PCB無處“安放”？幾個工業(yè)PCB互連技能點，幫你解決！

眾所周知，PCB板設計是電子設計工程師必須具備的一項基本功，也是檢驗硬件工程師技術實力的試金石。不過，如果你希望在“畫板子”這種板級設計之外，還能夠向電子產(chǎn)品的系統(tǒng)級設計進階，那么PCB之間的互連設計，就成了一個必須掌握的技能點。

之所以要考慮PCB之間的互連，原因很好理解：如今電子系統(tǒng)日趨復雜，再考慮到系統(tǒng)擴展性的要求，想要將所有功能在一塊大PCB上實現(xiàn)顯然是不可能的，因此就需要化整為零，將不同的功能放在不同的PCB上來實現(xiàn)，再將這些“小”PCB相互連接起來構建完整的大系統(tǒng)。

但是這說起來容易，在實戰(zhàn)中，如何通過優(yōu)化的布局讓PCB各就其位，合理地安放在系統(tǒng)中，往往是一件令工程師困擾的麻煩事。在許多設備的機箱中，我們都能見到由于“無處安放”而被草草放置的PCB。

想要合理地“安放”好所用的PCB，讓它們各得其所，又能夠彼此可靠互連，這其中有不少技術問題要仔細考慮。

#1 首先，要充分考慮空間利用最大化的問題，這就要求在設計中盡可能使用高密度、緊湊型的互連解決方案。

#2 其次，也需要考慮互連方案的可擴展性，確保其能夠提供足夠多的產(chǎn)品選項以應對多樣化的設計需求，提供更大的設計靈活性。

#3 再有，現(xiàn)場的易裝配、可維修性也十分關鍵，這可以大大減少設備維護、檢修等成本和勞動強度，同時也有利于減少人員操作失誤的發(fā)生。

#4 此外，在工業(yè)等復雜環(huán)境的應用中，在EMC和安全防護方面通常還會有更高的要求。

#5 最后，最終設計的方案還需要考慮美觀、井然有序，并符合設計規(guī)范，這才是“工程師美學”的更高境界。

想要實現(xiàn)以上這些設計目標，就需要PCB方案產(chǎn)品來提供助力。今天，我們就來為大家介紹兩種常用且非常實用的解決方案：板對板連接器和模塊化的電子殼體。

板對板連接器

硬件工程師對板對板連接器一定不會陌生，與其他連接器相比，板對板連接器無需線纜，通過針腳直接將PCB板連接在一起，讓電源、信號與數(shù)據(jù)的傳輸鏈路更短，設計也更為緊湊，因此其在低功耗、信號完整性、小型化設計等方面發(fā)揮著不可替代的作用。同時，板對板連接器對于實現(xiàn)功能擴展、提升設計靈活性、優(yōu)化系統(tǒng)成本等也大有裨益。

總而言之，板對板連接器能夠在有限的空間內(nèi)，讓不同PCB之間的連接更加“隨心所欲”，以避免出現(xiàn)PCB難于“安放”的尷尬問題。

Phoenix Contact的FINEPITCH系列產(chǎn)品就是一個優(yōu)秀的板對板連接器系列。該系列中0.8mm和1.27mm間距的產(chǎn)品，數(shù)據(jù)傳輸速率高達16Gbps，額定測試電壓為500VAC，工作溫度范圍-55°C至+125°C，能夠?qū)崿F(xiàn)在較小空間內(nèi)的信號和數(shù)據(jù)傳輸，非常適合于工業(yè)PCB連接。

圖1：FINEPITCH系列板對板連接器

（圖源：Phoenix Contact）

FINEPITCH系列板對板連接器之所以性能表現(xiàn)不俗，其中0.8mm版本采用的ScaleX雙面觸點系統(tǒng)更是功不可沒，該技術對于實現(xiàn)穩(wěn)定而靈活的PCB連接起到了關鍵的作用。

圖2：ScaleX雙面觸點系統(tǒng)

（圖源：Phoenix Contact）

首先，ScaleX技術采用內(nèi)外雙觸頭設計，可實現(xiàn)孔式和針式兩種連接，即使在緊湊的空間內(nèi)也具有良好的抗振性能，確保了穩(wěn)固而可靠的連接。

其次，ScaleX觸點系統(tǒng)還有相當出色的“容錯”設計——其提供的公差補償功能，在配接時允許±0.7mm的中心偏移，以及2°/4°的傾斜度偏差，可有效防止殼體內(nèi)部觸頭因錯配造成的損壞，令連接器更加堅固耐用。

圖3：ScaleX技術出色的公差補償功能

（圖源：Phoenix Contact）

此外，ScaleX觸點系統(tǒng)具有針式和孔式兩種連接方式，可實現(xiàn)不同的堆疊高度——0.8mm系列堆疊高度為6mm至12mm（未來會擴展到20mm），1.27mm系列堆疊高度在8mm到13.8mm之間，給用戶提供更多產(chǎn)品選項。同時，插配時針式連接器可完全插入孔式連接器，這時僅留最小的PCB板間距；而如果想增大板間距，針式連接器可露出接觸區(qū)域外最多1.5mm，且保始終留有至少0.9mm可靠的接觸區(qū)域，這樣的特性使其能夠在產(chǎn)品設計或應用場景發(fā)生變化時，提供足夠的互連靈活性。

圖4：ScaleX技術可擴展的堆疊高度支持更大的靈活性

（圖源：Phoenix Contact）

在上述這些共同的優(yōu)勢特性基礎上，F(xiàn)INEPITCH系列連接器0.8mm和1.27mm兩個子系列產(chǎn)品還各具特色，以滿足特定目標應用的要求。

0.8mm間距FINEPITCH連接器的一大特色，在于可以提供出色的EMC屏蔽性能。在該屏蔽型連接器的設計上，孔式連接器和針式連接器之間有很多屏蔽轉(zhuǎn)換點，可將干擾電流快速釋放，同時良好的焊接工藝確保了與PCB間的穩(wěn)固連接，將兩個外部觸頭同時接地，即可實現(xiàn)出色的屏蔽，防止信號干擾。

圖5：0.8mm FINEPITCH連接器具有出色的EMC屏蔽性能

（圖源：Phoenix Contact）

1.27mm系列產(chǎn)品的一大突出特點就是可以實現(xiàn)多種連接方式，包括夾層連接、共面連接、母板與子卡連接，以及采用扁平電纜的線對板連接，這使其可適應多樣化的互連需求，讓PCB的連接更為靈活。

圖6：1.27mm FINEPITCH連接器可實現(xiàn)多種連接

（圖源：Phoenix Contact）

由此可見，F(xiàn)INEPITCH系列這樣的板對板連接器，集PCB連接的可靠性、耐用型、靈活性于一身，可以幫助開發(fā)者在有限的空間內(nèi)將不同的PCB“安放”妥帖。這樣的解決方案在廣泛的工業(yè)應用中自然會大受歡迎。

模塊化的殼體系統(tǒng)

在人們傳統(tǒng)的認知中，電子設備的殼體主要的功能是對內(nèi)部的PCB和組件提供保護，使其免受外部環(huán)境的影響，同時也能夠防止人員受到電氣傷害。而實際上在保護功能之外，電子設備殼體還兼具互連的作用，是殼體內(nèi)部電路或模塊與外部系統(tǒng)相互連接的界面。

在復雜的控制系統(tǒng)（如PLC）中,如何通過殼體讓PCB與系統(tǒng)中其他組件完美地“融”為一體，而非成為“格格不入”的存在，是一個十分考驗工程師系統(tǒng)級設計能力的課題。面對這一挑戰(zhàn)，Phoenix Contact解決方案選擇的技術路徑是標準化和模塊化。

大家知道，在工業(yè)系統(tǒng)的設計中，DIN導軌由于為電氣組件提供了一種便捷的安裝方式，被廣泛應用并成為了行業(yè)標準，支持該標準的組件無需螺絲固定而是被“卡”在DIN導軌上，整個裝配過程十分簡便。由此，Phoenix Contact產(chǎn)生了一個殼體的設計思路：

開發(fā)出一種符合DIN導軌標準的殼體，這樣就能夠讓PCB和電子模塊像其他電氣組件一樣也被整齊地“安放”在DIN導軌上，并與其他外部功能模塊實現(xiàn)有序地連接；同時，在這個標準化設計的基礎上，再通過模塊化的設計，形成多功能、系列化的殼體產(chǎn)品，以適應不斷擴展的應用所需。

按照這一設計思路，Phoenix Contact打造出了ME-IO系列多功能電子模塊殼體。

圖7：ME-IO系列多功能電子模塊殼體

（圖源：Phoenix Contact）

ME-IO殼體系統(tǒng)的優(yōu)勢特性包括：

1. 采用正面接線，支持正面直插式連接，可輕松實現(xiàn)信號、數(shù)據(jù)和電源線的現(xiàn)場連接。

2. 接線密度高，腳距3.45mm和5.0mm，可提供4位和6位連接器，18.8mm的單個設備總寬度可實現(xiàn)多達54個接線位。

3. 提供三種模塊寬度（18.8mm、37.6mm和75.2mm），適用于多種應用場合。

4. 拆裝便捷，采用鎖放系統(tǒng)，可快速輕松地鎖緊和松開連接器，無需特殊工具和耗時的接線作業(yè)即可快速更換模塊。

5. 連接器和插座配備多種防插錯編碼元件，可提高插接接口時的可靠性。

6. 提供8位DIN導軌底部連接器，可輕松實現(xiàn)模塊間通信。

7. 借助模塊固定帶，可在有限空間內(nèi)對連接器進行任意機械分組，進一步簡化操作，提高效率。

想象一下，在有限的空間內(nèi)，將PCB置于ME-IO系列模塊化的殼體內(nèi)，安裝方便，連接便捷，兼顧安全和美觀，還能不斷擴展出新的殼體模塊滿足新的設計要求，這無疑可以將工業(yè)PCB互連設計提升到一個新境界！

本文小結(jié)

當硬件工程師將視野從PCB的板級設計擴展到整個產(chǎn)品或方案的系統(tǒng)級設計時，就會發(fā)現(xiàn)各個PCB的布局和安放，是繞不過去的一道坎兒。邁不過去，就會出現(xiàn)PCB“無處安放”的現(xiàn)象。

表面上這看似是一個設計“美觀”的問題，而深層次反應出的則是PCB互連設計上的短板。想要補齊這一短板，板對板連接器、模塊化的殼體系統(tǒng)都是不錯的解決方案。本文所介紹的Phoenix Contact提供的相關產(chǎn)品和方案，就是一個很好的例證。掌握了這些技能點，你的系統(tǒng)級設計水平，也能上一個新臺階！

相關技術資源 

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來源：貿(mào)澤電子