Zuverlässige, geschirmte Steckverbindersysteme

Damit werden auch Anwendungen in besonders rauen und anspruchsvollen Industrieumgebungen wie im Bereich Transport, Bahntechnik, Schwerindustrie oder Automatisierung mit hohen Schock- und Vibrationsbelastungen adressiert.

COMs (Computer-on-Modules) kommen ja nicht für sich allein zum Einsatz, sondern als System mit dem jeweiligen Basisboard. Neben dem Bussystem und den weiteren E/A-Schnittstellen spielen demnach auch die Steckverbinder für die Verbindung zwischen den Modulen und dem Trägerboard eine wichtige Rolle bezüglich der Performance und Zuverlässigkeit des Gesamtsystems. Obwohl der Einsatz oftmals in rauen Industrieumgebungen mit störenden Einflüssen wie Schock, Vibration und EMV-Problemen erfolgt, basieren viele COMs auf einfachen Direktsteckverbindern oder kostengünstigen Steckverbindungen wie sie zum Beispiel in Notebooks eingesetzt werden.

Direktsteckverbinder (Card Edge Connectors) sind einteilige Verbindungssysteme, welche direkt mit der Leiterplatte kontaktieren. In rauen Umgebungen mit starker Vibrations- und Schockbelastung können Direktsteckverbinder nicht zuverlässig eingesetzt werden. Hier kann es zu Reibkorrosion kommen – unzureichend konstruierte und gefertigte Kontakte reiben sich bei Vibration durch. Ursache dafür sind eine ungenügende Goldauflage, Nickelkanten oder offenliegende Glasfasern. Andererseits ist bei zweiteiligen Steckverbindern (Messer- und Federleiste) mit einschenkligen Kontakten die Kontaktsicherheit limitiert (nur ein Kontaktpunkt). Durch falsche Ausrichtung, mechanische Toleranzen oder Vibration und Schock kann es zu Kontaktverlust kommen.

Mit den Whitespeed-Modulen und den Microspeed-Steckverbindern stehen erstmals COMs mit einem sehr zuverlässigen, geschirmten Steckverbindersystem zur Verfügung, das mit zweischenkligen Kontakten für eine gute Kontaktüberdeckung beziehungsweise Überstecksicherheit sorgt und mit hochwertigen Kontaktoberflächen auch anspruchsvollen Anforderungen Stand hält.

Auf den Whitespeed-Modulen sorgen Microspeed-Steckverbinder für hohe Kontaktsicherheit.Erni Electronics

Robuste, zuverlässige und EMV-optimierte Verbindungen

Die modular aufgebauten, geschirmten Steckverbinder sind als zweireihige Ausführung mit 50 Kontakten für den weiten Temperaturbereich von -55 bis +125 °C verfügbar. 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 Koplanarität der SMT-Anschlüsse ist zu 100 Prozent garantiert, mit einer Toleranz von weniger als 0,10 mm für alle Kontakte. Der Aufbau mit einem offenen Pinfeld gleichartiger Signalkontakte mit einem Längsraster von 1,0 mm und einem Querraster von 1,5 mm erlaubt eine horizontale und vertikale Anordnung der differenziellen oder Single-ended-Signale – je nach Anwendung beziehungsweise Anforderung an die Impedanz. Microspeed-Steckverbinder ermöglichen Datenraten von 10 Gbit/s und deutlich mehr bei entsprechender Schaltungs- oder Layout-Auslegung.

Oft sind es aber nicht allein die Datenraten, sondern die sehr guten Werte bezüglich der Signalintegrität beziehungsweise EMV, die den Microspeed für das Design prädestinieren. Denn die EMV-Eigenschaften von Steckverbindern haben entscheidende Bedeutung für die Störfestigkeit und Störaussendung von elektronischen Produkten. Koppelinduktivität und Schirmdämpfung sind hier die entscheidenden Parameter. Um ein kontrolliertes Impedanzverhalten, geringes Nebensprechen und gute Kopplung für differenzielle Signalpaare zu erreichen, verfügen die Microspeed-Komponenten über ganz spezielle Schirmungsstrukturen. Das modular ausgelegte, geschirmte Microspeed-Steckverbindersystem besteht aus zwei Kontaktreihen und zwei außen angeordneten Schirmblechen. Die Signalkontakte sind ausschließlich in SMT ausgeführt, da Durchkontaktierungen, wie sie bei Einpresssteckern notwendig sind, negativen Einfluss auf das Rausch-Verhalten und Reflektionen haben.

Skalierbare COMs für raue Umgebungen

Mit zweischenkligen Kontakten und speziellen Schirmungsstrukturen bieten Microspeed-Stecker eine hohe Kontaktsicherheit und ein optimiertes EMV-Verhalten.Erni Electronics

Bedingt durch die üblicherweise verwendeten Direktsteckverbinder oder Steckverbinder mit nur einem Kontaktpunkt (einschenkliger Aufbau) gab es bisher keine kompromisslos robusten COM-Lösungen auf dem Markt. Im Gegensatz dazu stellen die zweireihigen, 50-poligen Microspeed-Steckverbinder eine stabile, zuverlässige und geschirmte Steckverbindung zwischen den Modulen und dem Basisboard zur Verfügung. Mit den zweischenkligen Kontakten gewährleisten sie nicht nur eine hohe Kontaktsicherheit, sondern auch eine hohe Fangsicherheit beim Stecken.

Die zweireihigen, 50-poligen Microspeed-Steckverbinder bieten eine stabile, zuverlässige und geschirmte Steckverbindung. Erni Electronics

Außerdem sind die Module durchgängig sehr robust aufgebaut. Sie können per Konvektion (Convection Cooling) oder Konduktion (Conduction Cooling) gekühlt werden. Alle Komponenten sind mindestens für eine Umgebungstemperatur von -40 bis +85 °C spezifiziert. Die neuen Mezzanine-Boards im Kreditkarten-Format (85 mm x 55 mm) basieren auf einem ARM-Prozessor mit besonders geringer Stromaufnahme und einem umfassenden Ecosystem mit Betriebssystemen, Entwicklungsumgebungen, Bibliotheken, Compiler, Linker, etc.

Das Whitespeed-Portfolio umfasst eine Familie von pin-kompatiblen ARM-basierten Mezzanine-Modulen, die sich im Wesentlichen durch die CPU-Performance (Taktfrequenz, Anzahl der Cores, Coprozessoren) und I/Os beziehungsweise Speicherkonfiguration unterscheiden. Darüber hinaus steht ein umfangreich ausgestattetes, adaptierbares Basisboard zur Verfügung. Dieses Träger-Board ist die Plattform für die Entwicklung der Anwendungs-Software und gleichzeitig die Basis für kundenspezifische Boards.

Leistungsfähige Schnittstelle und CPU

Mit vier Microspeed-Signal-Steckverbindern und einem Microspeed-Powermodul realisiert Erni die neue standardisierte Schnittstelle (Whitespeed 1.0) der Module zum Basisboard. Dabei werden unterstützt: PCIe x1/x4, Ethernet 10MB/100MB/1GB, SATA, USB 2.0 High Speed, UART, CAN, I2C, SPI, LVDS LCD-Display (es können zwei Bildschirme gleichzeitig bedient werden), HDMI beziehungsweise SDVO (Serial Digital Video Out)), HDA (High Definition Audio), Watchdog, Debug Interface (JTAG), etc.

Wesentliche Features der Whitespeed-1.0-Schnittstelle. Erni Electronics

Die ersten Whitespeed-Module basieren auf dem Freescale-Mikrocontroller iMX537 mit ARM-Cortex-A8 Core. Der Core ist skalierbar mit Frequenzen von 600 MHz bis 1 GHz. Mit dem Cortex-A8-Prozessor können sowohl Anforderungen mit hoher Rechenleistung (zum Beispiel 2000 Dhrystone MIPS) als auch sehr geringe Verlustleistungen mit weniger als 300 mW adressiert werden. Zur Speicherausstattung des i.MX537 (ARM-Cortex-A8 mit bis zu 800 MHz bei -40 bis 85 °C) gehören DDR3-RAM (1 bis 2 GByte), zuverlässige NOR-Flashspeicher (64 bis 256 MByte) für den Boot-Code, NAND-Flash (bis zu 4 GByte) und I2C-EEPROM mit bis zu 128 kByte für die Konfigurationsdaten. Die CPUs bieten zudem umfangreiche Power-Management-Funktionen. Der i.MX537 ist sowohl hinsichtlich Performance als auch geringe Verlustleistung optimiert. Mit einem integrierten Display-Controller, 1080p/720p HD Video-Funktionalität sowie erweiterter Grafik ist die CPU zum Beispiel sehr gut geeignet für Anwendungen wie Industriemonitore oder Bedienterminals.

Neben einer Roadmap für weitere Module (beispielsweise Cortex-A9 oder Cortex-A15, Single-Core- und Multicore-Bausteine) mit höherer Performance wird auch eine Garantievereinbarung für eine erweiterte Produktlebenszeit angeboten.

Bei der Produkteinführung ist Linux-Unterstützung durch ein Board-Support-Package (BSP) gegeben. Außerdem werden Echtzeit-Linux, Windows (Windows CE, Windows Embedded) sowie zusätzliche Betriebssysteme auf Anfrage folgen.

Das universelle Basisboard (241 mm x 147,5 mm) kann auch als Entwicklungsboard (mit oder ohne LCD-Display) genutzt werden. Insbesondere ist die Whitespeed-Lösung prädestiniert für intelligente Bedienterminals in der Automatisierungs-, Transport- oder Medizintechnik. So können ein oder auch zwei LC-Displays für Touch-, Tastatur- oder Maus-Bedienung einfach angeschlossen werden.

Das Whitespeed-Basisboard ist auch mit LCD verfügbar.Erni Electronics

Skalierbares Leistungsspektrum

Für die applikationsspezifische Trägerboard-Entwicklung steht ein Entwicklungssystem aus generischem Trägerboard und Modul zur Verfügung. Darüber hinaus werden auch kundenspezifische Basisboards und Unterstützung bei der  Entwicklung und Fertigung von Basisboards angeboten.

Für Industriekunden ist auch eine lange Produktlebenszeit ein wichtiges Kriterium. Dafür verpflichtet sich Erni zu längeren Lebenszyklen für die COMs, als sie für die Einzelkomponenten auf den Modulen üblich sind. Das vereinfacht das Lifecycle-Management für den Kunden, da er sich nicht um die Beschaffung von DRAMs, Flash-Speicher und anderen Bauteile mit kurzen Lebenszyklen kümmern muss. Außerdem gibt es eine Upgrade-Garantie, das heißt die nächste Modul-Generation (zum Beispiel auf Cortex-A9-Derivaten) wird auf bestehenden Trägerboards laufen.

(ah)