Remco van de Griendt is field application engineer bij Würth Elektronik Nederland.

18 January

Slechte ervaringen in het verleden weerhoudt de industrie er nog vaak van om usb-connectoren te gebruiken. Deze connectoren stonden bekend om hun slechte emc-afscherming en slechte mechanische eigenschappen, met als gevolg extra kosten voor CE-certificering en/of extra servicekosten. USB 3.1 brengt hier verandering in.

In de consumentenelektronica heeft usb al verschillende poorten vervangen als standaard. Ook in de industrie vindt de technologie toepassing, bijvoorbeeld om metingen uit te lezen, mobiele apparatuur te verbinden en software-updates te installeren. De populariteit is echter nog lang niet zo groot als in de consumentenelektronica. Waarom eigenlijk niet?

Naast restricties in de specificaties heeft usb een imagoprobleem. Het algemene beeld is dat de connectoren goedkoop zijn en niet veeleisend, en dus niet robuust voor industrieel gebruik. Dat is niet geheel onterecht. Door de enorme prijsdruk liet de kwaliteit van veel usb-connectoren in het verleden inderdaad te wensen over. De gebruikte materialen voldeden niet aan de industriële eisen, wat leidde tot problemen met de soldeerbaarheid. Ook het mechanische ontwerp vertoonde tekortkomingen. Zo gingen de connectoren vaak stuk bij het insteken of uittrekken van het tegendeel.

Bovendien bleken veel usb-aansluitingen in het verleden niet bestand tegen elektromagnetische interferentie. In theorie zouden de symmetrische transmissielijnen de inductieve interferentie-effecten moeten opheffen die optreden bij het verdraaien van de kabels. In de praktijk traden er toch emi-problemen op, bijvoorbeeld door een usb-controller met asymmetrische i/o of door gebrekkige behuizing. Het gevolg hiervan was dat de kabel het signaal verslechterde, harmonischen uitstraalde en onvoldoende beschermde tegen interferentie uit externe bronnen.

Alleen door extra beschermingsmaatregelen in te bouwen, konden ontwikkelaars de gebrekkige modules en kabels het hoofd bieden. Wie dat naliet, liep keihard tegen emc-problemen aan.

Benelux RF Conference 2019

C-connector

USB 3.1 kan de populariteit in de industrie een stevige impuls geven. Alleen al de verdubbeling van de datarate naar 10 Gb/s is een sterke troefkaart. Maar ook de powerverhoging van 2,5 W (bij versie 2.0) naar 100 W (bij 3.1) kan een goed argument zijn om de technologie te gaan gebruiken in industriële applicaties. En waar het in het verleden alleen mogelijk was om vermogen te sturen van host naar client, kan dat met USB 3.1 ook de andere kant uit.

Misschien wel het belangrijkste pluspunt is de nieuwe USB 3.1 C-connector. Behalve dat deze geen onder en boven meer kent, maar omkeerbaar is, kan hij ook verschillende complexe standaarden vervangen, waaronder D-sub, HDMI, PCI Express en Thunderbolt. Eén connector dus voor de netwerkverbinding en de uitwisseling van video en andere data. Dat maakt hem heel geschikt voor bijvoorbeeld medische applicaties met geïntegreerde monitoren, industriële toepassingen die gegevens back-uppen op een externe harde schijf of een server, en draagbare apparaten zoals smartphones, sensoren en powerbanks.

Maar ook met deze nieuwe connector is het zaak om de industriële emc-uitdagingen goed in het oog te houden en zeker niet te besparen op de gebruikte materialen. Een belangrijk aandachtspunt is de connectiehoek; als die groter is dan veertig graden, kunnen de contacten beschadigd raken bij het insteken van het tegendeel. De hoogwaardige connectoren onderscheiden zich onder meer door een afgeschuinde kant van maximaal dertig graden. Veel low-cost exemplaren missen zo’n voorziening uit kostprijsoverwegingen, waardoor ze de applicatie van de eindgebruiker kunnen beschadigen. Gevolg: klachten, servicekosten en mogelijke imagoschade – alleen door het gebruik van een simpele connector.

Voor industriële toepassingen is het daarom belangrijk om connectoren te kiezen waarvan het ontwerp rekening houdt met pluggen die niet conform de standaard zijn. Vanwege de hoge mechanische belasting in die applicaties is het daarnaast belangrijk dat ze een goede afscherming hebben en dikke contactplating. Dergelijke connectoren zijn een stuk duurder, maar gaan wel minstens tienduizend contacten mee, wat ze geschikt maakt voor toepassingen met een langere levensduur dan consumentenelektronica.

De pin-out van de nieuwe USB 3.1 C-connector

Vooruitgang

Veel smartphonefabrikanten zijn al overgestapt op USB 3.1 en de bijbehorende C-connector. Ook Apple lijkt overstag voor zijn draagbare devices, afgaande op de laatste Ipad Pro. Behalve de hogere bitrate is de grotere power van maximaal 100 W hier een belangrijk pluspunt met het oog op de hoge eisen die moderne accu’s stellen.

Connectorfabrikanten zoals Würth Elektronik verwachten ook veel van de industrie. Daar is de verbeterde connector de belangrijkste troef. Met de juiste aandacht voor de emc-aspecten en de gebruikte materialen is USB 3.1 een grote vooruitgang voor industriële toepassingen.

Edited by Nieke Roos