Три основні призначення роз'ємів друкованої плати:
1. Взаємозв'язок друкованих плат: жорстке (або гнучке) з'єднання між двома друкованими платами;
2. Підключення кабелю друкованої плати: дротове підключення для зовнішнього периферійного обладнання;
3. З'єднання для програмування / налагодження друкованої плати: роз'єм (або масив тестових точок), що використовується для налагодження або програмування, зазвичай використовується для таких речей, як мікроконтролери або польові програмовані масиви затворів (FPGA)
У цих трьох типах з’єднань із друкованою платою всі форми з’єднань та функції залежать від програми. По-перше, існує два основних способи кріплення роз'єму до друкованої плати: поверхневе кріплення та наскрізний отвір. Звичайно, існує безліч методів поверхневого монтажу, але для всіх цілей роз’єм може бути встановлений через штифтові прорізи або штифтові колодки. Це підводить нас до деяких початкових компромісів, які слід враховувати в процесі проектування.
Компроміси, які слід враховувати при проектуванні
Монтаж з'єднувачів через наскрізні отвори приносить багато переваг, але головна перевага, як правило, полягає в посиленні механічного з'єднання. Це пов’язано з тим, що штирі / виводи проходять через друковану плату і зазвичай припаюються до верхнього та нижнього шарів. Залежно від застосування, це може бути дуже важливим, особливо там, де надійність та безпека є першорядними. Якщо він простий і легкий у використанні і має частий цикл використання, наскрізне отвір, безумовно, забезпечить більш високу надійність, а ймовірність пошкодження пристрою з часом зменшиться. Ще однією головною перевагою наскрізних отворів є те, що їх можна легше досліджувати та переробляти для створення прототипів або ремонту.
З іншого боку, роз'єми для поверхневого монтажу можуть значно заощадити простір на друкованій платі (оскільки компонент припаяний лише до одного шару), а залежно від застосування він також може заощадити виробничі та монтажні витрати. Багато роз'ємів мають вирівнювальні стійки, але не вимагають пайки. Подібним чином, з'єднувачі для поверхневого кріплення часто можуть включати більшу щільність підрахунку контактів, що, в свою чергу, може допомогти упакувати більше сигналів на меншу площу та заощадити цінний простір на платі, див. Рисунок 1.
Рисунок 1: Наскрізні отвори (ліворуч) та з’єднання на поверхню (праворуч) на друкованій платі
Оскільки економія місця на друкованій платі та оптимізація щільності / об’єму є загальними рушійними силами для розробки продукту, багато конструкцій включають безліч жорстких або гнучких взаємопов’язаних друкованих плат. Цей спосіб не тільки економить місце на дошці, але й економить більше витрат. Наприклад, якщо конструкція включає в себе 256-контактний процесор кульової сітки (BGA), який вимагає більше 10 шарів (що значно збільшує виробничі витрати друкованої плати), але він повинен взаємодіяти з багатьма периферійними пристроями / роз'ємами (може знадобитися лише двошаровий або чотиришаровий) інтерфейс підключення, спосіб заощадити простір і витрати - розділити їх на дві друковані плати: меншу вбудовану друковану плату з більш ніж 10 шарами та іншу вторинну друковану плату лише з чотирма шарами та більшістю периферійних компонентів (таких як роз'єми). Як правило, з'єднання плата-плата з високою щільністю і високим числом контактів використовується для монтажу&"MCU PCB GG"; на" плата друкованої плати" ;.
Якщо такі речі, як дисплеї та кнопки вимагають багато супутникових друкованих плат, можна використовувати гнучкі підключення. Часто його називають гнучким кабелем, це часто зустрічається в РК-з'єднаннях та з'єднаннях двигуна, і зазвичай допомагає зменшити радіус вигину (що допомагає зробити конструкцію компактною та малою) та фізичне навантаження, пов'язане зі складанням. Гнучке з'єднання може бути окремим кабелем, вставленим у роз'єм, або його можна здійснити безпосередньо на друкованій платі. Малюнок 2 показує об'єктив камери з безліччю гнучких кабельних з'єднань (що не підключаються), тоді як на малюнку 3 демонструється різниця між" жорсткий гнучкий" Друкована плата з інтегрованими гнучкими кабелями. Хоча інколи важко спроектувати та призначити постачальникам, використання технології жорсткої гнучкості може значно допомогти заощадити виробничі витрати та зробити конструкцію більш надійною та жорсткою. Однак, оскільки дві друковані плати фізично неможливо відокремити одна від одної, складання жорстко-гнучкої комбінації може бути складнішим.
Рисунок 2: Збірка об'єктива камери з гнучким кабелем
Рисунок 3: Жорстка технологія друкованих плат
Розглянемо застосування роз’єму
Беручи за тему кабельне підключення, давайте швидко вирішимо деякі інші важливі питання, які слід розглянути. Однією з тем є простота використання, а чудовим прикладом є стандартний порт USB.
Протягом багатьох років роз'єми USB вдосконалювались різними способами, включаючи поточну ємність, щільність сигналу та оборотні ненаправлені підключення за допомогою USB-C. Навпаки, роз’єм із клавішами зі стрілками, який дозволяє лише односторонній рух (наприклад, класичний роз’єм USB 2.0), допомагає керувати користувачами та запобігати помилкам підключення. Запірні з'єднання зазвичай забезпечують кращу механічну підтримку і можуть вимагати обертових заглушок (роз'єми BNC) або стискаючих наконечників (мережеві кабелі RJ-45). В основному, якщо з'єднувач потрібно використовувати повторно, звичайно, простота використання повинна бути головним пріоритетом для користувачів.
Деякі програми вимагають високошвидкісних чутливих з'єднань на більші відстані, що змушує нас використовувати оптичні волокна. Існує три основних типи оптичних волокон: одномодовий, багаторежимний та пластиковий оптичний волокон (POF). Багатомодові підключення дозволяють збільшити пропускну здатність, але завдяки своїй високій швидкості дисперсії та загасання вони, як правило, зазнають втрат у міжміських додатках, що робить їх ідеальними для коротких підключень на основі локальної мережі. Однорежимний працює добре на великих відстанях, що робить його ідеальним для таких програм, як РЧ-широкосмуговий зв’язок (ваша місцева кабельна компанія). Крім того, паралельні шини даних через такі з'єднання, як периферійне компонентне з'єднання (PCI), як правило, набагато швидше, ніж послідовні з'єднання, такі як USB (хоча USB-C також дозволяє паралельні з'єднання). Швидкість та продуктивність програми визначатимуть спосіб визначення цих взаємозв’язків.
У деяких сферах застосування, таких як аерокосмічна та військова, суворі умови праці можуть з часом призвести до збільшення попиту. Деякі роз'єми мають спеціальний захист від електромагнітних перешкод (ЕМІ), електростатичного розряду (ESD), вібрації та / або вологи. Для дизайнерів загальним рішенням є захист роз'єму. Екрановані з'єднувачі (покриті деяким провідним металом і можуть включати прокладки ЕМІ) можуть забезпечити більш високий рівень захисту від шкідливого випромінювання та локалізованих магнітних полів, але, як правило, більш громіздкі або дорожчі, ніж не екрановані альтернативи. З'єднувачі з оболонками та відповідними штифтами можуть бути заземлені, щоб допомогти електростатичному розряду, спричиненому дотиком людини або іншими місцевими перехідними джерелами. Деякі роз'єми включають навіть амортизуючі контакти, які допомагають справлятися з ударами та високою надійністю. Нарешті, з'єднання, які потрібно захищати від зовнішньої вологи, часто включають (або дозволяють використовувати) ущільнювачі. Рисунок 4 демонструє всі ці чотири варіації спільних зв’язків.
Рисунок 4: Екранований роз'єм живлення (LR), екранований / заземлений роз'єм RJ-45, стійкий до вібрацій роз'єм плата-плата та водонепроникний роз'єм USB
Для додатків з високим навантаженням вибір роз’єму з найбільшим струмом або напругою також може пришвидшити процес проектування. Деякі роз'єми містять змішані сигнальні висновки для підтримки з'єднань даних та живлення. Як правило, штирі живлення мають більшу струмову потужність і можуть бути товщі, що допомагає запобігти використанню двох окремих роз'ємів / кабелів живлення та даних.
Застосування змінної напруги також може керувати вибором роз'ємів і вимагати мінімальних зазорів або відстані між кожним штифтом (залежно від максимальної напруги). Це допомагає запобігти виникненню дуги, яка може завдати шкоди системі та оператору. На роз'ємі завжди буде вказана номінальна потужність. Важливо дотримуватися цих специфікацій при проектуванні та забезпечувати хороший запас.
Нарешті, іноді найкращим (і найдешевшим) рішенням є виставити роз’єм і просто використовувати відкриті мідні прокладки для підпружиненого інтерфейсу. Забезпечуючи менший форм-фактор, він може допомогти зменшити витрати на компоненти та полегшити виявлення (на основі гнучкості розташування друкованих плат). Інтерфейс програмування або тестування - одне з найпоширеніших застосувань. Вбудовані конструкції, як правило, включають налагоджувальні або програмувальні порти, але якщо з'єднувачі зазвичай не використовуються (лише для виробництва або обслуговування, навіщо використовувати з'єднувачі)? Такі кабелі, як Tag-Connect (як показано на малюнку 5), можуть запропонувати рішення з меншим форм-фактором і меншою вартістю. Незважаючи на те, що зазвичай він використовується лише в якості тестових точок, масив педів також слід враховувати для з'єднань на основі pogo-pin.
Малюнок 5: Технологія Pogo-pin кабелю Tag-Connect
Комплект для проектування друкованих плат може допомогти
На сьогоднішній день багато програм САПР мають 3D-візуалізацію та механічну підтримку імпорту та експорту файлів. Прикладом є Solidworks Electrical (SWE). Традиційно програма САПР для механічного проектування, існують електричні комплекти для Solidworks, які можна легко інтегрувати зі схематично визначеною друкованою платою та відповідними з'єднаннями. Переваги дизайнерів включають інструменти електричного проектування, які можуть допомогти визначити взаємозв'язки та сформувати специфікації кабелів, схеми підключення та навіть файли, які можуть бути використані в інших програмах проектування друкованих плат, щоб допомогти у створенні мережевих списків, забезпечуючи при цьому повну візуалізацію системних з'єднань. Хоча багато програм для проектування друкованих плат включають можливості візуалізації 3D, деякі програми дозволяють обмін файлами, щоб допомогти визначити форми друкованої плати (через 2D-файли) та імпортувати упаковку компонентів (через 3D-файли), що може значно допомогти перевірити перешкоди та оптимізувати положення роз'ємів.
На закінчення
Дизайн підключення друкованої плати повністю залежить від програми, як правило, починаючи з вимог користувача, враховуючи вимоги до конструкції та визначаючи, чи потрібні якісь особливі функції. Часто забувають, що також потрібно враховувати виробничі вимоги, щоб забезпечити можливість виготовлення та збірки з розумною простотою та вартістю.
Набори дизайну друкованих плат різної форми та розмірів містять механічні функції, які можуть значно допомогти зменшити ризик ітерацій дизайну та оптимізувати розміщення роз'ємів.
