Wie entwirft man eine verdrehsichere Steckerbelegung?

Zachariah Peterson
|  Erstellt: October 10, 2021
Verdrehsichere Stiftleiste

Gelegentlich ist eine Verbindung von Platine zu Platine erforderlich, ein spezielles Kabel muss eingesetzt oder mehrere Leiterplatten sollen zusammengeschaltet werden. Kürzlich mussten wir bei einem Kundenprojekt Leiterplatten über einen großen Verteiler vernetzen und dabei sicherstellen, dass das Flachbandkabel immer richtig eingesteckt wird, egal wie der Installateur es anordnen würde. Manchmal muss man ein Design narrensicher machen, um zu vermeiden, dass ein einfacher Fehler nicht das ganze System lahmlegt. Verpolungssichere Steckverbinder sind eine geeignete Methode, dafür zu sorgen, dass Ihre Verbindung immer korrekt hergestellt wird.

Nicht alle Steckverbinder lassen sich mit einer verdrehsicheren Pinbelegung versehen. Wenn Sie jedoch eine gehäuselose Stiftleiste haben und sicherstellen müssen, dass in jeder Ausrichtung eine korrekte Verbindung entsteht, sollten Sie die folgenden Design-Tipps beachten:

Verdrehsichere Pinbelegung

Wann sollten Sie eine verdrehsichere Pinbelegung verwenden? Es gibt einige spezielle Steckverbindertypen und verschiedene Situationen, in denen es sinnvoll ist, diese Art der Pinbelegung zu verwenden. Dazu gehören:

  • Nicht kodierte Pinbelegung: Verdrehsichere Pinbelegungen sind nur anzuwenden, wenn der Steckverbinder von sich aus nicht kodiert ist, d. h., es ist kein Kodiermechanismus in der mechanischen Auslegung integriert.
  • Lineare Pinbelegung: Die meisten Pinbelegungen, die Sie verdrehsicher machen müssen, sind Reihenanordnungen, auch wenn sie mehrere Reihen haben können.
  • Verkettete Baugruppen: Wenn Sie Platinen mit Kabeln in einer linearen Topologie verketten („Daisy Chain“), sollten Sie unbedingt darauf achten, dass die Pinbelegung des Steckers verdrehsicher ausgelegt ist.

Es gibt noch weitere Situationen, in denen ein Verpolungsschutz für Steckverbinder erforderlich werden, und manchmal ist es schwer, diese vorherzusagen

Das Design beginnt bereits bei der Schaltplanerfassung und erfordert ein geeignetes Schaltplansymbol, um die Verbindungen zu definieren. Wenn Sie im Schaltplan arbeiten, orden Sie die Pins am besten so im Symbol an, dass sie mit dem Footprint übereinstimmen. Auf diese Weise können Sie klar erkennen, wie Sie die Pins belegen müssen, um ein verdrehsicheres Design zu gewährleisten. Für Stiftleisten oder Mezzanine-Steckverbinder gibt es unterschiedliche Ausführungen mit einreihigen und mehrreihigen Pinbelegungen.

Einreihige Pinbelegung

Der einfachste Fall einer Verdrehsicherung besteht darin, eine einreihige Pinbelegung zu halbieren und spiegelbildlich auszulegen (siehe unten). Die Pinbelegung der oberen Hälfte spiegelt die der unteren Hälfte, sodass die Stiftleiste verdrehsicher ist. Ein klarer Vorteil ergibt sich bei der Verkettung: Solange das Bauteil nicht kodiert ist, können Sie Platinen mit einem Flach- oder Flachbandkabel verketten und müssen keinen Gedanken daran verschwenden, wie sie die Stecker richtig anschließen, ohne die Flachbandleitung zu strapazieren.

Verdrehsichere Stiftleiste 1-reihig
Beispiel für eine verdrehsichere Pinbelegung mit einer einzelnen Reihe unter Verwendung von Phoenix Contact 1933260.

Im obigen Beispiel steht es Ihnen frei, Strom, Masse und Signale über mehrere Pins zu führen, aber Sie müssen die oben gezeigte Spiegelung erzwingen, wenn Sie die Pinbelegung verdrehsicher halten wollen. Die Verflechtung von Strom und Masse bei dieser Art der Pinbelegung (z. B. an jedem ganzzahligen Pin) sorgt für eine hohe Isolierung gegen externe Störungen und bietet gleichzeitig eine verdrehsichere Anschlussmöglichkeit. Der Nachteil ist jedoch die doppelte Anzahl an Stiften, die benötigt wird, um die Verdrehsicherheit der Verbindung zu gewährleisten.

Zweispaltige Anschlussbelegung

Nehmen wir an, dass wir statt einer einreihigen Pinbelegung, wie oben gezeigt, eine zweireihige Pinbelegung verwenden. Zweireihige Anschlussbelegungen sind nur geringfügig komplexer, da wir verdrehsichere Bedingungen über den Anschluss und entlang des Anschlusses (jeweils zwischen den Reihen) erzwingen müssen. Hier müssen Sie die Pinbelegung in Quadranten aufteilen, wobei jeder Quadrant dann in der gegenüberliegenden Ecke gespiegelt wird. Ein Beispiel für diese Art der verdrehsicheren Pinbelegung ist unten dargestellt.

Verdrehsichere Stiftleiste 2-reihig
Beispiel für eine verdrehsichere Pinbelegung mit zwei Spalten unter Verwendung von TE Connectivity 5-146256-5.

Hier haben wir ein ähnliches Problem: die Gesamtzahl der verfügbaren Verbindungen reduziert sich von 10 auf 5. Dies liegt daran, dass jeder Pin auf der linken Seite der Pinbelegung eine Spiegelung auf der rechten Seite erfordert. Man könnte argumentieren, dass das zweireihige Beispiel komplexer ist; es ist jedoch kompakter.

Anschlussbelegung mit drei oder mehr Spalten

Sobald Sie mit drei oder mehr Reihen arbeiten, kombinieren Sie im Grunde einreihige und zweireihige verdrehsichere Pinouts in einem einzigen Symbol und einer einzigen Grundfläche. Schauen Sie sich das folgende Beispielbauteil an: Diese 24-polige Stiftleiste hat zwei äußere Stiftreihen, die immer gespiegelt werden müssen. Der innere Satz könnte jedoch gänzlich frei von den äußeren Stiften sein. Mit anderen Worten, die mittlere Spalte könnte die Spiegelung bei einer einspaltigen Pinbelegung erzwingen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die mittlere Reihe so festzulegen, dass sie mit einigen der Stifte an den Rändern übereinstimmt.

Verdrehsichere Stiftleiste 3-reihig
Dieser dreireihige Steckverbinder (933824TS) hat vielleicht eine ungewöhnliche Pinbelegung, aber er kann verdrehsicher gestaltet werden.

Sollten Sie immer noch nicht vom Wert einer verdrehsicheren Steckerbelegung überzeugt sein, werfen Sie einfach einen Blick auf den USB-Typ-C-Stecker für Ihr Mobiltelefon. Wenn Sie das nächste Mal eine verdrehsichere Pinbelegung erstellen müssen, verwenden Sie die besten Design-Tools in CircuitMaker, der einfach zu bedienenden PCB-Design-Anwendung. Die Benutzer können auch schnell Footprints für Bauelemente erstellen und die erforderlichen Siebdruckmarkierungen anbringen. Alle CircuitMaker-Anwender haben außerdem Zugriff auf einen persönlichen Arbeitsbereich auf der Altium-365-Plattform, in den sie Designdaten hochladen und in der Cloud speichern sowie Projekte einfach über einen Webbrowser auf einer sicheren Plattform anzeigen können.

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Über den Autor / über die Autorin

Über den Autor / über die Autorin

Zachariah Peterson verfügt über einen umfassenden technischen Hintergrund in Wissenschaft und Industrie. Vor seiner Tätigkeit in der Leiterplattenindustrie unterrichtete er an der Portland State University. Er leitete seinen Physik M.S. Forschung zu chemisorptiven Gassensoren und sein Ph.D. Forschung zu Theorie und Stabilität von Zufallslasern. Sein Hintergrund in der wissenschaftlichen Forschung umfasst Themen wie Nanopartikellaser, elektronische und optoelektronische Halbleiterbauelemente, Umweltsysteme und Finanzanalysen. Seine Arbeiten wurden in mehreren Fachzeitschriften und Konferenzberichten veröffentlicht und er hat Hunderte von technischen Blogs zum Thema PCB-Design für eine Reihe von Unternehmen verfasst. Zachariah arbeitet mit anderen Unternehmen der Leiterplattenindustrie zusammen und bietet Design- und Forschungsdienstleistungen an. Er ist Mitglied der IEEE Photonics Society und der American Physical Society.

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