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Artikel und Hintergründe zum Thema

Steckverbinder

Rudolf Weidenspointner | Inka Krischke,

Mikrochips integriert

Ob Medizingeräte, Produkt-Tracking, Fahrzeugsysteme oder 5G-Kommunikation – die Ansprüche an Sicherheit, Leistung, ­Dokumentation und Bedienfreundlichkeit ­steigen. Welche Bedeutung haben dabei in Steckverbindern oder Kabelkonfektionierungen integrierte Mikrochips?

© ODU

Mittels Steckverbindersystemen mit integrierten Mikrochips wie etwa EEPROMs – also elektrisch löschbaren und programmierbaren Lesespeichern – lassen sich Geräte und Steckverbinder auf einfache Weise koppeln sowie Elektronikgeräte erkennen und konfigurieren. Dies gilt gleichermaßen für das Erkennen von Zubehör und Leiterplatten oder für die Kalibrierung von Sensoren sowie die Datenspeicherung. Mit Hilfe der kleinen ‚Gedächtnisriesen‘ lassen sich zudem der Verbindungsstatus in Echtzeit abrufen und die Anzahl der Steckzyklen zählen. Last but not least sind sie in einem weiten Feld von Anwendungen einsetzbar, die elektronische Sicherheitsprüfungen erfordern, bevor die Verbindung hergestellt wird. 

Doch was steckt technologisch hinter Steckverbindern mit integrierten EEPROMs?

Kommunikativ und sicher vergossen

Der Mikrochip ist im Inneren des Steckverbinders verbaut (in blau dargestellt) und liefert wichtige Informationen für den Anwender.

© ODU

Beispielhafte Darstellung eines Steckverbinders mit integrierten EEPROMs. Die Steckverbinder sind hierbei durch schwarze Kästen dargestellt, die EEPROMs durch Blaue.

© ODU

Die Lösungen mit Kabelkonfektionierungen verfügen über ID und Speicher, über die sich neben der Erkennungsfunk-tion diverse Anwendungsmöglichkeiten realisieren lassen. Dazu ist im Inneren der Steckverbinder ein einzelner Mikrochip im Steckergehäuse sicher vergossen und abgedichtet. Die Kommunikation wird in beide Richtungen über einen zusätzlichen Stift im Steckverbinder hergestellt.

Über den Signalleiter wird der Mikrochip mit Strom versorgt. Die Busprotokolle zur Kommunikation mit den Mikrochips sind ähnlich dem I²C-Protokoll, allerdings mit geringeren Datenraten und nur einer geteilten Daten-/Stromleitung. Die ID liefert ein spezielles 64-bit-ROM, das fest auf den Mikrochip gelasert wird. Zudem lassen sich 1 bis 4 kbit des Speichers zur Speicherung gerätespezifischer Daten verwenden. Darüber hinaus stehen Sicherheitsfunktionen wie Schreibschutz oder ein EEPROM-Emulationsmodus zur Verfügung. Zudem erlaubt das Busprotokoll die Adressierung mehrerer Steckverbinder/Geräte auf dem gleichen Bus. 

Die zentrale Steuereinheit der Anwendung – ein Mikrocontroller, ein Industrie-PC, ein Industrieregler oder ähnliches – spricht den Steckverbinder über eine digitale Standard-E/A-Leitung an. Dabei liegt die Lese-/Schreibspannung zwischen 2,8 und 5,25 V. Standardbibliotheken können einfach in die Bestandssoftware integriert werden. 

Der interne Speicher eröffnet zusätzliche Optionen: Mit seiner Hilfe lassen sich Geräte-, Betriebs-, Kalibrier-, Produkt- und Produktionsdaten sowie Berichte zum Gerätebetrieb oder Informationen zur Konfiguration des Gesamtsystems festhalten.

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Anwendungsszenarien

Speziell im Bereich Medizintechnik, im Militär- und Sicherheitsmarkt sowie im Marktsegment der Mess- und Prüftechnik besteht wachsendes Interesse an solchen Lösungen. Mit ihnen bekommen System-entwickler eine einfache Serialisierungs-methode an die Hand, um sowohl Platz als auch Zeit und Kosten zu sparen, indem sie Steckverbinder oder Kabelkonfektionierungen einfach physikalisch markieren.

Der Fortschritt bei Hightech-Behandlungsmethoden und Operationsstandards etwa konfrontiert die Entwickler von Medizintechnik mit spezifischen Herausforderungen. Unter der Maßgabe höchster Produktzuverlässigkeit während des gesamten Lebenszyklus gilt es einerseits die Leistung der Geräte ständig zu erhöhen, andererseits aber auch neue Rechts- und Sicherheitsanforderungen sowie die Pflicht zu Risikosteuerung und Dokumentation miteinzubinden. Daher wird bereits während der Entwicklungsphase darauf geachtet, die Konfiguration korrekt auszurichten, die Betriebsgrenzen sicher zu machen, Wartungen und Komponentenaustausch genau zu takten und die Produkte pünktlich zu entsorgen.

Da Speicherleistung und Erkennungsfunktionen bereits auf Bauteil-Ebene für Sensoren, Kabel oder mobile Handgeräte verfügbar sind, bieten die Steckverbinder mit integriertem Speicher ein deutliches Mehr an Sicherheit. Verhindert ­werden etwa der Einsatz abgelaufener oder unwirksamer Produkte sowie Fehlkonfigurationen oder ein Operationseinsatz außerhalb spezifischer Gerätegrenzen. Eine vollständig automatisierte Dokumentation ist integriert.

Auch im Bereich der Militär- und Sicherheitstechnik kann der jederzeit fehlerfreie Informationsfluss im Extremfall lebensrettend sein. Dies bezieht auch Fahrzeuge mit ein. In diesem Bereich helfen Steckverbinder mit integrierten Mikrochips dabei, jede beliebige angeschlossene Komponente ebenso wie nicht zugelassene Geräte schnell und selbstständig zu erkennen, ein System zu konfigurieren sowie Wartungsintervalle und Lebensdauer nach entsprechenden Vorgaben abzugleichen.

Mess- und Prüftechnik

Ein drittes wichtiges Marktsegment für intelligente Steckverbindersysteme ist der Bereich der Mess- und Prüftechnik. Eine zu jeder Zeit garantierte sichere Funktion und Präzision bei der Übertragung von Messdaten sind Kernforderungen für die eingesetzten Geräte. Beispiele finden sich etwa im Bereich der URLLC-Technik im 5G-Mobilfunknetz sowie bei der Auswertung so genannter Tracking-Daten in Echtzeit zur Nachverfolgung von Produkten und zur Überwachung genau festgelegter Arbeitsgänge. Hinzu kommt die Prüfung von Verbundkomponenten im Bereich der Elektromobilität, bei denen Zuverlässigkeit und einwandfreie Funktionalität gefordert sind. Der Einsatz von Steckverbindern mit integrierten EEPROMs ermöglicht hier im Vergleich zu klassischer elektrischer Messtechnologie exaktere Messungen von zunehmend komplexeren Testvorgaben mit höherer Genauigkeit, verbesserter Dokumentation und korrekter Testkonfiguration.

Autor:
Rudolf Weidenspointner ist Produktmanager für Kabel­konfektionierung bei ODU in Mühldorf.

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