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选择合适的“连接器”其实非常伤脑!

time : 2018-11-30

本文经苏公雨老师授权发布,转载自公众号电路设计技能(id:cirmall),如需转载,请联系上述公众号获取授权。以下为正文:

如果你工作的地方只有一个饭馆,吃饭是件很自然的事情,去吃就好了。当你的周围有几十家饭馆的时候,你每天最困扰的就变成了“我今天要吃什么呢?”

原因?选择性太多,可能性太多。

在我们的设计中也是如此,如果是一个所有的需求都定下来的项目,按照项目的需求去做是件非常直接的事情,但往往最折腾人的是什么呢?板子上的那些需要灵活性的地方。工程师要设计一款新的板卡,尤其是设计一款开发板的时候,最费时但又感觉没有多少技术含量、选不好还会让自己非常郁闷的环节是什么?  -  确定自己的板子上用什么连接器!

比如当初我们为小脚丫FPGA模块就伤尽了脑筋:

要让40个管脚的小脚丫FPGA核心板能够像孙猴子一样神通广大,那就得扩展啊,不仅要支持目前市场上主流的FPGA开发板能够支持的所有功能,支持所有高校的数字电路、微机原理与接口技术的试验,作为一款号称开源硬件的平台,那一定要接入当今市场上主流的开源平台生态系统 - Arduino、树莓派、PMOD,因为这些系统的配件、外设最容易买,这还不够 - 我们的理念是让初学者通过自己动手在PCB设计的成就感中迅速掌握全面的硬件设计技能,那还要方便地让工程师在我们的平台上扩展他自己的设计,且成本尽可能的低,能够支持的速度尽可能地高。

小脚丫FPGA通过合理的连接器要支持的生态系统

为此,我们的团队耗尽了无数的脑细胞,画了不下50遍的草稿,终于确定了小脚丫FPGA上的36个信号线、两个扩展板以及学习主板上的功能和相关的连接方式。

基于小脚丫fpga的扩展学习主板,支持所有的数字电路、微机原理教学试验

能够支持Arduino生态系统的小脚丫FPGA适配板

朋友们是否有过类似的体验?

再来看看这几年全球最火的开源平台树莓派:

树莓派3B的连接

你能想象这个团队为了这个系统支持哪些外设、保留哪些连接器、如何安放这些连接器废了多大劲么?

再看看下面的这款FPGA开发板 - 电源、调试、网络、RF、板板之间的连接,选哪些?放几个?放在哪里?如何放?

这种看起来没有多少技术含量(貌似我们的理论体系里都不学这些)的事情最需要综合性的系统设计能力。

我们先到贸泽的网站上看看有多少种不同的连接器吧:

是不是已经被这么多的分类,每个分类下这么多的型号给震惊了?要知道Mouser官网上列出来的只是Mouser被授权销售的供应商的部分产品而已。当然这些供应商应该也是我们电子行业主流的,参考这些厂商的产品已经能够满足我们的设计需求了。顺便说一下,多去这些供应商的网站上去转转,可以丰富自己对连接器的全面认识,就像你搬到一个新的地方去工作,最好先了解周围都有哪些饭馆,每个饭馆里都有哪些口味可供你选择。

Mouser官网上可以看到全球主流连接器的供应商,屏幕上的只是其中的一小部分

我们再来讲讲选用连接器的一些最基本的要点:

首先,日常对连接器认知的积累很重要(要见过大世面):

  • 平时多参加一些连接器厂商参与的一些技术研讨会、展会,收集整理一些这些供应商提供的精美的产品手册,有空的时候翻一翻,对他们的这些产品有一个大致的印象;

  • 多浏览一些连接器供应商的网站,这些供应商的名字可以从分销商的网站上获取,并根据分销商网站上的价格、库存信息等收藏关注一些跟自己项目相关的连接器的技术信息;

  • 各种场合会遇到一些设计得非常精致的板卡,拍一下图片,尤其是其用的连接器,如果你对上面的连接器有兴趣,可以通过查找其原理图、设计文档、BOM清单等查找到该连接器的型号及相应的技术信息;在观察的时候尤其要注意该板卡跟其它板卡之间的连接方式;

在设计板子的时候选择连接器需要注意以下的原则:

  • 满足功能的要求 - 根据你要连接的对象、根据系统需要的信号线的多少和性质;

  • 连接器注定是要成对的:一定要找到跟它匹配的另一半(插头配插座、插座配插头)或者连接电缆,如果你选中了一款插座,结果在加工以后找不到相应的插头或连接电缆,那这个插座也是没用的;

  • 满足空间的要求 - 连接器的大小要能够在板子的有限空间上放置,能方便同其它板卡或电缆进行连接,每个管脚之间的间距要根据空间以及安装的便捷性来选择,连接器的高度也有不同,比如小脚丫FPGA的扩展卡用的MiniPCIe的连接器就有多种不同的高度,这就要根据扩展板上的器件以及安装的需要选择最合适的一种;

  • 功率连接器要能满足能够承载最大电流的要求;

  • 满足速度的要求 - 对于高速的数据需要高速的连接器,尤其是需要差分走线的场合;

  • 安装便捷 - 视觉上能够识别并可以快速组装,不需要工具或者仅需要简单的工具就能够搞定;

  • 长期使用可靠,尤其是要放置“微动”这种最常见的故障,是否需要锁定机关?很多朋友遇到过USB插座没用几次就给插掉的情形吧?

  • 特殊的应用场景还要考虑到引脚之间的绝缘、坚固性、抗震性、耐水性等;

  • 价格 - 在考虑完以上的因素后就要看价格了,就像你下馆子,首先要找一个你能吃、喜欢吃、健康、干净的餐馆,满足这些情况的前提下,再考虑哪家相对便宜。

最后推荐几家我常关注的连接器厂商(排名不分先后):

  • TE Connectivity - www.te.com

  • Amphenol - www.amphenol.com 

  • Molex - www.molex.com

  • Samtec - www.samtec.com 

  • Molex - www.molex.com

  • Hirose - www.hirose.com




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