如何選擇板對(duì)板連接器？

如何選擇板對(duì)板連接器？ 

任何曾經(jīng)看過舊臺(tái)式計(jì)算機(jī)并拔下帶狀電纜的人都熟悉不起眼的排針。該連接器是一種簡(jiǎn)單但有效的方式，可將兩塊板以堆疊方式連接在一起。事實(shí)上，它非常受歡迎，已被用于為 Arduino 和 Raspberry Pi 等流行平臺(tái)構(gòu)建附加屏蔽板，這兩個(gè)平臺(tái)都在創(chuàng)客空間之外取得了成功。在最近與客戶的一次接觸中，我驚訝地看到他們?nèi)绾味询B多個(gè) Raspberry Pi 板來運(yùn)行一些關(guān)鍵設(shè)備，這表明板對(duì)板連接器在這些類型的模塊化系統(tǒng)中的重要性。

盡管排針很簡(jiǎn)單，但這并不意味著它們沒有用。然而，它們并不是唯一的選擇，還有許多用于高速/高頻系統(tǒng)或高壓/高功率系統(tǒng)的板對(duì)板連接器選項(xiàng)。這些連接器可以進(jìn)入各種系統(tǒng)，從軍事設(shè)備到醫(yī)療設(shè)備。如果您正在為下一個(gè)硬件平臺(tái)采用模塊化設(shè)計(jì)方法，并且需要輕松地將多個(gè)板連接在一起，請(qǐng)考慮使用板對(duì)板連接器而不是電纜。市場(chǎng)上有許多具有成本效益的選擇，可以確保一系列系統(tǒng)中的信號(hào)完整性和堅(jiān)固的設(shè)計(jì)。

多種類型的板對(duì)板連接器

板對(duì)板連接器有多種形狀和尺寸，可為多板 PCB 系統(tǒng)提供模塊化感覺。常見的板卡連接器種類很多，不同的廠商都有自己的產(chǎn)品線，一般屬于下面列出的類別之一：

排針：大多數(shù)設(shè)計(jì)人員都熟悉間距為 1 mm 的 1 排或 2 排排針排列。這種風(fēng)格有多種變化，包括堆疊的排針。排針可以被遮蓋和鍵控（甚至是多鍵控），以確保連接板時(shí)引腳匹配。

夾層連接器：這種類型的板對(duì)板連接器以堆疊配置連接兩個(gè)平行印刷電路板。有許多夾層連接器樣式。請(qǐng)注意，排針可用作夾層連接器。

邊緣卡連接器：這種類型的連接器最常用于 RAM 棒和 COM/SoM。實(shí)際上，它可以用于沿板邊緣的任何板對(duì)板連接，無論是定制的還是標(biāo)準(zhǔn)化的引腳排列。

背板連接器：這種類型的連接器值得擁有自己的類別，因?yàn)樗枰m應(yīng)高數(shù)據(jù)速率和非常堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)。

標(biāo)準(zhǔn)化連接器：一些連接器可能會(huì)被開發(fā)以滿足非常特定的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，而不是附加卡的邊緣連接器樣式。已定義特定連接器樣式的標(biāo)準(zhǔn)組織包括 VITA（用于背板）、PCI-SIG（PCIe 卡）、IEEE（例如，用于夾層的 1386 標(biāo)準(zhǔn)）、JTAG、PC/104（方形柱針頭）等。

電氣應(yīng)用

在這些不同類型的板對(duì)板連接器中，它們可分為加固型、高速、高頻、大電流/高功率或其他一些名稱。這主要是營(yíng)銷說法，因?yàn)闆]有對(duì)高速連接器、大功率連接器等的通用定義。一個(gè)重要的例外是背板連接器，它在 ANSI/VITA 標(biāo)準(zhǔn)中得到嚴(yán)格定義，其中特定樣式與不同的介質(zhì)（銅、光纖或同軸電纜）。

堅(jiān)固的應(yīng)用

與許多其他組件一樣，供應(yīng)商將以其產(chǎn)品針對(duì)特定行業(yè)，并嘗試針對(duì)這些行業(yè)中的特定應(yīng)用。因此，你將看到板對(duì)板連接器的樣式，這些連接器在針對(duì)汽車、航空航天、工業(yè)系統(tǒng)或電力產(chǎn)品等領(lǐng)域時(shí)，可能會(huì)通過硬塑料屏蔽層進(jìn)行高度加固。通常，您通?？梢哉业綐?biāo)準(zhǔn)連接器的加固版本，其引腳排列、安裝方式和間距與其不太堅(jiān)固的版本相同。

選擇板對(duì)板連接器

現(xiàn)在我們可以看看選擇板對(duì)板連接器時(shí)要考慮的一些要點(diǎn)。首先，我們來看一些規(guī)格，然后我們可以考慮不同連接器樣式的優(yōu)勢(shì)。

板對(duì)板連接器規(guī)格

板對(duì)板連接器有一些電氣規(guī)格，應(yīng)考慮的不僅僅是連接器樣式：

間距和引腳數(shù)：除非您正在針對(duì)特定應(yīng)用進(jìn)行設(shè)計(jì)，或者您需要高速/高頻或大電流，否則您可能會(huì)從查看連接器所需的間距/引腳數(shù)開始。憑借低功耗和低速信號(hào)，幾乎每個(gè)連接器都可以滿足您的電源要求，同時(shí)確保信號(hào)完整性。

功率處理：這通常被引用為每個(gè)引腳特定電壓下的電流。大多數(shù)連接器可以在典型應(yīng)用電壓下處理幾安培。確保檢查電壓，因?yàn)橥ㄟ^電纜提供電源和數(shù)據(jù)是很常見的；您需要確保您的功率不超過額定電壓。

管理標(biāo)準(zhǔn)：任何有關(guān)連接器的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)都可以管理外形尺寸（上面討論了一些示例），或者它們可以涵蓋測(cè)試和應(yīng)用規(guī)范。確保檢查這些以確保您的連接器樣式符合要求。

環(huán)境等級(jí)：規(guī)格包括功率隨濕度循環(huán)、暴露于氣體和高溫測(cè)試的變化。這使您可以很好地了解連接器可用于確?？煽啃缘奈恢?。

數(shù)據(jù)速率/頻率限制：對(duì)于高速數(shù)據(jù)通道，您會(huì)看到推薦的數(shù)據(jù)速率限制，供應(yīng)商將通過廣泛的測(cè)試確定該限制。數(shù)據(jù)速率限制只是一個(gè)建議，您可能能夠在系統(tǒng)中克服這些限制。如果您打算違反數(shù)據(jù)速率/頻率規(guī)范，請(qǐng)務(wù)必徹底測(cè)試你的系統(tǒng)。

機(jī)械規(guī)格：高質(zhì)量的板對(duì)板連接器數(shù)據(jù)表可能包含一些有關(guān)機(jī)械沖擊、振動(dòng)、拉力或其他規(guī)格的數(shù)據(jù)，以幫助設(shè)計(jì)人員了解耐用性。請(qǐng)注意，這些可能會(huì)被列為測(cè)試結(jié)果，以符合某些行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

外形尺寸：一些板對(duì)板連接器（如邊緣連接器）可能相當(dāng)笨重。其他連接器專門設(shè)計(jì)為薄型，注意系統(tǒng)中的外形尺寸和外殼要求。

一些板對(duì)板連接器樣式的優(yōu)點(diǎn)

市場(chǎng)上有如此多樣式的板對(duì)板連接器，不可能對(duì)每種類型的連接器進(jìn)行完整的比較。但是，對(duì)于不同的連接器樣式，有一些基本要點(diǎn)需要了解，這些樣式揭示了它們?cè)诓煌到y(tǒng)中的優(yōu)缺點(diǎn)。

邊緣連接器

邊緣連接器使用滑動(dòng)觸點(diǎn)進(jìn)行電氣連接，在重復(fù)連接后最終會(huì)磨損。磨損可能發(fā)生在卡側(cè)或插座側(cè)。如果電路板需要反復(fù)連接和移除，替代樣式可能是更好的選擇，因?yàn)槠渲性S多將具有更長(zhǎng)的接觸壽命。

全罩式或同軸式

一些連接器采用同軸式，可實(shí)現(xiàn)高功率傳輸，提供屏蔽，并為射頻系統(tǒng)提供優(yōu)勢(shì)（見下文）。全罩式連接器是高功率應(yīng)用的理想選擇，并且具有更高的額定電流，而不會(huì)在電路板上過大。這是一個(gè)比排針更好的選擇，排針的額定電流可能低至 1 A，而且沒有有用的高速/RF 數(shù)據(jù)。

薄型水平連接器樣式

你的連接器方向可能允許平行板，但板可能能夠水平而不是垂直移除。例如，上面顯示的 Hirose 連接器需要垂直移除，但有邊緣連接器和夾層連接器可以水平插入/移除，同時(shí)保持非常低的輪廓。這在需要訪問附加卡的低配置應(yīng)用程序中是非常寶貴的。

排針塊

如果你不擔(dān)心高電流、高隔離或高精度信號(hào)完整性，可堆疊排針是為您的系統(tǒng)添加多級(jí)模塊化的好方法?？梢赃x擇排針塊，使其可堆疊，從而允許將多張卡放置在總線上或允許為多塊電路板并行供電。如果您需要在每個(gè)模塊上訪問數(shù)據(jù)，請(qǐng)確保引腳排列在整個(gè)引腳頭堆棧中匹配。

高速和高頻怎么樣？

在達(dá)到 Gbps/GHz 水平的高速/高頻率下，信號(hào)完整性成為選擇板對(duì)板連接器時(shí)需要考慮的重要一點(diǎn)。在數(shù)據(jù)表或制造商的支持頁面中查找以下一些指標(biāo)：

       阻抗：具有同軸拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的射頻連接器將具有指定的阻抗，因?yàn)樗鼈冃枰c特定的系統(tǒng)阻抗連接。阻抗規(guī)格在規(guī)定的帶寬內(nèi)有效，可能是 -3 dB 頻率。

S 參數(shù)數(shù)據(jù)：如果你想使用連接器進(jìn)行任何類型的模擬，那么你將需要 S 參數(shù)數(shù)據(jù)。這對(duì)于 PAM4、SerDes 通道或更新的高速信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)（PCIe、GDDR6 等）等技術(shù)非常重要，因?yàn)檫@些模擬是系統(tǒng)驗(yàn)證的重要組成部分。

引腳對(duì)引腳隔離： RF 板對(duì)板連接器可能所有引腳都被完全屏蔽，而其他連接器類型并非總是如此。這些連接器將具有高隔離度和低引腳數(shù)。它們也往往更笨重。其中一些板對(duì)板連接器將具有可用的電纜連接器變體。

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