CN1176024A - 高频模块化插头和电缆组件 - Google Patents

Abstract

一模块化插头和多对电缆的组件可以降低两对信号电缆之间的近端串音。模块化插头具有设置在一个在另一个之上分开的第一的第二平面阵列中的多个导线容纳通道,其中一个平面阵列中的通道所处的位置与另一平面阵列中的通道错开。两信号对的各第一导线的端部容纳在第一平面阵列中的相应导线容纳通道中,两信号对的各第二导线的端部容纳在第二对平面中,在此平面中,具有第二对的导线端的相应导线容纳通道中以这种方式使由磁场和电场耦合引起的两信号对之间的串音得以降低。

Description

高频模块化插头和电缆组件

发明背景

本发明总的涉及电连接器-电缆组件，更具体地说，涉及一种在高频信号传输中使用的端接一模块化插头的多对电缆组件。

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，就会产生问题。具体地说，每条接线回路(wiring circuit)本身以较高的传输速率发出并接收电磁辐射，从而流过某一线路或线对(“源电路(或线路)”)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不希望有的信号电磁耦合称为串音，它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，信息网络中的串音问题越来越严重。

就使用电气性质不同的绞线对(twisted wire pairs)的局域网络(LAN)系统而言，当信号能量偶然从一个信号对串入另一信号对时，就会发生串音。信号从一组线路串入或耦合到另一组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68.500的子部分F中规定的、通常称为模块化连接器的远距离通信连接器时，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损害LAN系统中通常使用的无屏蔽绞线对互联硬件的总的性能，美国国家标准协会(ANSI)的电子/电信工业协会(EIA/TIA)颁布了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100欧姆无屏蔽绞线对的Ethernet型互联中在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。

高速数据传输电缆一般端接一模块化插头，该插头通常包括一绝缘外壳，在该绝缘外壳内，平行通道靠近的平面阵列容纳各电缆线的端部。电缆一般包括一般包含四条回路，它们是安排成四对绞线的八条电线，电缆的终端一般接在具有八个触点的模块化插头上，这八个触点与分别容纳在安排成一排的导线容纳通道中的八条导线的端部啮合。按照ANSI/EIA/TIA标准568，把四对规定的插头触点分别端接在四对规定的电缆线对上。例如，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位置的插头触点上，3-6位置跨在端接线对#1的“4-5”插头触点的两侧。在依照标准568端接电缆的模块化插头中，业已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。

发明概要

因此，本发明的一个目的是提供一种新的、改进的电缆连接器组件。

本发明的另一个目的是提供一种新的、改进的模块化插头电缆组件。

本发明的又一个目的是提供一种在高频信号传输中使用的新的、改进的模块化插头-多对电缆组件，这种组件与传统装置相比能显著降低近端串音。

本发明基于如下的认识：在端接一多对电缆的模块化插头中，在构成不同线路的两对导体之间、即两“信号对”之间的串音是由磁场(电感)和电场(电容)耦合所引起的；通过把信号对的端部适当地定位在插头中并调整它们之间的间距，就可降低在两信号对之间的这种耦合的大小。

简言之，对于磁场耦合，在根据本发明构造的模块化插头中，把两信号对的四个端部定位和固定在该插头内，使信号引线产生彼此接近成一角度最好是直角的信号环路。由此与传统插头的结构相比降低了在两信号对之间的磁场耦合和感生的串音，传统插头的结构需要把信号引线定位在单排或平面阵列中，因此它们的信号环路是共平面的。对于电场耦合，本发明的模块化插头的结构使所考虑的信号对的信号引线之间的间距比较均匀地平衡。由于引线间电容的大小只取决于考虑中的两信号引线间的距离，因此与引线间距不对称的传统插头的结构相比，本发明的结构能降低两信号对之间的电场或电容耦合和由电容耦合所产生的串音。

在本发明的一较佳实施例中，一模块化插头包括一绝缘或介质的外壳，该外壳具有多个设置在一个在另一个之上彼此分开的第一和第二基本平行的平面阵列中的导线容纳通道，第一平面阵列通道所处的位置与第二平面阵列的通道错开。第一和第二导线或信号对的各第一导线的端部容纳在第一平面阵列中的相应的导线容纳通道中，而第一和第二导线信号对的各第二导线的端部容纳在第二平面阵列中的相应的导线容纳通道中。选择容纳第一和第二导线对端部的导线容纳通道，使第一信号对的引线位于第一对平面，第二信号对的引线位于与第一对平面交叉的第二对平面，以使由信号对形成的信号环路彼此互成一角度。

最好是第一信号对的端部容纳在第一平面阵列中两相邻的导线容纳通道中，而第二信号对的端部容纳在靠近第一平面阵列的两相邻的导线容纳通道的第二平面阵列中相邻的导线容纳通道中，即容纳第二导线一相应端部的一个通道位于容纳第一导线端部的通道对中间。这就形成了两对平面，因此，基本上彼此成直角的信号环路使磁场耦合达到最小，另外引线间间距从而引线间的电容更接近平衡，由此降低了电场耦合和由电容耦合产生的串音。

在一较佳实施例中，模块化插头具有八个导线容纳通道，多导体电缆则包括四个信号对。第一和第二平面阵列各包括四个导线容纳通道，即两个外通道和两个内通道。两导线对的第一导线端部容纳在第一平面阵列中的两内通道中，两导线对的第二导线端部容纳在第二平面阵列中的两内通道中，以形成交叉的平面对。

附图说明

通过下面的详细描述以及结合所附的附图，将会对本发明有一个完整的了解，并更容易理解本发明的优点。

图1是已有技术的传统模块化插头和多对电缆端接之前的立体图；

图2是沿图1中的2-2线截取的已有技术的模块化插头和电缆组件的剖视图；

图3是与图2相对应的容纳电缆线的传统插头横截面的示意图，它示出了有关信号对#1与#3的标准端接分配情况；

图4是由图1传统结构的信号对#1与#3形成的信号环路的方位的示意图；

图5是类似于图3的本发明容纳电缆线的插头的横截面示意图，它示出了有关信号对#1与#3的按标准端接分配情况；

图6是类似于图2的本发明模块化插头-电缆组件的剖视图；

图7是类似于图4的示意图，示出了由本发明的图5和6组件的信号对#1与#3所产生的信号环路的方位的情况；

图8是一桥式电路图，它示意性地示出了有关图1的已有技术模块化插头和本发明图3的模块化插头的信号对#1与#3之间的引线间电容耦合；

图9是一电压分压器示意图，它示出了有关图1的已有技术模块化插头和本发明图3的模块化插头的信号对#1与#3之间的引线间的电容耦合；

图10是一类似于图1的立体图，它示出了连接之前的本发明模块化插头-电缆组件；

图11是本发明图10的连接器-电缆组件的俯视图；以及

图12是沿图11的12-12线截取的连接器-电缆组件的纵向剖视图。

较佳实施例的说明

下面参阅附图。在所有的视图中类似的标号表示相同或对应的部件。下面先结合图1-7来描述本发明是如何减少串音的。

参阅图1和2，图中示出一传统的端接多对通讯电缆14的模块化插头10。电缆14包括含有四对导线18的绝缘隔离护套16，在使用期间，每对导线或每对信号线形成一个独立的信号线路。插头10的结构是众所周知的，它一般包括一绝缘外壳，该外壳20有一封闭的前自由端22、一接受电缆的后端24、一终端接受侧26和一从外壳20的后端24纵向延伸到前端的接受电缆的内腔(未示出)。由散热片29构成的八个平行槽29通向外壳20的终端接受侧26，以接受平的触点端子30。八个槽28对齐在分别纵向延伸的平行通道32的平面阵列上，这些通道32与接受电缆的内腔相联通并接受相应的电缆线18的端部。各平的触点端子30插入和固定在一相应的接受端子的槽20内，从而端接位于各个导线容纳通道32中的导线18。

如上所述，在数据高速传输其间，信号对#1与#3之间的近端串音在根据标准568端接电缆的模块化插头中最为麻烦。参阅图3，该示意图图类似于接受电缆线18端部的插头10的横截面的图2，它示出了插入导线18并用位置标号1至8表示的通道32的传统平面阵列，还示出了信号对#1与#3的标准端接布置。如图3所示，信号对#1的导线18的端部容纳在通道4和5中，信号对#3的导线18容纳在标号为3和6的、跨在容纳信号对1的导线端部的通道4-5两侧的通道中。

如示意性图4所示，业已认识到，信号对#1与#3的端部根据标准安排在传统布置的导线通道32内时，由信号对#1构成的信号环路与信号对#3在一个共平面内，且该信号对#1的方位完全位于由信号对#3构成的信号环路之内，这样一种布置使磁场耦合和在这两对信号之间产生的串音达到最大。

下面参阅图5-7，在这些图中，与图1-4所示的部件相对应的部件用相同的标号加上撇号表示。根据本发明，为了降低两对信号之间的磁场耦合和感生的串音，以这样一种方式设置通道32’，即由信号对#1与#3构成的信号环路其平面对彼此相互交叉。具体地说，如图5和6所示，导线容纳通道32’设置在基本上平行的第一和第二平面阵列内，每一个平面阵列各有四个通道。这两个平面阵列彼此上下分开，而且平面阵列中的各通道所处的位置彼此相对错开。

电缆线18’按信号对的标准端接方式插入通道32’中。因此，信号对#1与#3的第一导线18’端部插入在第一上平面阵列的现在是里面的横向邻近的位置4和6的通道32’中，信号对#1与#3的另外的导线端部插入在第二下平面阵列的现在是里面的横向邻近的位置3和5的通道32’中。上阵列通道位置4、6对可被称作与下阵列通道位置3、5对“相邻”，因为下位置5位于上位置4和6的横向中间。在这种标准结构中，信号对#1与#3的导线端形成部分信号环路，这些信号环路位于在通道32’的第一平面阵列和第二平面阵列的平面之间的点“a”处彼此交叉的平面对中。实际上，如图7所示，信号环路位于彼此基本上成直角交叉的平面对中，在这种方位，磁场耦合和两信号对之间感应的串音达到最小。虽然当平面对彼此基本上成直角交叉，或至少在两平面阵列的平面之间的一点交叉时，由磁场耦合引起的串音达到最小，但要知道的是，只要平面对在某点交叉，就可以获得本发明的利益。而这只要模块化插头的方位是导线容纳通道的第一平面阵列和第二平面阵列基本为水平且当第一对平面向上并在一横向方向延伸，而第二对平面向上但在另一个横向方向延伸时这一点就可以得到保证。

还要知道的是，本发明不仅仅包括提供一导线容纳通道本身错开的双阵列的模块化插头。实际上，已有技术即U.S.4,054,350已示出了这种结构。而是，本发明包括组合多对电缆和插头的组合件，其中两个信号对的导线端如上所述地位于和定位在上述的模块化插头内，以降低两信号对之间的磁场耦合和感生的串音。据申请人所知，已有技术既没有揭示也没有建议过本发明。

如上所述，模块化插头中的串音还由电场或容性耦合所引起。本发明认识到，两信号对之间的这种耦合的大小取决于这些信号对中四根导线的端部之间的距离的对称性。为了简化下面有关电容耦合的讨论，两信号对的端接导线端称为“引线”，根据标准端接方式分别定位在位置4、5和3、6的导线通道中信号对#1与#3的各引线分别称为引线4、引线5、引线3和引线6。

图8示出了存在于一传统模块化插头以及一本发明模块化插头内的引线间主要的电容。为了简化模型，引线3与引线6之间的电容忽略不计。图中所示的钻石形结构经常用来代表一平衡的桥式电路。为了示出插头内串音的产生，一信号源V_信号加在信号对#3的引线3和引线6处。

可用彼此之间的电容的大小来估计在信号对之间的不希望有的电容耦合的大小。用于所有的引线是相同的和平行的，各引线间电容的大小完全取决于两引线之间的距离。如果所有的引线间电容相等，与信号对#1与#3对应的四个信号引线设置成对称(节点之间具有相同的间距)钻石形，则两对信号之间的电容耦合可以接近零。这种结构将保持信号对的电平衡，其中各信号引线在它自己与系统中的每个其它导体之间的阻抗相等。

下面用一图9中所示的分压器模型来解释信号对之间的电平衡的保持，即在这些信号对中，每个信号引线在自己与系统中其它每个导体之间具有相同的阻抗。如果在引线5和引线6之间平衡良好即引线5和引线6之间的电压总和为零的话，由电容引起的串音电压V_串音将为零。将线路中的两个臂看作分压器，则如果 $\left[1\right]\frac{\left|C_{5-6}\right|}{\left|C_{3-5}\right|+\left|C_{5-6}\right|}=\frac{\left|C_{4-6}\right|}{\left|C_{3-4}\right|+\left|C_{4-6}\right|}$ 线路将平衡。

如上所述，引线间电容的大小取决于引线之间的间距。通过把公式〔1〕中的引线间电容的下标用实际引线间距来替换，标准单排模块化插头的电容平衡就可与本发明的错开的双排模块化插头的电容平衡相比较。设与一相邻引线中心到中心的引线间距0.04英寸和排的高度中心到中心间的间距为0.035英寸，一单排传统模块化插头和一本发明的双排、错开排列的模块化插头的等式分别如下面的等式2和3所示。 $\left[2\right]\frac{\left|C_{40}\right|}{\left|C_{80}\right|+\left|C_{40}\right|}=\frac{\left|C_{80}\right|}{\left|C_{40}\right|+\left|C_{80}\right|}$ $\left[3\right]\frac{\left|C_{53}\right|}{\left|C_{80}\right|+\left|C_{53}\right|}=\frac{\left|C_{80}\right|}{\left|C_{53}\right|+\left|C_{80}\right|}$

要指出的是，等式2和3中的分母是相等的，C₈₀是两个表达式中右侧的分子。由于C₅₃的数值比C₄₀更接近C₈₀，因此很清楚本发明的模块化插头能达到更好的平衡。平衡中分贝的改进表示为：

＝20Log〔相对于最佳平衡变化的电容变化〕 $=20\mathrm{Log}\frac{53-40}{40}$

＝2.44db。

参阅图6和10，需要两组触点端子来端接导线18’，即一组为四个较短的端子30a，一组为四个较长的端子30b。长触点端子位于各自的槽中并在第一上平面阵列中的相邻导线通道之间经过以端接容纳在第二下平面阵列中的导线通道中的导线端部。

参阅图10-12，为了在电缆插入的端接步骤中便于导线端部与相应的导线容纳通道32’对齐，采用一加载或控制块34。控制块34包括一其外形与接受电缆的内腔36(图12)的形状相对应的块形塑料件。一对四孔38平面阵列各自贯穿控制块34，这些孔的间距与导线容纳通道32’的双阵列结构的间距相同。各孔38的直径比导线18’的直径稍大，以允许导线18’在孔38中滑动配合。组装时，首先把四对信号的导线18’插入控制块34中的其位置与称为标准端接布置的通道32’的位置相对应的孔38中。剪掉伸出控制块34前面40的一段导线以与前面的面40齐平，随后把装导线的控制块插入插头10’的接受电缆的内腔36中。迫使管理块朝前通过内腔36，直到管理块的前面的面40靠近内腔36的前端，如图12所示。然后迫使电缆线朝前通过孔38进入对齐的导线容纳通道32’中。要理解的是，控制块可以有其它的结构形状，例如上阵列的各孔可由通道平面阵列来替代，该通道平面阵列通向控制块34的顶部表面42以便于导线插入。显而易见，在上述内容的基础上还可以对本发明进行各种变更和改变。因此，要理解的是，在所附的权利要求书的范围之内，还可以以不同于这里所描述的其他方法来实施本发明。

Claims (5)

1.一种含有由模块化插头端接的多导体电缆的组件，它包括：

一多导体电缆，它包括至少第一和第二导线对，各导线对在使用中形成一相应线路的一部分；

一模块化插头，它包括一不导电的外壳，该外壳中具有多个设置成一个在另一个之上分开的第一和第二基本平行的平面阵列中的导线容纳通道，所述第一平面阵列通道所处的位置与所述第二平面阵列的所述通道错开，还具有多个平行的触点容纳槽，每一个与所述导线容纳通道的相应一个通道相联通；

所述导线具有容纳在相应导线容纳通道中的端部，所述模块化插头包括多个平的触点，各触点位于相应的触点容纳槽中并与容纳在相联通的导线容纳通道中的所述导线端部的一个相应端部电气啮合；以及

所述第一和第二导线对的各第一导线的端部容纳在所述第一平面阵列中的相应的导线容纳通道中，所述第一和第二导线对的各第二导线的端部容纳在所述第二平面阵列中的相应的导线容纳通道中，所述第一导线对的所述导线端部位于一第一对平面中，所述第二导线对的所述导线端部位于一第二对平面中，其中，所述第一和第二对平面相互交叉。

2.如权利要求1所述的组件，其特征在于，当所述模块化插头定向成当所述第一导线容纳通道的平面阵列和第二导线容纳通道的平面阵列基本水平时，所述第一对平面在一横向方向向上延伸，所述第二对平面在另一横向方向向上延伸。

3.如权利要求1所述的组件，其特征在于，所述第一对平面与第二对平面在位于所述第一导线容纳通道的平面阵列与第二导线容纳通道的平面阵列之间的一点交叉。

4.如权利要求1所述的组件，其特征在于，所述第一导线的所述端部容纳在所述第一平面阵列的横向相邻的导线容纳通道中，所述第二导线的所述端部容纳在所述第二平面阵列的横向相邻的导线容纳通道中，其中容纳所述第二导线端部的所述其中一个通道横向位于容纳所述第一导线端部的所述通道对的中间。

5.如权利要求1所述的组件，其特征在于，所述模块化插头有八个导线容纳通道，所述通道中的四个设置在含有两个外通道和两个内通道的所述第一平面阵列中，所述通道中的另四个设置在含有两个外通道和两个内通道的所述第二平面阵列中，所述多导体电缆包括四对导线，其中两对导线的第一导线端部容纳在所述第一平面阵列中的所述两个内通道中，所述两对导线的第二导线端部容纳在所述第二平面阵列中的所述两个内通道内。

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