CoM auf der embedded world Die Zeit ist reif für einen Auflötmodul-Standard

Ein Beispiel für ein Auflötmodul aus dem Hause TQ.
Ein Beispiel für ein Auflötmodul aus dem Hause TQ.

Fast jeder Computer-on-Module (CoM) nutzt einen oder mehrere Steckverbinder für die Kommunikation mit dem Applikations-Board. Bislang recht selten sind Module, die ähnlich den ICs direkt auf die Baugruppe aufgelötet werden.

Doch dies ändert sich jetzt zunehmend und die embedded world 2019 wird nächste Woche den Trend vorantreiben. Mit den diversen neuen Baugruppen steigt aber auch der Bedarf für eine Standardisierung.

Die neue Modulgeneration profitiert dabei von der allgemeinen Miniaturisierung, die es erlaubt, leistungsfähige Baugruppen zu entwickeln, die kleiner sind als eine halbe Kreditkarte. Gerade mal 29 mm × 29 mm braucht beispielsweise DH Electronics für sein neues „DHCOR STM32MP15x“-Modul. Zum Vergleich: das klassische CoM-Umfeld wie COM Express liegt etwa bei den Abmessungen einer Postkarte, Qseven und Smarc zwischen einer und zwei Kreditkarten. Die kleineren Auflöt-Baugruppen erreichen so neue Einsatzfelder, die die bestehenden Modulstandards nicht bedienen können: Sehr kleine und mobile IoT-Anwendungen oder durch Schock und Vibration hochbelastete Applikationen.

Auflötmodule sparen Kosten nicht nur durch den Wegfall der Steckverbinder, sondern auch durch die automatische Bestückung und Verlötung – Steckmodule müssen meist händisch eingesteckt und mechanische gesichert (häufig verschraubt) werden.

Der größte Nachteil von Lötmodulen war bislang der Mangel an Standards, was einige Marktteilnehmer aber durchaus als Vorteil sehen: Statt einer standardisierten Auswahl an Schnittstellen können alle Signale vom Prozessor zur Verfügung gestellt werden, die er bietet. Dies ist besonders im Umfeld der RISC-Bausteine ein wichtiges Argument, da sie durch ihre Vielfalt an applikationsspezifischen Schnittstellen und I/Os überzeugen – im Vergleich dazu brauchen x86-Bausteine nur die PC-übliche Funktionalität abbilden.

Ein Standard für Auflötmodule muss die Schnittstellenvielfalt aber nicht zwangsläufig eingrenzen; im ersten Schritt wäre mehr Systematik in der Mechanik schon von Vorteil. So könnte man unterschiedliche Modulgrößen vorsehen, die aufeinander abgestimmt sind, um eine Vor- und Rückwärtskompatibilität untereinander und somit eine Skalierungsmöglichkeit zu schaffen. Einheitliche Pin-Größen und Abstände vereinfachen dabei sowohl das Design als auch die Fertigung. Zusätzlich würde die Positionierung von Antennensteckern an der gleichen Stelle die Systemintegration erleichtern und die Zahl der Kabelsätze beim Kunden reduzieren.

Viel Potenzial könnte auch die Definition von Pin-freien Zonen liefern, um so unter den Modulen Platz zu schaffen für weitere Bauelemente. Dies kann zum einen das Layout vereinfachen, speziell im Hinblick auf EMV, aber auch als „Versteck“ dienen für Schaltungsteile, an die Prüfspitzen nicht so einfach angelegt werden sollen. Im Bedarfsfall kann sogar eine Zwischenplatine mit Aussparungen eingelötet werden, damit das Modul mehr Bodenfreiheit bekommt. Ebenso erleichtert ein einheitliches Kühlkonzept der Module die Systemintegration.

In einem nächsten Schritt könnte man auch die elementarsten elektrische Verbindungen standardisieren, wie Spannungsversorgungs-Pins oder Basis-I/Os wie I2C oder JTAG. Auch sollte über einen kleinsten gemeinsamen Nenner bei Schnittstellen nachgedacht werden, wie UART, USB, CAN oder SDIO. Und sollte eine CPU mal eine der Schnittstellen nicht liefern, dann werden die reservierten Pins einfach nicht genutzt – solange dies den Kunden sauber kommuniziert wird, sollte es kein Problem sein. Diese elektrische Basisdefinition würde auch das Design eines Evaluations-Boards für unterschiedliche Module vereinfachen.

In einem dritten Schritt sind gemeinsame Software-Schnittstellen wie EAPI und UIC zu definieren beziehungsweise in den Standard zu übernehmen. Ebenfalls im Sinne der Kunden sind BSPs für einen definierten Pool an Betriebssystemen wie Yocto-Linux oder FreeRTOS.

Die embedded world wird nächste Woche wohl noch nicht den offiziellen Startschuss für einen Auflötmodulstandard hören. Insider berichten aber von diversen Gesprächen hinter den Kulissen, die auf der Messe weiter an Intensität gewinnen werden. Dies ist auch notwendig, da Standards nicht nur einen Markt beflügeln, sondern den Kunden auch Alternativen bieten. Gerade in Zeiten der Allokation hilft ein Standard, Engpässe in der Lieferkette zu umgehen – entweder durch den Wechsel des Anbieters oder innerhalb einer Modulserie.