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選擇板對板連接器的完整指南
選擇板對板連接器的完整指南
該 PCB 包含多個連接器，可用于板對板連接或電纜組件。
任何曾經看過舊臺式計算機并拔下帶狀電纜的人都熟悉不起眼的排針。該連接器是一種簡單但有效的方式，可將兩塊板以堆疊方式連接在一起。事實上，它非常受歡迎，已被用于為 Arduino 和 Raspberry Pi 等流行平臺構建附加屏蔽板，這兩個平臺都在創客空間之外取得了成功。在最近與客戶的一次接觸中，我驚訝地看到他們如何堆疊多個 Raspberry Pi 板來運行一些關鍵設備，這表明板對板連接器在這些類型的模塊化系統中的重要性。
盡管排針很簡單，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/高頻系統或高壓/高功率系統的板對板連接器選項。這些連接器可以進入各種系統，從軍事設備到醫療設備。如果您正在為下一個硬件平臺采用模塊化設計方法，并且需要輕松地將多個板連接在一起，請考慮使用板對板連接器而不是電纜。市場上有許多具有成本效益的選擇，可以確保一系列系統中的信號完整性和堅固的設計。
多種類型的板對板連接器
板對板連接器有多種形狀和尺寸，可為多板PCB系統提供模塊化感覺。常見的板卡連接器種類很多，不同的廠商都有自己的產品線，一般屬于下面列出的類別之一：
排針：大多數設計人員都熟悉間距為 1 mm 的 1 排或 2 排排針排列。這種風格有多種變化，包括堆疊的排針。排針可以被遮蓋和鍵控（甚至是多鍵控），以確保連接板時引腳匹配。
夾層連接器：這種類型的板對板連接器以堆疊配置連接兩個平行印刷電路板。有許多夾層連接器樣式。請注意，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。實際上，它可以用于沿板邊緣的任何板對板連接，無論是定制的還是標準化的引腳排列。
背板連接器：這種類型的連接器值得擁有自己的類別，因為它需要適應高數據速率和非常堅固的結構。
標準化連接器：一些連接器可能會被開發以滿足非常特定的行業標準，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準組織包括 VITA（用于背板）、PCI-SIG（PCIe 卡）、IEEE（例如，用于夾層的 1386 標準）、JTAG、PC/104（方形柱式排針）等。
還有許多其他連接器不屬于上述類別之一。下圖顯示了屬于這些類別的一些典型產品的示例。
板對板連接器的一些示例。
上圖只是市場上所有不同板對板連接器的一個子集。顯然，這些連接器有許多變化，具有不同的引腳/焊盤數量、鍵/護罩樣式、安裝樣式（SMD 與通孔）和規格。當您瀏覽供應商的網站或通過零件搜索引擎進行過濾時，供應商將采用幾種不同的方式對其零件進行分類。
電氣應用
在這些不同類型的板對板連接器中，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。這主要是營銷說法，因為沒有對高速連接器、大功率連接器等的通用定義。一個重要的例外是背板連接器，它在 ANSI/VITA 標準中得到嚴格定義，其中特定樣式與不同的介質（銅、光纖或同軸電纜）。另一種高度標準化的連接器樣式是 IEEE 1386 夾層連接器。
堅固的應用
與許多其他組件一樣，供應商將以其產品針對特定行業，并嘗試針對這些行業中的特定應用。因此，您將看到板對板連接器的樣式，這些連接器在針對汽車、航空航天、工業系統或電力產品等領域時，可能會通過硬塑料屏蔽層進行高度加固。通常，您通?？梢哉业綐藴蔬B接器的加固版本，其引腳排列、安裝方式和間距與其不太堅固的版本相同。
選擇板對板連接器
現在我們可以看看選擇板對板連接器時要考慮的一些要點。首先，我們來看一些規格，然后我們可以考慮不同連接器樣式的優勢。
板對板連接器規格
板對板連接器有一些電氣規格，應考慮的不僅僅是連接器樣式：
間距和引腳數：除非您針對特定應用進行設計，或者您需要高速/高頻或大電流，否則您可能會首先查看連接器所需的間距/引腳數。憑借低功耗和低速信號，幾乎每個連接器都可以滿足您的電源要求，同時確保信號完整性。
功率處理：這通常被引用為每個引腳特定電壓下的電流。大多數連接器可以在典型應用電壓下處理幾安培。確保檢查電壓，因為通過電纜提供電源和數據是很常見的；您需要確保您的功率不超過額定電壓。
管理標準：任何有關連接器的行業標準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試和應用規范。確保檢查這些以確保您的連接器樣式符合要求。
環境等級：規格包括功率隨濕度循環、暴露于氣體和高溫測試的變化。這使您可以很好地了解連接器可用于確?？煽啃缘奈恢谩?span>
數據速率/頻率限制：對于高速數據通道，您會看到推薦的數據速率限制，供應商將通過廣泛的測試確定該限制。數據速率限制只是一個建議，您可能能夠在系統中克服這些限制。如果您打算違反數據速率/頻率規范，請務必徹底測試您的系統。
機械規格：高質量的板對板連接器數據表可能包含一些有關機械沖擊、振動、拉力或其他規格的數據，以幫助設計人員了解耐用性。請注意，這些可能會被列為測試結果，以符合某些行業標準。
外形尺寸：一些板對板連接器（如邊緣連接器）可能相當笨重。其他連接器專門設計為薄型，例如Hirose 的 BM20 系列薄型夾層連接器。注意系統中的外形尺寸和外殼要求。
Hirose 的 BM20 系列薄型板對板連接器最近在一些 SoM 上變得越來越流行。來自 BM20 數據表。
上一節中顯示的各種樣式可能是一個限制因素，因為您可能需要與現有系統連接，因此您無法自由選擇任何連接器。在許多情況下，首先要考慮一些電氣或機械限制，然后選擇您需要滿足配置文件/外殼要求的外形尺寸或連接器樣式。
如果您確實可以自由選擇連接器樣式和外形尺寸，則應考慮每種類型的連接器都有一些優勢。
一些板對板連接器樣式的優點
市場上有如此多樣式的板對板連接器，不可能對每種類型的連接器進行完整的比較。但是，對于不同的連接器樣式，有一些基本要點需要了解，這些樣式揭示了它們在不同系統中的優缺點。
邊緣連接器
邊緣連接器使用滑動觸點進行電氣連接，在重復連接后最終會磨損。磨損可能發生在卡側或插座側。如果電路板需要反復連接和移除，替代樣式可能是更好的選擇，因為其中許多將具有更長的接觸壽命。
我們可以看到這個邊緣連接器上的金觸點磨損。
全罩式或同軸式
一些連接器采用同軸式，可實現高功率傳輸，提供屏蔽，并為射頻系統提供優勢（見下文）。全罩式連接器是高功率應用的理想選擇，并且具有更高的額定電流，而不會在電路板上過大。這是一個比排針更好的選擇，排針的額定電流可能低至 1 A，而且沒有有用的高速/RF 數據。
薄型水平連接器樣式
您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，同時保持非常低的輪廓。這在需要訪問附加卡的低配置應用程序中是非常寶貴的。
這種邊緣連接器通常用于 PCIe 附加卡
排針塊
如果您不擔心高電流、高隔離或高精度信號完整性，可堆疊排針是為您的系統添加多級模塊化的好方法?？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。如果您需要在每個模塊上訪問數據，請確保引腳排列在整個引腳頭堆棧中匹配。
高速和高頻怎么樣？
在達到 Gbps/GHz 水平的高速/高頻率下，信號完整性成為選擇板對板連接器時需要考慮的重要一點。在數據表或制造商的支持頁面中查找以下一些指標：
阻抗：具有同軸拓撲結構的射頻連接器將具有指定的阻抗，因為它們需要與特定的系統阻抗連接。阻抗規格在規定的帶寬內有效，可能是 -3 dB 頻率。
S 參數數據：如果您想使用連接器進行任何類型的模擬，那么您將需要 S 參數數據。這對于 PAM4、SerDes 通道或更新的高速信號標準（PCIe、GDDR6 等）等技術非常重要，因為這些模擬是系統驗證的重要組成部分。
引腳對引腳隔離： RF 板對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。它們也往往更笨重。其中一些板對板連接器將具有可用的電纜連接器變體。