보드 대 보드 커넥터 선택을 위한 완벽 가이드

리본 케이블을 분리해 본 적이 있는 누구나 오래된 데스크탑 컴퓨터 안을 들여다본 경험이 있을 것입니다. 이 커넥터는 간단하지만 두 보드를 쌓아 올린 배열로 연결하는 효과적인 방법입니다. 사실, 이 커넥터는 아두이노와 라즈베리 파이와 같은 인기 있는 플랫폼에 추가 보드를 구축하는 데 사용되어 메이커 공간 외부에서도 성공을 거두었습니다. 최근 한 클라이언트와의 교류에서 그들이 중요한 장비를 운영하기 위해 여러 라즈베리 파이 보드를 쌓아 올린 것을 보고 이러한 모듈형 시스템에서 보드 간 커넥터의 중요성을 새삼 깨달았습니다.

핀 헤더가 간단하다고 해서 유용하지 않은 것은 아닙니다. 하지만, 핀 헤더만이 유일한 옵션은 아니며, 고속/고주파 시스템이나 고전압/고전력 시스템을 위한 다양한 보드 간 커넥터 옵션이 있습니다. 이러한 커넥터는 군사 장비부터 의료 장비에 이르기까지 다양한 시스템에 사용됩니다. 다음 하드웨어 플랫폼에 모듈형 디자인 접근 방식을 취하고 여러 보드를 쉽게 연결해야 한다면, 케이블 대신 보드 간 커넥터를 고려해 보세요. 시장에는 다양한 시스템에서 신호 무결성과 견고한 디자인을 보장할 수 있는 비용 효율적인 옵션이 많이 있습니다.

보드 간 커넥터의 다양한 유형

보드 간 커넥터는 다중 보드 PCB 시스템에 모듈형 느낌을 제공하기 위해 다양한 모양과 크기로 제공됩니다. 일반적인 보드 커넥터 유형이 많으며, 다양한 공급업체가 아래에 나열된 카테고리 중 하나에 일반적으로 속하는 자체 제품 라인을 가지고 있습니다:

• 핀 헤더: 대부분의 디자이너는 1mm 피치의 1열 또는 2열 핀 헤더 배열에 익숙합니다. 이 스타일에는 쌓인 핀 헤더와 같은 변형이 있습니다. 핀 헤더는 보드가 연결될 때 핀아웃이 일치하도록 보장하기 위해 쉬로우드(shrouded) 및 키드(keyed) (다중 키드 포함) 될 수 있습니다.

• 메자닌 커넥터: 이 유형의 보드 간 커넥터는 두 개의 평행한 인쇄 회로 보드를 쌓은 구성으로 연결합니다. 메자닌 커넥터 스타일이 많습니다. 핀 헤더가 메자닌 커넥터로 사용될 수 있다는 점을 참고하세요.

• 엣지 카드 커넥터: 이 스타일의 커넥터는 RAM 스틱과 COMs/SoMs에서의 사용으로 가장 잘 알려져 있습니다. 실제로, 맞춤형 또는 표준화된 핀아웃을 가진 보드 간 연결에 사용될 수 있습니다.

• 백플레인 커넥터: 이 유형의 커넥터는 높은 데이터 속도를 수용해야 하고 매우 견고한 구조를 가져야 한다는 점에서 자체 카테고리를 가질 만합니다.

• 표준화된 커넥터: 일부 커넥터는 추가 카드용 엣지 커넥터 스타일을 넘어 매우 특정한 산업 표준을 충족하기 위해 개발될 수 있습니다. 구체적인 커넥터 스타일을 정의한 표준 기구에는 VITA(백플레인용), PCI-SIG(PCIe 카드), IEEE(예: 메자닌용 1386 표준), JTAG, PC/104(사각형 포스트 핀 헤더) 등이 있습니다.

위의 카테고리 중 하나에 속하지 않는 다른 많은 커넥터들이 있습니다. 아래 이미지는 이러한 카테고리 내의 일부 전형적인 제품 예를 보여줍니다.

위 이미지는 시장에 나와 있는 다양한 보드 대 보드 커넥터의 일부에 불과합니다. 분명히, 이러한 커넥터에는 다양한 핀/패드 수, 키/쉬루드 스타일, 장착 스타일(SMD 대 스루홀), 그리고 사양 등에 있어 많은 변형이 있습니다. 공급업체의 웹사이트를 살펴보거나 부품 검색 엔진을 통해 필터링할 때, 공급업체들이 부품을 분류하는 몇 가지 다른 방법이 있습니다.

전기적 응용

이러한 다양한 유형의 보드 대 보드 커넥터 내에서, 그것들은 견고화된, 고속, 고주파, 고전류/고전력 또는 다른 지정과 같이 분류될 수 있습니다. 이것은 대부분 마케팅 용어이며 고속 커넥터, 고전력 커넥터 등의 보편적 정의는 없습니다. 중요한 예외는 백플레인 커넥터로, ANSI/VITA 표준에서 엄격하게 정의되어 있으며, 특정 스타일이 다른 매체(구리, 광섬유, 또는 동축 케이블)와 짝을 이룹니다. 또 다른 고도로 표준화된 커넥터 스타일은 IEEE 1386 메자닌 커넥터입니다.

견고한 응용

많은 다른 구성 요소와 마찬가지로, 공급업체들은 특정 산업을 대상으로 제품을 출시하고 그 산업 내 특정 응용 프로그램을 대상으로 할 것입니다. 그 결과, 자동차, 항공우주, 산업 시스템 또는 전력 제품과 같은 분야를 대상으로 하는 견고한 플라스틱 보호대가 있는 보드 대 보드 커넥터 스타일을 볼 수 있습니다. 일반적으로, 표준 커넥터의 견고화된 버전은 같은 핀아웃, 장착 스타일, 그리고 피치를 가지고 있습니다.

보드 대 보드 커넥터 선택

이제 보드 대 보드 커넥터를 선택하는 데 고려해야 할 몇 가지 포인트를 살펴볼 수 있습니다. 먼저 몇 가지 사양을 살펴본 다음, 다양한 커넥터 스타일의 장점에 대해 생각해 볼 수 있습니다.

보드 대 보드 커넥터 사양

보드 대 보드 커넥터는 커넥터 스타일 외에도 고려해야 할 몇 가지 전기 사양을 가지고 있습니다:

• 피치 및 핀 수: 특정 애플리케이션을 대상으로 설계하거나 고속/고주파 또는 고전류가 필요하지 않는 한, 커넥터에서 필요한 피치/핀 수를 먼저 살펴볼 것입니다. 저전력 및 저속 신호에서는 거의 모든 커넥터가 전력 요구 사항을 처리하면서 신호 무결성을 보장할 수 있습니다.

• 전력 처리: 이는 일반적으로 핀 당 특정 전압에서의 전류로 표시됩니다. 대부분의 커넥터는 일반적인 애플리케이션 전압에서 몇 암페어를 처리할 수 있습니다. 전력과 데이터를 모두 케이블을 통해 공급하는 것이 일반적이므로 전압을 확인하는 것이 중요합니다; 전력이 전압 등급을 초과하지 않도록 하고 싶을 것입니다.

• 관리 표준: 커넥터에 대한 산업 표준은 형태 요소(위에서 논의된 몇 가지 예가 있음)를 관리하거나 테스트 및 애플리케이션 사양을 다룰 수 있습니다. 커넥터 스타일이 준수될 것임을 보장하기 위해 이러한 사항을 확인해야 합니다.

• 환경 등급: 습도 순환에 따른 전력 변동, 가스 노출, 고온에서의 테스트를 포함한 사양입니다. 이는 커넥터를 사용하여 신뢰성을 보장할 수 있는 위치에 대한 좋은 아이디어를 제공합니다.

• 데이터 속도/주파수 한계: 고속 데이터 채널의 경우, 공급업체가 광범위한 테스트를 통해 결정한 권장 데이터 속도 한계를 볼 수 있습니다. 데이터 속도 한계는 단지 권장 사항이며, 시스템에서 이를 초과할 수도 있습니다. 데이터 속도/주파수 사양을 위반할 계획이라면 시스템을 철저히 테스트해야 합니다.

• 기계적 사양: 고품질 기판 간 커넥터 데이터시트에는 기계적 충격, 진동, 인출력 또는 디자이너가 견고함을 이해하는 데 도움이 되는 기타 사양에 대한 데이터가 포함될 수 있습니다. 이러한 사항은 일부 산업 표준을 준수하기 위한 테스트 결과로 나열될 수 있습니다.

• 형태 요소: 일부 기판 간 커넥터(예: 엣지 커넥터)는 상당히 크기가 클 수 있습니다. 다른 커넥터는 낮은 프로파일을 가지도록 특별히 설계되었습니다. 예를 들어 Hirose의 BM20 시리즈 저프로파일 메자닌 커넥터와 같습니다. 시스템에서 형태 요소와 인클로저 요구 사항을 주의 깊게 살펴보세요.

이전 섹션에서 보여준 다양한 스타일은 기존 시스템과 인터페이스해야 할 수도 있으므로 커넥터를 자유롭게 선택할 수 없는 제약 요소가 될 수 있습니다. 많은 경우, 고려 사항은 일부 전기적 또는 기계적 제약으로 시작하여 프로파일/인클로저 요구 사항을 충족하기 위해 필요한 형태 요소 또는 커넥터 스타일을 선택합니다.

커넥터 스타일과 형태 요소를 자유롭게 선택할 수 있다면, 각 유형의 커넥터가 가지는 몇 가지 장점을 고려해야 합니다.

일부 기판 간 커넥터 스타일의 장점

시장에는 많은 스타일의 기판 간 커넥터가 있어 모든 유형의 커넥터를 완전히 비교하는 것은 불가능합니다. 그러나 다양한 시스템에서의 장단점을 드러내는 다른 커넥터 스타일에 대해 이해해야 할 몇 가지 기본적인 사항이 있습니다.

엣지 커넥터

엣지 커넥터는 슬라이딩 접촉을 사용하여 전기적 연결을 만들며, 이러한 접촉은 반복적인 연결 후에 마모될 수 있습니다. 마모는 카드 측이나 수용 측에서 발생할 수 있습니다. 보드가 반복적으로 연결되고 제거될 필요가 있다면, 많은 경우 더 긴 접촉 수명을 가진 다른 스타일이 더 나은 선택일 수 있습니다.

완전히 둘러싸인 또는 동축 스타일

일부 커넥터는 고전력 전송을 가능하게 하고, 차폐를 제공하며, RF 시스템에 대한 이점을 제공하는 동축 스타일을 가지고 있습니다(아래 참조). 완전히 둘러싸인 커넥터는 고전력 응용 프로그램에 이상적이며, 보드에 과도하게 크지 않으면서 훨씬 더 높은 전류 등급을 가질 것입니다. 이는 1A 전류 등급을 가지고 있고 유용한 고속/RF 데이터가 없을 수 있는 핀 헤더보다 더 나은 옵션입니다.

저프로파일 수평 커넥터 스타일

커넥터 방향이 평행 보드를 허용할 수 있지만, 보드는 수직이 아닌 수평으로 제거될 수 있습니다. 예를 들어, 위에 표시된 Hirose 커넥터는 수직 제거가 필요하지만, 엣지 커넥터와 메자닌 커넥터는 매우 낮은 프로파일을 유지하면서 수평 삽입/제거가 가능합니다. 이는 추가 카드가 접근해야 하는 저프로파일 응용 프로그램에서 매우 귀중할 수 있습니다.

핀 헤더 블록

고전류, 고절연, 또는 매우 정밀한 신호 무결성에 대해 걱정하지 않는다면, 스택 가능한 핀 헤더는 시스템에 여러 수준의 모듈성을 추가하는 훌륭한 방법입니다. 핀 헤더 블록은 스택 가능하도록 선택될 수 있으며, 이를 통해 여러 카드를 버스에 배치하거나 여러 보드에 병렬로 전력을 공급할 수 있습니다. 모든 모듈에서 데이터 접근이 필요한 경우, 핀 헤더 스택 전체에서 핀아웃이 일치하는지 확인하세요.

고속 및 고주파에 대해서는 어떻게 할까요?

고속/고주파 수준에 이르는 Gbps/GHz 수준에서, 신호 무결성은 보드 간 커넥터를 선택할 때 고려해야 할 중요한 포인트가 됩니다. 데이터시트나 제조업체의 지원 페이지에서 다음과 같은 몇 가지 지표를 찾아보세요:

• 임피던스: 동축 토폴로지를 가진 RF 커넥터는 특정 시스템 임피던스와 인터페이스해야 하므로 지정된 임피던스를 가집니다. 임피던스 사양은 -3 dB 주파수일 수 있는 지정된 대역폭까지 유효합니다.

• S-파라미터 데이터: 커넥터와 함께 어떤 종류의 시뮬레이션을 하고 싶다면 S-파라미터 데이터가 필요합니다. PAM4, SerDes 채널 또는 PCIe, GDDR6 등과 같은 새로운 고속 신호 표준 기술에는 이러한 시뮬레이션이 시스템 검증의 중요한 부분이므로 매우 중요합니다.

• 핀 대 핀 격리: RF 보드 대 보드 커넥터는 모든 핀이 완전히 차폐될 수 있으며, 이는 다른 커넥터 스타일에서는 항상 그런 것은 아닙니다. 이러한 커넥터는 높은 격리와 낮은 핀 수를 가지며, 또한 더욱 덩치가 큽니다. 이러한 보드 대 보드 커넥터 중 일부는 사용 가능한 케이블 커넥터 변형을 가질 수 있습니다.

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