CN104115240B - 数据线缆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种数据线缆，其具有用于数据信号的差分传输的至少两个导体(1)和包围导体(1)的壳体(4)。根据本发明的数据线缆的特征在于各导体(1)具有导体屏蔽件(2)。本发明还涉及这种数据线缆的用途，其中经由至少两个导体中的至少一个导体，连同差分数据信号一起还传输不对称数据信号。

Description

数据线缆

技术领域

本发明涉及一种数据线缆，该数据线缆具有用于差分信号传输的至少两个导体、以及包围这些导体的特别是由电绝缘材料制成的壳体。

背景技术

在差分或对称信号的传输期间，经由极性相反的至少两个导体来传输相同的数据信号。线缆的这两个导体被设计成所有的电感和电容干扰对这两个导体的影响尽可能相同。然后，可以通过形成两个信号之间的差分来消除该干扰。

已知有按所谓的星绞配置设置四个导体的数据传输所要使用的线缆。这种线缆可以提供两个差分信号对，其中以星绞形式彼此对角相对的两个导体各自形成差分导体对。星绞配置的显著优点是各导体对始终位于另一导体对的虚拟接地平面内。这样使得可以在保持线缆尽可能紧凑的同时，实现高的串扰衰减。为了能够在不存在有害的相互干扰的情况下在这两个导体对上传输相互独立的宽带数据流，需要可能的最高串扰衰减。

如针对例如尤其涉及线缆长度长的USB 3.0(USB：通用串行总线)或MHL(移动高清链接)标准所设置的，目前的星绞线缆在数据速率>2GBit/s时达到极限。特别地，在较高频率处，模式转换、串扰和线缆衰减全部增加。

文献DE 29907039U1公开了具有若干个绝缘导体的数据传输线缆，其中这些绝缘导体各自在导体绝缘面上具有封闭金属套管。这些导体可以被中间壳体、覆盖该中间壳体的金属套管、以及外部壳体所包围。

从该现有技术出发，本发明是基于进一步改善数据线缆、特别是星绞线缆的问题，从而使得可以进行特别是质量充分好的高数据速率(>2GBit/s)的传输。

发明内容

通过独立权利要求1的主题来解决该问题。根据本发明的数据线缆的有利实施例是从属权利要求的主题，并且在本发明的以下说明中进行解释。包括根据本发明的数据线缆和插接连接器的单元是另一权利要求9的主题。根据本发明的数据线缆的有利用途是另外的权利要求10和11的主题。

根据本发明，要改善具有用于差分信号传输的被(非导电性的)(例如，由聚丙烯或聚氯乙烯制成的)壳体所包围的至少两个导体的数据线缆的传输容量，其在于，这些导体各自具有导体屏蔽件、即利用绝缘体与导体分开的由导电性材料制成的包层，其中，所述导体被整体屏蔽件形式的附加共用屏蔽层所包围，该整体屏蔽件与导体屏蔽件电接触。

(导电性)导体例如可以由铜构成，并且可以采用实心或绞合线的形式。一个导体的阻抗(在单端模式中)优选可以达到50Ω，结果导体对的差分阻抗为100Ω。然而，例如75Ω(在单端模式中)的其它导体阻抗也可以实际用于特殊应用、例如用于视频数据信号的传输。

绝缘体例如可以由(基本)不导电的塑料(例如，聚丙烯、聚四氟乙烯)构成。该绝缘体还可以完全填充这些导体和各导体屏蔽件之间的空间，或者可以采用确保导体在各导体屏蔽件内的位置的一个或多个导体护套的形式，其中利用(基本)不导电的流体、特别是气体(例如空气)来填充该空间的其余部分。

优选地，根据本发明，进一步开发采用已知的星绞配置的数据线缆，其在于，根据本发明的至少两个或可能的所有四个导体配置有导体屏蔽件。

优选地，这四个导体还可以呈绞合状态。在传统的星绞线缆中，绞合用于增加差分导体对相对于环境的耦合衰减。然而，由于根据本发明的各导体的屏蔽已使这些导体之间的耦合最小化，因此可能没有必要出于电气原因而使根据本发明的数据线缆中的导体绞合在一起。然而，在任何情况下均可通过绞合来改善线缆的柔性和机械完整性。

在根据本发明的数据线缆的实施例中，四个导体中的(采用星绞配置彼此对角相对)的两个导体可用于传输数据信号，并且其它两个导体可用于传输电气(供给)能量。因此，如例如根据USB标准已知的，这种数据线缆适合进行组合数据传输和组件能量供给。在这种实施例中，在用于传输电气能量的导体的情况下，可以省略导体屏蔽件。

在进一步的优选实施例中，在导体之间配置有引导元件。可以设置该引导元件，从而保证导体的对称配置的稳定性。该引导元件可被设计成采用一个或多个绞合填充件的形式。这些绞合填充件(特别是在数据线缆采用星绞配置的情况下)可以配置在由四个导体形成的空间内以及/或者(无论数据线缆的设计如何)导体和壳体之间。

优选地，绞合填充件可以具有导电性。这样还使得能够改善数据线缆的EMC行为(EMC：电磁兼容性)。

根据本发明，所有导体配置有(附加的)共用屏蔽件(整体屏蔽件)、即共用导电性包层。特别地，这样使得能够实现数据线缆的EMC行为的改善。在特定情形下，该附加整体屏蔽件还可以提高导体屏蔽件的屏蔽效果。该整体屏蔽件可被设计成采用任何形式、例如设计成编织屏蔽件或箔屏蔽件(例如采用硬化在一侧或两侧上的塑料膜的形式)。

另外，根据本发明，整体屏蔽件和导体屏蔽件由此可以电接触，结果，一方面可以改善电屏蔽效果，另一方面可以简化根据本发明的数据线缆与现有电气组件(例如插接连接器、特别是HSD系列)的连接。这样使得例如可以将整体屏蔽件和这种插接连接器的外导体相连接，结果该外导体同时以导电方式与数据线缆的导体屏蔽件相连接。这样使得在数据线缆的制造期间无需进行各导体屏蔽件与插接连接器的外导体的复杂连接。优选地，直接地或经由导电元件(“导体”)间接地进行整体屏蔽件和导体屏蔽件之间的电接触，由此导电性差(“传导性差”)的元件也是导体。

因此，本发明涉及一种包括根据本发明的具有与导体屏蔽件相接触的整体屏蔽件的(至少)一个数据线缆和(至少)一个插接连接器的单元，其中整体屏蔽件与插接连接器的外导体电连接，并且导体与插接连接器的内导体电连接。

为了改善数据线缆的电气和机械特性，可以在导体和整体屏蔽件之间设置导电性差(即遭受损耗)的中间夹套。

根据本发明，导电性差或“传导性差”(在一些情况下还被称为“半导体性”)被理解为是指处于导体特别是金属(例如铜)的传导率和非导电性材料或绝缘体的传导率之间的传导率。

经由导体屏蔽件特别是向着采用箔屏蔽件形式的导体屏蔽件表现出逐渐减小的屏蔽效果的低频率耦合输出的电磁能量在传导性差的中间夹套内被衰减，这样，外部整体屏蔽件可以表现出其完全屏蔽效果。

在进一步的优选实施例中，壳体和导体(或导体的导体屏蔽件)之间的空间、特别是在导体和壳体之间以及/或者这些导体(或导体的导体屏蔽件)本身之间所形成的空隙至少部分地被(优选为(基本)不导电的)填充件所填充。特别地，这样可以改善数据线缆的机械稳定性。

可以通过根据本发明的优选采用星绞配置的数据线缆中的导体的各屏蔽件来减少导体之间的串扰。另外，可以减轻由于导体绞合时的干扰点和/或不对称而产生的针对模式转换的影响。还可以抑制尤其是高工作频率下的、沿着导体的较高阶模式(特别是从诸如由于传统星绞数据线缆中所包括的多个导体而产生的结果等的前述可传播模式)的传播。这样降低了沿着数据线缆的损耗，并且改善了数据线缆的传输性能。结果，这样使得能够提高数据线缆的最大可能(假设传输质量令人满意)的工作频率。

有利地，根据本发明的数据线缆不仅适合用于差分传输，而且同时还适合用于数据信号的不对称传输，其中在该不对称传输中，通过信号电压相对于基准电位的变化来实行信号的传输。因此，除了差分数据信号以外，根据本发明的数据线缆的本发明的用途还涉及同样经由至少两个导体中的至少一个(优选为这两者)来传输不对称数据信号。特别地，各导体的导体屏蔽件可以用作基准电位(接地端)。根据本发明，将经由(同时用于差分数据传输的)两个导体所进行的极性相同的数据信号的不对称传输称为“共模”传输。数据线缆的导体的各屏蔽不仅在差分数据传输(推挽传输)期间、而且还在“共模”传输期间改善了提高串扰衰减。

根据本发明的差分数据信号和不对称数据信号的叠加使得能够在维持良好的传输质量的情况下进一步提高传输速率。特别地，可以经由导体来以差分方式传输实际数据信号，并且可以在共模中叠加速率较低(约为1MBit/s)的所谓的“时钟信号”。然后，在接收器处，可以利用相对简单的电路来将信号再次分离为差模信号和共模信号。

由于导体的各屏蔽，在为了数据信号的差分传输所设置的导体对的内导体和导体屏蔽件之间，共模信号的场集中于等强度处。在不存在导体屏蔽件的情况下，共模信号将在导体和通常使用的整体屏蔽件之间传播。因此，针对相邻导体对的串扰将明显变高。

在具有设置有导体屏蔽件的(至少)两个导体对的数据线缆、特别是采用星绞配置的数据线缆的情况下，可以经由所有(这两个)导体对来传输差分数据信号和共模数据信号(特别是“时钟”信号)。

另一方面，在根据本发明的包括各自设置有导体屏蔽件的不少于至少两个导体的数据线缆的情况下，可以经由各自设置有导体屏蔽件的导体对来传输差分数据信号以及共模信号(例如“时钟”信号)，并且可以经由附加(优选为两个)导体(以单端模式)来传输电气供给能量和/或数据速率较低的信号(例如控制信号)。

因而，根据本发明的数据线缆可以替代多个个体线缆，从而有助于减小典型线缆线束的厚度。

附图说明

以下将通过参考附图所示的典型实施例来更详细地说明本发明，其中：

图1示出第一实施例中的不具有整体屏蔽件的根据本发明的数据线缆的端部的等轴测图；

图2以截面示出根据图1的数据线缆；

图3示出第一实施例中的根据本发明的数据线缆的端部的等轴测图；

图4以截面示出根据图3的数据线缆；

图5示出第二实施例中的根据本发明的数据线缆的端部的等轴测图；

图6以截面示出根据图5的数据线缆；

图7示出第三实施例中的根据本发明的数据线缆的端部的等轴测图；

图8以截面示出根据图7的数据线缆；

图9示出第四实施例中的根据本发明的数据线缆的端部的等轴测图；以及

图10以截面示出根据图9的数据线缆。

具体实施方式

图1和2所示的数据线缆包括采用所谓的星绞配置的并且还发生绞合的四个同轴导体。这些同轴导体各自的(内)导体1用于传输数据信号或者电气能量，并且根据本发明，该导体1被导体屏蔽件2(外导体)包围。绝缘体3建立导体1和相关联的导体屏蔽件2之间的非导电性连接。

利用由非导电性塑料制成的壳体4包围这些同轴导体，从而保护这些同轴导体不被损坏并且使导体屏蔽件2与环境电绝缘。将壳体4形成为处于与同轴导体直接相接触这一事实还确保了这些同轴导体保持处于对称的星绞配置。

在四个同轴导体之间配置有绞合填充件5，从而改善星绞配置的稳定性。

图3和4所示的根据本发明的数据线缆的第一实施例与图1和2所示的数据线缆的不同之处在于：在同轴导体和壳体4之间附加配置有整体屏蔽件6。整体屏蔽件6包围所有这些同轴导体，并且特别地，改善了数据线缆的EMC行为。整体屏蔽件6由此与所有的同轴导体的导体屏蔽件2相接触。

与图3和4所示的数据线缆相比，图5和6所示的根据本发明的数据线缆的第二实施例设置有附加绞合填充件5。除了配置在由四个同轴导体所形成的空间内的绞合填充件5以外，在各情况下，在各对同轴导体或其导体屏蔽件2与整体屏蔽件6之间所形成的总共四个中部空间(所谓的空隙)内配置有另外的绞合填充件5。由此总共设置了五个绞合填充件5。同样在本实施例中，整体屏蔽件6和所有同轴导体的导体屏蔽件2相接触。

图7和8所示的根据本发明的数据线缆的第三实施例与图5和6所示的数据线缆的不同之处在于：四个导体1中仅有两个导体被(与整体屏蔽件6相接触的)导体屏蔽件2所包围。这里，作为同轴导体所形成的这两个导体、即设置有导体屏蔽件2的这两个导体按星绞配置彼此相对，从而使得能够进行数据信号的有利的差分传输。这种数据传输仅经由设置有导体屏蔽件2的导体1来进行，而未设置有导体屏蔽件2的其它两个导体1用于以较低的数据速率传输电气(供给)能量和/或信号。

图9和10所示的根据本发明的数据线缆的第四实施例与图3和4所示的数据线缆的不同之处在于设置有中间夹套7，其中该中间夹套7配置在同轴导体和整体屏蔽件6之间。中间夹套7由导电性差的材料制成。

图7和8所示的仅向四个同轴导体中的两个同轴导体设置导体屏蔽件2这一可能性自然也可以在图9和10所示的实施例中实现。

Claims (10)

1.一种数据线缆，其具有：至少两个导体(1)，用于进行数据信号的差分传输；以及壳体(4)，用于包围所述导体(1)，其中所述导体(1)各自具有导体屏蔽件(2)，所述数据线缆的特征在于，所述导体(1)被整体屏蔽件(6)形式的附加共用屏蔽层所包围，所述导体屏蔽件(2)与所述整体屏蔽件(6)电接触，其中，在所述导体(1)和所述整体屏蔽件(6)之间配置有导电性差的中间夹套(7)。

2.根据权利要求1所述的数据线缆，其特征在于，以星绞结构配置四个所述导体(1)。

3.根据权利要求2所述的数据线缆，其特征在于，所述导体(1)呈绞合状态。

4.根据权利要求2或3所述的数据线缆，其特征在于，不是所述导体(1)各自具有所述导体屏蔽件(2)，而是相对的两个所述导体(1)具有所述导体屏蔽件(2)并且另外两个所述导体(1)不具有所述导体屏蔽件。

5.根据权利要求2或3所述的数据线缆，其特征在于，还包括至少一个绞合填充件(5)。

6.根据权利要求5所述的数据线缆，其特征在于，所述绞合填充件(5)具有导电性。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的数据线缆，其特征在于，所述壳体(4)、所述整体屏蔽件(6)和所述导体(1)之间的空间至少部分地被非导电性的填充件填充。

8.一种包括插接连接器以及根据权利要求1至7中任一项所述的数据线缆的单元，其中，所述数据线缆的所述整体屏蔽件(6)以导电方式与所述插接连接器的外导体相连接，并且所述数据线缆的所述导体(1)以导电方式与所述插接连接器的内导体相连接。

9.一种根据权利要求1至7中任一项所述的数据线缆或根据权利要求8所述的单元的用途，其特征在于，除了差分数据信号以外，还经由所述至少两个导体(1)中的至少一个导体来传输不对称数据信号。

10.一种根据权利要求2至7中任一项所述的数据线缆或根据权利要求8所述的单元的用途，其特征在于，经由配备有所述导体屏蔽件(2)的两个导体(1)来传输差分数据信号和共模信号，并且另外两个导体用于以较低的数据速率传输电气供给能量和/或信号。