21Pin - PluX

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NEM Stecker mit mehr als  8 Anschlüssen

NEM connectors with more than 8 pins

Seit etwa 1999 wird im zuständigen Gremium der NMRA über eine neue Steckerdefinition diskutiert die mehr als die 6 (NEM 651) bzw. 8 (NEM 652) Anschlüsse hat.

Die Notwendigkeit einer solchen Erweiterung steht außer Zweifel, separat schaltbares Rücklicht, Führerstandbeleuchtung, Lautsprecher und neue Motortechnologien machen das erforderlich. Die Integration von Decodern direkt in der Lok hat sich bisher als Irrweg erwiesen. Zum einen bauen die Fahrzeughersteller üblicherweise aus Kostengründen nur mäßig gute Decoder ein, zum anderen kann der Modellbahner auf technische Neuerungen (BiDi v. RailCom steht vor der Türe) nicht mehr selbst durch Upgrade reagieren. Stecklösungen die neben einem vielpoligen Stecker auch den Platz für den Decoder beschreiben scheinen nach derzeitigem Wissensstand die beste Lösung.

 

Around 1999 the NMRA started to discuss a new connector layout with more than the existing 6 (NEM 651) or 8 (NEM 652) connectors.

There is no question about the urgent need for such an enhanced interface. More headlights, can light, speakers or new motor technologies require more connections. Integrating the decoder on the loco circuit turned out to be a dead end. First of all loco manufacturers go for price and install lousy decoders. New developments which will hit the market shortly but are not available yet like BiDi RailCom can not be integrated. The model railroader needs a standardized interface to swap the decoder easily. A plug interface, with easy access from outside will be the best solution.

Neue Steckernormen.
New Interdace

Etwa 2005 präsentierte Märklin mit Unterstützung von ESU die 21 Polige Schnittstelle. Da diese Schnittstelle von Märklin verbaut wird und auch in Trix Modellen zu finden ist, wird ihr ein Industrie Defaktostandard zugeschrieben. Sie basiert auf einem 22 poligen industriestecker im 1,27mm Raster 2 reihig angeordnet. Dies traf sofort auf großes Interesse. Bereits bei der Präsentation selbst wurden viele Verbesserungsvorschläge laut. Einige der Definitionen waren für viele Fahrzeughersteller unverständlich bzw. unnötig. Bestes Beispiel die Anschlüsse für die Synchronmotore. Es wurde vereinbart, die Schnittstelle zu überarbeiten, und mit dem Einsatz zunächst zu warten. Seit Anfang 2006 existieren diese Überlegungen in unterschiedlichen Varianten und wurden Anfang 2007 als Plux22 Vorschlag präsentiert.

Ohne dass eine Norm für die Schnittstelle veröffentlicht worden ist begannen einige Hersteller die 21 Pin Schnittstelle nach Märklin Vorschlag einzusetzen.

Diese Seite präsentiert die beiden Vorschläge. Ich erwarte dass beide Versionen am Markt einige Zeit vorhanden sein werden. Da der PluX Vorschlag mehr Flexibilität bietet wird der DC Markt vermutlich eher in diese Richtung gehen. Vor allem da auch an das Platinenlayout gedacht wurde.

Die später MTC21 benannte Steckernorm nach NEM660 gibt es in mehreren Interpretationen. Diese Varianten sind technisch zueinander inkompatibel und können bei Verwendung der falschen Decoder/Lokkombination zur Zerstörung der Decoder oder Lokelektronik führen. Siehe dazu den Abschnitt weiter unten in diesem Dokument.

 

Around 2005 Marklin supported by ESU presented a 21 pin interface. It is based on a 22 pin industry connector in 1/20" layout in 2 rows. This connector is used by Marklin and as well from Trix. Some people charge it as defacto industry standard, at least for the German speaking countries. All members of the committee where immediately interested. Already during the initial presentation some questions and enhancement suggestions came up. Some decisions seemed waste of space for DC motor manufacturers like the 5 lines for the sync motor. There was an agreement to rediscuss the interface and not use it in its draft version. Since early 2006 there are some ideas for a redesigned layout. In February 2007 Fleischmann and Uhlenbrok presented the PluX22 design.

Before an official release by the NMRA some vendors started to ship models with the 21 pin connector, which again caused a lot of hot air.  There is no question that the 21 pin connector is needed. Many manufacturers are unhappy and want a better one - without specifying details on it.

This page presents the 2 current proposals. I expect that both versions will be in the marked for the next years. As the PluX version offers more flexibility I guess the DC market will go in that direction. Especially as the pin layout adresses more variants.

There are at least 3 variants of this later MTC21 named NEM660 definition. The incompatibilities lead to damages on the decoder or loco electronics if a incompatible combination is chosen. For details read more further down on this document.

21 Pin Märklin / ESU genannt MTX
21 Pin Marklin / ESU named MTX

Der 21 Pin Stecker bietet neben der größeren Anzahl von Anschlüssen, auch die Möglichkeit den Sinus Motor über die Schnittstelle anzuschließen. Dafür dien die 2 Hall Anschlüsse und 3 Motoranschlüsse gedacht.

Problematisch ist das herausführen der Decoderversorgung (Pin12). Man befürchtet daß dadurch der Prozessor leicht beschädigt werden könnte. Die Zugbus Anschlüsse (derzeit noch nicht fertig spezifiziert) wären ebenso kalte Decoderfüße, und es gibt keine SUSI Anschlüsse - ein Schelm wer böses denkt.

Zu Diskussionen führt auch die Anforderung 100 Ohm Lautsprecher zu verwenden. Zuletzt war da aber Beweglichkeit erkennbar. 8 Ohm Lautsprecher sind in vielen Bauformen durch die Mobiltelefone verfügbar.

Von Vorteil an der 21 poligen Schnittstelle ist die Möglichkeit die Buchse je nach bedarf auf der Ober- oder Unterseite des Decoders zu monieren und die Pins durch die Platine ragen zu lassen.

 

The 21 pin connector offers a higher number of connections than the existing NEM definitions. It offers 6 pins for the motor to support the C Sinus motor. Unfortunately this costs 4 extra lines.

There is an issue with pin 12, it is the unprotected (+) of the processor logic. Some vendors are afraid this might cause a higer rate of damages. The Train Bus (not yet defined) connectors have the same problem. Unfortunately there are no SUSI connections available.

Another discussion is the requirement of a 100 ohms speaker. Currently there are many different 8 ohms speaker available as they are heavily used in mobile phones..

An advantage of the 21 Pin connector is that the plug may be mounted on the top of bottom side of the decoder. The pins of the loco may run through the PCB of the decoder.

21 pin connector MTX

Der 21 Pin Stecker befindet sich auf der Lokseite, die Buchse am Decoder. Neben dem Stecker sind auch die Baugrößen des Decoders vorgegeben, damit diese auch in die Modelle passen.

Trotz vieler Nachfragen konnte ich bisher keine Begründung für die teilweise sinnbefreite Anordnung der Anschlüsse bekommen. Eine Umgruppierung könnte bei Beibelassung der Anschlüsse mehr Flexibilität wie schmälere Steckervarianten ermöglichen.

 

The 21 pin connector is on the loco side, the decoder carries the female connector. Apart of the connector the draft also describes the size of the decoder, to assure enough installation space.

I asked several times for an explanation of the pin layout, but have'nt received any response to that. A different layout would have enabled more flexibility even with the same connections.

21 pin connector MTC

In der Variante 3 wurden gegenüber dem Normentwurf einige Änderungen vorgenommen. So wurde SUSI eingeführt und alle Funktionsausgänge auf Logikpegel umdefiniert. Weiters existiert eine Mischform wo nur AUX3 und AUX4 Logikpegel haben AUX 1/2 aber noch normale Funktionsausgänge sind.

 

Variant 3 has several changes compared to the norm definition. some pins became SUSI functionality and all function outputs are now logic level. There are several mix variants very popular just AUX3/4 are logic level rest stays normal function outputs.

PluX 22 / 16 / 8
PluX 22 / 16 / 8

Der PluX Stecker unterscheidet sich in 2 mechanischen Dingen vom 21 Pin Vorschlag. Einerseits ist der Indexpin an anderer Stelle, weiters sind die Stifte auf der Decoderseite um Verwechslungen mit dem 21 Pin Stecker zu vermeiden.

Die Anordnung der Kontakte ermöglicht mehr Flexibilität und bietet mehr Funktionsausgänge, durch den Wegfall der 4 Synchronmotoranschlüsse.

 

The PluX connector has 2 mechanical differences compared to the 21 pin variant. First the index pin is on a different location. Second the male connectors are on the decoder the female ones on the loco side.

The alignment offers more flexibility and offers more function outputs, as it does not support sync motors.

PluX Connector

Decoder und / oder Lok können auch schmälere Stecker vorsehen. Das bietet die Möglichkeit einfache Ausführungen anzubieten, aber dennoch jede variante elektrisch bestücken zu können. So gibt es neben der 22 Pol auch eine 16 und 8 Pol Variante die Auf Funktionsausgänge verzichtet.

Die 8 Pol Ausführung ist sehr ähnlich der NEM 651 und ermöglicht mit geringem Aufwand die Schnittstelle zu adaptieren, bzw vorhandene Decoder in die PluX/8 einzusetzen.

 

Decoder or loco may have smaller connectors. This offers cheap / simple designs for both sides. In both cases any variant may be installed. There is a 22 Pin version as well as a 16 and 8 Pin variant with less functionality.

the 8 pin assignment is close to the NEM 651. It should be possible to adjust a decoder with pins correctly without big effort.

es gibt bedenken, dass die PluX8 Schnittstelle zu wenig Kraft aufnehmen kann um einen Decoder sicher mechanisch festzuhalten. Die Existierende NEM 651 hat aber nur 6 solcher pins und funktioniert auch.   The "trouble making" case that a loco bridges two sections only clears the asymmetric information. No overload is caused. The loco moves on the bridging is cleared and the break information is working again.
Zusammenfassung
Summary

Beide Steckervarianten haben ihre Berechtigung. Es ist derzeit (Februar 2007) keine der Vorschläge als Norm verabschiedet. Letzteres wäre auch aus rechtlichen Gründen äußerst wichtig, damit es später keine Streitereien gibt. Diese Seite soll als Kristallisationskern für weitere Diskussionen dienen, soll dem Normungsprozess aber keinesfalls zuwiderlaufen.

Insbesondere soll damit auf beide Varianten hingewiesen werden. Falls die Diskussion weitere Änderungen bring werde ich sie hier als solche gekennzeichnet Veröffentlichen.

 

Both connector variants have their need. Both definitions are currently (February 2007) not released by the NMRA. Official NMRA release would be important out of legal reasons as well, to avoid later discussions. This page is intended to start further discussions, and to present both versions to all model railroaders and manufacturers. It is not intended to interfere with the processes of the NMRA.

Especially I want to show the availability of both variants. If discussions generate changes I will present them clearly marked here.

Überarbeitung September 2007
Enhancements September 2007

Im September 2007 wurde eine überarbeitete Version der Plux Belegung vom zuständigen Gremium verabschiedet. Die Änderungen sollen Fehlbedienungen und damit Schäden an Decoder- und Lokelektronik verhindern helfen. Böse Erfahrungen mit der MTX Schnittstelle haben die Hersteller vorsichtig gemacht. Durch den IndexPin auf Position 11 liegt keine Gleisspannung am Decoder wenn er einmal verkehrt rum eingesteckt werden sollte

 

 

In September 2007 the responsible NMRA body released a modified version of the PluX assignment. The change is actually the index pin and details in using the pins. It should help to avoid damages on decoders and locos which had happened on the MTX design.

PluX Connector

Die 8 polige PluX scheint wohl sinnlos zu sein nach Erscheinen von Next18 hingegen wird die Variante PluX12 in einigen Modellen wegen der Lautsprecheranschlüsse gerne eingesetzt. 

 

The 8 pole variant was never used after Next18 became available. The PluX12 variant is quite popular as it offers speaker pins.

PluX Connector

So macht man es nicht! 

 

This is the wrong way 

MTC und PluX wurden konzipiert um mehr Möglichkeiten für die Elektronikentwickler zu schaffen. Besonders wichtig war auch das Definieren des vom Fahrzeughersteller frei zu haltenden Einbauraums und auch die maximalen Abmessungen der Decoder. Beide Steckertypen waren von Beginn an nicht konfliktfrei. Bereits bei der Präsentation der MTX Schnittstelle (NMRA DCC Working Group Sitzung in Göppingen) waren viele sehr begründete Änderungswünsche vorhanden die von ESU und Märklin kategorisch abgelehnt wurden. So wurden die sinnlosen 6 Motoranschlüsse vehement verteidigt. Pikant daran ist, daß es nie einen Decoder gab der den Sinusmotor selbst ansteuern konnte und somit diese verschwenderischen Pins genutzt hätte. Märklin hat immer klassische Decoder PWM auf der Lokseite über weitere Prozessoren in Sinusmotor Signale umgesetzt. SUSI wurde anfangs ebenso kategorisch abgelehnt, vermutlich um den Subdecoder Soundherstellern keinen Raum zu lassen. Inzwischen ist SUSI auch auf der später auf MTC umbenannten Schnittstelle vorhanden. Die Kritik an der bescheidenen Anzahl von 4 Ausgängen wurde in der neueren Definitionen ebenfalls umgesetzt und auf 6 erhöht. Hier dürfte PluX wohl viel Druck erzeugt haben.

Ein großes Problem stellt die Umdefinition der Funktionsausgänge dar.  Diese waren in allen Papieren am Anfang als normale Funktionsausgänge (Open Kollektor) definiert. Es gibt eine Email, von Märklin und ESU gezeichnet, die das so definiert. Als die ersten Märklin Loks mit der Schnittstelle auf den Mark kamen waren AUX3 und AUX4 plötzlich TTL Logikpegel. Das wurde mit Platzproblemen beim Decoderdesign begründet. Lokseitig ist es natürlich einfacher einen Doppeltransistor unterzubringen, obwohl das kein wirkliches Argument ist. Zu dem Zeitpunkt haben mehrere Hersteller die Decoderabmessungen von ESU und Märklin deutlich unterschritten. Die Normen bei MOROP und NMRA definierten aber damals alle Ausgänge als normale Funktionsausgänge. Das üble an der Umdefinition war, daß die Elektronik inkompatibel wurde und die Loks beschädigt wurden. Später als es dann Loks von anderen Herstellern gab die der Norm folgende Loks gebaut haben gab funktionierten die ESU und Märklin Decoder in diesen ebenso nicht und konnten beschädigt werden. ESU hat die MTC Norm als eine Art Besitzrecht gesehen. Daher hat man ohne Umschweife die Schnittstellendefinition geändert. Beschwerden darüber wurden mit: "hättet Ihr halt uns gefragt" lakonisch abgetan. Im Ergebnis die Norm ist maximal Ausgangspunkt für weitere Diskusionen, man sollte sich halt von ESU beraten lassen und auch dort die Decoder kaufen. Fragt sich nur wozu man noch Normen definiert wenn das dort beschriebene beliebig abgeändert wird. Solange man genügend Mitläufer findet funktioniert das, irgend wann scheitert dieser Ansatz. Der Marktführer Märklin hat sich auch selbst demontiert.

 Inzwischen gibt es einige Decoder-Hersteller die MTC Decoder mit Logikpegel Ausgängen oder mit Standard Funktionsausgängen anbieten. Bisher, Frühjahr 2013, sind mir aber noch keine Anbieter bekannt die alle Formen/Varianten der Umdefinition im Programm haben.

Durch die Wirren der diversen Märklinpleiten dürfte einiges an Wissen untergegangen sein. Es gibt neuere Märklin und Trix Loks die wieder alle Funktionsausgänge als Leistungspins benötigen. Viele 0-Spur Loks die die MTC nutzen brauchen ebenfalls normale Funktionsausgänge.

Auf der NMRA Seite ist Stand Frühjahr 2013 noch die ursprüngliche Version publiziert. Beim MOROP wurde die NEM 660 erst 2012 offiziell publiziert dann bereits in der modifizierten Form. Die ursprüngliche Norm wurde aber nie offiziell widerrufen. Modellbahner und Hersteller sind nach wie vor verwirrt über die zumindest 3 Varianten der MTX21. Insbesondere das Schadenspotential bei einbau einer unpassenden Decoder-Variante ist sicher nicht im Sinne einer Norm-Definition!

 

MTC and PluX got defined to enhance possibilities of electronic engineers. Especially important was the definition of the decoder space inside the model. Both decoder interfaces where not free of conflicts from the beginning on. At the presentation of the MTX interface au the NMRA  DCC working group meeting at Marklin in Goeppingen Germany several enhancement whishes came on the table. All of them where ignored by Marklin and ESU. For example the wasting of 6 motor pins for the C Sinus Motor from Marklin. It is quite remarkable that even Marklin has never built a loco which would make use of the 6 motor pins. They always built another processor on the loco side to convert the standard motor PWM to the required rotating fields for the C-Sinus motor. Another issue was to ignore the shish to define SUSI pins on the decoder. Most likely to keep sound sub decoder vendors out of business. Now the renamed MTX interface has the SUSI Pins in place. Initially there where only 4 function outputs. The current design has now 6, it looks loke PluX caused too much pressure in this area.

A really big issue is the initially undocumented redefinition of the function output voltage levels. Initially all papers defined them as standard function output pins (open collector). There is a email signed by Marklin and ESU sent to the NMRA which defines all pins as function output pins. When the first series of Marklin locos hit the market AUX3 and AUX4 became TTL logic level pins. Pace requirements on the decoder where named to reassign the pins. Of course it is easier to mount a double transistor on the bigger loco PCB instead of the decoder. At this time several decoder vendors built much smaller MTX decoders, so space problems was not the real reason for that. The real pain behind that change was the fact that either decoder or loco electronics can be destroyed when the wrong decoder gets installed. Later when other loco vendors introduced their locos which followed the published definitions the Marklin and ESU decoders where destroyed. ESU considered to own the MTC definition. Therefore they modified the interface as they decided it should be. Complains of other companies got answered: "you would be better, if you would have asked us". So if you buy consulting from ESU and buy the decoders there you are on the save side. This opens the question why are there people working to establish a norm. As long as there are enough followers this method seems to work fine, but sooner or later that concept will fail. The market leader Marklin finally managed to destroy themselves as well.

Now there are several vendors which offer MTC decoders with either logic level or standard output pin drivers. Up to now, spring 2013, I'm not aware of vendors offering all possible variants of this definition mess. 

After the several bankruptcy problems of Marklin some knowledge got lost there. There are now new Marklin locos which require all function outputs as standard power ones, i.e. NOT TTL level! There are also several 0-scale locos which require standard function outputs as well.

The NMRA standards page still presents (spring 2013) the definition with the classic decoder output definitions. MOROP started to list the NEM660 beginning in 2012 here already in the redesigned variant. The initially published variant was never revoked. Now there are at least 3 variants on the market. Especially the danger to destroy decoder and/or loco electronics leave model railroaders quite worried behind.

   

 

 

Übersicht über die Verwendung der MTC Schnittstelle durch Fahrzeughersteller

Hersteller Beschreibung
Märklin / Trix anfangs 2 TTL Pegel, später alle AUX TTL, zuletzt wider ausschließlich Leistungsausgänge
ESU TTL Pegel, wobei über die Logikpegelausgänge auch zusätzlich Befehle seriell übermittelt werden um noch mehr Schaltausgänge zu ermöglichen.
Roco Anfangs 2 TTL Pegel, später dann Umstieg auf PluX
Fleischmann hatten nie MTC
Liliput / Bachmann Beginn Leistungsausgänge, dann 2 TTL Pegel und später alle Ausgänge TTL
Jägerndorfer alle Leistungsausgänge
ÖBB Werbecenter je nach tatsächlichem Hersteller der Lok alle Varianten vorhanden. Einige Loks von Roco daher mit PluX
 

Overview about usage of MTC interface by loco vendors

 

      

Vendor Description
Marklin / Trix 2 TTL pins in the beginning, later all TTL, and finally back to classic decoder output
ESU 2 TTL level, some locos have additional functions via serial commands
Roco in the beginning 2 TTL pins, later they moved over to PluX
Fleischmann never used MTC
Liliput / Bachmann in the beginning all classic function pins, later via cooperation with ESU TTL level pins
Jägerndorfer all pins classic function output
OeBB depending on actual loco vendor all variants existing

PluX wurde definiert um den vielen Problemen der MTX Schnittstelle zu begegnen. Man war weit genauer bei der Definition und bemühte sich auch um eine rasche Publikation der Norm. PluX war bei MOROP früher zugänglich als MTC obwohl PluX 5 Jahre später verabschiedet wurde. Dennoch passierten auch hier Hoppalas die zu Frust bei Herstellern und vor allem Anwendern führten.

Zunächst war bei der PluX 12 der Einbauraum ident mit der PluX16 definiert. Dadurch gab keinen wirklichen Vorteil für PluX12 der etwas kleinere Stecker bringt nicht wirklich einen Preisvorteil. Dann begannen Hersteller kleinere Decoder zu bauen. Man war sich aber uneinig über die Position des 12 poligen Steckers. Ist der dann Mittig im Decoder oder asymmetrisch anzuordnen. Ergebnis sind Fahrzeuge mit kleinerem (normwidrigen) Einbauraum als PluX16 es vorsieht. Dadurch passen nur die besonders schmalen Decoder sicher in diese Fahrzeuge, sonst muss man probieren ob es passt.

Ein weiteres Problem ist die mutwillige Verletzung der Pin-Definition durch ZIMO beim MX630. Das ist ein Fahrdecoder, der die Lautsprecherpins als zusätzliche Funktionsausgänge benutzt. Im Gegensatz  zur gefährlichen Umdefinition bei MTC gibt es hier keine Elektronikschäden zu befürchten. Weder Decoder noch Lok oder Lautsprecher sind gefährdet wenn man eine "falsche" Kombination bestückt, soweit so gut. Ärgerlich ist, daß damit in Fahrzeugen die diese Zusatzpins benutzen normgerechte Decoder nicht alle Funktionen des Fahrzeugs ansteuern können. Das ist sicher nicht günstig für Modellbahner die sich auf Leistungsangaben auf der Verpackung nicht mehr verlassen können. PluX 16 ist damit eine unscharfe Bezeichnung geworden. Der Fachhandel der üblicherweise Elektrische Dinge nicht beantworten will oder kann ist da dann auch keine Hilfe.

 

PluX was defined to overcome the MTX problems. The definitions where more specific and the initiators where struggled to publish the definitions quickly. MOROP listed PluX much earlier than the MTC definition, even though PluX was published more than 5 years after MTC. Nevertheless also PluX had some small troubles which also caused some frustration on the vendor as well as the model railroader side.

Initially the decoder size for PluX12 and PluX16 are identically defined. So there is no real advantage for PluX12 the plug is not that much cheaper. So some vendors began to build smaller decoders. It was not clear whre the PluX 12 should sit, symmetrically to the decoder or asymmetrical. Out of that the decoder space in the model was unclear. As a result only decoders that are so small that they comply with both variants can be installed, all others need to be verified.

Another problem was unnecessarily defined by ZIMO on the MX630. They used the 2 speaker pins on this loco decoder to carry 2 more function outputs. Compared to the MTC mess this does not introduce any electrical danger to the decoder, loco or speaker. This is the good one. Unfortunately if a loco vendor decides to use that feature it introduces a problem to all decoder vendors which follow the norm definition. Such a decoder can not access those 2 extra functions. So the mark PluX 16 on the box does not secure functionality. Unfortunately most hobby shops are not able to clarify any questions about this. Most of them do not want to care anything about electrical things alt all or decoder specific questions particularly.

      

 

 

 

ATW
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