Guia Completo para Selecionar Conectores de Placa a Placa

Qualquer pessoa que já tenha olhado dentro de um computador desktop antigo e desconectado um cabo flat conhece o humilde conector de pinos. Este conector é uma maneira simples, mas eficaz, de conectar duas placas em uma disposição empilhada. De fato, é tão popular que foi usado para construir placas de expansão para plataformas populares como Arduino e Raspberry Pi, ambas tendo sucesso fora do espaço maker. Em um recente trabalho com um cliente, fiquei surpreso ao ver como eles haviam empilhado várias placas Raspberry Pi para operar alguns equipamentos críticos, o que mostra a importância dos conectores de placa a placa nesses tipos de sistemas modulares.

Embora os conectores de pinos sejam simples, isso não significa que não sejam úteis. No entanto, eles não são a única opção, e existem muitas opções de conectores de placa a placa para sistemas de alta velocidade/frequência ou para sistemas de alta tensão/potência. Esses conectores encontram seu caminho em sistemas tão diversos quanto equipamentos militares e equipamentos médicos. Se você está adotando uma abordagem de design modular para sua próxima plataforma de hardware e precisa conectar várias placas facilmente, considere os conectores de placa a placa em vez de cabos. Há muitas opções com bom custo-benefício no mercado que podem garantir integridade de sinal e design robusto em uma gama de sistemas.

Os Vários Tipos de Conectores de Placa a Placa

Os conectores de placa a placa vêm em uma variedade de formas e tamanhos para dar uma sensação modular a um sistema PCB multi-placas. Existem muitos tipos de conectores de placa comuns, e diferentes fornecedores têm suas próprias linhas de produtos que geralmente se enquadram em uma das categorias listadas abaixo:

• Conectores de pinos: A maioria dos projetistas está familiarizada com a disposição de conectores de pinos de 1 linha ou 2 linhas com passo de 1 mm. Existem variações neste estilo, incluindo conectores de pinos empilhados. Os conectores de pinos podem ser protegidos e chavetados (até multi-chavetados) para garantir que os pinos correspondam quando as placas são conectadas. 

• Conectores mezanino: Este tipo de conector de placa a placa une duas placas de circuito impresso paralelas em uma configuração empilhada. Existem muitos estilos de conectores mezanino. Note que um conector de pinos pode ser usado como um conector mezanino. 

• Conectores de borda: Este estilo de conector é mais conhecido por seu uso em módulos de RAM e COMs/SoMs. Realmente, pode ser usado para qualquer conexão de placa a placa ao longo de uma borda da placa, seja com um pinout personalizado ou padronizado. 

• Conectores de backplane: Este tipo de conector merece sua própria categoria, tanto pela necessidade de acomodar altas taxas de dados quanto pela construção muito robusta.

• Conectores padronizados: Alguns conectores podem ser desenvolvidos para atender a padrões industriais muito específicos além dos estilos de conectores de borda para cartões de expansão. Organizações de padrões que definiram estilos específicos de conectores incluem VITA (para backplanes), PCI-SIG (cartões PCIe), IEEE (por exemplo, padrão 1386 para mezanino), JTAG, PC/104 (conectores de pinos quadrados) e outros. 

Existem muitos outros conectores que não se enquadram em uma das categorias acima. A imagem abaixo mostra um exemplo de alguns produtos típicos que se enquadram nessas categorias.

A imagem acima é apenas um subconjunto de todos os diferentes conectores de placa para placa disponíveis no mercado. Obviamente, existem muitas variações desses conectores com diferentes contagens de pinos/pads, estilos de chave/protetor, estilos de montagem (SMD vs. através de furo) e especificações. Quando você está procurando no site de um fornecedor ou filtrando através de um motor de busca de peças, existem algumas maneiras diferentes que os fornecedores categorizam suas peças.

Aplicação Elétrica

Dentro desses diferentes tipos de conectores de placa para placa, eles podem ser classificados como robustos, de alta velocidade, de alta frequência, de alta corrente/alta potência, ou alguma outra designação. Isso é em grande parte linguagem de marketing, pois não há uma definição universal de um conector de alta velocidade, conector de alta potência, etc. Uma exceção importante são os conectores de backplane, que são estritamente definidos nas normas ANSI/VITA, onde estilos específicos se pareiam com diferentes meios (cobre, fibra ou cabo coaxial). Outro estilo de conector altamente padronizado é o conector mezanino IEEE 1386.

Aplicação Robusta

Como acontece com muitos outros componentes, os fornecedores visam indústrias específicas com seus produtos e tentarão direcionar aplicações específicas nessas indústrias. Como resultado, você verá estilos de conectores de placa para placa que podem ser altamente robustecidos com blindagem de plástico duro, pois visam áreas como automotiva, aeroespacial, sistemas industriais ou produtos de energia. Em geral, você pode geralmente encontrar uma versão robustecida de um conector padrão que tem o mesmo layout de pinos, estilo de montagem e passo que sua variante menos robusta.

Selecionando Conectores de Placa para Placa

Agora podemos olhar para alguns pontos a considerar ao selecionar conectores de placa para placa. Primeiro, vamos olhar para algumas especificações, depois podemos pensar nas vantagens de diferentes estilos de conectores.

Especificações de Conectores de Placa para Placa

Conectores de placa para placa têm algumas especificações elétricas que devem ser consideradas além do estilo do conector:

• Distância entre pinos e quantidade de pinos: A menos que você esteja projetando para uma aplicação específica, ou precise de alta velocidade/frequência ou alta corrente, você provavelmente começará olhando para a distância entre os pinos/quantidade de pinos necessária no conector. Com baixa potência e sinalização de baixa velocidade, praticamente todo conector pode lidar com suas necessidades de energia enquanto garante a integridade do sinal.

• Capacidade de condução de energia: Isso é normalmente citado como corrente em uma tensão específica por pino. A maioria dos conectores pode lidar com alguns Ampères em tensões de aplicação típicas. Certifique-se de verificar a tensão, pois é comum fornecer tanto energia quanto dados através de um cabo; você vai querer garantir que sua energia não exceda a classificação de tensão.

• Padrão regulador: Qualquer padrão da indústria sobre conectores pode governar o fator de forma (alguns exemplos são discutidos acima), ou eles podem cobrir especificações de teste e aplicação. Certifique-se de verificar esses padrões para garantir que seu estilo de conector será compatível.

• Classificações ambientais: As especificações incluem variações de potência com ciclos de umidade, exposição a gases e testes em alta temperatura. Isso lhe dá uma boa ideia de onde o conector pode ser usado para garantir a confiabilidade.

• Limite de taxa de dados/frequência: Para canais de dados de alta velocidade, você verá um limite de taxa de dados recomendado, que o fornecedor determinará através de testes extensivos. Limites de taxa de dados são apenas uma recomendação, e você pode ser capaz de ultrapassá-los em seu sistema. Certifique-se de testar seu sistema completamente se planeja violar uma especificação de taxa de dados/frequência.

• Especificações mecânicas: Datasheets de conectores de placa-a-placa de alta qualidade podem incluir alguns dados sobre choque mecânico, vibração, força de tração ou outras especificações que ajudam um projetista a entender a robustez. Note que estes podem ser listados como resultados de testes destinados a cumprir com algum padrão da indústria.

• Fator de forma: Alguns conectores de placa-a-placa (como conectores de borda) podem ser bastante volumosos. Outros conectores são especificamente projetados para ter um perfil baixo, como a série BM20 de conectores mezanino de baixo perfil da Hirose. Fique atento ao fator de forma e aos requisitos de invólucro em seu sistema.

Os vários estilos mostrados na seção anterior podem ser um fator limitante, pois você pode precisar interagir com um sistema existente, então você não terá liberdade para escolher qualquer conector. Em muitos casos, a consideração começa com alguma restrição elétrica ou mecânica, seguida pela escolha do fator de forma ou estilo de conector que você precisa para atender aos seus requisitos de perfil/invólucro.

Se você tem liberdade para escolher seu estilo de conector e fator de forma, existem algumas vantagens em cada tipo de conector que devem ser consideradas.

Vantagens de Alguns Estilos de Conectores de Placa-a-Placa

Com tantos estilos de conectores de placa-a-placa no mercado, é impossível fornecer uma comparação completa entre cada tipo de conector. No entanto, existem alguns pontos básicos a entender sobre diferentes estilos de conectores que revelam suas vantagens ou desvantagens em diferentes sistemas.

Conectores de Borda

Conectores de borda utilizam contatos deslizantes para fazer uma conexão elétrica, e estes podem eventualmente se desgastar após repetidas conexões. O desgaste pode ocorrer no lado do cartão ou no lado do receptáculo. Se a placa precisar ser conectada e removida repetidamente, estilos alternativos podem ser uma escolha melhor, pois muitos destes terão um tempo de contato mais longo.

Estilo Totalmente Blindado ou Coaxial

Alguns conectores têm um estilo coaxial que permite uma transferência de energia alta, oferece blindagem e vantagens para sistemas de RF (veja abaixo). Conectores totalmente blindados são ideais para aplicações de alta potência e terão classificações de corrente muito mais altas sem serem excessivamente grandes na placa. Esta é uma opção melhor do que um cabeçalho de pinos, que pode ter uma classificação de corrente tão baixa quanto 1 A e sem dados úteis de alta velocidade/RF.

Estilos de Conectores Horizontais de Baixo Perfil

A orientação do seu conector pode permitir placas paralelas, mas a placa pode ser capaz de ser removida horizontalmente em vez de verticalmente. Por exemplo, o conector Hirose mostrado acima requer remoção vertical, mas existem conectores de borda e conectores mezanino que permitem inserção/remoção horizontal enquanto mantêm um perfil muito baixo. Isso pode ser inestimável em aplicações de baixo perfil onde um cartão adicional precisa ser acessado.

Blocos de Cabeçalho de Pinos

Se você não está preocupado com alta corrente, alta isolação ou integridade de sinal altamente precisa, cabeçalhos de pinos empilháveis são uma ótima maneira de adicionar múltiplos níveis de modularidade ao seu sistema. Blocos de cabeçalho de pinos podem ser selecionados de forma que sejam empilháveis, o que permite que vários cartões sejam colocados em um barramento ou permite que a energia seja fornecida a várias placas em paralelo. Se você precisa de acesso a dados em cada módulo, certifique-se de que os pinouts correspondam em toda a pilha de cabeçalhos de pinos.

E Sobre Alta Velocidade e Alta Frequência?

Em altas velocidades/frequências alcançando níveis de Gbps/GHz, a integridade do sinal torna-se um ponto importante a considerar ao selecionar conectores de placa para placa. Procure algumas das seguintes métricas em fichas técnicas ou nas páginas de suporte do seu fabricante:

• Impedância: Conectores RF com topologia coaxial terão uma impedância especificada, pois precisarão se conectar com uma impedância de sistema específica. A especificação de impedância é válida até a largura de banda declarada, que pode ser uma frequência de -3 dB.

• Dados de parâmetro-S: Se você deseja fazer qualquer tipo de simulação com seus conectores, então precisará de dados de parâmetro-S. Isso é bastante importante com tecnologias como PAM4, canais SerDes, ou novos padrões de sinalização de alta velocidade (PCIe, GDDR6, etc.) pois essas simulações são uma parte importante da validação do sistema.

• Isolamento pin-a-pin: Conectores RF de placa-a-placa podem ter todos os pinos completamente blindados, o que nem sempre ocorre com outros estilos de conectores. Esses conectores terão alta isolação e baixa contagem de pinos. Eles também tendem a ser mais volumosos. Alguns desses conectores de placa-a-placa terão variantes de conectores de cabo disponíveis.

Quando você precisar filtrar entre múltiplos fornecedores e encontrar tipos específicos de conectores de placa-a-placa, use os recursos avançados de busca e filtragem no Octopart. Os recursos de busca de componentes eletrônicos no Octopart podem ajudá-lo a escolher conectores por indústria, especificações técnicas, padrão de sinalização e muitos outros filtros para atender às suas necessidades. Você também pode acessar dados de preços de distribuidores, inventário de peças, especificações de peças e dados CAD, e tudo isso é livremente acessível em uma interface amigável. Confira nossa página de conectores para encontrar os componentes de que precisa.

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