Die Laufzeit ist die Zeit, die ein elektrisches Signal zum Durchlaufen eines Leiterabschnitts benötigt. Laufzeitunterschiede innerhalb eines differentiellen Leiterpaares können die Signalintegrität eines Übertragungssystems stören. Die Laufzeitunterschiede erhöhen die Dämpfung, weil Energie aus dem Gegentakt-Mode in den unerwünschten Gleichtakt-Mode übertragen wird. Werden die Verluste zu groß, kann der Empfänger die Signalpegel nicht mehr sicher auswerten. Die Folge kann eine gestörte Signalintegrität des differentiellen Übertragungssystems sein. Laufzeitunterschiede werden von nicht exakt zeitgleich eingeprägten Sender-Signalen oder zu großer Asymmetrie im differentiellen Paar verursacht.
Eine konsequente Miniaturisierung erfordert ein senkrechtes Steckgesicht
Die IEC63171-2 spezifiziert das Steckgesicht eines geschirmten SPE-Steckverbinders für IP20-Anwendungen. Diese Bauartspezifikation überlässt dem Steckverbinder-Hersteller die Ausrichtung des Steckgesichts bezogen auf eine Leiterplattenebene. Phoenix Contact hat sich bewusst für ein senkrecht stehendes Steckgesicht des gewinkelten SPE-Leiterplatten-Steckverbinders entschieden. Diese Anordnung erlaubt eine kompaktere Bauform als ein waagerechtes Steckgesicht und maximale Platzersparnis auf der Leiterplatte. Verglichen mit konventionellen RJ45-Steckverbindern wird so die doppelte Packungsdichte erzielt.
Anforderungen an die Signalintegrität
Ein gewinkelter Leiterplatten-Steckverbinder mit einem senkrecht angeordneten Steckgesicht erfordert unterschiedliche Kontaktlängen. So betragen die gestreckten Längen der Kontakte 11,3 und 15mm. Steht die Längendifferenz von 3,7mm im Widerspruch zu den Symmetrieanforderungen einer differentiellen Signalübertragung?
Dieser Fragestellung wurde bereits in einer frühen Phase der Produktentwicklung höchste Aufmerksamkeit geschenkt. Deshalb lag ein Schwerpunkt der Entwicklungsaktivitäten auf einer sorgfältigen Analyse der Signalintegrität und Laufzeitunterschiede. Am Anfang stand die Auswahl geeigneter Bewertungskriterien. Es folgten erste theoretische Abschätzungen sowie Simulationen an den frühen Entwicklungskonzepten. Später schlossen sich die Messungen an Prototypen und Serienartikeln mit dem eindeutigen Ergebnis an: Der gewinkelte SPE-Leiterplatten-Steckverbinder von Phoenix Contact übertrifft die Anforderungen der IEC63171.
Auswahl geeigneter Bewertungskriterien
Die IEC63171 definiert die Anforderungen an die Signalintegrität eines Single Pair Ethernet-Steckverbinders. Hier sind beispielsweise Grenzwerte für die Einfügedämpfung (IL) und die Unsymmetriedämpfungen (TCL, TCTL) spezifiziert. Diese Parameter ermöglichen schon eine vollständige Bewertung eines SPE-Steckverbinders im Hinblick auf die durch Laufzeitunterschiede verursachte Dämpfung und Modenkonversion.
