PCB용 커넥터 핀아웃 디자인 방법

위에 표시된 DVI 커넥터는 PCB에서 이 인터페이스를 사용하려면 구현해야 하는 매우 구체적인 핀배열을 가지고 있습니다. 전원, 접지 및 신호를 표준화된 인터페이스를 통해 제공하는 다른 모든 커넥터에도 동일하게 적용됩니다. Ethernet, USB, HDMI 및 많은 다른 프로토콜들은 다양한 장치 간의 상호 운용성을 보장하기 위해 사용해야 하는 특정 핀배열을 가지고 있습니다.

일반적인 프로토콜의 핀배열이 표준화되어 있지만, 맞춤형 핀배열을 설계할 수 있는 자유가 있는 경우도 있습니다. 보드 대 보드 연결이나 다른 보드에 대한 맞춤형 인터페이스를 설계한다고 가정해 보세요; 연결을 원하는 대로 설계할 자유가 있습니다. 그렇다면 이 작업을 정확히 어떻게 해야 하며, 커넥터 핀배열 설계에서 무엇을 주의해야 할까요? 이 글에서는 커넥터 주변의 중요한 설계 포인트 몇 가지를 살펴보겠습니다.

커넥터 핀배열 설계 시작하기

커넥터 핀배열 설계에서 고려해야 할 몇 가지 중요한 포인트는 다음과 같습니다:

• 연결해야 하는 길이는 얼마나 됩니까? 짧은 보드 대 보드 연결인가요, 아니면 긴 케이블을 통해 신호를 전송하고 있나요?
• 아날로그 신호의 경우 어떤 주파수를 사용하고 있습니까, 아니면 디지털 신호의 경우 신호 상승 시간은 얼마입니까?
• 차동 쌍을 라우팅하고 있습니까, 아니면 단일 종단 신호입니까?
• 특정 임피던스 목표를 달성해야 하나요, 아니면 연결이 짧아서 임피던스가 중요하지 않습니까?

흥미로운 점은 커넥터를 통한 라우팅이 PCB를 통한 라우팅과 크게 다르지 않다는 것입니다. 고속 PCB에서 볼 수 있는 것과 같은 신호 무결성 문제, 임피던스 불일치 문제, 신호 손실 문제가 발생할 수 있습니다.

핀아웃을 설계해본 적이 없거나, 왜 당신이 선호하는 개발 보드가 특정 핀아웃을 사용했는지 궁금하다면, 몇 가지 구체적인 경우를 분석해 보는 것이 도움이 됩니다. 지금은 다른 주파수와 신호 유형이 무엇을 의미하는지 살펴보고, 커넥터 핀아웃에 대한 좋은 설계 관행을 결정할 수 있습니다.

DC 연결

만약 두 개의 보드나 케이블을 통해 직류(DC)를 라우팅하는 것이 전부라면, 고려해야 할 주요 사항은 필요한 총 전류입니다. 핀 헤더와 같은 경량급 커넥터는 핀 당 작은 최대 전류(~1A가 일반적)를 수용할 수 있습니다. 주어진 전압에 더 많은 전류를 전달해야 한다면, 해당 전압은 여러 핀에 걸쳐 연결되어야 합니다. 또 다른 방법은 단일 커넥터를 통해 여러 전압을 라우팅하는 것이며, 이는 데스크탑 컴퓨터 전원 공급 장치에서 사용되는 접근 방식과 동일합니다.

DC 시스템용 커넥터 핀아웃은 상호 연결을 통해 접지 신호를 전달해야 합니다. 이 접지 신호는 기판상의 참조 평면이므로, 반환 전류를 전달해야 하므로 배선 크기와 전선 수를 적절히 고려해야 합니다. 특히 두 보드가 서로 다른 그리드 회로에 있고 일정 거리 이상으로 분리되어 있는 경우, 두 다른 접지를 연결하기 위해 GND 연결을 사용하려고 하지 않는 것이 좋습니다. 이는 전기 그리드의 다른 지점 사이에 자연스럽게 존재하는 DC 접지 오프셋 때문에 두 지점 사이에 너무 많은 전류를 운반하는 단락 회로를 만들어 케이블이 녹을 위험이 있습니다.

저주파/저속

이제까지 낮은 주파수와 낮은 속도가 모두 상대적임을 알아차렸기를 바랍니다: 중요한 것은 연결 길이와 임피던스가 필요한지 여부입니다. 저속 디지털 버스의 경우, 5-10 ns 범위에서는 연결이 충분히 짧고 커넥터 핀아웃에 최소 1개의 GND 라인을 포함한다면 크로스토크나 반사와 같은 것들에 대해 걱정하지 않아도 될 수 있습니다. 커넥터 핀아웃에 전력을 공급하는 경우 DC 커넥터에 대한 같은 규칙을 따르는지 확인하세요.

고핀 수의 핀 헤더나 긴 핀 라인을 가진 다른 커넥터에서는, 몇몇 신호들이 접지 핀으로부터 멀리 떨어져 있을 때 전자기 간섭(EMI)의 원천이 될 수 있습니다. 마찬가지로, 리본 케이블이나 다른 평평한 케이블을 사용하는 경우, 그러한 신호들은 더 쉽게 크로스토크를 받을 수 있습니다. 아래 예시는 일부 IO 사이에 접지가 끼워진 14핀 커넥터를 사용합니다. 핀 그룹 사이에 GND를 배치함으로써, GND는 노이즈에 대한 차폐를 제공하고 EMI를 차단하는 데 도움이 될 것입니다. 이 예시는 필요한 경우 긴 커넥터와 함께 사용할 수 있습니다. 보드 간 연결의 경우, 몇몇 GND 핀을 제거할 수 있으며, 거리가 매우 짧기 때문에 단순히 노이즈 관점에서 여전히 괜찮을 것입니다.

고주파/고속

고속/고주파 신호의 경우, 위의 핀 배치와 비슷한 것이 여전히 괜찮지만, 일반적으로 차동 쌍을 다루게 됩니다. 이 경우, 차동 쌍 간의 크로스토크를 방지하기 위해 접지 핀 쌍을 제공하는 것이 가장 좋습니다. 어떤 경우든, 더 많은 접지 핀은 더 많은 차폐를 제공하고 발생할 수 있는 임피던스 불일치를 최소화하는 데 도움이 되므로 좋은 선택입니다. GHz 범위와 같은 고주파수의 경우, 간단한 핀 헤더를 사용해서는 안 됩니다(적어도 사용해서는 안 됩니다). RF 신호의 경우 동축(U.FL) 커넥터가 가장 좋은 선택이며, 다른 신호와 전력은 각자의 커넥터를 통해 라우팅될 수 있습니다.

커넥터 선택하기

필요한 전류, 주파수/대역폭, 특정 신호 표준 또는 이 모든 것을 처리할 수 있는 커넥터를 찾고 있다면 시장에는 다양한 커넥터 옵션이 있습니다. 중요한 사양에 대한 데이터시트를 확인하세요; 또한 이 링크에서 Octopart의 가이드를 읽을 수 있습니다. 어떤 커넥터를 사용해야 할지 확실하지 않다면 커넥터 제조업체의 웹사이트로 이동하세요; 그들은 제품을 용도별로(고전류, RF/마이크로웨이브 등) 분류하여 디자인에 가장 적합한 구성 요소를 좁혀볼 수 있도록 합니다.

마지막으로, 구성 요소의 커넥터 핀배열을 정리할 때 쉬라우드와 핀 1에 주의하세요! 쉬라우드가 있는 두 커넥터 사이에서 사용자 정의 핀배열이 반대로 되는 경우가 놀랍도록 자주 발생하며, 완성된 보드에서 이를 수정할 방법이 없습니다; 대신 케이블을 다시 제작해야 합니다. 커넥터 핀배열을 올바르게 정의하고 있는지 확인하기 위해 커넥터를 직접 보는 것이 도움이 될 수 있는 경우입니다.

PCB용 커넥터를 선택하고 커넥터 핀아웃을 설계한 후에는 CircuitMaker와 같은 PCB 설계 프로그램을 사용하여 회로도를 구축하기 시작할 수 있습니다. 사용자는 커넥터 핀아웃에 대한 사용자 정의 회로도 기호를 생성할 수 있으며, 내장된 부품 데이터베이스에서 표준 커넥터를 찾을 수도 있습니다. 모든 CircuitMaker 사용자는 또한 Altium 365 플랫폼에서 개인 작업 공간에 접근할 수 있으며, 여기에서 설계 데이터를 클라우드에 업로드하고 저장하고, 안전한 플랫폼에서 웹 브라우저를 통해 프로젝트를 쉽게 볼 수 있습니다.

오늘 CircuitMaker 사용을 시작하세요 그리고 새로운 CircuitMaker Pro from Altium에도 주목하세요.