CN106663855B - 具有阻抗匹配的连接线和制造连接线的方法 - Google Patents

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具有阻抗匹配的连接线和制造连接线的方法。具有匹配阻抗的连接线(1)包括具有至少两个导体(11，13)的线缆，所述线缆通过绝缘体(10，12)彼此分离并且能够连接到接触元件，所述连接线(1)在其端部(L2)内包括补偿区域(L1)，导体(11，13)在补偿区域(L1)内彼此之间的距离(D1，D2)小于在补偿区域(L1)之外彼此之间的距离，从而连接线(1)的阻抗(Z)在补偿区域(L1)中减小。

Description

具有阻抗匹配的连接线和制造连接线的方法
技术领域
本发明涉及电连接线，特别涉及用于高速传输数据的电连接线。它特别适于在车辆中发送数据。
背景技术
在现代车辆的设计中，实现安全技术和多媒体应用，设计工程师重新面临最初仅在计算机技术中已知的问题。连接线的数据速率迅速上升，从而关于车辆中的电连接线和连接系统的要求增加。随着今天100兆比特/秒的传输速率以及未来更高的传输速率，高频影响扮演越来越重要的角色。今天，在线组的设计中需要考虑整个传输路径，这是因为它不仅是一系列连接器和线缆。传输系统(诸如例如Broad-Rreach)对相关传输通道具有特定要求。除了其它方面外，这些特定要求是关于该系统的带宽内的最大允许反射。传输路径的反射性能的特征在于在相关频率范围内的反射衰减。以模拟方式，时域中的表征通过阻抗沿着传输路径的变化是可以的，这是因为路径上的波长的改变是反射的原因。阻抗的变化使用时域反射计(TDR)测量。在这种情况下，当通过阶梯函数激励时，反射信号被记录，并且从其确定阻抗的时间变化Z(t)。因此，公式S＝co/√(εeff)*t/2也给出了阻抗的局部变化Z(s)。
仅系统相关带宽内的反射信号的频率分量对于传输路径的质量是重要的。通过TDR，结果Z(t)被相应地过滤，或者激发阶梯函数(stimulating step function)被限制在其上升时间内。通过Broad Rreach标准，指定上升时间是tr＝700psec。对于局部变化，带宽限制用作减小的空间分辨率。最终结果是阻抗的系统相关变化。
关于最佳阻抗，标准连接器系统通常具有系统相关值，由于不被改变的组件几何形状和材料性能导致系统相关值太高。特别是，信号的载体介质例如从电路板到连接器或从连接器到电线改变的区域导致主要问题。在当今的技术中，主要使用具有两条相互绞合的导线(双绞线)的线用于传输数据。这些线具有良好的传输特性，只要线的导线彼此接近即可。如果导线彼此分离，则当将导线与连接器连接时，这不可避免地导致线的传输特性显著改变的情况。连接器中的导电元件(其连接到线)通常在几何结构上不对应于导线的路径。连接器的设计在构造限制内，这在很大程度上由空间和成本规定。适应高数据速率要求的可用连接器系统通常是昂贵的和不灵活的。因此，在连接器和线缆之间的调整困难不能完全避免。
本发明基于提供连接线的目的，其可以被容易地定制到现有连接器系统，通过线缆和连接器的该系统以高数据率传输数据并且具有低干扰。
发明内容
具有匹配阻抗的连接线包括具有至少两个导体的线缆，所述至少两个导体通过绝缘体彼此分离并且能够连接到接触元件。连接线在其端部内包括补偿区域。导体在补偿区域内彼此之间的距离小于在补偿区域之外彼此之间的距离，从而连接线的阻抗在补偿区域中减小。
夹紧装置在补偿区域中与连接线啮合并且将连接线按压在一起，使得导体彼此之间的距离被减小。
中间层在连接线与夹紧装置之间至少在多个区段中延伸。
中间层比夹紧装置具有更高的介电常数。
连接线的导体均包括周围绝缘体，其中，所述绝缘体至少在补偿区域中被熔接(weld)在一起。
端部小于70mm。
补偿区域的长度和导体彼此之间的距离被选择为使得不超过预定阻抗值。
制造连接线的方法包括：提供具有至少两个导体的线缆的步骤，至少两个导体在连接线的端部内的补偿区域中彼此绝缘。然后，减小导体在补偿区域内彼此之间的距离。然后，固定导体在该补偿区域内彼此之间的距离。
减小导体彼此之间的距离和固定导体彼此之间的距离的方法步骤通过使用夹紧装置夹紧来执行。
减小导体彼此之间的距离和固定导体彼此之间的距离的方法步骤通过将热能引入补偿区域中使得绝缘体被熔接来执行。
减小导体彼此之间的距离的方法步骤包括：将热能引入补偿区域中。
具有匹配阻抗的连接线包括具有至少两个导体的线缆，至少两个导体通过绝缘体彼此分离并且能够连接到接触元件。连接线在其端部内包括补偿区域，连接线包括在补偿区域内具有导电材料的覆盖物，由此连接线在补偿区域内具有低阻抗。
补偿区域中的连接线被涂覆有金属或含金属的材料。
补偿区域中的连接线被涂覆有导电塑料材料或涂层。
补偿区域中的连接线被涂覆有包括石墨和/或碳的涂层。
附图说明
在下面，将仅参考附图通过举例通过有利实施方式描述本发明，其中：
图1示出了根据现有技术的连接布置。
图2示出了具有附接夹紧元件的图1的结构。
图3a示出了连接线的一部分。
图3b示出了连接线的截面图，其中，界面横向于纵轴Y，沿着轴A1。
图4a示出了具有附接夹紧元件的连接线的一部分。
图4b示出了横向于纵轴Y沿着轴A1的具有夹紧元件的连接线的截面图。
图5示出了具有中间层的夹紧元件。
图6示出了绝缘体被熔接的两条导线。
图7示出沿着连接线的阻抗曲线的图表。
具体实施方式
图1示意性地示出了现有技术的连接布置。连接线1通过连接器20与插座30(头)连接。插座30被附接到印刷电路板40。导线3、4的导体11、13电连接到插座触点 23、24。插座触点23、24依次电连接至印刷电路板40的导电迹线42。沿着连接线1 和插座触点23、24的连接点到插座30的印刷电路板40上的导电迹线42的连接20、 30的纵轴Y的阻抗Z的变化W1在图7的图表中被示意性地示出。可以看出，沿着区域L2至转换点(handover point)B1的阻抗Z不显著改变。在转换点B1与转换点 B2之间的干扰区域L3中，阻抗Z显著地改变。在插座30内，插座触点23、24比在连接线1中彼此之间具有更大距离。这种情况导致所述干扰区域L3中的阻抗Z的改变。在印刷电路板40上的导电迹线42可以被形成为使得阻抗基本上对应于区域 L2中的连接线1的阻抗。
图2示出与图1中所示的相同结构，但是提供有夹紧装置5，夹紧装置5被附接到转换点B1附近的连接线1。在本实施方式中，夹紧装置5被实现为金属套筒。夹紧装置5被安装在连接线1的端部L2中。端部L2的长度在很大程度上取决于将被发送的信号的频率。夹紧装置5围绕连接线1的区域L1。区域L1的长度适于线-连接器组合的结构。夹紧装置5被放在导线3、4周围，使得夹紧装置5将导线3、4 紧紧保持在一起或者甚至在导线3、4上施加压力。
图3a和图3b示出了连接线1的一个区域，该区域包括端部L2。图3a示出沿着纵轴Y平行延伸的导线3、4。示出端部L2的截面轴A1。图3B示出沿着轴A1的连接线1的截面图。在该截面图中可以看出，两条导线3、4彼此相邻，使得导体11、 13的中心点的距离D1大致对应于连接线1的导线3、4的直径。
图4a和图4b也示出了连接线1的一个区域，该区域包括端部L2。在该视图中，夹紧装置5被安装在连接线1的端部中。示出端部L2的截面轴A1，端部L2穿过夹紧装置5和补偿区域L1。图4B是沿着轴A1的连接线的截面图。可以在截面图中看出，两个导体11、13在此彼此更接近。导线3、4的中心点之间的距离D2现在比距离D1更小。导线3、4的绝缘体10、12在补偿区域L1中变形，使得导体11，13相互更接近。
图5示出了补偿区域L1的截面图，如已经在图4b中所示的。然而，在此，中间层6被放在夹紧装置5和连接线1之间。当夹紧装置5通过按压变形时，中间层6 可以变形。夹紧装置5与绝缘体10、12之间的空间可以通过变形的中间层6来填充。一旦启动，夹持装置5就间接地按压导体11、13的绝缘体10、12，使得当中间层变形时，导体仅彼此按压。如果具有高介电常数的材料被选择用于中间层6，则这对阻抗具有有益效果。中间层6另外地降低阻抗Z。这使得导体11、13需要彼此更少接近以实现期望阻抗值。用于中间层的具有有益特性的材料是例如：橡胶或硅树脂。基本上，可以使用任何弹性体。
图6示出了沿着截面轴A1的补偿区域L1的截面图，如在图4b和图5已经示出的。在本实施方式中，补偿区域L1不具有夹紧装置。补偿效果通过将导线3、4的绝缘体10、12熔接在一起来实现。导线3、4的一个或两个绝缘体10、12被熔化并且然后被按压在一起，以实现预定导体距离D2。熔化的绝缘体10、12被部分地按压出导线3、4之间的空间14，使得导体11、13被更接近地定位在一起。在绝缘体10、12固化之后，导线3、4的绝缘体10、12被部分地熔接在一起，并且导体11、13的位置彼此固定。
图7示出了沿着连接线1的端部L2到电路板的导电迹线42 的阻抗曲线W1、 W2的图表。曲线W1示出没有补偿的阻抗Z。在连接器区域L3中的阻抗Z明显高于线阻抗ZL，线阻抗通常是100Ω。特别是，在区域L3中的阻抗ZM的峰值可能导致数据传输期间的干扰。曲线W2示出具有补偿的阻抗曲线。阻抗Z在线阻抗TL的值周围波动，但是在没有补偿的情况下不达到阻抗的峰值ZM。
本发明基于当双导线连接线和电路板连接在一起时导致阻抗改变的观察。在连接器连接的区域中，导体比在连接线中进一步分离。结果，阻抗增加，这对具有高数据率的数据传输具有负面影响。该负面影响可以通过本发明被积极地影响。为了实现该积极效果，在连接线的端部中产生具有低阻抗的补偿区域。这可以例如通过利用金属或其它导电材料以及高介电常数的材料包围连接线的导体来实现。导体彼此之间的距离的减小同样减小了在所述区域中的阻抗。如果阻抗减小的所述补偿区域和阻抗增加的连接器系统在系统相关上升时间的区域内，则所述补偿区域通过过滤的效果对连接器系统进行补偿，即，补偿区域适于至少部分地补偿连接器的过多阻抗。因此，在 Broad-Rreach中，700psec对应于约66mm(针对常用绝缘材料是εr_eff＝2，5)。在越高频率处，端部变得越小。补偿区域的宽度和阻抗应该被度量，使得对于补偿区域和连接器一起，波阻抗曲线的累积偏差从最佳值(Broad-Rreach的100Ω)开始在滤波之前是最小的。作为添加补偿区域的副作用，产生在高频率范围内的附加反射。然而，这些都不在系统相关区域中并且因此可以接受。
为了补偿，金属环可以被放在导线周围，或者金属带可以被缠绕在连接线周围。由于层厚度对于该效果不太重要，所以还可以想到通过施加金属粒子、导电塑料或涂层提供导电涂层。通过由该涂层覆盖的区域的大小，可以设置沿着连接线的阻抗曲线。
如果代替或另外，补偿区域应该通过使导体逼近(approximate)来产生，则在补偿区域中的导体需要相互接近地定位，使得实现期望阻抗。导体更接近地定位在一起可以以各种方式来执行。例如，可以使用为套筒形式的夹紧装置，该套筒形式的夹紧装置通过在补偿区域中的压接技术被附接，并且从而使导体彼此按压。还可以想到，该夹紧装置在两个部分中被提供，其中，两个部分一起包括补偿区域并且通过拧在一起将之间的导体按压在一起。在本领域中已知能够执行该任务的无数夹紧装置。如果夹紧装置由金属组成，则效果被另外增强，并且导体不需要像非导电材料的夹紧装置那样接近地定位在一起。
将导体更接近地定位在一起并且使它们保持在一起的另一种方式是在导体的绝缘体彼此相邻的区域中加热导体的绝缘体。执行该区域的加热，直到绝缘体熔化为止，此后以熔化的区域熔合的方式压缩两个导体的绝缘体。此后，绝缘体必须保持在该位置，直到熔化的绝缘材料固化并且导体的绝缘体被熔接在一起。当压缩熔化的绝缘体时，导体彼此之间的距离被确定，并且在冷却之后固定。当被加热时，绝缘体的变形是容易实现的，这就是为什么甚至在绝缘体不被熔化而是仅变形的处理中增加热能是有利的原因。用于产生补偿区域的处理的参数仅需要被一次确定以用于工厂，使得连接线的大规模生产是可能的。

Claims (15)

1.一种具有匹配阻抗的连接线(1)，所述连接线(1)包括具有至少两个导体(11，13)的线缆，所述至少两个导体(11，13)通过绝缘体(10，12)彼此分离并且能够连接到接触元件，所述连接线(1)在其端部(L2)内包括补偿区域(L1)，所述导体(11，13)在所述补偿区域(L1)内彼此之间的距离小于在所述补偿区域(L1)之外彼此之间的距离，从而所述连接线(1)的阻抗(Z)在所述补偿区域(L1)中减小。
2.根据权利要求1所述的连接线(1)，其特征在于，夹紧装置(5)在所述补偿区域(L1)中与所述连接线(1)啮合并且将所述连接线(1)按压在一起，使得所述导体(11，13)彼此之间的距离被减小。
3.根据权利要求2所述的连接线(1)，其特征在于，中间层(6)在所述连接线(1)与所述夹紧装置(5)之间至少在多个区段中延伸。
4.根据权利要求3所述的连接线(1)，其特征在于，所述中间层(6)具有比所述夹紧装置(5)更高的介电常数。
5.根据权利要求1所述的连接线(1)，其特征在于，所述连接线(1)的所述导体(11，13)均包括周围的所述绝缘体(10，12)，其中，所述绝缘体(10，12)至少在所述补偿区域(L1)内被熔接在一起。
6.根据前述权利要求中的一项所述的连接线(1)，其特征在于，所述端部(L2)小于70mm。
7.根据权利要求1所述的连接线(1)，其特征在于，所述补偿区域(L1)的长度和所述导体(11，13)彼此之间的距离被选择为使得不超过预定阻抗值。
8.一种制造根据权利要求1所述的连接线(1)的方法，所述方法包括以下步骤：提供具有至少两个导体(11，13)的线缆，所述至少两个导体(11，13)在所述连接线(1)的端部(L2)内的补偿区域(L1)中彼此绝缘；减小所述导体(11，13)在所述补偿区域(L1)内彼此之间的距离；固定所述导体(11，13)在所述补偿区域(L1)内彼此之间的距离。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，减小所述导体(11，13)在所述补偿区域(L1)内彼此之间的距离和固定所述导体(11，13)在所述补偿区域(L1)内彼此之间的距离的方法步骤通过使用夹紧装置(5)夹紧来执行。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，减小所述导体(11，13)在所述补偿区域(L1)内彼此之间的距离和固定所述导体(11，13)在所述补偿区域(L1)内彼此之间的距离的方法步骤通过将热能引入所述补偿区域(L1)中使得所述绝缘体(10，12)被熔接来执行。
11.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，减小所述导体(11，13)在所述补偿区域(L1)内彼此之间的距离的方法步骤包括：将热能引入所述补偿区域(L1)中。
12.一种具有匹配阻抗的连接线(1)，所述连接线(1)包括具有至少两个导体(11，13)的线缆，所述至少两个导体(11，13)通过绝缘体(10，12)彼此分离并且能够连接到接触元件，所述连接线(1)在其端部(L2)内包括补偿区域(L1)，所述连接线(1)在所述补偿区域(L1)内包括具有导电材料的覆盖物，由此所述连接线(1)在所述补偿区域(L1)内具有较低阻抗(Z)。
13.根据权利要求12所述的连接线(1)，其特征在于，所述补偿区域中的所述连接线(1)被涂覆有金属或含金属的材料。
14.根据权利要求12所述的连接线(1)，其特征在于，所述补偿区域中的所述连接线(1)被涂覆有导电塑料材料或导电涂层。
15.根据权利要求12所述的连接线(1)，其特征在于，所述补偿区域中的所述连接线(1)被涂覆有包括石墨和/或碳的涂层。
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