Guía completa para seleccionar conectores de placa a placa

Cualquiera que haya mirado dentro de una computadora de escritorio antigua y haya desconectado un cable de cinta está familiarizado con el humilde conector de pines. Este conector es una forma simple pero efectiva de conectar dos placas juntas en un arreglo apilado. De hecho, es tan popular que se ha utilizado para construir placas de expansión para plataformas populares como Arduino y Raspberry Pi, ambas de las cuales han tenido éxito fuera del espacio maker. En un compromiso reciente con un cliente, me sorprendió ver cómo habían apilado múltiples placas Raspberry Pi para ejecutar algunos equipos críticos, lo que muestra la importancia de los conectores de placa a placa en este tipo de sistemas modulares.

Aunque los conectores de pines son simples, eso no significa que no sean útiles. Sin embargo, no son la única opción, y hay muchas opciones de conectores de placa a placa para sistemas de alta velocidad/alta frecuencia, o para sistemas de alta tensión/alta potencia. Estos conectores se encuentran en sistemas tan diversos como equipos militares hasta equipos médicos. Si estás adoptando un enfoque de diseño modular para tu próxima plataforma de hardware y necesitas enlazar múltiples placas fácilmente, considera los conectores de placa a placa en lugar de cables. Hay muchas opciones rentables en el mercado que pueden garantizar la integridad de la señal y un diseño robusto en una gama de sistemas.

Los muchos tipos de conectores de placa a placa

Los conectores de placa a placa vienen en una variedad de formas y tamaños para dar una sensación modular a un sistema PCB de múltiples placas. Hay muchos tipos de conectores comunes de placa, y diferentes proveedores tienen sus propias líneas de productos que generalmente caen en una de las categorías enumeradas a continuación:

• Conectores de pines: La mayoría de los diseñadores están familiarizados con la disposición de conectores de pines de 1 fila o 2 filas con un paso de 1 mm. Hay variaciones en este estilo, incluyendo conectores de pines apilados. Los conectores de pines pueden estar protegidos y codificados (incluso con múltiples claves) para garantizar que los pines coincidan cuando las placas están conectadas.

• Conectores mezzanine: Este tipo de conector de placa a placa une dos placas de circuito impreso paralelas en una configuración apilada. Hay muchos estilos de conectores mezzanine. Note que un conector de pines puede usarse como un conector mezzanine.

• Conectores de borde de tarjeta: Este estilo de conector es más conocido por su uso en módulos de RAM y COMs/SoMs. Realmente, puede usarse para cualquier conexión de placa a placa a lo largo de un borde de la placa, ya sea con un diseño de pines personalizado o estandarizado.

• Conectores de backplane: Este tipo de conector merece su propia categoría, tanto por su necesidad de acomodar altas tasas de datos como por su construcción muy robusta.

• Conectores estandarizados: Algunos conectores pueden desarrollarse para cumplir con estándares industriales muy específicos más allá de los estilos de conectores de borde para tarjetas de expansión. Las organizaciones de estándares que han definido estilos de conectores específicos incluyen VITA (para backplanes), PCI-SIG (tarjetas PCIe), IEEE (por ejemplo, el estándar 1386 para mezzanine), JTAG, PC/104 (conectores de pines de poste cuadrado), y otros.

Hay muchos otros conectores que no caen en una de las categorías anteriores. La imagen a continuación muestra un ejemplo de algunos productos típicos que caen dentro de estas categorías.

La imagen de arriba es solo un subconjunto de todos los diferentes conectores de placa a placa disponibles en el mercado. Obviamente, hay muchas variaciones de estos conectores con diferentes cantidades de pines/pads, estilos de llave/cubierta, estilos de montaje (SMD vs. a través del orificio) y especificaciones. Cuando estás buscando en el sitio web de un proveedor o filtrando a través de un motor de búsqueda de partes, hay algunas formas diferentes en las que los proveedores categorizarán sus partes.

Aplicación Eléctrica

Dentro de estos diferentes tipos de conectores de placa a placa, pueden clasificarse como robustos, de alta velocidad, de alta frecuencia, de alta corriente/alta potencia, o alguna otra designación. Esto es en gran medida un lenguaje de marketing ya que no hay una definición universal de un conector de alta velocidad, conector de alta potencia, etc. Una excepción importante son los conectores de backplane, que están estrictamente definidos en los estándares ANSI/VITA, donde estilos específicos se emparejan con diferentes medios (cobre, fibra o cable coaxial). Otro estilo de conector altamente estandarizado es el conector mezzanine IEEE 1386.

Aplicación Robusta

Como es el caso con muchos otros componentes, los proveedores apuntarán a industrias específicas con sus productos e intentarán dirigirse a aplicaciones específicas en esas industrias. Como resultado, verás estilos de conectores de placa a placa que podrían ser altamente robustecidos con blindaje de plástico duro ya que se dirigen a áreas como la automotriz, aeroespacial, sistemas industriales o productos de potencia. En general, usualmente puedes encontrar una versión robustecida de un conector estándar que tiene el mismo diseño de pines, estilo de montaje y paso que su variante menos robusta.

Seleccionando Conectores de Placa a Placa

Ahora podemos mirar algunos de los puntos a considerar cuando seleccionamos conectores de placa a placa. Primero, veamos algunas especificaciones, luego podemos pensar en las ventajas de diferentes estilos de conectores.

Especificaciones de Conectores de Placa a Placa

Los conectores de placa a placa tienen algunas especificaciones eléctricas que deberían considerarse más allá del estilo del conector:

• Paso y número de pines: A menos que estés diseñando para una aplicación específica, o necesites alta velocidad/frecuencia o alta corriente, probablemente comenzarás mirando el paso/número de pines requerido en el conector. Con señalización de baja potencia y baja velocidad, casi todos los conectores pueden manejar tus requisitos de potencia mientras aseguran la integridad de la señal.

• Manejo de potencia: Esto normalmente se cita como corriente a un voltaje específico por pin. La mayoría de los conectores pueden manejar unos pocos Amperios a voltajes típicos de aplicación. Asegúrate de verificar el voltaje ya que es común suministrar tanto energía como datos a través de un cable; querrás asegurarte de que tu potencia no exceda la calificación de voltaje.

• Norma rectora: Cualquier estándar de la industria sobre conectores puede gobernar el factor de forma (algunos ejemplos se discuten arriba), o pueden cubrir especificaciones de pruebas y aplicación. Asegúrate de verificar estos para asegurar que tu estilo de conector sea conforme.

• Calificaciones ambientales: Las especificaciones incluyen variaciones de potencia con ciclos de humedad, exposición a gases y pruebas a alta temperatura. Esto te da una buena idea de dónde se puede usar el conector para asegurar la fiabilidad.

• Límite de tasa de datos/frecuencia: Para canales de datos de alta velocidad, verás un límite de tasa de datos recomendado, que el proveedor determinará mediante pruebas extensivas. Los límites de tasa de datos son solo una recomendación, y podrías ser capaz de superar estos en tu sistema. Asegúrate de probar tu sistema a fondo si planeas violar una especificación de tasa de datos/frecuencia.

• Especificaciones mecánicas: Las hojas de datos de conectores de placa a placa de alta calidad pueden incluir algunos datos sobre choque mecánico, vibración, fuerza de tracción u otras especificaciones que ayudan a un diseñador a entender la robustez. Nota que estos pueden estar listados como resultados de pruebas destinados a cumplir con algún estándar de la industria.

• Factor de forma: Algunos conectores de placa a placa (como los conectores de borde) pueden ser bastante voluminosos. Otros conectores están específicamente diseñados para tener un perfil bajo, como la serie BM20 de conectores mezzanine de bajo perfil de Hirose. Ten en cuenta el factor de forma y los requisitos de la carcasa en tu sistema.

Los diversos estilos mostrados en la sección anterior podrían ser un factor limitante ya que podrías necesitar interactuar con un sistema existente, por lo que no tendrás libertad para elegir cualquier conector. En muchos casos, la consideración comienza con alguna restricción eléctrica o mecánica, seguida por la elección del factor de forma o estilo de conector que necesitas para cumplir con tus requisitos de perfil/carcasa.

Si tienes libertad para elegir tu estilo de conector y factor de forma, hay algunas ventajas en cada tipo de conector que deben considerarse.

Ventajas de Algunos Estilos de Conectores de Placa a Placa

Con tantos estilos de conectores de placa a placa en el mercado, es imposible proporcionar una comparación completa entre cada tipo de conector. Sin embargo, hay algunos puntos básicos para entender sobre diferentes estilos de conectores que revelan sus ventajas o desventajas en diferentes sistemas.

Conectores de Borde

Los conectores de borde utilizan contactos deslizantes para hacer una conexión eléctrica, y estos pueden eventualmente desgastarse después de hacer conexiones repetidas. El desgaste puede ocurrir en el lado de la tarjeta o en el lado del receptáculo. Si la placa necesitará ser conectada y removida repetidamente, estilos alternativos pueden ser una mejor opción ya que muchos de estos tendrán un tiempo de vida de contacto más largo.

Estilo Totalmente Protegido o Coaxial

Algunos conectores tienen un estilo coaxial que permite una transferencia de alta potencia, proporciona blindaje y ventajas para sistemas RF (ver abajo). Los conectores totalmente protegidos son ideales para aplicaciones de mayor potencia y tendrán calificaciones de corriente mucho más altas sin ser excesivamente grandes en la placa. Esta es una mejor opción que un encabezado de pines, que puede tener una calificación de corriente tan baja como 1 A y sin datos útiles de alta velocidad/RF.

Estilos de Conectores Horizontales de Bajo Perfil

La orientación de tu conector puede permitir placas paralelas, pero la placa podría ser capaz de ser removida horizontalmente en lugar de verticalmente. Por ejemplo, el conector Hirose mostrado arriba requiere una extracción vertical, pero hay conectores de borde y conectores mezanine que permiten la inserción/extracción horizontal mientras mantienen un perfil muy bajo. Esto puede ser invaluable en aplicaciones de bajo perfil donde se necesita acceder a una tarjeta adicional.

Bloques de Encabezado de Pines

Si no te preocupa la alta corriente, alta aislación o la integridad de señal altamente precisa, los encabezados de pines apilables son una excelente manera de agregar múltiples niveles de modularidad a tu sistema. Los bloques de encabezado de pines pueden ser seleccionados de modo que sean apilables, lo que permite colocar múltiples tarjetas en un bus o permite proporcionar energía a múltiples placas en paralelo. Si necesitas acceso a datos en cada módulo, asegúrate de que los pinouts coincidan a lo largo del apilado de encabezado de pines.

¿Qué pasa con la Alta Velocidad y Alta Frecuencia?

A altas velocidades/frecuencias que alcanzan niveles de Gbps/GHz, la integridad de la señal se convierte en un punto importante a considerar al seleccionar conectores de placa a placa. Busca algunas de las siguientes métricas en hojas de datos o en las páginas de soporte de tu fabricante:

• Impedancia: Los conectores RF con topología coaxial tendrán una impedancia especificada ya que necesitarán interfaz con una impedancia de sistema específica. La especificación de impedancia es válida hasta el ancho de banda indicado, que podría ser una frecuencia de -3 dB.

• Datos de parámetros-S: Si quieres hacer algún tipo de simulación con tus conectores, entonces necesitarás datos de parámetros-S. Esto es bastante importante con tecnologías como PAM4, canales SerDes, o los nuevos estándares de señalización de alta velocidad (PCIe, GDDR6, etc.) ya que estas simulaciones son una parte importante de la validación del sistema.

• Aislamiento pin a pin: Los conectores de placa a placa RF pueden tener todos los pines completamente blindados, lo que no siempre es el caso para otros estilos de conectores. Estos conectores tendrán un alto aislamiento y un bajo número de pines. También tienden a ser más voluminosos. Algunos de estos conectores de placa a placa tendrán variantes de conectores de cable disponibles.

Cuando necesites filtrar entre múltiples proveedores y encontrar tipos específicos de conectores de placa a placa, utiliza las funciones avanzadas de búsqueda y filtrado en Octopart. Las funciones de motor de búsqueda electrónica en Octopart pueden ayudarte a elegir conectores por industria, especificaciones técnicas, estándar de señalización y muchos otros filtros para satisfacer tus necesidades. También puedes acceder a datos de precios de distribuidores, inventario de partes, especificaciones de partes y datos CAD, y todo está libremente accesible en una interfaz fácil de usar. Echa un vistazo a nuestra página de conectores para encontrar los componentes que necesitas.

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