CN102176584A - 用于减少电接头中的串扰的方法和装置 - Google Patents
用于减少电接头中的串扰的方法和装置 Download PDFInfo
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Abstract
公开了一种具有改进的串扰补偿特征的通信插座(200)。在一个实施例中,插座被配置成容纳插头以形成通信连接,并包括例如由设置在插座中的金属悬臂梁构成的插座触头,其中每个触头包括第一表面和第二表面。插头被容纳在插座中之后,插头触头与插座触头的第一表面形成界面。插座还包括连接于两对插座触头之间以补偿近端串扰的第一电容耦合(230、232),第一电容耦合沿插头触头与插座触头形成界面之处附近的第二表面连接于多对插座触头。还阐述了远端串扰补偿方案。
Description
本申请是申请号为200910146159.3的中国发明专利申请的分案申请,该申请是国际申请号为PCT/US2005/004705,国际申请日为2005年2月11日,进入中国国家阶段的申请号为200580004946.4,名称为“用于减少电接头中的串扰的方法和装置”的发明专利申请的分案申请。
相关申请
本申请要求于2004年2月12日提交的序列号为60/544050的美国临时申请、于2004年3月31日提交的序列号为60/558019的美国临时申请、以及于2004年4月6日提交的序列号为60/559867的美国临时申请的优先权,这些申请通过引用全部结合于此。
技术领域
本发明涉及电接头,尤其涉及利用补偿技术减少由接头组件的插头和插座的结合而产生的净串扰的模块化通信接头。
背景技术
随着工作场所中计算机和网络装置数量的增加,包括局域网(LAN)和广域网(WAN)的计算机网络变得越来越流行。这些计算机网络利用数据通信电缆和电接头在连接到网络的各个组件之间传输信息。电接头一般被配置成包括可连接到安装在墙上的插座的插头,或被配置成集成在面板或其它电信设备中。插座通常包括容纳用来与插头的相应导线接触的间隔紧密的平行触头阵列的壳体。RJ45插头和插座接头组件是业内公知的具有间隔紧密触头的标准接头组件。
近几年来,计算机网络技术的进步已促使数据通过网络传输的速率相应增加。传统接头已被用来传输低频数据信号而不会有明显的串扰问题。然而,当这些接头被用来传输高频率数据信号时,接头中产生的串扰急剧地增加。该串扰主要是由于插座和/或插头内的间隔紧密的平行导线之间的电电容和电感耦合。
已对电接头的设计作了各种各样的改进,以减少接头内发生的串扰。共同转让给Panduit公司的美国专利No.6305950公开了一个示例。这种接头使用特定的导线配置、连同包含电容的多层印刷电路板,以实现串扰影响的减少。然而,由于高电平串扰在极高频信号速率下在该接头的插头中发生,可由电容获得的调谐效应仍然难以实现。这样,仍然需要进一步改进接头设计以解决这些问题并提供经改进的串扰性能。
附图说明
图1是体现本发明原理的接头组件的立体图;
图2是减少图1接头组件的串扰的补偿技术的示意图;
图3是图1接头组件的NEXT(近端串扰)示意矢量图;
图4是图1接头组件的FEXT(远端串扰)示意矢量图;
图5是体现本发明原理的电插座的立体图;
图6是图5电插座的分解图;
图7是沿图5线A-A剖切的图5电插座的截面图;
图8是图5电插座的印刷电路板的平面图;
图9是图5电插座的另一印刷电路板的平面图;
图10是沿图9线A-A剖切的图9印刷电路板的截面图;
图11是沿图9线B-B剖切的图9印刷电路板的截面图;
图12是体现本发明原理的另一电插座的立体分解图;
图13是沿图12线B-B剖切的图12电插座的截面图;
图14是柔性电路电容器的一个实施例的立体图;
图15是连接于插座触头的柔性电路电容器的仰视图,以未成形状态表示;
图16是图14柔性电路电容器的俯视图;
图17是沿图16线C-C剖切的截面图;
图18是沿图16线D-D剖切的截面图;
图19是沿图16线E-E剖切的截面图;
图20是柔性电路电容器的另一实施例的立体图;
图21是图20的柔性电路电容器的顶视图;
图22是沿图21线F-F剖切的截面图;
图23是沿图21线G-G剖切的截面图;
图24是沿图21线H-H剖切的截面图;
图25-27分别为沿图21线F-F、G-G和H-H剖切的截面图,它们示出与触头相连的柔性电路电容器;
图28是根据本发明一个实施例的柔性电路电容器的立体图;
图29是图28柔性电路电容器的俯视图;
图30是沿图29线I-I剖切的截面图;
图31是沿图29线J-J剖切的截面图;
图32是沿图29线K-K剖切的截面图;
图33-35是示出连接于插座触头的焊接铆钉的柔性电容器的截面图;
图36是根据本发明一个实施例的插座触头电容器的立体图;
图37是具有弯曲触片的插座触头电容器的立体图;
图38是图36插座触头电容器的侧视图;
图39是沿图38线L-L剖切的截面图;
图40是图36插座触头电容器的侧向局部剖视图;
图41是安装于推板中非匹配位置的插座触头的触头电容器的侧向局部剖视图;
图42是安装于图41推板中的插座触头的触头电容器的侧向局部剖视图,其中插座触头处于匹配位置;
图43是根据本发明一个实施例的插座触头电容器的立体图;
图44是图43插座触头电容器的俯视图;
图45是沿图44线M-M剖切的截面图;
图46是沿图44线N-N剖切的截面图;
图47是沿图44线O-O剖切的截面图;
图48是连接于插座触头的插座触头电容器的俯视图;
图49是连接于插座触头的插座触头电容器的侧视图;
图50是连接于插座触头的插座触头电容器的后视图;
图51是连接于推板中非匹配位置的插座触头的插座触头电容器的侧向局部剖视图;
图52是连接于推板中匹配位置的插座触头的插座触头电容器的侧向局部剖视图;
图53a是示出安装于插座触头的本发明一个实施例的插座触头电容器的立体图;
图53b是示出根据本发明一个实施例的插座触头电容器的立体图;
图54是图53b的细节“P”的详细视图;
图55是示出与安装于推板的插座触头连接的插座触头电容器的侧向局部剖视图;
图56是根据图53a的实施例的插座-和-电容组件的后视图;
图57是连接于插座触头的插座触头电容器的粘合区的侧向局部剖视图;
图58是根据本发明一个实施例的柔性电路的立体图;
图59是根据本发明一个实施例的柔性分路器的侧视图;
图60是图59柔性分路器的侧视图;
图61是安装在插座触头和印刷电路板之间的柔性分路器的侧视图;
图62是沿图59线Q-Q剖切的截面图;
图63是根据本发明一个实施例的柔性电路电容器的立体图;
图64是图63的细节“R”的详细视图;
图65是图63柔性电路电容器的俯视图;
图66是图64柔性电路电容的侧视图;
图67是图63的连接于插座触头的柔性电路电容器的立体图;
图68是图63的连接于插座触头的柔性电路电容器的立体图;
图69是图63的连接于插座触头的柔性电路电容器的侧视图;
图70是图63的连接于插座触头的柔性电路电容器的后视图;
图71是示出图63的柔性电路电容器中的电容板的交叠的端视图;
图72是示出图63的柔性电路电容器中的电容板的交叠的平面图;
图73是根据本发明一个实施例的柔性印刷电路的立体图;
图74是图73柔性印刷电路的平面图;
图75是沿图74线S-S剖切的截面图;
图76是沿图74线T-T剖切的截面图;
图77-80分别为示出与8-导线插座的第一、第二、第三和第五导线相连的导电路径的平面图;
图81-84是逐步示出图73柔性印刷电路的导电路径的立体图;
图85是示出根据本发明一个实施例的介电层的立体图;
图86是示出图73柔性印刷电路中的导电路径的平面图;
图87是沿图86线U-U剖切的截面图;
图88是沿图86线V-V剖切的截面图;
图89是根据本发明一个实施例的柔性电路电容器的立体图;
图90是图89柔性电路电容器的俯视图;
图91是沿图90线W-W剖切的截面图;
图92是沿图90线X-X剖切的截面图;
图93是沿图90线Y-Y剖切的截面图;
图94是图89柔性电路电容器的侧视图,其中示出连接于插座触头的铆钉;
图95是图89柔性电路电容器的侧视图,其中示出粘结于插座触头的粘合区;
图96是根据本发明一个实施例的NEXT补偿电容器电路的立体图;
图97是图96的NEXT补偿电容器电路的导电板的平面图;
图98是沿图97视线“Z”的端视图;
图99-104是图96的NEXT补偿电容器电路的内部的平面图,其中示出导电板的形状;
图105是根据本发明一个实施例的柔性印刷电路的平面图;
图106是沿图105线AA-AA剖切的截面图;
图107-109是示出图105的柔性印刷电路的连续层的立体图;
图110是示出图105的柔性印刷电路的侧向局部剖视图,其中柔性印刷电路安装在插座内,插座触头处于非匹配位置;
图111是示出图105的柔性印刷电路的侧向局部剖视图,其中柔性印刷电路安装在插座内,插座触头处于匹配位置;
图112是根据本发明另一实施例的柔性印刷电路的平面图;
图113是根据本发明一个实施例的柔性PCB的立体图;
图114是图113柔性PCB的侧视图;
图115是图113柔性PCB的主视图;
图116是图113柔性PCB的另一主视图,其中示出了导电路径;
图117是朝向图116线A/A的端视图;以及
图118-121是示出图113柔性PCB的主视图,其中分别示出与8-导线插座的第五、第三、第六和第四导线相关联的电容板。
具体实施方式
在详细阐述诸实施例之前,应当理解本发明并不局限于附图和说明书中所述的诸部件的结构和配置细节的应用或使用。可以理解,本发明说明性实施例可实现于或结合于其它实施例、变体和更改中,并且可用各种方法实践或实现。此外,除非另有说明,本文使用的术语和表达是为了描述本发明的示例性实施例以便读者理解而选择的,而不旨在构成限制。
现在参阅附图,更具体地参看图1,示出了一种通信接头组件100。该通信接头组件100包括一种根据本发明诸原理用来减少净串扰的补偿技术。如图1所示,通信接头组件100包括可连接于插座104的插头102。插座104包括壳体106和托架部分以容纳印刷电路板(未示出)。插座104的壳体106容纳一个间隔紧密的平行触头阵列,用以接触插头102的相应触头。当通过通信接头组件100传输电信号时,在接头组件内发生串扰。
由于插头102和插座104内间隔紧密的平行导线,串扰主要在接头组件中产生。一般来说,串扰是从一个电路对耦合至另一电路对的非期望信号的测量。已开发了串扰的若干种不同测量以解决在通信接头组件中发生的问题。近端串扰(NEXT)是不同电路对中以与干扰信号相反方向行进的串扰的测量。NEXT可根据下列等式计算:NEXT=因(电容耦合(C)+电感耦合(L))产生的信号电压。远端串扰(FEXT)是不同电路对中以与干扰信号相同的方向行进的串扰的测量。FEXT可根据下列等式计算:FEXT=因(电容耦合(C)-电感耦合(L))产生的信号电压。对接头内串扰的原理的进一步说明在美国专利No.5997358(“358专利”)中公开,该专利通过引用结合于此。
在电缆连接到插头以及电缆连接到插座的插头/插座组合中的所有信号载流导线之间存在分布式电感和电容耦合。另外,在远离上述导线并电气连接于上述导线的任何导电材料之间、以及在导电材料和上述导线之间存在电容耦合。
图2中示意性地示出较佳实施例如何工作的主要耦合;
插头主要是分布式的电感和电容耦合。
NEXT补偿区是远端电容耦合。
插座触头主要是分布式的电感和电容耦合。
NEXT串扰区是远端电容耦合。
NEXT串扰区是分布式的电感和电容耦合与远端电容耦合的结合。
分布式耦合和远端耦合之间的区别因为它们对NEXT和FEXT的不同效应而是重要的。
NEXT是从任一耦合反射回连接到插头的电缆的反射信号。NEXT的每个元件的相位角取决于所述电缆连接到/离所述元件的距离。
FEXT是从任一耦合行进至连接到插座的电缆的信号。因此,来自分布式耦合的所有这些信号不管其位置如何均同相。然而,来自每个远端耦合的信号的相位角取决于远端耦合到/离对载流导线的距离。
在所述实施例中,导线3、6形成一个导线对而导线4、5形成另一个导线对。可以理解,可在不背离本发明精神和范围的情况下利用不同的导线对组合和其它导线对。
接头组件100的补偿方案包括NEXT补偿方案和FEXT补偿方案。NEXT补偿方案最好包括FEXT补偿区和NEXT串扰区。NEXT补偿方案在所选定的空频率下将插头和插座的NEXT有效地减少为零。图3是根据本发明的在两个导线对3、6和4、5上实现的NEXT补偿方案的矢量表征。
如图3所示,接头组件100的插头102将不良NEXT引入到接头组件100的电路对上。插头102不良的NEXT包括来自电感耦合的电感分量(Lp)以及来自电容耦合的电容分量(Cp)。为了减少插头102的不良NEXT,接头组件100的NEXT补偿区将来自电容耦合(C2)的补偿分量引入到接头的电路对上。
电容耦合(C2)的大小最好大于插头耦合的大小(Cp+Lp),但具有相反极性。在本实施例中,电容耦合(C2)的大小接近插座104的不良耦合大小的两倍。结果NEXT的大小取决于插头耦合与电容耦合(C2)之间相位角的大小。该相位角越大,所产生的NEXT越大。因此期望使该相位角最小化。该相位角与插头的串扰耦合的有效中心和NEXT补偿区的有效中心之间的距离成比例。
如图3所示,NEXT补偿区将电容补偿耦合(C2)引入到插座的电路对上以减少插头的不良NEXT。如下进一步所述,可通过将电容器连接于在插座104触头和插头102触头的电气界面110之上或附近但在其反面的选定插座触点之间,而在插座104上实现NEXT补偿区。结果,插头的不良NEXT与由NEXT补偿区引入的补偿分量之间的相位角被最小化。NEXT串扰区的电容器连接于在插座触头和插头触头的电气界面110上或附近的电路路径3和5与4和6之间。
再参看图3,接头组件100的插头触头将耦合引入到接头组件的电路对上。插座触头的耦合包括电感分量(L1)和电容分量(C1)。
NEXT串扰耦合(C3)的极性与插头102的耦合相同,但与电容补偿耦合(C2)的极性相反。NEXT串扰区位于与NEXT补偿区成空频率上特定相位角之处。在较佳实施例中,由于插头耦合与NEXT补偿区的电容耦合(C2)之间的相位角相对较小,NEXT补偿区的电容耦合(C2)与NEXT串扰区的电容耦合(C3)之间的相位角相对较小。为了获得这些电容耦合之间相对较小的相位角,在NEXT补偿区和NEXT串扰区之间的插座触头部分的长度相对较小。本文中公开的较佳实施例使该长度最小化,尽量可行地用空气分隔它们,并且仍然在插座触头和所安装插头触头之间提供足够的力。
如图2所示,NEXT串扰区将串扰耦合(C3)引入到接头的电路路径上。NEXT串扰区最好位于与连接到插头的电缆成空频率上特定相位角之处。如下进一步所述,例如,通过将电容器连接于接头组件100的印刷电路板(PCB)的输入端之间,可在插头104中实现NEXT串扰区。应当理解,这些电容可在NEXT补偿区电容所连接的相同位置处连接于插座104触头之间。然而,它们可连接于不同导线之间以反转极性,并且从连接点到NEXT串扰区电容器的导线长度应当大于从连接点到NEXT补偿区电容器的导线长度。
NEXT串扰区电容器还可连接于插头/插座接触界面和连接到插座的电缆之间的插座触头。如图2所示,通过其引线连接于PCB输入端的电路路径3、4和5、6之间的电容器,引入NEXT串扰区的串扰耦合(C3)。
如下进一步所述,FEXT串扰区包括串扰耦合(Cc)和补偿耦合(LFCZ和CL)。补偿耦合(LFCZ和CL)的有效中心和FEXT串扰区的串扰耦合(Cc)的有效中心的位置最好是等距的,并且距离插头和插座的电气界面的相位角位移是相等的。由FEXT串扰区中的电容耦合所产生的NEXT分量是由Cc和CL产生的,并且这些耦合的净值为等于Cc-CL的的CFCZ。FEXT串扰区中的电感补偿耦合最好大小相等,并且与串扰分量(CFCZ)极性相反。结果,由于NEXT耦合等于C+L,两个分量(LFCZ)和(CFCZ)彼此抵消,并因此FEXT串扰区对NEXT具有很少的作用或者根本没有作用。
参看图4,对规范插头,耦合C和L均产生示为负(-)的串扰。
在这种插座设计中,插座触头具有均产生串扰并且均为负(-)的耦合C和L。
如前所述,NEXT等于因耦合C+L产生的信号电压,而FEXT等于因耦合C-L产生的信号电压。
因此,相比对NEXT的效应而言,插头和插座触头产生的净耦合效应对FEXT的效应大为减少。由于各种耦合的合成效应在最小化NEXT中极为成功,相同的耦合产生过量的FEXT。
然而,尽管FEXT串扰区的净效应在NEXT上为零,但它具有减少FEXT的有利效果。
在所阐述的本实施例的示例中,FEXT串扰区的净电容耦合为CFCZ并且它是串扰、并具有负(-)号。
FEXT串扰区的电感耦合为LFCZ,并且它是补偿并具有正号(+)。
影响NEXT的耦合=CFCZ+LFCZ=-.944pF+.948pF*=0
影响FEXT的耦合=CFCZ-LFCZ=-.944Pf-.948pF*=1.892pF
*pF等效于LFCZ的nH
FEXT串扰区对FEXT的净效应的大小已被推导为近似等于插头和插座触头对FEXT的净效应相比对NEXT效应的效应损失。
在产生FEXT时,各元件之间的相位角位移等于从信号路径到元件的距离(相角位移中的)的两倍。在该实施例中,这些相位角相对较小,并且因此FEXT相对较小。
FEXT串扰区的电感耦合部分LFCZ由PCB上相邻的载流导线产生。这不是设计目的,但这些导线除电感耦合外还产生最小量的电容耦合。这两种耦合的极性与插头中耦合相反并被指定为正。该电容耦合被表示为CL。
FEXT串扰区的主要电容耦合部分是由作为PCB的集成部分并通过导线连接到上述电感耦合部分中的载流导线的电容板产生的。连接导线连接于选定位置,并具有选定长度以保证离插头/插座接触界面的相位角位移对LFCZ和LFCZ而言是相等的。
该电容耦合表示为Cc。
Cc的大小使Cc-CL=CFCZ=等同于以pF表示的LFCZ的大小。
参见图2,FEXT是从任一耦合行进至连接到插头的电缆的信号。因此,不管处于什么位置,来自分布式耦合的所有这些信号同相。然而,来自各远端耦合的信号的相位角取决于远端耦合到/离载流导线的距离。
再参看图4,与图3相比,净插头矢量的大小减小。净插座触头矢量的大小减小。FEXT串扰区的三个分量合计不再为零。它们现在是有效的。
参看图4,所有的分布式耦合彼此同相,并且所有远端耦合具有滞后于分布式耦合的的相位角。
可通过在电路路径之间连接选定大小的电容、并在相邻电路路径之间产生互感而在插座的印刷电路板中实现FEXT串扰区。通过将电路路径3、5放置成彼此间距为一选定距离并将电路路径4、6放置成彼此间距为一选定距离,而在印刷电路板上产生FEXT串扰区的电感耦合。如图8所示,电容器距离印刷电路板的输入端一选定距离而连接于对3、6和4、5之间。
由FEXT串扰区产生的NEXT如上所述是自相抵消。对FEXT的耦合效应由分布耦合与远端耦合以相同方式确定,而不管它们沿信号路径的位置如何。因此,可将FEXT串扰区定位在离NEXT补偿区任何适当距离处,而不会使NEXT或FEXT性能降低。
插头是必须使用的规范插头,并且它包含电感和电容耦合。
触头被设计成长度较短并且在机械上牢固。结果是它们包含电感和电容串扰耦合。可设计更长和更复杂的触头以使其具有最小的电感耦合或电感补偿耦合,但是这样的复杂设计并不会提高本发明的优越结果。
NEXT补偿区设计提供从插头/插座触头的接口到NEXT补偿区的有效中心的最小相位角变化。由于具有电感耦合的单纯替换设计会增加相位角的改变,NEXT补偿区耦合是全电容的。NEXT补偿区设计允许最小NEXT实现,并且它是本发明的最重要元素之一。
NEXT串扰区仅提供电容耦合。由于它提供所需平衡以最小化NEXT并且不具有对FEXT的不利效应,这是最佳设计。
以上设计的结果是:
它提供最小NEXT;以及
它提供相对较大的FEXT。
这种组合产生了一个问题,然而FEXT串扰区的添加解决了这个问题,因为它对NEXT无效,而对FEXT极为有效。
FEXT串扰区也是本发明的最重要元素之一,并且与唯一补偿区相结合,这种结合产生非常重要的技术效果。
本文所提供的FEXT串扰区设计参数导致相对较小的FEXT;然而,可考虑通过改变设计参数来减少FEXT。
一个示例是通过将导线3置于导线5上而非与之相邻、并且将导线6置于导线4上而非与之相邻,从而使CL增加。随着CL的增加,Cc必然增加。由于Cc的相位角离NEXT补偿区C2比Cc更接近180°,因此能减小FEXT。
另一个示例是增加导线3、5和4、6的长度,并将这些导线分开以保持LFCZ相同。由于Cc必须位于FEXT串扰区的中心,从电流路径到远端Cc的距离必然增加,并且这将改变其相位角使之最佳。
在一个实施例中,由接头组件实现的该补偿方案的分量参数提供如下:
插头:
Cp+Lp=等效于-1.472pF
Cp-Lp=等效于-0.111pF
其中Lp是标准插头的电感耦合,而Cp是标准插头的电容耦合。
插座触头:
Cp+Lp=等效于-0.791pF
Cp-Lp=等效于-0.071Pf
其中L1是插座触头的电感耦合,而C1是插座触头的电容耦合。
NEXT补偿区:
如果在500MHz空频率处忽略插座触头的影响,则C2=2.872pF;然而,通过对插座触头的调整:
C2=3.574pF
其中C2是NEXT补偿区的电容耦合。
NEXT串扰区:
C3=-1.472pF
其中C3是NEXT串扰区的电容耦合。
FEXT串扰区:
CFCZ=-0.944pF
-LFCZ=+1.741nH=等效于+.944pF
Cc=-1.138pF
-CL=+0.194pF
其中,LFCZ是FEXT串扰区的电感耦合;
CFCZ是FEXT串扰区电容器的净电容耦合;
CFCZ=Cc-CL
CL是NEXT串扰区电感耦合导线的电容耦合;以及
Cc是FEXT串扰区电容器的电容耦合。
如本领域技术人员所理解的,补偿方案的分量值的大小可在其初始确定值附近变化,用于微调。尽管本实施例应用于接头组件的对3、6和4、5,但可以理解本文所述的原理可适用于电接头的其它对组合,例如插座。
现在参看图5-7,示出了根据本发明的实现补偿方案以减少串扰的电接头。电接头最好为插座200。插座200最小化相位角迟延,以通过在将不良串扰藉由匹配插头(未示出)引入到插座时将串扰补偿引入到插头/插座接触界面处而将其引入。
如图5-7所示,插座200包括限定插座容纳开口204、PCB和导线承载推板206以及导线防护盖208的壳体202。在所述实施例中,插座200是根据导线对行业标准(即导线4和5构成对1、导线3和6构成对2、导线1和2构成对3而导线7和8构成对4)的8触头型(即4个绞线对)接头配置。插座也可预期是其它类型的适当的插座或接头。
插座200的触头托架206包括印刷电路板(PCB)201和多个触头220。触头220各具有第一端部222,它固定地连接于印刷电路板210和第二自由端部224。各触头220还具有在其第一和第二端部222、224之间延伸的触头部分226。当将插头插入壳体202的开口204时,接头200的触头部分226与插头的触头形成电气接触。
如上所述,插头在触头220和插头的电气界面处的插座导线上引入不良NEXT。作为插头的不良NEXT的部分补偿,插座200在所述电气界面处引入电容补偿耦合(C2)。如图6和图7所示,NEXT补偿区的电容补偿耦合(C2)较佳地由柔性印刷电路电容器230、232提供,它们用柔性臂连接于触头220的触头部分226的下侧。
在所述实施例中,电容器230和232横跨触头220相连,触头220连接到导线对1(导线3和5)以及导线对2(导线4和6)。电容器230和232通过将柔性印刷电路电容板电气连接于相应触头220来安装。可以理解,电容器可由任何适当电容元件来实现。由于电容补偿部分(C2)连接于所述插头/插座接触界面、并且由于从所述插头/插座接触界面到电容有效中心的距离被最小化,插头的不良NEXT和NEXT补偿耦合(C2)之间的相位角被最小化。
现在参看图8,示出了插座200的印刷电路板210中电路导线或迹线的较佳布局。印刷电路板210具有前部250和后部252。前部250包括多个标为1-8的前部端子260,而印刷电路板210的后部252包括多个标为1-8的后部端子262。为便于说明,在图中仅示出在前部端子260(标为3-6)以及后部252上的后部端子262(标为3-6)之间的电路路径。如图6所示,绝缘位移触头(IDC)被安装于各后部端子262。IDC 270通过印刷电路板210上的电路路径电气连接到前部端子260。
根据’358专利的示教,插座200在NEXT串扰区处接头的电路路径上的特定位置引入串扰或反补偿耦合(C3)。如图8所示,插座200的NEXT串扰区的电容补偿分量C3由电容器280和282引入。
电容器280和282分别横跨插座200的印刷电路板210的前部端子3、4和后部端子5、6相连,并最好由平行导电板构成。可以理解,电容器280和282可以是诸如电容器的分立元件,或者是任何其它适当电容元件。例如,电容器可在电路板的同一层或不同层上构成,并且电容器的形状或类型可改变。
插座200的印刷电路板210实现FEXT串扰方案或FEXT区,以减少或抵消插头/插座组合的FEXT。
FEXT补偿方案将串扰电容耦合(Cc)以及电感和电容补偿耦合(LFCZ和CL)引入到印刷电路板210的电路路径上。FEXT串扰区的电容补偿耦合Cc由电容器290、292引入,并且补偿耦合(LFCZ和CL)通过将载流电路路径彼此靠近地定位而产生。注意,可调整迹线的厚度或横截面尺寸以及导线和迹线之间的距离或间距以获得所需耦合。
如图8所示,电容器290和292在插座200的印刷电路板210的前部端子附近分别横跨端子3、5和4、6地相连。每个电容器290、292最好由平行导电板构成,但也可由其它合适的电容元件实现。
补偿耦合(LFCZ和CL)的有效中心以及串扰区的电容串扰耦合(Cc)的有效中心的位置最好等距,并且离插头和插座的电气界面的相位角移动相等。
应注意,电感补偿耦合(LFCZ)的产生引入具有与电感耦合LFCZ相同极性的电容耦合(CL)。然而,补偿耦合(Cc)的大小被设计成在产生NEXT时能抵消CL耦合以及电感耦合(LFCZ)。CFCZ=Cc-CL。结果,补偿耦合(LFCZ和CL)较佳地大小相等,并对串扰分量(Cc)具有相反极性。因此,两个分量(LFCZ)和(CFCZ)可在NEXT产生时各自抵消。
IDC被设计成使它们对NEXT和FEXT的效应最小。它们的效应可被忽略。
图8中示出的布局在补偿前向FEXT时是有效的,而不会对前向NEXT产生不利影响(即当从连接于插头的电缆接收到驱动信号时观察到的NEXT)。由于补偿耦合(LFCZ和CL)的有效中心和串扰区的电容串扰耦合(Cc)的有效中心被设计成与插头和插座的电气界面等距,FEXT串扰区所产生的电感和电容耦合矢量就其对前向NEXT的效应而言处于相同相位角位置。
对于反向NEXT(即当通过IDC从连接到插座的与插头相反的端部的电缆接收到驱动信号时观察到的NEXT)而言,补偿耦合(LFCZ和CL)的有效中心和串扰区的电容串扰耦合(Cc)的有效中心与插头和插座的电气界面不等距。这是因为图8迹线布局中因使用远端电容耦合290和292而产生的物理不对称。结果,FEXT串扰区的电感和电容耦合矢量将位于不同的相位角位置,从而对反向NEXT产生不利影响。
图9是具有距各方向对称的耦合的替代性PCB 550的布局的平面图,从而提供FEXT补偿而不会对前向或反向NEXT造成不利影响。PCB 550包括前部552和后部554。前部552包括标为1-8的多个前部端子560,而后部554包括标有1-8的多个后部端子562。与图8示例一样,仅示出前部端子(标为3-6)和后部端子(标为3-6)之间的电路路径。另外,为清楚起见已从图9中省去NEXT串扰区。
与图8的PCB 210相似,PCB 550的FEXT串扰区使用分布式电感耦合(即,在那里使迹线彼此水平或垂直靠近地设置)。然而,与使用远端电容耦合(平行板电容器290和292)的PCB 210不同,PCB 550利用分布式电容耦合590,它采取加宽至接近分布式平行板的局部重叠迹线的形式。结果,耦合矢量就对前向和反向NEXT的效应而言位于相同的相位角位置。因此,FEXT补偿区有益于FEXT,同时对前向和反向NEXT是中性的。
图10和图11分别是沿图9线A-A和B-B剖切的PCB 550的截面图。与迹线3、4、5、6对应的迹线被示为横贯PCB 550的四个内层之一。这种分层向对适当FEXT补偿的期望电容间隔和电感耦合效应提供间隔。
尽管图9-图11示出对称FEXT补偿区的一种可能实现,但也可使用其它实现而不脱离本发明的期望范围。例如,可使用不同长度和配置的迹线。类似地,对分布式电容也可采用不同形状和配置。
现在参看图12和图13,示出根据本发明实现相同补偿方案以减少NEXT和FEXT的另一电接头300。电接头300基本上类似于前述电接头200,除了在插座和与之相连的电缆之间的连接配置为“向下穿孔(punch down)”设计。基本上与图5的电接头200的那些组件对应的电接头300的组件用三百(three-hundred)系列表示。这样,电接头300的进一步描述对完全理解本发明是不必要的。
本发明的方法和装置提供一种补偿技术以抵消或减少由电接头产生的NEXT和FEXT。特别地,补偿方案将补偿和串扰耦合引入到电接头的电气路径中,以减少或抵消由插头/插座组合产生的净串扰。
在所述实施例中,电容器230和232横跨与导线对1(导线3、5)以及导线对2(导线4、6)相连的触头220连接。电容230和232通过将柔性印刷电路导电板电气连接于相应触头220来安装。可以理解,电容器可由任何适当电容元件实现。由于电容补偿组件(C2)连接在所述界面上并且从所述界面到电容有效中心的距离被最小化,在插头的不良NEXT和NEXT补偿耦合(C2)之间的相位角被最小化。
图20-27示出柔性印刷电路电容器230和232的第二实施例。这些电容器包括焊接“插头”236并连接于包括预先镀锡区238的触头220。
图28-121示出根据本发明的电容器的其它实施例。图28示出具有焊接铆钉402的柔性电路电容器400。焊接铆钉402预先成型并机械地变形成进入设置在电容器400端部处的孔。柔性电路电容器400通过电阻焊接过程连接于插座触头。图29是柔性电路电容器400的俯视图,而图30、31和32分别为沿图29线I-I、J-J和K-K剖切的横截面图。如图30所示,焊接铆钉402被插入到镀膜通孔404中。镀膜通孔404设有焊盘。铆钉402具有圆顶形头部406(如图31所示),而铆钉402如图30和32所示地在下侧机械变形。
图33、34和35是柔性电路电容器400的横截面图,其中焊接铆钉402连接于插座触头408。如图33所示,插座触头408可设置用焊料镀锡的预镀锡区410。如图34所示,柔性电路电容器400与插座触头408结合在一起,从而焊接铆钉402与预镀锡区410形成物理接触。然后,如图35所示,焊接工具412例如通过电阻焊接将焊接铆钉402焊接至触头408。焊接可在若干铆接接触界面上同时进行。图35所示的中心线412c最好位于插头/插座接触界面上。
图36示出另一PCB型插座接触电容器413。插座接触电容器413可用作NEXT补偿区。在该实施例中,印刷电路板414使接触片416在眼孔418处与其相连。接触配合区420也例如通过焊接设置在接触片416上以连接于插座触头。类似的结构在图37中示出,其中接触片416弯曲以选择性地将触头电容安装于触头。图38是图36的插座触头电容器413的侧视图,而图39是沿图38线L-L剖切的横截面图。
图39的横截面图示出由眼孔418固定到位、并与镀膜通孔422电气接触的接触片416。导线424也与镀膜通孔422接触,并允许印刷电路板414内的接触片416之间的电容耦合。图40示出印刷电路板414内导线424的变化宽度的侧向局部剖视图。
图41和42是安装于设置在推板426中的插座触头408的触头电容器的侧视图。插座触头电容器的印刷电路板414装在推板426的电容导向槽428中。可将装有推板的印刷电路板430设置在推板426内。图41示出不匹配于插头的插座触头408,而图42示出插座触头408在匹配于插头时向下弯曲的情形。中心线430c示出插头/插座的接触界面。接触片416沿中心线430c直接在插头/插座接触界面下焊接于触头408。
现在参看图43,示出实现NEXT补偿区的插座触头电容器432的另一实施例。在图43的实施例中,采用柔性印刷电路434以经由铆接件436a和436b连接于插座触头。铆钉436a和436b较佳地设有圆顶形头部。图44是插座触头电容器432的俯视图,而图45-47分别为沿图44线M-M、N-N和O-O剖切的横截面图。如图45所示,镀膜通孔438允许第一铆钉436a和第一导电板440之间的电气连接。此外,如图47所示,另一镀膜通孔438允许第二铆钉436b和第二导电板442之间的电气连接。图46示出第一导电板440和第二导电板442之间的电容耦合区的横截面图。
图48-50示出连接于插座触头408的插座触头电容器432a和432b。图48是连接于插座触头电容器432a和432b的插座触头408的俯视图,图49是图48组件的侧视图,而图50是图48组件的后视图。示出了八触头插座的触头3、4、5和6。插座触头408与插座触头电容器432a和432b之间焊接的中心线442c与插头/插座接触界面对齐。插座触头电容器432a和432b在插头/插座接触界面的相反一侧焊接于插座触头408。如图51和52所示,插座触头电容器432a和432b连接于插座触头408并安装在推板426内。图51示出当插头不匹配于插座触头408时插座触头408的位置,而图52示出与插头相匹配的插座触头的位置。印刷电路板430可设置在推板426内。电容导向槽428被定位成容纳插座触头电容器432a和432b。
插座触头电容器的另一实施例如图53a-56所示。根据本发明的该实施例,插座触头电容器444a和444b粘合安装于插座触头408。图53a示出安装于插座触头408的插座触头电容器444a和444b。示出了八触头插座的插座触头3、4、5和6。图53b示出与插座触头408分开的插座触头电容器444a和444b,而图54是图53b的细节“P”的详细视图。如图54所示,粘合区446被设置在插座触头电容器444a和444b的接触片416上。粘合区446允许在插座触头电容器444a和444b与插座触头408之间形成粘连。如图55所示,所产生的组件可安装在推板426上,其中电容导向槽428容纳插座触头电容器444a和444b。粘合区446直接位于插头/插座接触界面之下。图56是根据本发明该实施例的插座和电容器组件。
根据一个实施例,如图54所示,插座触头电容444a、444b用柔性印刷电路448构成。图57示出连接于插座触头408的插座触头电容器444的粘合区446的侧向局部剖视图。粘合剂450置于诸如由杜邦制造的MYLAR@PET膜的第一介电层452和插座触头408之间。导线分布图454夹在第一介电层452和第二介电层456之间。导线分布图454夹在柔性印刷电路448中的第一和第二介电层452、456之间。插座触头电容器444a和444b粘结地结合于其它插座触头。例如,插座触头电容444a结合于插座触头对3-5,而插座触头电容器444b结合于插座触头对4-6。这种结构通过叠层形式的导线材料454以及触头408自身产生电容器。然后通过两个电容器将两触头串联耦合。两触头之间的总电容为各电容值的1/2。粘合剂的厚度和介电性被包含在计算中。
图58-61示出根据本发明一个实施例的NEXT补偿区和柔性电路触头分路器。柔性NEXT补偿电路458包括适于经由接触焊接铆钉462连接于插座触头、并适于经由印刷电路板464与印刷电路板形成电气接触的电容柔性电路460。在图58所示实施例中,两触头之间的电容耦合可在电容柔性电路460中实现。再看图59,示出了柔性分路器466。柔性分路器466设有铆钉462以连接于插座触头,并设有PCB顺应销464以连接于印刷电路板。图61示出柔性分路器466的侧视图。图61是示出柔性分路器466在插座触头468和印刷电路板470之间的放置。示出插头471的一段,并且插头/插座接触界面473直接在铆钉462连接于插座触头468的位置之上。图62是柔性分路器466的沿图59线Q-Q的横截面图。诸如铜线的导电迹线472被例如由杜邦制造的KAPTON@聚酰亚胺膜的介电体474包围。柔性电路分路器466的使用缩短了从插头471到PCB 470的电流路径。图59-62示出不具有电容板的、仅提供电气连接的柔性分路器466。柔性电路的使用缩短了从插头471到印刷电路板470的电流路径的长度。例如,图61所示的信号长度x2小于信号长度x1。
图63-72示出用于实现NEXT补偿区的另一柔性电路电容器476。图63是具有连接于图63中标出的第一至第八插座触头的圆顶形铆钉478的两个柔性电路电容器476a和476b。图64是图63的细节“R”的详图,它示出用于焊接于插座触头的圆顶形铆钉478以及用于在插座触头和电容板482之间建立电气连接的镀膜通孔480,如图63的虚线所示。图65是更清楚地示出电容板482的结构的柔性电路电容器476的俯视图,且图66是柔性电路电容器476的侧视图,它示出90°的弯角475。
图67是示出连接于四插座触头484的柔性电路电容器476a的立体图。图68是示出连接于另一四插座触头484的附加柔性电路电容器476b的另一立体图。这两个柔性电路电容器476a、476b彼此部分交叠。图69和图70分别是示出连接于插座触头484的柔性电路电容器476a、476b的侧视图和后视图。第一柔性电路电容器476a连接于第一、第二、第三和第五插座触头484,而第二柔性电路电容器476b连接于第四、第六、第七和第八插座触头484,如图68和图70所示。
柔性电路电容476中的电容板的交叠如图71和72所示。图71和72示出用于连接于第一、第二、第三和第五插座触头的柔性电路电容器;连接于第八、第七、第六和第四触头的电容器是所示电容器的镜像。除1、2-7、8外的所有对组合均包含于此。柔性电路电容器476a和476b被焊接至在插头/插座接触界面下的插座触头底部。
现在参看图73-88,示出了具有电容和电感NEXT补偿区的柔性印刷电路486。图73是具有用来连接于插座触头的铆钉488、和用来连接于印刷电路板的印刷电路板顺应销464的柔性印刷电路486的立体图。当插头与插座触头匹配时,柔性印刷电路464可在插座触头和印刷电路板之间弯曲伸缩,并且铆钉488直接焊接在插头/插座接触界面之下。图74是用虚线示出导电路径490的柔性印刷电路486的平面图。其中示出用于为导线1、2、3、5提供NEXT补偿区的柔性印刷电路486;用于为导线4、6、7、8提供NEXT补偿区的柔性印刷电路是所示柔性印刷电路486的镜像。导电路径490被设置在柔性印刷电路486中,从而柔性印刷电路486在除1、2-7、8外的所有导线对上提供电容和电感NEXT补偿。
图75是沿图74线S-S的横截面图,而图76是沿图74线T-T的横截面图。这些图示出导电路径490沿柔性印刷电路486的第一和第二横截面的定位。
图77-80是分别用实线示出与八导线插座的第一、第二、第三和第五导线相连的导电路径490a-490d的平面图。
图81-84逐步地示出从最下方至最上方导电路径地印刷在柔性印刷电路486上的柔性印刷电路486的导电路径490。图81示出与第二导线相连的最下方导电路径490b。图82示出与第五导线相连的第二最下方导电路径490d。图83示出与第三导线相连的第二最上方导电路径490c。图84示出与第一导线相连的最上方导电路径490a。图85示出例如由杜邦生产的Kapton聚酰亚胺膜层的介电层474。通过叠加可形成柔性电路468。
图86是导电路径490a-490d的另一平面图,而图87和图88分别是沿图86线U-U和V-V的剖视图,它们示出导电路径490a-d的交叠。可根据需要添加与第三导线的电容板相邻的第一导线的电容板、以及与第五导线的电容板相邻的第二导线的电容板。
根据本发明一些实施例的柔性电路板可使用一种以上的连接方法连接于插座触头。图89是适于焊接或粘结于插座触头的柔性电路电容器492的立体图。铆钉488被提供以连接于一个插座触头,而粘合区466被提供以连接于另一插座触头。图90是柔性电路电容器492的俯视图,图91-93分别是沿图90线W-W、X-X、Z-Z剖切的柔性电路电容器492的横截面图。柔性介电材料494覆盖第一和第二导电板440和442。粘合区446如图91所示,并且铆钉488延伸出镀膜通孔489,如图93所示。图94是示出焊接于插座触头408的铆钉488的侧视图,而图95是结合于插座触头408的粘合区446的侧视图。如上所述,在插座触头408和柔性电路电容器492之间的电容耦合在粘合区发生。焊接和粘合均直接置于插头/插座接触界面之下。
现在参看图94-104,示出了用于连接八导线插座的所有八个导线的NEXT补偿电容电路496。NEXT补偿电容电路496是柔性电容电路。图96是NEXT补偿电容电路496的立体图。铆钉497用来焊接于插头/插座接触界面处的插座触头底部。图97是与插座的八触头中的每一个相连的导电板498的平面图。导电板498a-498h与第一至第八触头的连接如图98所示,图98是示出导电板498a-498h交叠的沿图97视线Z的侧视图。
图99-104是NEXT补偿电容电路496内部的平面图,示出了导电板498a-498h的形状。图99-104从示出图98的最下方导电板498a(与第一插座触头相连)的图99开始,到示出图98的最上方导电板498h(与第八插座触头相连)的图104为止。
图105-图109示出具有连接于插座触头的电容和电感NEXT补偿的另一柔性印刷电路500。图105是用虚线示出导电路径502的柔性印刷电路500的平面图。柔性印刷电路500的第一端504经由焊接/焊料盘505连接于插座触头,而第二端506经由PCB顺应销464连接于印刷电路板。柔性印刷电路500适于与八触头插座的第三和第五触头一起使用;相同的柔性印刷电路500也可与第四和第六触头一起使用。
图107-109示出柔性印刷电路500的连续层。图107示出与第三插座触头相连的第一绝缘层508a和第一导电路径502a。图108示出与第五插座触头相连的第二介电层508b和第二导电路径502b。图109示出第三介电层508c。介电层508a-c可由KAPTON@构成。
图110和111示出安装在插座内的柔性印刷电路500。插座触头408被安装在推板426中,并且柔性印刷电路500被焊接于在插头/插座接触界面下的插座触头408。柔性印刷电路500被焊接于PCB 509。图110示出处于不与插头匹配的位置的插座触头408,而图111示出处于与插头匹配位置的插座触头408。当插座触头408在两位置之间移动时,柔性印刷电路500弯曲伸缩。图111的箭头示出流过插座的电流路径,包括流过柔性印刷电路500的路径。
图112是用于提供电容和电感NEXT补偿的另一印刷电路510的平面图。铆钉511被提供以连接于插座触头。图112的柔性印刷电路510适合连接于第三和第五插座触头,然而基本相似的柔性印刷电路可用来连接于八触头插座的第四和第六插座触头。导电路径512a和512b被设置在柔性印刷电路510中,而电容板514a和514b连接于各导电路径512a和512b。导电路径512a和512b的垂直通道平行但不共线。导线部分516a和516b构成垂直通道的一部分。电感部分516a和516b是提供电感补偿耦合的相邻载流导线和/或转换器。
图113是右上方立体图,图114是侧视图,而图115是根据本发明利的用来提供串扰补偿的柔性PCB 518的一个实施例的主视图。PCB 518包括主要部分520和连接指状物,例如指状物522。主要部分520支承多个电容板(在该情形中为对应于插头接口触头3-6的四块板)以提供电容耦合。如图116-121所示,至电容板的引线也提供电感耦合部分。指状物522作为连接机构用以将PCB 518连接于插头接口触头。尽管可使用任何合适的连接技术,但在所述实施例中使用的是电阻焊接铆钉524。除了将PCB 518连接于插头接口触头(或连接于插头接口触点的另一导线),铆钉524也可用作电容板及其引线的触头柱。这在图114-121中示出,其中示出四层电容板526和引线(528a-d),铆钉524通过这些层伸出以与指状物522形成适当的接触。
为方便阐述起见,图116是指具有未弯曲配置指状物的PCB 518的主视图。图117是从PCB 518的底部向图116线A/A上观察到的电容板和引线的横截面图。注意,图114未示出仅支承电容板和引线、或作为介电体或绝缘体的PCB 518的部分。图116-121示出如何彼此相对地放置电容板和引线,以导致在相对较短距离中电感耦合的相对较高密度。例如,在图116中,电容板526a和导线5的引线528a是所示最上方的板和引线,具有旁路的“U”形。方向改变的相同“U”形被用于导线3、4和6,如图116的虚线和实线所示。电容板的物理定位和交叠区确定电容耦合量。类似地,引线彼此的分离以及重叠长度确定电感耦合量。图117还示出由于相应导线中的电感耦合造成的电流相对方向,这提供了高密度的电感耦合。图118-121分别示出与八导线插座的第五、第三、第六和第四导线相连的引线528a-d和电容板526a-d。
尽管已对本发明的特别较佳实施例进行了展示和说明,但很明显本领域内技术人员能作出改变和更改而不背离本发明示教。前面的说明和附图中所阐述的内容仅作为示例提供而不构成限制。当基于现有技术从适当角度观察时,本发明的实际范围旨在由后面的权利要求书限定。
Claims (10)
1.一种用于由插头和插座组成的通信接头的串扰补偿装置,包括实质上对近端串扰(NEXT)无影响,但减少远端串扰(FEXT)的远端串扰(FEXT)区。
2.一种被配置成容纳插头以形成通信连接的通信插座,包括:
由设置在插座内的金属悬臂梁构成的多个插座触头,其中插头被容纳在插座中之后,多个插头触头在插头/插座界面处与多个插座触头的第一表面形成界面;
机械和电气地连接于在插头/插座界面的另一侧并与之靠近的插座触头的第二表面的导线;以及
连接于导线的串扰补偿部件。
3.如权利要求2所述的通信插座,其特征在于,串扰补偿部件提供电容耦合。
4.如权利要求3所述的通信插座,其特征在于,电容耦合靠近插座触头。
5.如权利要求2所述的通信插座,其特征在于,所述导线传送与其电气连接的插头触头的通信信号电流。
6.如权利要求5所述的通信插座,其特征在于,所述导电体在靠近导线连接于插座触头之处弯曲,并定向为沿与包括在插头/插座界面处的插座触头的平面分离的方向。
7.如权利要求5所述的通信插座,其特征在于,仅由插座触头传导的通信信号电流几乎垂直于包括在插头/插座界面处的插座触头的平面。
8.如权利要求5所述的通信插座,其特征在于,串扰补偿部件包括电容和电感耦合。
9.如权利要求8所述的通信插座,其特征在于,所述耦合靠近导电体连接于插座触头之处。
10.如权利要求5所述的通信插座,其特征在于,导线电气连接于与电气通信电缆相连的接头。
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