Trīs galvenie PCB savienotāju mērķi ir:
1. PCB starpsavienojums: stingrs (vai elastīgs) savienojums starp diviem PCB;
2. PCB kabeļa savienojums: komplektā iekļauts vadu savienojums ārējai perifērijas iekārtai;
3. PCB programmēšanas / atkļūdošanas savienojums: savienotājs (vai testa punktu masīvs), ko izmanto atkļūdošanai vai programmēšanai, parasti izmanto tādām lietām kā mikrokontrolleri vai laukā programmējami vārtu bloki (FPGA)
Šajos trīs veidu PCB savienojumos visu veidu savienojumi un funkcijas mainīsies atkarībā no lietojuma. Pirmkārt, ir divas galvenās savienotāja piestiprināšanas pie PCB metodes: virsmas stiprinājums un caurums. Protams, ir daudz virsmas stiprināšanas metožu, taču visiem mērķiem savienotāju var uzstādīt, izmantojot tapu caurumus vai tapu spilventiņus. Tas mūs noved pie dažiem sākotnējiem kompromisiem, kas jāņem vērā projektēšanas procesā.
Kompromisi, kas jāņem vērā, izstrādājot dizainu
Savienotāju montāža caur caurumiem dod daudz priekšrocību, taču galvenais ieguvums parasti ir mehāniskā savienojuma stiprināšana. Tas ir tāpēc, ka tapas / vadi iziet cauri PCB un parasti tiek pielodēti augšējam un apakšējam slānim. Atkarībā no pielietojuma tas var būt ļoti svarīgi, it īpaši, ja uzticamība un drošība ir vissvarīgākie. Ja tas ir vienkārši un ērti lietojams un tam ir bieži lietojams cikls, caurumu savienojums noteikti nodrošinās lielāku uzticamību, un laika gaitā samazināsies ierīces bojājumu iespēja. Vēl viena liela caurumoto komponentu priekšrocība ir tā, ka tos var vieglāk pārbaudīt un pārstrādāt prototipu veidošanai vai labošanai.
No otras puses, virsmas stiprinājuma savienotāji var ievērojami ietaupīt vietu uz plates (jo komponents ir pielodēts tikai vienā slānī), un atkarībā no pielietojuma tas var ietaupīt arī ražošanas un montāžas izmaksas. Daudziem savienotājiem ir izlīdzināšanas statņi, taču tiem nav nepieciešama lodēšana. Līdzīgi virsmas stiprinājuma savienotājos bieži var būt lielāks tapu skaita blīvums, kas savukārt var palīdzēt vairāk signālu iesaiņot mazākā laukumā un ietaupīt vērtīgu vietu dēlī, sk. 1. attēlu.
1. attēls: Caurumu (pa kreisi) un virsmas stiprinājumu (pa labi) savienojumi PCB
Tā kā shēmas plates ietaupīšana un blīvuma / tilpuma optimizēšana ir kopīgi virzītājspēki produktu attīstībai, daudzos dizainos ietilpst vairākas stingras vai elastīgas savstarpēji savienotas shēmas plates. Šī metode ne tikai ietaupa kuģa vietu, bet arī ietaupa vairāk izmaksu. Piemēram, ja dizains ietver 256 kontaktu lodveida režģa bloku (BGA) procesoru, kuram nepieciešami vairāk nekā 10 slāņi (kas ievērojami palielina PCB ražošanas izmaksas), bet tam ir jāsadarbojas ar daudzām perifērijas ierīcēm / savienotājiem (var būt nepieciešama tikai divu slāņu vai četrslāņu) savienojuma saskarne, vietas un izmaksu ietaupīšanas veids ir sadalīt tos divos PCB: mazākā iegultā PCB ar vairāk nekā 10 slāņiem un citā sekundārā PCB ar tikai četriem slāņiem un lielāko daļu perifēro komponentu (piemēram, savienotāji). Parasti" MCU PCB" montāžai tiek izmantots augsta blīvuma, ar lielu tapu skaitu dēļu un bortu savienojums; uz" aizmugures plaknes PCB" ;.
Ja tādām lietām kā displeji un pogas ir nepieciešami daudzi satelīta PCB, var izmantot elastīgus savienojumus. Bieži vien to dēvē par elastīgo kabeli, tas ir izplatīts LCD un motora savienojumos, un tas parasti palīdz samazināt lieces rādiusu (kas palīdz padarīt konstrukciju kompaktu un mazu) un fizisko spriedzi, kas saistīta ar montāžu. Elastīgais savienojums var būt atsevišķs kabelis, kas ievietots savienotājā, vai arī to var izveidot tieši ar PCB. 2. attēlā parādīts kameras objektīvs ar daudziem (nepiespraužamiem) elastīgiem kabeļu savienojumiem, savukārt 3. attēlā parādīta atšķirība starp&"stingru elastīgu GG"; PCB ar integrētiem elastīgiem kabeļiem. Lai gan dažreiz ir grūti noformēt un piešķirt piegādātājiem, stingrās un elastīgās tehnoloģijas izmantošana var ievērojami palīdzēt ietaupīt ražošanas izmaksas un padarīt dizainu uzticamāku un stingrāku. Tomēr, tā kā abus PCB nevar fiziski atdalīt viens no otra, cieto un elastīgo kombināciju montāža var būt sarežģītāka.
2. attēls: kameras objektīvs ar elastīgu kabeli
3. attēls: Stingri elastīga PCB tehnoloģija
Apsveriet savienotāja lietojumu
Ņemot par kabeļa savienojumu kā tēmu, ļaujiet mums ātri atrisināt dažus citus svarīgus jautājumus, kas jāņem vērā. Viena tēma ir lietošanas ērtums, un ideāls piemērs ir standarta USB ports.
Gadu gaitā USB savienotāji ir uzlaboti dažādos veidos, ieskaitot pašreizējo jaudu, signāla blīvumu un atgriezeniskus virziena savienojumus, izmantojot USB-C. Gluži pretēji, savienotājs ar bulttaustiņiem, kas ļauj izmantot tikai vienvirziena (piemēram, klasisko USB 2.0 savienotāju), palīdz lietotājiem vadīt un novērst savienojuma kļūdas. Bloķēšanas savienojumi parasti nodrošina labāku mehānisko atbalstu, un tiem var būt nepieciešami rotējoši spraudņi (BNC savienotāji) vai saspiešanas cilpas (RJ-45 tīkla kabeļi). Būtībā, ja savienotājs ir jāizmanto atkārtoti, lietotājiem, protams, vajadzētu būt lietošanas ērtībai.
Dažām lietojumprogrammām ir vajadzīgi ātrgaitas, jutīgi savienojumi lielākos attālumos, kas liek mums izmantot optiskās šķiedras. Ir trīs galvenie optisko šķiedru savienojumu veidi: vienmodu, daudzmodu un plastmasas optiskās šķiedras (POF). Daudzmodu savienojumi nodrošina lielāku joslas platumu, taču to lielās izkliedes un vājināšanas ātrumu dēļ tie parasti cieš zaudējumus tālsatiksmes lietojumprogrammās, padarot tos ideāli piemērotus īsos LAN savienojumos. Vienrežīms darbojas labi lielākos attālumos, padarot to ideāli piemērotu tādām lietojumprogrammām kā RF platjosla (jūsu vietējā kabeļu kompānija). Turklāt paralēlās datu kopnes, izmantojot tādus savienojumus kā Perifērijas komponentu starpsavienojums (PCI), parasti ir daudz ātrākas nekā sērijveida savienojumi, piemēram, USB (lai gan USB-C ļauj veikt arī paralēlus savienojumus). Lietojumprogrammas ātrums un veiktspēja noteiks, kā definēt šos savienojumus.
Dažos gadījumos, piemēram, aviācijā un militārajā jomā, skarbie darba apstākļi galu galā var izraisīt pieprasījuma pieaugumu. Dažiem savienotājiem ir īpaša aizsardzība pret elektromagnētiskiem traucējumiem (EMI), elektrostatisko izlādi (ESD), vibrāciju un / vai mitrumu. Dizaineriem kopīgs lēmums ir, vai savienotājs ir jāaizsargā. Aizsargāti savienotāji (pārklāti ar kādu vadošu metālu un var ietvert EMI blīves) var nodrošināt augstāku aizsardzības līmeni pret kaitīgu starojumu un lokalizētiem magnētiskajiem laukiem, taču parasti tie ir apjomīgāki vai dārgāki nekā neaizsargāti alternatīvi. Savienotājus ar čaulām un atbilstošām tapām var iezemēt, lai palīdzētu ESD, ko rada cilvēka pieskāriens vai citi vietēji pārejoši avoti. Daži savienotāji pat satur triecienu absorbējošus kontaktus, lai palīdzētu tikt galā ar lietojumiem ar lielu triecienu un lielu uzticamību. Visbeidzot, savienojumi, kas jāaizsargā no ārējā mitruma, bieži ietver (vai ļauj izmantot) blīvējumus. 4. attēlā ir parādītas visas četras šīs kopīgo savienojumu variācijas.
4. attēls: (LR) Aizsargāts līdzstrāvas ligzda, aizsargāts / iezemēts RJ-45 ligzda, vibrāciju izturīgs savienojums starp bortiem un ūdensizturīgs USB savienotājs
Lietošanai ar lielu slodzi, izvēloties savienotāju ar vislielāko strāvas vai sprieguma līmeni, var arī paātrināt projektēšanas procesu. Daži savienotāji ietver jauktas signāla tapas, lai atbalstītu datu un barošanas savienojumus. Parasti strāvas tapām ir lielāka strāvas jauda, un tās var būt biezākas, palīdzot novērst divu atsevišķu strāvas un datu savienotāju / kabeļu izmantošanu.
Maiņstrāvas sprieguma lietojumi var arī izvēlēties savienotājus un prasīt minimālu atstarpi vai atstarpi starp katru tapu (atkarībā no maksimālā sprieguma). Tas palīdz novērst loku veidošanos, kas var kaitēt sistēmai un operatoram. Savienotājā vienmēr būs norādīta nominālā jauda. Projektējot ir svarīgi ievērot šīs specifikācijas un nodrošināt labu rezervi.
Visbeidzot, dažreiz labākais (un lētākais) risinājums ir savienotāja atmaskošana un atsperes saskarnei vienkārši jāizmanto atsegtie vara spilventiņi. Nodrošinot mazāku formas faktoru, tas var palīdzēt samazināt komponentu izmaksas un ļaut vieglāk noteikt (pamatojoties uz PCB atrašanās vietas elastību). Programmēšanas vai testēšanas saskarne ir viena no visizplatītākajām lietojumprogrammām. Iegultās konstrukcijas parasti ietver atkļūdošanas vai programmēšanas porti, bet, ja savienotāji parasti netiek izmantoti (tikai ražošanai vai pakalpojumiem, kāpēc izmantot savienotājus)? Tādi kabeļi kā Tag-Connect (kā parādīts 5. attēlā) tehnoloģija var nodrošināt risinājumu ar mazāku formas koeficientu un zemākām izmaksām. Lai gan parasti to izmanto tikai kā testa punktus, spilventiņu masīvs jāņem vērā arī savienojumiem, kuru pamatā ir pogo-pin.
5. attēls: Tag-Connect Pogo-pin kabeļu tehnoloģija
PCB dizaina komplekts var palīdzēt
Mūsdienās daudzām CAD programmām ir 3D vizualizācija un mehānisks failu importēšanas / eksportēšanas atbalsts. Piemērs ir Solidworks Electrical (SWE). Tradicionāli CAD programma mehāniskai projektēšanai ir Solidworks elektriskie komplekti, kurus var viegli integrēt shematiski definētajā PCB un ar to saistītajos savienojumos. Dizaineru priekšrocības ietver elektriskās projektēšanas rīkus, kas var palīdzēt definēt savstarpējos savienojumus un ģenerēt kabeļu specifikācijas, elektroinstalācijas shēmas un pat failus, kurus var izmantot citās PCB projektēšanas programmās, lai palīdzētu tīkla sarakstos, vienlaikus nodrošinot pilnīgu sistēmas starpsavienojumu vizualizāciju. Lai gan daudzas PCB dizaina programmas ietver 3D vizualizācijas iespējas, dažas programmas ļauj mainīt failus, lai palīdzētu noteikt PCB formas (izmantojot 2D failus) un importēt komponentu iepakojumus (izmantojot 3D failus), kas var ievērojami palīdzēt pārbaudīt traucējumus un optimizēt savienotāju pozīciju.
Noslēgumā
PCB savienojuma dizains ir pilnībā atkarīgs no lietojumprogrammas, parasti sākot no lietotāja prasībām, ņemot vērā dizaina prasības un nosakot, vai ir nepieciešamas kādas īpašas funkcijas. Bieži tiek aizmirsts, ka jāņem vērā arī ražošanas prasības, lai nodrošinātu, ka to var izgatavot un samontēt ar saprātīgu vienkāršību un izmaksām.
Dažādu formu un izmēru PCB dizaina komplekti satur ar mehānismu saistītas funkcijas, kas var ievērojami palīdzēt samazināt dizaina atkārtojumu risku un optimizēt savienotāju izvietojumu.
