Highspeed mit bis zu 28 GBit/s Fly-Over-Verbindung für den Umstieg von Kupfer auf optische Kabel

FireFly-Steckverbindersystem bis 28 GBit/s
Wegen steigender Übertragungsgeschwindigkeiten stoßen High-Speed-Verbindungen über Kupferleitungen an ihre Grenzen. Das FireFly-Steckverbindersystem erlaubt Übertragungsraten bis zu 28 GBit/s.

Mit dem »FireFly Micro Flyover«-System von Samtec steht eine On-Board-Übertragungstechnologie zur Verfügung, die eine problemlose Aufrüstung von Kupfer auf optische Kabel erlaubt - bei gleichem Stecker und bei gleichem Platzbedarf.

Das FireFly-System von Samtec ermöglicht Verbindungen zwischen Chips, Leiterplatten und sowie Systemen bei Übertragungsgeschwindigkeiten von bis zu 28 GBit/s. Derzeitige Kabelversionen bieten 12 Kanäle mit je 14 GBit/s, insgesamt also 168 GBit/s. Die Besonderheit dabei ist, dass die Verbindungstechnologie den Konstrukteuren erstmals die Möglichkeit bzw. Freiheit einräumt, ihre Systeme zukunftssicher zu gestalten – durch eine problemlose Aufrüstung von Kupfer auf optische Kabel.

Das Samtec-System basiert auf einer so genannten Fly-Over-Verbindung: Durch die Entfernung der Datenverbindungen, per »Fly-Over-Kabel« weg von der Leiterplatte, lassen sich zum Beispiel Probleme hinsichtlich der Signalintegrität lösen. Zudem steigt die elektrische Leistung.

Dank dem »Fly-Over« der Daten über die verlustbehafteten Leiterplattenmaterialien und andere Signalabschwächende Bauteile werden komplexe Layouts zur Hochgeschwindigkeitsübertragung der Signale überflüssig. Die zweiteiligen Leiterplattenverbindungen isolieren das Signal und die Stromleitungen und vereinfachen so im Vergleich zu Array-Systemen die Leiterbahnführung. Der zweiteilige Aufbau führt auch zu einer verbesserten Montagefreundlichkeit im Vergleich zu Druckspannungssystemen mit mechanischer Verschraubung.

Anders als bei bisherigen Lösungen mit optischen Engines werden die thermischen Betriebsbedingungen mittels eines integrierten Kühlkörpers berücksichtigt.

On-Board-Steckverbinder und Transceiver

Das »FireFly«-Steckersystem eignet sich für Anwendungen bis zu 28 GBit/s. Die zweiteiligen Leiterplattenverbindungen bestehen aus einer Mikro-Steckerleiste für schnelle Datenverbindungen mit zwölf Differenzialkanälen und einem einrastenden zehnpoligen Steckverbinder für Strom und Kommunikation mit geringerer Geschwindigkeit. Durch die Isolation von Signal und Strom vereinfacht sich im Vergleich zu Array-Systemen die Leiterbahnführung.

Der UEC5-Stecker wird zum Verbinden der Hochgeschwindigkeits-Datensignale vom Hostsystem mit den Eingängen der optischen Baugruppen oder Kupfer-FireFly-Baugruppen verwendet. Lötstifte erhöhen die mechanische Festigkeit der Verbindung mit der Platine. Der UCC8-Stecker bietet zusammen mit einer mechanischen Verriegelung an der FireFly-Baugruppe eine mechanische Stütze. Außerdem sorgt er für die Stromverbindung und die Datenkommunikation mit geringer Geschwindigkeit für optische Baugruppen. Das On-Board-Steckverbindersystem eignet sich für die Platzierung auf Hostplatinen oder direkt auf einem IC-Gehäuse. Zudem werden durch die Trennung der Hochgeschwindigkeitssignale von den Stromanschlüssen On-Package-Anwendungen ermöglicht (Abbildung 2).

Optische Baugruppen und Kupferbaugruppen

Optische Baugruppen sind als Konfigurationen mit Halbkabel, aktivem optischem Kabel und Y-Kabel erhältlich. In jedem Kabel werden die gleichen optischen Engines eingesetzt. Daher bestehen die Unterschiede bei der Baugruppe und nicht beim Formfaktor der optischen Engine oder der Leistung. Alle Engines sind unidirektional. Bidirektionale Baugruppen werden durch Kombination einer Übertragungs- und Empfangs-Engine in einem einzigen Y-Kabel unterstützt. ECUO-Baugruppen mit optischen Kabeln und 850-nm-VCSEL-Array-Technologie unterstützen alle Rechenzentrums- und HPC-Protokolle, unter anderem Ethernet, InfiniBand, Fibre Channel und PCIe. Baugruppen mit FireFly-Kupferkabeln sind mit einem Koaxial-Mikro-Flachbandkabel in der Größe AWG 38 von Samtec erhältlich. Dieses Kabel bietet eine Performance von bis zu 28 GBit/s an zwölf 100-W-Differenzialkanälen und wird standardmäßig mit FireFly-Stecker am zweiten Ende geliefert. Neben dem Standardstecker am zweiten Ende des Kabels kann die Baugruppe zudem mit verschiedenen Samtec-Steckverbindern ausgestattet werden.

Kühlkörperoptionen

Die optischen FireFly-Baugruppen können mit verschiedenen Standard-Kühlkörpern konfiguriert werden. Diese Kühlkörperausführungen unterstützen die Luftkühlung sowie die Kühlplattenkühlung. Zudem ermöglicht es die FireFly™-Konstruktion, individuelle Kühlkörper einzusetzen, die die Integration von Kühllösungen für mehrere Bauteile zulassen. Ein flacher Kühlkörper mit 3-Band-Durchführung ist für Anwendungen mit extrem hoher Dichte vorgesehen. In einer winkligen Vertiefung im Kühlkörper können die Leitungen von bis zu drei anderen optischen ECUO-Baugruppen in gestapelten Reihen untergebracht werden. Dies ist in Abbildung 3 dargestellt. Neben den aufgeführten Standard-Kühlkörpern entwickelt Samtec zusammen mit den Kunden auch optimierte Kühlkörper für individuelle Anforderungen.

Testbausatz

Der FireFly-Testbausatz (Teilenummer: FIK-FIREFLY-01) ermöglicht den Konstrukteuren Echtzeittests mit einem aktiven Kupfer-System oder einem elektrischen FireFly-System. Der Anwender hat die Möglichkeit, das System im Labor zu testen und zu bewerten, mit eigenen Eingangswerten. Der Bausatz erlaubt den Anschluss aller zwölf FireFly-Kanäle an verschiedenen Labortestgeräten. Die Nenngeschwindigkeit beim Testbausatz gibt Samtec mit 25 GBit/s an.