CN101395768B - 宽边到边缘耦合的连接器系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电连接器，包括插塞连接器和插座连接器，插塞连接器的触头可以是边缘耦合的，以限定相邻信号触头之间的串扰水平。例如，第一信号对中的差分信号可能在形成该信号对的触头之间的间隙中产生高电场，而在第二相邻的信号对附近产生低电场。插座连接器中的触头可以是宽边耦合的，并被配置成容纳来自插塞连接器的触头同时使信号失真最小。例如，差分信号对中的触头的整个长度可以相同。连接器系统中的触头可以包括差分信号对、单端触头、和/或接地触头。连接器系统可以在信号触头之间不具有任何电屏蔽。

Description

宽边到边缘耦合的连接器系统
技术领域
通常，本发明涉及电连接器，更具体地，本发明涉及具有接口的电连接器系统，该接口用于使第一连接器中边缘耦合的电触头对与第二连接器中宽边耦合的电触头对相配合。
背景技术
电连接器可使用信号触头在电器件之间提供信号连接。通常信号触头被紧密地相隔从而可能在相邻的信号触头之间产生不希望的干涉或“串话”。在本文中所用的术语“相邻”指的是彼此靠近的触头(或各触头行或各触头列)。当一个信号触头由于电场的混杂而引起与相邻信号触头之间的电干涉时就会发生这种串扰，从而损坏信号的完整性。随着电器件的小型化和高速化，高速完整的电通信变得更加流行，因而在连接器设计中减小串扰就成了一个非常重要的因素。
一个常用的减少串扰的技术就是将金属板形式的单独的电屏蔽件定位在例如相邻的信号触头之间。所述屏蔽件可以作为接地连接，从而通过防止触头的电场之间的混杂而减少信号触头之间的串扰。金属板可以用于使整行或整列的信号触头隔开不与电场互相干涉。另外或代替使用金属板的是，可通过将一行接地触头放置在信号触头之间来减少串扰。这样，接地触头可用于减少相邻行和/或列中的触头之间的串扰。
随着越来越小型的器件的需求不断增长，现有的用于减小串扰的技术不再理想。例如，电屏蔽和/或接地触头消耗了连接器内的有用空间，这些空间可以用于设置额外的信号触头，并因此增加触头密度。此外，屏蔽和/或接地触头的使用可能会增加连接器成本和重量。在有些应用中，已知的屏蔽会使连接器成本增加40％或更多。
在一些应用中，电连接器可以被用于使两个或更多器件相连，它们具有并不彼此面对的连接表面(例如彼此垂直的印刷电路板)。这些应用通常需要直角连接器，它们可以使用具有一个或更多角度的信号触头。连接器中每个信号触头的总长度可能会取决于其角度的度数和/或数量。这些变量通常由电连接器中信号触头的相对位置来决定。因此，在一个角度连接器中，一些或全部信号触头可能会具有不同的长度。当两个或更多信号同时发送但不同时在终端接收时就会产生信号失真。因此，需要一种高速电连接器的存在，其使信号失真最小化，并减少串扰水平，同时不需要单独的内部或外部电屏蔽。
发明内容
本发明公开并请求保护一种高速无失真连接器系统(即，应该在数据传输率高于1.25或2.5千兆字节每秒(Gb/s)且理想的是在或高于约10Gb/s或更多的情况下操作的连接器系统)。上升时间无论如何位于约250-30微微秒范围内，100-40微微秒上升时间通常用于高速应用。例如，可以预见到1.5-2.5、2.5-3.5、3.5-4.5、4.5-5.5、5.5-6.5、6.5-7.5、7.5-8.5、8.5-9.5以及9.5-10Gb/s以及更多的数据传输率。在差分信号对之间的多元最大串扰大体为6％或更少。阻抗可能为约100±10欧姆、85±10欧姆或其他与系统阻抗相匹配的值。
本发明可以包括一种电连接器，其包括：第一对电触头，该第一对电触头中的每个包括第一边缘和第一宽边；第二对电触头，其与第一对电触头相配合，该第二对电触头中的每个都包括第二边缘和第二宽边，其中第一对电触头第一边缘到第一边缘地被定位，而第二对电触头第二宽边到第二宽边地被定位。第一对电触头可以是一差分信号对，其彼此间紧密地以边缘电耦合且可以具有零失真。第二对电触头也可以是一差分信号对，其彼此间紧密地以边缘电耦合且可以具有零失真。该电连接器可以没有屏蔽并且优选地在100-40微微秒的差分信号上升时间下具有不大于6％的多元最大串扰。电连接器可以是直角的，或垂直的，或共面的，或夹层式连接器。第一对电触头和第二对电触头每对包括被空气围绕的配合端部。电连接器还可以包括：第三对电接地触头，其定位成与第一对电触头相邻，第三对电接地触头中的每个都包括第三边缘和第三宽边；第四对电接地触头，其与第三对电接地触头相配合，定位成与第二对电触头相邻，第四对电接地触头中每个包括第四边缘和第四宽边。其中第三对电接地触头被第三边缘到第三边缘地定位，而第四对电接地触头则第四宽边到第四宽边地定位。
该系统可以包括插塞连接器和插座连接器。插塞连接器中的触头可以被配置成限制相邻信号触头之间的串扰水平。插座连接器中的触头可以被配置成容纳来自插塞连接器的触头，而使信号失真最小。信号触头可以包括差分信号对或单端触头。例如每个连接器可以包括沿第一行触头定位的第一差分信号对和沿第二行触头与第一信号对相邻定位的第二差分信号对。
连接器系统在信号触头之间可以没有任何电屏蔽。连接器系统中的触头可以被配置成使第一信号对中的差分信号在形成信号对的触头之间的间隙中产生高电场，以及在靠近第二相邻的信号对处产生低电场。另外，触头可以被配置成使差分信号对内的触头的整个长度相同。触头密度大约为每英寸约50或更多差动对。
该连接器系统还包括用于减少插入损失并保持沿触头长度大体恒定的阻抗的新颖触头结构。用空气作为主电介质来使触头绝缘可产生重量小的连接器，其适于在不同连接器中使用，例如直角球栅阵列连接器。塑料或其他合适的电介质材料也可以。
附图说明
图1A和1B示出了一个连接器系统，其包括具有宽边耦合的电触头的第一连接器和具有边缘耦合的电触头的第二连接器；
图2A和2B为具有边缘耦合的电触头对结构的凸连接器的一部分的透视图；
图2C示出了一种触头结构，其中边缘耦合的电触头对成线性阵列布置；
图2D示出了一种触头结构，其中边缘耦合的电触头对的相邻的线性阵列彼此偏移；
图3A为具有宽边耦合的电触头对结构的凹连接器的一部分的透视图；
图3B为从宽边耦合的电触头对延伸的宽边到边缘耦合的配合接口的详细透视图；
图3C示出了一种触头结构，其中宽边耦合的电触头对成线性阵列布置：
图3D示出了一种触头结构，其中宽边耦合的电触头对的相邻线性阵列彼此偏移；
图4A和4B为已配合的连接器系统的透视图。
具体实施方式
图1A和1B示出了一种连接器系统，其包括第一连接器310和第二连接器300，该第一连接器具有一对宽边耦合的电触头312，该第二连接器具有一对边缘耦合的电触头302。连接器300可以是凸形或插塞式连接器，连接器310可以是凹的或插座式连接器。连接器300可以是插塞连接器，其可以安装到第一电路板320上，该第一电路板可以是背板。连接器310可以是直角连接器，其可以安装到第二电路板330上，第二电路板可以是子卡。连接器310也可以是夹层连接器。连接器300、310可以通过表面贴装技术(SMT)、焊接球栅阵列、压配合等安装到它们各自的电路板320、330上。
第一对边缘耦合的电触头302可以形成一差分信号对。如图1B所示，边缘耦合的电触头302的线性阵列304可以包括一个或多个差分信号对S1-S4。这种线性阵列302也可以包括一个或多个单端信号导体，以及一个或多个接地触头。这种线性阵列304可以包括所述差分信号对、单端信号导体、和/或接地触头的任何组合。边缘耦合的触头是冲压的且最好为矩形截面(但不是方形)，特别是在边缘耦合的触头的配合端处。
第二对宽边耦合的电触头312也可以形成一差分信号对。宽边耦合的电触头的线性阵列314可以包括一个或多个差分信号对S1’-S4’。这种线性阵列314也可以包括一个或多个单端信号导体以及一个或多个接地触头。这种线性阵列314也可以包括所述差分信号对、单端导体、和/或接地触头的任何组合。
如图1A所示，连接器300可以包括一个或多个介电引线架壳体306，每个都被模制到边缘耦合的触头302的相应线性阵列304上。这样每个边缘耦合的电触头302可以延伸穿过相关的介电引线架壳体306。连接器310可以包括一个围绕宽边耦合的电触头312结构的光学介电壳体316。
上升时间为约250-30微微秒的差分信号是预期的。其粗略地对应于1.25-10+千兆字节/秒的数据传输率。差分信号对之间的多元最大串扰在100或10微微秒时通常可以为6％或更小。差分阻抗可以为约100±10欧姆、85±10欧姆、或一此其他系统匹配阻抗值。
图2A和2B为连接器300的透视图，分别具有和不具有介电引线回壳体306。如图2A所示，触头302可以具有刀片状远(例如配合)端340，该远端延伸超过引线回壳体306。连接器300可以与印刷电路板320相连，该印刷电路板可以是背板。连接器300也可以包括多个差分信号对。例如连接器300可以包括信号触头S1+和S1-，它们可形成差分信号对S1。差分信号对之内的触头302的边缘可以隔开间隙335。该间隙最好在空气中为0.3-0.4mm在塑料中为0.5-0.9mm。
每个差分信号对可以具有一个差分阻抗，其可以是在沿一差分信号对(例如S1+和S1-)长度的特定点处在该差分信号对内的触头302之间存在的阻抗。通常需要控制差分阻抗以与连接器300要连接的电器件的阻抗相匹配。使阻抗匹配可以使信号偏差和/或系统共振最小化，它们都可能会限制整个系统带宽。另外，需要控制差分阻抗，从而使它沿着差分信号对的长度足够恒定。在差分信号对中触头之间的差分阻抗可能会受到多个因素的影响，例如间隙335的大小，和/或间隙335中的物质或材料的介电系数。
如上所述，触头302的配合端340可以隔开间隙335。间隙335可以是空气间隙，或可以至少部分地填充塑料。如果间隙335及其介电系数沿触头302的长度保持恒定，差分信号对中的触头302之间的差分阻抗可以保持恒定。如果介电系数有变化，间隙335可以做得更大或更小，以保持恒定的差分阻抗特性。例如，如图2B所示，随着触头302穿过引线架壳体(图2B未示出)，触头302可以隔开间隙345，它们可以具有不同于空气的介电系数。因此，间隙345可以大于间隙335，以便随着触头302穿过引线架壳体306而保持恒定的差分阻抗特性。
图2C示出了从插塞连接器300的前面看的一种触头结构，其中各边缘耦合的差分信号对成线性阵列布置。如上所述，连接器300也可以具有宽边耦合的触头结构。另外，触头302可以包括凸的(例如，具有矩形配合或中间部分截面的刀片状)和/或凹的(例如音叉形)配合端。如图2C所示，连接器300可以包括成行布置的边缘耦合的差分信号对。例如，行304可以包括差分信号对S1，S2，S3，S4，它们可以分别包括信号触头S1+和S1-、S2+和S2-、S3+和S3-、以及S4+和S4-。与行304垂直的列365可以包括差分信号对S1、S5、S9、S13。行304、350、355和360可以包括总共十六个差分信号对。应该意识到，连接器300可以包括任何数量和/或类型的触头(例如差分信号对、单端触头、接地触头等)，且可以布置成不同尺寸的行和/或列。
触头302可以具有宽度w1和高度h1，高度h1可以小于宽度w1。触头对可以具有列内间距c1和行内间距r1。一个差分信号对中的触头302可以隔开宽度为x1的间隙。如图2C所示，触头阵列可以不具有接地触头。在不具有接地触头时，可通过使相邻的差分信号对(例如S1和S2)隔开的距离大于x1而减少串扰。例如，当每个差分对中的触头之间的距离为x1时，使一行中相邻差分对之间隔开的距离可以为x1+y1，其中x1+y1/x1>>1。
图2D示出了一种触头结构，其中边缘耦合的差分信号对的相邻线性行彼此偏移。使电触头的相邻行或列偏移可以减少串扰。电触头的相邻行或列的偏移量可以从触头302的边缘到相邻行或列中相应触头302的同一边缘来测量。例如，如图2D所示，触头302的行304可以从触头302的相邻行350偏移一个偏移距离d1。偏移距离d1可以变化，直到得到相邻触头302之间的最佳串扰值。
也可以通过使列内间距c1和间隙宽度x1之间的比率改变来减少串扰。例如，更小的间隙宽度x1和/或更大的列内间距c1可以减少相邻触头302之间的串扰。例如，更小的间隙宽度x1可以降低触头302之间的阻抗。另外，更大的列内间距c1可以增加连接器300的尺寸。此外，也可以利用更小比率(例如更大的间隙宽度x1和/或更小的列内间距c1)通过使相邻行的触头302偏移一个偏移距离d1来得到可接受的串扰水平。
图3A为不具有引线架壳体的连接器310的透视图。如图3A所示，触头312可以具有配合接口部分370，其容纳于引线架壳体(在图3A中未示出)中。例如，配合接口部分370可以包括插座，其具有多个叉齿，所述叉齿用于容纳头部销形触头302的配合端340(见图2A)。触头312可以包括导引部分380，其从配合接口部分370延伸，并与可以为子卡的电路板330相连。触头312的各导引部分380可以隔开间隙375。
连接器310可以为直角连接器。因此，导引部分380可以限定至少一个角度，从而连接器310可以连接两个或更多个电器件，它们具有彼此大体垂直的连接表面，例如电路板320和330。连接器310也可以包括多个差分信号对。例如，连接器310可以包括信号触头S1’+和S1’-，它们形成差分信号对S1’。差分信号对中的触头312可以具有导引部分380，它们在一行的方向上以宽边耦合，并且长度相等。因此，差分信号对中的触头之间和相同行中触头312之间的信号失真可以最小化。
每个差分信号对可以具有差分阻抗，其可以是在沿一差分信号对(例如S1’+和S1’-)长度的特定点处存在于该差分信号对中的触头312之间的阻抗。通常需要控制差分阻抗，以与连接器310要连接的电器件的阻抗相匹配。使阻抗匹配可以使信号偏差和/或系统共振最小化，它们都可能限制整个系统的带宽。另外，需要控制差分阻抗从而使其沿差分信号对的长度充分恒定。差分信号对中的触头312之间的差分阻抗可能受到一些因素的影响，例如间隙375的尺寸、和/或间隙375中的物质或材料的介电系数。
因此，如果间隙375及其介电系数沿触头312的长度保持恒定的话，差分信号对中的触头312之间的差分阻抗可以保持恒定。但是，当两个连接器要彼此配合时，连接器300内的触头302之间以及连接器310内的触头312之间的间隙宽度和/或介电系数的任何差异可能导致非均匀阻抗特性。因此，连接器310内的触头312(例如S1’+和S1’-)之间以及连接器300内的触头302(例如S1+和S1-)之间的间隙宽度和介电系数可以大体相同。
图3B为从宽边耦合的触头对312延伸的宽边到边缘耦合的配合接口的局部透视图。特别地，图3B示出了差分信号对中触头312的配合接口部分370。配合接口部分370可以隔开间隙393，并具有远端386，远端设在与导引部分380相反的端部。配合接口部分370和导引部分380之间的过渡可以限定出半径387。即，每个配合接口部分370可以朝向或远离该对中的另一接口部分370而行进。因此，一对中配合接口部分370之间的间隙393可以大于、等于、或小于形成该对的导引部分380之间的间隙375(见图3A)。
配合接口部分370也可以包括叉齿388，其可以限定与由导引部分380限定的平面平行的的平面。另外，叉齿388可以限定与由连接器300中触头302的配合端340(见图2A)限定的平面垂直的平面。叉齿388可以限定槽389，其用于容纳连接器300中触头302的配合端340。槽389的封闭端可以限定半径390。
每个配合接口部分370还可以包括突起391，其可从叉齿388延伸到槽389中。每个配合接口部分370的各突起391可以限定间隙399。应该理解的是，配合接口部分370具有某种弯曲能力。因此，当配合接口部分370不与配合端340接合时槽399可以小于配合端340的高度h1，而当配合接口部分370容纳配合端340时其可以被加大。因此，每个突起可以抵着配合端340的每个相反侧而施加一个力，从而使配合接口部分370与连接器300中触头302的配合端340机械相连并电耦合。突起391和远端386可以通过倾斜边缘392相连，其可以用作引导件，便于在配合接口部分370和触头302的配合端340之间进行连接。
图3C示出了从连接器310的表面看的一种连接结构，其中宽边耦合的差分信号对以线性阵列布置。如上所述，连接器310可具有边缘耦合的触头结构。另外，连接器312可包括凸的(例如刀片形)和/或凹的(叉齿形)配合端。如图3C所示，连接器310可包括成行以宽边耦合的差分信号对。例如，一行394可包括差分信号对S4’、S3’、S2’、S1’，其分别包括信号触头S4’+和S4’-、S3’+和S3’-、S2’+和S2’-、S1’+和S1’-。与行394垂直的列398可包括差分信号对S4’、S8’、S12’、S16’。行394、395、396和397示出了十六个示例性差分信号对。应该意识到，连接器310包括任何数量和/或类型的触头(例如差分信号对、单端触头、接地触头等)并或以以不同尺寸的行和/或列布置。
触头312可具有宽度w2和高度h2，高度h2大于宽度w2。触头对可具有列内间距c2和行内间距r2。差分信号对中的触头312可隔开间隙宽度x2。应该意识到，连接器310中的尺寸中的一个或多个可等于连接器300中的尺寸。例如，连接器310中的列内间距c2和行内间距r2可等于连接器300中的列内间距c1和行内间距r1。
如图3C所示，触头阵列可以不具有接地触头。在不具有接地触头时，可通过使相邻差分信号对(例如S4’和S3’)隔开大于x2的距离来减小串扰。例如，当每个差动对中触头312之间的距离为x2时，隔开一行中相邻差动对的距离可以为x2+y2，其中x2+y2/x2>>1。
图3D示出了一种触头结构，其中，宽边耦合的差分信号对的相邻线性行彼此偏移。信号触头的相邻行或列的偏移可减小串扰。触头312的相邻行或列之间的偏移量可以从触头312的边缘到相邻行或列中相应触头312的相同边缘来测量。例如，如图3D所示，触头312的行394可从触头312的相邻行395偏移一个偏移距离d2。该偏移距离d2可以变化，直到得到相邻触头312之间的串扰最佳值。应该意识到的是，该偏移距离d2可以等于偏移距离d1。
也可以通过改变列内间距c2和间隙宽度x2之间的比率来减小串扰。例如，更小的间隙宽度x2和/或更大的列内间距c2可减小相邻触头312之间的串扰。例如，更小的间隙宽度x2可减小触头312之间的阻抗。另外，更大的列内间距c2可增加连接器310的尺寸。此外，可通过使触头312的相邻行偏移一个偏移距离d2利用更小比率(即更大的间隙宽度x2和/或更小列内间距c2)来得到可接受的串扰水平。
图4A和4B为用于根据一个实施例的连接器系统的宽边到边缘耦合的接口的透视图。如图4A所示，连接器300和310与电路板320和330电性相连。具体为，图4B示出了连接器300中的触头302与连接器310中的触头312的宽边到边缘耦合。另外，差分信号对中的触头302可隔开间隙335且相应差分信号对中的触头312可隔开间隙375。如上所述，有利的是保持沿每个信号对长度的恒定差分阻抗特性。因此，间隙335和375的介电系数和宽度可以大体相等。

Claims (16)

1.一种电连接器，包括：
第一对电触头，所述第一对电触头中的每一个包括第一边缘和第一宽边；
第二对电触头，其与所述第一对电触头配合，所述第二对电触头中的每一个都包括第二边缘和第二宽边；
其中所述第一对电触头被第一边缘对第一边缘地定位，而所述第二对电触头被第二宽边对第二宽边地定位，
其中所述第一对电触头为差分信号对。
2.根据权利要求1所述的电连接器，其特征在于，所述第一对电触头彼此间紧密地以边缘电耦合。
3.根据权利要求1所述的电连接器，其特征在于，所述第一对电触头具有零失真。
4.根据权利要求1所述的电连接器，其特征在于，所述第二对电触头为差分信号对。
5.根据权利要求1所述的电连接器，其特征在于，所述第二对电触头彼此间紧密地以宽边电耦合。
6.根据权利要求1所述的电连接器，其特征在于，所述第二对电触头具有零失真。
7.根据权利要求4所述的电连接器，其特征在于，所述电连接器不具有屏蔽，并且在100微微秒的差分信号上升时间下具有不大于6％的多元最大串扰。
8.根据权利要求4所述的电连接器，其特征在于，所述电连接器不具有屏蔽，并且在40微微秒的差分信号上升时间下具有不大于6％的多元最大串扰。 
9.根据权利要求1所述的电连接器，其特征在于，所述电连接器为直角连接器。
10.根据权利要求1所述的电连接器，其特征在于，所述电连接器为夹层型连接器。
11.根据权利要求1所述的电连接器，其特征在于，所述第一对电触头和所述第二对电触头每个都包括被空气围绕的配合端。
12.根据权利要求4所述的电连接器，其特征在于，还包括：与第一对电触头相邻定位的第三对电接地触头，所述第三对电接地触头中的每个都包括第三边缘和第三宽边,
与所述第三对电接地触头配合并与所述第二对电触头相邻定位的第四对电接地触头，所述第四对电接地触头中的每个都包括第四边缘和第四宽边；
其中所述第三对电接地触头被第三边缘到第三边缘地定位，而所述第四对电接地触头被第四宽边到第四宽边地定位。
13.根据权利要求12所述的电连接器，其特征在于，所述电连接器不具有屏蔽，并且在100微微秒的差分信号上升时间下具有不大于6％的多元最大串扰。
14.根据权利要求12所述的电连接器，其特征在于，所述电连接器不具有屏蔽，并且在40微微秒的差分信号上升时间下具有不大于6％的多元最大串扰。
15.根据权利要求12所述的电连接器，其特征在于，所述第一对电触头具有零失真。
16.根据权利要求12所述的电连接器，其特征在于，所述第二对电触头具有零失真。 
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