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5G und High-Speed-Konnektivität

Steckverbinder haben Schlüsselrolle


Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Herausforderung für Steckverbinder

Für die Entwickler von Steckverbindern ist das die Herausforderung, der sie sich in der modernen Welt stellen müssen. Es ist von entscheidender Bedeutung, dass Steckverbinder die Qualität der Daten, die durch sie fließen, nicht beeinträchtigen, insbesondere bei den hohen Geschwindigkeiten, die in den neuen 5G-Netzen verlangt werden. Der Schlüsselbegriff hierbei ist die Signalintegrität.

Signalintegrität (SI) ist der Sammelbegriff, der die Qualität der elektrischen Signale beschreibt, die über ein Kabel und durch Steckverbinder übertragen werden. Es gibt zahlreiche Faktoren, die sich auf die SI auswirken. Einige wie z.B. elektromagnetische Störungen (EMI) werden durch äußere Bedingungen verursacht. Manche der Trends bei modernen Steckverbindern – geringere Pinabstände, höhere Pinanzahl und Länge der Signalleitungen – stellen allerdings ihre eigenen Herausforderungen dar. Mit diesen Aspekten sind die Entwickler von Steckverbindern heute konfrontiert.

Der Grund, warum die Signalintegrität heute von so großer Bedeutung ist, liegt in den Eigenschaften der Signale selbst. Digitale Signale werden als eine Reihe von Impulsen übertragen, und die Geschwindigkeit, mit der die Daten übertragen werden können, hängt sowohl davon ab, wie schnell sich das Signal ändern kann, als auch von der im Netzwerk verlorenen Energie. Das ideale Signal ist eine Rechteckwelle, bei deren Wechsel zwischen den beiden Zuständen keine Verzögerung auftritt. In der Realität erfolgt der Wechsel zwischen den binären Zuständen 1 und 0 nicht verzögerungsfrei, und alles, was diese Zeitspanne verlängert, gefährdet die Integrität des Signals selbst. Das Medium, durch das sich das Signal bewegt, muss die Beeinträchtigung des Signals selbst minimieren.

 Worawut; Funtap/stock.adobe.com
© Worawut; Funtap/stock.adobe.com

Die Hersteller von Steckverbindern haben jahrzehntelang an der Entwicklung von Steckverbindern und Kabeln gearbeitet, die sich ideal für die Art von High-Speed-Signalen eignen, die wir jetzt in der 5G-Infrastruktur sehen. Durch die Optimierung des Kontaktdesigns und den Einsatz von Techniken wie Differenzialpaaren werden die Auswirkungen von Kabeln und Steckern auf die Signalintegrität minimiert. Steckverbinder wie das Molex-SpeedStack-Mezzanine-System bieten Datenraten von bis zu 40 Gbit/s pro Differenzialpaar und gewährleisten eine zuverlässige Kommunikationsverbindung zwischen Leiterplatten.

Aufgrund der zunehmenden Verbreitung von High-Speed-Signalen haben die Steckverbinderhersteller jedoch nicht nur die Verbindung von Leiterplatten im Blick. Bei Datenübertragungsraten von 100 Gbit/s oder mehr werden die Einflüsse der Leiterbahnen auf einer Leiterplatte selbst immer wichtiger. Selbst die wenigen Millimeter zwischen zwei Komponenten auf einer Leiterplatte können Signalverluste verursachen, die die Funktion von Geräten beeinträchtigen. Die Verluste einer Leiterbahn auf einer Leiterplatte können bis zu siebenmal höher sein als bei einer entsprechenden Kabellänge.

Um dem entgegenzuwirken, hat der Steckverbinderhersteller Samtec in Zusammenarbeit mit den wichtigsten Chipherstellern das Flyover-Konzept entwickelt. Das leitet High-Speed-Signale über Leiterplatten statt durch sie hindurch. Durch die Platzierung von Steckverbindern in der Nähe von ASICs (anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreisen) können Leiterbahnen auf der Leiterplatte verkürzt werden und somit deren Auswirkungen auf die Signalintegrität reduziert werden. Das System verwendet Twinaxialkabel mit extrem geringem Skew, um die Verluste zu umgehen, die bei der Signalübertragung über die Leiterplatte entstehen, und kann Daten mit bis zu 112 Gbit/s PAM4 übertragen.

Die volle Leistungsfähigkeit des 5G-Netzes wird derzeit noch kaum ausgeschöpft, aber die Nachfrage wird schnell wachsen. Das Internet der Dinge, die Smart Factory und der digitale Zwilling sind Technologien, die durch drahtlose High-Speed-Konnektivität ermöglicht oder verbessert werden. Um die Infrastruktur für diese Kommunikationsrevolution bereitzustellen, setzen die Hersteller von Steckverbindern neue Techniken ein und sorgen dafür, dass die Signale ungehindert ihr Ziel erreichen. Das 5G-Netz mag drahtlos sein, aber High-Speed-fähige Steckverbinder werden in den kommenden Jahren die Grundlage dafür bilden.


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