選擇微控制器的除錯/程式設計連接器

簡而言之：對於 ARM SWD、TI Spy-Bi-Wire 或 Microchip ICD，請使用具有標準引腳/焊盤分配的 Tag-Connect No-Legs 封裝，並獲取 Tag-Connect 電纜。

在設計使用微控制器的設備時，需要提供除錯和燒錄連接器。這可能僅用於開發階段（編寫和除錯軟體時），或者也可以保留在生產單元中，用於工廠內燒錄。

製造商和工具製造商確保我們生活在一個擁有眾多除錯連接器的世界中，並且圍繞著它們存在許多混亂。這就是為什麼我們最終會遇到這種情況：

那麼，新設計該選擇哪種連接器呢？

本文主要關注具有 SWD（單線除錯）介面的 ARM 設備，但也適用於其他零件，如使用 Spy Bi-Wire（2 線 JTAG）協議的 Texas Instruments MSP430、Microchip ICD，甚至需要更完整 JTAG 引腳集的零件。

常見的除錯連接器

一些經常被考慮的常見選擇：

• 0.1" IDC 接頭上的 10-pin JTAG。通常使用公接頭。缺點：它很大，而且接頭要花錢。
• 使用 0.05" 微型接頭的 Cortex 調試連接器（10-pin 或 20-pin，Samtec FTSH-110 和 FTSH-105）。10-pin 連接器相當小，可作為 SMD 元件使用，但比 IDC 連接器貴。
• 20-pin 0.1" IDC 連接器。你不是真的在考慮那個老古董吧？它比我設計的一些電路板還大。
• 自定義的一組 4 或 6 個引腳（或過孔，或銅墊）。這裡的問題在於「自定義」部分。將來它肯定會給你帶來麻煩，就在你的自定義連接器在工廠車間損壞，而你必須從海外運送一個新的，同時生產停滯的那一天。
• Tag-Connect 6-pin 封裝的其中一種變體（帶腿或無腿）。請注意，這裡沒有連接器：只是 PCB 上的一個標準化封裝。
• Tag-Connect 6-pin + Tag-Connect 10 pin（用於 ETM 信號）：對於這種組合，甚至有預製的電纜可用，帶有 20-pin IDC 連接器和標準 ARM Cortex 20-pin 引腳分配。

一個直接的觀察是，這些連接器大多需要，嗯，連接器。這是您需要放置在電路板上的額外元件，這需要花錢。對於生產單元或較大的原型運行，該連接器在產品的整個生命週期中只會使用一次，這是一種浪費。

Tag-Connect 解決方案或帶有彈簧針連接器的自訂封裝在此具有明顯優勢，因為它們不需要在 PCB 上放置任何元件，因此每塊板的除錯連接器成本驟降至 0，這太棒了！

這就是 Tag-Connect 封裝在實際電路板上的樣子：

這就是帶有彈簧針的電纜的樣子： 第二個主要考量是尺寸，以及由此產生的電路板空間需求。唯一的競爭者是 10-pin 0.05" 微型排針和 Tag-Connect 6-pin 封裝。10-pin 微型排針實際上在一個方向上稍微小一點，但差異並不顯著。這是 10-pin 0.05" 微型排針的樣子（這是一個來自 Nordic Semiconductor nRF52832 開發板 PCA10040 的例子）：

有引腳還是無引腳？

Tag-Connect 連接器電纜有兩種變體：一種帶「腿」，一種「無腿」。有什麼區別？

Tag-Connect 使用彈簧針（pogo pins），內部帶有彈簧並頂住 PCB。如果您希望連接器保持在原位，必須持續對其施加壓力。這對於快速燒錄來說沒問題，您可以一隻手按住連接器，另一隻手啟動燒錄工作，但對於長時間的除錯工作來說效果不佳。對於這種情況，「帶腳（legs）」的封裝（和連接器）效果更好。這些腳就像小夾子，一旦插入連接器，它們就會卡入到位並將彈簧針緊緊固定在電路板上，可以無限期地保持連接。

「有腳」封裝的問題在於它的尺寸：它明顯大於「無腳」變體。更糟糕的是，它需要在電路板上打四個大孔。大孔總是一個問題：它們（顯然）需要穿過所有層，而且您還需要在它們周圍保留禁布區。這意味著「有腳」封裝對您的設計的影響比「無腳」變體大得多。

對於生產單元，連接可能在產品的生命週期中只進行一次，並且可以隨時輕鬆手持，毫無疑問：您絕對更喜歡「無腳」封裝，這可以節省電路板空間。但是原型怎麼辦？一方面，您可以負擔得起電路板空間，但另一方面，您不想僅僅因為需要在最終版本中移除孔而重新設計 PCB。

幸運的是，還有另一個解決方案。Tag-Connect 出售一個小固定夾。它是一塊 PCB，帶有三個插座，適合 Tag-Connect 電纜的引腳。這不是一個機械上完美的解決方案，夾子往往會隨著時間的推移而磨損（它們也非常容易丟失！），但在實踐中效果很好。

我的建議是始終使用「無引腳」封裝和電纜，購買一堆固定夾，並節省電路板空間和重新設計電路板的時間。

使用標準訊號分配

我看過實際的硬體案例，設計師在 ARM SWD（Cortex-M0 上）使用了 Tag-Connect 封裝，但分配了不同的訊號。動機很可能是為了混淆介面。

這不是我推薦的做法：混淆很容易被發現，而且最終會得到一個不相容的封裝，這不可避免地會在將來造成麻煩。

實務

Tag-Connect 建議不要在封裝的另一側放置任何元件（或佈線）。雖然這是一個很好的建議，但人們並不總是擁有這種奢侈，特別是在佈局限制嚴格的小型電路板上。

正如我發現的那樣，即使使用固定夾將電纜固定到位，您也可以將元件放置在另一側。不過，我建議在元件和固定夾之間使用一塊絕緣體，以防止任何可能的短路（紙張效果很好）。雖然這不是推薦的做法，但確實有效，儘管將除錯連接器固定到位會稍微複雜一些。

這是一個原型板的範例（請原諒原型的焊接品質），其中元件放置在除錯封裝區域內：

批評

Tag-Connect 並非完美無缺。網站組織不佳，很難找到您要找的資訊。提供的變體眾多，儘管大多數人只需要一種類型的電纜，但它並沒有顯著展示。不幸的是，這似乎是嵌入式領域製造除錯和程式設計設備公司的傳統。

我的第二個抱怨是該公司提供帶有 Tag-Connect 封裝的可下載 CAD 庫，但聲明：

這些檔案按「原樣」提供，不保證它們是完整的、無錯誤的或適合使用的。請仔細對照 Tag-Connect 網站上提供的最新數據表檢查匯入的貼花（見下文）。特別要注意檢查孔徑大小、引腳編號，並密切注意錫膏層，以確保沒有錫膏沉積在封裝焊盤上。

如果您查看提供的 ZIP 檔案，通常會有針對給定 CAD 的多個封裝變體。我該使用哪一個？為什麼驗證它是我的責任？

我認為 Tag-Connect 應該清理這個函式庫並提供一組支援的封裝，至少針對較流行的 CAD 套件，而不是附帶免責聲明。這應該是此解決方案價值的一部分。

結論

總而言之，Tag-Connect 仍然是最好的現成除錯和程式設計解決方案。我建議將其標準化並在您的所有設計中使用它。