CN1122170A - 改进的高频电连接器 - Google Patents

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Abstract

一种高频电连接器(10)，其包括多个平行触点(26a，26b)，多个端子(25a)和使连接触点(26a，26b)与端子(25a)相互连接的导体(110a，110b)。连接的方式要使流过邻近触点的信号沿相反方向传输，从而减少近端串音。

Description

改进的高频电连接器
技术领域
本发明主要涉及电连接器，尤其涉及一种在高频信号传输中使用的电连接器。背景技术
正在发展的数据通信网络能以越来越高的传输速率将信息流传输给日益增多的用户。然而，当以高速率在多条包含多对数据通信电缆的线路上传输数据时，会产生一个问题。特别是，每条接线回路(wiring circuit)本身以较高的传输速率发送并接收电磁辐射，从而流过某一线路或线对(“源线路(source circuit)”)的信号会与流过另一线对(“受扰线路(victim circuit)”)的信号耦合。不同电路的不同导体对之间的这种无意识的信号电磁耦合称为串音，并且是经常对这些信号的处理产生不利影响的干扰源。随着传输信号频率的增高，信息网中的串音问题越来越严重。
就使用电学性质不同的双绞线(twisted wire pairs)的局域网(LAN)系统而言，当信号能量不当心从一个信号对串入另一信号对时，就会发生串音。信号从一套线路串入或耦合到另一套线路的地点可能发生在：1)发送站的连接器或内部电路内，称为“近端串音”，2)接收站的连接器或内部电路内，称为“远端串音”，或者3)在相互连接的电缆内。
在使用FCC部分68.550的子部分F中规定的、通常称为模块化连接器的电信连接器时，近端串音(“NEXT”)尤其麻烦。这种模块化连接器包括模块化插头和模块化插座。为了确保连接器本身不破坏LAN系统中通常使用的无屏蔽双绞线互联硬件的全部性能，美国国家标准协会(ANSI)的电子工业协会/远程通信信息管理(EIA/TIA)已经颁布了关于网络连接器近端串音隔离的电气规范。EIA/TIA类5的电气规范对在100欧姆无屏蔽双绞线的Ethernet型互联中100兆赫兹的速度下使用的连接器作了最小近端串音隔离的规定。
出于经济、便利和标准化的理由，数据传输最好使用模块化连接器，但在高频操作时，模块化插座的标准结构必然会导致相当大的远端串音。特别是，常规的模块化插座一般包含多条相同结构的触点/端接线(contact/terminal wire)，这些触点/端接线平行伸展，且相隔很近，因此在高频时可能产生过量的近端串音。
高速数据传输电缆一般包含四条回路，它们是安排成四对双绞线的八条电线。电缆一般端接在具有八个触点的模块化插头上，并且按照ANSI/EIA/TIA标准568，把四对插头触点的特定对分别端接至四对电缆线的特定对上。然后，四对插头触点与相应的四对插座触点啮合。具体地说，标准568为标号“1”的线对分配的触点是位于4—5触点位置的插头和插座触点对。根据标准568，标号“3”的电缆对端接至位于3—6位置的插头和插座触点上，这里3—6位置跨在端接线对“1”的“4—5”插头和插座触点两侧。在依照标准568端接电缆的连接器中，已经发现高速数据传输期间线对“1”和“3”之间的近端串音特别麻烦。当相隔距离远小于一个波长的电学性质不同的线路间发生串音时，信号能量通过电感耦合，或者通过电容耦合，或者通过这两种耦合从一条线路传递至另一条线路。关于类5的互连，对应于100兆赫兹最高频率的操作，有关的最短波长为3米。由于类5连接器中的连接器触点间距远小于3米，所以电容(电场)和/或电感(磁场)耦合将导致连接器内发生可测的串音。
电容耦合将在下述情况下占有优势：
1)源线路非常快地切换大电压(dv/dt大)且/或在相当高的阻
  抗级(＞＞1千欧姆)下运行；
2)源线路和/或受扰线路具有大的表面积(宽、长的导体)；并且
3)源线路和受扰线路相距很近且用增加源线路和受扰线路间互
  电容的电介质(非导体)隔开。
电感耦合将在下述情况下占有优势：
1)源线路非常快地切换大电流(di/dt大)且/或在相当高的阻抗
  级(＜＜100欧姆)下运行；
2)源线路和/或受扰线路围成大的回路面积；并且
3)源线路和受扰线路相距很近且具有沿平行轴定向的电流回
  路。发明内容
因此，本发明的一个目的是，提供新的用于高频数据传输的改进型连接器。
本发明的另一个目的是，提供新的能减少近端串音的改进型高频连接器。
本发明还有一个目的是，提供新的能减少近端串音的改进型模块化连接器。
本发明再有一个目的是，提供新的能减少近端串音且结构简单便宜的改进型高频电连接器。
本发明还有一个目的是，提供新的改进型模块化插座，当这种插座依照ANSI/EIA/TIA标准568接至端接高速数据传输电缆的模块化插头上时能减少近端串音。
简单地说，可以通过改进模块化插座的标准结构(一般包含多个相同结构的触点/端接线)来实现上述种种目的，即至少为分别端接电缆线信号对的插座触点/端接线对中的一对提供与其它端接电缆线信号对的触点/端接线结构不同的几何结构。用这种方式，可以通过减少能在触点对之间存储电荷的总表面积来降低电容耦合，并通过降低信号对间的磁场耦合来减少电感耦合，其中可用非对称触点对使触点对回路电流的轴倾斜来降低信号对间的磁场耦合，即倾斜或扭曲信号电流在其内流过触点对的通道。
在一较佳实施例中，标准插座具有多个触点/端接线，每个触点/端接线确定一触点、一针状端子和一个使触点和端子相互连接的导体部分。第一套触点/端接线每个都具有一“后向”结构，即插座触点的自由端面向插座的封闭端，相应的插座端子在插座的开口端区域与触点相连，致使经触点发送的信号流向插座的开口端。依照本发明，插座配有第二套触点/端接线，每个触点/端接线的结构都确定一“前向”插座触点，即插座触点的自由端面向插座的开口端，相应的插座端子在插座封闭端区域与触点相连。通过第二套触点发送的信号流向插座的封闭端，即方向大致与通过第一套触点发送信号的流向相反。
就一个有八个触点，八个位置的模块化插座(该插座能按AN-SI/EIA/TIA标准568规定的导线触点分配规范连接一端接八条电线(4个信号对)电缆的模块化插头)而言，可以通过给端接线对或信号对“1”和“3”的触点/端接线对配备不对称的结构，在一定程度上减少近端串音。具体地说，位置4和5处的、端接线对“1”的触点/端接线具有不对称结构，同时位于位置3和6的、端接线对“3”的触点/端接线具有不对称结构。附图概述
参看附图阅读下述详细描述将更全面地理解本发明及其许多附带优点，其中：
图1a以分解透视简图的方式显示了本发明的一种插座连接器，该插座连接器通过端接在模块化插头上的通信电缆使高速通信设备与印刷电路板耦合；
图1b是本发明一实施例插座连接器的前视图，参照与那些插头触点啮合的插座触点，图解了ANSI/EIA/TIA 568标准有关配对插头分配导线-插头插点的规定；
图2是图1b所示的插座沿图1b线2—2的纵剖图；
图3是一俯视图，示出了触点外罩部分与图1和图2中所示插座之触点/端接线的总装；
图4是图3所示总装的侧视图；而
图5是图3和4所示总装的底视图。本发明的最佳实施方式
现参看附图，几个图中类似的参考标记表示相同或相应的部件。图1a示出了一本发明的插座10，其通过端接在模块化插头18上的高速通信电缆16使高速通信硬件12与一印刷电路板14耦合。插座10具有一插孔20，适用于容纳模块化插头18。硬件12与印刷电路板14的耦合通过使用具有F.C.C部分68.500的子部分F规定的标准模块化特性的连接器10和18而变得更为便利。连接器10通过端子22以机械方式固定在印刷电路板14上，其中端子22插在印刷电路板相应的开口23中。
如上所述，由于插座触点与连接器其它电导体之间必须靠得很近，所以用常规的模块化插座进行高速数据传输会出现问题。特别是，模块化插座一般包括多个间距小、大致平行的导线触点，它们适用于与模块化插头的片状触点啮合。导线触点一般通过公用触点/端接线的长度部分与插座的针状端子耦合，然后接至印刷电路。当把模块化插头插入模块化插座的插孔中时，插头接触片与插座相应的导线触点啮合。在导线触点和每个传输电路的针状端子之间流动的信号会产生电磁感应场，这些场不受欢迎地与其他电路耦合，从而导致近端串音。
依照本发明描绘的实施例，非对称地构造端接电缆信号对1和3的相应对的插座触点/端接线，从而减小整个连接器的电容和电感耦合。
参看图1b和图2—5，依照本发明较佳实施例的插座10包含一绝缘外罩24和多个导电的触点/端接线110a和110b。触点/端接线110a有六个，它们构成第一套后向的触点26a与相关的针状端子25a，而触点/端接线110b有2个，它们构成第二套前向的触点26a与相关的针状端子25b。换句话说，触点26a的自由端27a靠近并且面向插座插孔20的封闭端，而触点26b的自由端27b靠近并面向插孔20的入口21。触点26a和26b大体平行，并且在靠近前入口21的较高位置和插孔后方较低位置之间斜向穿过插座插孔20。这里，应该理解，“大体平行”一词的含义很广，它足以覆盖这样一种结构，即触点26a和26b之间有一小角度α(图2)。角度α可以在0°至大约10°之间变化。插座10包括八个触点26(六个触点26a和两个触点26b)，并且特地做成可与八个触点的模块化插头一起使用的结构，其中模块化插头按ANSI/EIA/TIA标准568规定的导线触点分配，端接四线对传输电缆。然而，应该理解，符合本发明原理的连接器的触点可以大于或小于8个。
如下所述，定形触点/端接线110a和110b，并使它们与插座外罩24相连，从而当模块化插头18的接触片19(图2)同触点26a和26b啮合时，信号通过第一后向触点26a流向与其相连的端子25a，信号流向见图2中箭头29a的方向，该方向与信号通过第二前向触点26b流向与其相连的端子25b的方向(如图2中箭头29b所指)相反。
后向触点26a相对于前向触点26b的定位应这样安排，即当使插座10与一模块化插头(按ANSI/EIA/TIA标准568分配其触点端接电缆线)耦合时，能大致隔离近端串音。一般用分配给“P3”和“P6”位置上的插头/插座触点的绞线或电缆信号对“3”来发送和接收该电缆中的信息，并且依照本发明，位于“P3”和“P6”位置上的插座触点/端接线具有非对称的前向和后向结构。类似地，位于“P4”和“P5”位置上的插座触点与端接双绞线“1”的相应插座触点啮合，它们是非对称的、后向和前向触点26a和26b。在说明的实施例中，位于“P1”和“P2”位置上的、与端接双绞线“2”的相应插头触点啮合的插座触头都是后向触点26a，位于“P7”和“P8”位置上的、与端接双绞线“4”的相应插头触点啮合的插座触头也都是后向触点26a。已经发现，用这种关于8个前向(F)和后向(R)插座触头的特定的位置安装，即RRFRFRRR，可以在插座与八个位置的模块化插头(其触点按ANSI/EIA/TIA标准568端接4对双绞线电缆)耦合时获得对源/受扰双绞线“1”和“3”的最优化隔离(一般产生最大NEXT)。上述最优化隔离不会附带引起与“P4”—“P5”(线对“1”)位置处的插座触点和“P1”—“P2”(线对“2”)或“P7”—“P8”(线对“4”)位置处的插座触点相关的NEXT失败。
插座外罩24包含一触点外壳部分28和一外层壳罩部分30，外层壳罩部分30由合适的塑料制成，它一同限定的插孔20用来容纳图1a中的标号18代表的模块化插头。触点外壳部分28有一般L型结构，该结构包括一背部34和一框形顶部36，框形顶部36以悬壁形式从背部34的顶端伸出。第一套的四个锥形平行孔40穿过背部34的后部，而第二套的四个锥形平行孔40穿过背部34的前部。如图2和3所示，在背部34前部的中央上方开一凹槽41，从而四个孔40中的两个(用40′表示)通到约位于背部34半高度处的面向上的表面42，这里两孔40′穿过背部34前部的位置与触点位置3和5对应。这样，六个全高孔40通到背部34的上表面，而两孔40′通到背部半高位处的表面42。如图3最清楚地显示，框形顶部36包括一对延伸的侧部44和一横向伸展的前部46，侧部44从背部34的上端向前伸出，而前部46在侧部44之间横向延伸。导向通道48位于前部46的上表面，其位置相应于P1、P2、P4和P6—P8触点的位置，即相应于后向触点26a的位置，并绕着前部46的下表面弯曲，弯曲部分开在前部46前表面46′的后面。如图2和3所示，横向前部46有面向上的止动面50，止动面50的位置相应于P3和P5的触点位置，即相应于前向触点26b的位置。
六个“后向”触点/端接线110a都由一种合适的弹性导电材料制成，如磷青铜，并且被加工成包括一限定后向触点26a的长度部分、一限定相关针状端子25a的长度部分和一限定导体112a的长度部分，其中导体112a连接触点26a前端26a′和端子25a。将后向触点/端接线110a装入触点外壳部分28的方法如下。使每个针状端子25a定位于一个相应的全高孔40中，并且针状端子25a的长度应使底部长度部分25a′从孔40的底部伸出与印刷电路相连。每一导体112a从相应端子25a的上端纵向延伸，穿过框形顶部36限定的开放空间，并且装在形成于前部46内的相应导向通道48中。每个触点26a沿向下方向从位于导向通道48内相应导体112a弯曲的前端向后延伸，并且端接于自由端27a。
两个“前向”触点/端接线110b也都由弹性导电材料制成，而且被加工成包括一限定前向触点26b的长度部分、一限定相关针状端子25b的长度部分和一限定导体112b的长度部分，其中导体112b连接触点26b后端26b′和端子25b。将前向触点/端接线110b装入触点外壳部分28的方法如下。使每个针状端子25b定位于两个较短孔40′中的一个相应孔中，并且针状端子25b的长度应使底部长度部分25b′从孔40′的底部伸出与印刷电路相连。每一导体112b从相应端子25b的上端纵向延伸一相当短的距离。每个触点26b沿向上方向从相应导体112b的前端向前延伸，并且端接于自由端27b，其中自由端被加工覆盖在位于前部46中的一相应止动面50(图2)上。
外层壳罩部分30包含一单一部件，该单一部件由相对的顶壁68和底壁70以及限定其间内部空间的相对侧壁72构成。端子22从底壁70向下伸出，使插座与印刷电路板相连。一对法兰74从侧壁72侧向伸出，如果需要将有利于将插座固定在底盘上。
壁76从底壁70向上延伸，并将外层壳罩部分30的内部分成一前空间和一后空间，前空间包括一内装模块化插头的插孔20，而后空间容纳触点壳罩部分28的背部34。多个间隔分区78位于壁76的上端，壁76限定分区间的8条导向槽80，并且其端接的上端与外层壳罩部分30的顶壁68隔开一段距离。
装配时，将触点外罩部分28和相关的触点/端接线110a和110b从外层壳罩部分30的后端插入其中。触点外罩部分上的导轨装在位于外层壳罩部分内相应的通道(未示出)中。插入期间，六个后向触点26a对准并容纳在相应于插座触点位置1、2、4和6—8的导向槽80内，而二个前向触点26b对准并容纳在相应于插座触点位置3和5的导向槽80内。分区78用来精确地定位后向和前向触点26a和26b，防止它们在操作过程中相互接触。在触点外罩部分28背部34的每一侧上有一锁肩86，该销肩与外层壳罩部分30中相应的肩部(未示出)卡合，从而使触点外罩部分和相关的触点与外层壳罩部分锁住。
与原来位置上为两个后向触点/端子的情况相比，大大减少了存储在非对称结构的前向和后向插座触点/端子26b和26a间的电荷，其中26b和26a位于“P3”和“P6”，端接信号对3。类似地，使流过非对称触点/端接线对的回路电流的轴倾斜或弯曲，从而相对于原来触点/端接线结构等同的情况，减少了信号对间的磁场耦合。用这种方法，可使电容和电感耦合都减少。
上述对前向和后向触点的安排称为RRFRFRRR，它将基本补偿分离的双绞线，其中通常的配对被分离，并且单个线路与另一对的线路配对。然而，本发明不限于这种安排，并且改变接线结构将确定前向和后向触点最优化消除或补偿的效果。例如，依照本发明，连接器中前向和后向触点的其它安排包括RFRFRRRR和FRFR-RRRR。
显然，本发明可能有许多符合上述原理的改进和变化。本发明可以适用于除了一种以外的连接器，与这种连接器配用的电缆线不按ANSI的EIA/TIA标准568规定的方式分配给触点。比如，前向和后向触点的安装可以不用于上述所示和所述的，并且/或者信号可以沿某一方向流过前向触点，并沿另一方向流过后向触点。本发明的连接器可以不同于那种与印刷电路板相连的类型，并且本发明可用其它结构的导体、端子和触点。因此，应该理解，本发明还有其它实施例可能符合上述原理。

Claims (13)

1.一种电连接器，其特征在于，包括：
一外罩；和
多个位于所述外罩内的触点/端接线，每个所述的触点/端接线具有一延伸的触点和一端子，所述触点大致相互平行地延伸，并且所述多个触点/端接线至少包括一对几何结构相互不同的非对称的触点/端接线。
2.如权利要求1所述的电连接器，其特征在于，所述非对称对的所述触点/端接线位于所述外罩中，以端接一单回路的线对。
3.如权利要求1所述的电连接器，其特征在于，所述非对称对的第一个所述触点/端接线包括一前向触点，而所述非对称对的第二个所述触点/端接线包括一后向触点。
4.如权利要求3所述的电连接器，其特征在于，所述前向和后向触点大致相互平行。
5.如权利要求3所述的电连接器，其特征在于，所述第一触点/端接线的所述前向触点包括一前自由端和一与所述第一触点/端接线的所述端子电气相连的后端，并且
所述第二触点/端接线的所述后向触点包括一后自由端和一与所述第二触点/端接线的所述端子电气连接的前端。
6.如权利要求5所述的电连接器，其特征在于，所述第一触点/端接线包括一将所述前向触点的所述后端与所述第一触点/端接线的所述端子电气连接的导线；并且所述第二触点/端接线包括一将所述后向触点的所述前端与所述第二触点/端接线的所述端子电气连接的导线。
7.如权利要求1所述的电连接器，其特征在于，所述多个触点/端接线包括两对非对称的触点/端接线，每个非对称对的所述触点/端接线具有相互不同的几何结构。
8.如权利要求7所述的电连接器，其特征在于，所述每对非对称触点/端接线对的所述触点/端接线位于所述外罩中，端接一单回路的一个线对。
9.如权利要求1所述的电连接器，其特征在于，所述电连接器至少包含八个所述触点/端接线，而八个所述触点/端接线至少包括两对非对称触点/端接线。
10.如权利要求9所述的电连接器，其特征在于，每一所述非对称对的所述触点/端接线位于所述外罩中，端接一相应单回路的一线对。
11.如权利要求9所述的电连接器，其特征在于，至少有六个所述触点/端接线包含前向触点，而且至少有二个所述触点/端接线包含后向触点。
12.如权利要求9所述的电连接器，其特征在于，至少有八个触点/端接线占据着所述外罩中1至8表示的位置，其中六个所述触点/端接线都包含一个前向和后向触点，两个所述触点/端接线都包含另一个前向和后向触点，所述六个触点/端接线位于1、2、4、6、7和8的位置，并且所述两个触点/端接线位于3和5的位置。
13.如权利要求9所述的电连接器，其特征在于，至少有八个触点/端接线占据着所述外罩中1至8表示的位置；所述至少两对非对称触点/端接线的第一对所述触点/端接线位于3和6的位置；并且所述至少两对非对称触点/端接线的第二对所述触点/端接线位于4和5的位置。
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