Um den Anschluss nicht zu verpassen
Jetzt auf USB-C wechseln – aber richtig!
Vorgängerverbindungen wie USB-A/-B, Mini- oder Micro-USB verschwinden langsam vom Markt. Daher ist es dringend angeraten, auf USB-C umzusteigen. Was dabei zu beachten ist und wie man den passenden USB-C-Stecker (von 6- bis 24-polig) auswählt, erläutert Marko Milosevic von Rutronik.
Zu Beginn der USB-C-Entwicklung stand eine 24-polige Buchse, die verschiedene Hersteller in ihrem Sortiment hatten. Das USB Implementers Forum (USB-IF, https://usb.org/) spezifizierte diese maximale Anzahl an Kontakten, um den sehr anspruchsvollen Anforderungen in Bezug auf Datenübertragung und Ladevorgänge mit hoher Geschwindigkeit nachzukommen.
Der Weg zu USB-C
Dieses neue Produkt mit vielen Kontakten stellte allerdings einen deutlichen Mehraufwand in der Produktion dar. Schließlich galt es nun nicht nur vier oder fünf Pole zu integrieren, sondern 24. Das bedeutet auch üblicherweise zwei Kontaktreihen zum Anlöten, was einen komplexeren Verarbeitungsprozess zur Folge hat, da auch die Kontrolle der Verlötung der zweiten Reihe nicht ohne weiteres durchzuführen ist. Einfacher wäre es, wenn es nur eine außenliegende Reihe zum Verlöten gibt.
Entsprechend kam auch von Entwicklerseite die Frage auf, ob und inwieweit ein Wechsel von beispielsweise einer Micro-USB-Verbindung auf eine hochkomplexe 24-polige USB-C-Buchse überhaupt sinnvoll ist. Das Steckgesicht war populär und aufgrund der Kostenstruktur von USB-C wurde zunächst weiter auf die Micro-USB Buchse gesetzt.
Hersteller und das USB-IF reagierten indessen auf die Bedarfe des Marktes, die nicht immer eine z. B. Highspeed-Variante erforderlich machten und entwickelten weitere, abgespeckte USB-C-Buchsen mit 16, 14 oder auch nur sechs Polen. Die Vorteile dieser Versionen sind einerseits die einfachere Verarbeitung, aber vor allem das interessantere, weil deutlich gesunkene Preisniveau. Das macht den Wechsel hin zu USB-C auch aus monetärer Sicht möglich. Vorreiter beim Wechsel zu USB-C sind zum Beispiel die Hersteller von Netzteilen und natürlich PCs und Notebooks. Aber auch Fahrzeughersteller, die die USB-C-Buchse in die Infotainmentsysteme integrieren, tragen zu dieser Entwicklung bei.
Neben der Polzahl bieten Elektromechanik-Hersteller inzwischen weitere vielfältige und sich stetig weiterentwickelnde Varianten der USB-C-Bauteile, wie liegende oder stehende „Top Mount“- und „Mid Mount“-Buchsen und solche die wasserdicht sind.
Unterschiedliche USB-C-Typen
Bei der Auswahl der passenden USB-C-Verbindung ist primär von Relevanz, welche Anforderungen an die Verbindung gestellt werden!
Die folgenden Fragen können Entwicklern eine erste Hilfestellung bei der Auswahl der optimalen USB-C Buchse bieten:
Welches Signal bzw. welche Übertragungsgeschwindigkeit soll die Applikation verarbeiten können: USB 2.0 oder höher?
Hier entscheidet sich die diffizile Frage nach der benötigten Polzahl: Soll die Anwendung für die Übertragungsraten von USB 3.0 geeignet sein, ist eine 6- oder 16-polige Buchse nicht ausreichend. Das wäre zum Beispiel dann der Fall, wenn ein externer Monitor als Dockingstation für ein Notebook genutzt werden soll. Ein einziges Kabel würde dann für die Datenübertragung und Stromversorgung genutzt – Kabelsalat adé! Hier empfiehlt es sich deshalb unbedingt, auf eine 24-polige Variante zu setzen, wie sie z.B. die Hersteller Molex und JAE in verschiedenen Varianten bieten.
Welche Variante passt besser in das Design: Top-Mount oder Mid-Mount? Stehend oder liegend? Wie hoch darf die „Center Height“ sein?
Die gängigste Variante, welche als USB-C Buchse zum Einsatz kommt, ist die liegende Top-Mount-Version. Hier hat vor allem JAE bereits früh begonnen, ein breites Portfolio mit anzubieten. Demnach ist bei diesem Hersteller die Vielfalt entsprechend groß. Durchgesetzt haben sich hier vor allem die 16-polige Varianten „DX07S016JA1R1500“ oder „DX07S016JA3R1500“, die sich lediglich in der DIP-Länge unterscheiden. Bei der 24-poligen Version bietet die Ausführung „DX07S024JJ2R1300“ eine zusätzliche Abschirmung auf der Hinterseite der Buchse. Aber auch Molex bietet ein sich stetig erweiterndes Angebot, darunter die einfach im Aufbau gehaltene, 6-polige Buchse des Typs „2171570001“. Sowohl JAE als auch Molex setzen auf die Verfügbarkeit verschiedener Polzahlen (6, 14, 16 und 24 Pole).
Gerade bei mobilen Geräten ist die „Center Height“ ein entscheidender Punkt: Sie wird herangezogen, um die richtige Höhe auf der PCB zum Ausgang zu erreichen. Hersteller von mobilen Endgeräten, wie z. B. Smartphones oder Lesegeräten, bauen die PCB auf einer sich geringfügig unterscheidenden Höhe im Vergleich zum Gehäuse ein. Sitzt die Platine beispielsweise sehr weit unten, wird eine Buchse mit einer entsprechend hohen „Center Hight“ benötigt, um auf die gewünschte Ebene zukommen, auf der der USB-C Anschluss sitzen soll. Liegt die verbaute Platine allerdings auf gleicher Ebene wie der Anschluss, so wird eine Center Height ausgewählt welche nahe 0 mm ist, da mit großer Wahrscheinlichkeit eine Aussparung in der Platine vorhanden ist. Hier wird dann eine Mid-Mount Version verwendet. Deshalb kann bei der Auswahl der USB-C Buchse die Höhe von entscheidender Bedeutung sein, wenn das Design der Platine und des Gehäuses feststeht und die richtige Höhe einfach passt. Die Buchsen der Hersteller JAE und Molex bewegen sich in der Regel alle zwischen -0,52 mm (Mid-Mount) bis hin zu 5,9 mm (Top-Mount).
In den meisten Fällen wird eine liegende Buchse verbaut, wie in Smartphones, Notebooks, etc. Doch es gibt gewisse Anforderungen, bei denen die Buchse stehend zur Leiterplatte gesetzt werden muss, wenn der USB-C Anschluss zwingend nach oben im Gehäuse abgehen muss. Relevant ist hier das Zusammenspiel von PCB und Ausgang.
Spielt es eine Rolle, ob die Buchse wasserdicht ist oder ist es eher vernachlässigbar?
Auch hier kommt es auf die geplante Anwendung an: Ist das Gerät äußeren Einflussfaktoren ausgesetzt? Wird das Gerät unter Wasser getaucht oder kann es passieren, dass Spritzwasser an die Öffnung gelangt? Dann ist nur eine wassergeschützte Buchse zu empfehlen. Soll über den USB-C-Anschluss lediglich ein mobiles Gerät (wie z.B. eine Fahrradlampe) geladen werden und eine Signalübertragung ist nicht erforderlich, wäre die wasserdichte Buchse „2171760001“ mit sechs Polen von Molex völlig ausreichend.
Ist aber zusätzlich die Übertragung von Signalen bis zu einem Standard von USB2.0 gewünscht, ist ein Konnektor mit 16 Polen notwendig, wie der „2130830005“ von Molex. Wenn der Entwickler alle Optionen abdecken und sowohl schnelles Laden als auch eine Highspeed-Datenübertragung möglich machen möchte, wird eine USB-C-Buchse mit der vollen Polzahl von 24 benötigt. Hier bietet zum Beispiel die Variante „DX07WH24JA3R1200“ von JAE den Vorteil, dass auch bei künftig steigenden Übertragungsraten die passende Verbindung vorhanden ist und nicht nochmal getauscht werden muss.
Nicht ob, sondern welche!
Der Wechsel hin zu USB-C-Buchsen ist ein entscheidender Schritt Richtung Optimierung von Anwendungen – einerseits für den Endverbraucher, wenn die Praktikabilität und Effizienz damit verbessert werden kann, und andererseits können die Hersteller ihre Produkte so bereits auf künftige Anforderungen vorbereiten und erhalten Planungssicherheit und eine langfristig optimierte BOM.
Bei der Auswahl der optimal passenden USB-C-Bauteile stehen die Produktmanager von Rutronik mit einem umfangreichen Portfolio an Produkten, Erfahrung und zukunftsorientiertem Know-how zur Seite. Um interessierten Kunden einen ersten Überblick über die bei Rutronik24 verfügbare Auswahl zu bieten, haben die Steckverbinder-Experten den „USB-C Selector Guide“ zusammengestellt, der hier kostenlos zur Verfügung steht.
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