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er synchrone Multiplexer Flex/PlexMS1/4 mit Add/Drop-Funktionen
undCross-connect-Mglichkeiten rundetdas Systemkonzept von Marconi
Com-munications GmbH in der Fernnetzebe-ne, im Ortsnetzbereich und
im Teilneh-meranschlussbereich ab. Das System-konzept untersttzt
dabei die durchITU-T und ETSI ETS 300 147
definierteSDH-Multiplexstruktur (Synchrone Digi-tale Hierarchie).
Entsprechend den ge-forderten Multiplexfunktionen und denNormen
bzw. Empfehlungen wird dersynchrone Multiplexer als
Terminal-,Add/Drop- und Cross-connect-Multiple-xer eingesetzt.
Damit kann ein bertra-gungsnetzwerk (Bild 1) sehr flexibel
und sicher aufgebaut werden. Der syn-chrone Multiplexer FlexPlex
MS1/4 istmodular aufgebaut und besteht ausden Line-Modulen (LM),
Switch-Modu-len (SWM) und den Access-Modulen(AM). Durch das in
allen Ebenen verwirk-lichte modulare Konzept knnen bei je-der
Erweiterung des Multiplexers bereitsvorhandene Baugruppen
weiterver-wendet werden. Alle Multiplexer-Typen(TMS, AMS, XMS)
werden mit dem glei-chen Baugruppentrger (Bild 2) reali-siert.
Dieser Baugruppentrger fr denFlex/Plex MS1/4 kann mit 4 LM, 2 SWM,
8AM und 1PRM (Prozessor-Modul) be-stckt werden (Bild 3). Die
Erweiterungdes FlexPlex MS1/4 mit AM kann inner-
halb eines Baugruppentrgers ohneAuerbetriebnahme bestehender
Ver-bindungen und ohne Betriebsunterbre-chung durchgefhrt werden
(Hot-Swap).Auch eine Erweiterung mit zustzlichenBaugrupperntrgern
ist mglich.
Backplane-AufbauDer neue Baugruppentrger fr densynchronen
Multiplexer ist so modifi-ziert, dass er sowohl alle bisher
einge-setzten Typen von Baugruppen aufneh-men kann als auch den
Betrieb von neuentwickelten Baugruppen ermglicht.Das erforderte die
Entwicklung einer
sehr komplexen Back-plane, sie ersetzt diebisher verwendetenzwei
Backplanes desVorgngersystems.Die Backplane wird inEinpresstechnik
gefer-tigt (smtliche Steck-verbinder). Sie vereintdie beiden
bisherigenBackplanes auf einem14lagigen Multilayer(siehe Bild
4).Alle restli-chen bentigten Bau-elemente sind B-seitigals SMD
aufgebracht(Reflow-Ltung). DieBackplane wird bei Ernivollstndig
geprft undmit der Testdokumen-tation ausgeliefert.Die Backplane ist
Teildes Baugruppentr-gers und stellt zum ei-
Manfred Schock, Siegfried Fresser Moderne
Telekommunikationsnetze mssen die Nachfrage nach immer greren
ber-
tragungskapazitten auf mglichst kleinem Raum bei hoher
bertragungsgte und hoher Verfgbarkeit erfllen.
Daraus ergeben sich hchste Ansprche nicht nur an die verwendeten
Schaltungskomponenten, sondern auch an das
Leiterplatten-Layout, die Backplanes und an die Steckverbinder.
Die entsprechenden Steckverbinder, Backplanes bzw.
Baugruppentrger mssen dabei insbesondere Kriterien wie gutes
Hf-Verhalten und hohe Kontaktdichte erfllen,
denn die Datenraten werden immer hher und es knnen gar nicht
genug Signalkontakte pro Boardflche zur Verf-
gung stehen. Am Beispiel eines synchronen Multiplexers wird im
folgenden der komplexe Aufbau einer modernen Tele-
com-Backplane beschrieben.
Verbindungstechnik in modernen MultiplexernKomplexe
Multilayer-Backplane in Einpresstechnik alsstabiles Rckgrat
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Bild 1: Beispiel eines bertragungsnetzes mit den Multiplexer
Flex/Plex MS1/4
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nen die Verbindung der Steckbaugrup-pen ber
Connection-Panel-Module(CPMs) nach auen zur Verfgung, zumanderen
werden die Baugruppen berein Eingangsfilter mit der
Batteriespan-nung versorgt. Auerdem sind smtli-che Verbindungen
zwischen den Bau-gruppen auf der Backplane realisiert.Ge-genber dem
bisherigen Baugruppen-trger wurden auer der fertigungs-technischen
Optimierung der Backpla-ne auch am mechanischen Aufbau
Ver-besserungen zur Durchlftung der Bau-gruppen und Erweiterungen
fr zustz-liche Stromversorgungsmodule vorge-nommen.Durch Einsatz
von AM-Baugruppen mitFernspeisung ber Kupfer-Doppeladernwurde der
obere Teil der Backplane mo-difiziert, um die Redundanz der
AM-Steckpltze zu gewhrleisten undgleichzeitig die ntigen
Sicherheitsab-stnde nach DIN EN 60950 zu denFernspeiseleitungen
einzuhalten.Die Impedanz der LSLeitungen (Low-Speed-Leitungen zur
bertragung vonSignalen mit bis zu 5 Mbit/s) soll 120betragen. Sie
wurden auf den Innenla-gen des Multilayers verlegt.Die unsyme-
trischen HSLeitungen (High-Speed-Leitungen zur bertragung von
Signa-len mit mehr als 34 Mbit/s, Impedanz75 10 %) sind auf den
Auenlagenverlegt.Um eine komplette automatische Be-stckung der
Backplane mit Steckver-bindern zu ermglichen, musste der un-
tere Teil der Backplane, der im Vorgn-gersystem wegen Verwendung
von be-drahteten Bauelementen noch in Lt-technik ausgefhrt war, auf
Einpress-technik umgestellt werden.Auf der neuen Backplane werden
zu-stzliche berwachungsfunktionen be-reitgestellt, was eine
Erweiterung desVersatile Serial Bus (VSB) erforderlichmacht. Einmal
sollen die neu hinzuge-fgten Stromversorgungsmodule ber-wacht
werden und zum anderen soll ei-ne Erweiterung des Speichers fr
dieAdressinformationen durch ein weiteresserielles EEPROM
vorgenommen wer-den. Fr das zustzliche EEPROM wirdein weiteres
ChipSelectSignal er-zeugt, das ber einen Demultiplexer ausden zwei
ChipSelectSignalen fr diebeiden schon vorhandenen EEPROMsgeneriert
wird.Die High-Speed-Leitungen zwischenden oberen SV der
AMSteckpltze undden CPM-AM-Steckpltzen sind als 75--Leitungen
ausgefhrt. Aus Toleranz-grnden werden diese Leitungen aufden
Auenlagen aufgebracht, da dieueren Schichten der Leiterplatte
inKerntechnik ausgefhrt sind und somit
Bild 2: Baugruppentrger fr den Flex-Plex MS1/4
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kleinere Z-Wert-Toleranzen erreicht wer-den (Bild 5).Die
Auswertung von Schliffbildern einerTestbackplane hat ergeben, dass
Frei-
flchen zwischen den Leitungen mg-lichst durch flchige
Kupferstrukturenaufgefllt werden sollten,um eine gleich-mige
elektrische Feldverteilung frden Kupferauftrag ber die gesamte LPzu
gewhrleisten. Beim Aufkupfern derueren Schichten wird damit eine
we-sentlich bessere Kontinuitt der ZLei-tungen erreicht.Die
Low-Speed-Leitungen sind als sym-metrische 120--Leitungen auf
Innenla-gen der Backplane verteilt. Ebenfalls aufden Innenlagen
sind im unteren Bereichder Backplane unsymmetrische 50--Leitungen
verlegt, die als Daten- undTaktleitungen fr 77 Mbit/s zwischenden
Zentralbaugruppen und den AMBaugruppen ausgelegt sind.
Komplette Fertigung und TestBei der Entwicklung der neuen
Backpla-ne wurde Erni von Marconi schon frh-zeitig eingebunden und
mit der Bereit-stellung einer entsprechend spezifizier-ten und
vollstndig getesteten Backpla-ne beauftragt. Die Backplane wird
beiErni komplett bestckt - unter Ausnut-zung der modernen
Einpresstechnik -und getestet. In diesem Fall kommenu.a. 96polige
DIN-Steckverbinder der Er-com-Reihe, eine hochpolige DIN-Versi-on
(Ercom E160) sowie weitere DIN-Steckverbinder zum Einsatz.Die
Backplane wird bei Erni in einem
Baugruppentrger geprft. Nach derSichtprfung wird die komplett
be-stckte Backplane getestet. Mit Hilfe ei-nes 60-V-Spannungstests
werden alle
Signalpunkte auf das Vorhandensein derVerbindung und auf
Kurzschluss ber-prft. Auch die vorhandenen Widerstn-de werden von
dem Prfsystem getes-tet. Letztendlich erhlt der Kunde einekomplett
bestckte, und mit Prfproto-koll versehene Backplane fr die
weitereSystem-Implementierung.Eine Besonderheit auf der
Backplanesind die drei seriellen EPROMs. Auch die-se werden
zusammen mit einem Paral-
lel/Seriell-Wandler und den Chip-Select-Bausteinen einer
elektronischen Funk-tionsprfung unterzogen. Dabei wirddas System
direkt im Kundenrack mitHilfe von Adapterkarten geprft. Der
EE-PROM-Test wird mit einer separaten
V40-Prozessorkarte per Software ausge-fhrt (Beschreiben, Lesen
und Verglei-chen der Speicherinhalte). Insgesamt istder Test in
drei Sequenzen aufgeteilt:
Funktionstest Niederspannungstest (200 mV) mit
Messung der passiven Bauelemente Hochspannungstest (250 V) der
Ver-
bindungsleitungen ohne Bauteilan-bindung.
Hohe Signaldichte und gute EMV
Die elektronische Verbindungstechnikin modernen Aufbausystemen
wird im-mer komplexer und anspruchsvoller.Heute findet man schon
zum Teil mehrals 20 000 Kontakte auf einer Backplaneoder mehr als 1
000 Kontakte auf einereinzelnen Steckkarte. Hohe Ansprchein bezug
auf EMV, Signalintegritt, Co-dierung, Fhrung und Mechanik
fordernauch von Steckverbinderherstellern im-mer mehr Systemdenken
und -Know-how. Dies kommt besonders bei denBackplanes, als dem
Herzstck elektro-nischer Aufbausysteme, zum Tragen.Dies betrifft
auch vor allem die Prfungdieser immens groen Zahl von Kontak-ten
auf der Backplane. Gerade hier siehtsich der Steckverbinderanbieter
ver-strkt in der Rolle eines Subunterneh-mers. Dabei wird eine
entsprechendeFertigungstiefe unter Einhaltung allerQualitts- und
Testansprche (z.B.Testenvon Backplanes im montierten
Zustand)gefordert.Fr das Angebot von Systemtechnik-komponenten wie
Backplanes, bestck-ten Leiterplatten oder konfigurierten
Aufbausystemenbleibt jedoch die Kern-kompetenz bei
Steck-verbindern die Voraus-setzung fr den Erfolg.Hier steht ein
breitesSpektrum an Steckver-bindern gem DIN41612, im
metrischenRaster nach IEC 61076-4-101, SMT-Steckver-binder im
1,27-mm-Raster der BaureiheSMC und Sub D-Steck-verbinder sowie
Lei-terplattensteckverbin-der zur Verfgung.Dieses Know-How
wirddurch ein breites Port-
folio an Produkten und Dienstleistun-gen ergnzt, das von
Feldbus-Kompo-nenten (Erbic) ber Kabelgehuse bishin zu Backplanes,
Systemen und Auf-tragsentwicklungen reicht.Ein wesentliches
Diversifizierungsmerk-
Bild 3: Bestckung des FlexPlex MS1/4 Baugruppentrgers
Bild 4: Backplane (Ausschnitt) des synchronen Multiple-xers mit
den drei seriellen EPROMs
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mal ist dabei die hohe Fertigungstiefe.So werden bei Erni nicht
nur alle Steck-verbinder und Kontakte im eigenenHaus gefertigt,
sondern auch der Gro-teil der notwendigen Maschinen undWerkzeuge.
Basierend auf einem durch-gngigen Fertigungs-Know-How mit
fir-meninternen Werkzeugbau werdenauch Pressen mit
unterschiedlichem Au-tomatisierungsgrad fr die Bestckungvon
Steckverbindern eingesetzt. Dar-ber hinaus werden auch die
entspre-chenden Testeinrichtungen bereitge-stellt, um z.B.
vollstndig bestckte Back-planes testen zu knnen.Die
Qualittsansprche, die Steckverbin-der und Backplanes hinsichtlich
moder-ner Bussysteme erfllen mssen, findensich auch in den
Baugruppen-Trgernwieder. Verstrkt werden komplett be-stckte und
geprfte Aufbausystemedurch den Steckverbinderhersteller rea-lisiert
und an den Telecom- oder Indu-striesystemhersteller geliefert.
Generellwird heute ein mglichst EMV-dichtesGehuse gefordert. Mit
anderen Worten,es gilt die bergangsimpedanz von ei-nem Gehuseteil
zum anderen mg-lichst zu reduzieren. Ein moderner Bau-
gruppentrger bietet eine hohe EMVund ist konform zu IEEE
1101.10/.11.Auch ESD-Ableitung, Codierung undZentrierung - die vom
IEE-Standard ge-fordert wird - muss gewhrleistet sein.
High Density DIN-SteckverbinderOb nun bei
19-Zoll-Aufbausystemenoder den neuen metrischen Systemen -die
grundstzliche Problematik bleibtgleich: Die hhere
Packungsdichte,Funktionsvielfalt und Komplexitt derElektronik auf
der Leiterplatte erfordertzur bertragung der Signale immermehr
verfgbare Kontakte. Damit wirdder Ruf nach hochpoligen
Steckverbin-der-Lsungen laut,die zudem mglichstwenig Platz
beanspruchen sollten. Paral-lel zu den metrischen Vertretern der
Er-met-Familie (2,0 mm Raster) hat man da-her modifizierte
hochpolige DIN 41612-Steckverbinder fr 19-Zoll- und metri-sche
Aufbausysteme entwickelt. Mit die-sen geometrisch angepassten
hochpoli-gen Steckverbindern ist es mglich, frbeide Aufbausysteme
wirtschaftliche
Bild 5: Aufbau der 14lagigen Multilayer-Backplane
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Lsungen mit hoher Kontaktdichte zurealisieren.Beim
19-Zoll-System ist das Doppel-Eu-ropakartenformat nach IEC297-3
diegngige Leiterplattengre fr hochin-tegrierte Baugruppen. Aus
diesemGrund ist fr die Doppeleuropakarte ei-ne Lsung mit
hochpoligen DIN 41612-Messerleisten und -Federleisten derBauformen
E160 und E 80 entwickeltworden - die auch auf der beschriebe-nen
Backplane zum Einsatz kommen.Damit knnen bis zu 400 Signale
berdiese high-density Steckverbinder ge-fhrt werden. Das
durchgngige Kon-taktraster von 2,54 mm ermglicht eineproblemlose
Integration in das Stan-dard-Layout bzw. in das populre
19-Zoll-Aufbausystem. Die Voreilung von0,8 mm bei Messerkontakten
ist ebensomglich wie die optionale Codierungber steckbare
Codierleisten. Fr die
wirtschaftliche Verdrahtung ist die lt-freie Einpresstechnik
heute bei DIN-Steckverbindern Standard. Allerdingssind
DIN-Steckverbinder im Gegensatzzu den metrischen
Steckverbindernauch noch mit Tauchltanschlssen fr
Schwallbadlten verfgbar.Fr die modernen 19-Zoll-Aufbausysteme
ist auch ei-ne Weiterentwicklung derDIN41612-Steckverbinder -die
Ercom-Baureihe - pr-destiniert. Die Ercom-Bau-reihe bietet aufgrund
einesneuen Federkontakt-De-signs ein verbessertes
Ein-pressverhalten und ausge-zeichnete Hf-Eigenschaften.
SchlussbemerkungWie bei Marconi Communi-cations GmbH wird
insbesondere imTelecom-Bereich, aber auch in anderenindustriellen
Anwendungen von Seitender Systemhersteller der Wunsch nachder
Bereitstellung kompletter Lsungen
immer lauter. Hiermit sehen sich auchSteckverbinderhersteller
konfrontiert -und man reagiert darauf, indem man aufBasis der
Kernkompetenz bei Steckver-bindern auch Backplanes, Boards
undkomplette Aufbausysteme anbietet. Da-
bei sind neben Standardlsungen auchkundenspezifische Produkte
gefragt.Um dies realisieren zu knnen, muss
derSteckverbinder-Anbieter nicht nur einPortfolio moderner
Verbindungskom-ponenten bereithalten, sondern auchber
entsprechendes Fertigungs- undSystem-Know-How mit
Qualittssiche-rung und Test verfgen.
Dipl.-Ing. (FH) Manfred Schock ist Pro-duktmanager bei der Erni
ElektroapparateGmbH in 73099 Adelberg,Dipl.-Ing. (FH) Siegfried
Fresser ist in derBackplane-Entwicklung bei der
MarconiCommunications GmbH in 71509 Back-nang ttig.
Bild 6: Prfsystem zum Test der Backplanes
Bild 7: Moderne High Density DIN-Steckverbinder mit sehr guten
Hf-Eigenschaf-ten (Ercom)
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