PCB板对板连接器的布局最佳实践

2021-07-02

PCB板对板连接器的布局最佳实践

使用单独的印刷电路板构建电子系统的优势之一是，由于采用模块化方法，因此可以轻松进行维修或改进。这对于经常添加内存或更换有缺陷的显卡的计算机尤其常见。只需将旧板更换为新板，您就可以重新开始营业。这个过程如此有效的原因是电路板通常设计有板对板连接器，可以轻松更换 PCB。

在电子系统中将电路板连接在一起的连接器通常并不复杂。但是，它们之间存在一些差异，具体取决于它们的应用程序，并且在将它们放置在布局中时遵循一些基本规则很重要。为了充分了解使用 PCB 板对板连接器的要求，让我们仔细看看它们是什么以及如何在您的下一个布局中使用它们。

用连接器互连电路板

板对板连接器或“接头”使 PCB 能够在不使用电线或线束的情况下连接在一起。一块板将有一个带针脚的连接器，而另一块板将有配套的插座。虽然这些连接器的变体可与线束一起使用，但它们板对板接头的主要优点是在两个电路板之间提供短而直接的连接。

板对板连接器有多种不同形式，具体取决于它们所连接的 PCB 的需求。它们采用不同的封装、安装方式和引脚间距。对于元件较高的电路板，设计人员可以选择相应较高的连接器。连接器将用于的应用也需要考虑。设计人员需要考虑连接器将传导的电流，并选择能够在不损坏的情况下维持该水平的接头。接下来，我们将深入研究这些可供您使用的连接器的不同变体。

像这样的接头用于板对板连接

不同类型的 PCB 板对板连接器

我们已经提到了可用的 PCB 板对板连接器在高度和封装样式方面的差异，但还有其他差异。以下是在它们之间进行选择时需要注意的四个主要连接器区域。

类型

板对板连接器的类型基于其包含接触针的塑料底座。连接器要么是插头、插座，要么是传统意义上的公头和母头。对于直角连接器，插头可以配置有直引脚或弯曲 90 度的引脚。这些连接器可以堆叠起来，以便在具有更高组件且需要在电路板之间有更大间隙的电路板上提升它们。当连接器被塑料覆盖时，它们被称为盒式接头，通常与带状电缆一起使用。这些接头由一个连接器上的凸起表面极化，该表面与其配对接头中的槽口相匹配。

技术

板对板连接器提供通孔和表面贴装引脚配置。通孔引脚提供了更强大的物理连接，对于在电路板的整个生命周期中不断插入和拔出的连接器非常有用。连接器引脚间距也可用于标准孔间距，使其非常适用于面包板或其他值。另一方面，表面贴装连接器可以更小，占用的电路板空间更小，成本更低。但是，它们不具有与通孔连接器相同的机械稳定性，这可能会给某些电路板带来问题，尤其是那些承受大量物理应力的电路板。

板对板连接器中使用的引脚有不同的电镀选项，包括铜、金、镍和银。根据需要连接的网络数量，接头还具有更多行的引脚。考虑连接器将承载的电流量并选择具有适当额定值的连接器也很重要。最后，虽然较小的引脚间距将允许您增加连接器引脚数，但它们也会导致电路板上的布线问题。您还需要考虑电路板的布线密度来选择连接器。

特征

还提供具有独特功能的板对板连接器，这些连接器专为电路板的特殊外壳制造或操作环境需求而设计。例如，某些接头采用“压合”设计，不需要焊接。其他连接器设计为气密密封或耐化学品，其他连接器配置有过滤器以阻止 EMI。一些接头还配备了锁定机制，以防止意外断开。

一旦您为您的设计选择了最佳的板对板连接器，下一步就是将接头整合到您的 PCB 布局中。

此类 PCB 布局设计规则可用于设置板对板连接器周围的间隙

使用连接器进行设计时的 PCB 布局策略和注意事项

系统内电路板配置的需求将决定如何将接头放置在每个单独的电路板上。以下是一些需要考虑的可能性：

需要相互平行的电路板将使用直排针进行堆叠。

需要水平并排的电路板将与直角接头连接。

需要彼此成直角定位的板将使用一个板上的直排针和另一块板上的直角配合连接器的组合。

放置接头时，请确保在接头周围留出足够的间隙，以便配合连接器正确就位而不会出现障碍物。您的 PCB 设计工具将对组件到组件的间距进行设计规则检查，如上图所示，您应该确保为您正在使用的接头正确设置它们。还要考虑 PCB 的测试和调试需求，并在接头附近留出足够的空间，以便技术人员在电路板上工作。此外，寻找可能未反映在库部件中的意外障碍物。如果您不小心，散热器、支架和其他电路板物体最终会成为障碍。

您应该非常小心的另一个区域是连接器的引脚。第一步是确保连接器封装中的引脚输出是您根据用于接头的原理图符号执行的。其次，检查并仔细检查两块板上的配对连接器是否具有相互匹配的引脚。确保您的丝印上有针号标记可以帮助进行此检查。您的 PCB 设计工具中还有一些其他功能也可以提供帮助，我们接下来将介绍这些功能。

Cadence Allegro 中的 3D 检查显示标题和另一个组件之间的碰撞

用于增强连接器放置和布线的设计工具功能

您正在使用的 PCB 设计工具将具有更多功能，可帮助放置板对板连接器，而不仅仅是常规设计规则检查。您应该使用的首要功能之一是可用的库工具和插件。这些将检查您的零件以确保您使用的是最新版本，并将您与在线元件供应商联系起来，以获取可帮助您进行设计的符号、封装、图像和其他零件信息。

另一个非常有用的功能是设计工具的 3D 查看功能。在上图中，您可以看到 Cadence Allegro PCB Editor 如何以 3D 方式显示布局。此外，它正在执行 3D 布局的 DRC，并显示另一部分与连接器冲突的错误情况。在电路板布局中使用 3D 工具的能力可以让您对部件与电路板其余部分的实际外观有一个急需的看法。

最后，提取机械数据以及其他系统布局将帮助您设计 PCB 板对板连接器，了解它们将如何与系统中的其余 PCB 即插即用。这将使您能够在构建原型之前发现潜在的障碍和冲突，并在产品开发过程中节省多次电路板旋转的时间和金钱。