Trys pagrindiniai PCB jungčių tikslai yra:
1. PCB sujungimas: standi (arba lanksti) jungtis tarp dviejų PCB;
2. PCB kabelio jungtis: susietas laidinis ryšys išorinei periferinei įrangai;
3. PCB programavimo / derinimo jungtis: jungtis (arba bandymo taškų masyvas), naudojama derinimui ar programavimui, paprastai naudojama toms sritims kaip mikrovaldikliai arba lauko programuojami vartų masyvai (FPGAs)
Šių trijų rūšių PCB jungtys, visų formų jungtys ir funkcijos skirsis priklausomai nuo programos. Pirma, yra du pagrindiniai jungties montavimo prie PCB būdai: paviršiaus laikiklis ir per skylę. Žinoma, yra daug paviršiaus montavimo metodų, tačiau visais tikslais jungtis gali būti montuojama per kaiščius arba kaiščių pagalvėles. Dėl to atsiranda tam tikrų pradinių kompromisų, į kuriuos reikėtų atsižvelgti projektavimo procese.
Kompromisai, į kuriuos reikia atsižvelgti projektuojant
Jungčių montavimas per skyles suteikia daug naudos, tačiau pagrindinis privalumas paprastai yra stiprinti mechaninę jungtį. Taip yra todėl, kad kaiščiai / laidai eina per PCB ir paprastai lituojami į viršutinius ir apatinius sluoksnius. Priklausomai nuo paraiškos, tai gali būti labai svarbu, ypač kai patikimumas ir saugumas yra svarbiausi. Jei jis yra paprastas ir paprastas naudoti ir turi dažną naudojimo ciklą, per skylę ryšys tikrai suteiks didesnį patikimumą, o prietaiso pažeidimo galimybė laikui bėgant sumažės. Kitas svarbus privalumas per skylę komponentai yra tai, kad ji gali būti lengviau zonduoti ir pertvarkyti prototipų ar remonto.
Kita vertus, paviršiaus montavimo jungtys gali labai sutaupyti vietos plokštėje (nes komponentas yra tik lituojamas į vieną sluoksnį), ir priklausomai nuo programos, jis taip pat gali sutaupyti gamybos ir surinkimo išlaidas. Daugelis jungčių turi lygiavimo pranešimus, tačiau nereikia lituoti. Be to, paviršiaus montavimo jungtys dažnai gali apimti didesnį kaiščių skaičiaus tankį, o tai savo ruožtu gali padėti supakuoti daugiau signalų į mažesnį plotą ir sutaupyti vertingos lentos vietos, žr.
1 paveikslas: Per skylę (kairėje) ir paviršiaus montavimo (dešinėje) jungtis PCB
Kadangi plokštės erdvės taupymas ir tankio / tūrio optimizavimas yra įprastos gaminių kūrimo varomosios jėgos, daugelyje dizainų yra kelios standžios arba lanksčios tarpusavyje sujungtos plokštės. Šis metodas ne tik taupo lentos erdvę, bet ir sutaupo daugiau išlaidų. Pavyzdžiui, jei dizaine yra 256 pin rutulinio tinklelio masyvo (BGA) procesorius, kuriam reikia daugiau nei 10 sluoksnių (o tai labai padidina PCB gamybos sąnaudas), tačiau jis turi sąveikauti su daugeliu periferinių įrenginių / jungčių (gali prireikti tik dviejų sluoksnių arba keturių sluoksnių) ryšio sąsajos, būdas sutaupyti vietos ir išlaidų yra padalinti juos į du PCB: mažesnį įterptąjį PCB su daugiau nei 10 sluoksnių, ir kitą antrinį PCB, turintį tik keturis sluoksnius ir daugumą periferinių komponentų (pvz., Jungtis). Paprastai didelio tankio, didelio prisegimo skaičiavimo lentos ir lentos jungtis naudojama "MCU PCB" pritvirtinti prie "backplane PCB".
Jei tokie dalykai kaip ekranai ir mygtukai reikalauja daug palydovinių PCB, galima naudoti lanksčius ryšius. Dažnai vadinamas flex kabelis, tai yra įprasta LCD ir variklio jungtyse, ir paprastai padeda sumažinti lenkimo spindulį (kuris padeda padaryti struktūrą kompaktišką ir mažą) ir fizinį stresą, susijusį su surinkimu. Lankstus ryšys gali būti atskiras kabelis, įdėtas į jungtį, arba jis gali būti pagamintas tiesiogiai su PCB. 2 paveiksle parodytas fotoaparato objektyvas su daugybe (neprijungiamų) lanksčių kabelių jungčių, o 3 paveiksle parodytas skirtumas tarp "standžios lanksčios" PCB su integruotais lanksčiais kabeliais. Nors kartais sunku projektuoti ir priskirti tiekėjams, standaus lankstumo technologijos naudojimas gali labai padėti sutaupyti gamybos sąnaudų ir padaryti dizainą patikimesnį ir griežtesnį. Tačiau, kadangi šių dviejų PCB negalima fiziškai atskirti vienas nuo kito, standžiai lankstaus derinio surinkimas gali būti sudėtingesnis.
2 paveikslas: Fotoaparato objektyvo surinkimas su lanksčiu kabeliu
3 paveikslas: Standžiai lanksti PCB technologija
Apsvarstykite jungties taikymą
Priimdami kabelio ryšį kaip temą, greitai išspręskime kai kuriuos kitus svarbius klausimus. Viena tema yra paprastas naudojimas, o puikus pavyzdys yra standartinis USB prievadas.
Bėgant metams USB jungtys buvo patobulintos įvairiais būdais, įskaitant srovės talpą, signalo tankį ir grįžtamąsias nekryptines jungtis naudojant USB-C. Priešingai, jungtis su rodyklių klavišais, kuri leidžia tik į vieną pusę (pvz., Klasikinė USB 2.0 jungtis), padeda nukreipti vartotojus ir išvengti ryšio klaidų. Fiksavimo jungtys paprastai suteikia geresnę mechaninę atramą ir gali prireikti besisukančių kištukų (BNC jungčių) arba suspaudimo šliužų (RJ-45 tinklo kabelių). Iš esmės, jei jungtį reikia pakartotinai naudoti, paprastas naudojimas, žinoma, turėtų būti svarbiausias vartotojų prioritetas.
Kai kurioms programoms reikia didelės spartos, jautrių jungčių ilgesniais atstumais, todėl mes naudojame optinius pluoštus. Yra trys pagrindiniai optinio pluošto jungčių tipai: vieno režimo, daugiafunkcinis ir plastikinis optinis pluoštas (POF). Daugiamodės jungtys leidžia didesnį pralaidumą, tačiau dėl didelio sklaidos ir silpninimo greičio jie paprastai patiria nuostolių tolimųjų reisų programose, todėl idealiai tinka trumpoms LAN ryšio programoms. Vieno režimo veikia gerokai per ilgesnius atstumus, todėl idealiai tinka tokioms programoms kaip RF plačiajuostis ryšys (jūsų vietos kabelinė bendrovė). Be to, lygiagrečios duomenų magistralės per jungtis, tokias kaip periferinių komponentų jungtis (PCI), paprastai yra daug greitesnės nei nuosekliosios jungtys, pvz., USB (nors USB-C taip pat leidžia lygiagrečias jungtis). Programos greitis ir veikimas lems, kaip apibrėžti šias jungtis.
Dėl tam tikrų taikymo būdų, pvz., erdvėlaivių ir karinių, dėl atšiaurių darbo sąlygų ilgainiui gali padidėti paklausa. Tam tikros jungtys turi specialią apsaugą nuo elektromagnetinių trukdžių (EPI), elektrostatinės iškrovos (ESD), vibracijos ir (arba) drėgmės. Dizaineriams bendras sprendimas yra tai, ar jungtis turi būti apsaugota. Ekranuotos jungtys (padengtos tam tikru laidesniu metalu ir gali apimti EPI tarpiklius) gali užtikrinti aukštesnį apsaugos nuo kenksmingos spinduliuotės ir lokalizuotų magnetinių laukų lygį, tačiau paprastai yra stambesnės arba brangesnės nei neapsaugotos alternatyvos. Jungtys su kriauklėmis ir atitinkamais kaiščiais gali būti įžeminti, kad padėtų ESD įvesti žmogaus prisilietimu ar kitais vietiniais trumpalaikiais šaltiniais. Kai kurios jungtys netgi apima smūgius sugeriančius kontaktus, kurie padeda susidoroti su didelio poveikio ir didelio patikimumo programomis. Galiausiai, jungtys, kurias reikia apsaugoti nuo išorinės drėgmės, dažnai apima (arba leidžia naudoti) plombas. 4 paveiksle parodyti visi keturi iš šių bendrų jungčių svyravimų.
4 pav. :(LR) Ekranuotas nuolatinės srovės maitinimo lizdas, ekranuotas / įžemintas RJ-45 lizdas, vibracijai atspari lentos jungtis ir vandeniui atspari USB jungtis
Didelės apkrovos programoms jungties su didžiausia srove ar įtampos reitingu pasirinkimas taip pat gali pagreitinti projektavimo procesą. Kai kuriose jungtyse yra mišrūs signalų kaiščiai duomenims ir maitinimo ryšiams palaikyti. Paprastai maitinimo kaiščiai turi didesnę srovės galią ir gali būti storesni, o tai padeda išvengti dviejų atskirų maitinimo ir duomenų jungčių / kabelių naudojimo.
Kintamosios srovės įtampos programos taip pat gali paskatinti jungčių pasirinkimą ir reikalauti minimalių tarpų ar tarpų tarp kiekvieno kaiščio (priklausomai nuo maksimalios įtampos). Tai padeda išvengti lanko, kuris gali būti žalingas sistemai ir operatoriui. Jungtis visada išvardins vardinę galią. Projektuojant svarbu laikytis šių specifikacijų ir užtikrinti gerą maržą.
Galiausiai, kartais geriausias (ir pigiausias) sprendimas yra atskleisti jungtį ir tiesiog naudoti atviras varines pagalvėles spyruoklinei sąsajai. Pateikdamas mažesnį formos veiksnį, jis gali padėti sumažinti komponentų išlaidas ir palengvinti aptikimą (atsižvelgiant į PCB vietos lankstumą). Programavimo arba testavimo sąsaja yra viena iš labiausiai paplitusių programų. Įterptieji dizainai paprastai apima derinimo arba programavimo prievadus, bet jei jungtys paprastai nenaudojamos (tik gamybai ar aptarnavimui, kodėl reikia naudoti jungtis)? Kabeliai, pvz., Tag-Connect (kaip parodyta 5 paveiksle), technologija gali suteikti sprendimą su mažesniu formos koeficientu ir mažesnėmis sąnaudomis. Nors paprastai naudojamas tik kaip bandymo taškai, pado masyvas taip pat turėtų būti laikomas pogo-pin pagrindu veikiančiomis jungtimis.
5 paveikslėlis: Tag-Connect Pogo-pin kabelių technologija
PCB dizaino rinkinys gali padėti
Šiandien daugelis CAD programų turi 3D vizualizaciją ir mechaninį failų importavimo / eksporto palaikymą. Pavyzdys yra Solidworks Electric (SWE). Tradiciškai CAD programa mechaniniam projektavimui, yra elektros rinkiniai Solidworks, kurie gali būti lengvai integruoti su schematiškai apibrėžta PCB ir susijusių jungčių. Dizainerių privalumai yra elektriniai projektavimo įrankiai, kurie gali padėti apibrėžti sujungimus ir generuoti kabelių specifikacijas, laidų diagramas ir net failus, kurie gali būti naudojami kitose PCB projektavimo programose, kad padėtų netlistams, tuo pačiu užtikrinant visišką sistemos jungčių vizualizaciją. Nors daugelis PCB dizaino programų apima 3D vizualizacijos galimybes, kai kurios programos leidžia keistis failais, kad padėtų apibrėžti PCB figūras (per 2D failus) ir importuoti komponentų pakuotę (per 3D failus), o tai gali labai padėti patikrinti trikdžius ir optimizuoti jungčių padėtį.
Apibendrinant
PCB ryšio dizainas visiškai priklauso nuo taikymo, paprastai pradedant nuo vartotojo reikalavimų, atsižvelgiant į projektavimo reikalavimus ir nustatant, ar reikia kokių nors specialių funkcijų. Dažnai pamirštama, kad gamybos reikalavimai taip pat turi būti apsvarstyti siekiant užtikrinti, kad ją būtų galima pagaminti ir surinkti pakankamai paprastai ir nebrangiai.
Įvairių formų ir dydžių PCB dizaino rinkiniuose yra su mechanine susijusiomis funkcijomis, kurios gali žymiai padėti sumažinti projektavimo iteracijų riziką ir optimizuoti jungčių išdėstymą.
