Bahnbrechende neue Trends bei tragbaren Steckverbindern
Die Leistungsanforderungen tragbarer Elektronik führen sowohl zu neuen Steckverbinder-Designs als auch zu Modifikationen lang etablierter Steckverbinder-Standards in Bereichen, die von schnelllebigen IoT-Anwendungen bis hin zu militärischer Ausrüstung reichen, deren Produktlebensdauer in Jahrzehnten gemessen wird. Hier ist, was sich geändert hat und wie Sie davon profitieren können.
Hochdichte Steckverbinder
Auch wenn der Platz in tragbaren Geräten wie Smartphones und Tablets begrenzt ist, müssen dennoch eine Vielzahl von Signalen von einer Platine zur nächsten übertragen werden. Als Antwort darauf haben Hersteller ultraflache, mikro-miniaturisierte Board-to-Board-(BtB)-Steckverbinder entwickelt, die eine hohe Pin-Anzahl und kleine Baugrößen bieten. Als Verbindungselement kommen in der Regel Flexible Flachkabel (FFC) oder flexible Leiterplatten (FPC) zum Einsatz.
Zum Beispiel bietet TE Connectivity einen skalierbaren BtB-Steckverbinder mit 0,35 mm feiner Teilung an, der eine Gehäusebreite von nur 1,85 mm und eine Höhe von nur 0,6 mm aufweist. Ein weiterer BtB-Steckverbinder von TE mit feiner Teilung verfügt über eine integrierte EMV-Abschirmung, wie unten dargestellt. Diese Steckverbinder sind für Smartphones, Tablets und tragbare Spielegeräte konzipiert.
Abbildung 1: FPC-Steckverbinder mit EMI-Abschirmung. (Quelle: TE Connectivity)
Tragbar bedeutet nicht nur handgehalten
Die tragbare Revolution beschränkt sich nicht nur auf batteriebetriebene Geräte, die in der Hand gehalten werden können. Viele Geräte, die früher einen ganzen Raum benötigten, sind inzwischen mobil, und all ihre Komponenten müssen ebenfalls mobil sein.
Nehmen Sie medizinische Röntgengeräte als Beispiel. Tragbare Systeme sind heutzutage ziemlich üblich und bringen Diagnosetechnologie direkt zum Patienten. Da sie immer noch Betriebsspannungen von bis zu 75 kV benötigen, mussten die Hersteller Miniatur-Hochspannungssteckverbinder entwickeln.
Sogar militärische Drohnen oder UAVs springen auf den tragbaren Trend auf. Vergessen Sie den Reaper mit seiner Spannweite von 84 Fuß. Die Begeisterung konzentriert sich heutzutage auf viel kleinere unbemannte Fahrzeuge in der Größe von Insekten, die von einem einzelnen Soldaten gehandhabt werden können.
Neue Steckverbindungsdesigns mit einem Kontaktabstand von .025 Zoll bieten militärische Qualität und Zuverlässigkeit, die für die neuesten Arten von UAVs geeignet sind. Diese nano-miniaturisierten Verbindungselemente sind speziell dafür ausgelegt, die anspruchsvollen MIL-Standards zu erfüllen, die 100-g-Stöße sowie Vibrationsprüfungen von 10–2.000 Hz bei 20 g Amplitude umfassen.
Entwicklungen bei RF-Steckverbindern
Der Trend zur Verkleinerung bestehender Funktionen umfasst auch HF-Komponenten. Der unten vorgestellte Molex SSMCX ist ein superkleiner Mikro-Coaxial-MCX-Steckverbinder, der speziell für sehr kleine Radio- und Antennenanwendungen entwickelt wurde. Mit einer Betriebsfrequenz von bis zu 10 GHz ist er 30 Prozent kleiner als sein Vorgänger MMCX (Micro-Miniatur-Coax). Seine erste Anwendung? Ein IEEE 802.11x-Funkgerät und eine Antenne für ein Notebook.
Abbildung 2: SSMCX mikro-miniature koaxiale HF-Steckverbinder. (Quelle: Molex)
Ein weiterer Trend, der die Weiterentwicklung von Steckverbindern entlang der Lieferkette vorantreibt, ist die Kombination mehrerer RF-Technologien wie Mobilfunk, Bluetooth, GPS und WLAN in einem einzigen Handgerät.
Die Chips, die diese Funktionen integrieren, werden selbst immer kleiner, was für Hersteller von Halbleitertestgeräten Probleme verursacht. Sie müssen hochdichte HF-Lastplatinen entwickeln, um mehrere HF-ICs gleichzeitig in einer Umgebung mit hoher Produktionsmenge zu testen.
Die Lösung? Multiport-Mini-Koaxialsteckverbinder, die bis zu acht unabhängige Koaxialkanäle in einem einzigen Gehäuse kombinieren.
Batterieanschlüsse sind kleiner und flacher
Traditionelle Batterieanschlüsse sind seit Jahren mit zwei unterschiedlichen Kontaktkonfigurationen erhältlich. Gestanzte Kragarmkontakte bieten eine wirtschaftlichere Verbindungslösung für Verbraucherprodukte auf Massenebene, während federbelastete „Pogo-Pins“ für industrielle Anwendungen gewählt werden, um eine verlängerte Lebensdauer bei Zyklen zu gewährleisten.
Im Einklang mit dem Trend, der in anderen Bereichen zu beobachten ist, führen die fortwährenden Reduzierungen der Gerätegröße dazu, dass auch Batteriesteckverbinder schlanker werden müssen. Oberflächenmontierte Batteriesteckverbinder finden zunehmend Anwendung in platzbeschränkten tragbaren Geräten.
Bestehende Formfaktoren sind nicht immun
Da tragbare Geräte immer mehr Funktionen bieten, beeinflusst der Trend zu kleineren Größen die bestehenden Standards, wie man an den aufeinanderfolgenden Generationen von USB-Steckern sehen kann. Der ursprüngliche USB-Formfaktor war für Standard-Desktops und -Laptops völlig ausreichend und wird größtenteils noch immer in diesen Geräten verwendet.
Doch mit der zunehmenden Beliebtheit von Handys, Tablets und PDAs wurde der Mini-USB eingeführt. Als Smartphones, Digitalkameras und andere tragbare Geräte immer dünner wurden, kündigte das USB Implementers Forum (USB-IF) im Januar 2007 den Micro-USB an. Ein Micro-USB ist in der Breite dem Mini-USB ähnlich, jedoch etwa halb so dick.
Abbildung 3: Vergleich von Mikro-, Mini- und Standard-USB-Steckverbindern. (Quelle: Wise Geek)
Dieser Trend zu Mini- und Mikrovariationen zeigt sich auch in anderen Formfaktoren. Zum Beispiel wird der High-Definition Multimedia Interface (HDMI)-Standard, der für die Übertragung von digitalem Audio und Video verwendet wird, mittlerweile in voller Größe sowie in Mini- und Mikro-Versionen angeboten.
Die neueste Innovation bei USB-Steckverbindern ist der USB 3.1 Typ-C-Stecker, der Datenübertragung, Videoausgabe und Ladefunktionen in einem einzigen, umkehrbaren Stecker kombiniert, der nur 2,6 mm hoch ist. Er bietet Datenübertragungsraten von bis zu 10 Gbps und eine Stromversorgung von bis zu 100 W mit bis zu 20 V und 5 A. Klicken Sie hier, um die vollständige Liste der wegweisenden Vorteile von USB 3.1 Typ-C anzuzeigen.
Änderungen bei Steckverbindern erfolgen selbst im vergleichsweise langsam entwickelnden Industriemarkt. Mikro-D-Hochdichte-Steckverbinder der nächsten Generation bieten die vierfache Dichte von Standard-Sub-D-Steckverbindern.
Ersetzen von Steckverbindern durch drahtlose Methoden
Angesichts der extremen Schlankheit vieler Handgeräte prüfen Hersteller, ob sie Anschlüsse vollständig durch kabellose Lösungen ersetzen können, was für Anschlusshersteller keine guten Nachrichten ist.
Zwei häufige Bereiche, in denen diese Richtung zu beobachten ist, sind drahtlose Lautsprecher und drahtloses Laden. Nachdem Apple seinen 30-poligen Dock-Anschluss durch den neuen 8-poligen Lightning-Anschluss ersetzt hatte, der keine Audioausgänge auf Line-Pegel mehr enthielt, begann die Beliebtheit von Lautsprechern mit mobilen Docks zugunsten von drahtlosen Lösungen zu sinken. Und drahtloses Laden hat seinen Platz bei einer Reihe von Laptops und Smartphones gefunden, gefolgt von tragbaren Geräten wie der Apple Watch, die drahtlose induktive Ladung nutzt. Es wird erwartet, dass sich dieser Trend bei tragbarer Unterhaltungselektronik für Verbraucher fortsetzen wird.
Der Aufstieg tragbarer Produkte hat zu einer Vielzahl neuer Verbindungstechnologien geführt und einige alte Standards erweitert, um den neuen Gegebenheiten gerecht zu werden. Wir können nur erwarten, dass die Zukunft der Steckverbinder-Innovation weiterhin durch die Trends und Verbraucherbedürfnisse der elektronischen Geräte vorangetrieben wird, die sie verbinden, kommunizieren und mit Energie versorgen.
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