Neue Steckverbinderfamilien: H-MTD, MATE-AX, GEMnet und HFM

Der Treiber ist die Elektronik im Fahrzeug und in mobilen Maschinen. Kameras mit 4K-Auflösung, Radar, LiDAR und zentrale Rechner brauchen Datenraten von mehreren Gigabit pro Sekunde. Gleichzeitig bündeln Zonenarchitekturen viele Leitungen auf engem Raum. Gefragt sind deshalb kleinere, leichtere Steckverbinder, die trotzdem die Robustheitsanforderungen der Automobilindustrie (LV 214, USCAR) erfüllen.

Die vier Familien bilden zwei Paare: H-MTD und GEMnet übertragen schnelle differenzielle Daten über verdrillte Leitungspaare. MATE-AX und HFM sind miniaturisierte Koax-Steckverbinder und lösen FAKRA bei Kamera-, Antennen- und Displayleitungen ab.

H-MTD: modularer Hochgeschwindigkeits-Datensteckverbinder

H-MTD (High-Speed Modular Twisted-Pair Data) überträgt bis zu 56 Gbit/s bei einem Frequenzbereich von DC bis 20 GHz und 100 Ω Impedanz. Gegenüber herkömmlichen Steckverbindern spart das System bis zu 80 % Bauraum.

Technische Merkmale:

•         Kabel: geschirmte (STP) und ungeschirmte (UTP) verdrillte Leitungspaare sowie SPP-Leitungen, Leiterquerschnitt 0,35 mm²

•         Protokolle: Automotive Ethernet von 100BASE-T1 bis 10GBASE-T1 sowie SerDes-Verfahren wie FPD-Link, GMSL, MIPI A-PHY, APIX, PCIe, USB und HDBaseT

•         Bauformen: Einfach-, Doppel-, Vierfach- und Sechsfachgehäuse, wasserdichte Varianten, optional mit Steckverbindungssicherung (CPA)

•         Anschluss: Crimp mit hoher Kabelhaltekraft; mindestens 25 Steckzyklen, wasserdichte Varianten mindestens 5

•         Qualifikation: LV 214

Die Familie hat drei Varianten. H-MTD ist die geschirmte High-End-Ausführung. H-MTDe ist für ungeschirmtes Ethernet bis 1 Gbit/s gedacht. H-MTD+ enthält zusätzlich MQS-Kontakte für die Stromversorgung.

Typische Anwendungen sind Kamera- und Displayanbindungen, Fahrerassistenzsysteme und Ethernet-Backbones zwischen Steuergeräten.

MATE-AX: miniaturisierter Koax-Steckverbinder

MATE-AX ist ein Koax-Steckverbinder, der 75 % weniger Bauraum belegt und 34 % leichter ist als ein FAKRA-Steckverbinder. Je nach Ausführung ist er für 9 bis 15 GHz ausgelegt.

Technische Merkmale:

•         Signale: analoge und digitale Hochfrequenzübertragung über Koaxialkabel, robust gegen elektromagnetische Störungen

•         Normen: erfüllt USCAR- und OEM-Anforderungen

•         Integration: kompatibel mit bestehenden Kabelaufbauten; mehrere Baugrößen, auch für Gehäuse mit vielen Kontakten geeignet

Typische Anwendungen:

•         Fahrerassistenz: 4K-Kameras, Nachtsicht, Rundumsicht, Spurhalteassistent

•         Funk: Wi-Fi, Bluetooth, 3G/4G/5G, GPS/GNSS

•         Telematik und V2X-Kommunikation

•         Infotainment, etwa UKW-Antennen

MATE-AX ist damit der Nachfolger für viele FAKRA-Anwendungen, besonders dort, wo mehrere Antennen- und Kameraleitungen eng zusammenlaufen.

GEMnet: differenzieller Multi-Gigabit-Steckverbinder

GEMnet überträgt bis zu 56 Gbit/s bei 15 GHz Bandbreite über verdrillte oder parallele Leitungspaare. Damit konkurriert GEMnet direkt mit H-MTD und ist auf die Datenraten künftiger Fahrzeugnetze ausgelegt.

Technische Merkmale:

•         Kabel: STP, UTP und SPP; vollständig geschirmter Aufbau

•         Protokolle: IEEE 802.3cy, Open Alliance TC9 (100BASE-T1, 1000BASE-T1, NGBASE-T1), GMSL2/3, FPD-Link IV, ASA, MIPI, PCIe, APIX und HDBaseT

•         Bauformen: Steckverbinder mit 1, 2, 4 oder 6 Ports, gerade (180°) oder gewinkelt (90°)

•         Leiterplattenstecker: abgedichtet oder offen, Schnittstelle USCAR-kompatibel

Typische Anwendungen sind 4K-Kameras, hochauflösende Displays bis 8K, Radar und LiDAR, Rechner für das autonome Fahren sowie Rear-Seat-Entertainment.

HFM: Hochgeschwindigkeits-Koax im Mini-Format

HFM (High-Speed FAKRA-Mini) überträgt bis zu 28 Gbit/s bei einem Frequenzbereich von DC bis 20 GHz und 50 Ω Impedanz. Gegenüber herkömmlichen FAKRA-Steckverbindern spart das System bis zu 80 % Bauraum. HFM wird von mehreren Herstellern angeboten.

Technische Merkmale:

•         Protokolle: SerDes-Verfahren wie FPD-Link, GMSL, MIPI A-PHY, ASA Motion Link, APIX und GVIF sowie PCIe, USB und HDBaseT

•         Bauformen: Kabel- und Leiterplattenstecker, jeweils gerade oder gewinkelt; modulare Gehäuse als Einfach-, Doppel- und Vierfachversion

•         Optionen: zwei zusätzliche Kontakte für die Stromversorgung, wasserdichte Varianten, Steckverbindungssicherung (CPA)

•         Steckzyklen: mindestens 25

Typische Anwendungen sind autonomes Fahren und Fahrerassistenz, Navigation, Infotainment, Rear-Seat-Entertainment sowie Internet- und WiGig-Verbindungen. HFM ist damit wie MATE-AX ein Nachfolger für FAKRA, aber stärker auf hohe digitale Datenraten ausgelegt.

Die vier Familien im Vergleich

Fazit

Wer heute ein Bordnetz oder eine kompakte Elektronik mit vielen Kamera-, Sensor- und Datenleitungen plant, kommt an diesen vier Familien kaum vorbei. Sie decken die beiden Übertragungswege moderner Systeme ab: differenzielle Daten über verdrillte Paare (H-MTD, GEMnet) und Koax-Hochfrequenz (MATE-AX, HFM).

Für die Auswahl helfen drei Fragen:

1. Welche Datenrate und welches Protokoll sind nötig? Für Multi-Gigabit-Ethernet bis 56 Gbit/s über verdrillte Paare kommen H-MTD oder GEMnet infrage.
2. Läuft die Verbindung über Koax, etwa für Antennen, Kameras oder Displays? Dann sind MATE-AX und HFM die kompakten Alternativen zu FAKRA; HFM ist zusätzlich für Datenraten bis 28 Gbit/s ausgelegt.
3. Wie eng ist der Bauraum und wie viele Leitungen laufen zusammen? Modulare Gehäuse mit zwei bis sechs Ports bündeln mehrere Verbindungen in einem Stecker.

Die Familien kommen aus der Automobilindustrie. Ihre Qualifikation nach LV 214 und USCAR macht sie aber auch für Industrieanwendungen mit Vibration und engem Bauraum interessant, etwa mobile Arbeitsmaschinen, Robotik oder fahrerlose Transportsysteme. W