编织电子和电子纺织品(电子纺织品)是新兴的技术领域。正在开发的电子纺织品可以监测生理状况，提供医疗服务，或用作人机界面(HMIs)。保持嵌入衣服或其他软材料的电子设备之间的可靠连接是一项挑战。除了纺织品和电子产品的制造方式不兼容之外，还有可洗性和耐用性方面的问题。
本常见问题解答首先回顾了机织电子产品和电子纺织品集成的四个层次，研究了基本互连选项和新兴标准，介绍了与机织电子产品和电子纺织品互连开发相关的挑战，给出了一些现有连接器解决方案的例子，最后介绍了智能纺织品开发工具包。
在深入讨论用于编织电子产品和电子纺织品的连接器之前，有必要回顾一下与这些技术相关的集成和互连的四个级别:
- 1级(可拆卸):电子设备以一种可以在不破坏电子设备或织物的情况下将电子设备和织物分离的方式附着在织物上，例如在口袋或袋中。
- 2级(上):电子设备以一种不能在不破坏或损坏电子设备或织物的情况下拆卸的方式连接，例如将电子设备粘接、焊接或缝合到织物上。
- 第3级(混合溶液):一个或多个组件由纺织品制成或采用纺织品整理工艺，并与附加的电子组件结合，例如带有LED或传感器的电子纺织品编织带。
- 四级(全纺织)所有电子元件均由纺织品制成或采用纺织品整理工艺。
除了互连的四个层次外，智能纺织品还划分了四个相关的发展阶段。第一阶段是将标准电子元件直接附着在织物上，形成所谓的纺织电路。在阶段2中，纺织品成为柔性基板，在阶段3中，纺织品成为可拉伸的电路基板，同时保持其基本的纺织品性能。在第四阶段，功能纤维取代部分或全部传统电子器件。
可拆卸与固定互连选项
用于编织电子产品和电子纺织品的可拆卸互连技术包括卡扣、弹簧销、导电钩和环(魔术贴)、纺织品闭合方法，如拉链、头销，以及通过电感耦合或近场通信(NFC)进行无线连接(图1)．常用的固定互连技术包括缝合、焊接、焊接、粘接和压接。注意，并非所有固定互连技术都是完全不可拆卸的。也许可以解开缝线或焊点，但这比简单地解开扣子或拉开拉链要复杂得多。诸如接触电阻、配合/脱配合周期、脱配合力等规格，对于许多这些应用来说并不是高度标准化的。
为了开始应对这些挑战，欧洲标准化委员会在技术委员会第31工作组(WG31)内制定了上述四个级别的集成。此外，还印发了两份技术报告，以开始处理有关梭织电子产品和电子纺织品互连的一些问题:
- ISO/TR 23383:2020 -纺织品和纺织产品-智能纺织品-定义、分类、应用和标准化需求
- IEC TR 63203-250-1:2021 (MAIN) -可穿戴电子设备和技术-第250-1部分:电子纺织品-电子纺织品和可拆卸电子设备之间的卡扣连接器
导电卡扣是目前电子纺织品设计中最常用的连接器。制定IEC TR 63203-250-1:2021是为了为第1级互连系统中扣件标准的制定提供基础。预计后续的技术报告将把这一努力扩展到其他类型的互连设备，并扩展到与电子纺织品和梭织电子系统集成相关的更广泛的问题。
互连的限制和挑战
在电子设备和编织材料之间建立坚固可靠的互连存在几个挑战。纺织等编织材料可以拉伸，互连中的导体必须适应这种运动。将导电材料集成到编织材料中会由于摩擦电效应而产生静电。如果积聚的电荷以不受控制的方式释放出来，它会损坏电子设备。湿度是另一个需要考虑的因素;编织材料可以从周围大气的湿度中吸收水分，这可能会对电子设备造成损坏，或改变它们的工作特性。
与这些应用相关的电磁兼容解决方案尚未确定。例如，射频连接器可能需要屏蔽以保护其他系统元件免受电磁干扰。
连接器解决方案
虽然编织电子产品和电子纺织品还处于早期阶段，但已经出现了一些1级互连的选择。电缆管理的优化和满足应用程序的尺寸、重量和功率(SWaP)要求是这些初始解决方案的关键考虑因素。低调的连接器被设计成将电缆组件和有源器件与一系列编织材料结合在一起，从帆布到高度灵活的织物。这些连接器系统被设计成缝在织物面板上的应用，如背心、帐篷、毯子和背包。该系统的适配器和固定环设计成能够快速连接和交换连接器(图2)．
像大多数的1级连接器一样，这些连接器只能在一边拆卸，另一边永久性地连接在电线、织物或其他导电互连上。这些连接器被设计成可以重复连接和断开，而不会造成任何损坏或功能损失。此外，由于它们是传统电连接器的变体，它们满足多种标准连接器规格，包括:
- IP68环保至2m/24h
- 耐盐雾腐蚀1000小时以上
- -40至+135°C操作
- 多达10,000个交配周期
- 符合EIA, IEC, MIL-STD-202和MIL-STD-810要求
智能服装的另一个连接器家族被开发出来，以支持复杂的生物和生理监测应用程序的需求，受益于2到12个或更多的连接器针。该连接器系统包括永久性连接在纺织品侧的插头接触器和顶部和底部绝缘体，以及表面安装在电子产品电路板上的插座接触器。这些连接器使用snap样式的触点，使得连接和断开很容易实现。它们的交配周期为500次(图3)．
由于插头连接器是为服装集成而设计的，它满足日本JIS L 1930 (C4G)机洗标准的所有要求。接触点是自由浮动的，允许连接器补偿机械不对中，并允许多个接触点同时连接。采用压装装配工艺，可以同时将所有引脚连接到织物上，大大减少了装配时间和成本。
智能纺织品开发套件
一套智能纺织品开发套件可用于探索在纺织品中植入传感器的用途。它使用支持级别1设计的snap样式连接器(图4)．传感器是完全可清洗的，电子设备可以很容易地拆卸。该单板兼容Nano V3.0 Atmel Atmega328微控制器。该板包括温度传感器、显示接口和蓝牙模块。可以使用卡扣连接器附加其他传感器。该板将传感器信号转换为控制器，使设计人员能够专注于编程和应用开发。
总结
对于编织电子产品和电子纺织品以及支持这些新兴技术所需的互连技术来说，现在还处于早期阶段。与这些技术相关的集成和互连有四个级别。目前，标准连接器仅适用于级别1(最基本的级别)。欧洲的标准组织已经发布了最初的两份技术报告，开始解决围绕编织电子产品和电子纺织品互连的一些问题。此外，还有一个开发工具包，可以让设计师探索将传感器集成到智能纺织品中的使用。
参考文献
电子纺织品连接器与连接技术综述，威利工程报告
可穿戴电子纺织品的鲁棒性研究进展, MDPI纳米材料
ISO / TR 23383:2020国际电工委员会
IEC 63203 - 250 1:2021 TR国际电工委员会
电子纺织品微电子集成技术综述美国国家医学图书馆
智能纺织品套件, Wearic
可穿戴设备的发展趋势和连接器解决方案日本航空电子工业公司
可穿戴连接解决方案现在更容易集成到灵活的结构中, Fischer连接器
了下:连接器技巧
