Comment concevoir un schéma de brochage pour votre PCB

Le connecteur DVI illustré ci-dessus possède un agencement de broches très spécifique qui doit être implémenté lors du routage d'un connecteur si vous souhaitez utiliser cette interface sur votre PCB. Il en va de même pour tout autre connecteur utilisé pour fournir de l'énergie, la masse et des signaux à travers une interface standardisée. Ethernet, USB, HDMI et de nombreux autres protocoles ont un agencement de broches spécifique qui devrait être utilisé pour garantir l'interopérabilité entre différents appareils.

Bien que les agencements de broches pour les protocoles communs soient standardisés, il existe des moments où vous avez beaucoup de liberté pour concevoir un agencement de broches personnalisé. Supposons que vous concevez une connexion de carte à carte ou une interface personnalisée vers une autre carte ; vous avez la liberté de concevoir la connexion comme bon vous semble. Alors, comment devriez-vous exactement procéder, et quels points faut-il surveiller dans la conception d'un agencement de broches de connecteur ? Nous allons passer en revue certains des points de conception importants concernant les connecteurs dans cet article.

Commencer Votre Conception d'Agencement de Broches de Connecteur

Il y a plusieurs points importants à considérer dans votre conception d'agencement de broches de connecteur, tels que :

• Quelle est la longueur de la connexion que vous devez réaliser ? S'agit-il d'une courte connexion de carte à carte, ou bien transmettez-vous des signaux sur un long câble ?
• Avec quelles fréquences travaillez-vous (pour les signaux analogiques), ou quel est le temps de montée du signal (pour les signaux numériques) ?
• Routez-vous des paires différentielles ou des signaux à terminaison unique ?
• Avez-vous besoin d'atteindre une impédance spécifique, ou la connexion est-elle assez courte pour que l'impédance n'ait pas d'importance ?

Ce qui est intéressant, c'est que le routage via un connecteur n'est pas très différent du routage sur un PCB. Vous pouvez rencontrer les mêmes problèmes d'intégrité de signal, de problèmes de discordance d'impédance et de problèmes de perte de signal que vous pourriez voir dans un PCB à haute vitesse.

Si vous n'avez jamais conçu de brochage, ou si vous vous demandez pourquoi votre carte de développement préférée a utilisé un brochage particulier, il est utile de décomposer certains cas spécifiques. Pour l'instant, je vais examiner ce qui se passe avec différentes fréquences et types de signaux, et nous pouvons déterminer de bonnes pratiques de conception pour un brochage de connecteur.

Connexions DC

Si vous routez simplement du courant continu entre deux cartes ou via un câble, la principale considération est le courant total que vous devez transporter. Les connecteurs à broches et autres connecteurs de faible puissance peuvent accueillir un petit courant maximal par broche (~1 A est typique). Si vous avez besoin de transporter plus de courant pour une tension donnée, alors cette tension doit être répartie sur plusieurs broches. Une autre chose que vous pouvez faire est de router plusieurs tensions à travers un seul connecteur, ce qui est la même approche utilisée dans les alimentations d'ordinateurs de bureau.

Les schémas de brochage pour les systèmes à courant continu devraient transporter un signal de masse le long de l'interconnexion. Soyez attentif à ce signal de masse car c'est le plan de référence à bord, et il devra transporter un courant de retour, donc vous devriez dimensionner le câblage et le nombre de fils en conséquence. Il est recommandé de ne pas essayer d'utiliser une connexion GND pour relier deux terres différentes sur deux cartes différentes, surtout si elles sont sur des circuits de réseau différents et séparées sur une certaine distance. Vous risquez de créer un court-circuit entre deux points qui transporte tellement de courant qu'il fera fondre le câble. Cela se produit en raison du décalage de masse en courant continu qui existe naturellement entre différents points dans un réseau électrique.

Fréquence Basse/Vitesse Basse

Espérons que vous avez maintenant compris que la basse fréquence et la basse vitesse sont toutes relatives : ce qui compte, c'est la longueur de la connexion et si une impédance est nécessaire. Pour un bus numérique à basse vitesse, quelque chose dans la gamme de 5-10 ns, vous pourriez ne pas avoir à vous soucier de choses comme le diaphonie ou les réflexions tant que la connexion est assez courte et que vous incluez au moins 1 ligne GND dans le brochage du connecteur. Assurez-vous, si vous tirez de l'énergie dans le brochage du connecteur, que vous suivez les mêmes règles que pour les connecteurs DC.

Sur les connecteurs à grand nombre de broches ou d'autres connecteurs avec une longue ligne de broches, certains des signaux seront une source d'EMI lorsqu'ils sont à une grande distance d'une broche de masse. De même, ces signaux peuvent plus facilement recevoir du diaphonie, surtout si vous utilisez un câble ruban ou un autre câble plat. L'exemple ci-dessous utilise un connecteur à 14 broches qui a la masse intercalée entre certains IOs. En plaçant la GND entre groupes de broches, la GND fournira une protection contre le bruit et aidera à bloquer l'EMI. Cet exemple pourrait être utilisé avec un connecteur long si nécessaire. Pour une connexion de carte à carte, vous pourriez définitivement retirer certaines des broches GND et vous devriez toujours être correct du point de vue du bruit simplement parce que la distance est si courte.

Haute Fréquence/Haute Vitesse

Avec des signaux à haute vitesse/haute fréquence, une disposition des broches similaire à celle mentionnée précédemment est toujours acceptable, mais vous travaillez généralement avec des paires différentielles. Dans ce cas, il est préférable de fournir des paires de broches de masse pour éviter le diaphonie entre les paires différentielles. Dans tous les cas, avoir plus de broches de masse est avantageux car elles offrent plus de blindage et aident à minimiser les éventuels désaccords d'impédance qui pourraient survenir. Pour les hautes fréquences, comme dans la gamme des GHz, vous ne devriez pas (ou du moins vous ne devriez pas) utiliser un simple connecteur à broches. Un connecteur coaxial (U.FL) serait le meilleur choix pour le signal RF, tandis que les autres signaux et l'alimentation pourraient être acheminés via leur propre connecteur.

Choisir des Connecteurs

Si vous devez trouver un connecteur capable de gérer le courant requis, la fréquence/largeur de bande, un standard de signalisation spécifique, ou tout cela à la fois, il existe de nombreuses options de connecteurs sur le marché. Assurez-vous de vérifier les fiches techniques pour les spécifications importantes ; vous pouvez également lire un guide sur Octopart depuis ce lien. Si vous n'êtes pas sûr du connecteur à utiliser, rendez-vous sur le site web d'un fabricant de connecteurs ; ils classeront leurs produits par application (fort courant, RF/micro-ondes, etc.) afin que vous puissiez réduire le champ aux meilleurs composants pour votre conception.

En dernier lieu, mais non des moindres, faites attention à tout capot et au pin 1 lorsque vous organisez le brochage du connecteur pour vos composants ! Vous seriez surpris de voir à quelle fréquence un brochage personnalisé est inversé entre deux connecteurs capotés, et il n'y a aucun moyen de le corriger sur une carte finie ; vous devrez reconstruire le câble à la place. C'est l'une de ces choses où il pourrait être utile d'avoir les connecteurs devant vous pour vous assurer que vous définissez le brochage du connecteur correctement.

Une fois que vous avez sélectionné un connecteur pour votre PCB et conçu votre brochage de connecteur, vous pouvez commencer à construire des schémas en utilisant un programme de conception de PCB comme CircuitMaker. Les utilisateurs peuvent créer des symboles schématiques personnalisés pour leurs brochages de connecteurs, ou vous pouvez trouver des connecteurs standards dans les bases de données de pièces intégrées. Tous les utilisateurs de CircuitMaker ont également accès à un espace de travail personnel sur la plateforme Altium 365, où ils peuvent télécharger et stocker des données de conception dans le cloud, et facilement visualiser des projets via un navigateur web sur une plateforme sécurisée.

Commencez à utiliser CircuitMaker dès aujourd'hui et restez à l'écoute pour le nouveau CircuitMaker Pro d'Altium.