CN100474708C - 阻抗调谐的端子接触结构及其连接器 - Google Patents

阻抗调谐的端子接触结构及其连接器 Download PDF

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Abstract

一种用于连接器的端子接触布置，当其与相对的连接器配合并被赋能时有助于减少该连接器的阻抗偏离。该连接器具有绝缘壳体和安置在其中的多个端子接纳通道。导电端子支撑在一些通道中，但不是所有的通道。该端子包含有分立的端子组，该端子组包括差分信号端子对和至少两个相关的接地参考端子。该两个相关的接地参考端子互连在一起，以便从电气方面讲，它们用作单一的接地端子，其具有等于两个所连接的接地参考端子宽度之和的宽度。该接地参考端子组安置在单一端子排中，相同端子组的不同信号端子安置在与接地参考端子排间隔开的另一端子排中。该差分信号端子在其端子排内被空置的通道相互间隔开，以便每个端子组的两个差分信号端子相互间隔开的距离大于它们与其相关接地参考端子间隔开的距离。

Description

阻抗调谐的端子接触结构及其连接器
技术领域
本发明总的涉及用于连接器的末端，更具体地说涉及具有选定阻抗的连接器，其用于连接诸如汽车环境中的信号电缆。
背景技术
许多电子设备依靠传输线在相关设备之间或外围设备和计算机电路板之间传输信号。这些传输线并入了能够进行高速数据传输的信号电缆。
这些信号电缆可以用已知的沿电缆长度绞合在一起的一根或多根双绞线，每根这种双绞线由相关的接地屏蔽所包围。这些双绞线通常接收互补的信号电压，即双绞线的一根电线可以看到+1.0伏信号，而双绞线的另一根可以看到-1.0伏信号。因此这些电线可以叫做“差分”对，其是指信号对中的两个导线之间的电压差的术语。这种双绞合结构使从其他电子设备中引起的任何噪声电压最小或消除这种噪声，从而消除电磁干扰。
信号电缆被路由在到电子设备的路径上，它们可以通过发射其自身电场的其他电子设备或位于其附近。这些电子设备具有对诸如前述电缆的传输线产生电磁干扰的可能性。汽车环境对电磁干扰是特别苛刻的。这种干扰经常由高压点火信号引起。在汽车环境中的其他干扰源包括交流发电机充电系统和许多切换设备，例如空调。但是这种双绞线结构有助于减小或消除任何引起的电场，并从而基本上消除电磁干扰。
为了保持从这种传输线或电缆到相关电子设备的电路的电气性能的整体性，需要获得从电路到电路贯穿该传输线的基本恒定的阻抗，或避免该传输线阻抗中大的不连续性。由于常规的连接器的阻抗通过连接器和通过两个配合连接器部件的接口时通常会下降，因此在连接器配合面处控制连接器阻抗的困难是公知的。虽然通过保持信号导线和接地屏蔽的特定几何形状或物理布置比较容易保持通过电气传输线的所需要阻抗，但是在电缆与连接器配合的区域还是经常遇到阻抗不连续性。因此，需要保持贯穿连接器和其与电缆的连接的所需要阻抗。
典型的信号电缆末端涉及未绞合电线对、和解编织(unbraiding)的编织屏蔽电线、和/或围绕该电线对的箔。这些电线是手工解编织的，并且这种手工操作往往会将可变性引入电气性能中。这是由于对接地屏蔽电线进行解编织引起的，然后典型地将它们绞合成单一导线，并且随后熔接或焊接连接器端子的绞合尾部。这种解编织和绞合经常导致信号连接器和接地屏蔽从它们存在于电缆中的其原始状态中脱离出来。这种重新布置可能引起接地电线和信号电线从其原始状态脱离，这将导致通过电缆-连接器结合处的阻抗增加。此外，这种绞合将机械可变性引入末端区域，即在该区域虽然电缆可以包含多个差分对，但是解编织的屏蔽电线的长度可能每对与每对而改变。这种可变性和重新布置改变了末端区域的系统的物理特性，这将导致在该区域中的系统阻抗不需要的变化(典型的是增加)。
此外，通常，连接器的信号和接地末端尾部布置成在连接器安装面处存在方便的空间，而不用考虑控制信号和接地端子的几何形状或空间方面。当信号电线和接地屏蔽从电缆端部拉开时，引起电缆几何形状的中断。因此，需要在电缆和电缆连接器之间的末端区域保持这种几何形状，以减少由于电缆末端引起的任何显著的阻抗增加。
因此，本发明涉及一种端子接触布置和功能，其涉及提供连接器之间的和两个相互接合的连接器的配合部分之间改进的连接，这提供了高性能水平并保持电缆在该末端区域中的电气特征，特别是在汽车环境中。
发明内容
因此，本发明总的目的是提供一种用于的高速数据传输连接中使用的改进的末端结构，其中使通过电缆末端和连接器的阻抗不连续性最小化，以便尝试更好地匹配传输线的阻抗。
本发明的另一个目的是提供一种改进的连接器，用于在电路板和端接在传输线的相对连接器之间产生高性能连接，其中该传输线包括多个差分信号电线对，其每对具有相关的接地，该连接器具有多对信号端子和与其相关的布置成三角形形式的接地端子，以便当连接器与相对的连接器配合时减少阻抗不连续性的发生，并且进一步通过颠倒信号和接地端子相关组的相邻三角形，给予该连接器特定的密度特性，同时保持了通过该连接器的所需预选阻抗。
本发明的另一个目的是提供末端组件，用于与信号电缆连接结合使用，其提供该电缆的双绞线、接地屏蔽和该连接器之间的连接，该末端组件由于其结构而具有改进的电气性能。
本发明的又一个目的是提供一种连接器，用于将诸如根据IEEE1394b标准的电缆连接于电子设备的电路板，其中，该连接器具有许多分立的差分信号电线和数量等于该电缆所包含的电线的相关接地，相对于该连接器的信号端子，在数量和位置上配置连接器的接地端子，以便减小通过该连接器的阻抗最小化。
本发明的再一个目的是提供一种用于端接于电缆的连接器，其中多个接地端子安置在该电缆连接器壳体内，并且与在该连接器壳体中的两个相关信号端子间隔开，该多个接地端子是共接的，以便有效地提供单一的接地端子，该接地端子具有近似于或大于该信号端子之间的距离的有效宽度。
本发明还有一个目的是提供一种用于与差分信号电线对一起使用的电缆连接器，其中多个接地端子共接在一起，并且与用于差分信号电线对的端子处于间隔开的关系，而用于该差分信号电线对的端子被一个空闲端子位置相互间隔开，以便该差分信号相互去耦合，并且每个差分信号更密切地耦合于多个共接的接地端子。
本发明的另一个目的是提供一种电缆连接器，用于与延伸整个电缆长度的差分信号电线对一起使用，该电缆连接器具有共接在一起的多个接地端子和两个信号端子，其布置并保持为基本三角形的取向，且共接的接地端子通过该连接器和其末端区域。
本发明通过其结构的性能实现这些目的。为了达到前述目的，用本发明一个实施例举例说明的本发明的一个主要方面包括，用于电路板的第一连接器，其具有支撑配合信号电缆中每个双绞线的壳体，以独特三联体图形的三个导电端子，其中两个端子承载差分信号，并且剩余的一个端子是接地端子，其用作对差分信号电线对的接地平面或接地返回。该第一连接器以颠倒形式(宽度方向沿该连接器配合面)支撑多个端子三联体，以便在第一连接器中限定两排(row)端子，第一三联体的信号端子在连接器中安置在一排，并且该第一三联体的接地端子安置在该连接器的另一排，同时第二或相邻的三联体的信号端子安置在该连接器的另一排，并且该第二三联体或两个相邻三联体的接地端子安置在连接器的一排。相邻三联体的信号和接地端子布置成颠倒的形式。提供用于电缆的第二连接器，其与第一连接器配合，并且其第二连接器具有多个端子三联体，该多个端子三联体布置成与第一连接器的其相应端子三联体相配合。
在第一连接器中的三个一组的三个端子的布置使能够有效控制贯穿整个第一连接器(即，从与电缆连接器端子的接合点到附装于电路板的点)中的阻抗。
以这种方式，第一连接器的每个这种三联体包括信号端子对，其具有并排地对准在一起的接触部分，并且其也相互间隔开预定的距离。接地端子与第二排中的两个信号端子间隔开。
在本发明的另一个主要方面中，接地端子的宽度和它们与每个三联体的信号端子的间距可以选择成使得该三个端子可以具有所需要的例如电容等的电气特性，所有这些特性将影响该连接器的阻抗。
通过这种阻抗调节的接地结构，为减小发生在连接器中的阻抗不连续性提供更多的机会，而无需改变配合部分或差分信号端子的间距。因此，本发明的这方面可以被适当地表征为提供“可调谐的”端子布置，其用于电缆中或其他电路中的每个差分信号电线对和相关的接地线布置。
在本发明的另一个主要方面，这种可调谐的三联体以颠倒的形式提供在连接器壳体内。也就是说，相邻端子三联体的接地端子位于该连接器的不同端子排，沿该连接器宽度的交替形式的信号端子也如此。当多个端子三联体被用在连接器中时，连接器的其他端子，例如电源端子和参考端子，在连接器中可以位于在该端子三联体之间的其间点。
在以本发明另一个实施例举例说明的本发明的另一个主要方面，一种用于电路板的插座连接器，其具有壳体，该壳体用于具有至少三个导电端子，概念导电端子布置为有效的三联体图形，其该端子中的两个承载差分信号，而剩余的端子是接地端子，其包括多个单独的接地端子。优选地，该多个单独的接地端子互连或在该连接器中共接在一起，并且在优选实施例中，这种互连沿接地端子的主体部分或尾部发生。用于电缆端部的插头连接器与插座连接器配合，并且该插头连接器也具有有效地布置成导电端子的互补三联体图形的差分信号和接地端子，该导电端子端接于电缆的信号电线和接地电线。优选地，未用的端子位置安置在插座连接器和插头连接器的两个差分信号端子之间，以便差分信号相互去耦，并且以便该差分信号更密切地耦合到多个接地端子。该多个接地端子是电气共接的，以便该多个接地端子作为单一的宽端子，或作为安置在与两个差分信号端子间隔开的平面中的共用接地路径。
这种在连接器中的三个端子的布置使阻抗在整个插座连接器中，(即从与插头连接器端子的接合点到附装到电路板的点)能够更有效地控制阻抗。以这种方式，每个这种有效的三联体包括信号端子对，其并排对准在一起，并且其还相互间隔开预定距离。多个接地端子沿着与由差分信号端子限定的平面不同的平面延伸，且该信号端子与多个接地端子的距离近于该多个接地端子相互之间的距离。
该多个接地端子的有效宽度和它与该信号端子的间距可以选择为使该信号端子和接地端子可以具有诸如电容等的所需电气特性，该特性影响连接器的阻抗。因此，该多个接地端子的有效宽度增加了端子的接触配合区域，并且还可以增加发生在该端子的接触区域和末端区域之间的过渡区域。通过这种结构，提供了更多的机会减小发生在连接器中的阻抗不连续性，而无需改变配合位置或差分信号端子的间距。因此，本发明的这方面可以适当地表征为提供“可调谐的”端子布置，其用于电缆中或其他电路中的每个差分信号电线对和相关的接地线布置。
在本发明的另一个主要方面，两个或更多这种可调谐的有效的三联体可以布置在连接器壳体内，但是相互颠倒。可替换地，附加的接地端子可以安置在两组三联体或之间，或通过连接器供给电源的端子可以位于有效三联体之间并提供该有效三联体的分隔。这种电源供给端子通常以基本上类似于多个接地端子的方式用作附加的低阻抗端子，以提供至差分信号端子的联接，并且因而控制阻抗。
通过下面的详细描述将清楚地懂得本发明的这些和其他目的、特征和优点。
附图说明
在下面的描述中将参考附图，其中相同的参考数字表示相同的零部件，并且其中：
图1是示意图，示出贯穿整个高速电缆连接中所经历的典型阻抗不连续性，并且还示出通过本发明的连接器所经历的这种不连续性的减小；
图2是本发明的电缆连接组件安置在电子设备的电路板上的正视图，其示出本发明具有效用的“内部”环境；
图3是正视图，示出了本发明的电缆连接组件安置在电子设备的电路板上并延伸到该设备的外部，以示出本发明具有效用的“外部”环境；
图4是电缆和电路板之间的连接器接口区域的示意图；
图5是与本发明的连接器一起使用的电缆内部结构的剖视图；
图6是根据本发明构造的连接器的另一个实施例的前透视图，并且适合与安装在印刷电路板上；
图7是图6所示连接器的后透视图；
图8是图6和图7所示的连接器的后正视图；
图9是图6—8所示并且适合于安装在印刷电路板上的连接器的另一个实施例的正视图，但是根据本发明的另一方面在空闲的信号端子对之间具有未用的端子位置；
图10是根据本发明的安置在相邻于图6—8所示连接器的接地端子对的两对信号端子的布置和位置的示意图，且空闲或未用的端子安置在信号端子对之间；
图11是类似于图10的端子的布置和位置的示意图，但是示出了根据本发明的颠倒信号端子对之间的电源端子的对角线位置；
图12是安置在相邻于修改的三联体结构中的三个接地端子的两对信号端子对的布置和颠倒的位置的另一个示意图，根据本发明，具有安置在信号端子对之间的空闲的或未用的端子；
图13是图9所示的连接器的后透视视图；
图14是图9和图13所示的连接器的后视图；
图15图6—8所示连接器的分解透视图，且配合插头包括从每个所用端子位置延伸的电线；
图16是图15所示的连接器部分的透视视图，但是具有连接器和连接在一起的配合插头；以及
图17类似于图16的透视图，但是两个多电线信号电缆端接在配合插头上，并且两个单独的电源电线也在该两个信号电缆之间以对角线取向上端接于配合插头上。
具体实施方式
本发明涉及一组改进的连接器，特别是在输入-输出(“I/O”)应用以及其他类型的应用中用于增强高速电缆的性能。更具体的说，本发明试图在连接器末端区域施加一种机械和电气一致性的措施，以该连接器与相对的或相配合的连接器组合时提高其性能。
许多与电子设备相关的外围设备(例如摄像机或可携式摄像机)以多种频率传输数字信号。与计算机相关的其他设备，诸如其CPU部分，以高速操作，用于进行传输数据。高速电缆用于将这些设备连接于CPU，并且可以在将两个或更多CPU连接在一起的某些应用中。特定的电缆可以充分地构造成用于传送高速信号，并可以包括差分信号电线对，该每对或是双绞合电线或单独的电线对。
高速电子设备的使用在汽车环境变得更加普遍。例如汽车制造商考虑在车辆中实现中心数据通信主干，以提供方便端口，从而与消费者娱乐设备和个人计算机接口。最终，这种主干也可以与其他车辆操作接口。数据传输速度通常在从100Mbps(兆比特每秒)到1.6Gbps(每秒吉比特)。因此，虽然本发明的连接器一般基于汽车级0.64mm端子系统，但本发明也适合于用于其他许多类型的连接器中。
但是，也知道这种环境具有相当多的电磁干扰(EMI)。虽然具有内部双绞线的屏蔽的电缆能够很好地不受这种EMI的影响，但是将这种电缆连接于电子设备的印刷电路板(PCB)存在多种潜在的问题，包括在连接器中的潜在的显著的阻抗不连续性。
在高速数据传输中一种考虑的是信号劣化。这包括受电缆和连接器的阻抗影响的串扰和信号反射。在电缆中的串扰和信号反射可以通过在电缆中屏蔽和利用差分信号电线对而很容易控制，但是除此考虑外，这些方面借助于用于连接器中的多种和不同的材料是较难以在连接器中进行控制的。在高速应用中连接器的物理尺寸也限制了连接器和端子结构可以修改以获得特定的电气性能的程度。
在传输路径中阻抗的失配可以引起信号反射，这经常导致信号损失、抵消等。因此，在整个信号路径中需要保持阻抗一致，以便保持所传输信号的整体性。电缆端接在其上并且为将所传输信号传送给该设备的印刷电路板上的电路提供手段的连接器由于阻抗的原因迄今为止通常不是非常好地控制，并且它可以与电缆的阻抗变化很大。在这两个元件之间阻抗失配可以导致传输误差、有限的带宽等。
图1示出通过用于信号电缆的常规插头和插座连接器组件中发生的阻抗不连续性。通过该信号电缆的阻抗接近于恒定或基线值，如图右侧51所示。从基线的偏离由粗实线50示出。电缆阻抗基本匹配于电路板的阻抗，如图1左侧和PCB末端轴线左侧的52所示。垂直轴线“M”表示插口或插座、连接器和印刷电路板之间的端接点，而垂直轴线“N”表示在两个配合的插头和插口连接器之间产生的接口，而垂直轴线“P”表示插头连接器端接于该电缆的点。
这些由轴线“M”、“N”和“P”定义的相应的区域I—IV可以见于图4，用于安置在电缆105和印刷电路板(PCB)103之间的典型的插口和插头类型的连接器组件100。如图4所示，连接器100具有多个延伸通过在PCB103上的通孔的端子102，用于电气连接该PCB的多种部分和典型安装在其上的电子电路。当然，连接器100也可以可替换地具有端子106，其构造成用于安装于PCB103的表面。
图1的曲线50表示用常规的连接器得到的典型的阻抗“不连续性”，并示出发生的三个峰和谷，每个峰或谷具有距离基线的各自距离(或值)，H1、H2和H3，如图所示。这些距离基于垂直轴线以欧姆为单位测量的，该垂直轴线与具有零(0)欧姆值的水平“距离”轴线相交。在这些常规连接器组件中，如由H1表示的高阻抗典型地将增加约150欧姆，而由H2表示的低阻抗典型地将减少约60欧姆。在H1和H2之间具有约90欧姆的这种宽的不连续性将影响连接器相对印刷电路板和电缆的电气性能。
本发明涉及一种在I/O(“输入-输出”)应用中特别有用的连接器和连接器末端结构，其具有改进的结构，这允许连接器的阻抗被设置成使得其仿真与其配合的电缆并减少前述的不连续性。实际上，通过本发明的连接器的设计，该连接器可以被“调谐”，以提高连接器的电气性能。
图1说明这种可调谐性的作用，其中，在贯穿电缆到电路板连接器组件中发生了整个阻抗不连续性的减少。预计在本发明的连接器中发生的阻抗不连续性由图1的虚线60示出。图1中的实线表示在连接器系统中经历的典型的阻抗不连续，通过对虚线和实线进行比较，这种不连续性的峰和谷的幅度，H11、H22和H33大大地减少。相信本发明明显地减少在常规连接器组件中所经历的整体不连续性。在一种应用中，相信不连续性的最大程度是约135欧姆(在H11处)，而不连续性的最低程度为约85欧姆(在H22处)。本发明连接器的目标基线阻抗可以典型在约28到约150欧姆之间变化，但是优选为在约100到约110欧姆之间的范围内，具有的容差为约+/-5到+/-25欧姆。
因此，预期，本发明的连接器将具有约50欧姆或更小的总的不连续性(H11和H22之间的差)，这将导致从上文所述常规的约90欧姆的不连续性减少几乎约50％。这种益处相信源于发生在两个差分信号端子和它们相关接地端子的容性耦合。但是，将会明白，这种容性耦合仅是影响端子和支撑它们的连接器的最终特性阻抗的一个方面。
参考图2，其中示出可以使用本发明的“内部”环境。在这种环境中，本发明的连接器安置在诸如计算机1101的电子设备的外壁1108的内侧。因此被称为“内部”。本发明的连接器也可以用于“外部”应用，如图3所示，其中连接器1110之一安装于PCB1103，但是部分地延伸通过该设备1101的外壁1108，以便它能够被用户从该设备1101的外部接近。该连接器组件1100包括第一和第二互相接合连接器对，这里描述为各自插座(或插口)连接器1110和插头连接器1104。这两个连接器之一安装于该设备1101的PCB1103，而另一个连接器1104典型端接于引向外围设备的电缆1105。
示于图3的插口连接器1110的结构允许它能够用于图2所示的“内部”应用，以及连接器1110安装于电路板1103的“外部应用”，但是连接器1110部分地延伸通过该电子设备的外壁1108并且从该电子设备的外壁1108接近。
图5是典型电缆的剖视图，通常用参考数字1105表示。所示电缆符合关于用于互连接高速电子设备中(特别是在汽车环境中)的IEEE1394b标准。电缆1105可以包含两对双绞线1114和1115，其按照并排关系安置在电缆1105中，例如沿着在图5中取向的大致水平轴线。例如，出现在双绞线1114的信号可以称为A+和A-，而出现在双绞线1115的信号可以称为B+和B-。双绞线1114和1115延伸电缆的长度并可以是由电气绝缘覆层围绕的24#AWG线。该双绞线可以分别安置在诸如金属箔、编织电线等的导电屏蔽1118和1119中。这种传导屏蔽1118和1119可以用作电缆1105的接地。如果用作接地，一对电源导线1116和1117可以例如沿图5所示的垂直取向安置在电缆1105中。电气绝缘覆层1120典型地包裹双绞线1114和1115和电源导线1116和1117。此外，诸如导电箔或编织电线的另一个导电屏蔽(未示出)可以布置在电缆1105覆层1120下面。
图6—8是根据本发明的原理构造的插座或插口连接器1130的视图，其特别适合于用于汽车应用中。如图6所见，连接器1130包括通常用参考数字1132表示的配合腔，用于接纳形状互补的插头连接器1140(图15)。连接器1130包括由电介质材料形成的电气绝缘壳体1133。如果需要的话，连接器1130的外表面部分可以用金属导电涂层或屏蔽制造，以对其内的导电端子提供电屏蔽。连接器1130的后壁1134构造成多个腔，用于接纳并支撑多个导电的端子1141至1152。这些端子接纳腔优选完全延伸通过连接器壳体1133。
如前所述，本发明的一个目的是提供一种连接器，其具有的阻抗较接近类似于典型在多电路连接器中遇到的系统(如，电缆)阻抗。本发明通过在这里称作改进或伪“三联体”的方式实现。常规的三联体是在通常三角形结构中的三个分立端子的布置。这种常规的三联体还涉及使用两个差分信号端子和单一相关的接地端子，它们布置成与插头连接器1140的相应的端子相配合，该插头连接器1140端接于差分电线(优选，双绞线)，诸如图21中的双绞线1114或1115其中之一和接地。形成三联体的端子承载相互互补的信号，例如+1.0伏和-1.0伏，以及接地互补。
根据本发明的主要方面，图6中连接器1130的端子1141—1152选择成提供等效的三联体。为了“调谐”连接器1130的电气特性和精密地仿真系统的阻抗，多个接地端子提供成与每个差分信号端子组相关。例如在自图6的连接器1130中，两个端子1147和1149可以选择成用于差分对信号A+和A-，而端子1141和1142可以选择为与A+和A-信号相关的接地端子，以形成第一等效三联体。正如本领域的技术人员能够懂得的，该差分信号端子组1147、1149和该相关的接地端子组1141、1142限定了单一的差分信号传输线或通道。
同样，端子1144、1146、1151和1152可以构成第二差分信号传输线或通道，且端子1144和1146选择为用于差分对信号B+和B-，而端子1151和1152选择为与B+和B-信号相关的接地端子，以形成第二等效三联体。注意，信号A+和A-选择为在端子1147—1152的下排左侧，而信号B+和B-选择为在端子1141—1146的上排右侧，以便两个差分信号传输通道位于该连接器的不同区域。在这方面，由端子1144、1146和1151-1152形成的三联体可以说与由端子1141-1142、1147和1149形成的三联体是颠倒的(inverted)。这样，相比于如果将这些信号端子相邻安置在同一排的情况，提供了各自三联体的最接近信号端子的较好绝缘，例如端子1144和1149。这些三联体可以用它们的空间位置术语描述，其中通过一个信号传输通道的两个差分信号端子中心画出的假想线与相同通道的两个接地端子之一限定了一个三角形图形，并且这些端子的中心限定了该假想三角形的顶点。这种假想的三角形图形可以是颠倒的，如图所示。端子1143和1150可以预留用于电源或可以是附加的接地端子。如果预留用于电源，那么端子1143和1150将在信号端子1144、1146-1147和1149上以较高的信号频率仿真接地端子的低阻抗。为此，端子1143和1150可以叫做“电源接地”。
根据本发明的另一个主要方面，差分信号端子之间的端子位置被留作空闲或未用。例如，差分信号端子1144和1146之间的端子位置1145′是未用的。这在端子1144和1146之间产生了间距，该间距大于端子1144、1146和诸如端子1150-1152的最近的接地或电源接地端子之间垂直间距。每个信号通道的差分信号端子之间的水平间距也大于相同信号通道的相关接地端子之间的水平间距。结果是差分信号端子144和146将在一定程度上被去耦。相反，差分信号端子更加紧密联结于接地和电源接地端子1150-1152，其将降低连接器1130中对以所关注信号频率处在差分信号端子1144和1146上的出现的信号的阻抗。
同样，空闲的或未用的端子位置1148′由于同样的理由布置在另一个三联体中的差分信号端子1147和1149之间并且具有同样的效果。优选的，没有端子插入该空闲端子位置1145′和1148′，因为插入这些位置的任何端子趋向于会破坏各自信号端子1144、1146和1147、1149之间的所需的去耦程度。因此，当在连接器1130中的所有端子在这里被总称成为端子1141—1152时，应当明白，在端子位置1145’和1148’没有端子。
如图7和图8所示，接地端子1141和1142优选由导电金属部分1154桥接以提供共同的接地，因而进一步减小在连接器处看到的阻抗。同样，为了同样的目的接地端子1151和1152由导电金属部分1155桥接以提供个共同的接地，并具有同样的效果。该金属桥接部分1154和1155可以在制造接地端子的同时一体地形成，或在制造后通过熟知的熔接添加。从图中可见，桥接部分1154和1155位于称作端子主体部分上，并且这些主体部分是将每个端子的尾部和接触部分互连在一起的部分。虽然桥接部分被示作该端子的垂直延伸，而不是端子接触部分位于其上的水平延伸，但是应当理解，它们可以位于两个接地端子的其他区域，包括其水平延伸部分。优选地，该端子的接触部分和尾部之间发生了互连。两个端子的互连一起限定了用于与该接地端子相关的差分信号端子对的共同的接地路径。
如果端子1143和1150不需要用于电源，则这些端子也可以用作接地端子，并且桥接部分1154和1155可以从相邻安置的接地端子延伸到端子1143和1150，从而在与差分信号端子1147和1149相关的上排提供三个相邻的桥接的和共同接地端子1141—1143。同样，在下排的三个相邻的桥接的和共同接地端子1150—1152将与差分接地端子1144和1146相关。
虽然优选实施例示出端子1141—1152布置为两个平行的排或在两个隔开并且平行的平面中，但应当理解，这些端子不必位于严格平行的排或间隔开并平行的平面中以获得本发明的优点。例如，连接器1130可以仅仅提供有一组三联体而不是图6—8所示的两组三联体。由于本发明的主要方面之一是提供多个的接地端子，该接地端子与信号端子的空间关系比该接地端子彼此之间的空间关系更接近，因此，通过本发明的益处，图6中两个颠倒的三联体可以继续保持分开或间隔开。而且不需要优接地端子和由两个对准的三联体的信号端子限定的排，即三联体可以是交错关系，只要每个三联体保持有效。
通过这种等效的三联体结构，电缆或电路的每对差分信号端子具有与它们相关的单独的接地端子，其从端部到端部延伸通过该连接器，从而从电气性能方面更精密的仿真电缆和与其相关的插头连接器。这种结构使电缆的信号电线以基本相同的方式贯穿电缆的长度、并且以基本相同的方式通过插头和插座连接器接口并且到电路板上可以“看”接地。这种连接器接口示意地示于图4，并且就整体连接组件或系统的阻抗和电气性能来说，可以当作分成四个分立的区域I—IV。区域I指的是电缆105及其结构，而区域II指的是当电缆端接于连接器时电缆连接器104和电缆105之间的末端区域。区域III指的是电缆连接器和电路板连接器110之间存在的配合接口，其包括连接器104、110的配合主体部分。区域IV指的是包括电路板连接器110和该电路板103之间的末端。图4中的线“P”、“N”和“M”已经添加在图1上。
与信号端子相关的接地的出现在该三个端子之间引入了大的容性耦合。这种耦合一方面影响端子和其连接器的最终特性阻抗。就端子的三联体而论，电阻、端子材料和自感系数也是影响连接器的整体特性阻抗的因素。在图6所示的实施例中，与电源接地端子1143组合的接地端子1141-1142的有效宽度足够宽足以延伸过该信号端子1147和1149。端子1141-1143在信号端子11147和1149附近共同提供有效接地平面。相比于信号端子彼此之间的距离，由端子1141-1143限定的接地平面更加靠近该信号端子，因此在信号端子之间可以保持耦合。这使连接器的阻抗能够从间距方面被调谐。
图1说明了可这种可调谐性的作用，其中，示出通过连接器组件发生整个阻抗不连续性或变化的减少。在本发明的连接器中预期产生的阻抗不连续性由图1的虚线60示出。应当注意，峰和谷H11、H22和H33的幅度大大地减少。相信本发明明显地减少了在常规连接器组件中所经历的整体不连续性。在一种应用中，相信不连续性的最高程度是约135欧姆(在H11)，而不连续性的最低程度为约85欧姆(在H22)。本发明连接器的目标基线阻抗典型为约110欧姆，且容差为约+/-25欧姆。因此，预期本发明的连接器将具有约50欧姆的总的不连续性(H11和H22之间的差)，这将导致从常规的约90欧姆的不连续性减少几乎约50％之多。
返回到图6—8，当端子1141—1152通过连接器1130的后壁1134时，每个端子弯曲过约90度，以向下延伸(图7)使之与印刷电路板电气连接，诸如图1和图2中的PCB 1103。当端子向下延伸时，重要的是保持端子相互之间的相同空间关系，如上面关于在图6的腔1132内的端子的位置和空间关系所讨论的。这将保持等效的三联体关系，并且因此改进了阻抗特性。无论端子位于什么平面内，需要保持端子的三联体布置。通过操纵接地和信号端子之间的距离，可以改变和“调谐”系统的阻抗。这是由于在两个信号电线(和端子)之间以及每个信号线和接地线(和端子)之间产生的容性耦合所致。端子的间距也影响系统的阻抗。接地和信号端子的宽度也影响系统的耦合和阻抗，其也包括端子的电阻，该电阻接下来又是端子尺寸的函数。
在插入印刷电路板之前，图7中向下悬垂的端子1141—1152通过附装于该连接器1130下侧的绝缘膜1158上的穿孔保持在所需要的空间关系。在连接器1130插入印刷电路板之后，通孔和焊料提供了保持多种端子之间空间关系的强有力的手段。
多种端子之间的关系示意地示于图10-12。这些视图中的每个图示出两排的六个端子，且该排相互平行。每个示意图还示出端子1141、1142、1151和1152被选择为接地端子G，端子位置1145和1148是未用的或空闲端子X，端子位置1144和1146分别是差分信号端子B+和B-，以及端子位置1147和1149分别是差分信号端子A+和A-。在图19和11中，端子位置1143和1150是接地电源端子Gp。在图12中，由于电源不通过连接器1130供给的情况，端子位置1143和1150是接地端子G。在图11中，对角线160表示由端子1141-1142和1147、1149限定的三联体和由端子1144、1146和1151-1152限定的三联体之间的接地电源端子的取向或位置。这个对角线可以当作分开差分对和它们相关接地的对称线。五个端子通道在该对称线、和信号和接地端子的取向的的每一侧上。但是，如前所述，该接地电源端子Gp由于典型的电源低阻抗而用作接地端子。
根据本发明构造的连接器1170的可替换实施例示于图9-14。除连接器1170形成为没有图6-8的未用的或空闲的端子位置1145’和1148’之外，这个可替换实施例在结构和操作上与图6-8的连接器基本是相同。但是，这个实施例继续保持差分信号端子之间的间距，好像如图6-8一样存在空闲的端子位置1145′和1148′。在图9和图13所示的实施例没有空闲的端子位置1145′和1148′有助于避免装配时发生错误，例如，将端子插入所需要的空闲的端子位置。如图9所示，在这个实施例中，连接器构造成没有留给空闲的端子接纳通道，以在爱装配连接器时能够避免端子误插入这些空闲位置。
图15—17示出与相对的配合连接器1140组合的图6—8的插口连接器1130。配合连接器1140具有由电介质材料形成的绝缘的连接器壳体1171，其具有与插座连接器1130的腔1134互补的结构，以便便于并确保其之间的适当配合。壳体1171包括多个内部腔，用于当配合连接器完全插入连接器1130的腔1134中时，固定并支撑与连接器1130的端子1141—1152电气接合的配合端子(未示出)。在这方面，内部腔和配合连接器1140的端子构造成间隔开，以与连接器1130的相应的端子1141—1152对准。因此，配合连接器1140也保持差分信号端子和多个接地端子之间的所需要的三联体结构。因此，配合连接器1140也提供相对低的阻抗偏移，如图1中的阻抗曲线60所示。
来自电缆的电线可以是单独地端接在连接器1140中，如图15和图15所示。可替换地，如图17所示，电缆1173和1174形式的每个三联体、以及差分信号对和多个接地的组成部件可以端接在配合连接器1140，而电源电线1175和1176单独地端接。

Claims (20)

1.一种用于提供差分信号电路之间的连接的连接器(1130)，其中每个差分信号电路包括差分信号导线对(A+，A-)和两个相关的接地导线(G，G)，该连接器(1130)包括：
电气绝缘的壳体(1133)，该壳体(1133)具有安置在所述壳体(1133)中的多个端子接纳腔，该端子接纳腔以一定图形安置在所述壳体(1133)内，用于支撑导电端子，所述图形包括在所述壳体(1133)中的至少第一和第二分立排的端子接纳腔；
多个导电端子，其支撑在所述壳体(1133)的一些所述端子接纳腔中，所述端子包括至少一个分立的端子组，该端子组包括差分信号端子对(1147，1149)和至少两个相关的接地参考端子(1141，1142)，该一个端子组的差分信号端子对(1147，1149)安置在端子接纳腔中的所述第一排中，而该一个端子组中的两个相关的接地参考端子(1141，1142)安置在端子接纳腔中的所述第二排中，所述一个端子组的所述两个相关的接地参考端子(1141，1142)进一步互连，以协同限定与所述差分信号端子对(1147，1149)相关的共同的接地路径，其特征在于，
所述壳体(1133)包括空置的端子接纳腔(1145)，其安置在所述差分信号端子对(1147，1149)之间，使得所述对的所述差分信号端子(1147，1149)彼此间隔开第一距离，并且使所述差分信号端子对(1147，1149)与所述两个相关的接地参考端子(1141，1142)间隔开第二距离，该第一距离大于该第二距离。
2.如权利要求1的连接器，其中每个所述端子包括接触部分、尾部和将该接触部分和该尾部互连在一起的主体部分。
3.如权利要求2的连接器，其中每个端子的所述主体部分和所述尾部从其所述接触部分偏移。
4.如权利要求2的连接器，其中所述两个相关的接地参考端子(1141，1142)由桥接件(1154)沿其主体部分互连。
5.如权利要求4的连接器，其中所述桥接件(1154)作为所述两个相关的接地参考端子(1141，1142)的一部分而整体地形成。
6.如权利要求4的连接器，其中所述接触部分水平地延伸通过所述壳体，并且所述主体部分在所述壳体的外部垂直地延伸，所述桥接件(1154)沿着它们的垂直方向互连所述两个相关的接地参考端子(1141，1142)。
7.如权利要求2的连接器，进一步包括接合所述端子的尾部的电路板(1103)。
8.如权利要求1的连接器，进一步包括第二分立的端子组，其包括第二差分信号端子对(1144，1146)和至少两个第二相关的接地参考端子(1151，1152)，该第二端子组的第二差分信号端子对安置在端子接纳腔中的所述第二排中，而该第二端子组的两个第二相关的接地参考端子安置在端子接纳腔中的所述第一排中，所述一个端子组的所述两个接地参考端子进一步互连在一起；以及
所述连接器壳体(1133)进一步包括附加的空置端子接纳腔(1148)，其安置在第二差分信号端子对(1144，1146)之间，使得所述第二差分信号端子对间隔开第三距离，并且所述第二差分信号端子对与所述两个第二相关的接地参考端子间隔开第四距离，该第三距离大于第四距离。
9.如权利要求8的连接器，其中所述第一和第三距离是相等的。
10.如权利要求9的连接器，其中所述第二和第四距离是相等的。
11.如权利要求8的连接器，其中所述多个端子进一步包括第一和第二电源端子(1143，1150)，该第一电源端子(1143)安置在所述第一排中相邻于所述一个端子组的所述两个相关的接地参考端子(1141，1142)，该第二电源端子(1150)安置在所述第二排中相邻于所述第二端子组的所述两个相关的接地参考端子(1151，1142)。
12.如权利要求11的连接器，其中所述第一和第二电源端子(1143，1150)以偏移方式分别安置在所述第一和第二排中，以便被描绘为通过第一和第二电源端子(1143，1150)的假想线(1160)倾斜延伸通过所述第一和第二排。
13.如权利要求8的连接器，其中所述多个端子进一步包括第一和第二附加的接地端子(1143，1150)，该第一附加的接地端子(1143)安置在所述第一排中相邻于所述一个端子组的所述两个相关的接地参考端子(1141，1142)，该第二附加的接地端子(1150)安置所述第二排中相邻于所述第二端子组的所述两个相关接地参考端子(1151，1152)。
14.如权利要求13的连接器，其中所述第一和第二附加的接地端子(1143，1150)以偏移方式分别安置在所述第一和第二排中，以便被描绘为通过第一和第二附加的接地端子(1143，1150)的假想线(1160)倾斜延伸通过所述第一和第二排。
15.一种具有特定的端子结构的差分信号连接器(1130)，该连接器(1130)包括绝缘壳体(1133)和支撑在该壳体(1133)的第一和第二排中的多个导电端子，每个端子包括相对的接触部分和尾部，该端子的接触部分接触配合连接器的相对的端子，所述布置包括：
限定至少第一差分信号通道的端子，其包括第一差分信号端子对(1147，1149)和第一相关接地端子对(1141，1142)，所述第一排包括所述第一差分信号端子对(1147，1149)，并且所述第二排包括所述第一相关接地端子对(1141，1142)，其特征在于，
所述第一相关接地端子对(1141，1142)安置在所述第二排中相互邻近并相互间隔开第一距离，所述第一差分信号端子对(1147，1149)安置在所述第一排中相互邻近并相互间隔开第二距离，该第二距离大于该第一距离。
16.如权利要求15的连接器，其中，所述第一相关接地端子对(1141，1142)互连在一起。
17.如权利要求16的连接器，其中，所述第一相关接地端子对(1141，1142)在其所述接触部分和尾部之间相互互连。
18.如权利要求15的连接器，其中，所述壳体(1133)包括多个端子接纳通道，并且所述第一差分信号端子对(1147，1149)被接纳在两个端子接纳通道内，并且由居间的空置的端子接纳通道相互分开。
19.如权利要求15的连接器，其中，所述端子进一步限定了第二差分信号通道，其包括第二差分信号端子对(1144，1146)和第二相关接地端子对(1151，1152)，该第二差分信号端子对(1144，1146)安置在所述第二排中，而所述第二相关接地端子对(1151，1152)安置在所述第一排中，所述第二相关接地端子对(1151，1152)相互间隔开所述第一距离，而所述第二差分信号端子对(1144，1146)相互间隔开所述第二距离。
20.如权利要求19的连接器，其中，所述第二差分信号端子对(1144，1146)安置在所述壳体(1133)的所述第二排中，而所述第二相关接地端子对(1151，1152)安置在所述壳体(1133)的所述第一排中。
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