本文将深入探讨各种应用，这些应用涵盖了可靠性、速度、功率容量和密度对于基于连接器的解决方案的重要性，以及一两个可能有助于设计人员的工具。
PCB 连接器的三个主要用途是：
1. PCB 互连：两个 PCB 之间的刚性（或柔性）连接
2. PCB 布线连接：用于板外外围设备的捆绑有线连接
3. PCB 编程/调试连接：用于调试或编程的连接器（或测试点阵列），通常用于微控制器或现场可编程门阵列 （FPGA） 等
在这三种 PCB 连接中，所有连接的形式、装配和功能都会根据应用而有所不同。首先，PCB 的安装连接器有两种主要变体：表面贴装和通孔。当然，有多种表面贴装方法，但出于所有意图和目的，连接器可以通过引脚通孔或引脚焊盘安装。这让我们想到了在设计过程中应该考虑的一些首要权衡。
设计时要考虑的权衡
另一方面，表面贴装连接器可以大大节省电路板空间（因为组件仅焊接到一层），并且根据应用，还可以降低制造和组装的成本。许多连接器都有对准柱，但不需要焊接连接。此外，表面贴装连接器通常可以包含更高密度的引脚数，这同样有助于将更多信号封装到更小的区域并节省宝贵的电路板空间。
由于节省电路板空间和优化密度/体积是产品开发的常见动机，因此许多设计包括多个相互刚性或灵活连接的电路板。这种方法不仅可以节省电路板空间，还可以节省更多成本。例如，如果一个设计包含一个需要 10+ 层的 256 针球栅阵列 （BGA） 处理器（这大大增加了 PCB 制造成本），但连接到许多外设/连接器（可能只需要两层或四层），那么节省空间和成本的常见方法是将它们分成两个 PCB：一个较小的嵌入式 PCB，具有 10+ 层，一个次级 PCB，只有四层和大多数外围组件（例如作为连接器）。通常通过高密度、高引脚数的板对板连接将“MCU PCB”安装到“背板 PCB”上。
如果显示器和按钮等需要许多卫星 PCB，则可以使用灵活的连接。通常所说的柔性布线在 LCD 和电机连接中很常见，通常有助于实现紧密弯曲的半径（这有助于保持紧凑和低调）和与组件相关的物理应力。柔性连接可以是插入连接器的独立电缆，也可以直接使用 PCB 制造。图 2 显示了包含许多（不插拔）柔性电缆连接的相机镜头，而图 3 显示了具有集成柔性电缆的“刚性柔性”PCB 的差异。虽然有时很难设计并向供应商指定，但采用刚柔结合技术可以极大地帮助节省生产成本，并实现更可靠、更紧密的设计。然而，由于无法将两个 PCB 物理分离，软硬结合板的组装可能更加困难。
考虑连接器将应用到的应用程序
在讨论有线连接主题时，让我们快速解决其他一些需要考虑的重要事项。一个主题是易用性，完美的示例是标准 USB 端口。多年来，USB 连接器在各个方面都得到了改进，包括载流能力、信号密度以及 USB-C 的可逆、无方向连接。相反，键控且仅允许单向的方向相关连接器（例如经典的 USB 2.0 连接器）有助于指导用户并防止误连接。锁定连接通常提供更好的机械支撑，并且可能需要转动插头（BNC 连接器）或挤压卡舌（RJ-45 网络电缆）。基本上，如果连接器需要重复使用，那么易用性当然应该是用户要求的首要考虑因素。
一些应用需要长距离的高速、敏感连接，这就引出了光纤。光纤连接主要有三种类型：单模、多模和塑料光纤 （POF）。多模连接允许更高的带宽，但由于其高色散和衰减率，通常在长距离应用中受到影响，使其成为较短的基于 LAN 的连接的理想选择。单模在较长的距离上表现出色，非常适合 RF 宽带（您当地的有线电视公司）等应用。此外，通过外围组件互连 （PCI） 等连接的并行数据总线通常比 USB 等串行连接快得多（尽管 USB-C 也允许并联连接）。应用程序的速度和性能将决定如何定义这些互连。
对于某些应用，例如航空航天和军事，恶劣的工作条件可能最终会推动这些要求。某些连接器具有针对电磁干扰 （EMI）、静电放电 （ESD）、振动和/或湿气的特殊保护。设计人员的一个常见决定是连接器是否应该屏蔽。屏蔽连接器（由一些导电金属覆盖，可能包括 EMI 垫圈）可以提供额外的保护，防止不需要的辐射和局部磁场，但与非屏蔽替代品相比，通常会更笨重或更昂贵。带有外壳和相应引脚的连接器可以接地，以帮助防止人为触摸或其他本地瞬态源引入的 ESD。一些连接器甚至包含减震触点，以帮助实现高冲击和高可靠性应用。最后，需要防止外部湿气的连接通常包含（或允许）密封。
对于高负载应用，选择具有最大电流或额定电压的连接器也会推动设计过程。一些连接器包含混合信号引脚布局，以支持数据和电源连接。通常，电源引脚具有更大的电流容量，并且可能更粗一些，有助于防止两个单独的电源和数据连接器/电缆。
交流电压应用还可以驱动连接器的选择，并要求每个引脚之间的最小间隙或间隔（取决于最大电压）。这有助于防止电弧，而电弧可能对系统和操作员都有害。连接器将始终列出额定功率，在设计过程中遵循这些规范，同时保持健康的裕量非常重要。
最后，有时最好的解决方案是完全设计出连接器，并简单地将裸露的铜焊盘用于弹簧加载的接口。在提供更薄的封装的同时，它有助于降低元件成本并简化探测（基于 PCB 位置的灵活性）。最常见的应用程序包括编程或测试接口。嵌入式设计通常包括调试或编程端口，但如果通常不使用，为什么还要有连接器呢？Tag-Connect 等电缆技术可实现更扁平、更低成本的解决方案。虽然通常仅用作测试点，但也考虑将一系列焊盘用于基于 pogo-pin 的连接。
如今，许多 CAD 程序都支持 3D 可视化和机械文件导入/导出。一个例子是 Solidworks Electrical （SWE）。虽然传统上是机械设计 CAD 程序，但存在 Solidworks 的电气套件，以便与原理图定义的 PCB 和相关连接轻松集成。设计人员的优势包括电气设计工具，可帮助定义互连并生成电缆规格、接线图，甚至可用于其他 PCB 设计程序的文件，以帮助建立网表，同时提供系统互连的完全可视化。虽然许多 PCB 设计程序包含 3D 可视化功能，但有些程序允许文件互换性，以帮助定义 PCB 形状（通过 2D 文件）和导入元件封装（通过 3D 文件），这可以极大地帮助检查干扰和优化连接器位置。
结论
PCB 连接的设计完全取决于应用，通常从用户要求开始，考虑设计要求，并弄清楚是否需要任何特殊功能。经常被遗忘的是，还必须考虑制造要求，以确保能够以合理的便利性和成本进行制造和组装。
各种形状和尺寸的 PCB 设计套件都包含与机械相关的功能，这些功能可以显著帮助降低设计迭代的风险并优化连接器布局。