Aktuelles
ept Produkte
Infoservice
Zero8: Highspeed Steckverbinder
Sichere Datenübertragung bei Highspeed Leiterplatten-Steckverbinder mit sicherem Störschutz
Viele Branchen fordern im Zuge der Digitalisierung Highspeed-Datenübertragungsraten bis zu 20 GBit/s und mehr. Die Datenübertragung muss vom Sensor bis zur Cloud höchste Zuverlässigkeit und eine hohe Störsicherheit aufweisen.
Die fortschreitende Miniaturisierung bei den elektrischen Geräten führt dazu, dass sensible Bauteile wie Störsenkungen und Störquellen immer enger im Gerät platziert werden und dadurch auch die verpflichtende EMV-Prüfung der europäischen Richtlinie erschwert wird.
Je hochfrequenter das Signal ist, umso schwieriger wird eine saubere Datenübertragung. Der Steckverbinder spielt hier eine wichtige Rolle, da er in der Übertragungsstrecke eine wesentliche Störung darstellt.
Ziel bei der Entwicklung von neuen Highspeed-Steckverbindern ist es daher, diese Störungen innerhalb der Übertragungsstrecke zu minimieren.
Unser Produktmanager Martin Adamczyk erläutert der ELEKTRONIK PRAXIS im folgenden Artikel am Beispiel des Zero8 Steckverbinders worauf es bei Highspeed Leiterplatten-Steckverbindern ankommt, und welche Kriterien für eine sichere Datenübertragung mit sicherem Störschutz zu beachten ist.
Hier geht es zum Fachartikel
Drei Kriterien für eine hohe Qualität der Datenübertragung bei Steckverbindern
Die Qualität der Datenübertragung ist im Wesentlichen von drei Kriterien abhängig: von der Impedanz, dem Insertion Loss und dem Übersprechen.
Impedanz:
Sobald sich die Impedanz im Übertragungsweg des Signals verändert, entstehen Reflexionen. Diese reduzieren die Effizienz der Datenübertragung. Schon eine Werkstoff- oder Geometrieänderung kann eine Schwankung der Impedanz verursachen. Ein Steckverbinder bildet aufgrund seiner Geometrie immer einen ungleichmäßigen Abschnitt der Signalleitung.
Insertion Loss (Einfügedämpfung):
Die Einfügedämpfung gibt die Abschwächung des Signals durch den Steckverbinder als Verhältnis von durchgelassenem zu einfallendem Signal wieder. Sie hilft bei der Bewertung, ob ein Signal über den gesamten Übertragungsweg vom Empfänger eindeutig identifiziert werden kann.
Übersprechen:
Als Übersprechen wird die unerwünschte Beeinflussung eines Signals durch ein Signal auf einer anderen Leitung bezeichnet. Es wird je nach Art der Beeinflussung in Nah- und Fernübersprechen unterschieden. Die Stärke des Übersprechens hängt maßgeblich von der Signal (S)- und Massebelegung (G) ab. Massekanäle zwischen Signalkanälen verringern deren Einfluss aufeinander.
Beim Nahübersprechen (NEXT) wird das Signal gemessen, das von einem auf das andere Paar eingekoppelt wird. Höhere Frequenzen üben eine größere Störung auf das beeinflusste Paar aus. Ein betragsmäßig hoher dB-Wert steht für eine hohe Dämpfung des Übersprechens. Es wird also nur ein geringer Einfluss im gestörten Paar gemessen. 10 Prozent des Signals sprechen bei einem Wert von –20 dB über, bei einem Wert von –40 dB nur noch 1 Prozent.
Beim Fernübersprechen (FEXT) wird der Einfluss eines benachbarten Paares am Ende der Übertragungsstrecke betrachtet. Der Einfluss ist geringer als beim NEXT, weil das Signal durch die Dämpfung entlang der Leitung geringer wird.
Beim Nahübersprechen (NEXT) wird das Signal gemessen, das von einem auf das andere Paar eingekoppelt wird. Höhere Frequenzen üben eine größere Störung auf das beeinflusste Paar aus. Ein betragsmäßig hoher dB-Wert steht für eine hohe Dämpfung des Übersprechens. Es wird also nur ein geringer Einfluss im gestörten Paar gemessen. 10 Prozent des Signals sprechen bei einem Wert von –20 dB über, bei einem Wert von –40 dB nur noch 1 Prozent.
Beim Fernübersprechen (FEXT) wird der Einfluss eines benachbarten Paares am Ende der Übertragungsstrecke betrachtet. Der Einfluss ist geringer als beim NEXT, weil das Signal durch die Dämpfung entlang der Leitung geringer wird.
Störfestigkeit (EMV) als zentrale Herausforderung an Highspeed Steckverbinder
Mit elektromagnetischer Verträglichkeit (EMV) wird angegeben, dass ein technisches Gerät weder durch elektrische, noch durch elektromagnetische Effekte gestört werden kann oder andere Geräte stört.
Die EMV ist wie das Übersprechen als externe Störquelle, und nicht innerhalb einzelner Signalpfade im Steckverbinder, zu betrachten.
Hochfrequente Signale sind sehr empfindlich gegenüber elektromagnetischen Störungen. Bereits ein kleiner Impuls kann das Nutzsignal verfälschen. Elektromagnetische Störungen lassen sich bei Steckverbindern durch ein entsprechendes Schirmkonzept reduzieren.
Ein Steckverbinder kann eine Störsenke, aber auch eine Störquelle darstellen und andere Komponenten elektromagnetisch beeinflussen. Aus diesem Grund können Sie das Übersprechen als elektrischen Kennwert für Steckverbinder nur bedingt verwenden.
Die EMV ist wie das Übersprechen als externe Störquelle, und nicht innerhalb einzelner Signalpfade im Steckverbinder, zu betrachten.
Hochfrequente Signale sind sehr empfindlich gegenüber elektromagnetischen Störungen. Bereits ein kleiner Impuls kann das Nutzsignal verfälschen. Elektromagnetische Störungen lassen sich bei Steckverbindern durch ein entsprechendes Schirmkonzept reduzieren.
Ein Steckverbinder kann eine Störsenke, aber auch eine Störquelle darstellen und andere Komponenten elektromagnetisch beeinflussen. Aus diesem Grund können Sie das Übersprechen als elektrischen Kennwert für Steckverbinder nur bedingt verwenden.
Für optimale EMV-Werte sorgt unser Zero8 Board-to-Board Steckverbinder mit seiner beidseitigen Schirmung. Somit ist eine störungsfreie Datenübertragung praktisch in jedem Umfeld garantiert.
Haben wir Ihr Interesse geweckt?
Hier finden Sie weitere Produktinformationen und eine Übersicht über alle Produktvarianten!
Koppelinduktivität: Störquellen und Störsenken im Steckverbinder simulieren
Die Koppelinduktivität LK [H] wird hier als elektrische Kenngröße festgelegt. Mit dieser Kenngröße kann der Steckverbinder sowohl als Störquelle oder als Störsenke simuliert werden.
Ein Beispiel aus der Praxis soll dies verdeutlichen: Bei der Simulation von Leiterplattensteckverbindern (Zero8) wurden sowohl bei der ungeschirmten als auch der geschirmten Ausführung die Boardlocks und die äußeren Signalkontakte auf Massepotential gelegt. Anhand der farblichen Verläufe und den Werten der Koppelinduktivität lässt sich die Wirkung des Schirmkonzeptes deutlich erkennen (Bild 1).
Geschirmte Steckverbinder Störquellen können damit letztendlich durch den Einsatz von Störsenken auf der Leiterplatt näher beieinander positioniert werden (Bild 2).
Mögliche Senken und Quellen auf der Leiterplatte sind dabei Integrierte Schaltkreise, Prozessoren, Antennen und Steckverbinder. Mögliche Quellen auf der Leiterplatte sind Frequenz-Umrichter, Netzteile und Transformatoren, Antriebe, Lüfter sowie Pumpen, Relais und Kondensatoren.
Zudem können bei der vorgeschriebenen „Burst and Surge“-Prüfung höhere Leistungsklassen durch den Einsatz von geschirmten Steckverbindern bei der EMV-Prüfung des elektrischen Gerätes erreicht werden.
Mögliche Senken und Quellen auf der Leiterplatte sind dabei Integrierte Schaltkreise, Prozessoren, Antennen und Steckverbinder. Mögliche Quellen auf der Leiterplatte sind Frequenz-Umrichter, Netzteile und Transformatoren, Antriebe, Lüfter sowie Pumpen, Relais und Kondensatoren.
Zudem können bei der vorgeschriebenen „Burst and Surge“-Prüfung höhere Leistungsklassen durch den Einsatz von geschirmten Steckverbindern bei der EMV-Prüfung des elektrischen Gerätes erreicht werden.
Kontaktdesign: Die Einflussfaktoren bei der Steckverbinder-Entwicklung
Die zentralen Eckpunkte der Steckverbinder-Entwicklung liegen an den Anforderungen an die Datenübertragungsrate beim Highspeed-Steckverbinder und am Störschutz. Auf die Highspeed-Eigenschaften hat das Kontaktdesign den größten Einfluss.
Es ist zwingend notwendig, Querschnittsveränderungen des Kontaktwerkstoffs zu vermeiden und Material mit hoher Leitfähigkeit zu verwenden. Auch die Dielektrizitätskonstante des Kunststoffs beeinflusst die Signalübertragung.
Es sollte aus EMV-technischer Sicht ein Werkstoff mit hoher Leifähigkeit verwendet werden. Darüber hinaus ist die Anzahl der Kontaktpunkte für die Störfestigkeit eines Steckverbinders äußerst entscheidend.
Der induzierte Störstrom im Schirm des Steckverbinders, der sicher abgeleitet werden soll, erzeugt wiederum ein Magnetfeld, das die Signalkontakte beeinflussen kann. Je höher die Stromstärke, desto stärker ist das Magnetfeld.
Durch eine Mehrfach-Kontaktierung des Schirmbleches wird der Stromfluss aufgeteilt und das Magnetfeld somit reduziert. Die Signalkontakte des Steckverbinders Zero8 weisen ein Raster von 0,8 mm auf. Die Schirmkontakte sind im Raster von 1,6 mm zueinander angeordnet.
Für eine sichere Datenübertragung in einem Steckverbindersystem müssen bei der Entwicklung die HF-Übertragung (S-Parameter) und EMV (Koppelinduktivität) betrachtet werden.
Es sollte aus EMV-technischer Sicht ein Werkstoff mit hoher Leifähigkeit verwendet werden. Darüber hinaus ist die Anzahl der Kontaktpunkte für die Störfestigkeit eines Steckverbinders äußerst entscheidend.
Der induzierte Störstrom im Schirm des Steckverbinders, der sicher abgeleitet werden soll, erzeugt wiederum ein Magnetfeld, das die Signalkontakte beeinflussen kann. Je höher die Stromstärke, desto stärker ist das Magnetfeld.
Durch eine Mehrfach-Kontaktierung des Schirmbleches wird der Stromfluss aufgeteilt und das Magnetfeld somit reduziert. Die Signalkontakte des Steckverbinders Zero8 weisen ein Raster von 0,8 mm auf. Die Schirmkontakte sind im Raster von 1,6 mm zueinander angeordnet.
Für eine sichere Datenübertragung in einem Steckverbindersystem müssen bei der Entwicklung die HF-Übertragung (S-Parameter) und EMV (Koppelinduktivität) betrachtet werden.
Mit seinem speziellen Kontaktdesign erfüllt unser Zero8 Leiterplatten-Steckverbinder jegliche Highspeed-Anforderungen und sorgt für eine störfreie Datenübertragung.
Sie möchten mehr über unsere Produktreihe Zero8 erfahren?
Hier finden Sie weitere Produktinformationen!
ept Leiterplattensteckverbinder für Industrieanwendungen
Die Produktfamilie des Steckverbinders Zero8 wurde speziell für anspruchsvolle Industrieanwendungen entwickelt. Bauformen, Stapelhöhe und Polzahlen lassen sich beim dem Board-to-board Steckverbinder Zero8 individuell anpassen.
Die Steckerpärchen (Plug und Socket) gibt es aktuell in den Bauformen mid-profile sowie low-profile. Durch die verschiedenen Bauhöhen können mit den Steckverbindern Leiterplattenabstände von 6,00 mm bis 21,00 mm realisiert werden – die Polzahlen können zwischen 12 bis 80 variabel angefordert werden.
Auch bei der Schirmung haben Hardware-Entwickler die Wahl. Beide Seiten des Steckerpaares mit oder ohne Schirmung? Oder nur eine Seite mit Schirmung? Alle Steckerverbinder sind untereinander steckkompatibel und frei kombinierbar.
Jedes Steckpärchen beinhaltet sowohl einen Messer- als auch einen Federkontakt. Diese doppelte Kontaktierung gewährleistet eine sichere und gasdichte Kontaktierung im industriellen Umfeld und ist resistent gegen äußere Einflüsse wie Schock, Vibration, Thermozyklen, Schadgas etc.
Durch die Kontaktierung auf der homogenen Walzfläche mit hochwertigen Oberflächen, werden mindestens 500 Steckzyklen garantiert und ein Abrieb der Oberfläche bei Mikrobewegungen reduziert. CuNiSi wird als Kontaktwerkstoff verwendet, da diese Legierung sich durch eine besonders elektrische Leitfähigkeit auszeichnet.
Das hermaphroditische Anschlusskonzept ScaleX gewährleistet einen hohen Toleranzausgleich während der Installation (Winkelversatz von 2 bis 4°, Mittenversatz von 0,7 mm) und gleicht auch im gesteckten Zustand geräteseitige Toleranzen von 0,4 mm in x- und z- und 2,3 mm in y-Richtung aus.
Damit eignet sich die robuste, doppelseitige Anschlusstechnik für industrielle Anwendungen und gewährleistet eine sichere Kontaktierung der Board-to-board Steckverbinder bei mechanischer Belastung wie Schock und Vibration.
Durch die Schirmung werden die Signale im industriellen Umfeld vor äußeren Einflüssen geschützt und die materielle Beschaffenheit garantiert eine Datenübertragungsrate bis zu 16 GBit/s.
Durch eine speziell konzipierte Steckergeometrie können auch bei fehlerhafter Bedienung die Kontakte nicht zerstört werden. Ein Versatz von 0,4mm im gesteckten Zustand gleicht Fertigungstoleranzen aus und gewährleistet eine hohe Überstecksicherheit.
Die Steckerpärchen (Plug und Socket) gibt es aktuell in den Bauformen mid-profile sowie low-profile. Durch die verschiedenen Bauhöhen können mit den Steckverbindern Leiterplattenabstände von 6,00 mm bis 21,00 mm realisiert werden – die Polzahlen können zwischen 12 bis 80 variabel angefordert werden.
Auch bei der Schirmung haben Hardware-Entwickler die Wahl. Beide Seiten des Steckerpaares mit oder ohne Schirmung? Oder nur eine Seite mit Schirmung? Alle Steckerverbinder sind untereinander steckkompatibel und frei kombinierbar.
Jedes Steckpärchen beinhaltet sowohl einen Messer- als auch einen Federkontakt. Diese doppelte Kontaktierung gewährleistet eine sichere und gasdichte Kontaktierung im industriellen Umfeld und ist resistent gegen äußere Einflüsse wie Schock, Vibration, Thermozyklen, Schadgas etc.
Durch die Kontaktierung auf der homogenen Walzfläche mit hochwertigen Oberflächen, werden mindestens 500 Steckzyklen garantiert und ein Abrieb der Oberfläche bei Mikrobewegungen reduziert. CuNiSi wird als Kontaktwerkstoff verwendet, da diese Legierung sich durch eine besonders elektrische Leitfähigkeit auszeichnet.
Das hermaphroditische Anschlusskonzept ScaleX gewährleistet einen hohen Toleranzausgleich während der Installation (Winkelversatz von 2 bis 4°, Mittenversatz von 0,7 mm) und gleicht auch im gesteckten Zustand geräteseitige Toleranzen von 0,4 mm in x- und z- und 2,3 mm in y-Richtung aus.
Damit eignet sich die robuste, doppelseitige Anschlusstechnik für industrielle Anwendungen und gewährleistet eine sichere Kontaktierung der Board-to-board Steckverbinder bei mechanischer Belastung wie Schock und Vibration.
Durch die Schirmung werden die Signale im industriellen Umfeld vor äußeren Einflüssen geschützt und die materielle Beschaffenheit garantiert eine Datenübertragungsrate bis zu 16 GBit/s.
Durch eine speziell konzipierte Steckergeometrie können auch bei fehlerhafter Bedienung die Kontakte nicht zerstört werden. Ein Versatz von 0,4mm im gesteckten Zustand gleicht Fertigungstoleranzen aus und gewährleistet eine hohe Überstecksicherheit.
HF und EMV: Fazit beim Mezzanine-Steckverbinder
Die SMT-Leiterplattensteckverbinder der Serie Zero8 verbinden Leiterplatten zuverlässig mit Datenübertragungsraten bis zu 16 GBit/s. Die unterschiedlichen Bauformen der Steckverbinderfamilie ermöglichen eine Verbindung von Leiterplatten in paralleler Anordnung mit Stapelhöhen zwischen 6 und 21 mm sowie in horizontaler oder rechtwinkliger Anordnung.
Damit lassen sich mit einer Steckverbinderfamilie alle Arten von Mezzanine-Leiterplatten miteinander kontaktieren. Durch die Schirmung der Steckverbinder werden die Signale im industriellen Umfeld vor äußeren Einflüssen geschützt.
Steckverbinder und Stecksockel gibt es in den Bauformen mid-profile sowie low-profile.
Zudem steht ein Prüfparameter zur Verfügung. Ab dem ersten Quartal 2022 sollen zudem High-Profile-Bauformen und gewinkelte Versionen ausgebaut werden.
Damit lassen sich mit einer Steckverbinderfamilie alle Arten von Mezzanine-Leiterplatten miteinander kontaktieren. Durch die Schirmung der Steckverbinder werden die Signale im industriellen Umfeld vor äußeren Einflüssen geschützt.
Steckverbinder und Stecksockel gibt es in den Bauformen mid-profile sowie low-profile.
Zudem steht ein Prüfparameter zur Verfügung. Ab dem ersten Quartal 2022 sollen zudem High-Profile-Bauformen und gewinkelte Versionen ausgebaut werden.
Haben wir Ihr Interesse an unserem Zero8 Leiterplatten-Steckverbinder geweckt?
Hier gibt es weitere Informationen zum Produkt und die Möglichkeit zum Download eines Whitepapers sowie zur Bestellung einer Musterbox.
Bitte kontaktieren Sie für Ihre gewünschte Konfiguration des Steckverbinders unseren Vertrieb.
E-Mail: Sales@ept.de
Telefonnummer: +49 (0) 8861 / 2501 0
Zurück zur Artikelübersicht
Kontakt ept GmbH
