Die sich verändernden Leistungsanforderungen für tragbare Elektronik führen zu neuen Steckverbinder-Designs und Modifikationen an traditionellen Steckverbinder-Standards. Dies gilt für viele Bereiche, von schnelllebigen Anwendungen für das Internet der Dinge (IoT) bis hin zu militärischer Ausrüstung, wo Produktlaufzeiten in Jahrzehnten gemessen werden. Folgendes hat sich geändert, und so können Sie davon profitieren.
Steckverbinder mit hoher Kontaktdichte
Obwohl der verfügbare Platz in tragbaren Geräten wie Smartphones oder Tablets äußerst begrenzt ist, müssen weiterhin viele Signale zwischen den Platinen übertragen werden. Aus diesem Grund haben Hersteller Mikro-Miniatur-BtB (Board-to-Board)-Steckverbinder in Ultraflachbauweise entwickelt, die eine hohe Pinzahl und eine geringe Größe besitzen. Als Verbindungsmedium dienen normalerweise Flachbandkabel (FFC) oder flexible Schaltungsträger (FPC).
TE Connectivity bietet z. B. einen skalierbaren 0,35-mm-BtB-Steckverbinder mit kleinem Anschlussraster (Fine-Pitch) an, der eine Gehäusebreite von nur 1,85 mm und eine Höhe von sogar nur 0,6 mm aufweist. Ein weiterer Fine-Pitch-BtB-Steckverbinder von TE Connectivity enthält eine integrierte EMI-Abschirmung (siehe unten). Diese Steckverbinder wurden für Smartphones, Tablets und tragbare Spiele konzipiert.
Abbildung 1: FPC-Steckverbinder mit EMI-Abschirmung. (Quelle: TE Connectivity)
Tragbare Geräte sind nicht nur Handgeräte
Die mobile Revolution betrifft nicht nur batteriebetriebene Geräte, die Sie in der Hand halten können. Viele Bauteile, die zuvor einen ganzen Raum belegten, sind jetzt mobil, und sämtliche ihrer Komponenten müssen daher ebenfalls mobil sein.
Ein gutes Beispiel sind medizinische Röntgengeräte. Tragbare Systeme sind heute weitverbreitet, sodass die Diagnosevorrichtungen direkt zum Patienten gebracht werden können. Da sie weiter Betriebsspannungen von bis zu 75 kV benötigen, mussten Hersteller miniaturisierte Hochspannungs-Steckverbinder entwickeln.
Sogar militärische Drohnen, sogenannte unbemannte Fluggeräte (UAVs), hängen sich an die Mobiltechnik an. Vergessen Sie den Reaper mit seiner Spannbreite von 25 m. Heutzutage gilt das Interesse viel kleineren unbenannten Fluggeräten, die potenziell so klein wie Insekten sind und von einem einzelnen Soldaten bedient werden können.
Neue Steckverbinderdesigns an 0,025-Zoll-Mittelkontakten bieten Militärqualität und ‑zuverlässigkeit und sind auch für die modernsten UAVs geeignet. Diese Nano-Miniaturverbindungen sind speziell auf die anspruchsvollen MIL-Standards zugeschnitten, die unter anderem Tests der Stoßfestigkeit bis zu 100 g und Vibrationstests von 10–2.000 Hz bei einer Amplitude von 20 g vorschreiben.
Entwicklungen im Bereich der RF-Steckverbinder
Der Trend zur Schrumpfung vorhandener Funktionen schließt auch die Hochfrequenztechnik ein. Der Molex SSMCX, nachfolgend beschrieben, ist ein extrem kleiner Mikrokoaxial (MCX)-Steckverbinder, der für sehr kleine Funk- und Antennenanwendungen entwickelt wurde. Er wird bei bis zu 10 GHz betrieben und ist um 30 Prozent kleiner als der Vorgänger MMCX (Mikrominiatur-Koaxialsteckverbinder). Seine erste Anwendung? Eine IEEE 802.11x-Funk- und Antenneneinheit für ein Notebook.
Abbildung 2: SSMCX RF-Mikrominiatur-Koaxialsteckverbinder. (Quelle: Molex)
Ein weiterer Trend, der weiter unten in der Lieferkette Innovationen bei Steckverbindern fördert, ist die Kombination mehrerer RF-Technologien wie Mobiltelefon, Bluetooth, GPS und WLAN in einem einzelnen Handgerät.
Auch die Chips, in die solche Funktionen integriert werden, werden immer kleiner, was zu Problemen bei Herstellern von Halbleiter-Prüfgeräten führt, die hochdichte RF-Lastträger entwickeln müssen, um mehrere integrierte RF-Schaltungen gleichzeitig in einer Großserienfertigungs-Umgebung testen zu können.
Die Lösung? Multiport-Mini-Koaxialsteckverbinder, die bis zu acht unabhängige Koaxialkanäle in einem einzelnen Gehäuse enthalten.
Akkusteckverbinder sind kleiner und flacher
Schon seit Jahren sind herkömmliche Akkusteckverbinder mit zwei unterschiedlichen Kontaktkonfigurationen erhältlich. Ausleger-Stanzkontakte ermöglichen eine kostengünstigere Verbindung für die Serienproduktion von Verbraucherelektronik, während für industrielle Anwendungen Federkontaktstifte bzw. Pogo Pins gewählt werden, die eine längere Lebensdauer gewährleisten.
Im Zuge des Trends in anderen Bereichen erfordert die kontinuierliche Reduzierung der Gerätegröße auch eine Verkleinerung der Akkusteckverbinder. Auch oberflächenmontierte Akkusteckverbinder finden vermehrt Verwendung in tragbaren Anwendungen mit beschränktem Platzangebot.
Vorhandene Formfaktoren sind nicht gefeit
Portable Geräte unterstützen immer mehr Funktionen, betrifft die Forderung nach geringeren Abmessungen die bestehenden Standards, wie an den aufeinander folgenden Generationen der USB-Steckverbinder zu erkennen ist. Der ursprüngliche USB-Formfaktor war für Desktop-PCs und Laptops in Standardgröße angemessen und wird in diesen Geräten meist immer noch verwendet.
Mit der zunehmenden Verbreitung von PDAs und Tablets jedoch wurde der Mini-USB-Formfaktor eingeführt. Als Smartphones, Digitalkameras und andere tragbare Geräte immer flacher wurden, kündigte das USB Implementers Forum (USB-IF) im Januar 2007 den Micro-USB-Formfaktor an. Ein Micro-USB-Anschluss ist ähnlich breit wie ein Mini-USB, aber nur ungefähr halb so dick.
Abbildung 3: Vergleich von Mikro-, Mini- und Standard-USB-Steckverbinder. (Quelle: Wise Geek)
Dieser Trend für Mini- und Micro-Varianten hat sich auch bei anderen Formfaktoren gezeigt. Der HDMI (High-Definition Multimedia Interface)-Standard dient z. B. zur Übertragung von digitalen Audio- und Videosignalen und wird jetzt in den Versionen Full-Size-, Mini- und Mikro-HDMI angeboten.
Die neueste Innovation bei USB-Steckverbindern ist der USB-3.1-Typ-C-Steckverbinder und kombiniert Datenübertragung, Videoausgabe und Ladefunktionen für Akkus in einem einzigen, umkehrbaren Steckverbinder, der nur 2,6 mm hoch ist. Er bietet für die Datenübertragung eine Geschwindigkeit von bis zu 10 Gbit/s und bis zu 100 W Leistung bei bis zu 20 V und 5 A. Klicken Sie hier, um die vollständige Liste aller bahnbrechenden Vorteile von USB 3.1 Typ C anzuzeigen.
Selbst in dem vergleichsweise trägen industriellen Markt kommt es bei Steckverbindern zu Veränderungen. Die hochdichten Mikro-D-Steckverbinder der nächsten Generation bieten die vierfache Dichte der standardmäßigen Sub-D-Steckverbinder.
Steckverbinder durch drahtlose Methoden ersetzen
Angesichts der extremen Flachbauweise vieler Handgeräte, stellen sich die Hersteller die Frage, ob sie Steckverbinder vollständig durch drahtlose Lösungen ersetzen können, keine besonders guten Nachrichten für Hersteller von Steckverbindern.
Zwei häufige Bereiche, bei denen die Entwicklung in diese Richtung verläuft, sind kabellose Lautsprecher und kabellose Ladevorgänge. Nachdem Apple seinen 30-poligen Dock-Anschluss durch den neuen 8-poligen Lightning-Anschluss ersetzt hatte, der keine Line-Level-Audioausgänge mehr enthielt, ging die Beliebtheit der Lautsprecher mit mobilen Docks zugunsten der kabellosen Lösungen zurück. Kabellose Ladevorgänge sind bereits bei einer Reihe von Laptops und Smartphones in Erscheinung getreten und danach auch bei Wearables wie der Apple Watch, die kabelloses induktives Laden nutzt. Es ist zu erwarten, dass sich dieser Trend mit tragbarer Elektronik für Verbraucher fortsetzt.
Das Aufkommen der tragbaren Produkte hat zur Verbreitung neuer Steckverbindertechnologien geführt und die Erweiterung einiger alter Standards eingeleitet, bei der die neuen Gegebenheiten berücksichtigt wurden. Wir können nur erahnen, dass die Zukunft der Innovationen bei Steckverbindern weiterhin von den Trends und Anforderungen der Verbraucher an die elektronischen Geräte, die sie anschließen, mit denen sie kommunizieren und die sie mit Strom versorgen, angetrieben wird.
Beliebte Technologien für tragbare Steckverbinder
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