Como Projetar um Pinout de Conector Para Sua PCB

O conector DVI mostrado acima possui um esquema de pinos muito específico que deve ser implementado ao rotear um conector se você deseja usar essa interface na sua PCB. O mesmo se aplica a qualquer outro conector usado para fornecer energia, terra e sinais através de uma interface padronizada. Ethernet, USB, HDMI e muitos outros protocolos possuem um esquema de pinos específico que deve ser usado para garantir a interoperabilidade entre diferentes dispositivos.

Embora os esquemas de pinos para protocolos comuns sejam padronizados, há momentos em que você tem bastante liberdade para projetar um esquema de pinos personalizado. Suponha que você esteja projetando uma conexão de placa para placa ou uma interface personalizada para outra placa; você tem liberdade para projetar a conexão como achar melhor. Então, como exatamente você deve fazer isso, e o que você deve observar em um projeto de esquema de pinos de conector? Vamos passar por alguns dos pontos importantes de design em torno de conectores neste artigo.

Como Começar no Seu Projeto de Esquema de Pinos de Conector

Há vários pontos importantes a considerar no seu projeto de esquema de pinos de conector, tais como:

• Qual é o comprimento da conexão que você precisa fazer? É uma conexão curta de placa para placa, ou você está transmitindo sinais por um cabo longo?
• Com quais frequências você está trabalhando (para sinais analógicos), ou qual é o tempo de subida do sinal (para sinais digitais)?
• Está roteando pares diferenciais ou sinais de extremidade única?
• Você precisa atingir um alvo de impedância específico, ou a conexão é curta o suficiente para que a impedância não importe?

O que é interessante é que rotear sobre um conector não é muito diferente de rotear sobre uma PCB. Você pode ter os mesmos problemas de integridade de sinal, problemas de incompatibilidade de impedância e problemas de perda de sinal que você poderia ver em uma PCB de alta velocidade.

Se você nunca projetou um pinout, ou está se perguntando por que sua placa de desenvolvimento favorita usou um pinout específico, ajuda a analisar alguns casos específicos. Por agora, vou olhar o que acontece com diferentes frequências e tipos de sinal, e podemos determinar algumas boas práticas de design para um pinout de conector.

Conexões DC

Se você está apenas roteando DC entre duas placas ou por um cabo, a principal consideração é a corrente total que você precisa transportar. Conectores do tipo pin header e similares de baixa capacidade podem acomodar uma pequena corrente máxima por pino (~1 A é típico). Se você precisa transportar mais corrente para uma dada tensão, então essa tensão precisa ser distribuída por múltiplos pinos. Outra coisa que você pode fazer é rotear múltiplas tensões através de um único conector, que é a mesma abordagem usada em fontes de alimentação de computadores de mesa.

Os pinouts de conectores para sistemas DC devem transportar um sinal de terra ao longo da interconexão. Esteja atento a esse sinal de terra, pois ele é o plano de referência a bordo, e precisará transportar uma corrente de retorno, então você deve dimensionar a fiação e o número de fios de acordo. É recomendado que você não tente usar uma conexão GND para interligar dois diferentes aterramentos em duas placas diferentes, especialmente se elas estão em circuitos de rede diferentes e separadas por alguma distância. Você corre o risco de criar um curto-circuito entre dois pontos que transporta tanta corrente que irá derreter o cabo. Isso ocorre devido ao deslocamento de terra DC que naturalmente existe entre diferentes pontos em uma rede elétrica.

Baixa Frequência/Baixa Velocidade

Espero que até agora você tenha percebido que baixa frequência e baixa velocidade são todos conceitos relativos: o que importa é o comprimento da conexão e se a impedância é necessária. Para um bus digital de baixa velocidade, algo na faixa de 5-10 ns, você pode não precisar se preocupar com coisas como diafonia ou reflexões, contanto que a conexão seja curta o suficiente e você inclua pelo menos 1 linha GND no layout dos pinos do conector. Certifique-se de que, se você estiver puxando energia para o layout dos pinos do conector, siga as mesmas regras aplicadas para conectores DC.

Em conectores com um alto número de pinos ou outros conectores com uma longa linha de pinos, alguns dos sinais serão uma fonte de EMI quando estiverem a uma longa distância de um pino de terra. Da mesma forma, esses sinais podem receber mais facilmente interferência por diafonia, especialmente se você estiver usando um cabo ribbon ou outro cabo plano. O exemplo abaixo usa um conector de 14 pinos que tem terra intercalado entre alguns IOs. Ao colocar GND entre grupos de pinos, o GND fornecerá blindagem contra ruídos e ajudará a bloquear a EMI. Este exemplo poderia ser usado com um conector longo, se necessário. Para uma conexão de placa a placa, você definitivamente poderia remover alguns dos pinos GND e ainda assim estaria bem do ponto de vista de ruído, simplesmente porque a distância é muito curta.

Frequência Alta/Velocidade Alta

Com sinais de alta velocidade/frequência, algo semelhante ao pinout acima ainda é aceitável, mas você normalmente estará trabalhando com pares diferenciais. Neste caso, é melhor fornecer pares de pinos de terra para prevenir a diafonia entre pares diferenciais. De qualquer forma, mais pinos de terra são seus amigos, pois eles fornecem mais blindagem e ajudam a minimizar quaisquer desajustes de impedância que possam surgir. Para altas frequências, como na faixa de GHz, você não deveria (ou pelo menos não deveria) usar um simples conector de pinos. Um conector coaxial (U.FL) seria a melhor escolha para o sinal RF, enquanto outros sinais e energia poderiam ser roteados por seu próprio conector.

Escolhendo Conectores

Se você precisa encontrar um conector que possa lidar com a corrente necessária, largura de banda/frequência, padrão de sinalização específico, ou tudo isso, existem muitas opções de conectores no mercado. Certifique-se de verificar as folhas de dados para as especificações importantes; você também pode ler um guia no Octopart por este link. Se você não tem certeza de qual conector deve usar, visite o site de um fabricante de conectores; eles rotulam seus produtos por aplicação (alta corrente, RF/micro-ondas, etc.) para que você possa restringir ao melhor componente para o seu design.

Por último, mas não menos importante, preste atenção em qualquer blindagem e no pino 1 quando você organizar o pinout do conector para seus componentes! Você ficaria surpreso com a frequência com que um pinout personalizado é invertido entre dois conectores com blindagem, e não há como corrigir isso em uma placa finalizada; você terá que reconstruir o cabo em vez disso. Essa é uma daquelas coisas em que pode ajudar ter os conectores à sua frente para garantir que você está definindo o pinout do conector corretamente.

Uma vez que você selecionou um conector para sua PCB e projetou o layout dos pinos do conector, você pode começar a construir esquemáticos usando um programa de design de PCB como o CircuitMaker. Os usuários podem criar símbolos esquemáticos personalizados para os layouts de pinos de seus conectores, ou você pode encontrar conectores padrão nas bases de dados de peças integradas. Todos os usuários do CircuitMaker também têm acesso a um espaço de trabalho pessoal na plataforma Altium 365, onde podem fazer upload e armazenar dados de design na nuvem, e visualizar projetos facilmente através de um navegador web em uma plataforma segura.

Comece a usar o CircuitMaker hoje e fique atento para o novo CircuitMaker Pro da Altium.