Flachbandkabel und Steckverbinder im 0,050-Zoll-Raster können zur Optimierung der Performance von Verbindungssystemen beitragen

Wenn Sie an der Entwicklung von hochentwickelten automatisierten Testgeräten (ATE), industriellen Steuerungen oder Kommunikationssystemen beteiligt sind, kennen Sie bereits die Herausforderungen, die mit der zuverlässigen Verbindung von Highspeed-Signalen auf engem Raum verbunden sind. Je nach Leistungserwartung habe ich Entwürfe gesehen, die Verbindungsgeschwindigkeiten von unter 500 Megabit pro Sekunde (Mbit/s) bis zu über 10 Gigabit pro Sekunde (Gbit/s) erfordern und Protokolle wie SCSI-3 Fast-20 (SCSI: Small Computer Systems Interface) oder LVDS (Low-Voltage Differential Signaling) verwenden können.

Wenn Sie für diese Art von Umgebung entwickeln, könnten Ihre Bemühungen von der Verwendung hochkompakter Draht-zu-Board-Verbindungssysteme mit Steckverbindern im feinen Raster von 0,050" (1,27 Millimeter (mm)) profitieren, die von flexiblen Flachbandkabeln unterstützt werden, die das Systemlayout vereinfachen und die Montage beschleunigen können. Auch Ihr Entwurf könnte davon profitieren:

• Selbsthaltende Steckverbinder für erhöhten Schutz gegen versehentliches Trennen der Verbindung
• Kontakte aus Berylliumkupfer (BeCu) mit optionalen Merkmalen wie 30 Mikrozoll (μ") Gold (Au) und Au-Flash-Plating-Versionen zur Unterstützung vieler Steck/Trennzyklen
• Polarisierte Schlüssel, die eine ordnungsgemäße Verbindung gewährleisten
• Zugentlastungen für verbesserte Verbindungssicherheit
• Auswahl zwischen gerader und rechtwinkliger Montage

Welche dieser Möglichkeiten für Sie am vorteilhaftesten ist, hängt von der jeweiligen Situation ab. Generell lassen sich die Designüberlegungen für Kommunikations-Verbindungssysteme in zwei Kategorien einteilen: elektrisch und mechanisch. Beginnen wir mit einem Überblick über die Verbindungsimpedanzen, die für unsere SCSI-3-Fast-20- und LVDS-Beispielschnittstellen benötigt werden. Anschließend werden wir weitere elektrische und mechanische Überlegungen anstellen und abschließend ein Draht-zu-Board-Steckverbindersystem von 3M vorstellen, das eine breite Palette von Optionen und faltbare, impedanzkontrollierte Flachbandkabel umfasst, die eine robuste Highspeed-Kommunikation unterstützen.

Elektrik

Die Impedanz ist eine wichtige elektrische Eigenschaft. Der Anhang zu ULTRA (Fast 20) von SCSI-3 spezifiziert einen Bereich von 80 bis 100 Ohm (Ω), mit 84 bis 96 Ω für die Takt-, REQ- und ACK-Signale. Genauer gesagt empfiehlt die SCSI-Norm eine Impedanz von 100 Ω ±10% für ungeschirmte Flach- oder Twisted-Pair-Kabel. Für LVDS-Anwendungen wird eine Impedanz von 95 Ω empfohlen, allerdings mit einer engeren Toleranz von ±5%.

Weitere gängige elektrische Spezifikationen sind:

• Eine Stromstärke von 1 Ampere (A), wobei alle Leitungen unter Spannung stehen, wie von UL gefordert
• Eine Nennspannung von 125 Volt Wechselstrom (VAC)
• Ein Isolationswiderstand >1 x 10⁹ Ω bei 500 Volt Gleichstrom (VDC)
• Eine Spannungsfestigkeit von 1250 VDC

Mechanik

Die elektrischen Spezifikationen gewährleisten saubere Hochgeschwindigkeitssignale, während die mechanischen Spezifikationen auf Robustheit, hohe Dichte, effiziente und flexible Montage und lange Betriebsdauer ausgelegt sind. Für ein optimales Design brauchen Sie beides.

Die Verriegelung kann wichtig sein und umfasst eine Polarisierung und eine einfache Reibungsverriegelung oder eine optionale Auswerferverriegelung, die eine zusätzliche positive Verriegelung und einen Auswerfer mit minimalen Auswirkungen auf die Größe ermöglicht. Einige Anwendungen profitieren von einer Zugentlastung zum Schutz vor Beschädigungen, wenn Benutzer an einem abgeschlossenen Kabel ziehen.

Für die heutigen Anwendungen mit hoher Packungsdichte können Sie ein Draht-zu-Board-System im 0,050-Zoll-Raster verwenden, das nur halb so groß ist wie ein Standard-Steckverbinder im 0,100-Zoll-Raster. Zu den flexiblen Montageoptionen gehören eine Auswahl an geraden und rechtwinkligen Steckverbindern sowie eine Durchsteck- oder Oberflächenmontage. Band- und Rollenverpackungen können eine automatisierte Montage ermöglichen, und Abstandshalter für Leiterplatten erlauben Pin-in-Paste-Montageprozesse.

Die Verwendung von Flachbandkabeln und Schneidklemmkontakten (IDC) ermöglicht hochdichte, flexible und flache Designs sowie eine schnelle, nahezu narrensichere Montage. Sie können Ihr Design weiter verbessern, indem Sie sich für BeCu-Kontakte entscheiden, die sich durch eine stressarme Entspannung, eine gute Gesamtzuverlässigkeit und eine lange Lebensdauer auszeichnen. Sie können sich auch für 30 μ" Au- oder Au-Flash-Beschichtung entscheiden, die mehrere Steck/Trennzyklen unterstützt.

Das Gesamtbild

Es ist eine beängstigende Anzahl von elektrischen und mechanischen Anforderungen und Optionen, die es zu berücksichtigen gilt. Glücklicherweise bietet 3M zahlreiche Lösungen an, die den Anforderungen der jeweiligen Situation gerecht werden. Wenn Sie Ihre eigenen Kabelkonfektionen bauen, können Sie Sockel der Serie 451 und Stiftleisten der Serie 452 für die Leiterplattenmontageverwenden. Das Modell 45230-220230 ist zum Beispiel eine 30-polige oberflächenmontierbare Stiftleiste, und das Modell 45130-010030 ist der zugehörige 30-polige IDC-Sockel. Beide bieten ein 0,050"-Raster und 30 μ" Au-Beschichtung für kompakte und robuste Verbindungen. Die Stiftleisten der Serie 452 (Abbildung 1) und die drahtmontierten Sockel der Serie 451 umfassen Modelle mit einer breiten Palette von Standard- und optionalen Funktionen, die es Ihnen ermöglichen, Ihre Steckverbinderkonfiguration zu optimieren (Abbildung 2).

Abbildung 1: Beispiele für die standardmäßigen und optionalen Merkmale der platinenmontierbaren Stiftleiste der Serie 452. (Bildquelle: 3M)

Abbildung 2: Zusätzlich zur Unterstützung der hohen Dichte können Sie die platinenmontierbaren Stiftleisten der Serie 452 und die Flachbandkabel-Sockel der Serie 451 mit optionalen Funktionen anpassen. (Bildquelle: 3M)

Schnell umsetzbare Entwürfe

Oft gibt es Projekte, die schnell erledigt werden müssen, oder andere Umstände, bei denen vorgefertigte Kabel- und Sockeleinheiten von Vorteil sind. 3M deckt diese Bedürfnisse mit verschiedenen Leistungsoptionen ab. So sind beispielsweise die Sockelbaugruppen der Serie 451 und die Flachkabel der Serie 3749 in Längen von 3" und 6" mit 10 bis 30 Kontakten erhältlich, die die SCSI-3-Fast-20-Impedanzanforderungen erfüllen können. Das Modell 45114-010030-3749/14-D-3 ist ein doppelendiges, 14-poliges Kabel der Serie 3749 mit 30 μ" Au plattierten Steckverbindern an beiden Enden.

Wenn Sie die elektrische Leistung von LVDS benötigen, ist die Serie 7700 von 3M ein Kabel mit kontrollierter Impedanz, das mit 95 Ω (±5 Ω) bewertet ist. Diese Kabel können enger gefaltet werden als herkömmliche ummantelte geschirmte Kabel und bieten dennoch eine hohe Leistung. Das bedeutet, dass Sie sie durch enge Räume im Inneren von Geräten führen können und den Luftstrom weniger einschränken. Sie sind in Kabelkonfektionen mit 451-Sockeln erhältlich und werden in verschiedenen Längen und mit unterschiedlichen Kontaktoptionen angeboten. Das 45110-010030-7700/10-D-12 zum Beispiel ist ein 12-Zoll-Kabel mit 10 Positionen und Steckern an beiden Enden.

3M bietet Ihnen IDC-Steckverbinderlösungen für Datenraten von 500 Mbit/s bis zu 20 Gbit/s (Abbildung 3). Sie umfassen flexible Pinbelegungen, zahlreiche Montage- und Verriegelungsoptionen und bis zu 50 Positionen für differentielle Paare, Erdungen und Stromanschlüsse.

Abbildung 3: 3M bietet eine Vielzahl von IDC-Steckverbinderlösungen an, die Verbindungsanforderungen von 500 Mbit/s bis 20 Gbit/s erfüllen. (Bildquelle: 3M)

Fazit

Leistungsstarke Verbindungen, die auch auf engstem Raum zuverlässig sind, werden für eine Vielzahl von Anwendungen benötigt, lassen sich aber nur schwer realisieren. Wenn Sie eine Lösung benötigen, können Sie mit den Sockelbaugruppen der Serie 451, den Leiterplatten-Stiftleisten der Serie 452 und den impedanzkontrollierten Kabeln der Serie 7700 von 3M bei Datenraten von bis zu 20 Gbit/s schnell einsatzbereit sein. Sie werden durch Verbindungsoptionen wie Verriegelungsmechanismen, Zugentlastungen, Montagekonfigurationen, Anzahl der Stifte und Flachbandkabeltypen unterstützt.