Board-to-Board Steckverbinder Highspeed-Datenübertragung, Miniaturisierung und Robustheit

Anbieter zum Thema

ept GmbH

FAULHABER SA

Ob SPS, industrielle Netzwerke und Protokolle oder Sensoren und Aktoren: in der Ver­bindung von elektronischen Modulen und Automatisierungskomponenten sorgen Board-to-Board-Steckverbinder für die Übertragung von Daten, Signalen und Leistung. Welche Kriterien in der Industriekommunikation entscheidend sind, zeigt ein Überblick an ausgewählten Applikationen, die das Zusammenspiel aufschlussreich beleuchten.

In der Industriekommunikation spielt es eine zentrale Rolle, Kommunikationsprotokolle wie Modbus, ProfiNet, EtherCAT oder Ethernet/IP zu unterstützen. Es gilt, die passende elektrische Peripherie zu definieren, die für High-Speed-Signalübertragung und Stromversorgung sorgt. Auch die mechanischen Eigenschaften sind in der Verantwortung, die Effizienz, Zuverlässigkeit und Integration von Automatisierungssystemen zu gewährleisten. In dem Fall ist es eine Robustheit, um den Belastungen durch Vibrationen, Stösse und andere mechanischen Be­anspruchungen in industriellen Um­gebungen standzuhalten. Mit hinzu zählt die Miniaturisierung, denn oft sind kompakte Bau­formen notwendig, um den begrenzten Platz in industriellen Anwendungen effizient zu nutzen.

Aus der Sicht der Board-to-Board-­Steckverbinder ist es eine Prämisse, eine nahtlose und effektive Verbindung zu gewährleisten. Daher müssen diese Komponenten den Umgebungsbedingungen stand­halten und Temperaturen, Feuchtigkeit, Staub, Chemikalien und andere Umwelt­einflüssen gemäss IP65/67 widerstehen. Darüber hinaus entscheiden drei folgende Kern­argumente die Eignung der Steckverbinder für die jeweilige Applikation.

Bildergalerie

Bildergalerie mit 6 Bildern

Erstens: Highspeed-Datenübertragung

Bezüglich diesen drei Anforderungen gibt es bei den Steckverbindern keine separate Betrachtung, da sich je nach Schwerpunkt unter­schiedliche Produktfamilien von ept eignen. Speziell für Big Data, IoT und IIoT brauchen Board-to-Board Steckverbinder für eine sichere Highspeed-Datenübertragung ein hochperformantes Kontaktdesign. Da ein Steckverbinder aufgrund seiner Geometrie ein gewisses Risiko für einen schwankenden Impedanzverlauf darstellt, muss das Kontakt­design konstruktiv optimal gestaltet sein. Daher ist es wichtig, Querschnittsänderungen im Steckverbinder nach Möglichkeit auf ein Minimum zu reduzieren, denn ansonsten führen diese Impedanzschwankungen zu Verlusten in der Signalübertragung.

Zweitens: Miniaturisierung

Trotz zunehmender Funktionsintegration in den Systemen darf weder die Baugrösse von beispielsweise Sensoren und Kamera­systemen als auch der Steckverbinder zunehmen. In der industriellen Automation ist eine permanente Miniaturisierung gefordert, um Maschinen immer kompakter bauen zu können. Modulare und miniaturisierte Steckverbinder mit nahezu identischer Leistungsfähigkeit haben sich etabliert, die auf einen Bruchteil ihrer ursprünglichen Baugrösse reduziert sind.

Für Anwendungen mit besonders engem Bauraum bietet sich die Surface-Mount-Technologie an. Sie ist besonders platzsparend, weil sie eine beidseitige Bestückung der Leiterplatte sowie kleine Raster ermöglicht. Mit der Einpresstechnik wäre ein enges Raster von nur 0,5 mm aufgrund der beim Einpressvorgang wirkenden physikalischen Kräfte beispielsweise nicht realisierbar – eine beidseitige Leiterplattenbestückung ebenso wenig.

Hinzu kommt bei beengten Bauräumen das erhöhte Risiko gegenseitiger elektro­magnetischer Beeinflussung der Bauteile. Natürlich darf die Datenübertragung bei Ihrer Anwendung unter keinen Umständen gestört, verfälscht oder gar verhindert werden. Aus diesem Grund gewinnt der EM-Schutz immer mehr an Relevanz. Um Signalstörungen zu vermeiden, empfiehlt sich daher, wie beim Highspeed-Steckverbinder, auch hier die Wahl eines geschirmten Steckverbinders.

Drittens: Robustheit

Im maschinennahen Einsatz sind die elektro­mechanischen Komponenten und Bau­gruppen in besonderem Masse rauen Umwelt­einflüssen wie Vibration und Schock ausgesetzt. Man kann zwar die gesamte Baugruppe vergiessen oder auch eine Kombination aus Verguss und Einpresstechnik wählen. Als äusserst robust und zuverlässig hat sich die Einpresstechnik Tcom Press bereits etabliert und findet immer wieder neue Einsatz­möglichkeiten unter widrigen Be­dingungen. Bei der Einpresstechnik wird der Steckverbinderstift (Pin) in ein durch­kontaktiertes Leiterplattenloch eingepresst und somit eine elektrische wie auch mechanische Verbindung zwischen Steckverbinder und Leiterplatte erzeugt – mit Kosten­ersparnissen bis zu 50 Prozent und ohne aufwendige Lötarbeiten. Entfällt der vulnerable Steckbereich, kann ein Steckverbinder in Kombination mit der Einpresstechnik sogar Schockbelastungen von 50 bis 200 g ohne Kontaktunterbrechung standhalten.

In der Medizintechnik …

… verarbeiten medizinische Bildgebungs­systeme wie CT-Scanner, MRI-Geräte und digitale Röntgengeräte bis zu 20 Gbit/s von Bild- und Patientendaten in Echtzeit. Hochauflösende Endoskopie sowie implantierbare Geräte und Patientenüberwachungssysteme sind weitere Felder, die auf eine Daten­übertragung setzen, aber auch Wert auf EMV-­Designaspekte für Störfestigkeit und Patientensicherheit legen.

Weitere Tendenzen wie die Zunahme von Multi-Source-Sensorik und immer stärker vernetzten Gesamtsystemen fordern die schnelle, zuverlässige und sichere Daten­übertragung über verschiedene Schnittstellen. Dabei spielt die Signalintegrität eine entscheidende Rolle, in denen hochpräzise und zuverlässige Daten in den An­wendungen vorherrschen. Konstante Ströme und akkurate Daten sind unabdingbar, um die Funktions­sicherheit, -zuverlässigkeit und -effizienz der Geräte sicherzustellen.

Die Steckverbinder müssen Störungen in der Signalübertragung minimieren und das Kontaktdesign der Stecker ist perfekt darauf abzustimmen.

Die Produktfamilie Zero8 von ept ist für diese hohen Ansprüche in der Medizin­technik konzipiert worden und bietet mit der hohen Skalierbarkeit eine ideale Anpassung an individuelle Forderungen – Bauformen, Stapelhöhe und Polzahlen lassen sich individuell auswählen.

In der Automatisierungstechnik …

… und anderen, affinen Anwendungsfelder wie DataCom, IoT und Embedded ist der Bedarf nach HD-Streaming, Cloud Computing und bandbreitenintensiven Anwendungen stark steigend. In Sachen Datenübertragung müssen die Bauteile im Netzwerk der Bandbreite gewachsen sein, damit Engpässe nicht entstehen oder die Netzwerkleistung nicht in Frage gestellt wird. Dazu kommen Skalierbar­keit des Netzwerks, Auslastung der Gerätekapazitäten und die hohen Ansprüche an die Datenintegrität.

Mit der für Highspeed-Anwendungen prädestinierten Produktfamilie Colibri hat ept die Datenübertragungsleistung des Colibri-­Steckers auf 25+ Gbit/s erweitert, was wiederum Systemen wie COM express die Nutzung von 25-Gbit-Ethernet und USB4 deutlich vereinfacht.

Alle Übertragungsraten dieser Stecker sind so ausgelegt, dass der Anwender noch sehr viel Design-Spielraum bei der Datenübertragung hat und die angegebenen Werte garantiert sind und nicht nur wie im Wettbewerb angegebene Best-Case-Szenarien andeuten.

In der Automobilindustrie …

… ist einer der wichtigsten Standards für Steckverbinder die branchenweit anerkannte Norm LV214, die die Prüfgruppen für ein Kontaktsystem durch verschiedene Belastungen wie Vibration, Salznebel oder Feuchte Wärme definiert. Trotz strengerer Zertifizierung gelten ähnliche Trends für Steck­verbinder wie in den anderen Branchen.

Hinzu kommt, dass immer mehr verbaute Steckverbinder im Kfz auch die Qualifizierungen und Tests der Modelle bedingen. Beispiels­weise werden für autonome Fahrfunktionen im Level 3 bereits 26 Sensoren (8 Kameras, 12 Ultraschall-, 5 Radar- und 1 Lidar-Sensor) benötigt, die alle passende Steckverbinder benötigen. In der Beschaffung braucht man zudem eine sekundäre Quelle dieser Komponenten, die Flexibilität und Freiräume beispielsweise für Ausfallsicherheit und Produktionsstabilität schaffen.

Die One27-Produktfamilie bietet robuste und kompakte Leiterplattenverbindungen in SMT mit einem Raster von 1,27 mm. Sie unterstützen Leiterplattenabstände von 8 bis 20 mm und sind mit 12 bis 80 Kontakten sowie als Kabelkonfektion erhältlich. Sie bieten eine zuverlässige Kontaktierung und hohe Flexibilität in der Anordnung von Leiterplatten. Darüber hinaus ist die gesamte Produktfamilie bereits nach LV214 qualifiziert.

(ID:50115199)