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Backplane-Steckverbinder

Steckverbinder für orthogonale Midplane-Architekturen

Für Designer von Tele- und Datacom-Systemen gehören Übertragungsgeschwindigkeiten bis zu 12 GBit/s zu den Anforderungen, die heute und in naher Zukunft erfüllt werden müssen. Dazu bedarf es jedoch optimierter Backplane-Steckverbinder.

Im herkömmlichen Backplane-Design befindet sich die Backplane im hinteren Gehäusebereich. Tochterkarten werden im vorderen Bereich eingesteckt. Die Backplane erlaubt so eine Signalübertragung und Stromverteilung zwischen allen Karten. Bei steigenden Systemgeschwindigkeiten treten jedoch Probleme wie das »Skewing« in den Vordergrund.

Um diese Probleme zu lösen, haben Designer versucht, den Abstand zwischen den Karten zu reduzieren. Daraus entstand die Midplane-Architektur. Wie der Name bereits sagt, wird die Backplane in die Gehäusemitte verschoben: Die Karten werden sowohl vorne als auch hinten eingesteckt. Eines der Hauptprobleme ist jedoch, dass noch immer »Midplane Traces« erforderlich sind, um eine Kommunikation zwischen allen Karten zu ermöglichen.

Thierry Goossens, Manager Products Solutions Group von FCI Electronics: »Das orthogonale Design geht einen Schritt weiter. Die Karten vorne und hinten sind rechtwinklig zueinander ausgerichtet und ermöglichen so eine direkte Verbindung aller Tochterkarten. Damit werden Midplane-Traces fast völlig überflüssig gemacht.«

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»ZipLine«-Steckverbindersystem von FCI

Die potenziellen Vorteile orthogonaler Midplane-Architekturen liegen also klar auf der Hand! Dennoch bringt eine wirksame Umsetzung verschiedene Herausforderungen mit sich. »Dazu gehört unter anderem der Bedarf an rechtwinklig ausgerichteten Midplane-Steckverbindern, die eine Aufrechterhaltung der Differenzialimpedanz in der gesamten Midplane ermöglichen«, sagt Goossens. »Im Gegensatz zur traditionellen Backplane-Architektur können hier auch wärmetechnische Probleme auftreten, weil eine natürliche Belüftung zwischen den einzelnen Platinen nur eingeschränkt möglich ist.«

Das ZipLine-Steckverbindersystem

In den letzten Jahren hat die Industrie unterschiedliche Steckverbinder auf den Markt gebracht, die speziell für die Anforderungen der Differenzialsignalisierung in orthogonalen Midplane-Anwendungen zugeschnitten sind. Zu dieser neuen Generation gehört das »ZipLine«-Steckverbindersystem von FCI, das bis zu 12,5 GBit/s unterstützt. Aufbauend auf der »AirMax VS«-Technologie des Unternehmens, basieren die ZipLine-Steckverbinder auf der Edge-Coupling-Technik, um eine niedrige Einfügungsdämpfung und geringe Nebensprechstörungen zu gewährleisten und gleichzeitig ohne kostspielige und platzaufwändige Metallschirmung auszukommen. Als wirksames Dielektrikum kommt – angelehnt an dem AirMax-Prinzip – Luft zum Einsatz. Das Ergebnis ist ein hohes Maß an Flexibilität, einschließlich der Fähigkeit, orthogonale IMLAs (Insert-Molded Leadframe Assemblies), Backplane-IMLAs und Leistungs-IMLAs miteinander zu kombinieren.

Mit vertikalen Stiftsteckern und rechtwinkligen Buchsensteckern ist das ZipLine-System sowohl für Backplane- als auch für orthogonale Midplane-Anwendungen geeignet. Weil die Signaldichte eine zunehmend wichtige Rolle spielt, verfügen die sechspaarigen Signalmodule mit ihrem Spaltenabstand von 1,8 mm über 84,6 Differenzialpaare pro Zoll Kartenrand!

Um eine hohe Flexibilität gewährleisten zu können, erlaubt das Design gemischte Differential-Paar-, Einzel- und Hochstrom- Kontaktbelegungen innerhalb eines Steckverbinders. Darüber hinaus kann ein spezieller Power-Wafer mit bis zu 36 A Leistung in ein Modul integriert werden.

Wegen der immer häufiger verwendeten orthogonalen Midplane-Architektur bestehen die Zip-Line-Steckverbinder aus sechspaarigen orthogonalen Midplane-Stiftsteckverbindern mit 12 Spalten, die in einem einzigen Modul bis zu 72 Differential-Paar-Überkreuzungspunkte (Crossover) unterstützen.

Abgesehen von höherer Geschwindigkeit und Signalstärke müssen Designer aber auch auf die verbesserte Leistungsabgabefähigkeit eingehen, die erforderlich ist, um mehr Multicore-Prozessoren und eine größere Speicherausstattung zu unterstützen. Zu diesem Zweck können entweder auf höhere Stromstärken ausgelegte Kontakte in die Signalsteckverbinder-Module integriert oder Hochleistungs-Steckverbindermodule auf der Kartenkante angebracht werden. Alternativ ermöglicht das ZipLine-Systemdesign die Integration von Stromsignal- Wafern in das Signalmodul. So können sowohl Signal- als auch Hochstromkontakte in einem einzigen Steckverbinder untergebracht werden.