CN105379030A - 基于高数据速率印刷电路板的通信插头和包括这样的插头的跳接线 - Google Patents
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Abstract
跳接线包括通信电缆和附连到通信电缆的插头,通信电缆具有形成第一差分对的第一导体和第二导体以及形成第二差分对的第三导体和第四导体。插头包括容纳通信电缆的壳体、在壳体内的第一插头触点至第四插头触点以及印刷电路板。印刷电路板包括第一导电路径至第四导电路径,这些导电路径将相应的第一导体至第四导体连接到第一插头触点至第四插头触点中的相应的一个插头触点。插头还包括第一导电屏蔽,其在印刷电路板的顶表面上方延伸,并且被设置在第一差分对和第二差分对之间。
Description
技术领域
本发明一般地涉及通信连接器,并且更具体地,涉及可以支持高数据速率通信的通信插头,诸如RJ-45插头。
背景技术
许多硬连线的通信系统使用插头和插孔连接器来将通信电缆连接到另一个通信电缆或计算机设备。举例来说,高速通信系统常规地使用这样的插头和插孔连接器来将计算机、打印机和其它装置连接到局域网和/或诸如因特网的外部网络。图1描绘了这样的硬连线高速通信系统的高度简化的例子,该例子例示了插头和插孔连接器可以如何被用来将计算机11互连到例如网络服务器20。
如图1所示,计算机11通过电缆12连接到安装在壁板19中的通信插孔15。电缆12是在跳接线的每个末端包括通信插头13、14的跳接线。通常,电缆12包括八个绝缘的导体。如图1所示,插头14被插入到通信插孔15的前侧的腔体或“插头孔径”16中,以使得通信插头14的触点或“插头片”与通信插孔15的相应的触点配合。如果电缆12包括八个导体,则通信插头14和通信插孔15通常将均具有八个触点。通信插孔15包括在其后端的、容纳来自第二电缆18的多个(例如,八个)导体的导线连接组件17,所述多个导体被单个地压入导线连接组件17中的槽中以通过通信插孔15建立第二电缆18的每个导体和多个导电路径中的相应的一个导电路径之间的机械连接和电连接。第二电缆18的另一末端连接到网络服务器20,网络服务器20可以位于例如电信格间中。通信插头13类似地被插入到设在计算机11的背面中的第二通信插孔(图1中未绘制)的插头孔径中。因此,跳接线12、电缆18和通信插孔15提供计算机11和网络服务器20之间的多个电路径。这些电路径可以用于在计算机11和网络服务器20之间传送信息信号。
当信号通过通信电缆中的导体(例如,绝缘铜线)传输时,来自外部源的电噪声可能被该导体拾取,降低信号的质量。为了抵消这样的噪声源,上述通信系统中的信息信号通常通过一对导体(在下文中,“差分对”或简称为“对”)、而不是单个导体,在装置之间传输。每个差分对的两个导体一起紧紧地绞合在通信电缆和跳接线中,以使得八个导体被布置为四个绞合差分对导体。在差分对的每个导体上传输的信号具有相等的幅值,但是具有相反的相位,并且信息信号被嵌入作为在该对的两个导体上所传载的信号之间的电压差。当信号通过绞合差分对导体传输时,该差分对中的每个导体通常拾取来自这些外部源的大致相同量的噪声。因为通过获取差分对的两个导体上所传载的信号的差值来提取信息信号,所以减法过程可以大部分抵消噪声信号,因此,信息信号通常不受干扰。
再次参照图1,可以看出,一系列插头、插孔和电缆段将计算机11连接到服务器20。每个插头、插孔和电缆段包括四个差分对,因此,在计算机11和服务器20之间提供可以用于在它们之间传载双向通信的总共四个差分传输线路(例如,这些差分对中的两个可以用于将信号从计算机11传载到服务器20,而其它两个可以用于将信号从服务器20传载到计算机11)。图1所示的提供两个终端装置(例如,计算机11和服务器20)之间的连接性的级联的插头、插孔和电缆段在本文中被称为“通道”。因此,在大多数高速通信系统中,“通道”包括四个差分对。不幸的是,每个插头-插孔连接(例如,其中,插头14与插孔15配合)内的导体和接触结构的接近可以生成电容和/或电感耦合。连接器中的这些电容耦合和电感耦合(以及在电缆布线中可能引起的类似耦合)引起被称为“串扰”的另一种类型的噪声。
具体地,“串扰”是指来自通过第二“干扰”差分对传输的信号电容和/或电感耦合到第一“受害”差分对的导体上的无用信号能量。感应的串扰可以包括近端串扰(NEXT)和远端串扰(FEXT),NEXT是在输入位置处测量的与在同一位置处的源对应的串扰(即,其感应的电压信号与不同路径中的始发的干扰信号在相反的方向上行进的串扰),FEXT是在输出位置处测量的与在输入位置处的源对应的串扰(即,其信号与不同路径中的干扰信号在相同的方向上行进的串扰)。两种类型的串扰都包括干扰通过受害差分对传输的信息信号的不良噪声信号。
虽然可以大幅降低通信电缆段内的串扰的影响的方法是可供使用的,但是多年前采用的通信连接器配置——其仍然在实行中以便保持向后兼容性——一般不将接触结构布置成最小化连接器硬件中的差分对之间的串扰。例如,根据由电信工业协会于2009年8月11日批准的ANSI/TIA-568-C.2标准,在其中模块化插头的触点与模块化插孔的触点配合的连接区域(在本文中被称为“插头-插孔配合区域”)中,插孔的八个触点1-8必须按行对齐,其中八个触点1-8如图2中所描绘的那样被布置为指定的四个差分对。如本领域技术人员所知的,在TIA/EIA568类型B配置下,图2中的触点4和5构成对1,触点1和2构成对2,触点3和6构成对3,触点7和8构成对4。从图2显而易见的是,八个触点1-8的这个布置将导致差分对之间的不等耦合,因此,在工业标准化的通信系统中,NEXT和FEXT被引入到每个连接器中。
当硬连线通信系统移至更高频率以便支持数据速率提高的通信,插头和插孔连接器中的串扰变为更显著的问题。为了解决该问题,通信插孔现在常规地包括引入补偿串扰的串扰补偿电路,补偿串扰用于抵消作为工业标准化的连接器配置的结果在插头-插孔配合区域中引入的“攻击”(offending)串扰的大部分。通常,使用所谓的“多级”串扰补偿电路。在Adriaenssens等人的美国专利No.5,997,358中描述了这样的串扰电路,该专利的全部内容特此通过引用并入本文,就好像在本文中被充分阐述了一样。
通信连接器中的另一重要参数是沿着穿过连接器的每个差分对(即,差分传输线路)经历的回波损耗。传输线路的回波损耗是传输线路与终端装置或与沿着传输线路插入的负载的阻抗匹配程度的度量。具体地,回波损耗是由于在传输线路中的间断(阻抗失配)处可能发生的信号反射而损失的信号功率的度量。回波损耗通常如下被表达为以分贝(dB)为单位的比率:
其中,RL(dB)是以dB为单位的回波损耗,Pi是入射功率,Pr是反射功率。高回波损耗值指示良好的阻抗匹配(即,由于反射而导致的信号损失很小),这导致插入损耗值降低,这是期望的。
发明内容
依照本发明的实施例,提供了跳接线,这些跳接线包括通信电缆和附连到通信电缆的插头,通信电缆具有形成第一差分对的第一导体和第二导体以及形成第二差分对的第三导体和第四导体。所述插头包括容纳通信电缆的壳体、在壳体内的第一插头触点至第四插头触点以及印刷电路板。印刷电路板包括第一导电路径至第四导电路径,这些导电路径将相应的第一导体至第四导体连接到第一插头触点至第四插头触点中的相应的插头触点。插头还包括第一导电屏蔽,其在印刷电路板的顶表面上方延伸,并且被设置在第一差分对和第二差分对之间。
在一些实施例中,通信电缆还包括形成第三差分对的第五导体和第六导体以及形成第四差分对的第七导体和第八导体。在这样的实施例中,插头还可以包括第二导电屏蔽,其在印刷电路板的底表面下方延伸,并且被设置在第三差分对和第四差分对之间。在这样的实施例中,第一导体至第四导体可以端接于印刷电路板的顶侧,并且第五导体至第八导体可以端接于印刷电路板的底侧。
在一些实施例中,插头还可以包括导电十字尾(crosstail),其被安装在壳体的后端,其中,该导电十字尾包括形成第一屏蔽的第一翅片、形成第二屏蔽的第二翅片、连同第三翅片和第四翅片。在印刷电路板的后边缘中可以提供凹槽,并且导电十字尾可以被容纳在该凹槽中,以使得十字尾的第一翅片形成在印刷电路板的顶表面上方延伸的第一屏蔽,十字尾的第二翅片形成在印刷电路板的底表面下方延伸的第二屏蔽。第一翅片和第二翅片在壳体中的向前延伸可以远于第三翅片和第四翅片的向前延伸。第三翅片和第四翅片均可以包括与印刷电路板相邻的加宽段。
在一些实施例中,印刷电路板的厚度可以大致等于第三翅片的厚度加上第一导体上的绝缘层的厚度的两倍。在其它实施例中,印刷电路板的厚度可以大致等于第三翅片的厚度加上第一导体上的绝缘层的厚度的两倍再加上围绕第一导体和第二导体的屏蔽的厚度的两倍。
依照本发明的实施例,提供了通信插头,这些通信插头包括第一导电路径至第四导电路径,这些导电路径将插头的相应的第一输入至第四输入电连接到插头的相应的第一输出至第四输出。第一导电路径和第二导电路径构成用于传输第一信息信号的第一差分对导电路径,第三导电路径和第四导电路径构成用于传输第二信息信号的第二差分对导电路径。第一导电路径的第一段和第二导电路径的第二段被构造为具有大体上相同的瞬时电流方向,并且被定位为彼此既电容耦合、又电感耦合。
在一些实施例中,电容耦合的量可以是电感耦合的量的至少一半。而且,插头还可以包括柔性印刷电路板,而且第一导电路径的第一段可以在柔性印刷电路板的第一侧,第二导电路径的第二段可以在柔性印刷电路板的与第一侧相对的第二侧。
在一些实施例中,第一导电路径的第一段和第二导电路径的第二段之间的电容耦合与第一导电路径的第一段和第二导电路径的第二段之间的电感耦合的比率可以被选为在关于第一差分对导电路径的回波损耗谱中提供局部极大值。另外,第三导电路径的第三段和第四导电路径的第四段可以被构造为具有大体上相同的瞬时电流方向,并且可以被定位为彼此既电容耦合、又电感耦合。
依照本发明的实施例,提供了通信插头,这些通信插头包括壳体、柔性印刷电路板以及第一导电路径和第二导电路径,壳体具有插头孔径,柔性印刷电路板至少部分地安装在壳体内,第一导电路径和第二导电路径将插头的第一输入和第二输入电连接到插头的相应的第一输出和第二输出。第一导电路径包括在柔性印刷电路板上的第一导电迹线段和第二导电迹线段,这些导电迹线段彼此紧邻,并且具有大体上相同的瞬时电流方向,以使得第一导电迹线段和第二导电迹线段自耦合并且引起电感的局部增大。第一导电迹线段在柔性印刷电路板的第一侧,第二导电迹线段在柔性印刷电路板的与第一侧相对的第二侧,第一导电迹线段和第二导电迹线段被构造为彼此既电感耦合、又电容耦合。
在一些实施例中,第一导电迹线段构成螺旋。该螺旋可以与第二导电迹线段至少部分重叠。第一导电迹线段和第二导电迹线段之间的电容耦合的量可以是第一导电迹线段和第二导电迹线段之间的电感耦合的量的至少一半。
依照本发明的实施例,提供了RJ-45通信插头,这些RJ-45通信插头包括壳体、在壳体内的印刷电路板以及在印刷电路板的至少一侧和壳体之间的有损介电材料。在一些实施例中,有损介电材料可以是载碳泡沫体。有损介电材料可以被注入在壳体内,并且可以包括固化材料。有损介电材料可以基本上填充壳体内的开口区域。
依照本发明的实施例,提供了跳接线,这些跳接线包括通信电缆和附连到通信电缆的插头,通信电缆包括被布置为四个差分对导体的八个导体。插头包括容纳通信电缆的壳体和多个狭槽,壳体具有前表面、顶表面和底表面,每个狭槽具有沿着前表面延伸的前部部分以及沿着顶表面延伸的顶部部分。印刷电路板至少部分地安装在壳体内,并且包括八个导电路径,这些导电路径电连接到通信电缆的相应的八个导体。八个插头片电连接到印刷电路板上的相应的八个导电路径,每个插头片具有由狭槽中的相应的一个狭槽的前部部分暴露的前表面以及由该相应的狭槽的顶部部分暴露的顶部部分。印刷电路板的顶表面与由八个插头片的顶表面限定的平面限定斜角。
在一些实施例中,插头片中的至少一些包括框架插头片。通信电缆的所有八个导体都可以端接于印刷电路板的同一侧。在一些实施例中,印刷电路板的前部部分可以朝向壳体的底表面成一角度,通信电缆的八个导体可以端接于印刷电路板的底侧。在其它实施例中,印刷电路板的前部部分可以朝向壳体的顶表面成一角度,通信电缆的八个导体可以端接于印刷电路板的顶侧。导体中的至少两个可以端接于印刷电路板的前一半,导体中的至少四个可以端接于印刷电路板的后一半。
依照本发明的实施例,提供了通信插头,这些通信插头包括壳体、安装在壳体中的柔性印刷电路板,柔性印刷电路板具有形成第一差分对导电路径的第一导电路径和第二导电路径以及形成第二差分对导电路径的第三导电路径和第四导电路径。第一插头触点至第四插头触点电连接到相应的第一导电路径至第四导电路径。第一导电路径的段在柔性印刷电路板的第一侧,第三导电路径的段在柔性印刷电路板的相对的第二侧,并且被构造为既电感耦合、又电容耦合。
在一些实施例中,第一导电路径的段和第三导电路径的段可以部分重叠,但是可以不完全重叠。第一导电路径的段和第三导电路径的段之间的电容耦合的量可以是第一导电路径的段和第三导电路径的段之间的电感耦合的量的至少一半。
附图说明
图1是例示了将计算机与网络设备互连的常规的通信插头和插孔的使用的简化示意图。
图2是例示了从插孔的前开口看到的关于常规的8位通信插孔的TIA568B模块化插孔触点布线分配的示意图。
图3是根据本发明的某些实施例的跳接线的透视图。
图4是包括在图3的跳接线上的插头的顶部后侧透视图。
图5是图4的插头的底部后侧透视图。
图6是图4的插头的侧视图。
图7-10是图4-6的插头的插头触点和印刷电路板的各种透视图。
图11A和11B是根据本发明的实施例的插头的印刷电路板和导体的示意性侧截面图,该图例示了印刷电路板的厚度可以如何与电缆的节距匹配;
图12是根据本发明的进一步的实施例的通信插头的透视图,该通信插头包括在插头壳体内的有损介电填料。
图13和14是根据本发明的另外的实施例的通信插头的示意性侧视图,这些通信插头包括促进通信电缆的导体端接于印刷电路板中的成角度的印刷电路板。
图15是可以用在根据本发明的更进一步的实施例的通信插头中的柔性印刷电路板的示意性平面图。
图16是例示了可以如何调谐差分传输线路的导电路径之间的电感耦合和电容耦合的相对量以在关于差分传输线路的回波损耗谱中产生局部极大值的示意性曲线图。
图17是可以用在根据本发明的又进一步的实施例的通信插头中的柔性印刷电路板的示意性平面图。
图18是根据本发明的更进一步的实施例的通信插头的柔性印刷电路板的示意性平面图。
具体实施方式
本发明针对诸如RJ-45插头的通信插头。如本文中所使用的,术语“向前”和“前”及其衍生词指的是由从插头的中心朝向当插头与插孔配合时首先被容纳在插孔的插头孔径内的插头的部分延伸的矢量限定的方向。相反,术语“向后”和“后”及其衍生词指的是与向前方向正好相反的方向。向前方向和向后方向限定插头的纵向尺寸。从插头的中心朝向插头壳体的相应的侧壁延伸的矢量限定插头的横向(或侧向)尺寸。横向尺寸垂直于纵向尺寸。从插头的中心朝向插头壳体的相应的顶壁和底壁延伸的矢量(其中,插头壳体的顶壁是包括暴露插头片的狭槽的壁)限定插头的垂直尺寸。插头的垂直尺寸既垂直于纵向尺寸,又垂直于横向尺寸。
依照本发明的实施例,提供了通信插头以及包括这样的通信插头的跳接线,这些通信插头和跳接线可以支持高数据速率通信。这些跳接线/插头的一些实施例可以以支持40千兆位通信的频率进行操作。
在一些实施例中,通信插头可以包括印刷电路板,其用于将通信电缆的每个导体电连接到插头的对应插头片。可以提供导电屏蔽,这些导电屏蔽在印刷电路板的上方和/或下方延伸,减小了其中导体端接于印刷电路板中的区域中的、至少电缆的第一对导体和电缆的第二对导体之间的耦合。在一些实施例中,导电屏蔽可以包括在电镀金属的导体组织的十字尾上的、在印刷电路板的后部部分的上方和下方延伸的一对垂直翅片。印刷电路板的厚度可以与从十字尾延伸到印刷电路板上的裸导体的节距匹配。
在一些实施例中,通信插头包括柔性印刷电路板。这些柔性印刷电路板可以包括可以用于改进穿过插头的差分传输线路中的一个或多个的回波损耗的一个或多个电路。例如,在一些实施例中,差分传输线路可以被构造为使得其两个导电路径都既电感耦合、又电容耦合。这些耦合可以创建谐振,并且这些谐振可以被选为使得传输线路的回波损耗可以在选定的频率范围内得到改进。在其它实施例中,差分传输线路的一个或两个导电路径可以被布置为既电感地又电容地自耦合以产生这样的谐振。通过在柔性印刷电路板的相对侧延展差分对的两个导电路径(或被敷设为自耦合的单个导电路径)可以产生高量的电感和电容耦合。
在包括柔性印刷电路板的实施例中,通过重叠布置的方式在柔性印刷电路板的相对侧敷设与两个不同的差分传输线路相关联的迹线可以产生高水平的攻击感应串扰。因为柔性印刷电路板的介电层可以非常薄(例如,1密耳),所以可以在非常短的距离内产生非常高量的攻击感应串扰。这可以促进更靠近插头-插孔配合点注入攻击感应串扰,这可以使攻击串扰在配合插孔中更易于抵消。
在更进一步的实施例中,提供了RJ-45插头,这些RJ-45插头包括以一角度安装在插头壳体内的印刷电路板。通过使印刷电路板成一角度,可以提供增大的空间以使得电缆的多于四个的导体可以端接于印刷电路板的一侧。在一些实施例中,插头片被安装在印刷电路板的顶侧,并且印刷电路板在壳体内成一角度,以使得电缆的所有八个导体都可以端接于印刷电路板的底侧。
在又进一步的实施例中,提供了通信插头,这些通信插头具有注入到其壳体中的有损介电质。有损介电质可以是液体或泡沫体,并且可以通过暴露于空气、热量、紫外光等而固化,以使得它硬化为固体材料。有损介电质可以将发源于插头内的差分传输线路的电场转换为热量,从而可能减小差分-差分串扰、差分共模串扰以及外来串扰。
现在将参照附图更详细地讨论本发明的实施例。
图3-11例示了根据本发明的某些实施例的跳接线100及其各种部件。具体地,图3是跳接线100的透视图。图4是包括在图3的跳接线100上的插头116的顶部后侧透视图。图5是插头116的底部后侧透视图。图6是插头116的侧视图。图7-10是图4-6的插头116的插头触点141-148和印刷电路板150的各种透视图。
如图3所示,跳接线100包括电缆109,其具有封装在护套110中的八个绝缘的导体101-108(导体101-103和106-108在图3中没有单个地编号,导体104和105在图3中不可见)。绝缘的导体101-108可以被布置为四个绞合导体对,其中导体104和105绞合在一起以形成绞合对111(对111在图3中不可见),导体101和102绞合在一起以形成绞合对112,导体103和106绞合在一起以形成绞合对113,导体107和108绞合在一起以形成绞合对114。可以提供分离器115(诸如带状分离器或十字形分离器)使绞合对111-114中的一个或多个与其它绞合对111-114中的一个或多个分离。第一插头116附连到电缆109的第一末端,第二插头118附连到电缆109的第二末端,以形成跳接线100。
图4-6是例示跳接线100的第一插头116的放大视图。为了简化这些图,省略了插头壳体的后盖以及各种导线梳理和导线固位机构。如图4-6所示,通信插头116包括壳体120,其具有双层顶面122、底面124、前面126以及容纳后盖(未示出)的后开口128。插头锁129从底面124延伸。壳体120的顶面122和前面126包括多个纵向延伸的狭槽。通信电缆109(参见图3)通过后开口128被容纳。后盖(未示出)通过壳体120的后开口128锁定到位,并且包括容纳通信电缆109的孔径。
如图4-6中还示出的,通信插头116还包括印刷电路板150以及以低断面插头片的形式的多个插头触点141-148,印刷电路板150被设置在壳体120上,插头触点141-148被安装在印刷电路板150的向前边缘处。插头片141-148的顶表面和前表面通过壳体120的顶面122和前面126中的狭槽而暴露。壳体120可以由具有合适的耐电击穿性和可燃性的绝缘塑料材料制成,诸如,举例来说,聚碳酸酯、ABS、ABS/聚碳酸酯共混物或其它介电模塑材料。可以使用被构造为夹持印刷电路板150的任何常规的壳体120。
图7和8分别是印刷电路板150和插头片141-148的放大透视顶视图和底视图,这些视图更详细地例示了这些结构,并且示出了通信电缆109的导体101-108可以如何通过印刷电路板150电连接到相应的插头片141-148。图9和10分别是印刷电路板150和插头片141-148的顶表面和底表面的放大透视顶视图和底视图。在图9和10中,为了更好地例示印刷电路板150的某些特征,省略了印刷电路板150的介电部分。在图9中,为了更好地例示包括在插头116中的各种攻击串扰电路,仅示出了插头片141-148的向下延伸突起149。
印刷电路板150可以包括例如常规的印刷电路板、专门的印刷电路板(例如,柔性印刷电路板)或任何其它适当类型的布线板。在图3-10中所描绘的本发明的实施例中,印刷电路板150包括常规的多层印刷电路板。
如图7-10所示,印刷电路板150包括在其顶表面上的四个电镀垫片151、152、154、155以及在其底表面上的四个电镀垫片153、156-158。绝缘材料被从导体101-108中的每个的末端部分移除,并且每个导体101-108的金属(例如,铜)芯可以被焊合、焊接或以其它方式附连到电镀垫片151-158中的相应的一个。通过在不使用任何绝缘刺穿触点的情况下使导体101-108中的每个直接端接于电镀垫片151-158上,可以缩小插头116的大小。然而,应当理解,可以使用其它技术来使导体101-108端接于印刷电路板150。还应当理解,在其它实施例中,不同数量的导体101-108可以被安装在印刷电路板150的顶表面和底表面上(例如,所有八个都在一个表面上,六个在一个表面上、两个在另一个表面上等等)。
导体101-108可以在插头116内保持成对。十字形分离器或“十字尾”190可以被包括在壳体120的后部部分中,其使电缆109中的每个对111-114与其它对111-114分离以减小插头116中的串扰。每个对111-114的导体101-108可以从插头116的后开口128一直到印刷电路板150的后边缘都保持为绞合对。
插头片141-148被构造为与配合通信插孔的相应的触点(诸如,举例来说,弹簧插孔导线触点)建立机械的和电的接触。八个插头片141-148中的每个被安装在印刷电路板150的前部部分。插头片141-148可以沿着横向尺寸基本上按并排关系对齐。插头片141-148中的每个包括第一段、过渡段和第二段,第一段沿着印刷电路板150的顶表面向前(纵向)延伸,过渡段弯成大约90度的角度,第二段从第一段沿着印刷电路板150的前边缘的一部分向下延伸。每个插头片141-148的在正常操作期间与配合插孔的触点结构(例如,插孔导线触点)物理接触的部分在本文中被称为插头触点141-148的“插头-插孔配合点”。
在一些实施例中,插头片141-148中的每个可以包括例如长度约为140密耳、宽度约为20密耳、高度(即,厚度)约为20密耳的细长金属条。每个插头片141-148可选地可以包括从该插头片的第一段的底表面向下延伸的突起149(参见图9)。印刷电路板150包括沿着其前边缘布置成两行的八个电镀金属的通孔131-138。每个插头片141-148的突起149被容纳在电镀金属的通孔131-138中的相应的一个通孔内,在该通孔内,突起149可以被压合、焊接或焊合到位以将插头片141-148安装在印刷电路板150上。在一些实施例中,可以省略突起149,并且可以将插头片141-148直接焊合或焊接到它们相应的通孔131-138上,或焊合/焊接到沉积在相应的通孔131-138的顶部上的导电垫片中的相应的导电垫片上。
再次翻到图7-10,可以看出,在印刷电路板150的顶表面和底表面上提供了多个导电路径161-168。这些导电路径161-168中的每个将电镀垫片151-158中的一个电连接到电镀金属的通孔131-138中的相应的一个,以便提供端接于电镀垫片151-158上的导体101-108中的每个和安装在电镀金属的通孔131-138中的插头片141-148中的相应的一个之间的导电路径。每个导电路径161-168可以包括例如在印刷电路板150的一个或多个层上提供的一个或多个导电迹线。当导电路径161-168包括在印刷电路板150的多个层上的导电迹线(即,所描绘的实施例中的导电路径163-165和168)时,可以提供电镀金属的或填充金属的穿孔(或本领域技术人员已知的其它层传递结构),这些穿孔提供印刷电路板150的不同层上的导电迹线之间的电连接。
通过插头116提供了总共四个差分传输路线171-174。第一差分传输路线171包括导体104和105的末端部分、电镀垫片154和155、导电路径164和165、插头片144和145以及电镀金属的通孔134、135。第二差分传输线路172包括导体101和102的末端部分、电镀垫片151和152、导电路径161和162、插头片141和142以及电镀金属的通孔131、132。第三差分传输线路173包括导体103和106的末端部分、电镀垫片153和156、导电路径163和166、插头片143和146以及电镀金属的通孔133、136。第四差分传输线路174包括导体107和108的末端部分、电镀垫片157和158、导电路径167和168、插头片147和148以及电镀金属的通孔137、138。如图7-10所示,形成差分传输线路171-174中的每个的两个导电迹线161-168一般并排地一起敷设在印刷电路板150上,这可以提供改进的阻抗匹配。
多个攻击串扰电路也包括在印刷电路板150上。因为在插头触点的插头-插孔配合区域中通过RJ-45插头和插孔在四个差分传输线路之间发生的不等耦合,在工业标准化的RJ-45插头-插孔接口中引起“攻击”串扰。为了减小该攻击串扰的影响,在二十世纪九十年代早期开发了这样的通信插孔,这些通信插孔包括引入用于抵消在插头-插孔配合区域中引入的“攻击”串扰的大部分的“补偿”串扰的电路。为了确保不同供应商制造的插头和插孔将一起很好地工作,工业标准指定了在RJ-45插头中的各个差分对组合之间必须产生的攻击串扰的量以使该插头具有工业标准兼容性。因此,虽然现在可能制造表现出水平低得多的攻击串扰的RJ-45插头,但是仍然有必要确保RJ-45插头在差分对之间注入工业标准化的量的攻击串扰,以使得保持与RJ-45插头和插孔的安装的基底的向后兼容性。
插头116包括印刷电路板安装的插头片,这些插头片是“低轮廓”插头片,因为相邻的插头片具有小得多的面对的表面区域。这可以大幅减小在插头116中的各个差分对组合之间产生的攻击串扰的量(因为传统上,攻击串扰的大部分是由于相邻的插头片之间的电容耦合而产生的)。到印刷电路板150上的导体101-108的端接以及导电路径161-168的敷设也可以被设计为减小或最小化在差分对171-174之间产生的攻击串扰的量。结果,在插头116中产生的攻击串扰的量可以远小于在相关的工业标准文档中指定的攻击串扰水平。如此在插头116中提供了多个攻击串扰电路,这些电路在对之间注入额外的攻击串扰以便使插头116与这些工业标准文档兼容。
上述方法可以是有益的,例如,因为如果其它一切都保持相同,那么如果攻击串扰和补偿串扰被适时地彼此非常靠近地注入(因为这最小化了其中注入攻击串扰的点(一个或多个)和其中注入补偿串扰的点(一个或多个)之间的相移),则一般可以实现更有效的串扰抵消。插头116被设计为在插头的后部部分(即,在比插头片141-148的插头-插孔配合区域的电延迟更长的插头116的部分)中产生低水平的攻击串扰,并且提供攻击串扰电路,这些电路以与插头片141-148的插头-插孔配合区域非常短地延迟注入攻击串扰的大部分。这可以允许更有效地抵消配合插孔中的攻击串扰。
如图9所示,邻近插头片141-148提供了五个攻击串扰电容器181-185。电容器181在插头片142和143之间(即,在差分传输线路172和173之间)注入攻击串扰,电容器182在插头片142和143之间注入额外的攻击串扰,电容器183在插头片143和144之间(即,在差分传输线路171和173之间)注入攻击串扰,电容器184在插头片145和146之间(即,也在差分传输线路171和173之间)注入攻击串扰,电容器185在插头片146和147之间(即,在差分传输线路173和174之间)注入攻击串扰。五个攻击串扰电容器181-185中的每个被构造为在非常靠近每个插头片141-148的插头-插孔配合区域的位置处注入攻击串扰。具体地,用于每个串扰电容器181-185的电极连接到导电通孔132-137的顶边缘。因此,由每个攻击串扰电容器181-185产生的攻击串扰被注入在插头片142-147的直接与相应的插头片的插头-插孔配合区域相对的下侧(例如,距离每个插头片的插头-插孔配合区域可能20密耳)。
而且,提供了用于产生额外的攻击感应串扰的四个导电通孔133-1、134-1、135-1和135-2。具体地,使用导电通孔133-1来代替导电通孔133将从印刷电路板150的底侧的迹线沿着导电路径163传递的信号传送到印刷电路板150的顶侧。导电通孔133-1与导电通孔134横向对齐。通过使用导电通孔133-1代替导电通孔133用于载流路径来向后移动用于导电路径163的垂直信号-载流路径,用于导电路径163的垂直载流路径被移动得更靠近导电通孔134而且更远离导电通孔135。因为流过导电通孔133-1和134的电流将强烈地耦合(由于它们紧密邻近),所以该改变的净效应是大幅增大在差分传输线路171和173之间产生的攻击感应串扰。因此,导电通孔133-1和134一起形成在差分传输线路171和173之间产生攻击感应串扰的第一攻击串扰电感耦合段186。
以类似的方式,使用导电通孔135-1来代替导电通孔135将来自作为导电路径165的一部分的、印刷电路板150的底侧上的迹线的信号传送到印刷电路板150的顶侧。额外的导电通孔135-1与导电通孔136横向对齐。因为流过导电通孔135-1和136的电流将强烈地耦合(由于它们紧密邻近),所以该改变的净效应是大幅增大在差分传输线路171和173之间产生的攻击感应串扰。因此,导电通孔135-1和136一起形成在差分传输线路171和173之间产生攻击感应串扰的第二攻击串扰电感耦合段187。
攻击感应串扰电路186、187相对地靠近差分传输线路171、173的插头片143-146上的插头-插孔配合点注入攻击串扰。因为通常可以在导电通孔结构中产生的电感耦合的水平可以高于例如通过使用印刷电路板150上的电感耦合的并排导电迹线可以产生的电感耦合的水平,所以在垂直导电通孔133-1、134、135-1、136中产生攻击感应串扰。提供穿过印刷电路板150的两个额外的导电通孔134-1和135-2。提供导电通孔134-1和135-2是为了分别将导电路径164和165从印刷电路板150的顶表面传送到底表面,以使得如攻击感应串扰电路186、187适当操作所需要的那样,电流将流过导电通孔134和135-1,而且还是为了相对于导电通孔133-1和136设置流过导电通孔134和135-1的电流方向,以使得将在通孔133-1和134之间以及在通孔135-1和136之间发生电感耦合。使用在印刷电路板150上并排敷设的导电迹线段来在差分传输线路之间产生额外的攻击感应串扰。
如以上所指出的,插头116可以被设计为在差分传输线路之间、在靠近插头片141-148的插头-插孔配合点的位置处注入绝大多数工业标准化水平的攻击串扰。现在将描述插头116的可以促进减小在插头116中后面更远处注入的攻击串扰的量的各种特征。
首先,导体101-108既端接于印刷电路板150的顶侧,又端接于印刷电路板150的底侧。这允许不同的差分对的导体101-108沿着横向尺寸隔开更大的距离,这减小了对之间的串扰。同样地,导电路径161-168被成对布置,它们一般彼此相隔很远以便减小或最小化差分传输线路171-174之间的耦合,直到这些传输线路到达印刷电路板150的在插头片141-148下面的前段为止。
另外,一对反射或“像”平面130、130’包括在印刷电路板150中。第一像平面130位于印刷电路板150的顶表面的正下方,第二像平面130’位于印刷电路板150的底表面的正上方。每个像平面130、130’可以实现为印刷电路板150上的导电层。在一些实施例中,像平面130、130’可以接地或者可以电浮置。像平面130、130’可以充当减小印刷电路板150上的导电结构之间的耦合的屏蔽结构。
另外,插头116的后端包括“十字尾”190,其使导电对101、102;103、106;104、105;107、108彼此隔开以便减小它们之间的耦合。在本文中,术语“十字尾”指的是使电缆的四个导体对中的每个与其它对分离的结构。通常,十字尾分离器具有四个翅片,这些翅片径向隔开大约90度,并且从分离器的中心部分突出。结果,“十字尾”通常具有大致十字形的截面。十字尾190(或其各部分)可以用导电材料电镀或者由导电材料形成以便增强其屏蔽性。
如图4中最好地示出的,十字尾190具有从中心芯195辐射状伸展的四个翅片191-194。四个翅片191-194径向隔开大约90度。这些翅片191-194限定四个通道,一对导体被容纳在每个通道内。第一翅片191和第二翅片192的向前延伸均远于第三翅片193和第四翅片194的向前延伸。因此,中心芯195、第二翅片192和第一翅片191的向前部分创建从十字尾190的其余部分延伸的垂直定向壁196。在印刷电路板150的后段的中心提供凹槽159。垂直定向壁196可以被容纳在该凹槽159内。结果,第一翅片191在印刷电路板150的后部部分的顶部上方向上延伸以充当第一导电屏蔽,第二翅片192在印刷电路板150的后部部分的底部下方向下延伸以充当第二导电屏蔽。因此,第一翅片191插入在绞合对111和绞合对112的导体的末端部分之间,第二翅片192插入在绞合对113和绞合对114的导体的末端部分之间。在每种情况下,这些翅片191、192将充当减小相邻绞合对111、112和113、114的导体之间的耦合的屏蔽。
虽然在所描绘的实施例中,印刷电路板包括允许垂直定向壁196向前延伸通过印刷电路板150的后边缘的凹槽159,但是应当理解可以使用其它设计。例如,在替代实施例中,可以省略中心芯195的向前部分(必要时,还省略翅片191、192的向前部分的部分基底,这依照印刷电路板150的厚度而定)。在该实施例中,翅片191的向前部分将定位在印刷电路板150的顶表面的上方,翅片192的向前部分将定位在印刷电路板150的底表面的下方。该实施例除去了对于印刷电路板150中的凹槽159的任何需要,同时仍提供第一导电屏蔽和第二导电屏蔽,其中第一导电屏蔽在印刷电路板150的后部插入在绞合对111和112的导体之间,第二导电屏蔽在印刷电路板150的后部插入在绞合对113和114的导体之间。在还有的其它的实施例中,可以使用与十字尾分离的结构来实现第一导电屏蔽和/或第二导电屏蔽。例如,可以省略印刷电路板中的凹槽159,并且用印刷电路板150的顶表面和底表面上的金属垫片代之。将代替图4中所示的翅片191和192充当导电屏蔽的第一垂直定向导电壁和第二垂直定向导电壁可以被焊合到这些金属垫片上。
第三翅片193和第四翅片194均可以具有当插头116被充分组装时毗邻印刷电路板150的加宽段193’、194’。在十字尾190的后部部分中,每个绞合对将被紧紧地绞合。如图4所示,当绞合对111-114靠近印刷电路板150时,每个对的导体以并排的方式布置。这促进将每个导体端接于印刷电路板150上的其相应的导电垫片151-158上。第三翅片193和第四翅片194的加宽段193’、194’可以为每个导体101-108与相应的导电垫片151-158的焊合或焊接连接提供支撑。
上述导电屏蔽(例如,翅片191、192的向前部分或其它类似的屏蔽结构)也可以促进控制穿过插头116的差分传输线路的阻抗。当导体101-108从它们在电缆110内的绞合状态转变为在它们与印刷电路板150的后部的界面处的非绞合状态时,每个绞合对111-114的阻抗通常将增大。电缆中提供的任何屏蔽(例如,每个绞合对111-114周围的单个的屏蔽或围绕电缆护套109内部的所有四个对的单个屏蔽)通常将也被切掉,这些屏蔽结构的缺少通常也将用于增大每个绞合对111-114的阻抗。对于从导体101-108的每个导电芯101a-108a的最末端部分剥离的绝缘芯101b-108b同样如此。在印刷电路板150的上方/下方延伸的金属化的十字尾190或其它导电屏蔽可以抵消这些影响,并且帮助减小或阻止绞合对111-114的这些阻抗的增大。
在一些实施例中,印刷电路板150的厚度大体上可以与在电缆100的末端处的导体101-108的“节距”匹配。导体的“节距”指的是以下两者之间的垂直距离:(a)导体101-108中的端接于印刷电路板150的底侧的第一导体的导电芯的顶部、以及(b)导体101-108中的在第一导体的正上方端接于印刷电路板150的顶侧的第二导体的导电芯的底部。这在图11A中用图形例示说明。如图11A所示,第三翅片193(以及第四翅片194,其在图4中可见)可以具有第一厚度D1。每个导体101-108具有被绝缘覆层101b-108b包围的导电芯101a-108a。如图4和11A所示,每个导体101-108的绝缘覆层101b-108b的末端部分可以被剥离。通常,绝缘覆层101b-108b在每个导体上一直保留到导体101-108碰到印刷电路板150的后边缘,以降低导体101-108中的两个变为短路的可能性。本质上为环形的绝缘覆层可以具有厚度D2。在图11A中可以看出,印刷电路板150具有厚度D3。在一些实施例中,D3可以大致等于(D1+2*D2)。当满足该条件时,从每个导体101-108延伸的剥离的导电芯101a-108a自然将被定位为使得它们在它们相应的导电垫片151-158的正上方或正下方。这可以使得更容易将每个导电芯101a-108a焊合或焊接到其相应的导电垫片151-158,并且可以减小或避免导电芯101a-108a中的扭结或弯曲,这些扭结或弯曲可能负面地影响每个焊合点/焊接点的强度。虽然值可能变化很大,但是在一些实施例中,翅片193、194可以具有大约20密耳至大约60密耳的厚度,每个导体101-108上的绝缘覆层101b-18b可以具有大约5密耳和20密耳之间的厚度。因此,对于40密耳的翅片厚度和10密耳的绝缘覆层厚度,印刷电路板150将具有大约60密耳(例如,54-66密耳)的厚度。
如图11B所示,在一些实施例中,屏蔽117可以围绕每个绞合对111-114。通常,使用可以具有可能1-2密耳的厚度的薄导电箔(诸如镀铝聚酯薄膜箔)来单个地屏蔽被屏蔽的绞合对。在每个绞合对上包括屏蔽的实施例中,印刷电路板150的厚度D3可以被设置为基本上等于(D1+2*D2+2*D4),其中,D4是用在单个的绞合对上的屏蔽117的厚度。
另外,现在参照图12,在一些实施例中,有损介电材料197可以在印刷电路板150、十字尾190和导体101-108被安装在壳体内之后被注入到插头壳体120内。如本领域技术人员已知的,有损介电质指的是具有高衰减程度或者具有通过将能量转换为热量来消耗能量的能力的介电材料。就这点而论,有损介电材料197可以作用于使发源于包括在插头116中的各种导电结构(例如,导电芯101a-108a、插头片141-148、导电垫片151-158、导电路径161-168以及导电通孔131-138和133-1、134-1、135-1、135-2、136-1)的电场衰减。这可以减小插头116内的差分-差分和差分-共模串扰,以及从插头116到通信系统中的其它连接器(例如,相邻的插头或插孔)的外来串扰。
有损介电材料197可以例如是在插头被组装之后被注入到插头壳体120中的液体或泡沫体(例如,载碳泡沫体)。该液体或泡沫体197可以填充插头壳体120内的大部分空的空间。液体或泡沫体有损介电材料197可以被设计为仅通过暴露于空气或者通过固化处理(诸如,举例来说,暴露于热量、紫外光等)来硬化。就这点而论,液体或泡沫体有损介电材料197可以通过任何一个或多个适当的开口(例如,在壳体120中提供的后开口128和/或其它开口(图中未示出))被注入到壳体的内部。由于有损介电材料197在注入之后硬化为固体,所以可能没有必要在注入有损介电材料197之后密封这些一个或多个开口。
除了减小来自插头壳体120内的导电结构的电场发射之外,有损介电材料197还可以帮助机械地将各种结构固定到它们在插头116内的适当位置上,从而提供更鲁棒的插头设计。当插头116内的导电和/或各种介电结构的任何移动可能显著地影响插头116的电性能时,当插头可以被设计为产生高度受控的量的串扰以便允许精确地抵消配合插孔中的这样的攻击串扰时,这可能是重要的。在一些实施例中,有损介电材料197可以为具有粘合性的有损环氧树脂或其它材料的形式,这样它不仅可以填充壳体120中的空的空间,而且还可以将壳体120内的一切都固定在一起以及将壳体120内的一切都固定到壳体120的内表面。
根据本发明的更进一步的实施例,提供诸如RJ-45的通信插头,这些通信插头包括在插头壳体内斜角安装的印刷电路板。
例如,图13是根据本发明的实施例的插头216的侧视图,该图示意性地例示了这样的实现。如图13所示,在插头216中,印刷电路板150在插头壳体120内设置成斜角。壳体(未示出)的内表面或其它结构可以用于在插头壳体120内以斜角夹持印刷电路板。
如图13所示,通过将印刷电路板150设置成相对于例如壳体120的底表面成斜角,可以在印刷电路板150的底表面和壳体120的底表面之间提供更多空间。这可以促进使电缆110的所有八个导体101-108(在图13中为了简化附图,仅描绘了这些导体中的两个)都端接于印刷电路板150的底表面中。在一些实施例中,导体中的四个(两个对)可以端接于印刷电路板150的前一半中(诸如导体107),其它四个(其它两个对)可以端接于印刷电路板150的后一半中(诸如导体105)。导体101-108可以一直到它们端接于印刷电路板150中的点都保持为绞合对。在图13的实施例中,印刷电路板150的底表面和壳体120的底表面可以限定锐角。
在图13的实施例中,插头片141-148被实现为框架插头片。框架插头片141-148可以例如使用具有端接于印刷电路板150的顶表面中的两个末端的导线来实现(可替代地,框架插头片141-148中的一些或全部的前末端可以端接于印刷电路板150的前表面中)。框架插头片141-148可以用于减小相邻的插头片之间的电容耦合,这是因为印刷电路板150的斜角安装可能在其它方面增大插头片141-148的大小。每个插头片141-148可以具有由曲线过渡区域连接的顶表面198和前表面199。八个插头片141-148的顶表面198可以按行对齐,并且可以限定平面。印刷电路板150的顶表面198可以与由八个插头片141-148的顶表面198限定的平面成角度α相交。角度α可以是斜角。在一些实施例中,角度α可以在大约10度和大约30度之间。
图14是插头216’的示意性侧视图,该图例示了具有在其中以一角度安装的印刷电路板150的插头的另一实现。如图13所示,插头216’类似于上述插头216,除了插头216’中的印刷电路板150在相反方向上成一角度之外(即,插头216’中的印刷电路板150的前表面朝向壳体120的顶部成一角度,与插头216的情况下朝向壳体120的底部成一角度相反)。
如图14所示,使印刷电路板150形成角度以使得其前表面朝向壳体120的顶部成一角度可以促进使所有八个导体都端接于印刷电路板150的顶表面中(在图14中为了简化附图,仅描绘了这些导体中的两个)。导体中的四个(两个对)可以端接于印刷电路板150的前一半中(诸如导体105),其它四个(其它两个对)可以端接于印刷电路板150的后一半中(诸如导体107)。导体101-108可以一直到它们端接于印刷电路板150中的点都保持为绞合对。
在图14的实施例中,插头片141-148再次可以实现为框架插头片。每个插头片141-148可以具有由曲线过渡区域连接的顶表面198和前表面199。八个插头片141-148的顶表面198可以按行对齐,并且可以限定平面。印刷电路板150的顶表面可以与由八个插头片141-148的顶表面198限定的平面成角度β相交。角度β可以是斜角。在一些实施例中,角度β可以在大约10度和大约30度之间。
根据本发明的实施例的通信插头还可以包括可以改进穿过插头的差分传输线路上的回波损耗的特征。该改进的回波损耗可以例如通过沿着差分传输线路产生电感和/或电容自耦合来实现。通过抵消攻击串扰可能需要的高水平的串扰补偿(尤其是对于高频信号),该自耦合可以帮助抵消置于差分传输线路上的负载,并且因此,可以提供传输线路上的改进的回波损耗。
图15是用于根据本发明的进一步的实施例的通信插头的印刷电路板350的示意性平面图。印刷电路板350可以是包括一个或多个介电层的柔性印刷电路板,这些介电层具有设置在其一侧或两侧的导电迹线(底部上的迹线使用交叉影线示出)。柔性印刷电路板350的介电层可以比常规的印刷电路板的介电层薄得多;例如,在一些实施例中,柔性印刷电路板350的介电层可以具有1密耳或更小的厚度。柔性印刷电路板350可以例如代替包括在以上所讨论的通信插头116中的印刷电路板150使用。柔性印刷电路板350可以在插头壳体120内占据较小的空间,并且可以包括可以提供提高的串扰和/或回波损耗性能的特征。
例如,在2007年9月4日发表的美国专利No.7,264,516(该专利的全部内容通过引用并入本文)中,教导了布置通信连接器的差分传输线路的两个导电路径的印刷电路板耦合段以使得它们彼此紧邻并且使得它们遵循基本上平行的具有相同的瞬时电流方向的路径。通过明智地选择彼此紧邻的、具有基本上相同的瞬时电流方向的两个导电路径的各部分,控制穿过配合的插头-插孔组合的差分传输路线的输入阻抗是可能的,并且因此,控制差分传输线路的回波损耗也是可能的。结果,配合的插头-插孔组合的插孔可以经受住在配合的插头-插孔组合中实现提高频率信号传输可能必需的增大串扰补偿,同时仍经历可接受水平的回波损耗。
依照本发明的实施例,提供了实现上述美国专利No.7,264,516的教导的通信插头。例如,如图15所示,柔性印刷电路板350包括沿着差分传输线路372的回波损耗改进电路375,差分传输线路372包括导电路径361和362。该回波损耗改进电路375通过在柔性印刷电路板350的顶侧敷设导电路径361并且在柔性印刷电路板350的相对侧、在导电路径361的下面敷设导电路径362的段而形成。在导电路径361的下面延展的导电路径362的段被敷设为使得在迹线361、362上流动的信号在回波损耗改进电路375中将具有相同的瞬时电流方向(这可以通过敷设导电路径362的段以使得它在与导电路径361的段相反的方向上行进来实现)。这将触发沿着这些迹线段的局部电感的增大,这可以改进差分传输线路372的回波损耗。因为柔性印刷电路板350可以相当薄,所以可以在回波损耗改进电路375中实现大量的电感耦合,这可以提供差分传输电路372上的回波损耗的大幅改进。
而且,考虑到柔性印刷电路板350的介电层的薄的性质,因为导电路径361、362的耦合部分在柔性印刷电路板350的相对侧实现,所以导电路径361、362的这些部分将不仅电感耦合,而且还可以经历显著的电容耦合。如果导电路径361、362的耦合部分如图15所示那样加宽,则尤其如此。该电容耦合可以进一步改进差分传输线路372上的回波损耗。如图15所示,可以在差分传输线路中的每个上提供这样的回波损耗改进电路,每个回波损耗改进电路可以或者可以不具有加宽的迹线段。
通过沿着差分传输线路372产生电感耦合和电容耦合,有可能提供差分传输线路的回波损耗的大幅改进。在一些情况下,可能难以通过仅产生或主要产生电感耦合就在扩展的频率范围上提供回波损耗改进。在一些实施例中,在导电路径361、362之间产生的电容耦合的量可以是电感耦合的量的至少一半。
而且,根据本发明的一些实施例,可以对差分传输线路的两个导电路径之间的电容耦合的量与差分传输线路的两个导电路径之间的电感耦合的量的比率进行调谐,以改进差分传输线路的回波损耗。具体地,已经发现,通过沿着差分传输线路产生电感耦合和电容耦合,可以创建谐振。通过调整电容耦合和电感耦合的量的相对量,可以对这些谐振进行调谐以便在关于差分传输线路的回波损耗谱中创建局部极大值。例如,图16示意性地例示了差分传输线路的导电路径之间的上述耦合可以如何在关于差分传输线路的回波损耗谱(即,按照频率的函数绘制的回波损耗)中产生局部极大值。具体地,图16示意性地描绘了示例差分传输线路的作为频率的函数的回波损耗,其中,不采取特殊措施来改进回波损耗(曲线390)。如图16中的曲线390所示,回波损耗通常随频率增大而减小,并且在某一点处,回波损耗可能达到不可接受的水平。如图16中的曲线392所示,通过在差分传输线路的导电路径之间产生电感和电容,有可能在某一频率范围上改进差分传输线路的回波损耗(例如,对于低于大约2.9GHz的所有频率,与图16中的曲线390相比,曲线392表现出改进的回波损耗)。而且,通过调谐(调整)在差分传输线路的导电路径之间产生的电感和电容耦合的相对量,在曲线392的回波损耗谱中可能提供的局部极大值394的位置(就频率而言)可以被调整。在一些实施例中,电感和电容耦合可以被调谐为使得局部极大值394位于所讨论的连接器的最大工作频率附近(例如,位于最大工作频率的60%和125%之间)。这可以在其中可能最需要改进的性能的区域中提供所讨论的差分传输线路的回波损耗的大幅改进。可以例如通过调整耦合迹线的宽度(因为增大的宽度所产生的电容耦合相对大于电感耦合)和/或通过调整印刷电路板350的相对侧的迹线的重叠的量(因为增大的重叠所产生的电容耦合大于电感耦合)来调整电容耦合的量与电感耦合的量的比率。
虽然图15例示了一种类型的回波损耗改进电路,但是应当理解,可以使用其它电路实现。例如,如2008年2月5日发表的美国专利No.7,326,089(该专利的全部内容通过引用并入本文,就好像在本文中被全部阐述了一样)中所讨论的,仅沿着差分传输线路的一个导电路径提供自耦合段也可以用于产生自电感的局部增大,自电感的局部增大可以改进差分传输线路的回波损耗。图17是用于例示这样的技术的通信插头的柔性印刷电路板450的示意性平面图。柔性印刷电路板450可以例如代替包括在以上所讨论的通信插头116中的印刷电路板150使用。柔性印刷电路板450包括八个导电路径,这些导电路径将电缆110(未示出)的导体101-108连接到相应的插孔导线触点141-148。在图17中,加影线的迹线是在柔性印刷电路板450的顶侧的迹线,加交叉影线的迹线是在柔性印刷电路板450的底侧的迹线。在导电路径461-468中的每个上提供导电通孔469,其将导电路径的在柔性印刷电路板450的顶侧的部分连接到在柔性印刷电路板450的底侧的部分。
如图17所示,沿着导电路径461提供回波损耗改进电路475。回波损耗改进电路475被实现为包括在导电路径461中的一对自耦合段461a、461b。如图17所示,回波损耗改进电路475通过下述方式来实现,即,使用导电通孔469将导电路径461从柔性印刷电路板450的顶侧传送到底侧,然后在相反的方向上向回(即,远离插头片)敷设导电路径,然后将导电迹线461向回延伸另一个180度转弯以使得导电迹线段461b位于导电段迹线461a的下面。该构造提供了回波损耗改进电路475,因为导电迹线段461a和461b将具有相同的瞬时电流方向并且将彼此强烈地耦合,它们彼此强烈地耦合是由于它们在彼此之上延展且仅由柔性印刷电路板450的薄介电层分离。具有基本上相同的瞬时电流方向的迹线段461a、461b的紧邻导致导电路径461的相邻段461a、461b之间的自耦合,这继而触发局部电感增大。
另外,图17中所描绘的迹线段461a、461b的布置还可以在导电路径461上产生大量的自电容。电容耦合的量可以被明智地选为改进或优化包括导电迹线461的差分传输线路上的回波损耗。例如,可以通过加宽导电迹线461a、461b来实现提高水平的电容自耦合。可替代地,可以通过使迹线段461a和461b相对于彼此偏移以使得它们部分重叠来降低电容自耦合的水平。如图17所示,可以在导电路径461-468中的每个上(或者沿着导电路径461-468的任何子集)提供类似的回波损耗改进电路。
应当理解,以上参照图15-16所讨论的用于调整电容和电感耦合的相对量的技术也可以在图17的实施例中被用来产生回波损耗谱中的局部极大值并且将零位定位在为差分传输线路提供期望的回波损耗性能的位置上。
根据本发明的更进一步的实施例,提供了串扰补偿电路,这些电路在柔性印刷电路板上实现以便用非常短的耦合段来实现高量的串扰补偿。如以上所讨论的,柔性印刷电路板上的介电层可以非常薄(例如,1密耳)。这允许在实现于柔性印刷电路板的任一侧的重叠迹线之间的大量耦合。因为感应串扰补偿需要电流流动,所以它有必要适时展开。当串扰补偿随时间展开时,它有必要涉及相关联的延迟。在所有事情都相等的情况下,一般可以以更短的延迟提供改进的串扰补偿,因为在非常短的迹线段内引入大量感应串扰补偿的能力可能是可取的。根据本发明的进一步的实施例提供了实现该技术的通信插头。
具体地,图18是根据本发明的进一步的实施例的通信插头的柔性印刷电路板550的示意性平面图。柔性印刷电路板550可以代替以上所讨论的柔性印刷电路板150使用。应当理解,柔性印刷电路板550的各种特征被示意性地例示,因为图18的焦点是例示可以如何在柔性印刷电路板550上紧邻插头-插孔配合点实现攻击感应串扰电路。
具体地,如图18所示,柔性印刷电路板550包括八个导电路径561-568,这些导电路径将电缆110(未示出)的导体101-108连接到容纳相应的插头片141-148的八个导电通孔531-538。在图18中,加影线的迹线是在柔性印刷电路板550的顶侧的迹线,无影线的迹线是在柔性印刷电路板550的底侧的迹线。
如图18中进一步所示的,为了产生攻击感应串扰,在柔性印刷电路板550上提供了一对攻击感应串扰电路575-1和575-2。攻击感应串扰电路575-1通过在柔性印刷电路板550的底侧敷设导电路径564的一小段以使得它在导电路径563(其在柔性印刷电路板550的顶侧)的对应的小段的正下方(或者至少部分被该小段重叠)而形成。因为柔性印刷电路板550的顶侧和底侧由非常薄的介电层(例如,1-2密耳厚的介电层)分离,所以在导电路径563和564之间产生具有非常短的电感耦合段575-1的大量电感耦合。在实践中,相信与图7-10的主要使用电感耦合导电通孔产生攻击感应串扰的设计相比,使用图18的设计可以在短得多的信号行进距离内实现相同水平的电感耦合。因为可以使用攻击感应串扰电路575-1、575-2来实现更高水平的电感耦合,所以电感耦合段的面心可以移至更靠近插头插孔配合点。就这点而论,可以更容易地补偿配合插孔中的这个攻击串扰。
如图18所示,在一些实施例中,攻击感应串扰电路575-1的一部分位于插头触点143和插头触点144之间,从而将攻击感应串扰电路575-1定位为紧邻插头-插孔配合点。同样地,攻击感应串扰电路575-2的一部分位于插头触点145和插头触点146之间,从而将攻击感应串扰电路575-2定位为紧邻插头-插孔配合点。在一些实施例中,用于形成攻击感应串扰电路575-1、575-2的电感耦合迹线段可以完全重叠。在其它实施例中,用于形成攻击感应串扰电路575-1、575-2的电感耦合迹线段可以仅部分重叠。在图18的设计中,使耦合段部分重叠可以帮助最小化在整个柔性电路板上也产生的电容耦合。为了尽可能地靠近插头片地包含攻击串扰的电容分量,这样做可能是可取的。而且,可以通过改变重叠段的长度和/或重叠程度来调整在每个电路575-1、575-2中产生的攻击感应串扰的量。
本发明的实施例针对一种跳接线,该跳接线具有:通信电缆,其包括至少形成第一差分对的第一导体和第二导体以及形成第二差分对的第三导体和第四导体;以及附连到通信电缆的插头,该插头包括容纳通信电缆的壳体;第一插头触点、第二插头触点、第三插头触点和第四插头触点,每个插头触点均至少部分在壳体内;印刷电路板,其至少部分在壳体内,印刷电路板包括将第一导体连接到第一插头触点的第一导电路径,将第二导体连接到第二插头触点的第二导电路径,将第三导体连接到第三插头触点的第三导电路径以及将第四导体连接到第四插头触点的第四导电路径,插头还包括第一导电屏蔽,其在印刷电路板的顶表面上方延伸,并且被设置在第一差分对和第二差分对之间。
在一些实施例中,通信电缆还包括形成第三差分对的第五导体和第六导体以及形成第四差分对的第七导体和第八导体,并且其中,插头还包括第二导电屏蔽,其在印刷电路板的底表面下方延伸并且被设置在第三差分对和第四差分对之间。在一些实施例中,第一导体至第四导体端接于印刷电路板的顶侧,第五导体至第八导体端接于印刷电路板的底侧。在一些实施例中,插头还包括导电十字尾,其被安装在壳体的后端,该导电十字尾包括形成第一屏蔽的第一翅片、形成第二屏蔽的第二翅片以及第三翅片和第四翅片。在一些实施例中,在印刷电路板的后边缘中提供凹槽,并且其中,导电十字尾被容纳在该凹槽中,以使得十字尾的第一翅片形成在印刷电路板的顶表面上方延伸的第一屏蔽以及十字尾的第二翅片形成在印刷电路板的底表面下方延伸的第二屏蔽。在一些实施例中,第一翅片和第二翅片在壳体中的向前延伸远于第三翅片和第四翅片的向前延伸。在一些实施例中,印刷电路板的厚度大致等于第三翅片的厚度加上第一导体上的绝缘层的厚度的两倍。在一些实施例中,印刷电路板的厚度大致等于第三翅片的厚度加上第一导体上的绝缘层的厚度的两倍再加上围绕第一导体和第二导体的屏蔽的厚度的两倍。在一些实施例中,第三翅片和第四翅片均包括与印刷电路板相邻的加宽段。
本发明的进一步的实施例针对一种通信插头,该通信插头具有:第一导电路径,其将插头的第一输入和插头的第一输出电连接;第二导电路径,其将插头的第二输入和插头的第二输出电连接,其中,第一导电路径和第二导电路径构成用于传输第一信息信号的第一差分对导电路径;第三导电路径,其将插头的第三输入和插头的第三输出电连接;以及第四导电路径,其将插头的第四输入和插头的第四输出电连接,其中,第三导电路径和第四导电路径构成用于传输第二信息信号的第二差分对导电路径,其中,第一导电路径的第一段和第二导电路径的第二段被构造为具有大体上相同的瞬时电流方向,并且被定位为彼此既电容耦合、又电感耦合。
在一些实施例中,电容耦合的量是电感耦合的量的至少一半。在一些实施例中,插头还包括柔性印刷电路板,其中,第一导电路径的第一段在柔性印刷电路板的第一侧,第二导电路径的第二段在柔性印刷电路板的与第一侧相对的第二侧。在一些实施例中,第一导电路径的第一段和第二导电路径的第二段之间的电容耦合与第一导电路径的第一段和第二导电路径的第二段之间的电感耦合的比率被选为在关于第一差分对导电路径的回波损耗谱中提供局部极大值。在一些实施例中,第三导电路径的第三段和第四导电路径的第四段被构造为具有大体上相同的瞬时电流方向,并且被定位为彼此既电容耦合、又电感耦合。
本发明的另外的实施例针对一种通信插头,该通信插头具有:壳体,其具有插头孔径;柔性印刷电路板,其至少部分地安装在壳体内;第一导电路径,其将插头的第一输入和插头的第一输出电连接;第二导电路径,其将插头的第二输入和插头的第二输出电连接,其中,第一导电路径和第二导电路径构成第一差分对导电路径;其中,第一导电路径包括在柔性印刷电路板上的第一导电迹线段和第二导电迹线段,这些导电迹线段彼此紧邻并且具有大体上相同的瞬时电流方向以使得第一导电迹线段和第二导电迹线段自耦合并且引起电感的局部增大,其中,第一导电迹线段在柔性印刷电路板的第一侧,第二导电迹线段在柔性印刷电路板的与第一侧相对的第二侧,并且其中,第一导电迹线段和第二导电迹线段被构造为彼此既电感耦合、又电容耦合。
在一些实施例中,第一导电迹线段构成螺旋。在一些实施例中,该螺旋与第二导电迹线段至少部分重叠。在一些实施例中,第一导电迹线段和第二导电迹线段之间的电容耦合的量是第一导电迹线段和第二导电迹线段之间的电感耦合的量的至少一半。
本发明的更进一步的实施例针对一种RJ-45通信插头,该通信插头具有:壳体;在壳体内的印刷电路板;以及在印刷电路板的至少一侧和壳体之间的有损介电材料。
在一些实施例中,有损介电材料包括载碳泡沫体。在一些实施例中,有损介电材料被注入在壳体内。在一些实施例中,有损介电材料包括可注入的固化材料。在一些实施例中,有损介电材料基本上填充壳体内的开口区域。
本发明的另外的实施例针对一种跳接线,该跳接线包括:通信电缆,其包括被布置为四个差分对导体的八个导体;以及附连到通信电缆的插头,该插头包括:容纳通信电缆的壳体,该壳体具有前表面、顶表面和底表面,该壳体包括多个狭槽,其每个具有沿着前表面延伸的前部部分以及沿着顶表面延伸的顶部部分;至少部分地安装在壳体内的印刷电路板,该印刷电路板包括八个导电路径,这些导电路径电连接到通信电缆的相应的八个导体;电连接到印刷电路板上的相应的八个导电路径的八个插头片,每个插头片具有由狭槽中的相应的一个狭槽的前部部分暴露的前表面以及由该相应的狭槽的顶部部分暴露的顶部部分;其中,印刷电路板的顶表面与由八个插头片的顶表面限定的平面限定了斜角。
在一些实施例中,插头片中的至少一些包括框架插头片。在一些实施例中,通信电缆的所有八个导体都端接于印刷电路板的同一侧。在一些实施例中,印刷电路板的前部部分朝向壳体的底表面成一角度,并且其中,通信电缆的八个导体端接于印刷电路板的底侧。在一些实施例中,印刷电路板的前部部分朝向壳体的顶表面成一角度,并且其中,通信电缆的八个导体端接于印刷电路板的顶侧。在一些实施例中,导体中的至少两个端接于印刷电路板的前一半,导体中的至少四个端接于印刷电路板的后一半。
本发明不限于以上所讨论的例示的实施例;相反,这些实施例的意图是向本领域技术人员充分地且完整地公开本发明。在附图中,相似的标号始终指代相似的元件。一些部件的厚度和尺寸可能为了清晰而放大。
在本文中为了易于描述,可以使用空间相对术语(诸如“顶部”、“底部”、“侧面”、“上部”、“下部”等)来描述一个元件或与如图中所示的另一元件(一个或多个)或特征(一个或多个)的特征的关系。应当理解,空间相对术语的意图是除了图中所描绘的方位之外,还包含装置在使用或操作中的不同方位。例如,如果装置在图中被翻过来,则被描述为在其它元件或特征的“下方”或“下面”的元件于是将被定向在这些其它元件或特征的“上方”。因此,示例性术语“在……的下方”可以包含上方和下方两个方位。装置可以以其它方式定向(旋转90度或以其它方位定向),空间相对描述词在本文中被相应地解释。
在本文中,术语“信号载流路径”用于指代在其上信息信号将以它的方式从通信插头的输入行进到输出的载流路径。信号载流路径可以通过级联以下部分而形成:布线板上的一个或多个导电迹线,将印刷电路板的不同层上的导电迹线物理连接和电连接的填充金属的孔径,插头片的各部分,导电垫片和/或信息信号可以通过其传输的各种其它的导电部件。从信号载流路径延伸、然后到达尽头的分支(诸如,举例来说,来自信号载流路径的、形成叉指或板电容器的电极中的一个的分支)不被认为是信号载流路径的一部分,即使这些分支电连接到信号载流路径。虽然少量电流将流到这样的尽头分支中,但是流到这些尽头分支中的电流一般不流到与接收输入信息信号的插头的输入对应的插头的输出。
为了简洁和/或清晰,可能未对公知的功能或构造进行详细描述。如本文中所使用的表达“和/或”包括相关联的列出的项中的一个或多个的任何和所有组合。
本文中所使用的术语仅仅是为了描述特定实施例的目的,而非意图限制本发明。如本文中所使用的,单数形式“一”和“所述”也意图包括复数形式,除非上下文另有明确指示。将进一步理解,术语“包括”、“包含”在用在本说明书中时,指定所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在,但是不排除一个或多个其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或它们的群组的存在或添加。
上述所有实施例都可以以任何方式组合来提供多个额外的实施例。
前述内容例示了本发明,不应被解释为限制本发明。尽管已经描述了本发明的示例性实施例,但是本领域技术人员将容易意识到,在不实质上脱离本发明的新颖的教导和优点的情况下,在示例性实施例中许多修改是可能的。因此,所有这样的修改的意图是包括在权利要求中所限定的本发明的范围内。本发明由以下权利要求限定;权利要求的等同形式包括在本文中。
Claims (16)
1.一种通信插头,包括:
壳体;
安装在所述壳体中的柔性印刷电路板,所述柔性印刷电路板具有形成导电路径的第一差分对的第一导电路径和第二导电路径以及形成导电路径的第二差分对的第三导电路径和第四导电路径;
第一插头触点,所述第一插头触点电连接到所述第一导电路径;
第二插头触点,所述第二插头触点电连接到所述第二导电路径,所述第二插头触点紧邻所述第一插头触点;
第三插头触点,所述第三插头触点电连接到所述第三导电路径;
第四插头触点,所述第四插头触点电连接到所述第四导电路径;
其中,所述第一导电路径的第一段在所述柔性印刷电路板的第一侧,所述第二导电路径的第一段在所述柔性印刷电路板的与第一侧相对的第二侧,并且
其中,所述第一导电路径的所述第一段和所述第二导电路径的所述第一段被构造为电感耦合以提供第一攻击感应串扰电路。
2.根据权利要求1所述的通信插头,其中,所述第一导电路径的所述第一段和所述第二导电路径的所述第一段部分重叠,但不完全重叠。
3.根据权利要求2所述的通信插头,其中,所述第三插头触点紧邻所述第四插头触点,其中,所述第三导电路径的第一段在所述柔性印刷电路板的第一侧,所述第四导电路径的第一段在所述柔性印刷电路板的第二侧,并且其中,所述第三导电路径的所述第一段和所述第四导电路径的所述第一段被构造为电感耦合以提供第二攻击感应串扰电路。
4.根据权利要求3所述的通信插头,其中,所述第一攻击感应串扰电路至少部分定位在所述第一插头触点和所述第二插头触点之间,并且其中,所述第二攻击感应串扰电路至少部分定位在所述第三插头触点和所述第四插头触点之间。
5.根据权利要求1所述的通信插头,其中,所述第一导电路径的第二段和所述第二导电路径的第二段被构造为具有大体上相同的瞬时电流方向,并且被定位为彼此既电容耦合、又电感耦合。
6.根据权利要求5所述的通信插头,其中,所述电容耦合的量是所述电感耦合的量的至少一半。
7.根据权利要求5所述的通信插头,其中,所述第一导电路径的所述第二段在所述柔性印刷电路板的第一侧,所述第二导电路径的所述第二段在所述柔性印刷电路板的第二侧。
8.根据权利要求5所述的通信插头,其中,所述第一导电路径的第二段和所述第二导电路径的所述第二段之间的电容耦合与所述第一导电路径的第二段和所述第二导电路径的所述第二段之间的电感耦合的比率被选为针对导电路径的第一差分对提供回波损耗谱的局部极大值。
9.根据权利要求1所述的通信插头,其中,所述第一导电路径还包括在所述柔性印刷电路板上的第二段和第三段,所述第二段和第三段彼此紧邻,并且具有大体上相同的瞬时电流方向,以使得所述第二段和第三段自耦合,并且引起电感的局部增大,和
10.根据权利要求9所述的通信插头,其中,所述第一导电路径的所述第二段在所述柔性印刷电路板的第一侧,所述第一导电路径的所述第三段在所述柔性印刷电路板的第二侧,并且
其中,所述第一导电路径的所述第二段和所述第三段被构造为彼此既电感耦合、又电容耦合。
11.根据权利要求10所述的通信插头,其中,所述第一导电路径的所述第二段包括螺旋。
12.根据权利要求11所述的通信插头,其中,所述螺旋与所述第一导电路径的所述第三段至少部分重叠。
13.根据权利要求10所述的通信插头,其中,所述第一导电路径的所述第二段和所述第一导电路径的所述第三段之间的电容耦合的量是所述第一导电路径的所述第二段和所述第一导电路径的所述第三段之间的电感耦合的量的至少一半。
14.根据权利要求1所述的通信插头,还包括壳体和有损介电材料,所述有损介电材料在所述柔性印刷电路板的至少一侧和所述壳体之间。
15.根据权利要求14所述的通信插头,其中,所述有损介电材料包括载碳泡沫体。
16.根据权利要求1所述的通信插头,与通信电缆组合以提供通信跳接线。
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