電子互連：在多板PCB系統(tǒng)中保持連接性

人們可能會(huì)認(rèn)為相互聯(lián)系在自然中比在技術(shù)中發(fā)生的更多，但是人類非常善于模仿其發(fā)明中的自然存在的思想。電子互連就是這樣一種鏡像。以蘑菇為例，說(shuō)明大量生物如何通過(guò)類似的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)相互聯(lián)系地發(fā)展。電子互連將努力實(shí)現(xiàn)類似的目的：在不影響單個(gè)電路自治的情況下提供系統(tǒng)連接。

當(dāng)今的電子產(chǎn)品通常在其設(shè)計(jì)中包含多個(gè)互連的印刷電路板（PCB）。如何將多板系統(tǒng)中的所有組件作為具有凝聚力的最終產(chǎn)品一起工作取決于選擇適合設(shè)計(jì)的連接器。

在本文中，我們將深入探討不同類型的PCB互連以及在下一個(gè)多板PCB項(xiàng)目中實(shí)現(xiàn)它們的一些最佳實(shí)踐。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)代的電子互連

當(dāng)考慮使用多板系統(tǒng)時(shí)，通常會(huì)遇到電子互連面臨的兩個(gè)或三個(gè)主要困難。這些因素往往受頻率和開(kāi)關(guān)速度限制，電流容量和工作溫度的影響。

信號(hào)完整性和熱導(dǎo)率考慮因素對(duì)于任何PCB系統(tǒng)設(shè)計(jì)都是至關(guān)重要的，并且要通過(guò)選定連接器的潛在彈性進(jìn)行工作，將需要精明的計(jì)劃和清晰的文檔。

多板PCB互連的類型

無(wú)論您打算創(chuàng)建堆疊在一起的垂直PCB塔，還是需要將多個(gè)板裝載到機(jī)架中以適合服務(wù)器，設(shè)計(jì)人員在可用連接器類型方面都有很多選擇。

標(biāo)準(zhǔn)板互連：公/母，引腳/插座接頭是最常見(jiàn)的板對(duì)板連接器類型。這些互連模塊價(jià)格低廉，非常適合面包板和Arduino套件。

背板連接器：典型的背板是沒(méi)有有源組件的PCB。它的主要目的是雙重的：為多板系統(tǒng)提供結(jié)構(gòu)完整性，并作為多個(gè)子板連接的表面。

卡邊緣連接器：邊緣連接器通常用作主板，背板或轉(zhuǎn)接卡上的擴(kuò)展插槽，其設(shè)計(jì)目的是與襯在另一塊板邊緣的導(dǎo)電跡線（例如PCI-e插槽）配合使用。

線對(duì)板：需要將電纜或電線連接到板上嗎？FFC（柔性薄膜電纜），FPC（柔性印刷電纜），高速內(nèi)部電纜互連和帶狀連接器只是其中的少數(shù)選擇。

Direct-soldered：想要將小型無(wú)線模塊連接到較大的板上？形通孔是一種創(chuàng)建PCB模塊的流行方法，可輕松將其焊接到其他板上。確保遵循焊接標(biāo)準(zhǔn)，例如IPC-A-610或J-STD-001。

多板PCB互連設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

既然我們已經(jīng)介紹了不同類型的PCB互連，那么讓我們看一下實(shí)現(xiàn)多板PCB設(shè)計(jì)時(shí)要考慮的一些一般設(shè)計(jì)技巧。

電磁兼容/電磁干擾

您在單板中考慮的相同的串?dāng)_，阻抗和其他EMI（電磁干擾）因素必須擴(kuò)展到多板系統(tǒng)。在開(kāi)始將這些板堆疊到PCB塔之前，請(qǐng)注意以下事項(xiàng)：

當(dāng)心共模。當(dāng)差分對(duì)的兩個(gè)支路長(zhǎng)度不同時(shí)，這種差異會(huì)在共模下產(chǎn)生縱向信號(hào)，從而使系統(tǒng)成為高效的天線。

避免意外的天線。在不可避免的情況下，請(qǐng)保持信號(hào)和返回電流緊密耦合，以減少發(fā)射。實(shí)際上，使整個(gè)堆棧上的所有信號(hào)層都緊密耦合到不間斷的參考平面。

將信號(hào)分開(kāi)。模擬（DC）和數(shù)字（AC） ，高速和低速電路應(yīng)始終保持分開(kāi)，并跨過(guò)多板堆的情況也是如此。請(qǐng)注意哪些走線是通過(guò)您的電路板布線的。

請(qǐng)記住，將電路板連接在一起的互連和過(guò)孔會(huì)改變系統(tǒng)的整體信號(hào)。您可以在此處閱讀更多有關(guān)降低PCB設(shè)計(jì)中EMI的技巧。

腐蝕

腐蝕對(duì)連接構(gòu)成直接風(fēng)險(xiǎn)。銅，鉛和鍍錫極易腐蝕。另一方面，金，銀，石墨和銅鎳合金具有很高的抗腐蝕能力。了解導(dǎo)致腐蝕的條件可以幫助您對(duì)連接和組件應(yīng)使用的材料類型做出明智的決定：

大氣：金屬接觸氧氣和水時(shí)，會(huì)發(fā)生氧化。腐蝕銅觸點(diǎn)，降低導(dǎo)電率，只需要空氣中的水分即可。

微動(dòng)：活動(dòng)部件的頻繁磨損，例如鍍錫開(kāi)關(guān)的擦拭動(dòng)作，會(huì)通過(guò)去除表面氧化物層并使底層材料受到氧化而引起腐蝕。

電鍍：有一個(gè)理由，要求有不同金屬的標(biāo)準(zhǔn)（MIL-STD-889）。當(dāng)兩種不同的金屬存在電解質(zhì)時(shí)（例如來(lái)自電池），耐蝕性較高的金屬的腐蝕速度比較弱的金屬（例如，金與錫接觸時(shí)的腐蝕速度更快）的腐蝕速度更快。

電解：在存在離子液體的情況下，相鄰痕跡之間可能會(huì)發(fā)生樹(shù)枝狀生長(zhǎng)。兩條走線之間的電位差將金屬條拉離每條走線，從而形成一個(gè)橋并導(dǎo)致短路。

大多數(shù)PCB設(shè)計(jì)主要關(guān)注配合連接器之間的大氣腐蝕和微動(dòng)。通過(guò)了解您的產(chǎn)品可能遇到的條件，可以更輕松地選擇材料。

真正降低連接風(fēng)險(xiǎn)：整體設(shè)計(jì)

連接性很重要，但多板PCB設(shè)計(jì)只是其中一個(gè)較大的難題。它采用整體設(shè)計(jì)方法，以確保每個(gè)板和組件可以一起安裝在3D外殼中，同時(shí)避免了EMI，熱約束和腐蝕的不利影響。