如何為(wèi)您的 PCB设计连接器引脚

2021-09-06

如何為(wèi)您的 PCB设计连接器引脚

上面显示的 DVI 连接器有(yǒu)一个非常特定的引脚排列，如果您想在 PCB 上使用(yòng)此接口，则必须在布線(xiàn)连接器时实现该引脚排列。这同样适用(yòng)于用(yòng)于通过标准化接口提供電(diàn)源、接地和信号的任何其他(tā)连接器。以太网、USB、HDMI 和许多(duō)其他(tā)协议都有(yǒu)特定的引脚排列，应用(yòng)于确保不同设备之间的互操作性。

尽管通用(yòng)协议的引脚排列是标准化的，但有(yǒu)时您有(yǒu)足够的自由来设计自定义引脚排列。假设您正在设计板对板连接或到另一块板的自定义接口；您可(kě)以自由设计您认為(wèi)合适的连接。那么您究竟应该如何做到这一点，以及在连接器引脚设计中应该注意什么？我们将在本文(wén)中介绍一些围绕连接器的重要设计要点。

连接器引脚设计入门

在您的连接器引脚设计中，有(yǒu)几个重要的点需要考虑，例如：

您需要进行多(duō)長(cháng)的连接？它是短板对板连接，还是通过長(cháng)電(diàn)缆驱动信号？

您使用(yòng)的是什么频率（对于模拟信号），或者信号上升时间是多(duō)少（对于数字信号）？

您是路由差分(fēn)对还是单端信号？

您是否需要达到特定的阻抗目标，或者连接是否足够短以至于阻抗无关紧要？

有(yǒu)趣的是，通过连接器布線(xiàn)与通过 PCB布線(xiàn)没有(yǒu)太大區(qū)别。您可(kě)能(néng)会遇到与在高速 PCB 中看到的相同的信号完整性问题、阻抗不匹配问题和信号丢失问题。

如果您从未设计过引脚排列，或者您想知道為(wèi)什么您最喜欢的开发板使用(yòng)特定的引脚排列，这有(yǒu)助于分(fēn)解某些特定情况。现在，我将看看不同频率和信号类型会发生什么，我们可(kě)以确定连接器引脚排列的一些良好设计实践。

直流连接

如果您只是在两块板之间或通过電(diàn)缆路由直流電(diàn)，则主要考虑的是您需要承载的总電(diàn)流。排针和类似的轻型连接器可(kě)以容纳每个引脚的小(xiǎo)最大電(diàn)流（典型值约為(wèi) 1 A）。如果您需要為(wèi)给定電(diàn)压承载更多(duō)電(diàn)流，则该電(diàn)压需要跨多(duō)个引脚桥接。您可(kě)以做的另一件事是在单个连接器上路由多(duō)个電(diàn)压，这与台式计算机電(diàn)源中使用(yòng)的方法相同。

这种大電(diàn)流直流连接器提供多(duō)种電(diàn)压等级。

直流系统的连接器引脚排列应沿互连传输接地信号。请注意这个接地信号，因為(wèi)这是板载参考平面，它需要承载返回電(diàn)流，因此您应该相应地调整布線(xiàn)和電(diàn)線(xiàn)数量。建议您不要尝试使用(yòng) GND 连接来桥接两个不同電(diàn)路板上的两个不同接地，尤其是当它们位于不同的電(diàn)网電(diàn)路上并且相隔一定距离时。您可(kě)能(néng)会在携带大量電(diàn)流的两点之间产生短路，从而使電(diàn)缆熔化。这是由于電(diàn)网中不同点之间自然存在的直流接地偏移造成的。

低频/低速

希望到现在為(wèi)止，您已经发现低频和低速都是相对的：重要的是连接的長(cháng)度以及是否需要阻抗。对于5-10 ns 范围内的低速数字总線(xiàn)，只要连接足够短并且在连接器引脚分(fēn)配中包含至少 1 条 GND 線(xiàn)，您可(kě)能(néng)无需担心串扰或反射等问题。确保如果您将電(diàn)源拉入连接器引脚，您遵循与 DC 连接器相同的规则。

在高引脚数排针或其他(tā)具有(yǒu)長(cháng)引脚線(xiàn)的连接器上，当某些信号与接地引脚距离较遠(yuǎn)时，它们将成為(wèi) EMI 源。同样，这些信号可(kě)以更容易地接收串扰，尤其是当您使用(yòng)带状電(diàn)缆或其他(tā)扁平電(diàn)缆时。下面的示例使用(yòng) 14 针连接器，该连接器在某些 IO 之间具有(yǒu)接地交错。通过在引脚组之间放置 GND，GND 将提供对噪声的屏蔽并帮助阻止 EMI。如果需要，此示例可(kě)与長(cháng)连接器一起使用(yòng)。对于板对板连接，您绝对可(kě)以移除一些 GND 引脚，并且从噪声的角度来看，您仍然应该没问题，因為(wèi)距离很(hěn)短。

在低電(diàn)流下与大多(duō)数低速总線(xiàn)兼容的示例引脚排列。

高频/高速

对于高速/高频信号，类似于上述引脚排列的东西仍然可(kě)以，但您通常使用(yòng)差分(fēn)对。在这种情况下，最好提供成对的接地引脚以防止差分(fēn)对之间的串扰。在任何情况下，更多(duō)的接地引脚都是您的朋友，因為(wèi)它们提供更多(duō)的屏蔽并有(yǒu)助于最大限度地减少可(kě)能(néng)出现的任何阻抗不匹配。对于高频，例如在 GHz 范围内，您将不再（或至少不应该）使用(yòng)简单的排针。同轴 (U.FL) 连接器将是 RF 信号的最佳选择，而其他(tā)信号和電(diàn)源可(kě)以通过它们自己的连接器路由。

选择连接器

如果您需要找到能(néng)够满足您所需電(diàn)流、频率/带宽、特定信号标准或以上所有(yǒu)要求的连接器，市场上有(yǒu)很(hěn)多(duō)连接器可(kě)供选择。确保检查数据表中的重要规格；如果您不确定应该使用(yòng)哪种连接器，请访问连接器制造商(shāng)的网站；他(tā)们将按应用(yòng)（高電(diàn)流、射频/微波等）标记他(tā)们的产品，以便您可(kě)以缩小(xiǎo)范围以找到适合您设计的最佳组件。

最后但并非最不重要的一点是，在為(wèi)组件安排连接器引脚分(fēn)配时，请注意任何护罩和引脚 1！您会惊讶于自定义引脚在两个带罩连接器之间反转的频率如此之高，并且无法在成品板上纠正它；您将不得不重新(xīn)构建電(diàn)缆。这是可(kě)能(néng)有(yǒu)助于将连接器放在您面前以确保您正确定义连接器引脚排列的事情之一。