Das Steckverbinderkonzept von VME64x

Aus Drei mach Fünf

11. Dezember 2006, 10:02 Uhr | Ansgar Thomas

Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Überbrückung der Kontakte an unbeschalteten Eingängen

Als Multiprozessorbus muss der VMEbus kontinuierlich prioritätengerecht die Aufgaben an die unterschiedlichen Prozessorkarten verteilen. Dies erfolgt über die Daisy-Chain-Leitungen. Das VMEbus-Protokoll fordert fünf Daisy Chains auf Position P1 einer jeden Backplane. Alle hier anstehenden Signale laufen per Definition durch sämtliche Tochterkarten, weshalb an unbeschalteten Eingängen die Signale überbrückt werden müssen. Die möglichen Überbrückungs-Varianten sind:

  • Dummykarten: In die unbesetzten Steckplätze werden so genannte Dummykarten gesteckt, die das Überbrücken der Daisy-Chain-Leitungen übernehmen. Dieses System ist aufwendig und logistisch schwer zu handhaben. An jedem System müssen mehrere Dummykarten vorhanden sein, damit im Schadens- oder Servicefall das System weiterlaufen kann.

  • Jumper: Eine Überbrückung kann auch durch das manuelle Stecken von fünf Jumpern auf der Rückwandplatine erfolgen. Dieses System ist als unsicher und absolut unkomfortabel zu betrachten. Die Jumper müssen bei laufendem System auf der Rückwandplatine zwischen zwei Tochterkarten hindurch aufgesetzt werden. Der Slot ist nur ca. 20 mm breit, die Tochterkarten ca. 160 mm lang. Schon ein Steckfehler bei einem der Jumper kann das ganze System zum Stillstand bringen.

  • ICs: Durch zusätzlich auf der Busplatine angebrachte ICs mit integrierten ODER-Gattern kann ein automatisches Daisy Chaining realisiert werden. Grundsätzlich werden aktive Komponenten auf der Rückwandplatine nur ungern akzeptiert, da sie eine geringe MTBF (Meantime between Failure) aufweisen. Insbesondere bei Anwendungen, bei denen eine mögliche Ausfallzeit eine große Rolle spielt, wird diese Variante kaum akzeptiert. Bei vielen anderen Anwendungen, bei denen Standard-Rückwandplatinen eingesetzt werden, hat sich diese Variante durchgesetzt.

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Bild 5. Federleiste mit Schaltfunktion. An den schwarz markierten Positionen a21-22, b4-5, b6-7, b 8-9 und b10-11 werden die Kontakte überbrückt, wenn keine Karte gesteckt ist.

  • Federleiste mit Schaltfunktion: Die fünfreihige Federleiste mit Schaltfunktion ermöglicht ein automatisches Überbrücken der Daisy-Chain-Leitungen. Durch integrierte Schaltelemente auf den Positionen a21-22, b4-5, b6-7, b8-9 und b10-11 (Bild 5) werden die Signale bei nicht gesteckter Tochterkarte überbrückt. Die Schaltelemente öffnen sich automatisch beim Stecken der Tochterkarte, so dass diese das Daisy Chaining übernehmen kann. Diese Variante bietet als einzige die Kombination aus hoher Sicherheit (MTBF ist groß, kein potentielles Fehlstecken der Jumper) und dem Komfort, dass der Anwender sich nicht mehr separat um die Daisy Chain kümmern muss.

Auf der Vorderseite der Rückwandplatine lassen sich Tochterkarten mit fünfreihigen Messerleisten stecken. Diese fünfreihigen Messerleisten sind ausschließlich in Löttechnik verfügbar. Vier voreilende 1,5-mm-Kontakte (Bild 6) dienen während des Steckvorgangs dazu, die Logik der Sende-/Empfängereinheit in einen definierten Zustand zu setzen. Die Baugruppen können während des Betriebes gesteckt werden: „Live Insertion“.

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Bild 6. Fünfreihige Messerleiste mit vier voreilenden Kontakten, die bei Live-Insertion für eine definierte Einschaltreihenfolge sorgen.

Bild 2 zeigt eine Übersicht über die Steckverbindertypen des VME64x-Steckverbindersystems. Auf der Rückwandleiterplatte des VME64x-Steckverbindersystems sind verschiedene Federleisten abgebildet. Alle Federleisten für die Rückwandplatinen haben ausschließlich Anschlussstifte in der lötfreien Einpresstechnik (Bild 3). Das Einpressen kann über einen Flachstempel erfolgen.

Auf der Standard-VME64x-Rückwandplatine findet man in der Ebene P2 Federleisten mit 17 mm langen Pfosten. Die partiell vergoldeten Anschlussstifte mit präzise gerundeten Spitzen (Bild 4) ermöglichen den Einsatz von rückwärtigen Übergabesystemen. Auf den 17 mm langen Pfosten auf der Rückseite sind Übergaberahmen aufgepresst. Diese liegen in sieben verschiedenen Typen für Leiterplatten-Stärken zwischen 2,8 und 6,4 mm vor. Die Übergaberahmen bilden zusammen mit den langen Pfosten der Federleisten das Steckgesicht einer fünfreihigen Messerleiste. In dieses Steckgesicht lassen sich wahlweise vier verschiedene Steckverbinder stecken.

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Bild 2. Übersicht über die Steckverbindertypen eines VME64x-Steckverbindersystems.

Am häufigsten wird der gewinkelte Tochterkarten-Steckverbinder eingesetzt, der auch „Transition Connector“ genannt wird. Er bietet die Möglichkeit, die Rückwandplatine als Mittelplatine einzusetzen, d.h., es gibt auf der Vorder- und der Rückseite der Hauptplatine Tochterkarten. Dieser „Transition Connector“ überträgt Signale und Strom bis 1 A über 160 Kontakte.

Der Kabelsteckverbinder nutzt die Crimp-Technologie. Hier kann der Anwender selbst entscheiden, an welchen der 160 Positionen er Signale über den Kabelsteckverbinder und ein Kabel aus dem System herausführen möchte. Der Crimp-Isolierkörper wird nur an diesen Positionen mit Kontakten bestückt. Hierfür sind – neben dem Crimp-Isolierkörper – Crimpkontakte für Leiterquerschnitte von 0,08 bis 0,56 mm, Schalengehäuse, Rasthebel und Rastelemente sowie alle notwendigen Werkzeuge verfügbar.

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Bild 3. Gerade Federleiste in lötfreier Einpresstechnik

Einige Anwender gehen dazu über, für die schnelle und direkte Übertragung zwischen verschiedenen Slots Parallel-Rückwandplatinen auf der Rückseite der Haupt-Rückwandplatine aufzusetzen. Diese Platine ist mit geraden, 160-poligen Federleisten bestückt, die das gleiche Steckgesicht aufweisen wie der Kabelstecker bzw. der Transition Connector.

Relativ selten ist es erforderlich, Tochterkarten mit dreireihigen Federleisten der Bauform R nach DIN 41612 auf der Rückseite des Systems zu stecken. Für diese Anwendungen wird ein Polarisierungseinsatz in den Übergaberahmen eingesetzt. Dieser gewährleistet, dass die dreireihige Federleiste ausschließlich in der richtigen Polarisierung in den Reihen a, b und c gesteckt werden kann.

Im Bereich P1 der Standard-VME64x-Backplane findet man in den Slots zwei bis 20 Federleisten mit kurzen Pfosten (5,0 oder 4,5 mm lang). Die Variante mit gemischten Kontakten (4,5 mm in den Reihen a, b und c; 5,0 mm in den Reihen z und d) wird von den Platinenbestückern gerne eingesetzt. Sie erleichtert das Einfädeln der Kontakte in die Platine, da der Bediener „nur“ auf die 64 Kontakte mit 5,0 mm Länge achten muss, die restlichen 96 kürzeren Kontakte ziehen sich automatisch beim Einpressen in die Löcher hinein.

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Bild 4. Federleiste mit partiell vergoldeten Anschlussstiften und präzise gerundeten Spitzen für rückwärtige Übergabesteckung.

Während der Entwicklung neuer Systeme und im Servicefall ist es erforderlich, in laufenden Systemen unter möglichst realen Bedingungen Messungen durchführen zu können. Hierzu werden eine oder mehrere Tochterkarten mit Hilfe so genannter Extender-Karten außerhalb des eigentlichen Systems in Betrieb genommen. Die Extender-Karte wird dabei anstelle der Tochterkarte in die Rückwandplatine gesteckt, die Tochterkarte wiederum in die Extender-Karte. Damit befindet sich die Tochterkarte vor der Frontblende des Systems. Von dort ist es möglich, an die verschiedenen Messpunkte auf der Tochterkarte mit den Mess-Spitzen heranzukommen.

Für diese Anwendung ist ein gewinkelter Steckverbinder erforderlich, der jedoch dem Steckgesicht der geraden rückwärtskompatiblen Federleiste (siehe Bild 3) entspricht. Dieser „Extender Card Connector“ wird als hybrider Steckverbinder realisiert, d.h., es ist eine Kombination aus Transition Connector mit aufgesteckter gerader Federleiste (Bild 7).

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Bild 7. Extender Card Connector in hybrider Bauweise als Kombination aus Transition Connector mit aufgesteckter gerader Federleiste.

  1. Aus Drei mach Fünf
  2. Überbrückung der Kontakte an unbeschalteten Eingängen
  3. Erweiterung auf sieben Reihen in den Startlöchern