PCB板对板连接器的布局最佳实践

2021-07-02

PCB板对板连接器的布局最佳实践

使用(yòng)单独的印刷電(diàn)路板构建電(diàn)子系统的优势之一是，由于采用(yòng)模块化方法，因此可(kě)以轻松进行维修或改进。这对于经常添加内存或更换有(yǒu)缺陷的显卡的计算机尤其常见。只需将旧板更换為(wèi)新(xīn)板，您就可(kě)以重新(xīn)开始营业。这个过程如此有(yǒu)效的原因是電(diàn)路板通常设计有(yǒu)板对板连接器，可(kě)以轻松更换 PCB。

在電(diàn)子系统中将電(diàn)路板连接在一起的连接器通常并不复杂。但是，它们之间存在一些差异，具體(tǐ)取决于它们的应用(yòng)程序，并且在将它们放置在布局中时遵循一些基本规则很(hěn)重要。為(wèi)了充分(fēn)了解使用(yòng) PCB 板对板连接器的要求，让我们仔细看看它们是什么以及如何在您的下一个布局中使用(yòng)它们。

用(yòng)连接器互连電(diàn)路板

板对板连接器或“接头”使 PCB 能(néng)够在不使用(yòng)電(diàn)線(xiàn)或線(xiàn)束的情况下连接在一起。一块板将有(yǒu)一个带针脚的连接器，而另一块板将有(yǒu)配套的插座。虽然这些连接器的变體(tǐ)可(kě)与線(xiàn)束一起使用(yòng)，但它们板对板接头的主要优点是在两个電(diàn)路板之间提供短而直接的连接。

板对板连接器有(yǒu)多(duō)种不同形式，具體(tǐ)取决于它们所连接的 PCB 的需求。它们采用(yòng)不同的封装、安装方式和引脚间距。对于元件较高的電(diàn)路板，设计人员可(kě)以选择相应较高的连接器。连接器将用(yòng)于的应用(yòng)也需要考虑。设计人员需要考虑连接器将传导的電(diàn)流，并选择能(néng)够在不损坏的情况下维持该水平的接头。接下来，我们将深入研究这些可(kě)供您使用(yòng)的连接器的不同变體(tǐ)。

像这样的接头用(yòng)于板对板连接

不同类型的 PCB 板对板连接器

我们已经提到了可(kě)用(yòng)的 PCB 板对板连接器在高度和封装样式方面的差异，但还有(yǒu)其他(tā)差异。以下是在它们之间进行选择时需要注意的四个主要连接器區(qū)域。

类型

板对板连接器的类型基于其包含接触针的塑料底座。连接器要么是插头、插座，要么是传统意义上的公头和母头。对于直角连接器，插头可(kě)以配置有(yǒu)直引脚或弯曲 90 度的引脚。这些连接器可(kě)以堆叠起来，以便在具有(yǒu)更高组件且需要在電(diàn)路板之间有(yǒu)更大间隙的電(diàn)路板上提升它们。当连接器被塑料覆盖时，它们被称為(wèi)盒式接头，通常与带状電(diàn)缆一起使用(yòng)。这些接头由一个连接器上的凸起表面极化，该表面与其配对接头中的槽口相匹配。

技术

板对板连接器提供通孔和表面贴装引脚配置。通孔引脚提供了更强大的物(wù)理(lǐ)连接，对于在電(diàn)路板的整个生命周期中不断插入和拔出的连接器非常有(yǒu)用(yòng)。连接器引脚间距也可(kě)用(yòng)于标准孔间距，使其非常适用(yòng)于面包板或其他(tā)值。另一方面，表面贴装连接器可(kě)以更小(xiǎo)，占用(yòng)的電(diàn)路板空间更小(xiǎo)，成本更低。但是，它们不具有(yǒu)与通孔连接器相同的机械稳定性，这可(kě)能(néng)会给某些電(diàn)路板带来问题，尤其是那些承受大量物(wù)理(lǐ)应力的電(diàn)路板。

板对板连接器中使用(yòng)的引脚有(yǒu)不同的電(diàn)镀选项，包括铜、金、镍和银。根据需要连接的网络数量，接头还具有(yǒu)更多(duō)行的引脚。考虑连接器将承载的電(diàn)流量并选择具有(yǒu)适当额定值的连接器也很(hěn)重要。最后，虽然较小(xiǎo)的引脚间距将允许您增加连接器引脚数，但它们也会导致電(diàn)路板上的布線(xiàn)问题。您还需要考虑電(diàn)路板的布線(xiàn)密度来选择连接器。

特征

还提供具有(yǒu)独特功能(néng)的板对板连接器，这些连接器专為(wèi)電(diàn)路板的特殊外壳制造或操作环境需求而设计。例如，某些接头采用(yòng)“压合”设计，不需要焊接。其他(tā)连接器设计為(wèi)气密密封或耐化學(xué)品，其他(tā)连接器配置有(yǒu)过滤器以阻止 EMI。一些接头还配备了锁定机制，以防止意外断开。

一旦您為(wèi)您的设计选择了最佳的板对板连接器，下一步就是将接头整合到您的 PCB 布局中。

此类 PCB 布局设计规则可(kě)用(yòng)于设置板对板连接器周围的间隙

使用(yòng)连接器进行设计时的 PCB 布局策略和注意事项

系统内電(diàn)路板配置的需求将决定如何将接头放置在每个单独的電(diàn)路板上。以下是一些需要考虑的可(kě)能(néng)性：

需要相互平行的電(diàn)路板将使用(yòng)直排针进行堆叠。

需要水平并排的電(diàn)路板将与直角接头连接。

需要彼此成直角定位的板将使用(yòng)一个板上的直排针和另一块板上的直角配合连接器的组合。

放置接头时，请确保在接头周围留出足够的间隙，以便配合连接器正确就位而不会出现障碍物(wù)。您的 PCB 设计工具将对组件到组件的间距进行设计规则检查，如上图所示，您应该确保為(wèi)您正在使用(yòng)的接头正确设置它们。还要考虑 PCB 的测试和调试需求，并在接头附近留出足够的空间，以便技术人员在電(diàn)路板上工作。此外，寻找可(kě)能(néng)未反映在库部件中的意外障碍物(wù)。如果您不小(xiǎo)心，散热器、支架和其他(tā)電(diàn)路板物(wù)體(tǐ)最终会成為(wèi)障碍。

您应该非常小(xiǎo)心的另一个區(qū)域是连接器的引脚。第一步是确保连接器封装中的引脚输出是您根据用(yòng)于接头的原理(lǐ)图符号执行的。其次，检查并仔细检查两块板上的配对连接器是否具有(yǒu)相互匹配的引脚。确保您的丝印上有(yǒu)针号标记可(kě)以帮助进行此检查。您的 PCB 设计工具中还有(yǒu)一些其他(tā)功能(néng)也可(kě)以提供帮助，我们接下来将介绍这些功能(néng)。

Cadence Allegro 中的 3D 检查显示标题和另一个组件之间的碰撞

用(yòng)于增强连接器放置和布線(xiàn)的设计工具功能(néng)

您正在使用(yòng)的 PCB 设计工具将具有(yǒu)更多(duō)功能(néng)，可(kě)帮助放置板对板连接器，而不仅仅是常规设计规则检查。您应该使用(yòng)的首要功能(néng)之一是可(kě)用(yòng)的库工具和插件。这些将检查您的零件以确保您使用(yòng)的是最新(xīn)版本，并将您与在線(xiàn)元件供应商(shāng)联系起来，以获取可(kě)帮助您进行设计的符号、封装、图像和其他(tā)零件信息。

另一个非常有(yǒu)用(yòng)的功能(néng)是设计工具的 3D 查看功能(néng)。在上图中，您可(kě)以看到 Cadence Allegro PCB Editor 如何以 3D 方式显示布局。此外，它正在执行 3D 布局的 DRC，并显示另一部分(fēn)与连接器冲突的错误情况。在電(diàn)路板布局中使用(yòng) 3D 工具的能(néng)力可(kě)以让您对部件与電(diàn)路板其余部分(fēn)的实际外观有(yǒu)一个急需的看法。

最后，提取机械数据以及其他(tā)系统布局将帮助您设计 PCB 板对板连接器，了解它们将如何与系统中的其余 PCB 即插即用(yòng)。这将使您能(néng)够在构建原型之前发现潜在的障碍和冲突，并在产品开发过程中节省多(duō)次電(diàn)路板旋转的时间和金钱。