Unternehmen sollten auf das Innenleben achten.

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ISO/IEC 11801 Ethernet in der Industrie einsetzen

01.11.2016

Das Innenleben der Stecker und Kabel spielt bei Ethernet eine entscheidende Rolle für die Qualität der Datenübertragung. Die geltenden Normen halten außerdem ein paar Stolpersteine bereit. Unternehmen sollten deshalb den Einsatz von Ethernet genau planen.

Eine möglichst störungsfreie Übertragung von Signalen zwischen den Maschinen ist der Schlüssel für die bestmögliche Auslastung der Produktionskapazitäten und geringe Ausfallzeiten. Die Kommunikation der einzelnen Maschinen und Systemkomponenten erfolgt häufig über Ethernet. In diesen Fall wird zu Beginn der Planungsphase ein entsprechender Typ des Übertragungsmediums, beispielsweise 100Base-TX, festgelegt. Weitere Standards definieren anschließend die Anforderungen an die Komponenten der Übertragungsstrecke.

Bei Ethernet sind in diesem Zusammenhang die Normen IEEE 802.3 und ISO/IEC 11801 von besonderer Bedeutung. Die IEEE 802.3 definiert Hard- und Software, also die jeweilige Anwendung, und die ISO/IEC 11801 definiert die strukturierte Gebäudeverkabelung und damit die Eigenschaften und Art der Verlegung. Zu beachten ist, dass nach ISO/IEC jedoch die übertragende Strecke und deren einzelne Komponenten getrennt voneinander zu betrachten sind. Abhängig von dem zu übertragenden Medium werden unterschiedliche Ansprüche an die Strecke gestellt. Je höher die Datenübertragungsrate, desto höher die Anforderungen an das Netz und damit auch an die einzelnen Komponenten.

Je nach Medium legt die ISO/IEC 11801 andere Bedingungen für die Verkabelung fest. Diese Vorgaben sollen sicherstellen, dass der Informationsaustausch unterbrechungsfrei und ohne Verluste über die Übertragungsstrecke erfolgt. Die übertragende Strecke wird von der ISO/IEC 11801 dabei in Klassen und die Komponenten in sogenannte Kategorien eingeteilt. Als Basis dient hier jeweils die IEEE 802.3.

Speziell bei Gigabit ist jedoch zu beachten, dass es auf internationaler Ebene zwei unterschiedliche Standards für die Gebäudeverkabelung gibt. Auf der einen Seite die oben beschriebene internationale Norm ISO/IEC 11801 und auf der anderen Seite die US Norm EIA/TIA. Je nachdem welcher Standard als Basis für die Gebäudeverkabelung dient, muss zum Beispiel darauf geachtet werden, dass sich Komponenten nach den Kategorien CAT6A und CAT6A deutlich unterscheiden. Die internationale Norm ISO/IEC 11801 verlangt deutlich strengere Werte für das Übersprechen der Übertragungsstrecke als die US-Norm EIA/TIA. Welcher Standard zugrunde liegt, lässt sich anhand der unterschiedlichen Schreibweisen, CAT6A bei der ISO/IEC und
CAT6A bei der EIA/TIA, erkennen.

Zwei Standards stiften Verwirrung

Aufgrund der höheren Anforderungen zeigen Steckverbinder, die nach der ISO/IEC CAT6A gefertigt sind, eine bessere Leistung. Denn gemäß ISO/IEC muss jede Komponente der Übertragungsstrecke die Werte für CAT6A einhalten, während die EIA/TIA nur die gesamte Übertragungsstrecke betrachtet. Dementsprechend reicht für das Protokoll 10GBase-T, das als Mindestanforderung eine Verkabelung der Klasse EA benötigt, eine Komponente nach EIA/TIA CAT6A nicht aus. Sie würde in diesem Fall das begrenzende Element darstellen und die Leistung der kompletten Verkabelung wäre unzureichend. Bei der Auswahl der Komponenten ist also Vorsicht geboten.

Der Steckverbinderhersteller Yamaichi bietet I/O-Schnittstellen der Kategorien CAT5 und CAT6A als M12 und RJ45 Interface für den industriellen Einsatz. Viele dieser IP20- und IP67-Komponenten lassen sich auch ohne Spezialwerkzeug vor Ort konfektioniert. Neben diesen standardisierten Schnittstellen bietet Yamaichi auch einen speziellen Push-Pull Rundsteckverbinder in verschiedenen Gehäusegrößen an. Er ist ebenfalls für die CAT6A Übertragung qualifiziert.

Anforderungen an Übertragungsraten

Die hohen Anforderungen an Übertragungsraten und -qualität von I/O-Schnittstellen können allerdings nur erfüllt werden, wenn auch eine entsprechende Datenübertragungsqualität im internen Steckverbinderbereich zur Verfügung steht. Ist eine Verbindung über Board-to-Board-Steckverbinder möglich, steht eine Vielzahl an Steckern in verschiedenen Polzahlen, Pitches und vor allem Bauhöhen zur Verfügung. Aus Designgründen sind jedoch häufig Board-To-Cable-Verbindung nötig. Bei diesen wird in der Regel auf sogenannte Flexible Flat Cables (FFC) oder Flexible Printed Circuits (FPC) zurückgegriffen. Yamaichi bietet für diverse I/O-Standards Steckverbinder für die Verbindungen von PCBs mittels Board-To-Board- oder Board-To-Cable-Technik an. Die Stecker besitzen einen Pitch von 0,5 mm und sind in verschiedenen Ausführungen verfügbar. Sie bieten Übertragungsraten bis zu 10 GBit/s bei einer differentiellen Impedanz von 100 Ohm und erfüllen dazu noch die hohen Anforderungen des Industrie- und Automotivebereichs.

Gerade bei Highspeed-Board-To-Cable-Verbindungen definiert jedoch nicht nur der Stecker alleine die Übertragungsrate und -qualität. Auch das verwendete Kabel spielt eine entscheidende Rolle. Für den Anwender ist es daher von Vorteil, wenn er Kabel und Steckverbinder gemeinsam von einem Systemlieferanten beziehen kann. Dieser hat die Kontrolle über das komplette System und kann durch entsprechende Qualifikationstests die Übertragungsqualität für die komplette Verbindung sicherstellen.

Silber statt Gold für mehr Leistung

Neben Highspeed FFCs, die Übertragungsraten bis 3 GBit/s gewährleisten, ist der Hochleistungs-FPC „YFlex“ eine Möglichkeit, um Daten von bis zu 10 GBit/s zu übertragen. Die YFlex-Technologie verwendet flüssigkristalline Polymere (liquid crystal polymer, LCP) als Trägermaterial. Außerdem werden die verschiedenen Kupferlagen durch kleine Silberdurchdringungen verbunden. Das ist ein wesentlicher Unterschied im Vergleich zu konventionellen FPCs, die über Bohrung und Goldplattierung die einzelnen Kupferlagen miteinander verbinden. Durch diese spezielle Technik wird eine sehr gute Leistung im Hinblick auf Übersprechen und Impedanzkontrolle sichergestellt. YFlex lässt sich kundenspezifisch an die Applikation anpassen. Dadurch können beispielsweise interne Verbindungen zur Weiterführung von Signalen nach dem IEEE-Standard, USB-Protokolle oder der LVDS-Standard umgesetzt werden.

Bildergalerie

  • Den Y-Circ gibt es in zwei CAT6A-Varianten: als Push-Pull Rundsteckverbinder mit besonderem Pin-Layout und als M12-Rundstecker.

    Bild: Yamaichi Electronics

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