CN107437441B - 具有内部元件的数据线缆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种数据线缆。所述数据线缆的一实施例包括至少一个芯线对和内部元件。所述至少一个芯线对具有在所述数据线缆的纵向方向上平行延伸的两根芯线。所述内部元件具有至少一个平坦部分。所述至少一个芯线对和所述内部元件以所述至少一个芯线对倚靠在所述内部元件的所述至少一个平坦部分上的方式布置在所述数据线缆中。

Description

具有内部元件的数据线缆

技术领域

本发明涉及数据线缆。

背景技术

用于数据传输的数据线缆(在下文中大部分简称为数据线缆)被广泛用于各种技术应用。数据线缆是用于传输信号的介质，即数据通常通过信号作为数据信号被传输。传输一般可基于电(数据电缆)、光(数据光缆)或两者的组合(通常作为混合线缆，有时也称为组合线缆)来进行。

数据电缆通常包括至少两个金属导体，其可根据线缆类型而对称地或同心地布置。因此，存在有如下形式的数据线缆：具有例如对称扭绞铜线对、以及同心构造的同轴线缆。在对称数据线缆中，在每个壳套(case)中两根或四根芯线扭绞在一起。两根芯线绞合被称为双绞(TP)线，四根芯线绞合被称为星形四绞线。因此，双绞线为扭绞在一起的两根芯线构成的对称铜线缆。该结构的优点在于由于线路绞合，在两条线路上以相同的强度产生由于干扰信号而引起的干扰。双绞线与其中两根芯线彼此平行延伸的数据线缆之间存在着差别。这里可引用通用串行总线(USB)线缆作为具有这种彼此平行延伸的芯线的数据电缆的示例。除了具有金属导体的数据线缆之外，还有具有光纤的数据线缆，其作为基于光的数据线缆的示例。

关于数据线缆，在空间上将若干芯线对彼此分隔开是已知的。电流传载芯线常用于该分隔。与数据线缆的纵轴垂直的力导致芯线对被挤压到电流传载芯线(电源)上，并且它们可因此而变形。这导致芯线对的不对称性，其对传输特性有负面影响。

因此，需要提供传输特性得到改善的数据线缆。

发明内容

为此，提供一种数据线缆，其包括至少一个芯线对和内部元件。所述至少一个芯线对具有在数据线缆的纵向方向上平行延伸的两根芯线。所述内部元件具有至少一个平坦部分(flat section)。所述至少一个芯线对和所述内部元件以所述至少一个芯线对倚靠在所述内部元件的所述至少一个平坦部分上的方式布置在所述数据线缆中。

这种具有在数据线缆的纵向方向上平行延伸的两根芯线的芯线对在技术语言中常称为平行对。内部元件可在数据线缆内沿纵向方向延伸。例如，内部元件的长度可至少接近对应于所述至少一个芯线对的长度和/或所述数据线缆的长度。

由于所述至少一个芯线对倚靠在所述内部元件的所述至少一个平坦部分上，所以与数据线缆的纵轴垂直的力引起的芯线对的弯曲或圆化至少得到减少，理想地被避免。归因于此，芯线对中不出现非对称性，或者出现至少得到减小的非对称性。负责数据传输的线路的对称性得到提高。传输特性得到改善。因此，在大距离上的无干扰传输成为可能。

内部元件的形状可适应于芯线对的数量。例如，芯线对的数量可小于或等于平坦部分的数量。芯线对可分别与内部元件的平坦部分相关联。例如，所述至少一个芯线对中的每个芯线对可与所述至少一个平坦部分中的相关平坦部分相关联，并且因此倚靠在其上。

在一实施例中，所述数据线缆可具有例如至少两个芯线对(作为所述至少一个芯线对)，即芯线对的数量可至少为二。内部元件可相应地具有至少两个平坦部分。所述至少两个芯线对和所述内部元件可以按所述至少两个芯线对中的一个芯线对分别倚靠在所述内部元件的所述至少两个平坦部分中的一个平坦部分上的方式布置在所述数据线缆中。

此外，所述内部元件可例如居中布置在所述数据线缆中。例如，所述内部元件和所述芯线对可全部都扭绞在一起。换句话说，所述芯线对以及(如果适用的话)所述数据线缆的其他元件不围绕例如扁平的内部元件螺旋延伸，而是与内部元件一起被迫进入螺旋状螺旋延伸。各个元件相对于彼此的位置，例如，各个芯线对相对于其相关联的内部元件的平坦部分的位置，总是相同的。对于制造而言可以设想的是，在绞合期间内部元件也旋转，从而在数据线缆的纵向方向上，各个芯线对倚靠在其相关联的平坦部分上。然而，芯线对中的各根芯线彼此平行地延伸，即它们不彼此绞合。换句话说，平行延伸的平行对中的芯线沿数据线缆的纵轴平行延伸，因此不相互绞合。在这种情况下，它们相对于内部元件及其相关联的平坦部分的布置不发生改变。因此，可以认为数据线缆以如下方式形成，即，数据线缆的朝向所述平行对取向的至少一部分配置为至少在截面中是平坦的。

内部元件可具有不同形式。例如，内部元件可具有与数据线缆的纵向方向相关的平坦的、平面的或多边形的横截面。例如，可以将三角形、正方形、五边形或六边形形状设想为内部元件的横截面的多边形结构。甚至超过六个角也是可行的。多边形的相应边缘可用作平坦部分，即作为用于芯线对的接触表面。取决于内部元件的横截面，内部元件可形成为扁平的，例如扁平导体的形式，或多面体状，例如立方体，或包括这种扁平导体。扁平导体可形成为扁平芯线、编织套管、或者卷圆线束(Rolled Round Strand)。内部元件的相应侧面可用作平坦部分，例如作为芯线对的接触表面。在扁平内部元件的情况下，内部元件的每个相对面可用作平坦部分。在多面体内部元件的情况下，内部元件的每个侧面可用作平坦部分。内部元件可具有任何横截面形状，只要提供至少一个平坦部分即可。

所述至少一个芯线对可形成为用于数据传输。例如，所述至少一个芯线对可形成为用于高数据速率下的数据传输。高数据速率在这里可理解为与提供所述数据线缆用于的当前数据传输标准对应的数据速率。在USB的情况下，高数据速率的概念可理解为可用当前的USB规范实现的数据速率。该数据速率可高于相应的先前标准的数据速率，例如根据USB2规范的先前标准。仅作为示例，在本申请中，高数据速率可理解为5到10Gbit/s之间的数据速率。

数据线缆可包括电流传载元件，其与内部元件分开布置在数据线缆中。例如，电流传载元件可以是电流传载芯线或电流传载导体。

内部元件可包括电流传载元件。内部元件的电流传载元件可以是除了上述电流传载元件之外提供的附加电流传载元件，并且与内部元件分开布置在数据线缆中。然而，内部元件的电流传载元件也可以是替代配置，其中代替与内部元件分开布置在数据线缆中的电流传载元件，该电流传载元件由内部元件包含。该电流传载元件可以是电流传载芯线或电流传载导体。例如，内部元件可含有一体的电流传载元件，即电流传载元件可形成为内部元件。

内部元件可包括导体元件。导体元件可形成为实心芯线、编织物(braid)、扁平导体、芯线网格或针织芯线，或者可包括这些的任意组合，例如上述元件中的若干元件。导体元件可包括电流传载元件和/或一个或多个其他类型的导体元件。这些一个或多个其他类型的导体元件可包括至少一根同轴线缆、至少一根单股芯线、至少一根光纤(例如聚合物光纤(POF))和/或至少一根玻璃纤维、和/或线缆对，或者形成为这些元件。

数据线缆可包括用于低数据速率下的数据传输的至少一根芯线。所述至少一根芯线可与内部元件分开布置在数据线缆中。附加地或替代地，用于低数据速率下的数据传输的所述至少一根芯线可形成为内部元件的一部分。例如，内部元件可包含一体的用于低数据速率下的数据传输的至少一根芯线，即，用于低数据速率下的数据传输的所述至少一根芯线可集成到内部元件中。在该上下文中，低数据速率可理解为通过数据传输标准实现的数据速率，该数据传输标准具有有较高数据速率的后继标准。关于USB而言，例如，低数据速率下的数据传输可涉及可根据USB 2规范实现的数据速率。

用于低数据速率下的数据传输的所述至少一根芯线可例如布置在内部元件的短边/短部分上。短边/短部分可理解为这样的侧面或部分，其在横切数据线缆的纵轴看时比所述平坦部分更短。在具有扁平横截面或正方形横截面的内部元件的情况下，例如，这种芯线可位于内部元件的一个或两个短边上。在其他形式的内部元件的情况下，可以设想用于低数据速率下的数据传输的至少一根芯线分别沿一个边缘延伸(在横截面中看时在内部元件的横截面的一个或多个角处)。例如，在多面体构造的内部元件中(具有多个角的内部元件横截面形式)，用于低数据速率下的数据传输的所述至少一根芯线可沿内部元件的一个边缘延伸(在横截面中看时在内部元件的一个或多个角处)。

横贯数据线缆的纵向方向的平坦部分的宽度可在每种情况中与横贯数据线缆的纵向方向的相关联的芯线对的宽度相协调。例如，平坦部分的宽度和相关联的芯线对的宽度可彼此协调，使得在垂直于数据线缆的纵轴作用的力的情况下，所述至少一个芯线对不或者仅细微地(在没有实质非对称结果的意义上说，是细微的)变形/弯曲。例如，平坦部分可以至少与芯线对的芯线的两个中心(中心点)的距离一样宽。例如，平坦部分可以与芯线对的宽度至少一样宽。所述至少一个芯线对可被屏蔽件例如箔式屏蔽件包围。平坦部分的宽度可至少大致对应于屏蔽件的宽度，或者可以至少与屏蔽件的宽度一样宽。由于上述配置，即使出现垂直于数据线缆的纵轴产生的力，也可以实现所述至少一个芯线对完全倚靠在相关联的平坦部分上并且相关联的平坦部分完全支承所述至少一个芯线对，因此可以防止所述至少一个芯线对的变形。

仅作为示例，数据线缆可形成为通用串行总线(USB)数据线缆。其他配置也是可行的。

附图说明

下面将参照附图来进一步说明本申请。这些附图示意性示出了：

图1A：数据线缆的基本结构；

图1B：导致不对称性的图1A的数据线缆的变形；

图2：根据一实施例的数据线缆的可能配置；

图3A至3H：内部元件的不同变型，其可用于根据图2的实施例的数据线缆中。

具体实施方式

下面将阐述特定细节以提供对本申请的完整理解，但是并不局限于这些特定细节。对于本领域技术人员而言清楚的是，本申请可用在偏离下面阐述的细节的其他实施例中。例如，下面描述了数据线缆的具体配置和布置，其不应被视为限制。此外，可以设想数据线缆的各种应用领域。关于这一点，仅以举例的方式引用了办公室、公共机构或不同传输装置中的应用。下面更详细地描述的数据线缆的具体示例性应用领域是汽车工业(通常也称为机动车)领域。该领域中的通常情况是这样的：数据线缆从中央控制装置引导至布置在车辆上或车辆中的USB插座。

图1A示出了数据线缆1，其具有两个芯线对(wire pair)2以用于高数据速率下的数据传输。每个芯线对2具有在数据线缆1的纵向方向上平行延伸的两根芯线(wire)2a、2b。这种芯线对2也可称为平行对。在数据线缆1中居中设置用于电源的导体(下面简称为电源导体3)。电源导体3形成为圆形导体。此外，示出了芯线4，其形成数据线缆1中用于低数据速率下的数据传输的芯线对。数据线缆本身由保护套包围。在具有根据图1A的配置的数据线缆1的制造和使用中，与数据线缆1(线路)的纵轴垂直的力常有发生，这种力将芯线对2压迫或挤压到电源导体3或其他对象上。在该情况下，如图1B关于上芯线对2以示例方式所示的那样，电源导体3的圆形将使包围芯线对2的两条芯线2a、2b的箔式屏蔽件在一侧发生变形。这导致芯线对2中的不对称性，其对传输特性有负面影响。箔式屏蔽件没有将芯线对2固定到足够的程度以防止变形。这种箔式屏蔽件通常具有高的扩展性/延展性以使得其被在圆形物上的按压期间产生的力扩展，而没有充分地固定芯线对中的芯线。

即使在电源导体3旁边，例如在箔式屏蔽件外侧使用特定填料/填充元件，也不会使芯线对2被适当固定以防止该变形。一方面，这种填充元件通常不具有支撑效果所需的足够强度。另一方面，由于力的影响，填充元件可能在数据线缆1中位移。填充元件的位移导致没有向芯线对2提供支撑或者仅提供可忽略的支撑，从而芯线对2如上所述地发生变形。

在图2中，示出根据一可能实施例的数据线缆10。数据线缆10具有例如用于高数据速率的两个芯线对20。每个芯线对20(下面称为上和下芯线对20)具有在数据线缆10的纵向方向上平行延伸的两根芯线20a、20b。芯线对20的芯线20a、20b由箔式屏蔽件22包围。在图2中，两个芯线对20仅示为示例。尽管如此，数据线缆10也可仅具有一个这样的芯线对20或者具有多于两个这样的芯线对20。

数据线缆10还具有内部元件30。内部元件30沿数据线缆10的纵向方向延伸(平行于数据线缆10的纵轴)。在图2的实施例中内部元件30仅作为示例示为具有扁平横截面的扁平导体。也可设想其他形式，如将关于图3A至3H描述的那样。内部元件30具有两个平坦的或平面的部分32。仅作为示例，在图2中电源布置在扁平内部元件30内。然而应理解，这仅是示例。替代地，电源也可布置在扁平内部元件30外。数据线缆10被保护套50包围。保护套50可包括例如聚氯乙烯或由其构成。

此外，仅作为示例，芯线40布置在扁平内部元件30的每个短边(相对于平坦部分32的更大宽度而言是短的)上，这些芯线一起形成用于低数据速率下的数据传输的芯线对。芯线40每个可沿内部元件30的短边在数据线缆10的纵向方向上延伸。在数据线缆10中，这些芯线40也可被省略或与内部元件30分开地布置。内部元件30和芯线对20在数据线缆10中布置为使得每个芯线对20倚靠着内部元件30的平坦部分32之一。每个芯线对20沿内部元件30的相关联的平坦部分32在数据线缆10的纵向方向上延伸。现在即使如关于图1A所述的那样，力垂直于数据线缆10的纵向方向作用在芯线对20上，平坦部分32抵抗这些力并且支承芯线对20。因此，芯线对20不发生变形/弯曲。这至少减小了不对称性，甚至理想地完全避免了不对称性。此外，与根据图1A的配置相比，在横截面中整个线缆2的圆度增大了。

即使关于图2仅作为示例示出了两个芯线对20，图2的配置也不限于此。例如，代替芯线对20之一，可提供填充元件，其可具有与对应的芯线对20至少相似的外形，但是却具有不同的功能，例如，没有功能。

下面将简要概述数据线缆10可如何配置为USB数据线缆。

传统的USB 2数据线缆(例如，USB 2.0数据线缆)通常具有信号芯线对(D+和D-)和用于电源的芯线对(GND，VBUS)。因此，例如在图2中，芯线40可用作芯线D+，另一根芯线40可用作芯线D-。在这种情况下，在USB 2中，通过信号芯线对40对称地进行数据传输，其中通过芯线40之一传输数据信号(“信号部分”)，通过芯线40中的另一个传输与数据信号相反的信号(“参考部分”)。为了减小和理想地避免传输干扰，信号导体对中的芯线40被扭绞和屏蔽。该信号的接收器确定通过信号芯线对传输的数据信号的差分电压。通过这种方式，以相同程度作用在信号芯线对的两侧上的干扰可被消除。

2008年规定的USB 3.0标准使5Gbit/s的数据速率成为可能。除了上面关于USB 2说明的信号芯线对(D+和D-)以及电源(GND，VBUS)之外，USB 3数据线缆(例如，USB 3.0数据线缆)还具有至少两个附加的信号芯线对(SSTX+和SSTX-；SSRX+和SSRX-)以及附加的接地连接GND。可通过这些两个信号芯线对中的每一对传输差分数据信号。通过这种方式实现了与传统的USB 2标准相比更高的数据速率。更准确地说，芯线SSTX+用于从主机到设备的数据传输，芯线SSTX-有时与SSTX+扭绞，芯线GND用于接地连接，芯线SSRX+用于从设备到主机的数据传输，芯线SSRX-有时与SSRX+扭绞。归因于附加的芯线，USB 3.0需要新的主机上插头和连接设备上插头、以及新的数据线缆。归因于芯线数量增大和需要更佳的HF传输属性，数据线缆变得更粗且更缺乏柔性。最近，先前的USB 3.0规范合并到USB 3.1规范中，成为现在官方所谓的USB 3.1，促成了高达10Gbit/s的数据速率。

关于图2，芯线对20之一因此可用于从主机到设备的数据传输，芯线对20中的另一个可用于从设备到主机的数据传输。例如，上芯线对20中的芯线20a可形成芯线SSTX+，上芯线对20中的芯线20b可形成芯线SSTX-，其中芯线20b平行于芯线20a延伸。相应地，下芯线对20中的芯线20a可形成芯线SSRX+，下芯线对20中的芯线20b可形成芯线SSRX-，其中芯线20b平行于芯线20a延伸。此外，芯线GND可布置在内部元件30内或内部元件30外。这种具体实现当然应被理解为仅是示例性的，并且可以设想其他配置。

图3A至3H示出了内部元件30的配置的不同的、并非排他性的示例，其可以与图2的数据线缆10组合使用。

图3A示出了诸如图2中所使用的扁平内部元件30。然而，与图2的内部元件30相反，图3A中的内部元件30不具有电源。如参照图2所述，芯线对20可分别布置在内部元件30的平坦部分32上。替代地，芯线对20也可仅布置在内部元件30的一个平坦部分32上。在这种情况下，可以设想在另一个平坦部分32上设置填充元件。

图3B中的内部元件30同样形成为扁平的。然而，除了图3A中的内部元件30之外，图3B的内部元件30具有两根芯线40以形成用于低数据速率的芯线对。在图3B中作为示例，芯线40一体连接到扁平的内部元件30的短边。

图3C示出了具有三角形横截面的内部元件30的变型。因此，内部元件30是多面体的。图3C所示的内部元件30的横截面不完全是三角形的。相反，各个边缘形成为凹陷状。图3C的内部元件30具有三个平坦部分32。如图3C所示，芯线对20可倚靠在每个平坦部分32上。替代地，代替芯线对20的填充元件可倚靠在一个或多个平坦部分32上。例如，芯线对20的数量最多与平坦部分32的数量相等。边缘的凹陷状配置使得每个芯线对20可以至少大致装配到其相关联的平坦部分32中。

图3D的内部元件30也具有至少大致三角形的横截面。与准确的三角形相反，角部可以被倒圆。如参考图3C所述，芯线对20可倚靠在三个平坦部分32中的一个或多个上。电源线34示为在具有至少大致三角形横截面的内部元件30的内部。关于所示的内部元件30的所有变型可以设想的是，内部元件的材料具有例如塑料，或者由塑料构成。例如，图3D所示的内部元件30可包括电源导体34和围绕其的塑料。

图3E也示出了具有至少大致三角形横截面的内部元件30。和图3D的内部元件一样，图3E的内部元件30也具有在内部的作为示例的电源导体34。在三角形的角部，即在内部元件30的边缘处，芯线40分别延伸，以用于低数据速率下的数据传输。这些芯线40中的一个或多个也可由对应的填充元件代替。如参照图3C和3D所描述的那样，芯线对20可分别倚靠在内部元件30的每个平坦部分32上。

图3F示出了具有至少大致多边形，更准确地说是正方形横截面的内部元件30。因此，内部元件30为多面体，更准确地说，是立方体内部元件30。因此，内部元件30具有四个平坦部分32。因此，如图3F中作为示例关于一个芯线对20示出的那样，由于一个芯线对20或对应的填充元件布置在每个平坦部分32上，所以可与内部元件30一起使用多达四个芯线对20。图3F所示的内部元件30的横截面不完全是正方形的，而是各边缘形成为凹陷状。边缘的凹陷状配置使得每个芯线对20可至少大致装配到其相关联的平坦部分32中。

在图3G和3H的配置中，如图3F中作为示例关于一个芯线对20示出的那样，也可在每个平坦部分32上布置一芯线对20或对应的填充元件。在图3G中，另外居中示出了电源导体34。图3G的内部元件30具有至少大致正方形的横截面。然而，图3G的示例性内部元件30不具有准确的正方形横截面，因为内部元件30在每个平坦部分上具有凹槽或凹口36。如图3G关于芯线对20以示例方式示出的那样，芯线对20可分别容纳在这些凹槽36中。

图3H也示出具有至少大致正方形横截面的内部元件30。因此，多达四个芯线对20可与内部元件30一起使用。此外，电源导体34设置在内部元件30内。在正方形横截面的角部，即在立方体内部元件30的边缘处，分别布置用于低数据速率下的数据传输的芯线40。

图3A至3H所示的内部元件30应理解为仅是示例性的。可设想这些内部元件30的细节的组合。也可设想其他形式，只要这些形式具有至少一个平坦部分32。芯线40可与内部元件30分开设置，可一体集成到内部元件30中，或者可完全不存在于数据线缆10中。电源导体34可设置在内部元件30中，例如一体集成到内部元件30中，或者可单独设置在数据线缆10中，例如设置在内部元件外。

借助于图2和图3A到3H的配置，避免了不对称性，从而在大的距离上实现了无干扰的数据传输。负责数据传输的线路的对称性得到改善。高频数据传输，例如在高达7.5GHz的频率下的数据传输，得到改善，并且如果可应用的话，甚至是第一个成为可能的。

Claims (13)

1.一种数据线缆，包括：

至少一个芯线对，具有沿所述数据线缆的纵向方向平行延伸的两根芯线；以及

内部元件，具有至少一个平坦部分和至少一个短边，其中所述至少一个短边比所述至少一个平坦部分在长度上更短；

其中，所述至少一个芯线对和所述内部元件以所述至少一个芯线对中的每根芯线倚靠在所述内部元件的所述至少一个平坦部分上的方式布置在所述数据线缆中，

其中，所述内部元件包括至少一根芯线，所述至少一根芯线分别一体地连接到所述内部元件的所述至少一个短边上。

2.如权利要求1所述的数据线缆，其中，所述数据线缆具有至少两个芯线对，所述内部元件具有至少两个平坦部分，其中所述至少两个芯线对和所述内部元件在所述数据线缆的纵向方向上螺旋地延伸，其中所述至少两个芯线对和所述内部元件以所述至少两个芯线对中的一个分别倚靠在所述内部元件的所述至少两个平坦部分中的一个上的方式布置在所述数据线缆中。

3.如权利要求1或2所述的数据线缆，其中，所述内部元件的横截面形成为扁平的或多边形的。

4.如权利要求3所述的数据线缆，其中，所述多边形是三角形或正方形。

5.如权利要求1所述的数据线缆，其中，所述至少一个芯线对形成为用于高数据速率的数据传输。

6.如权利要求1所述的数据线缆，其中，所述数据线缆包括电流传载元件，其与所述内部元件分开布置在所述数据线缆中。

7.如权利要求1所述的数据线缆，其中，所述内部元件包括电流传载元件。

8.如权利要求6或7所述的数据线缆，其中，所述电流传载元件是电流传载芯线或电流传载导体。

9.如权利要求1所述的数据线缆，其中，所述内部元件具有至少一个导体元件。

10.如权利要求1所述的数据线缆，其中，所述至少一个平坦部分的宽度与所述至少一个芯线对的宽度相协调。

11.如权利要求1所述的数据线缆，其中，所述至少一个芯线对被屏蔽件包围，所述至少一个平坦部分的宽度至少对应于所述屏蔽件的宽度。

12.如权利要求11所述的数据线缆，其中，所述屏蔽件是箔式屏蔽件。

13.如权利要求1所述的数据线缆，其中，所述内部元件形成为扁平芯线、编织套管、或卷圆线束。

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