Leiterplatten-Steckverbinder übertrifft die Anforderungen
Bild 09: Phasengänge der beiden differenziellen Leiter des SPE-Steckverbinder-Paares (Quelle: Phoenix Contact; Grafik: etz)
Bild 10: Versuchsaufbau zur Messung der Single-Ended-Streuparameter des SPE-Steckverbinder-Paares und Gleichungen für die Berechnung der Übertragungseigenschaften (Quelle: Phoenix Contact; Grafik: etz)
Bild 11: Übertragungseigenschaften des SPE-Steckverbinder-Paares. Blau: Messrichtung differenzielles Tor eins nach zwei (siehe Bild 10). Grün: Messrichtung differenzielles Tor zwei nach eins. Rot: Anforderungen der IEC 63171 Kategorie C (Quelle: Phoenix Contact; Grafik: etz)
Jetzt kann die oben skizzierte Frage nach einem möglichen Widerspruch zwischen der Kontaktlängendifferenz und den Symmetrieanforderungen einer differenziellen Signalübertragung sicher beantwortet werden. Dazu wird der gewinkelte Leiterplatten-Steckverbinder im gesteckten Zustand mit einem IEC 63171-2-Feldsteckverbinder vermessen. Beide Prüflinge werden mit exakt gleichlangen Semi-Rigid-Leitungen an einen vektoriellen Netzwerkanalysator angeschlossen (Bild 6, 7 und 8). Wieder wird die Phase der Transmissions-Streuparameter ermittelt (Bild 9).
Im untersuchten Frequenzbereich sind jeweils zwei Phasensprünge auf beiden Leitern zu erkennen, die zur Berechnung der Laufzeiten genutzt werden. Im Frequenzbereich von circa 790 MHz bis circa 2,39 GHz betragen die Laufzeiten 0,649 ns und 0,631 ns. Die Differenz ist 0,018 ns. Im Frequenzbereich von circa 2,33 GHz bis circa 4,1 GHz machen die Laufzeiten 0,595 ns und 0,583 ns aus, Differenz 0,012 ns. Beide Werte sind kleiner als der Referenzwert von 0,03 ns, der für den Laufzeitunterschied in einem Paar einer 2 m langen Twisted-Pair-Leitung festgestellt wurde.
Abschließend werden hier die von der IEC 63171 spezifizierten Übertragungseigenschaften des Steckverbinder-Paares vorgestellt. Ihre Bestimmung erfolgt durch eine Streuparameter-Messung (Bild 10).
Die Diagramme in Bild 11 veranschaulichen die gemessenen Übertragungseigenschaften des SPE-Steckverbinder-Paares. Das SPE-Portfolio von Phoenix Contact ist gemäß IEC 63171 Kategorie B bis 600 MHz freigegeben. Normativ ist heute eine maximale Bandbreite von 1,25 GHz nach Kategorie C vorgesehen. Die betrachteten Steckverbinder erfüllen beide Anforderungen sicher und sind sogar bei noch höheren Frequenzen sehr performant.
Fazit
Der gewinkelte Leiterplatten-Steckverbinder von Phoenix Contact übertrifft die Anforderungen der IEC 63171 und verursacht weniger Laufzeitunterschiede als eine typische 2 m lange Twisted-Pair-Leitung. Eine Kontaktlängendifferenz mag aus Sicht der Signalintegrität zunächst unkonventionell erscheinen. Diese Einschätzung trifft im hohen Gigahertz-Bereich sicherlich zu. Der Frequenzbereich aktueller und zukünftiger SPE-Applikationen wird jedoch maximal im unteren Gigahertz-Bereich liegen. Dort spielen kleine Asymmetrien keine Rolle. Phoenix Contact hat diesen Gestaltungsfreiraum gezielt zur konsequenten Miniaturisierung genutzt, um dem Markt ein kompaktes SPE-Portfolio mit hoher Packungsdichte zu präsentieren.
Literatur
- Phoenix Contact Deutschland GmbH, Blomberg: www.phoenixcontact.de
- Ostwald, Olaf. In: Group and Phase Delay Measurements with Vector Network Analyzer ZVR. Application Note 1EZ35_1E. Rohde & Schwarz (Hrsg.): o. O.: 10.07.1997