CN101164392A - 具有带成对耦合导体的印刷线路板的通信插座 - Google Patents
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Abstract
一种通信插座(10)包括：插座框架(12)，该插座框架有插头孔(14)；多个接触线(22a－28b)，该接触线有伸入插头孔中的自由端，接触线的自由端以并排关系连续布置；多个电端子(42a－48b)，该电端子成对布置，且各对确定了通信信道；电介质安装基片(20)，该安装基片包括多个用于接触线的安装位置(32a－38b)和多个用于输出端子的安装位置(52a－58b)；以及多个连接器(62a－68b)，这些连接器安装在基片上，各导体延伸和确定了路径，并形成在接触线安装位置和输出端子安装位置之间的电连接。与一个端子对(52a、52b)连接的第一(62a)和第二(62b)导体各自包括耦合部分(70、72)，该耦合部分彼此紧邻，且有相同的瞬时电流方向，这样，该部分进行耦合，并引起局部电感增大。
Description
相关申请
本申请要求美国临时专利申请No.60/633783(申请日为2004年12月7日，标题为“COMMUNICATION PLUG WITH BALANCED WIRING TOMINIMIZE DIFFERENTIAL TO COMMON MODE CROSSTALK”，且委托代理人案号为No.9457-26PR)、No.60/636590(申请日为2004年12月16日，标题为“IMPROVING RETURN LOSS IN CONNECTORS BY CONDUCTORSELF-COUPLING”，且委托代理人案号为No.9457-29PR)、No.60/636595(申请日为2004年12月16日，标题为“CROSSOVER FOR SIMULTANEOUSLYCOMPENSATION DIFFERENTIAL TO DIFFERENTIAL OR DIFFERENTIAL TOCOMMON MODE CROS STALK”，且委托代理人案号为No.9457-27PR)、No.60/648002(申请日为2005年1月28日，标题为“CONTROLLED MODECONVERSION PLUG FOR REDUCED ALIEN CROSSTALK”，且委托代理人案号为No.9457-30PR)以及美国专利申请No.11/051285(申请日为2005年2月4日，标题为“COMMUNICATION JACK WITH PRINTED WIRINGBOARD HAVING SELF-COUPLING CONDUCTOR”，且委托代理人案号为No.9457-29)的优先权，这些文献都整个被本文参引。
技术领域
本发明总体上涉及通信连接器，特别是涉及对高频通信连接器中回程损耗(return loss)的改进。
发明背景
在电通信系统中，有时优选是在一对线(下文中称为“线对”或“差分对(differential pair)”)上传递信息信号(视频、音频、数据)，而不是通过单线，其中，所传递的信号包括电线之间的电压差，而与绝对电压值无关。在线对中的各线容易从噪音源(例如雷电、汽车火花塞和无线电台中拾取电噪音，但是很小。因为这种噪音在一对线的两个线中相同，因此通常不会干扰差分信号。这是使用紧密间隔的差分对的基本原因。
不过，更需要关心的是从邻近线或线对所拾取的电噪音，该邻近线或线对可能沿基本相同方向延伸相同距离，且在受影响的线对上不会以差分方式相互抵消。这称为串扰(crosstalk)。特别是，在涉及网络计算机的通信系统中，通过串联的插头、插座和电缆段而形成信道。在该信道中，模块式插头通常与模块式插座匹配，且电线(导体)在插座和/或插头中的布线也能够产生近端串扰(NEXT)(即在与相同位置处的源相对应的输入位置处所测量的串扰)。该串扰由在很短距离上紧邻定位的线产生。在所有上述情况中，不希望的信号存在于电导体上，并能够干扰该信息信号。当相同的噪音信号加在线对的各线上时，在线之间的电压差将保持大约相同，且不会存在差分串扰。
授予Adriaenssens等人的美国专利No.5997358(下文中称为“358号专利”)公开了一种两级方案，用于补偿插头-插座组合的差分-差分(differential to differential)的NEXT(358号专利的整个内容被本文参引，美国专利No.5915989、No.6042427、No.6050843和No.6270381也被本文参引)。358号专利中所述的连接器能够通过在一级或多级中通过添加一种人工的或人造的串扰(通常在插座中添加)来降低在模块式插头的电线对之间的内部NEXT(原始串扰)，从而抵消或降低插头-插座组合的总体串扰。这里，该人工串扰称为补偿串扰。该思想通常通过使得在连接器内的一个差分对的路径相对于在连接器内的另一差分对的路径跨接两次来实现，因此提供两级NEXT补偿。该方案能够比在单级中加上补偿的方案更高效地降低NEXT，特别是当第二和随后级的补偿包括时间延迟时更是这样，该时间延迟的选择考虑到在不希望的串扰和补偿串扰之间的相位差。这种结构可以包括电容和/或电感元件，它们引入多级串扰补偿，且通常用于插座引线框架和插座内的PWB结构。这些结构使得连接器能够满足在ANSI/EIA/TIA 568中提出的“6类”性能标准，该标准是用于直到250MHz传输频率的匹配插头和插座的主要部件标准。
不幸的是，引入补偿串扰可能对其它电特性有负面影响。例如，“回程损耗”测量插头-插座组合或非屏蔽双绞线(UTP)的输入阻抗与100欧姆匹配的程度。获得可接受的回程损耗性能--特别是在八导体插座的导体对1和3(如TIA 568B中所指定的那样)上--可能特别困难，这是因为这两对通常需要很大的串扰补偿。由插头中的两个接触片(即它的“尖头”和“环”)的紧邻所造成的高电容分流可能进一步加剧线对1的回程损耗。对于满足或超过6类性能参数的插头，在串扰补偿和回程损耗之间获得可接受的折衷可能非常困难，特别是当希望在1-500MHz的频率范围内在UTP上获得10Gb/s的数据传输速度时。
发明内容
本发明能够解决现有技术连接器出现的一些问题。作为第一方面，本发明实施例涉及一种用于通信插座的线路板，包括：介电安装基片，该安装基片包括多个用于接触线的安装位置和多个用于输出端子的安装位置；以及多个导体，这些导体安装在该基片上，每一导体延伸并限定了一路径，并在接触线安装位置和输出端子安装位置之间建立电连接，该输出端子安装位置成对布置，每一对代表一通信信道。与第一输出端子安装位置对连接的每一导体包括一耦合部分，这些耦合部分彼此紧邻，且具有相同的瞬时电流方向，使得这些部分耦合并引起局部电感增大。
作为第二方面，本发明实施例涉及一种通信插座，包括：插座框架，该插座框架带有插头孔；多个接触线，该接触线具有伸入该插头孔中的自由端，这些接触线的自由端以并排关系连续布置；多个电端子，这些电端子成对布置，且每一对确定了一通信信道；介电安装基片，该安装基片包括多个用于接触线的安装位置和多个用于电端子的安装位置；以及多个导体，这些导体安装在该基片上，每一导体延伸并限定了一路径，并在接触线安装位置和电端子安装位置之间建立电连接。与一个端子对连接的第一和第二导体分别包括一耦合部分，这些耦合部分彼此紧邻，且有相同的瞬时电流方向，使得这些耦合部分进行耦合并引起局部电感增大。
作为第三方面，本发明实施例涉及一种通信连接器，包括：安装基片；多个导体，这些导体安装在该安装基片上；多个电端子，这些电端子成对布置，且各电端子与相应一个导体电连接；以及多个接触件，各接触件与相应一个导体电连接。与第一对端子对连接的每一导体设置成使其包括两个耦合部分，这两个耦合部分彼此紧邻，且有相同的瞬时电流方向，使得这些部分进行耦合并引起局部电感增大。
作为第四方面，本发明实施例涉及一种增大通信连接器中的回程损耗的方法，该连接器包括线路板和安装在该线路板上的多个导体，这些导体与成对布置的电端子电连接。该方法包括步骤：使与一对电端子电连接的两个导体的部分进行耦合，这些部分彼此紧邻，且有相同的瞬时电流方向，使得这些部分进行耦合并引起局部电感增大。
作为第五方面，本发明涉及一种增大在通信连接器的导体中的局部电感的方法，该连接器包括线路板和安装在该线路板上的多个导体，这些导体与成对布置的电端子电连接。该方法包括步骤：使与一对电端子电连接的两个导体的部分进行耦合，这些部分彼此紧邻，且有相同的瞬时电流方向，使得这些部分进行耦合并引起局部电感增大。
附图说明
图1是本发明实施例的通信插座的分解透视图。
图1A是图1的通信插座的线路板的放大透视图。
图2是图1的插座的线路板的示意平面图，且处在线路板的不同层上的导体以不同阴影和/或剖面线表示。
图3是图2的线路板的导体对的放大平面图。
图4是表示回程损耗作为常规插座和实验插座的频率的函数的曲线图。
具体实施方式
下面将参考附图特别介绍本发明。本发明将并不局限于所示实施例，而是，这些实施例将向本领域技术人员完全和完整地公开本发明。在附图中，相同标号表示相同元件。为了清楚，一些部件的厚度和尺寸进行放大。
除非另外说明，这里使用的所有技术和科学术语具有本发明所属领域中的普通技术人员通常理解的相同意思。在本发明说明书中所使用的术语只是为了说明具体实施例，并不是为了限制本发明。在本发明的说明书和所附权利要求中使用的单数形式“一”、“一种”和“该”将也包括复数形式，除非本文中另外清楚说明。这里使用的措辞“和/或”包括由相关列出项中的一项或多项构成的任意和全部组合。这里使用的术语“附着”、“连接”、“相互连接”、“接触”、“安装”等可以意味着在元件之间直接或间接安装或接触，除非另外说明。这里使用的术语“耦合”、“感应”等可以意味着非导电相互作用，可以直接或间接，在元件之间或在相同元件的不同部分之间，除非另外说明。还应当知道，当在本说明书中使用时，术语“包括”说明有所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件，但是并不排斥有或附加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组合。
此外，这里可以使用空间相对术语(例如“下面”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等)，用于方便介绍一个元件或特征与另一元件或特征的关系，如图中所示。应当知道，除了图中所示的方向，该空间相对术语还要包括该装置在使用或操作中的不同方位。例如，当装置在图中翻转时，介绍为在另一元件或特征的“下面”或“之下”的元件将定向成在该另一元件或特征的“上面”。因此，示例术语“下面”可以包括上面和下面的定向。该装置还可以有其它定向(旋转90度或处于其它方位)，这里使用的空间相对描述将进行相应解释。
下面参考附图，图1中表示了示例的通信插座，它总体表示为10。在本领域中，所示插座10称为RJ11或RJ45类型插座。该插座10包括：插座框架12，该插座框架12有用于接纳匹配插头(未示出，示例插头示出在授予Lin的美国专利No.6250949中所示和共同转让的美国专利申请No.11/051305中，该美国专利申请No.11/051305的申请日为2005年2月4日，标题为COMMUNICATION PLUG WITH BALANCED WIRING TOREDUCE DIFFERENTIAL TO COMMON MODE CROSSTALK，且委托代理人案号为No.9457-26)的插头孔14；盖16；以及端子壳体18。这些部件为常规形式，且不需要在这里详细说明；对于这些部件和它们相互连接方式的进一步介绍可见授予Arnett等人的美国专利No.6350158，该文献的说明书整个被本文参引。本领域技术人员应当知道，本发明也可以使用其它结构的插座框架、盖和端子壳体。示例结构在授予Arnett等人的美国专利No.5975919和5947772以及授予Hashim等人的美国专利No.6464541中说明，各文献的说明书整个被本文参引。
还参考图1以及图1A和2，该插座10还包括由常规材料形成的线路板20。该线路板20可以为单层板，或者如图所示可以有多层。线路板20可以如图所示那样为基本平面，或者可以为非平面。
接触线22a、22b、24a、24b、26a、26b、28a、28b安装在线路板20上。如上述美国专利No.6350158中所述，接触线22a、22b、24a、24b、26a、26b、28a、28b有自由端，这些自由端布置成基本相互平行，且伸入插座框架12的插头孔14中，以便与匹配插头的端子片形成电接触。接触线22a、22b、24a、24b、26a、26b、28a、28b布置成由TIA 568B定义的线对，且线22a、22b(对1)彼此相邻，并在该一系列线的中心，线24a、24b(对2)彼此相邻并占据了该一系列线中最左侧的两个位置(从插座10的后部朝着插头孔14中的匹配插头来看)，线28a、28b(对4)彼此相邻并占据了该一系列线中最右侧的两个位置(也从上述相同的观察点来看)，而线26a、26b(对3)分别位于对1和4以及对1和2之间。这些线22a、22b、24a、24b、26a、26b、28a、28b通过插入各自的孔32a、32b、34a、34b、36a、36b、38a、38b中而安装至线路板20，在所示实施例中，这些孔32a、32b、34a、34b、36a、36b、38a、38b布置成本领域技术人员已知的“双对角线”图案，如授予Goodrich等人的美国专利No.6196880中所述，该文献的说明书整个被本文参引。在所示实施例中，对1、2和4的电线22a、22b、24a、24b、28a、28b分别包括“跨接”，在该跨接中，一对电线在它们的自由端和固定端之间以非接触方式彼此交叉。
本领域技术人员应当知道，也可以使用其它结构的接触线或其它结构的接触件。作为一个示例，可以使用如授予Arnett等人的前述美国专利No.5975919中那样构造的接触线。作为另一示例，可以使用其它跨接结构，包括只有对3的电线包括跨接的跨接结构(例如见共同转让和共同待审的美国专利申请No.11/044088，申请日为2005年3月23日)以及对3包括两个或更多跨接且对1、2和4包括一个跨接的跨接结构(例如见美国专利申请No.____________，申请日为2005年8月22日，标题为“Communications Connector for Imparting CrosstalkCompensation Between Conductors”，委托代理人案号为No.9457-45)，这些文献的说明书整个被本文参引。而且，对于这些接触线来说，也可以使用例如在共同转让和共同待审的美国专利申请No.11/139768(它的申请日为2005年5月27日，委托代理人案号为No.9457-44)中所述的跨接技术。本领域技术人员将知道其它合适的可选结构。还有，接触线可以以不同结构安装在该线路板上，例如在美国专利申请No._____________(申请日为2005年8月22日，标题为Communications Connector for Imparting Crosstalk CompensationBetween Conductors，委托代理人案号为No.9457-45)中所述和所示的交错结构。
八个绝缘体置换连接器(IDC)42a、42b、44a、44b、46a、46b、48a、48b分别插入八个I DC孔52a、52b、54a、54b、56a、56b、58a、58b中。IDC可以为常规结构，这里不需要介绍，示例IDC在授予Arnett的前述美国专利No.5975919中示出并描述。也可以使用与IDC不同的连接器。
下面参考图2，各电线孔32a、32b、34a、34b、36a、36b、38a、38b通过各导体62a、62b、64a、64b、66a、66b、68a、68b而与各IDC孔52a、52b、54a、54b、56a、56b、58a、58b电连接，从而使各接触线22a、22b、24a、24b、26a、26b、28a、28b与其相应的IDC 42a、42b、44a、44b、46a、46b、48a、48b相互连接。导体62a、62b、64a、64b、66a、66b、68a、68b由常规导电材料形成，并通过本领域技术人员已知的适用于施加导体的任意沉积方法而沉积在线路板20上。一些导体表示为整个存在于线路板20的单个层上(例如导体62a)，而其它导体(例如导体62b)可以存在于线路板20的多层上；导体能够通过引入通孔(也称为镀通孔)或本领域技术人员已知的其它层间传递结构而在各层之间延伸。
下面参考图3，可以看见，用于将接触线22a与IDC 42a相连接的导体62a(即，它连接对1的“环”)以及用于将接触线22b与IDC 42b相连接的导体62b(因此连接对1的“尖头”)包括各自的部分70、72，该两个部分70、72彼此紧邻，且在本实施例中沿着基本平行的路径延伸。通过箭头74、76还可以看见，这两个部分70、72的瞬时电流(因此信号)的极性相同。这种紧邻结构导致在导体62a、62b的部分70、72之间形成耦合，从而使得局部电感增大。
已经知道，以上述方式合适选择导体中彼此紧邻布置的部分的位置就能够控制匹配的插头-插座组合的输入阻抗，从而能控制该回程损耗。这样，插座10能够承受更大的串扰补偿，该更大的串扰补偿对于在匹配的插头-插座组合中获得高频信号传输且同时仍然有可接受的回程损耗水平来说是必须的。通常，构成对1的导体的这两个耦合部分彼此紧邻延伸大约0.05和0.2英寸之间的距离，不过该距离可以变化。在这两个紧邻部分之间的间隙可以在大约5至20m密耳之间；在一些实施例中，相邻导体之间的最小间隙优选为至少8密耳。在典型插座中，使得对1中的局部阻抗的增量在大约2至8毫微亨利(nanohenry)之间可以提供对回程损耗的所需改进(可以利用在H.Greenhous，Design ofPlanar Rectangular Microelectric Inductors，IEEE Transactions on Parts，Hybrids and Packaging，Vol.PHP-10，No.2(1974.6)的103页中提出的等式来计算阻抗的期望水平)。
该构思可以与同一导体中的自耦合部分结合使用，以便减小回程损耗，如共同转让和共同待审的美国专利申请No.11/051285中所述，该美国专利申请No.11/051285的申请日为2005年2月4日，它的说明书整个被本文参引。
通常，如图所示，在构成对1的两个导体中引入耦合部分将充分改善这些对的回程损耗性能；不过，该构思页可以用于其它的导体对，例如对2、3和4中的任意对或全部对，或者用于使用不同数目导体的插座(例如16导体插座)的其它导体。还有，尽管在所示实施例中，线对的耦合导体都安装在线路板的同一层上，但是并不必须这样；线路板的一层或多层可以将导体的耦合部分分开。而且，本领域技术人员应当知道，可以使用利用了本发明构思的很多的不同导体路径。
本领域技术人员应当知道，上述线路板的实施例可以用于其它有通信插座的环境中。例如，在接线板或一系列接线板中的插座可能适于与该线路板一起使用。其它环境也是可能的。
本领域技术人员还应当知道，通过利用金属引线框架结构(而不是印刷线路板)来形成插座的导体引线以便获得所需的连通性和串扰补偿，可以在对回程损耗有类似有利效果的情况下实现上述的导体耦合部分。在这样一种构造中，接触线和/或绝缘体置换连接器可以与导体整体地形成为单一部件。
在下面的非限制性示例中将更详细地介绍本发明。
示例
构建图1中所示结构的通信插座。在一组插座(图4中标记为“实验插座”)中，该线路板包括对1的导体，它有基本与图2和3中所示相匹配的耦合部分。在第二组插座(在图4中标记为“常规插座”)中，该线路板包括没有这些耦合部分的导体。然后，在TIA/EIA-568-B.2-1Annex E中提出的条件下，针对对1上的回程损耗对这些插座进行测试。
测试结果如图4中所示。可以看见，在高于大约2.5MHz的频率下，使用耦合部分的实验插座的回程损耗分贝水平比常规插座明显增大(即改善)。
前面所述是为了举例说明本发明，而不构成对本发明的限制。尽管已经介绍了本发明的示例实施例，但是本领域技术人员应当知道，在不脱离本发明的新颖教导和优点的情况下，可以对示例实施例进行多种变化。因此，所有这些变化形式都将包含在权利要求所述的本发明范围内。本发明由后面的权利要求以及权利要求的等效物来限定。
Claims (25)
1.一种用于通信插座的线路板，包括：
介电安装基片，该安装基片包括多个用于接触线的安装位置和多个用于输出端子的安装位置；以及
多个导体，这些导体安装在该基片上，每一导体延伸并限定了一路径，并在接触线安装位置和输出端子安装位置之间建立电连接，该输出端子安装位置成对布置，每一对代表一通信信道；
其中，与第一输出端子安装位置对连接的每一导体包括一耦合部分，这些耦合部分彼此紧邻，且具有相同的瞬时电流方向。
2.根据权利要求1所述的线路板，其中，这些耦合部分进行耦合，并引起局部电感增大。
3.根据权利要求1所述的线路板，其中，这些耦合部分基本相互平行。
4.根据权利要求1所述的线路板，其中，用于输出端子的安装位置包括在该安装基片中的孔。
5.根据权利要求1所述的线路板，其中，用于接触线的安装位置包括在该安装基片中的孔。
6.根据权利要求1所述的线路板，其中，这些耦合部分彼此紧邻延伸的距离在大约0.05和0.20英寸之间。
7.根据权利要求1所述的线路板，其中，这些耦合部分之间的间隙在大约8和15密耳之间。
8.根据权利要求1所述的线路板，其中，这些耦合部分引起在大约2和8毫微亨利之间的局部电感增大。
9.根据权利要求1所述的线路板，其中，当高于100MHz时，这些耦合部分使得回程损耗增加至少大约3dB。
10.一种通信插座，包括：
插座框架，该插座框架带有插头孔；
多个接触线，该接触线具有伸入该插头孔中的自由端，这些接触线的自由端以并排关系连续布置；
多个电端子，这些电端子成对布置，且每一对确定了一通信信道；
介电安装基片，该安装基片包括多个用于接触线的安装位置和多个用于电端子的安装位置；以及
多个导体，这些导体安装在该基片上，每一导体延伸并限定了一路径，并在接触线安装位置和电端子安装位置之间建立电连接；
其中，与一个端子对连接的第一和第二导体分别包括一耦合部分，这些耦合部分彼此紧邻，且有相同的瞬时电流方向。
11.根据权利要求10所述的通信插座，其中，这些耦合部分进行耦合，并引起局部电感增大。
12.根据权利要求10所述的通信插座，其中，这些耦合部分基本相互平行。
13.根据权利要求10所述的通信插座，其中，用于电端子的安装位置包括在该安装基片中的孔。
14.根据权利要求10所述的通信插座，其中，用于接触线的安装位置包括在该安装基片中的孔。
15.根据权利要求10所述的通信插座，其中，第一和第二导体与第一和第二接触线电连接，该第一和第二接触线有彼此相邻的自由端。
16.根据权利要求15所述的通信插座，其中，形成一通信信道的第三和第四导体与接触线电连接，该接触线的自由端将与第一和第二导体电连接的接触线的自由端夹在中间。
17.根据权利要求10所述的通信插座，其中，这些耦合部分彼此紧邻延伸的距离在大约0.05和0.20英寸之间。
18.根据权利要求10所述的通信插座，其中，这些耦合部分之间的间隙在大约8和15密耳之间。
19.根据权利要求10所述的通信插座，其中，这些耦合部分引起在大约2和8毫微亨利之间的局部电感增大。
20.根据权利要求10所述的通信插座，其中，当高于100MHz时，这些耦合部分使得回程损耗增加至少大约3dB。
21.一种通信连接器，包括：
安装基片；
多个导体，这些导体安装在该安装基片上；
多个电端子，这些电端子成对布置，且各电端子与相应一个导体电连接；以及
多个接触件，各接触件与相应一个导体电连接；
其中，与第一对端子对连接的每一导体设置成使其包括两个耦合部分，这两个耦合部分彼此紧邻，且有相同的瞬时电流方向。
22.根据权利要求21所述的通信连接器，其中，这些耦合部分进行耦合，并引起局部电感增大。
23.一种增大通信连接器的导体中的局部电感的方法，该连接器包括线路板和安装在该线路板上的多个导体，这些导体与成对布置的电端子电连接，该方法包括步骤：使与一对电端子电连接的两个导体的部分进行耦合，这些部分彼此紧邻，且有相同的瞬时电流方向。
24.一种增大通信连接器中的回程损耗的方法，该连接器包括线路板和安装在该线路板上的多个导体，这些导体与成对布置的电端子电连接，该方法包括步骤：使与一对电端子电连接的两个导体的部分进行耦合，这些部分彼此紧邻，且有相同的瞬时电流方向。
25.一种用于通信插座的线路板，包括：
介电安装基片，该安装基片包括多个用于接触线的安装位置和多个用于输出端子的安装位置；以及
多个导体，这些导体安装在该基片上，每一导体延伸并确定了一路径，并在接触线安装位置和输出端子安装位置之间建立电连接，该输出端子安装位置成对布置，每一对代表一通信信道；
其中，与第一输出端子安装位置对连接的每一导体包括一耦合部分，这些耦合部分布置成使得它们进行耦合，其耦合方式造成一种局部电感增大。
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