PCB無(wú)處“安放”？幾個(gè)工業(yè)PCB互連技能點(diǎn)，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(shù)實(shí)力的試金石。不過(guò)，如果你希望在“畫(huà)板子”這種板級設計之外，還能夠向電子產(chǎn)品的系統級設計進(jìn)階，那么PCB之間的互連設計，就成了一個(gè)必須掌握的技能點(diǎn)。

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

但是這說(shuō)起來(lái)容易，在實(shí)戰中，如何通過(guò)優(yōu)化的布局讓PCB各就其位，合理地安放在系統中，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(jiàn)到由于“無(wú)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(shù)問(wèn)題要仔細考慮。

#1 首先，要充分考慮空間利用最大化的問(wèn)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，現場(chǎng)的易裝配、可維修性也十分關(guān)鍵，這可以大大減少設備維護、檢修等成本和勞動(dòng)強度，同時(shí)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(huì )有更高的要求。

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

想要實(shí)現以上這些設計目標，就需要PCB方案產(chǎn)品來(lái)提供助力。今天，我們就來(lái)為大家介紹兩種常用且非常實(shí)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(huì )陌生，與其他連接器相比，板對板連接器無(wú)需線(xiàn)纜，通過(guò)針腳直接將PCB板連接在一起，讓電源、信號與數據的傳輸鏈路更短，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(zhù)不可替代的作用。同時(shí)，板對板連接器對于實(shí)現功能擴展、提升設計靈活性、優(yōu)化系統成本等也大有裨益。

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

Phoenix Contact的FINEPITCH系列產(chǎn)品就是一個(gè)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，數據傳輸速率高達16Gbps，額定測試電壓為500VAC，工作溫度范圍-55°C至+125°C，能夠實(shí)現在較小空間內的信號和數據傳輸，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不俗，其中0.8mm版本采用的ScaleX雙面觸點(diǎn)系統更是功不可沒(méi)，該技術(shù)對于實(shí)現穩定而靈活的PCB連接起到了關(guān)鍵的作用。

圖2：ScaleX雙面觸點(diǎn)系統

（圖源：Phoenix Contact）

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

其次，ScaleX觸點(diǎn)系統還有相當出色的“容錯”設計——其提供的公差補償功能，在配接時(shí)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(shù)出色的公差補償功能

（圖源：Phoenix Contact）

此外，ScaleX觸點(diǎn)系統具有針式和孔式兩種連接方式，可實(shí)現不同的堆疊高度——0.8mm系列堆疊高度為6mm至12mm（未來(lái)會(huì )擴展到20mm），1.27mm系列堆疊高度在8mm到13.8mm之間，給用戶(hù)提供更多產(chǎn)品選項。同時(shí)，插配時(shí)針式連接器可完全插入孔式連接器，這時(shí)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域外最多1.5mm，且保始終留有至少0.9mm可靠的接觸區域，這樣的特性使其能夠在產(chǎn)品設計或應用場(chǎng)景發(fā)生變化時(shí)，提供足夠的互連靈活性。

圖4：ScaleX技術(shù)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，FINEPITCH系列連接器0.8mm和1.27mm兩個(gè)子系列產(chǎn)品還各具特色，以滿(mǎn)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換點(diǎn)，可將干擾電流快速釋放，同時(shí)良好的焊接工藝確保了與PCB間的穩固連接，將兩個(gè)外部觸頭同時(shí)接地，即可實(shí)現出色的屏蔽，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(diǎn)就是可以實(shí)現多種連接方式，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(xiàn)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(shí)現多種連接

（圖源：Phoenix Contact）

由此可見(jiàn)，FINEPITCH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(kāi)發(fā)者在有限的空間內將不同的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(huì )大受歡迎。

模塊化的殼體系統

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

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

大家知道，在工業(yè)系統的設計中，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(wú)需螺絲固定而是被“卡”在DIN導軌上，整個(gè)裝配過(guò)程十分簡(jiǎn)便。由此，Phoenix Contact產(chǎn)生了一個(gè)殼體的設計思路：

開(kāi)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(shí)現有序地連接；同時(shí)，在這個(gè)標準化設計的基礎上，再通過(guò)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殼體系統的優(yōu)勢特性包括：

1. 采用正面接線(xiàn)，支持正面直插式連接，可輕松實(shí)現信號、數據和電源線(xiàn)的現場(chǎng)連接。

2. 接線(xiàn)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(gè)設備總寬度可實(shí)現多達54個(gè)接線(xiàn)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(chǎng)合。

4. 拆裝便捷，采用鎖放系統，可快速輕松地鎖緊和松開(kāi)連接器，無(wú)需特殊工具和耗時(shí)的接線(xiàn)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(shí)的可靠性。

6. 提供8位DIN導軌底部連接器，可輕松實(shí)現模塊間通信。

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

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

本文小結

當硬件工程師將視野從PCB的板級設計擴展到整個(gè)產(chǎn)品或方案的系統級設計時(shí)，就會(huì )發(fā)現各個(gè)PCB的布局和安放，是繞不過(guò)去的一道坎兒。邁不過(guò)去，就會(huì )出現PCB“無(wú)處安放”的現象。

表面上這看似是一個(gè)設計“美觀(guān)”的問(wèn)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、模塊化的殼體系統都是不錯的解決方案。本文所介紹的Phoenix Contact提供的相關(guān)產(chǎn)品和方案，就是一個(gè)很好的例證。掌握了這些技能點(diǎn)，你的系統級設計水平，也能上一個(gè)新臺階！

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來(lái)源：貿澤電子