¿Por qué la numeración y colocación de las clavijas (en general) parece hacerse de forma tan aleatoria para una persona desinformada (yo)?

Question

Ya sea una placa de desarrollo ESP, un controlador IC, incluso un número de segmento LED en sí mismo, la colocación de pines nunca parece seguir una lógica cuando se trata de la numeración real, o la función. No puedo encontrar una respuesta general simple a por qué esto es. Supongo que hay algunas partes de esta pregunta:

1. Supongo que la colocación de las clavijas tiene algunos factores de diseño, como la longitud de la traza y la CEM, ¿estoy en lo cierto?

Por ejemplo, creo que tendría más sentido poner el VIN junto a los 5V, junto a los 3,3V, junto a la tierra en el Arduino, sólo para mantener todos los pines de alimentación agrupados. ¿Hay alguna razón técnica por la que no están, o es sólo una elección de diseño?

2. Cuando se trata de placas de desarrollo ESP, ¿por qué los pines GPIO suelen estar por todas partes?

Parecen en su mayoría fuera de orden, y ¿por qué el reloj SPI está siempre en el lado opuesto de la placa del MOSI MISO?

3. Cuando se trata de circuitos integrados, ¿por qué no siempre se agrupan completamente las clavijas con funciones similares?

Un gran ejemplo de esto es el MAX7219, no para enumerarlos todos pero los pines 1-5 son DIN, DIG0, DIG4, GND, DIG6. ¿Por qué no poner los dígitos en el orden de los pines? No tiene sentido para mí, ¿alguien puede explicar?

Answer 1

Supongo que la colocación de los pines tiene algunos factores de diseño, como la longitud de la traza y la CEM, ¿estoy en lo cierto?

Sí, pero a veces se trata más del enrutamiento interno que de las señales externas. Tanto si se trata de pistas en una placa de circuito impreso como de capas de metalización en la superficie de un CI monolítico, cuanto más corto sea el recorrido y menos vías se necesiten, mejor. Cuanto más compacta sea la disposición, más difícil será llevar las señales a los pines sin que sean bloqueadas por otras pistas, por lo que el diseñador puede decidir cambiar la disposición de los pines. Por ejemplo, el Z80 tiene los pines de datos revueltos sin razón aparente, pero tiene sentido una vez que se entiende cómo está dispuesto internamente.

Pero, ¿no sería más importante la facilidad de uso que tener la ruta más corta posible dentro del CI o del módulo? En muchos casos no, porque el mismo problema se da en la placa de circuito impreso en la que se coloca el dispositivo. Esa bonita y ordenada secuencia de pines puede estropearse en cuanto intentes dirigir las señales a otros lugares. Los programas modernos de diseño de PCB se encargan de asegurar que las señales vayan a los lugares correctos, por lo que no hay que preocuparse por físico La asignación de pines, sólo tiene que asegurarse de que son correctos en el esquema (donde puede organizar el orden de los pines del símbolo como quiera).

Los pines GPIO de las MCU suelen utilizarse para funciones "aleatorias" en lugar de estar organizados en grupos, por lo que el orden de los pines (o incluso el puerto en el que se encuentran) no es un problema. Algunas MCU tienen asignaciones de pines programables para funciones especiales, lo que permite una mayor flexibilidad en el enrutamiento de los pines. El diseñador de la placa de circuito impreso puede dirigir las señales a los pines "aleatorios" de la MCU que produzcan el mejor diseño, y hacer las asignaciones por software.

Por ejemplo, creo que tendría más sentido poner el VIN junto a los 5V, junto a los 3.3V, junto a la tierra en el Arduino

Poner todos los pines de alimentación justo al lado de cada uno es bueno para la EMI, pero malo para la seguridad. El Arduino fue diseñado para los aficionados con poca experiencia en electrónica que son propensos a cometer errores tales como el cortocircuito accidental de los pines adyacentes mientras se trabaja en él. Sería mejor tener los pines de alimentación separados por otros a los que no les importe ser cortocircuitados. Por ejemplo, si el pin del Arduino VIN pin estaba justo al lado del +5V pin, al ponerlos en cortocircuito se aplicaría un alto voltaje a la MCU que probablemente la destruiría.

Cuando se trata de placas de desarrollo ESP, ¿por qué los pines GPIO suelen estar por todas partes?

Lo más probable es que sea por alguna de las razones expuestas anteriormente. Para mantener el tamaño del módulo bajo, los pines del chip se dirigirán probablemente a los pines del módulo más cercanos. La ordenación de los pines del CI se verá influida por el encaminamiento de las señales en el propio chip.

Answer 2

Hay varias razones para la colocación de las clavijas, y evidentemente la comodidad del usuario no es la primera de la lista. Dentro de un encapsulado de CI, las clavijas deben coincidir con las almohadillas de la propia matriz y es probable que esto se deba a lo que ocurre en el silicio, que puede ser difícil de describir, algo así como una placa de circuito impreso de alta densidad con capas limitadas. En algunos casos puede ser deseable mantener separadas las señales de alta velocidad. Desde el punto de vista del usuario final, puede importar o no: si estás conectando a mano un Arduino a una protoboard, el posicionamiento no es realmente importante, sólo tienes que conectar los cables según sea necesario. Si estás rastreando una PCB para un módulo wifi, entonces la mayoría de las veces sólo tienes que colocar las pistas donde sea necesario.