CN105580210A - 设有旁路线缆的连接器系统 - Google Patents

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Abstract

提供了一种连接器系统，其包括通过一线缆连接的一第一连接器以及一第二连接器。两个连接器中的端子尾部被设置成压入配合到一电路基板中来构造。所述第一连接器包括一第一端子对，而所述第二连接器包括一第二端子对，且所述第一端子对和所述第二端子对可固定连接于所述线缆的相对两端。

Description

设有旁路线缆的连接器系统
相关申请
本申请主张于2013年8月4日提交的美国临时申请US61/873,642的优先权。
技术领域
本申请涉及连接器领域，更具体地涉及适于在高数据速率下使用的连接器。
背景技术
交换机、路由器以及其它高性能设备用于数据/通信应用且趋于能够体现最高水平的性能。这些设备能够提供高性能的一个例子是支持100Gbps以太网的能力。这个性能能够例如利用支持一些数量的处理器(例如硅片)且设置于一支撑多个输入/输出(IO)连接器(外部接口)的箱体中的一主电路基板来提供。例如，QSFP式连接器在设计得当时能够支持四个25Gbps通道(发送和接收)，从而允许一100Gbps的双向通道。由于许多问题，所以对于这些通道依然强烈地优先使用不归零(NRZ)编码，且由此这些通道需要支持(最小)12.5GHz信令频率(或约13GHz)。这意味着通道需要提供高达13GHz下的可接受的损耗特性(当然，对于一更合理的系统而言，应管理针对更高频率水平下的其它问题(如串扰))。
在任意通信通道中，存在有可获得的总损耗预算，以确保信噪(s/n)比是足够的。换句话说，如果发送一信号，则该信号接收到时需要具有足够的功率(power)，从而接收端能够从噪声中识别出该信号。这个信噪比已开始成为一个问题，因为硅片和外部接口之间的距离可为30-50cm(或更长)。大多数电路基板由一FR4层叠体制成，FR4层叠体是一损耗介质。例如，一FR4层叠体基电路基板趋向在1GHz只具有来自介电方面的约0.1dB/英寸的衰减，且这个衰减趋向随着频率线性增加。由此，一FR4基板预计在13GHz下具有至少1.3dB/英寸的损耗(更现实地，在其它已知的损耗给定时，预计约有1.5dB/英寸的损耗)，且由此将获得约15英寸下降20dB的一信号(或更现实地，约13英寸下降20dB)。由于硅片和外部接口之间的电路基板已经用尽了总损耗预算量，因此交换机以及路由器设计所要求的机械空间使得使用FR4不切实际(或者甚至不可能)。
一个可能的方案是采用其它层叠体，诸如Nelco，其每英寸具有更低的损耗。然而，采用其它层叠体有点不理想，因为FR4层叠体的现有替代物在一电路基板、尤其是趋向于在高性能应用中使用的更大型电路基板中实施时成本更高。而且即使采用这种改进的层叠体，损耗依然比所预期的高。由此，某些应用会从能够改善衰减问题的一改进方案中受益。
发明内容
提供了一种连接器系统，其包括一第一连接器以及一第二连接器，所述第一连接器以及所述第二连接器均将端子尾部设置成压入配合(pressfit)到一电路基板中来构造。所述第一连接器包括一第一端子对，而所述第二连接器包括一第二端子对，且所述第一端子对和所述第二端子对端接(terminated)于一线缆的相对两端，与FR4层叠体电路基板相比，这提供了明显改善的衰减性能。所述第一端子对包括以一合适的方式设置成压入配合到一电路基板中的尾部。在一结构中，所述第二端子对包括设置成对接另一连接器的接触部。
附图说明
本申请通过举例示出且不限于附图，在附图中类似的附图标记表示类似的部件，而且在附图中：
图1示出连接器系统的一实施例的一示意图。
图2示出一薄片的一实施例的一平面图。
图3示出图2所示实施例的一仰视图。
图4示出一种将一连接器设置于一电路基板的方法。
图5示出连接器系统的一简化模式的一实施例的一立体图。
图6示出图5所示实施例的进一步简化的一立体图。
图7示出图5所示实施例的一简化立体图。
图8示出图5所示实施例的一放大立体图，其中去除了基座。
图9示出图7所示实施例的另一立体图。
图10示出图5所示连接器的其中之一的一简化立体图。
图11示出图10所示实施例的一进一步简化立体图。
图12示出图11所示实施例的一部分分解立体图。
图13示出图12所示实施例的一部分分解简化立体图。
图14示出图13所示实施例的一简化部分分解立体图。
图15示出图11所示实施例的一简化立体图，其中省略基座。
图16示出位于两个接地薄片之间的一信号模块的一实施例的一立体图。
图17示出图16所示实施例的一简化立体图。
图18示出图17所示实施例的一部分分解立体图。
图19示出图17所示实施例的一部分立体图，其中去除一接地薄片的一绝缘腹部。
图20示出图17所示实施例的一简化立体图，其中去除一个接地薄片。
图21示出图20所示实施例的一放大的不同角度的立体图。
图22示出图21所示实施例的一简化立体图。
图23示出一接地薄片以及一U形屏蔽体的一实施例的一简化放大立体图。
图24示出图23所示实施例的一简化视图，其中去除接地薄片的一绝缘腹部。
图25示出图24所示实施例的另一立体图。
图26示出一信号模块的一实施例的一立体图。
图27示出图26所示实施例的一部分分解立体图。
具体实施方式
下面的详细说明描述多个示范性实施例且不意欲限制到这些明确公开的组合。因此，除非另有说明，本文所公开的多个特征可以组合在一起而形成另外的多个组合(出于简明目的而未示出)。
在一连接器系统中，固有地存在有一些数量的接口。例如，在采用一SMT式连接附接于一电路基板的一QSFP连接器中，存在有在一对接连接器的一桨形卡(paddlecard)与设置于QSFP连接器中的一端子的一接触部之间的一第一接口。还存在有在QSFP连接器中的所述端子与电路基板中的支撑垫之间的一第二接口。由此，一连接器固有地具有两个接口，一个接口用于输入信号而另一个接口用于输出信号。已确认的是，尤其对于高信令频率，理想地是限制所设置的接口的数量。这是因为各接口要求规定的公差，以考虑可靠的对接，且如果假设对接能够反复进行，则这些公差趋于增加。尽管对于低信令速率而言管理这些公差是相当直接的，但是随着信令速率增加，用于提供一对接连接的特征的尺寸开始引起显著的问题。例如，当一桨形卡对接于一端子时，端子的端部处的一接触部电连接于桨形卡上的一垫。为了提供一机械连接，接触部需要一弯曲端部(通常称为一端头(stub))，以确保当接合桨形卡时接触部不会磕碰(stub)。端头改变端子的机械尺寸且由此提供了一阻抗变化。类似地，所述垫必须尺寸过大，以考虑接触部的所有位置公差，从而确保电路卡上的所述垫与接触部形成一可靠的电连接。所述垫的尺寸也引起阻抗变化。结果，阻抗在这些接口处的不连续能导致显著的信号反射(这引起信号损耗)。由此，如上所述，有助于减少发送信号的一通信通道中的接口的数量。
如从所示图中可认识到的，与采用一FR4电路基板发送信号相比，一连接器系统可具有改善的性能。这在一收发器与为收发器提供一对接接口的一连接器之间存在着显著距离的系统中尤其有价值。如图中示意所示，一第一连接器90和一第二连接器10经由一线缆80电连接一起。线缆80包括用作一差分对的一对导体且所述线缆80包括一第一端80a以及一第二端80b。第一端80a端接于第一连接器90中的一第一信号对。所述第二端80b端接于第二连接器10中的一第二信号对。第一信号对中的各个端子具有设置成压入配合到一电路基板中的一尾部。在一第一实施例中，诸如图1示意表示，第二端子对中的各个端子包括由基座20支撑并位于一卡槽22中的一接触部，卡槽22设置成对接一对接连接器。
应当注意的是，第一连接器90和第二连接器10均设置成经由一压入配合连接安装于电路基板。由此，对于一实施例而言，其中第二连接器90中的差分端子对在一端部具有接触部并端接于另一端部处的所述线缆80，而依然希望第二连接器90具有尾部被压入配合到支撑电路基板中的若干其它端子(其它端子可提供例如用于计时或低数据速率信令的通道)。利用一压入配合连接进行两侧安装的能力避免了在连接器系统的连接器与支撑电路基板(或在两个基板彼此相邻设置的情况下的两个基板)之间的任何类型的焊接，且预计改善所述相应系统的制造性。
图2和图3示出一薄片30的一实施例。薄片30包括支撑信号端子41a、41b和接地端子43的一框体31。各个端子包括接触部45、尾部46以及在接触部45和尾部46之间延伸的本体部47。如可认识到的，接地端子43具有共用(common)在一起的多个端子且包括在信号对之间延伸的一屏蔽部44。由此，薄片30可将多个接触部45以一接地-信号-信号-接地的方式设置成多组布置。当然，如果对屏蔽要求低，则双接地及屏蔽部44可修改为在成对信号接触部之间存在有单个接地接触部，布置方式将是一接地-信号-信号的方式。
应当注意的是，图2和图3所示的连接器结构示出一高性能连接器的实施例但不包括尾部(由此示出一导线-桨形卡设计)。该基本结构可更灵活使用。例如，图3所示的两个薄片(其可由一基座支撑且由此用于提供一连接器)可形成为所述多个端子相对彼此相互交织(interweave)在一起。由此，图3所示的一薄片的特征将通过使两个子薄片相互交织来设置。当然，将两个子薄片交织的需求将依赖于连接器结构。图2的薄片30可能最适用于具有一单个卡槽的一设计，以及在某些实施例中连接器设置成支撑两个薄片30，一个相对另一个翻转，从而所述多个接触部可设置在一卡槽的两侧。
图5-27示出可用于替代实施例的特征。应当注意的是，尽管公开了多个特征，但是不是所有的特征需要包含在各实施例中，因为各个特征将具有成本，且由此那个特征的性能益处与成本相比较，从而在某些应用中可能建议省略该特征。
一连接器系统110包括通过一线缆180连接的具有一框体189的一第一连接器110a以及一第二连接器110b。这些图示出一简化模型，其中多条线缆180示出为端接于多个同样的端子。此外，某些线缆180示出为截断且未示出为被端接。实际上，各条线缆180以类似的(comparable)方式端接且各线缆180将端接于一不同的端子组。由此，在一未简化示例中，连接器110a会具有支撑另外多个端子的一框体189。然而，出于示例和图示目的，采用更少的例子来理解更简单，依赖于采用的线缆180的数量，特征按照需要能够重复。
如图所示，连接器110b由电路基板112支撑，而连接器110a由电路基板114支撑。在许多应用中，一单个的电路基板可用于支撑两个连接器110a、110b。如可认识到的，对于多个更大的电路基板，线缆180可设置成更长(诸如大于15cm)，从而一个连接器安装成与另一连接器相距一显著长的距离。
连接器110b包括一基座120，基座120包括一第一卡槽122a且如图所示还包括一第二卡槽122b。每个卡槽包括第一侧123a和第二侧123b。应注意的是，所示出的设计由此允许一堆叠式连接器(所述两个卡槽在竖向上间隔开，由此连接器是“堆叠”的)，但是可同样地适用于仅需要一个卡槽的连接器的应用中。由此，所示出的示例是示范性的，但是仅具有一个卡槽的一连接器是预料中的且将是所示出的实施例的一简单的修改。桨形卡105可插入所述两个卡槽，以建立电连接。桨形卡105将典型地为一对接连接器系统(出于清楚目的而未示出)的一部分。
每个卡槽包括至少一个排141的接触部145。与图所示的类似，通常在各卡槽具有两排接触部，一排接触部在面向第一方向的第一侧123a上，另一排接触部在面向相对方向的第二侧123b上。由此，线缆180a可用于电连接一卡槽的第一侧123a(例如一上排)的端子，而线缆180b可用于电连接所述卡槽的第二侧123b(例如一下排)的端子。
基座120支撑多个接地薄片150，各接地薄片150均支撑一接地端子151，接地端子151可包括脚部152。接地端子151可设置有压入配合的尾部。所述基座120也可支撑低速率信号的薄片170，薄片170可以一常规方式形成有包括接触部145和设置成压入配合到一电路基板的尾部的多个端子。因为这种结构是众所周知的，所以对于这种低速率信号的端子无需进一步说明。
如图所示，一信号模块160位于两个接地薄片150之间。一U形屏蔽体158位于所述两个接地薄片150之间，且可以为卡槽相对两侧上的信号通道提供屏蔽，同时在U形屏蔽体158的相对侧电连接所述两个接地薄片150中的接地端子151。所述U形屏蔽体158还支撑线缆支撑件178，线缆支撑件178与线缆支撑件177一起有助于确保将线缆180固定就位，并起到使所述线缆180和所述连接器的端子151之间的端接处上的应变最小化的作用。可选的线缆支撑件177可夹设在两个接地薄片150之间，且可包括装配到一相应凹部150b中的一凸部，凹部150b设置在接地薄片150的绝缘腹部150a的两侧，从而线缆支撑件177被固定于接地薄片150。包含可选的线缆支撑件177有助于为线缆180提供另外的应变释放且增加了所述连接器系统的可靠性，但在某些应用中，线缆支撑件177可能是不需要的或无益的。当然，在一实施例中，线缆支撑件178可被省略而只设置线缆支撑件177。尽管不要求具有两个线缆支撑件177、178，但是实际上预计省略二者将使得所述连接器系统在安装过程中更易于受损，由此多数应用将从包含一个或两个线缆支撑件受益。
如上所述，U形屏蔽体158可用于使相邻接地薄片150中的端子151共用。在一实施例中，所述U形屏蔽体158可包括设置成与开孔154中的指部153接合的凸部159a-159f。所示出的U形屏蔽体158具有凸部159a-159f，凸部159a-159f设置成一侧具有处于前部位置的凸部而相对侧具有位于后部位置的凸部。当U形屏蔽体158被安装时，位置交错使得这些凸部与屏蔽墙体152的一开孔154的相邻指部153交叠(overlap)并接合。尽管所示出的U形屏蔽体158在每一侧上具有三个凸部，但在一实施例中，可设置一些其它数量的凸部。
为了改善电性能，U形屏蔽体158可包括针对设置于线缆180上的一屏蔽件的一焊接连接部158a。所述U形屏蔽体158也可利用端接凹槽158b为接地导线182提供一电端接。因为U形屏蔽体158可在两个信号端子的两侧电连接于接地端子151，所以这个额外的连接通过减少因所述线缆180和端子164之间的过渡而可能存在的反射而改善所述连接器系统的电性能。
线缆180包括信号导体181a、181b，信号导体181a、181b电连接于端子164，以提供信号端子S1、S2(这可形成为基板-侧耦接的一差分对)。在一实施例中，端子164包括端子凹口167，且信号导体181a、181b位于端子凹口167中，且可利用焊料或导电粘接剂等固定在此。
端子164(其包括一本体部166)位于信号模块160，信号模块160包括彼此压靠的一子薄片161a以及一子薄片161b。每一子薄片可支撑多个端子164，且在所示出的实施例中支撑两个端子164，同时每个端子相对另一个端子呈翻转姿态。应注意的是，尽管所示出的实施例采用两个相同的端子164。信号模块160由此设置成在一卡槽的一侧提供接触部145a、145b而在另一侧提供接触部145c、145d。信号模块160可设置有凸部169a、169b，凸部169a、169b接合接地薄片150且有助于控制信号模块160相对接地薄片150的位置。在一实施例中，子薄片可通过插合(stitching)端子于一形成的绝缘结构中来形成。可替代地，子薄片可采用一嵌件成型(insert-molding)操作来形成。
为线缆180提供端子的第一连接器110a包括一基座190，基座190支撑多个端子且位于框体189中(如上所述，框体189可在尺寸上设置成支撑一更多数量的基座190)。基座190包括一墙体191，墙体191支撑接地端子194并支撑块体191a、191b。块体191a支撑信号端子193a而块体191b支撑信号端子193b。信号导体181a、181b分别电连接于信号端子193a、193b，且接地导线182电连接于接地端子194。在一实施例中，所述导体可焊接于所述端子，且每一端子193a、193b可包括一压入配合的尾部(其出于清楚的目的而省略，但是可以为任何可取的压入配合式的尾部)。为了有助于将块体191a、191b固定于墙体191，可增加一固定元件192。固定元件192可以一公知方式设置有一灌封材料。
图4示出一种用于将一连接器设置于一电路基板上的方法。首先，在步骤210，形成一子薄片。所述子薄片可如本文的图所示的那样或者可更大且包括一个或多个信号端子。接着，在步骤220，形成一第二子薄片。第二子薄片典型地将在尺寸上与第一子薄片类似，且可包括相同数量的信号端子。在步骤230，第一子薄片和第二子薄片结合在一起，以形成一信号模块。信号模块可包括全部信号端子，且若如此，信号模块典型地约为与两个常规薄片相同的宽度。在步骤240，来自一线缆的导体端接于信号模块的信号端子。这个端接可经由一焊接操作或通过采用导电环氧树脂或通过一机械附着来完成。在步骤250，带有已连接的线缆的信号模块定位于一基座。所述定位可包括在信号模块的两侧布置一接地薄片。如可认识到的，多个信号模块可定位于一基座，由此步骤210-250可按照需要重复。最后，当准备安装连接器时，将连接器被压入到一电路基板上。如可认识到的，因为信号模块可以不包括任何具有设置成安装于一电路基板的尾部的端子，所以连接器将典型地包括具有压入配合尾部的其它薄片(诸如接地薄片和/或低速率信号薄片)。
如可认识到的，在上面的实施例中，用于高数据速率信号通道，接口的数量可限于四个接口(第一端子的接触部、第一线缆的端接处、第二线缆的端接处以及相对电路基板的压入配合尾部)。此外，这允许在电路基板的各个特征焊接就位之后，使得所述连接器组件形成并随后置于一电路基板上。这在不对电路基板的制造(如果需要)以及改造造成干扰的同时允许一可靠的电连接。此外，一低损耗线缆能够提供在高达15GHz下1米的衰减小于5dB或是每英寸约0.1dB(这显著地好于一FR4基板)。由此，与通过FR4仅就通过电路基板的传输线路会得到约15dB的损耗(且依然需要考虑连接器中的损耗)一方案路线相比，具有一10英寸线缆的一连接器系统能够获得小于6dB(1dB对于所述线缆而2.5dB对于各连接器)的损耗且优选小于5dB的损耗(一更合理设计的压入配合连接器应具有针对各连接器不超过约2dB的损耗)且潜在地对于所述连接器系统仅有3dB的损耗(如果压入配合连接器良好地被优化，它能够具有每个连接器约1dB的损耗)。
如可以认识到的，所述连接器的性能将依赖于许多因素，且由此在硅片和外接口之间的通道的损耗将依赖于这些因素变化。然而，对于一10英寸通道而言，与采用FR4电路基板来提供10英寸传输通道的一设计相比，至少针对高于10GHz的信令频率，预计本文所述的连接器系统将提供至少一10dB的改进。例如，针对一10英寸长通道，在13GHz(例如采用NRZ编码的25Gbps)下FR4基板预计提供约15.5-16dB的损耗。相比而言，本文所公开的一连接器系统可提供在13GHz下的5dB的损耗，且更优化的系统可提供具有在13GHz下约3dB损耗的一方案。换句话说，与一基于FR4方案相比，针对在13GHz下通信的一系统中的硅片和外接口之间的每英寸距离而言(假设通信长度为至少4英寸，对于极短长度，仅提供一更大的连接器可能更理想)，所述线缆方案能够潜在地提供1dB的改进。
应当注意的是，所说明的实施例主要说明了信号端子。在一功能信令系统中，预计至少一个接地端子将与两个连接器中的各信号对关联。由此，在一实施例中，接地端子可电连接于一接地导线(有时称为加蔽导线)，所述接地导线和多条信号导线设置在所述第一连接器和所述第二连接器之间延伸的一相关线缆中。
本文给出的申请以其优选示范性实施例说明了各个特征。本领域技术人员在阅读本申请后将可以作出落入随附权利要求书的范围和精神内的许多其它的实施例、修改、以及变型。

Claims (14)

1.一种连接器系统，包括：
一第一连接器，具有一第一信号端子对，每一信号端子包括具有一压入配合结构的一尾部；
一第二连接器，具有一第二信号端子对，所述第二连接器还包括尾部具有压入配合结构的多个端子；以及
一线缆，具有一第一端以及一第二端，所述线缆的第一端端接于所述第一信号端子对，所述第二端端接于所述第二信号端子对。
2.如权利要求1所述的连接器系统，其中，所述第二信号端子对具有设置成接合一对接连接器的多个接触部。
3.如权利要求2所述的连接器系统，其中，所述第二端子对由一基座支撑，所述基座包括一卡槽，所述接触部位于所述卡槽内。
4.如权利要求3所述的连接器系统，其中，所述线缆包括一接地导线，且所述接地导线电连接于所述第一连接器的一第一接地端子和所述第二连接器的一第二接地端子。
5.一种连接器系统，包括：
一基座，具有一卡槽；
一第一接地薄片以及一第二接地薄片，所述第一接地薄片和所述第二接地薄片由所述基座支撑，每一接地薄片具有一接地端子，所述接地端子具有位于所述卡槽内的一接触部；
一信号模块，位于所述第一接地薄片和所述第二接地薄片之间，所述信号模块包括支撑一第一信号端子的一第一子薄片，且还包括支撑一第二信号端子的一第二子薄片，每一信号端子具有位于所述卡槽内的一接触部，从而所述多个接触部是以一接地-信号-信号-接地的方式布置；以及
一线缆，具有一第一信号导体、一第二信号导体以及一接地导线，所述第一信号导体端接于所述第一端子，所述第二信号导体端接于所述第二信号端子，而所述接地导线电连接于构成接触部的所述接地-信号-信号-接地的方式的多个接地端子。
6.如权利要求5所述的连接器系统，其中，所述第一端子和第二端子各包括一导体凹口，且相应的导体端接于相应的导体凹口。
7.如权利要求6所述的连接器系统，还包括相邻所述导体凹口设置的一U形屏蔽体。
8.如权利要求7所述的连接器系统，其中，所述U形屏蔽体电耦接所述接地导线且所述接地端子位于所述接地薄片中。
9.如权利要求8所述的连接器系统，其中所述接地端子包括具有开孔的屏蔽墙体，且一指部被设置在所述开孔中，以及所述U形屏蔽体包括用于接合所述指部的凸部。
10.一种连接器系统，包括：
一第一连接器，具有一基座，所述基座支撑第一信号端子对以及一接地端子，所述第一信号端子对和所述接地端子均包括具有一压入配合结构的一尾部；
一第二连接器，具有一第一接地薄片、一第二接地薄片以及位于所述第一接地薄片与所述第二接地薄片之间的一信号模块，所述第一接地薄片和所述第二接地薄片中的每个具有一接地端子，所述接地端子具有位于一卡槽中的一接触部，且所述信号模块支撑一第二信号端子对，所述第二信号端子对的每一个端子包括位于所述卡槽中的一接触部，所述第二信号端子对的接触部位于所述第一接地端子的接触部和所述第二接地端子的接触部之间；以及
一线缆，具有一第一端以及一第二端，所述线缆的第一端端接于所述第一信号端子对，所述第二端端接于所述第二信号端子对。
11.如权利要求10所述的连接器系统，还包括支撑所述第一连接器的一框体。
12.如权利要求10所述的连接器系统，其中，所述线缆包括一接地导线，且所述接地导线电连接于所述第一连接器的接地端子以及电连接于所述第二连接器的两个接地端子。
13.如权利要求12所述的连接器系统，其中，所述第二连接器包括位于邻近所述第二端的端接位置处的一U形屏蔽体，所述U形屏蔽体电连接于所述接地端子。
14.如权利要求13所述的连接器系统，其中，所述接地导线端接于所述U形屏蔽体。
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