Omnetics Connector Corporation verzeichnet ein exponentielles Umsatzwachstum für ihre Metal Nano-D-Steckverbinderserie, die gemäß Militärstandard 32139 für robuste, kompakte und hochdichte Verbindungen entwickelt wurde. Nano-D-Steckverbinder zeichnen sich durch ihren Stiftabstand von 0,635 mm aus, im Gegensatz zu den älteren, doppelt so großen Micro-D-Steckverbindern.
Der Markt für Steckverbinder wächst insgesamt in sechs Bereichen, die unter dem Akronym FESTER zusammengefasst werden. FESTER steht für „Schneller“, „EMV-geschirmt“, „Kleiner“, „Robust“, „Einfach zu verriegeln“ und „Schnelle Entwicklung und Lieferung“. Der Nano-D-Steckverbinder erfüllt all diese Anforderungen und lässt sich zudem schnell an die jeweiligen Designkriterien von Kunden und Anwendungen anpassen.
Zu den Anwendungsbereichen, die die Nachfrage nach Nano-D ankurbeln, gehören tragbare elektronische Geräte, die in zahlreichen Sektoren eingesetzt werden, vom Bergsteigen bis hin zu Bodentruppen. In Helmen und Westen von Soldaten installierte Elektronik hilft dem Militär, ständigen Kontakt mit der Gefechtsführung aufrechtzuerhalten und Karten, Bilder und andere wichtige Informationen zu empfangen.
Ein weiterer Anwendungsbereich, der den Boom des Nano-D-Steckverbinders befeuert, sind unbemannte Luftfahrzeuge (UAVs), vor allem aufgrund der Anforderungen an Robustheit und geringes Gewicht. Aus denselben Gründen setzen auch Roboterhersteller auf Nano-D. Dieser Steckverbinder ist besonders leistungsstark und kann bei Bedarf bis zu 3 A Strom pro Pin liefern. Gleichzeitig ist er in der Lage, Hochgeschwindigkeits-Differenzsignalverarbeitungsdaten, wie beispielsweise USB-Signale mit bis zu 5 Gbit/s, zu verarbeiten.
Blick in die Zukunft:
Zu den wichtigsten Aufgaben von Omnetics zählt die robuste Miniaturisierung der digitalen Hochgeschwindigkeitssignalverarbeitung. Dieser Bereich genießt Priorität, da in Kürze hochmobile Ethernet-Systeme, Einplatinencomputer, tragbare Überwachungssysteme zur Erfassung großer Datenmengen sowie neue Chiptechnologien zur Datenverarbeitung mit immer höheren Geschwindigkeiten verfügbar sein werden.
Zu den neuen Produkten gehören HDMI- und USB-C-Anschlüsse, die kleiner und robuster als ihre bisherigen Standardpendants sind. Häufig wird ein Standard-USB-Anschluss an einem Ende eines Kupferkabels und ein hochdichter Anschluss am anderen Ende benötigt. Aus diesem Grund arbeitet Omnetics eng mit verschiedenen Kabelherstellern zusammen, um ein neues Niveau an Innovation und Leistung zu erreichen, das die derzeit erhältlichen Produkte übertrifft.
Aus gutem Grund sind Entwicklungsingenieure oft daran interessiert, mehr über die besonderen Eigenschaften von Hybridsteckverbindern und -kabeln zu erfahren. Diese reduzieren die Anzahl der Kabel im System, benötigen weniger Platz an der Verbindungsstelle zwischen Steckverbinder und Modul und ermöglichen dem Kunden letztendlich Kosteneinsparungen. Bei Omnetics konzentrieren sich Hybridsteckverbinder auf schnelle, kundenspezifische Konfigurationen, die verschiedene Signaltechnologien in einem einzigen Steckverbinder und Kabel integrieren.
Spezielle Designs:
Obwohl Omnetics eine Reihe von Standard-Hybridsteckverbindern anbietet, führt die immer kürzere Vorlaufzeit zwischen Design und Produktentwicklung dazu, dass das Unternehmen verstärkt mit Entwicklern zusammenarbeitet, die spezifische Anforderungen erfüllen müssen. Ein häufiges Bedürfnis ist beispielsweise die Kombination von Stromversorgung, Signalübertragung und Übertragungsgeschwindigkeit in einem einzigen Steckverbinder.
Sobald diese Anforderung vorliegt, arbeitet Omnetics eng mit dem Entwicklungsingenieur zusammen, um die Stärke jedes Signaltyps und die benötigte Leistung zu ermitteln und so die Leistung und Funktionalität des Steckverbinders für jede Anwendung zu optimieren. Der Prozess beginnt typischerweise mit der Entwicklung eines Standard-Mikro- oder Nano-Steckverbinders, bevor Isolierung, Pins und Buchse modifiziert werden. 3D-Modellierungssoftware beschleunigt diese Projektphase. Nach Fertigstellung wird die Konstruktion direkt an den Kunden gesendet. Nach der Prüfung werden mithilfe eines Rapid-Prototyping-Verfahrens die passenden Bohrungen in die Isolierung eingebracht, sodass die Pins in die ausgewählten Buchsen passen.
Es ist entscheidend, in allen Projektphasen Experten für die wichtigsten technischen Aspekte einzubinden. Beispielsweise spielt die Kabelkonstruktion eine Schlüsselrolle, wenn Geschwindigkeit und Leistung kombiniert werden müssen. Hochgeschwindigkeits-Differenzsignalpaare müssen in einem Wickelverfahren verdrillt werden, um die Leistung zu steigern, bevor die Ableitdrähte hinzugefügt werden. Die drei Drähte werden anschließend mit einer Metallfolie abgeschirmt, um Störungen durch benachbarte Kabel zu verhindern. Leistungssignale können außerdem Brummen, Rauschen oder Jitter im Kabel und Stecker verursachen. Daher werden Hybridelemente von Niederspannungssignalkabeln isoliert oder separat verlegt.
Kompakte Größe, geringes Gewicht, Robustheit und höhere Signalübertragungsgeschwindigkeiten zählen zu den wichtigsten Merkmalen der Hybridsteckverbinder von Omnetics. Daher ist das Interesse an Hybridsteckverbindern deutlich gestiegen, insbesondere da kundenspezifische Prototypen entwickelt werden können, um spezifische Anforderungen zu erfüllen. Mit diesen Steckverbindern müssen Ingenieure nicht mehr zwischen Größe und Funktion wählen.
Chiptechnologie:
Zukünftig könnte die Chiptechnologie die Entwicklung von Kabeln und Steckverbindern maßgeblich vorantreiben. Die CMOS-Technologie (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) ermöglicht deutlich höhere Übertragungsgeschwindigkeiten, und der Markt bietet eine größere Auswahl an GaAs- (Galliumarsenid) und GaN-Bauelementen (Galliumnitrid), insbesondere für niedrigere Spannungen und Ströme. Mit steigenden Anforderungen an Geschwindigkeit und Spannung werden immer kleinere Kabel und Steckverbinder benötigt.
Die Miniaturisierung von Hybridverbindungen und -steckverbindern birgt jedoch einige Herausforderungen. Bei der Verwendung von Hybridkabeln und -steckverbindern muss die Leiterplatte so ausgelegt sein, dass sie unterschiedliche Signale aus benachbarten Quellen verarbeiten kann. Stromversorgungssignale werden typischerweise von der Rückseite, Hochgeschwindigkeitssignale hingegen von der Vorderseite eingespeist. Obwohl Entwickler die Vorteile der Kombination von Signal und Stromversorgung nutzen möchten, müssen sie gleichzeitig den Signalfluss beim Ein- und Austritt aus der Leiterplatte steuern. Da das differenzielle Hochgeschwindigkeitssignal über ein Adernpaar übertragen wird, müssen beide Signale für den Prozessor die gleiche Länge aufweisen. Jegliche Abweichung in der Ankunftszeit des Signals verursacht eine Signalverzerrung, die schließlich zu Pixelbildung oder Signalverlust führt.
Miniaturisierungstrends
Die Miniaturisierung von Hybridsteckverbindern hat den Bedarf an kleinen, aber robusten Halte- oder Verriegelungsmechanismen zwischen Stecker und Buchse erhöht. Platzersparnis und der Verzicht auf Werkzeug sind dabei entscheidend. Aus diesem Grund wurden die neuen Haltesteckverbinder von Omnetics entwickelt und getestet, um die gleichen Stoß- und Vibrationsnormen wie ältere, verschraubte Steckverbinder zu übertreffen.
All dies führt zur nächsten Frage: Wann stößt die Miniaturisierung an ihre Grenzen? Um diese Frage zu beantworten, ist es wichtig zu verstehen, dass die Signalintegritätssicherung seit jeher ein Schlüsselelement der Steckverbindertechnologie darstellt. Omnetics hat die Anzahl der Steckzyklen getestet, die ein Steckverbinder aushält – ein entscheidendes Kriterium für potenzielle Ausfälle. Die von Omnetics hergestellten Steckverbinder erreichen mehr als 10.000 Steckzyklen ohne Ausfall, während einige konkurrierende miniaturisierte Steckverbinder bereits bei deutlich weniger Zyklen versagen.
Schließlich werden die physische Verbindung und der Halt der Steckverbinder auch weiterhin Herausforderungen für die Branche darstellen, da immer kleinere Modelle verbaut werden. Darüber hinaus können die Robustheit und Zuverlässigkeit der Kabel – bedingt durch die Verringerung des Durchmessers der internen Verbindungsdrähte – Einschränkungen für einige Designs mit sich bringen. Langfristig dürfte die induktive Kopplung auf Basis der Nähe zum Stromnetz, ähnlich wie beim Laden vieler Mobiltelefone durch Annäherung an eine Stromquelle, immer häufiger zum Einsatz kommen.
Autor: Bob Stanton, Chief Technology Officer, Omnetics Connector Corporation
