反复过程,从而缩短标准的生产周期.
 
这种在系统上和流程上都改变了的标准制定的方式面临新的挑战, 新的方式加大了标准化的产品和技术范围,增加了标准化成员的人数, 使专利保护和知识产权保护更为复杂,更为困难. 产品和技术的重叠使专利重叠(冲突)的可能性更大,使对专利的侵权和授权的关注升级. 这种复杂性给标准化前沿带来至少两个问题: 关键专利(essential patent)和专利授权条款与条件. 关键专利是指执行标准时至少有一项专利权是必不可少的. 关键专利的拥有者会为他们的发明寻求版税或专利使用费. 故标准组织在开发标准时必须意识到相关专利及其费用以便评估其对标准市场的影响. 这些年对这些问题的顾虑给标准开发带来重大的问题,从而引起相当大的关注以探索解决这些问题的方案. ?
一个潜在的解决办法是,导入事先公开程序. 在标准被采纳前公开专利授权的条款,标准组织规定公开的时间点和公开的内容. 事先公开的意义在于在标准开发过程中考虑到版税,授权的成本因素从而能够选择成本最有竞争力的专利选项.
现存的事先公开的方法在各标准组织中并不相同. 很多组织鼓励公开专利而有些组织“要求”公开. 但是除非在FRAND (Fair Reasonable and Non-discriminatory) 框架协议下,专利授权/许可条款和条件一般不公开,甚至不被有些标准组织允许. 专利授权/许可条款和条件不公开是担心违反反托拉斯法. 这种谨慎的结果是在标准开发过程中不能公开关键专利,更不用说专利授权条款和条件. 如果关键专利在标准发行后再公开,而且要求授权,这种公开被称为“专利伏击”/“patent ambush”.如果事先不讨论而事后的授权条款和条件很繁琐被称为“专利夹持”/“patent hold-up”. 多重专利授权(由于标准开发过程中专利的重叠)也会产生意外的标准成本. 知识产权的保护一直是标准组织的关注焦点,ANSI(美国国家标准协会)也不列外.
有了以上的铺垫, 我们再来看看对连接器和连接器技术产生直接影响的事件. 几年前VITA标准化组织修改了他们的政策,明确要求事先公开受知识产权保护的内容,此后,IEEE SA也效仿,IEEE SA 新政策除了阐明该组织的法律性质,成员职责,公开要求外,通过明确允许专利持有者收取一定的授权费用和定义授权条款提供讨论FRAND内容的机会. 新的VITA 知识产权保护政策不仅要求公开知识产权保护细节,而且规定公开专利的时机以及未能履行公开义务的后果. VITA新政策的落实计划至少规定了知识产权保护需公开的标准制定过程的五要点: 从最初的提交标准到分发用于投票的最终草案标准. 未能履行公开义务的后果包括对关键专利免费用授权给该标准以及VITA别的专利限制. 
上面提到公开知识产权保护授权细节可能会触犯反托拉斯法(Anti-trust), VITA和IEEE都曾就他们新的标准制定政策征求司法部门,司法部反托拉斯部门分析了每个提议并审查VITA和IEEE新的政策提议在期望的竞争方面的得益和潜在的对竞争的限制,最终答复不反对新的政策. ANSI也表示了对VITA和IEEE新的标准制定政策的肯定. 
通过VITA和IEEE案例,大家认识到通过专利授权新标准得到所需的技术加速标准化进程以及通过事先公开授权条款和条件提供潜在的授权成本信息给标准化组织(最终给消费者)以助于新标准的开发. 但是在标准化过程中公开知识产权保护至少带来三个问题. 第一,参与制定标准的公司可能有很多专利,但是来自该公司的标准组织成员很可能意识不到所有的该公司的又是正在开发的新标准必须的专利. 对于这种未知因素是否意味着不公开?IEEE曾向司法部提出这个问题因为IEEE的标准范围很广. 第二, 公开正在进行的可申请专利的产品开发,且该产品(或技术)又是新标准所必须的,会降低该产品(或技术)的专利性. 第三,在很多的场合事先的公开也许要司法部门的支持. 第一个问题的答案也许通过勤奋的搜索来解决. 第二个问题就复杂得多,这是标准化的老问题, 甚至影响标准化的参与,或出现专利伏击的问题. 
IEEE和VITA新的事先公开政策无疑给标准制定的创新和发展提供一种有效的思路和方法. 但也面临一定的挑战. 这些挑战的结果是更好定义如何利用和限制事先公开原则.
工业标准化是电子工业和连接器产业的主要发动机之一. 没有标准化的不懈努力, 连接器产业会更小,更具知识产权保护性特点,更多的特殊领域,特殊产品,特殊渠道和更少的互换性!
至此还没谈到强制性标准,由于国际性机构对环境和设备处理的强制要求,这类标准发展的很快. 影响最大的无疑是欧盟的RoHS指令以及最近的REACH. RoHS对连接器工业产生巨大的影响,迫使全球75%-80%的连接器产品从锡铅焊脚转换成锡焊脚. 这当然改善我们的环境,但却是数于百万美元的转换成本.
电子设备工业从上世纪八,九十年代便尝到标准化的甜头,逐渐从低竞争的专利设计过渡到竞争激烈的标准设计, 引发空前的新产品和新公司的出现, 工业规模剧增, 发展为全球性的竞争. 经验表明工业规模的增加对谁都有好处.
一个早期突出的例子是, IBM开放的标准系统PC-AT, 将个人电脑设计在开放的平台. 之后Intel再往前一大步:完善个人电脑设计,将主板,内存,主线,IO以及不少连接器标准化. 导致个人电脑产业突飞猛进,卖出数于亿计的奔腾(Pentium)处理器和芯片, 当时的苹果公司选择保持原有的专利设计(硬件方面),逐渐失去个人电脑产业的主导地位. 后来这些年苹果还是采用Intel的结构,并凭借突出的工业设计回到主流市场,成为佼佼者.
不可否认,连接器的应用是标准化典型,具体,关键的体现: 连接器给不同厂商的设备,主板,子系统,系统和网络提供互联,互换和兼容的方式. 在某种程度来说,连接器厂商出于对公司生意上的考虑,往往抵制对他们知识产权领域或核心领域进行标准化(当然不会抵制相关产业的增长). 标准化对某些连接器厂商来说,相当于对他们核心技术进行推广,这对他们的议价能力和利润率是一种威胁. 但是,由于连接器的应用领域甚广,还有不少应用上的特殊领域(无法标准化),故有不少连接器厂商在这些领域活的很滋润. 而有些连接器厂家在标准化的开放市场被淘汰,成为产业整合的牺牲品. 所以跨产业多层次的标准化过程给连接器工业带来很大的冲击.
特殊应用领域的连接器具有较高的附加值,很多连接器厂商在这些领域发展的很好.
在很多场合,最好的连接器方案是定制或半定制连接器设计.
特殊的设计往往牵涉专业化的应用以及人体工程学,电气和环境的考虑.
特殊设计往往最适合OEM的工艺性和特定安装.
工业标准化 = 更多对手,更弱议价能力,以及全球竞争环境.
知识产权保护的减少导致产品更高的性价比.
标准化驱动产业增长和产品应用扩展.
工业标准化非常适合多供应商跨系统设备应用.
工业标准化使维护和维修更容易更低成本.
工业标准化非常适合普通消费者,大大降低连接的复杂性.
标准化连接器的产品类型:
IO连接器:VGA,DVI,HDMI,USB,IEEE1394,IEEE802.3/RJ45, RCA母头及DIN
PC卡连接器:PCMCIA/Cardbus.
记忆卡连接器: SD/MMC, TF卡/Mini-SD卡,XD卡.
SIM连接器
设备IO: IDE/PATA,? ATA系列, SCSI
主线连接器: PCI, VME, Eurocard.
"事实标准"/Defacto standards连接器:
AMD/Intel 处理器连接器
相互授权的背板连接器
有些产业或多或少迷恋标准化,这主要是这些产业有少数的主导型公司,他们对整个产业的增长有既得利益(如计算机行业的Intel, IBM). 或者产品的应用有不可否认的互换性需求. 而有些产业较分散,保护性更强,或有特别的文化习惯或可靠性要求,要定制的设计才能满足.
标准化的连接器市场有:
 
计算机及周边产业.
通讯设备.
消费电子
欠标准化连接器市场
汽车(个别分支除外,如电线连接)
医疗电子和医疗设备.
军品/航空.(受军标影响产品外)
某些地域, 如日本,欧盟,他们的文化推崇专业化.
其他连接器问题:
参与标准开发的成本将增加---因为标准开发要求更多的人员参与其中来提供更多的技术和法律支持.
针对新兴市场标准中需修正或定制的要求将会提供新产品开发的机会.
事先公开知识产权保护做法的潜在影响还很复杂. 如果候选(成为标准连接器)的数量不止一个,连接器授权条款和条件的竞争会更激烈. 加强与第二方案的沟通有助于缓和这种状况.
事先公开知识产权保护的做法会成为产品开发的重要考量因素.

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