High-Speed-Daten Steckverbinder

Sicherstellung der Signalintegrität für mehr Datenübertragung – schnell und zuverlässig

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Mit der Zunahme von Multi-Source-Sensorik, dem Internet der Dinge, Industrie 4.0 und neuen vernetzten Gesamtsystemen müssen immer mehr Daten schnell, zuverlässig und sicher übertragen werden.

 

Signalintegrität spielt eine entscheidende Rolle in den Bereichen des Militärs, der Medizin und der Luftfahrt, in denen hochpräzise und zuverlässige Daten von größter Bedeutung sind. Diese kritischen Anwendungen benötigen konstante Ströme und akkurate Daten um die Sicherheit, Zuverlässigkeit und Effizienz der Systeme zu gewährleisten. Vor allem bei hohen Bitraten und über große Entfernungen können Effekte wie Rauschen, Verzerrungen, Einfüge-/Rückkopplungsverluste und Nebensprechen die elektrischen Signale so stark beeinträchtigen, dass Fehler auftreten und ein Gerät ausfällt.

Unsere Lösungen für Hochgeschwindigkeitsdatenverbindungen

Die High-Speed-Daten Steckverbinder von Fischer Connectors wurden für Hochgeschwindigkeits-Datenübertragungsprotokolle entwickelt und getestet. Sie bieten ein einzigartiges, robustes und wasserdichtes Gehäuse mit einer Auswahl an verschiedenen Verriegelungssystemen:

Optimierte Daten & Leistung
  • Miniaturisierung mit hoher Dichte
  • Einzigartige Kombinationen von Signal und Leistung
  • Entwickelt und getestet für Hochgeschwindigkeits-Datenübertragungsprotokolle
  • USB 3.2 Gen 2, Ethernet, Audio/UHD-Video
  • Bis zu AWG 18 und 10 Ampere
  • 360° EMC-Abschirmung durch das Design

 

 

Robust und Dicht
  • Bis zu 10.000 Steckzyklen
  • blind steckbar mit robustem Schlüsselcode
  • Betriebstemperaturen von -55 °C bis +135 °C
  • IP68 Abdichtung 2m/24h im gesteckten und ungesteckten Zustand (tiefer auf Anfrage)
  • IP69 (Schutz gegen starkes Strahlwasser)
  • Hermetisch (gasdicht, vakuumdicht)
  • Hohe Schock- und Vibrationsbeständigkeit
  • Hohe Korrosionsbeständigkeit (bis zu 1.000 Stunden Salznebel)

Unsere Produktreihen

Fischer MiniMax™ eignet sich ideal für Anwendungen, bei denen Größe, Gewicht und Leistung kritisch sind. Er bietet eine einzigartige Kombination aus Signal und Leistung und kann mehrere Protokolle in einem Steckverbinder kombinieren. Fischer Core bietet eine extrem vielseitige Auswahl an hochleistungsfähigen Push-Pull-Steckverbindern, die in hohem Maße anpassbar sind. Fischer UltiMate™ bietet ultrarobuste, kompakte, leichte und abgedichtete Steckverbinder, die sich ideal für extreme Anwendungen eignen, bei denen es auf die Zuverlässigkeit der Daten ankommt und ein Schutz vor allen Arten von Umwelteinflüssen gewährleistet werden muss.
Anzahl der Kontakte 4 bis 30 1 bis 55 2 bis 42
Anschlussart Löten | PCB Löten | Crimpen | PCB Löten | Crimpen | PCB
Verriegelungssystem Push-pull | Quick-release | Schraub Push-pull | Quick-release | Friction Quick-release | Push-pull
Blind steckbar

Steckzyklen bis zu 5,000 bis zu 10,000 bis zu 10,000
Daten und Leistungsübertragung

Kontakttyp Low voltage Low voltage | High voltage | Coax | Triax | Hybrid Low voltage
Dichtigkeitsgrad IP68 IP30 bis IP69 | Hermetisch IP68 bis IP69 | Hermetisch
Dichte Einbaudose im nicht gesteckten Zustand

Datenübertragungs-konformität USB 3.2 | Ethernet | Single Pair Ethernet | Audio/UHD Video USB 2.0 | Ethernet | Audio/UHD Video | Single Pair Ethernet USB 2.0 | Ethernet | Single Pair Ethernet
Testspannung DC (kV) bis zu 2.4 bis zu 50 bis zu 3.7
Strombelastbarkeit (A) bis zu 10 bis zu 60 bis zu 26
Gehäusematerial Brass Messing | Edelstahl 316 L | Aluminum | PEI (405) | PBT (4032) | ABS Aluminum | Messing
AWG 18 bis 28 9 bis 32 9 bis 32
Aussendurchmesser Ø (mm) 3.0 bis 8.7 1.5 bis 22.7 1.9 bis 18.8
Steckergröße Ø (mm) 9.9 bis 14.9 9 bis 34 12 bis 29

Benötigen Sie andere Konfigurationen oder haben spezifische Anforderungen?

Wir bieten Ihnen individuelle Lösungen.

Kundenspezifische Steckverbinder

Erfahren Sie mehr über Hochgeschwindigkeitsdatenverbindungen

Konnektivität ist entscheidend

Das Aufkommen der Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung in den letzten Jahrzehnten und die Nachfrage nach einer größeren Bandbreite in den kommenden Jahren veranlassen  Ingenieure in jedem Teil des Verbindungssystems ,von  Softwareentwicklern bis zu  Anbietern von Kabelverbindungen, ihre Produkte zu optimieren und somit den neuen Anforderungen gerecht zu werden.

 

Die Leistung einer symmetrischen Verkabelung unterliegt einer Vielzahl von Parametern. In erster Linie sind dies: Einfügedämpfung, Rückflussdämpfung (Reflexion), Nahnebensprechen (NEXT) und Fernnebensprechen (FEXT).

 

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Die Einfügedämpfung, kurz “Dämpfung” genannt, ist die Energiemenge, die ein Signal bei der Übertragung über eine Kabelverbindung verliert. Diese Dämpfung ist hauptsächlich auf elektrische und ohmsche Verluste zurückzuführen. Die Einfügedämpfung eines Kabels hängt natürlich von seiner Länge ab – je länger das Kabel, desto höher die Einfügedämpfung. Die Einfügedämpfung entsteht auch an allen Verbindungsstellen entlang einer Kabelverbindung (d.h. in Steckern und Spleißen).

Neben der Einfügedämpfung ist die Rückflussdämpfung ein wichtiger Parameter sowohl bei Kupfer- als auch bei Glasfasersystemen. Die Rückflussdämpfung misst nicht den Verlust über eine Verbindung, sondern die von der Quelle eingespeiste Leistung im Vergleich zu der zur Quelle zurückreflektierten Leistung. Zusammengefasst ist die Rückflussdämpfung der Verlust von Signalleistung aufgrund von Signalreflexion oder -rückfluss durch eine Diskontinuität in einer Glasfaserverbindung oder eine Fehlanpassung der Impedanz der Übertragungsleitung. Diese Impedanz-Fehlanpassung kann durch ein in die Leitung eingefügtes Gerät oder durch die Abschlusslast entstehen.

 

Der Reflexionsverlust ist der gravierendste Faktor für den Signalverlust im Stecker, während die Einfügedämpfung der bedeutendste Faktor für den Verlust im Kabel selbst ist.

 

Für eine optimale Verbindungsleistung müssen sowohl die Rückflussdämpfung als auch die Einfügedämpfung optimiert und in die Berechnung des Verbindungsbudgets einbezogen werden.

Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung und Signalintegrität

Verbindungskonzepte, die eine Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung ermöglichen sollen, müssen die Signalintegrität durch Unterdrückung externer abgestrahlter elektromagnetischer und hochfrequenter Störungen (EMI/RFI) gewährleisten.

 

Um die erfolgreiche Datenübertragung vom Sender eines Geräts zu seinem Empfänger mit hoher Geschwindigkeit zu gewährleisten, müssen Steckverbinder und Kabel optimal aufeinander abgestimmt werden. Die wichtigsten zu berücksichtigenden Einflussparameter sind: Steckverbinderdesign, Kabellänge, Kabelleistung (Dämpfung) sowie kontrollierte und wiederholbare Kabelkonfektionierungs- und Vergussprozesse für über 1 Gbit/s.

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Die Fischer MiniMax™ Series mit 9 Kontakten ist ein Beispiel für einen Steckverbinder, der speziell für die Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung mit einem einzigen Protokoll (USB 3.2) entwickelt wurde.

Bei der Entwicklung und Charakterisierung achten die Ingenieure daher unter anderem auf die folgenden kritischen Parameter:

  • Impedanzanpassung (Verhältnis von V/I oder E/H): Wie das Konzept des Widerstands bei niedrigen Frequenzen kann das Konzept der Impedanz bei hohen Frequenzen als das Verhältnis des elektrischen Feldes zum magnetischen Feld für eine transversale elektromagnetische Welle (TEM) angesehen werden. Bei einer Kommunikationsverbindung müssen die Impedanzwerte von Quelle, Kabelverbinder und Empfänger möglichst ähnlich sein, um keinen Signalverlust durch Reflexion zu verursachen.
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Stecker mit optimierter Impedanz. Zur Optimierung der Impedanzanpassung werden Faktoren wie der Kontaktdurchmesser, der Abstand zwischen den Kontakten, der Kontaktformfaktor und die Art der Materialien für alle Komponenten berücksichtigt. Die Abbildungen 1 und 2 zeigen die Unterschiede zwischen einem Steckverbinder ohne und einem mit Designoptimierung für die Impedanzanpassung.
  • Leitungsverzögerung: die Latenzzeit der Signalübertragung
  • Einfügedämpfung: der Signalverlust aufgrund dielektrischer oder ohmscher Verluste
  • Rückflussdämpfung: der Verlust von Signalleistung aufgrund von Signalreflexion oder Rückfluss durch eine Diskontinuität in einer Glasfaserverbindung oder einer Übertragungsleitung
  • Nebensprechen: Bei manchen Kommunikationsverbindungen gibt es mehrere parallele Verbindungen, die gleichzeitig funktionieren müssen. Das Problem tritt auf, wenn das elektromagnetische Feld einer Verbindung in ein anderes Feld einkoppelt und Störungen verursacht. Zwei bekannte Parameter in diesem Zusammenhang sind das Nahnebensprechen (NEXT) und das Fernnebensprechen (FEXT)
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Vermeidung von Nebensprechen. Um das Nebensprechen zu minimieren, sind sowohl die Lage der Stifte als auch die Zuordnung der Signale zum Stiftlayout entscheidend. In den Abbildungen 3 und 4 werden zwei Fälle von Nebensprechen mit unterschiedlicher Signalzuordnung im selben Steckverbinder verglichen.
  • EMV-Abschirmung: Die Abschirmung für elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) ist eine Möglichkeit, ein empfindliches Signal vor externen elektromagnetischen Signalen zu schützen und zu verhindern, dass elektromagnetische Störungen (EMI) oder Hochfrequenzstörungen (RFI) auf empfindliche Elektronik einwirken und umgekehrt.

 

Um eine hohe Übertragungsleistung zu gewährleisten, müssen alle Komponenten einer Verbindung, einschließlich der Elektronik und der Kabelanschlüsse, den einschlägigen Normen entsprechen, wobei ein Konformitätsverfahren auf Komponentenebene sehr zu empfehlen ist.

 

Beachten Sie, dass in vielen Szenarien die Anwendung vom normspezifischen Aufbau abweicht. In diesen Fällen müssen Sie die gesamte physikalische Ebene einer Verbindung als Ganzes untersuchen – was wir als Testen auf Systemebene bezeichnen. Dazu gehören die Durchführung von SerDes-Simulationen (Serializer/Deserializer) sowie die Erstellung von Augendiagrammen und BER-Timing-Kurven (Bitfehlerrate), um das Jitter-Budget zu analysieren.

Datenprotokolle

Datenprotokolle geben die normativen Werte von Datenübertragungsparametern (Einfügedämpfung, Rückflussdämpfung, Übersprechen, Rauschen) vor, um die Kompatibilität der verschiedenen Komponenten eines Systems – Sender, Empfänger, Kabel, Stecker – zu gewährleisten, damit sie ordnungsgemäß interagieren können.

 

Unsere Hochleistungs-Konnektivitätslösungen sind mit den meisten gängigen Datenprotokollen kompatibel: USB 2.0, USB 3.2 Gen 1 und Gen 2 bis zu 10 Gbit/s, Ethernet bis zu 10 Gbit/s und Audio/UHD Video. Wir bieten auch Single-Pair-Ethernet-Lösungen an, die Daten mit Geschwindigkeiten von bis zu 1 Gbit/s mit oder ohne Power over Data Line (PoDL) übertragen können, z.B. für robuste industrielle Anwendungen und unbemannte Luftfahrzeuge (UAVs) im Bereich Verteidigung und Sicherheit.

 

Das Design sowohl des Steckers als auch des Kabels ist für jedes verwendete Datenprotokoll optimiert – oder für eine Kombination von Protokollen, falls Ihr Gerät eine Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung mit mehreren Protokollen benötigt.

 

Nach der Optimierung des Designs für ein bestimmtes Protokoll muss ein physischer Prototyp einer Steckverbinder-Kabel-Baugruppe getestet werden, um die vollständige Charakterisierung mit einem Vektor-Netzwerkanalysator zu validieren. Die S-Parameter der Kabelkonfektion werden gemessen und mit den in der Protokollspezifikation festgelegten Zielwerten verglichen. Weicht einer der Parameter ab, wird das Design so lange angepasst, bis die Kabelbaugruppe alle Protokollanforderungen erfüllt – erst dann kann das Produkt als “protokollkonform” bezeichnet werden.

 

Single Pair Ethernet beschreibt die Übertragung von Ethernet über ein einziges Paar verdrillter Kupferdrähte. Neben der Datenübertragung über Ethernet ermöglicht SPE auch eine parallele Stromversorgung von Endgeräten über Power over Data Line (PoDL). Ohne die SPE-Technologie werden dafür zwei Leitungspaare für Fast Ethernet (100 MB) und vier Leitungspaare für Gigabit Ethernet benötigt. Neben der Platz- und Gewichtsersparnis durch weniger Kabel bietet SPE eine Übertragungsrate von 10 GBit/s. In Kombination mit miniaturisierten Steckverbindern ist SPE eine Netzwerktechnologie mit revolutionärem Potenzial für das Internet der Dinge (IoT), das industrielle IoT (IIoT) und Industrie 4.0-Systeme, mit deren Hilfe Ingenieure Verbindungslösungen mit hoher Dichte und hoher Geschwindigkeit entwickeln können, die einfach zu integrieren und zu installieren sind.

 

Datensicherheit

Nicht alle Probleme hinsichtlich der Datenverlässlichkeit betreffen die physische Umgebung. Die Notwendigkeit, Steckverbinder und Kabel gegen äußere Einflüsse abzuschirmen, beinhaltet auch die Abschirmung gegen elektromagnetische Störungen (EMI) und Hochfrequenzstörungen (RFI). Diese Störungen können sich auf diverse empfindliche elektronische Geräte auswirken und eine Vielzahl von Problemen verursachen – von einem einfachen Rauschen auf einer Kommunikationsleitung bis hin zur vollständigen Unterbrechung eines sicherheitskritischen Signals. Die Abschirmung schützt Signale vor Störungen durch externe elektromagnetische Signale und verhindert, dass die erzeugten Signale die umgebenden Komponenten, Drähte, Kabel und Sensoren stören.

 

Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) bedeutet, dass ein Schaltkreis mit einer Abschirmung versehen wurde, die solche Störungen verhindert. Der Begriff EMV-Abschirmung erstreckt sich auf jede Methode, die dazu dient, ein empfindliches Signal vor externen elektromagnetischen Signalen zu schützen bzw. zu verhindern, dass ein stärkeres Signal nach außen dringt und die umgebende Elektronik stört. Dies wird durch die Verwendung einer metallischen Abschirmung erreicht, welche die durch die Luft übertragenen elektromagnetischen Störungen wie in einem Faradayschen Käfig absorbiert.

 

360°-EMV-geschirmte Steckverbinder spielen daher eine wichtige Rolle bei der Signalintegrität und der sicheren, zuverlässigen und genauen Datenübertragung in elektronischen Geräten, Anlagen und Systemen in Branchen wie der Medizin-, Verteidigungs- und Luftfahrtelektronik, dem öffentlichen Personennahverkehr, der industriellen Prüf- und Messtechnik sowie in Navigations- und Fahrzeugsteuerungssystemen.

 

Bei der Kabelabschirmung stehen drei Typen zur Auswahl: Geflecht, Verdrillung und Folie. Die Abschirmung besteht aus einer leitfähigen Hülle, welche die isolierten Drähte im Inneren des Kabels umgibt. Sie soll verhindern, dass Rauschen, das von anderen Kabeln oder elektronischen Geräten in der Nähe ausgeht – und sogar Rauschen, das von benachbarten Drähten innerhalb eines Kabels ausgeht, wie z. B. Nebensprechen –, die Signale innerhalb des Kabels stört oder unterbricht. Sie verhindert außerdem die Abstrahlung elektromagnetischer Interferenzen (EMI) aus dem Kabel heraus nach außen und vermeidet damit, dass Netzwerkkabel erkennbare, erfassbare Signale aussenden.

 

Für die Datensicherheit sind außerdem die Kodierung und die Datenverschlüsselung von größter Bedeutung. Die Daten werden vom Sender durch das System kodiert und müssen vom Empfänger richtig “verstanden” (oder dekodiert) werden, damit die Datenübertragung fehlerfrei erfolgen kann. Die Datenverschlüsselung stellt sicher, dass die jeweiligen Empfänger zum Zugriff auf die Informationen berechtigt sind.

 

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Das CERN vertraut auf die 360°-EMV-geschirmte Fischer Core Series Brass für wesentliche Verbindungsaufgaben in Messgeräten, Vakuumpumpen und Kammern für Überwachungs- und Sicherheitsgeräte. Diese Serie eignet sich besonders zur Vermeidung elektromagnetischer Interferenzen und hält extremen Temperaturschwankungen stand.

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