PCB无处“安放”？几个工业PCB互连技能点，帮你解决！
众所周知，PCB板设计是电子设计工程师必须具备的一项基本功，也是检验硬件工程师技术实力的试金石。不过，如果你希望在“画板子”这种板级设计之外，还能够向电子产品的系统级设计进阶，那么PCB之间的互连设计，就成了一个必须掌握的技能点。
之所以要考虑PCB之间的互连，原因很好理解：如今电子系统日趋复杂，再考虑到系统扩展性的要求，想要将所有功能在一块大PCB上实现显然是不可能的，因此就需要化整为零，将不同的功能放在不同的PCB上来实现，再将这些“小”PCB相互连接起来构建完整的大系统。
但是这说起来容易，在实战中，如何通过优化的布局让PCB各就其位，合理地安放在系统中，往往是一件令工程师困扰的麻烦事。在许多设备的机箱中，我们都能见到由于“无处安放”而被草草放置的PCB。
想要合理地“安放”好所用的PCB，让它们各得其所，又能够彼此可靠互连，这其中有不少技术问题要仔细考虑。
首先，要充分考虑空间利用最大化的问题，这就要求在设计中尽可能使用高密度、紧凑型的互连解决方案。
其次，也需要考虑互连方案的可扩展性，确保其能够提供足够多的产品选项以应对多样化的设计需求，提供更大的设计灵活性。
再有，现场的易装配、可维修性也十分关键，这可以大大减少设备维护、检修等成本和劳动强度，同时也有利于减少人员操作失误的发生。
此外，在工业等复杂环境的应用中，在EMC和安全防护方面通常还会有更高的要求。
最后，最终设计的方案还需要考虑美观、井然有序，并符合设计规范，这才是“工程师美学”的更高境界。
想要实现以上这些设计目标，就需要PCB方案产品来提供助力。今天，我们就来为大家介绍两种常用且非常实用的解决方案：板对板连接器和模块化的电子壳体。
板对板连接器
硬件工程师对板对板连接器一定不会陌生，与其他连接器相比，板对板连接器无需线缆，通过针脚直接将PCB板连接在一起，让电源、信号与数据的传输链路更短，设计也更为紧凑，因此其在低功耗、信号完整性、小型化设计等方面发挥着不可替代的作用。同时，板对板连接器对于实现功能扩展、提升设计灵活性、优化系统成本等也大有裨益。
总而言之，板对板连接器能够在有限的空间内，让不同PCB之间的连接更加“随心所欲”，以避免出现PCB难于“安放”的尴尬问题。
Phoenix Contact的FINEPITCH系列产品就是一个优秀的板对板连接器系列。该系列中0.8mm和1.27mm间距的产品，数据传输速率高达16Gbps，额定测试电压为500VAC，工作温度范围-55°C至+125°C，能够实现在较小空间内的信号和数据传输，非常适合于工业PCB连接。
图1：FINEPITCH系列板对板连接器（图源：Phoenix Contact）
FINEPITCH系列板对板连接器之所以性能表现不俗，其中0.8mm版本采用的ScaleX双面触点系统更是功不可没，该技术对于实现稳定而灵活的PCB连接起到了关键的作用。
图2：ScaleX双面触点系统（图源：Phoenix Contact）
首先，ScaleX技术采用内外双触头设计，可实现孔式和针式两种连接，即使在紧凑的空间内也具有良好的抗振性能，确保了稳固而可靠的连接。
其次，ScaleX触点系统还有相当出色的“容错”设计——其提供的公差补偿功能，在配接时允许±0.7mm的中心偏移，以及2°/4°的倾斜度偏差，可有效防止壳体内部触头因错配造成的损坏，令连接器更加坚固耐用。
图3：ScaleX技术出色的公差补偿功能（图源：Phoenix Contact）
此外，ScaleX触点系统具有针式和孔式两种连接方式，可实现不同的堆叠高度——0.8mm系列堆叠高度为6mm至12mm（未来会扩展到20mm），1.27mm系列堆叠高度在8mm到13.8mm之间，给用户提供更多产品选项。同时，插配时针式连接器可完全插入孔式连接器，这时仅留最小的PCB板间距；而如果想增大板间距，针式连接器可露出接触区域外最多1.5mm，且保始终留有至少0.9mm可靠的接触区域，这样的特性使其能够在产品设计或应用场景发生变化时，提供足够的互连灵活性。
图4：ScaleX技术可扩展的堆叠高度支持更大的灵活性（图源：Phoenix Contact）
在上述这些共同的优势特性基础上，FINEPITCH系列连接器0.8mm和1.27mm两个子系列产品还各具特色，以满足特定目标应用的要求。
0.8mm间距FINEPITCH连接器的一大特色，在于可以提供出色的EMC屏蔽性能。在该屏蔽型连接器的设计上，孔式连接器和针式连接器之间有很多屏蔽转换点，可将干扰电流快速释放，同时良好的焊接工艺确保了与PCB间的稳固连接，将两个外部触头同时接地，即可实现出色的屏蔽，防止信号干扰。
图5：0.8mm FINEPITCH连接器具有出色的EMC屏蔽性能（图源：Phoenix Contact）
1.27mm系列产品的一大突出特点就是可以实现多种连接方式，包括夹层连接、共面连接、母板与子卡连接，以及采用扁平电缆的线对板连接，这使其可适应多样化的互连需求，让PCB的连接更为灵活。
图6：1.27mm FINEPITCH连接器可实现多种连接（图源：Phoenix Contact）
由此可见，FINEPITCH系列这样的板对板连接器，集PCB连接的可靠性、耐用型、灵活性于一身，可以帮助开发者在有限的空间内将不同的PCB“安放”妥帖。这样的解决方案在广泛的工业应用中自然会大受欢迎。
模块化的壳体系统
在人们传统的认知中，电子设备的壳体主要的功能是对内部的PCB和组件提供保护，使其免受外部环境的影响，同时也能够防止人员受到电气伤害。而实际上在保护功能之外，电子设备壳体还兼具互连的作用，是壳体内部电路或模块与外部系统相互连接的界面。
在复杂的控制系统（如PLC）中,如何通过壳体让PCB与系统中其他组件完美地“融”为一体，而非成为“格格不入”的存在，是一个十分考验工程师系统级设计能力的课题。面对这一挑战，Phoenix Contact解决方案选择的技术路径是标准化和模块化。
大家知道，在工业系统的设计中，DIN导轨由于为电气组件提供了一种便捷的安装方式，被广泛应用并成为了行业标准，支持该标准的组件无需螺丝固定而是被“卡”在DIN导轨上，整个装配过程十分简便。由此，Phoenix Contact产生了一个壳体的设计思路：
开发出一种符合DIN导轨标准的壳体，这样就能够让PCB和电子模块像其他电气组件一样也被整齐地“安放”在DIN导轨上，并与其他外部功能模块实现有序地连接；同时，在这个标准化设计的基础上，再通过模块化的设计，形成多功能、系列化的壳体产品，以适应不断扩展的应用所需。
按照这一设计思路，Phoenix Contact打造出了ME-IO系列多功能电子模块壳体。
图7：ME-IO系列多功能电子模块壳体（图源：Phoenix Contact）
ME-IO壳体系统的优势特性包括：
1. 采用正面接线，支持正面直插式连接，可轻松实现信号、数据和电源线的现场连接。
2. 接线密度高，脚距3.45mm和5.0mm，可提供4位和6位连接器，18.8mm的单个设备总宽度可实现多达54个接线位。
3. 提供三种模块宽度（18.8mm、37.6mm和75.2mm），适用于多种应用场合。
4. 拆装便捷，采用锁放系统，可快速轻松地锁紧和松开连接器，无需特殊工具和耗时的接线作业即可快速更换模块。
5. 连接器和插座配备多种防插错编码元件，可提高插接接口时的可靠性。
6. 提供8位DIN导轨底部连接器，可轻松实现模块间通信。
7. 借助模块固定带，可在有限空间内对连接器进行任意机械分组，进一步简化操作，提高效率。
想象一下，在有限的空间内，将PCB置于ME-IO系列模块化的壳体内，安装方便，连接便捷，兼顾安全和美观，还能不断扩展出新的壳体模块满足新的设计要求，这无疑可以将工业PCB互连设计提升到一个新境界！
本文小结
当硬件工程师将视野从PCB的板级设计扩展到整个产品或方案的系统级设计时，就会发现各个PCB的布局和安放，是绕不过去的一道坎儿。迈不过去，就会出现PCB“无处安放”的现象。
表面上这看似是一个设计“美观”的问题，而深层次反应出的则是PCB互连设计上的短板。想要补齐这一短板，板对板连接器、模块化的壳体系统都是不错的解决方案。本文所介绍的Phoenix Contact提供的相关产品和方案，就是一个很好的例证。掌握了这些技能点，你的系统级设计水平，也能上一个新台阶！
