Backplane

Der Begriff Backplane, Busplatine, Rückplatte oder Rückverdrahtungseinheit wird in der Elektronik in unterschiedlichen Ausprägungen verwendet. Es ist einerseits eine technische Struktur in elektronischen Geräten, um weitere Elektronikbaugruppen hinzuzufügen. Andererseits wird ein spezieller Teil der Infrastruktur von Computernetzwerken so bezeichnet.

Eine PICMG-Backplane für industrielle PCs

In die Backplane passende Slot-CPU mit Sockel 775

PICMG-Busplatine mit PCI- und PCIe-Steckplätzen

CompactPCI-Backplane mit 3 U.

Verwendung in elektronischen Geräten

Backplane nennt man die Rückwand eines elektronischen Gerätes, das mehrere Steckplätze für Einschubbaugruppen (Steckkarten) hat. Die Backplane trägt die Steckverbinder für die Einschubbaugruppen und verbindet sie elektrisch. In der Regel ist sie ein passives Bauteil, es sind also keine aktiven Bauelemente wie ICs oder passiven Bauteile wie Widerstände oder Kondensatoren auf ihr bestückt.

In der Frühzeit der Elektronik bestanden Backplanes aus Gestellen, in die Steckverbinder für Steckkarten nebeneinander montiert waren. Die elektrischen Verbindungen der einzelnen Pins zwischen den Steckverbindern erfolgte noch von Hand und frei in der Luft, meistens geordnet in gebündelten Leitungssträngen (siehe Abbildung anbei), bei anderen Anlagen aber auch komplett frei (Beispiel: frühe Cray-Modelle). Zudem wurden auch Wickelverbindungen verwendet.

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  Backplane in Handverdrahtung aus den 1950er Jahren
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  Backplane-Verdrahtung einer Cray-2

Backplanes als Massenware sind als mehrlagige Leiterplatte ausgeführt. Um Übergangswiderstände gering zu halten, werden bei der Fertigung Bohrungen verwendet, in die die Steckverbinder lediglich eingepresst werden. Da sie weiter nicht bestückt wird, läuft sie nicht durchs Lötbad. In der Fertigung von Geräten ist sie daher ein Fertigteil, das von Firmen zugeliefert wird, die sich auf die Leiterplattenfertigung spezialisiert haben, nicht auf die Bestückung von Leiterplatten.

Die elektrischen Verbindungen, die die Backplane zwischen den Steckplätzen herstellt, können sehr unterschiedlich geführt sein, und bestimmen die Architektur des Gerätes. Führen die Verbindungen von mehreren gleichartigen Steckplätzen zu einer zentralen Baugruppe, spricht man von sternförmiger Leitungsführung. Die einzelnen Baugruppen können dann untereinander nicht kommunizieren, sondern nur über die zentrale Baugruppe. Sind gleichartige Baugruppen miteinander verbunden, so stellt dies einen Bus dar. Diese Art der Verbindung über eine Backplane erfordert ein Busarbitrierungsverfahren, eine Regelung, die ein gleichzeitiges Schreiben auf den Bus durch verschiedene Baugruppen verhindert. Dieses Verfahren ist geschwindigkeitsbestimmend für den Datenverkehr auf dem Bus und meist ein Gerätekennzeichen. Wird beispielsweise die Leistungsfähigkeit eines Routers mit einem Durchsatz von 1 GBit/s beschrieben, so bedeutet dies in der Regel, dass der Bus auf der Backplane diesen Datendurchsatz herstellen kann.

Ein älteres Bussystem für Backplanes ist der VMEbus.

Oft werden Backplanes auch im Computerbereich in Servern und Großrechnern verwendet. Eine (oder mehrere) Steckkarte(n) mit Prozessoren wird auf die Backplane gesteckt. Man kann dann z. B. PCI-, ISA- oder andere Schnittstellen verwenden.

Backplaneartige Leiterplatten für Bussysteme, die auf eine Hauptplatine gesteckt werden, sind Riser-Karten. LPX und NLX waren Formfaktoren, die Bussysteme für Steckkarten aus der Hauptplatine führten.

Verwendung in Switches

Eine Backplane ist auch ein Hochgeschwindigkeitsbus für Switches. Ein Switch steuert in Computernetzen die Kommunikation. Die einzelnen Ports eines Switches sind über die Backplane verbunden, wobei sich diese Verbindung von den Matrix-Switches unterscheidet. Anders als bei der Matrix-Architektur sind nicht alle Ports mit jedem anderen verbunden, sondern befinden sich an einem Datenbus.

Eine Backplane kann eine bestimmte Datenübertragungsrate besitzen, die man z. B. in Gigabit pro Sekunde (Gbps oder Gbit/s) angeben kann. Wichtig ist der Wert der Datenübertragungsrate bei einem zu erwartenden starken Datenverkehr in einem Netzwerk. Wenn nämlich alle Ports eines Switches im Voll-Duplex Modus ausgelastet werden, z. B. 8 Ports mit 100 Mbit/s mal 2, dann sollte die Datenrate der Backplane mindestens 1,6 Gbps betragen. Ansonsten kommt es zu einem Blockieren (englisch blocking) einzelner Datenpakete. Eine Switch-Architektur, die als non-blocking ausgewiesen ist, besitzt also eine verfügbare Datenübertragungsrate, die höher als der maximal mögliche Datenverkehr ist. Jedem Port kann damit jederzeit die für ihn volle Datenübertragungsrate zur Verfügung gestellt werden.

Verwendung in Computergehäusen

Ebenfalls als Backplane bezeichnet werden die rückseitigen Platinen als Bestandteil von Computergehäusen (oft Gehäuse für Server), die mit einem Einschub für Festplatten in Wechselrahmen versehen sind. Die Backplane stellt dabei über Steckkontakte die elektrische Verbindung zur Festplatte her, so dass die Festplatte getauscht werden kann, ohne das Gehäuse zu öffnen (siehe auch Hot Swapping).