Tolerant und flexibel zugleich
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
Anforderungen an Mezzanine-Steckverbinder
Was sind nun die wesentlichen Kriterien bei Mezzanine-Steckverbindern? Neben kleinster Baugröße bei höchster Kontaktdichte sollten sie in der Lage sein, Signale mit bis zu 10 Gbit/s sicher zu übertragen. Darüber hinaus sollten sie sowohl differenzielle als auch Single-ended-Signale handhaben können. Diese Anforderungen bedingen ein spezielles Kontakt-Design bzw. eine spezielle Kontakt-Konfiguration. Aus Platzgründen sind eine möglichst geringe Bauhöhe und ein kompaktes Layout gewünscht.
MicroSpeed-Steckverbinder aus dem Hause Erni ermöglichen Datenraten bis 10 Gbit/s und sind sowohl für Single-ended- als auch für differenzielle Signale geeignet. Typische Anwendungsgebiete sind z.B. Baugruppen für moderne schnelle Telecomund Datacomtechnik mit Busstrukturen mit schnellen Kanälen (bzw. Lanes) von 2,5 bis 3,125 Gbit/s pro Kanal. Aber auch für industrielle Anwendungen sind sie höchst interessant.
Oft sind es hier nicht die Datenraten, sondern die hervorragenden Werte bezüglich der EMV, die den MicroSpeed für das Design prädestinieren.
Mezzanine-Steckverbinder mit einschenkligen Kontakten führen gelegentlich zu Toleranzproblemen beim Stecken. Bei der MicroSpeed-Familie wurde daher das bewährte zweischenklige Type-6-Federkontaktdesign, das auch in den Familien mit 2-mm- und 1,27-mm-Raster zum Einsatz kommt, auf das erforderliche Mezzanine-Raster mit 1 mm skaliert. Des Weiteren bestimmen das Kontaktraster und die integrierten Schirmungen ganz wesentlich die Impedanz, die für Singleended- Signale normalerweise 50 Ω (Signal-Ground) und 100 Ω (Signal- Signal) bei differenziellen Applikationen beträgt. Um ein kontrolliertes Impedanzverhalten, geringes Nebensprechen und gute Kopplung für differenzielle Signalpaare zu erreichen, verfügen High-Speed-Steckverbinder wie die MicroSpeed-Komponenten über ganz spezielle Schirmungsstrukturen.
Das modular ausgelegte, geschirmte MicroSpeed-Steckverbindersystem besteht aus zwei Kontaktreihen und zwei außen angeordneten Schirmblechen. Die Signalkontakte sind ausschließlich in SMT ausgeführt, da die Kapazität von Durchkontaktierungen, wie sie bei Einpresssteckern notwendig sind, negativen Einfluss auf das Rausch-Verhalten und Reflexionen haben. Steckverbinder mit SMT-Signalkontakten bieten gegenüber Versionen mit Einpresspins Vorteile bei der Signalintegrität.
Bei den MicroSpeed-Steckverbindern beträgt das Längsraster 1 mm und das Querraster (aus Impedanzgründen) 1,5 mm. Die differenziellen Signalpaare können horizontal oder vertikal angeordnet werden, und ein optimiertes Crosstalk-Verhalten erhält man mit einer vertikalen (transversalen, quer zur Längsrichtung) Konfiguration der Signalpaare sowie der paarweisen Anordnung von Signal- und Schirmkontaktpaaren. Messungen ergaben ein Nebensprechen von weniger als 2 % bei 100 ps (rise time), einen Reflexionsfaktor von weniger als 5 % (Boarddicke 1,6 mm) und ausgezeichnete Augendiagramme für Datenraten bis 10 Gbit/s (Standard-FR4-Leiterplatte, 100 mm Leiterbahnlänge). Das Impedanzverhalten erwies sich als sehr gut bei maximalen Augenöffnungen. Die Öffnung bei longitudinaler Kontaktanordnung bei 10 Gbit/s (tr = 35 ps) für ein gestecktes Signalpaar mit ±0,5 V (1,0 V) betrug 640 mV (64 %). Das entsprechende Ergebnis für die transversale Kontaktanordnung war 680 mV (68 Prozent). Die entsprechenden Augenöffnungen betrugen bei 5 Gbit/s (tr = 60 ps) sogar 920 mV bzw. 900 mV. Darüber hinaus bieten die MicroSpeed-Steckverbinder eine zu 100 % maschinell erzeugte und kontrollierte Koplanarität mit ±0,05 mm.
Während die Signalkontakte in SMT ausgeführt sind, kann der Anwender – je nach Applikation – beim außen liegenden Schirmblech zwischen zwei Optionen wählen: SMToder THR-Anschluss. Durch die Schirmblech-Kontakte in THR-Ausführung kann die mechanische Belastbarkeit nochmals erhöht werden. Die Steckverbinder-Module sind 27 mm lang, enthalten 50 Signalkontakte und zwei Schirmbleche (18 Schirmkontakte). Zudem können sie problemlos, quasi ohne Platzverlust, aneinandergereiht werden.
Das Konzept erlaubt weitere Polzahlen in 6-er Schritten auf- und abwärts. Ferner stehen für Applikationen mit besonders hoher Kontaktdichte neben den zweireihigen Versionen auch siebenreihige MicroSpeed Signal- Steckverbinder mit 91 (7 × 13) oder 133 (7 × 19) Signal- und 14 Schirmkontakten zur Verfügung.
Mit den verschiedenen Bauhöhen für die Messer- (1, 2, 9 und 10 mm) und Federleisten (4, 6, 8 und 10 mm) können 16 verschiedene Stapelhöhen bzw. Leiterplattenabstände von 5 bis 20 mm erreicht werden.
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