Elastomere Steckverbinder für Embedded-Systeme
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Elastomer-Steckverbinder für Embedded-Systeme
Die Stecksysteme werden gezwungenermaßen filigraner, konstruktiv aufwendiger und damit im produktiven Einsatz schwieriger zu handhaben. Die Steckkräfte beim Ein- und Ausbau werden groß und führen in vielen Fällen zu beschädigten Platinen. Dünnere Goldkontaktflächen nutzen sich schneller ab, die elektrischen Übertragungseigenschaften können sich dabei verschlechtern. Somit vergrößert sich die Fehleranfälligkeit der Systeme. Zwar werden oftmals spezielle Ein- bzw. Ausbauwerkzeuge für konventionelle Stecker angeboten, deren Handhabung erweist sich allerdings nicht zwangsläufig als sicher und intuitiv.
Möchte man auf dieser Basis Systemfunktionen einfach und flexibel erweitern – z.B. mehrere CPU- oder I/O-Module parallel betreiben –, so geht das nur mit erhöhtem Aufwand. Darüber hinaus muss die endgültige Konfiguration des Systems bereits beim Layout bekannt sein. Das Hinzufügen eines zusätzlichen Moduls mit weiteren I/O-Funktionen ist mit dieser Technik im produktiven Einsatz nicht möglich. Zu berücksichtigen sind weitere Punkte:
- Verschlechterung der Übertragungsqualität mit Federkontakten bei hohen Frequenzen, d.h. mögliche Grenzen für schnelle serielle Busse wie PCI-Express oder MicroTCA. Für Einsatzprofile mit rauhen mechanischen Anforderungen ungeeignet, z.B. Rütteln, Vibration oder mechanische Schockgefahr.
- Bei Systemen mit Schutzlackierung können durch die Kapillarwirkung zwischen Stecker und Platine an den Kontaktflächen Übertragungsprobleme auftreten.
- Conduction Cooling – falls gewünscht – belastet die Steckverbindung mechanisch und verbindet Signal- mit Chassis-Ground – entsprechende negative Auswirkungen auf das EMV/ESD-Verhalten eingeschlossen. Mit speziellen Verbindungsverfahren können die Vorteile von SoMs an die steigenden technischen Anforderungen angepasst werden – und das bei vertretbarem Aufwand.
Die Familie miriac MPX (MicroSys PPC EXtendable Module) ist eine skalierbare Reihe von SoMs, die hauptsächlich Systeme auf Basis der Power-Architektur unterstützt, aber ebenso offen ist für ARM- oder Intel-x86-kompatible Designs. Über die entsprechenden Carrier Boards werden die I/O-Funktionen des SoM nach außen geführt. Sie sind flexibel an Bussysteme anpassbar, z.B. CompactPCI, VME, 19-Zoll-Einschubsysteme oder OEM-Spezifikationen.
Eine der wichtigsten zu klärenden Fragen bei der Entwicklung war die Definition der Verbindungstechnik zwischen den Modulen und den Basis-Platinen. Es galt, die schon beschriebenen Nachteile traditioneller Steckverbindungen zu vermeiden. Eingehende Analysen führten zu der Entscheidung, sich intensiver mit Elastomer-Steckverbindern auseinanderzusetzen. Sie werden seit mehr als 15 Jahren für die vielfältigsten Anwendungsfälle erfolgreich eingesetzt. Allerdings musste die Eignung für die miriac-Familie überprüft werden. Folgendes divergierendes Anforderungsprofil galt es bestmöglich zu erfüllen:
- geringe Bauhöhe für möglichst geringe Systemabmessungen,
- Stapeln der Module für möglichst flexible und einfache Funktionserweiterungen,
- mehr als 200 Kontakte pro Stecker bei bestmöglicher Übertragungsqualität,
- Übertragung von Signalen und Versorgungsspannungen, ausgelegt für Ströme bis zu 4,4 A,
- unempfindlich gegen Schock und Vibrationen, geeignet für Karosserieanbau nach DIN EN 60068,
- zuverlässige Zero-Force-Kontaktierung und einfache Montage,
- sichere Abdichtung und damit gute Eignung für die Lackierung der Boards (oftmals Anforderung für den Einsatz in rauhen Umgebungen, z.B. in der Avionik, Bahntechnik, Chemieindustrie, beim Militär etc.),
- Entkopplung von Signal- und Chassis-Ground bei Conduction Cooling.
Speziell für diese Anforderungen wurde eine elastomere Stecktechnik und auf deren Basis die miriac-SoM-Familie entwickelt.
Der MPX-Stecker (Bild 2) ermöglicht die Kontaktierung auf seiner Oberund Unterseite und bildet gleichzeitig das Bindeglied zwischen den Platinen, die mit den entsprechenden Aufnahmen für seine Fixierzapfen versehen sind. Durch jeweils drei Bohrungen pro Stecker werden die Boards fest miteinander verschraubt. Die aufwendigere Stecker-Buchse-Kombination einer traditionellen Verbindung entfällt dabei. Die Bauhöhe und damit der Platinenabstand betragen 6,5 mm. Die Länge für den Typ ABCD beträgt 65 mm und die Breite 7 mm. Der Typ AB mit nur zwei Kontaktkammern ist entsprechend kürzer.
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