Ob im Binnenmarkt oder in unseren letzten Außenposten im Weltall: Die Datenkommunikation moderner Elektronik findet in beispielloser Geschwindigkeit statt. Das Internet der Dinge (IoT) ermöglicht Geräten die Datenkommunikation untereinander. Dies gestattet die Echtzeitüberwachung sowie die Steuerung von Geräten aus weiter Entfernung. Steckverbinder mit großer Bandbreite und ihre Verkabelung bilden hier das Nervensystem. Auf diesen Pfaden werden enorme Signalvolumina vermittelt.

Die Entwicklung der schnellen Datenübertragung

Bei frühen Experimenten mit hohen Übertragungsraten wurde auf Koaxialkabel zurückgegriffen. Das erste Patent wurde 1880 erteilt, 1920 bildeten solche Verbindungen bereits das Rückgrat des Fernsprechnetzes. Koaxialkabel war für die Signalraten von Voice- und Textdaten geeignet – und wurde so zum Mittel der Wahl in der Entwicklung der Computernetzwerke.

Aufgrund steigender Datenraten und des Bedarfs an mehr Anschlüssen wurde Koaxialkabel durch Twisted-Pair-Leitungen (verdrillte Doppelkabel) ersetzt. Ethernet schließlich setzt auf eine strukturierte Verkabelung. Twisted Pair wurde Standard, und BNC-Stecker wurden durch mehrpolige Modular-Steckverbinder ersetzt. Zu diesen Zeiten galten 100 Mb/s als hohe Übertragungsrate.

Die 10 Gb/s-Schallmauer wird durchbrochen

In der modernen Kommunikation dagegen werden 100 Mb/s als langsam betrachtet. In der Ära des Hochgeschwindigkeitsinternets mit Drahtloskommunikation und Video-Streaming sind 6 Gb/s die Regel. 5G-Mobilfunknetze machen auf Handgeräten die Kommunikation mit 10 Gb/s möglich.

Wireless-Netzwerke erreichen dieselben Übertragungsraten wie herkömmliche, kabelgebundene Netze. Die Steckverbindungen in diesen Netzwerken müssen diese Übertragungsleistung unterstützen – sowohl innerhalb der Geräte als auch in den Rechenzentren und an den Basisstationen, die entscheidende Komponenten moderner Kommunikationsnetzwerke sind (siehe Abbildung 1).

Herausforderungen hoher Datenraten: Signalintegrität

Mit der Verbreitung hoher Datenraten werden die Qualität und Integrität der übermittelten Daten zum entscheidenden Faktor. Entwickler von Steckverbindungen arbeiten intensiv, um die Signalintegrität (SI) zu gewährleisten. Elektrische Signale werden über Kabel und Steckverbinder übertragen. Dementsprechend ist der Signalverlust zwischen Ursprung und Ziel ein Maß für die SI. Viele interne und externe Faktoren wirken sich auf die SI aus. So müssen sich Ingenieure der Auswirkungen der elektromagnetischen Interferenz (EMI) auf die Qualität der über das Steckverbindersystem übertragenen Signale bewusst sein.

Je höher die Datenrate, desto mehr Pole und desto kleinere Verbindungsflächen sind erforderlich, d. h. der Pin-Abstand wird geringer. Die Länge der Signalleiterbahnen auf Platinen und das Kabeldesign spielen eine immer größere Rolle. Die höhere Zahl an Polen und der kleinere Abstand dazwischen erhöhen das Risiko des „Übersprechens“, wenn sich die Signale benachbarter Leiter gegenseitig beeinflussen. Entwickler sind also auf Steckverbinder angewiesen, die die Signalintegrität von Hochgeschwindigkeitssignalen erhalten (siehe Abbildung 2).

Steckverbinder für Hochgeschwindigkeitsrechner und -kommunikation

Die moderne Technik profitiert mannigfaltig von den hohen Datenraten. Sowohl in ihrer Rolle als Telefon als auch in der des Personalcomputers dominieren Smartphones den Konsumentenbereich, auch aufgrund der Einführung von 5G.

Noch wichtiger: Der Industriesektor nutzt die hohen Kommunikationsraten für den Aufbau von Smart Factories und beschreitet neue Wege, um die Fertigung zu optimieren.

Systeme mit Hochgeschwindigkeitskommunikation werden aber auch abseits von Produktionslinien und Fabrikgebäuden eingesetzt. Sie werden im Automobilbereich, in der Luftfahrt und in der Verteidigung intensiv zur Navigation, Kommunikation sowie zum Teilen von Daten genutzt. Diese Anwendungsbereiche sind auf Steckverbindungen angewiesen, die Erschütterungen, Vibrationen und rauen Bedingungen gewachsen sind.

Technologien und Lösungen

Viele Hochgeschwindigkeits-Steckverbinder für die Verwendung in Festinstallationen (z. B. Rechenzentren, Mobilfunk-Basisstationen) bieten nicht die Zuverlässigkeit, die der Feldeinsatz erfordert. Die Entwicklung von Steckverbindern für anspruchsvolle Anwendungen setzt die umfassende Kenntnis dieser rauen Einsatzbedingungen voraus.

Die neue Generation von Hochgeschwindigkeits-Steckverbindern greift auf Produktmerkmale zurück, die sich in der Erhaltung der Signalintegrität bewährt haben, z. B. differentielle Paare, Schirmung oder Masseflächen, aber auch auf neue Produktionsverfahren. Maschinell bearbeitete Kontakte werden üblicherweise genutzt, wenn Vibrationen auftreten. Sie gewährleisten auch dann exzellente Leitfähigkeit und mechanische Stabilität. Aus hochbelastbaren Polymeren entstehen Steckergehäuse mit überlegener Festigkeit (siehe Abbildung 3).

Harwin und Hochgeschwindigkeits-Steckverbindungen

Harwin bietet mehrpolige Steckverbinder in höchster Qualität für verschiedenste Anwendungsgebiete weltweit an. Harwin, mit den Zuverlässigkeitsanforderungen an Steckverbindungslösungen bestens vertraut, wendet sein Know-how auf eine Reihe von Hochgeschwindigkeits-Steckverbindern für den anspruchsvollen Einsatz an. Aus seiner Erfahrung mit Hochleistungsprodukten schöpfend hat Harwin eine Produktfamilie kleiner und leichter Hochgeschwindigkeits-Steckverbinder für Systeme der nächsten Generation geschaffen. Eine Erweiterung dieses Spektrums ist bereits vorgesehen, Sie dürfen also auf noch mehr neue Verbindungslösungen gespannt sein.

Fazit

Die Entwicklung der Hochgeschwindigkeitskommunikation eröffnet vielen Branchen neue Möglichkeiten. Herkömmliche Verbindungslösungen unterstützen möglicherweise nicht die hohen Datenraten dieser Anwendungen. Daher entsteht Bedarf an neuen, hochleistungsfähigen Lösungen. Harwin entwickelt Konnektivitätslösungen für höchste Ansprüche, damit Entwickler in allen Bereichen auf belastbare Verbindungen bauen können.