Bild 1: Die Microspeed-Familie ist modular aufgebaut, schnell und vielseitig einsetzbar.

Bild 1: Die Microspeed-Familie ist modular aufgebaut, schnell und vielseitig einsetzbar.Erni Electronics

In modernen, verteilten Systemarchitekturen gewinnen Mezzanine-Steckverbinder (Bild 1) zunehmend an Bedeutung, da immer mehr Applikationen nicht mehr in großen Schaltschränken, sondern in kleineren Gehäusen Platz finden müssen. Diesem Trend begegnen die Hersteller mit höherer Integration und gestapelten Boards. Mit Microspeed ist eine High-Speed-Steckverbinderfamilie mit hoher Kontaktdichte im 1,0-mm-Raster für Board-to-Board-Verbindungen verfügbar, die auch die Bandbreitenanforderungen von modernen Systemarchitekturen erfüllt.

Modulares, HF-optimiertes Design

Um ein kontrolliertes Impedanzverhalten, geringes Nebensprechen und gute Kopplung für differenzielle Signalpaare zu erreichen, verfügen die Microspeed-Komponenten über spezielle Schirmungsstrukturen. Das modular ausgelegte, geschirmte Steckverbindersystem besteht in der Standard-Bauform aus zwei Kontaktreihen und zwei außen angeordneten Schirmblechen. Die Signalkontakte sind ausschließlich in SMT ausgeführt, da die Kapazität von Durchkontaktierungen, wie sie bei Einpresssteckern notwendig sind, das Rauschverhalten negativ beeinflussen und zu Reflektionen führen. Steckverbinder mit SMT-Signalkontakten bieten gegenüber Versionen mit Einpresspins daher Vorteile bei der Signalintegrität.

Bild 2: Microspeed-Stecker mit zweischenkligen Miniaturkontakten haben einen großen Fangbereich von 0,7 mm bei einem 1,0-mm-Raster für ein sicheres Stecken.

Bild 2: Microspeed-Stecker mit zweischenkligen Miniaturkontakten haben einen großen Fangbereich von 0,7 mm bei einem 1,0-mm-Raster für ein sicheres Stecken.Erni Electronics

Bisher haben Anwender selten mehr als einen der platzsparenden Mezzanine-Steckverbinder auf einem Board angeordnet, um Toleranzprobleme beim Stecken zu vermeiden, die bei herkömmlichen einschenkligen Kontakten auftreten können. Microspeed-Stecker mit zweischenkligen Miniaturkontakten (Bild 2) haben dagegen einen großen Fangbereich von 0,7 mm bei einem 1,0-mm-Raster. Damit kann man problemlos mehrere Steckverbinder für Mezzanine-Applikationen auf einem Board platzieren. Entwickler profitieren zudem in Form einer höheren Routing-Flexiblität mit oftmals weniger erforderlichen Leiterplatten-Layern.

Flexible Anordnung

Bei den Microspeed-Steckverbindern beträgt das Längsraster 1,0 mm und das Querraster (aus Impedanzgründen) 1,5 mm Die differenziellen Signalpaare können horizontal oder vertikal angeordnet werden. Ein optimiertes Crosstalk-Verhalten erhält man mit einer vertikalen Konfiguration der Signalpaare (transversal, also quer zur Längsrichtung) und der paarweisen Anordnung von Signal- und Schirmkontaktpaaren. Messungen ergaben ein Nebensprechen von weniger als -40 dB bei 20 GHz und einer Einfügungsdämpfung von -1 dB sowie ausgezeichnete Augendiagramme für Datenraten bis zu 20 GBit/s und mehr. Das Impedanzverhalten erweist sich in den Messungen als sehr gut bei maximalen Augenöffnungen.

Auf einen Blick

Erni bietet seine Microspeed-Steckverbinder nun auch in einer dreireihigen Version an. Um die unterschiedlichsten Anwendungen optimal abzudecken, ist Flexibilität bei der Belegung und Anordnung von Signal- und Schirmanschlüssen gegeben. Die Steckverbinder sind für die direkte Verbindung von Boards (Mezzanin) oder für flexible Board-Verbindungen mittels Flex-Leiterplatte ausgelegt. Die Bauweise sorgt für einen sicheren und zuverlässigen Einsatz auch in rauen Industrieumgebungen.

Die modular aufgebauten, geschirmten Steckverbinder im 1,0-mm-Raster sind als zweireihige Ausführung mit 50 Kontakten für den Temperaturbereich von -55 bis +125 °C verfügbar. Die 27 mm langen Steckverbindermodule verfügen über zwei Schirmbleche (18 Schirmkontakte). Sie lassen sich problemlos aneinanderreihen, quasi ohne Platzverlust. Das Konzept erlaubt weitere Polzahlen in Sechserschritten auf- und abwärts. Für Applikationen mit besonders hoher Kontaktdichte stehen neben den zweireihigen Versionen auch siebenreihige Signal-Steckverbinder mit 91 (7×13) oder 133 (7×19) Signal- und 14 Schirmkontakten zur Verfügung. Zusätzliche 90°-Versionen ermöglichen äußerst kompakte und schnelle Verbindungen von der Backplane zu Tochterkarten und koplanare Verbindungen zwischen Tochterkarten.

Bild 3: Bei entsprechenden Designkriterien und Layout lassen sich auch mit den zweireihigen Microspeed-Steckern Datenraten von mehr als 25 GBit/s erreichen.

Bild 3: Bei entsprechenden Designkriterien und Layout lassen sich auch mit den zweireihigen Microspeed-Steckern Datenraten von mehr als 25 GBit/s erreichen.Erni Electronics

Bis zu 25 GBit/s

Die High-Speed-Steckverbinder der zweireihigen Microspeed-Familie ermöglichen nach konservativer Spezifikation Datenraten von bis zu 20 GBit/s (differenziell). Aktuelle Messungen und Simulationen belegen, dass bei entsprechenden Designkriterien und entsprechendem Layout (-2 dB Einfügungsdämpfung, 5 mm Board-to-Board-Abstand) auch höhere Datenraten möglich sind (Bild 3). Damit lassen sich extrem schnelle Board-to-Board-Verbindungen mit Distanzen von 5 bis 20 mm realisieren.

Die Signalkontakte sind in SMT-Technik ausgeführt, während für die Schirmkontakte zwei Optionen verfügbar sind: SMT oder Through Hole Reflow (THR) für besonders schwere Einsteckkarten oder höhere mechanische Beanspruchung. Die SMT-Koplanarität ist zu 100 % garantiert und mit weniger als 0,10 mm für alle Kontakte spezifiziert.

Microspeed-Steckverbinder werden in Tape-on-Reel-Verpackung geliefert. Weitere Design-Merkmale für die vollautomatische Bestückung sind: Schwarze Isolierkörper aus hochtemperaturfestem LCP für das schnelle und sichere visuelle Erkennen sowie eine vormontierte Bestückungshilfe für das einfache Greifen. Außerdem stehen Demo-Boards, SPICE-Modelle und ein Evaluationskit zur Verfügung.

Bild 4: Microspeed Power-Module bieten eine hohe Stromtragfähigkeit von bis zu 18 A pro Kontakt.

Bild 4: Microspeed Power-Module bieten eine hohe Stromtragfähigkeit von bis zu 18 A pro Kontakt.Erni Electronics

Zuverlässige Stromversorgung

Komplementär zur Signalfamilie steht die Microspeed Power-Modul-Familie für die Stromversorgung zur Verfügung (Bild 4). Die fünfpoligen Steckverbinder mit einem Kontaktraster von 2,0 mm bieten eine hohe Stromtragfähigkeit, trotz der äußerst geringen Abmessungen. Dazu kommen eine Spannungsfestigkeit bis 500 V, ein Kontaktwiderstand < 20 mΩ und eine Isolationsfestigkeit > 1010 Ω. Durch den Einsatz eines speziellen Kontaktmaterials kann das Steckverbindersystem Ströme bis 18 A bei 20 °C liefern. Wer den maximal zulässigen Betriebsstrom des Steckers nutzen will, muss vorab die Strompfade ganzheitlich betrachten, denn jedes beteiligte Bauteil muss sich für diese Stromstärke gleichermaßen eignen. Oft sind die Leiterplatte oder das Layout das schwächste Glied in der Kette. Mit den der Signalfamilie entsprechenden verschiedenen Bauhöhen für die Messer- und Federleisten sind auch mit den Power-Modul-Steckern 16 verschiedene Stapelhöhen von 5 bis 20 mm möglich.

Analog zu den Signal-Ausführungen haben auch die Power-Module Pins mit SMT-Anschlüssen, während für die Schirmung zwei Terminierungsoptionen erhältlich sind: SMT für Standard-Applikationen und THR-Schirmkontakte mit größeren Auszugskräften für besonders raue Umgebungen. Die Masse-Kontakte der Schirmbleche sorgen dabei gleichzeitig für eine sichere Zugentlastung des Steckverbinders. Selbst bei einem Board-Abstand von nur 5 mm ist eine große Kontaktüberdeckung (Überstecksicherheit) gewährleistet.

Bild 5: Die neuen dreireihigen Versionen mit SMT-Anschlüssen haben eine hohe Kontaktdichte. Die zentrale (dritte) Kontaktreihe kann komplett als Schirmreihe verwendet werden. Damit lassen sich Datenraten von 25 GBit/s und mehr sicher übertragen.

Bild 5: Die neuen dreireihigen Versionen mit SMT-Anschlüssen haben eine hohe Kontaktdichte. Die zentrale (dritte) Kontaktreihe kann komplett als Schirmreihe verwendet werden. Damit lassen sich Datenraten von 25 GBit/s und mehr sicher übertragen.Erni Electronics

Aller guten Dinge sind drei

Die neuen dreireihigen Versionen mit SMT-Anschlüssen bieten eine hohe Kontaktdichte (Bild 5). Die geraden Stecker sind mit 75 und 192 Kontakten (3 × 25 und 3 × 64 Positionen) verfügbar – weitere Polzahlen kann Erni kundenspezifisch realisieren. Um die unterschiedlichsten Anwendungen optimal abzudecken, ist Flexibilität bei der Belegung und Anordnung von Signal- und Schirmanschlüssen gegeben: die zentrale (dritte) Kontaktreihe lässt sich komplett als Schirmreihe verwenden, um das Übersprechen zwischen den Signalreihen effizient zu unterdrücken. Alternativ kann die dritte Kontaktreihe auch für die Stromversorgung dienen; für diese Aufgabe lassen sich aber auch die außenliegenden Schirmungen nutzen.

In der 180°-Ausführung sind die neuen, dreireihigen Microspeed-Steckverbinder für die direkte Verbindung von Boards (Mezzanin) oder für flexible Board-Verbindungen mittels Flex-Leiterplatte ausgelegt. Es lassen sich Board-to-Board-Abstände von 5 mm (1 mm Messerleiste und 4 mm Federleiste) realisieren. Auch das Schirmkonzept wurde nochmals optimiert, um die Koppelinduktivität signifikant zu reduzieren. Die Steckverbinder weisen eine minimierte Störstrahlung und eine sehr gute Störfestigkeit (Immunität gegenüber Störimpulsen) auf.

Die Rahmenbauweise mit polarisiertem Steckgesicht, robuster Blind-Mate-Ausführung und doppelschenkligen Federkontakten mit hervorragendem Toleranzausgleich sorgen für einen sicheren und zuverlässigen Einsatz auch in rauen Industrieumgebungen. Dazu gesellt sich eine hohe Überstecksicherheit von 1,5 mm.

Weites Einsatzgebiet

Die modular aufgebauten, impedanzangepassten Steckverbinder (50/100 Ω) sind für den Temperaturbereich von -55 bis +125 °C verfügbar. Die Signalkontakte sind in SMT-Technik ausgeführt. Das Längsraster von 1,0 mm und der Reihenabstand von 1,5 mm erlauben eine horizontale und vertikale Anordnung der differenziellen Paare oder Single-Ended-Signale – je nach Anwendung und Anforderung im Hinblick auf Übersprechen. Ein optimales Crosstalk-Verhalten kann durch spezielle Layout-Konfigurationen erreicht werden – hier unterstützt Erni den Entwickler durch praxiserprobte Vorschläge. Für die Microspeed-Steckverbinder sind Steckzyklen > 500 spezifiziert. Die Stromtragfähigkeit beträgt 1,0 A für die Signalkontakte und 10 A für die Schirmung.