CN1996677A - 包括具有控制阻抗的电路板的电连接器 - Google Patents

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Abstract

一种电连接器(42)包括支承电路板(100，101，280)的外壳(45)。电路板具有包括第一区域(102，186)和第二区域(104，188)的上表面(122，172)，在上表面的电路布线(116，176)在第一区域和第二区域延伸，第一接地平面(124，212，170，260)被配置于电路板中在第一区域的电路布线之下距离为第一深度(D1，D4，D7，D9)的位置，其被选择成在第一区域中提供电路布线的特定的特征阻抗，第二接地平面(128，214，180，262)被配置于电路板中在第二区域的电路布线之下距离为第二深度(D2，D5，D8，D10)的位置，其被选择成在第二区域中提供电路布线的特定的特征阻抗。

Description

包括具有控制阻抗的电路板的电连接器
技术领域
本发明涉及一种电连接器，其为具有通过连接器传输电信号的电路板的形式。
背景技术
电连接器用于传输信号，电源，接地等等，可包括一个支承连接器的电路板。电路板的电缆终端具有焊盘，电缆的单股线导体被焊接其上。电路板的可分离的连接端具有触点，并被构成为延伸入与主板或其他设备连接的配合连接器中，触点垫片与具有配合连接器的弹簧触点或其他可分离的触点相配合，在电路板中布线的电路通过连接器传输信号。电路的布线横穿电路板的中心区域，延伸至电缆和可分离的连接端。
通常，在电路板中提供一单独的接地平面。连接器的特征阻抗的计算是基于电路板中心区域的电路布线的尺寸。电路板表面的电路布线与电路板的接地平面之间的距离被选择为满足中心区域电路布线的阻抗要求。但是，电路板的电缆和可分离的连接端可能具有不同的几何结构，如相对于中心区域的附加电路布线，因此，可能具有不同的阻抗。同时，当线导体在电缆终端焊接至焊盘时，阻抗也被改变了。因此，虽然中心区域的阻抗得到了控制，但电路板整体的阻抗是不均匀的。
当在电路板中产生不平衡或不对称的接地环境，则信号损耗增加。当高速传输时，多种信号特征将会受到负面的影响，如电磁干扰的增强，差动接入损耗的增加，不稳定性的增加，因此在AC回路中产生了不匹配，引起共模能量，引起不平衡或共模信号，等等。信号性能的降低在高数据传输速度时尤为显著，如超过4Gbps。
因此需要具有改进阻抗控制电路板的电连接器。
发明内容
电连接器包括支承电路板的外壳。电路板具有包括第一区域和第二区域的上表面，以及在第一区域和第二区域中延伸的上表面上的电路布线。第一接地平面设置在电路板中比第一区域中的电路布线低的第一深度的位置，其被选择成在第一区域中提供电路布线的特定的特征阻抗，第二接地平面设置在电路板中比第二区域中的电路布线低的第二深度的位置，其被选择成在第二区域中提供电路布线的特定的特征阻抗。
附图说明
本发明将会通过参考相关附图的实施例进行说明，其中：
图1示出了根据本发明一个实施例的双面电路板的上表面；
图2示出了图1的双面电路板的底表面；
图3示出了可利用根据本发明的电路板的示例性电连接器；
图4示出了根据本发明一个实施例的单面电路板的上表面；
图5示出了根据本发明实施例的设置在单面电路板(图4)中的多个接地平面，用于控制上表面的不同区域；
图6示出了根据本发明实施例的在单面电路板(图4)中的多个接地平面的可替换的实施例，用于控制上表面的不同区域；
图7示出了根据本发明实施例的用于控制单面电路板(图5)的阻抗的可替换实施例的轴侧视图；
图8示出了可以用来形成根据本发明实施例的接地平面的不规则形状部分的示例性的不规则形状；
图9示出了根据本发明实施例的具有四个接地层面配置的双面电路板的横截面图；
图10示出了设置在图9的电路板中的第一接地平面；
图11示出了设置在图9的电路板中的第二接地平面；
图12示出了设置在图9的电路板中的第一底部接地平面；
图13示出了设置在图9的电路板中的第二底部接地平面；
图14示出了根据本发明另一实施例的具有六个接地层配置的双面电路板(图1和2)的横截面图；
图15示出了根据本发明实施例形成的可替换的接地平面。
具体实施方式
图1示出了根据本发明一个实施例的双面电路板100的上表面122。用于传输电信号，接地，供电等的电路布线形成在上表面122上。电路布线包括地线114和信号线116。地线114通过接地通孔108和110(并非所有通孔由项目数字号标出)电连接到设置在电路板100中的一个或多个接地平面。一部分信号线116通过信号通孔118和120(并非所有通孔由项目数字号标出)电连接到电路板100的底表面(图2)上的信号线。应该理解可以采用其他的信号实施方式，如不同数量的全部电路布线，信号线116，地线114和传输电源的布线。仅示例性的，信号线116可被成对配置用于传输差分信号对。电路板100具有导向边缘162和牵引边缘164，并可被用在一插头组件中(图3)。
上表面122可被分为多于一个的逻辑部位，块或区域。第一区域102可以为上表面122中心部位中的包括信号线116的布线部位。预先，设置在电路板100中的信号接地平面用以基于第一区域102中的电路布线控制阻抗。临近导向边缘162的第二区域104可以是一个具有用于接收由绝缘外壳(未示出)保持的弹簧触点的触点垫片146的可分离连接部位。临近牵引边缘164的第三区域106可为一具有接收可焊接到其上的导线，连接器和/或设备的焊盘148的焊盘区域。触点和焊盘146和148分别用于指代第二和第三区域104和106中的电路布线。应该理解的是，基于上表面122几何结构的不同的特定的特征阻抗需求，可定义更多或更少的区域。所述区域在形状上可以是不规则的，并可在较大的区域上形成较小的区域。
图2示出了根据本发明实施例的图1的双面电路板100的底表面136。形成在底表面136上的电路布线被用于传输电信号，接地，供电等。电路布线包括地线198和信号线200。地线198通过接地通孔108和110(并非所有通孔由项目数字号标出)连接到电路板100中的一个或多个接地平面。一部分信号线200通过信号通孔118和120(并非所有通孔通过项数字标出)连接到电路板100的上表面122上的信号线。
底表面136被逻辑划分为第一底部区域206，第二底部区域208和第三底部区域210。第一，第二和第三底部区域206，208和210可具有与上表面122的第一，第二和第三区域102，104和106相同或不同的尺寸。第一底部区域206具有底表面136中心部位中的信号线200。临近导向边缘162的第二底部区域208具有接收由绝缘外壳(未示出)保持的弹簧触点的触点垫片246，以及临近牵引边缘164的第三底部区域210具有接收可焊接其上的导线，连接器和/或设备的焊盘248。
根据本发明实施例，图3示出了可利用根据本发明的电路板100的示例性电连接器。电连接器可以是具有形成封闭电路板100的外壳45的上壳43和下壳44的插头组件42。插头组件42还包括可拆除地安装在上下壳43和44的闩装置46。插头组件42被牢固地安装在能够高速传输串行数据的电缆的端部(未示出)，如四芯电缆等。应变消除47被固定在上下壳43和44的后端以保护插头组件42和电缆之间的互连。闩装置46可包括一锁定构件139。
在电路板100的牵引边缘164，电缆中的导线被分别焊接在上和底表面122和136的焊盘148和248上。另外，如当电路板100被用作均衡作用时，元件和/或设备也可以焊接在焊盘148和248上。
电路板100被保持在外壳45中，从而使得导向边缘162可插入配合连接器(未示出)的绝缘外壳中。触点垫片146和246与配合连接器的弹簧触点摩擦啮合。
图4示出了根据本发明实施例的单面电路板101的上表面172。形成在上表面172上的电路布线被用于传输电信号，接地，供电等。但是，在电路板101的底表面上没有电路布线。电路布线包括地线174和信号线176。地线174通过接地通孔182和184(并非所有通孔由项目数字号标出)连接到电路板101中的一个或多个接地平面。电路板101具有导向边缘166和牵引边缘168，并可被用在插头组件42中(图3)。
上表面172可被分为多于一个的如上所述的逻辑部位，块或区域。第一区域186包括上表面172中心部位中的信号线176。临近导向边缘166的第二区域188具有接收配合连接器的弹簧触点的触点垫片192，以及临近牵引边缘168的第三区域190具有接收可焊接在焊盘194上的导线，连接器和/或设备的焊盘194。应该理解的是，基于上表面172几何结构的阻抗需求可以定义更多或更少的不同形状和大小的区域。
图5示出了根据本发明实施例的在单面电路板101(图4)中配置的多个接地平面，用于控制上表面172上的不同区域。电路板101被形成为具有四层导电材料，在层与层中间设置有绝缘材料。示出了第一区域186，第二区域188和第三区域190。
在电路板101的整个不同区域需要均匀的阻抗，如50ohms。参考图4，第一区域186的电路布线的几何结构或表面积与每个第二和第三区域188和190中的电路布线的表面积不同。当导线和/或元件连接到焊盘194时，第三区域190进一步改变。第一，第二和第三区域186、188和190的几何结构的不同会导致每个区域的特定的特征阻抗的不同。例如，第三区域190与第一区域186相比具有较高的特征阻抗。因此，相对于上表面172定位在不同距离处的多个接地平面可被用作分别控制第一、第二和第三区域186、188和190的阻抗。
第一接地平面124被配置在电路板101中在信号线176下面深度为D1的位置，以控制第一区域186中的信号线176的特征阻抗。深度D1基于在第一区域186中的至少一个信号线176的表面积和在第一接地平面124和上表面172之间所采用的材料的介电常数。
第二接地平面128被配置在电路板101中在触点垫片192下面深度为D2的位置，以控制第二区域188中的触点垫片192的特征阻抗。深度D2基于在第二区域188中的至少一个触点垫片192的表面积和在第二接地平面128和上表面172之间所采用的材料的介电常数。第二接地平面128在第一区域186之下延伸，但不影响第一区域186。可选的，第二接地平面128可被形成为仅在第二区域188下延伸或在第一区域186的一部分的下面延伸。例如，通过不移除不改变阻抗的导电材料，可节约其成本和时间，如第二接地平面128的一部分在第一区域186之下延伸。可改变介电材料(dielectricmaterial)以实现电路板101上的电路布线的特定的特征阻抗，由此，可采用多于一种的介电材料。
在第三区域190，焊盘194与连接到插头组件42(图3)的电缆中的导线256电互连。第三接地平面132被配置在焊盘194下面深度为D3的位置，以控制第三区域190中的焊盘194的特征阻抗。第三接地平面132可在第一区域和第二区域186和188之下延伸，并可构成电路板101的底表面178。至少一个焊盘194的表面积和在上表面172和第三接地平面132之间所采用的材料的介电常数被用来确定深度D3。因此，整个电路板101的阻抗通过采用第一，第二和第三接地平面124，128和132被均匀控制，以实现每个第一，第二和第三区域186，188和190中的信号线176的特定特征阻抗。
图6示出了根据本发明实施例的在单面电路板101(图4)中配置的多个接地平面的可替换的实施例，以控制上表面172上的不同区域。第一，第二和第三接地平面212，214和216被分别配置在第一，第二和第三区域186，188和190之下。第一接地平面212被配置在第一区域186之下深度为D4的位置，且不与第二和第三接地平面214和216的任何部分重叠。第二接地平面214被配置在第二区域188之下深度为D5的位置，且不与第三接地平面216的任何部分重叠，其中第三接地平面216被配置在深度为D6的位置。应该注意，也可采用电路板101中各接地平面的其它组合方式。
图7示出了根据本发明实施例的控制单面电路板101(图5)阻抗的可替换实施例的轴侧视图。第一和第二接地平面124和128被配置在电路板101中，而第三接地平面132沿着底表面178形成。
由于增加附加层和/或复杂几何结构以支持额外功能、更高速度的数据传输等，所以在接地平面和表面区域之间可能不会有充分的分离或深度从而获得所需要的特征阻抗。因此，区域中的阻抗通过将接地平面延伸一不规则形状区域从而被进一步控制。在图7中，第三区域190的阻抗通过在第三区域190和第三接地平面132之间将第一接地平面124延伸一接地平面延伸182从而被进一步控制。线138示出了在第一和第三区域186和190之间的接合处。接地平面延伸182形成一个或多个不规则形状140和142。
图8示出了根据本发明实施例的形成接地平面不规则形状区域150的示例性不规则形状。不规则形状区域150可从第一接地平面124(如图7中所示)或第二接地平面128延伸。
一个或多个不规则形状152-160在电路板101中于第三区域190和第三接地平面132之间延伸，并可通过增加或移除诸如铜的材料形成。根据一个或多个第三区域190的几何结构，距离D1，D2和D3(图5)，所采用材料的介质常数，不规则形状152-160的大小、形状和/或面积可发生改变。应该理解的是，不规则形状区域也可用来进一步控制第二区域188的阻抗。
图9示出了根据本发明一个实施例的双面电路板(图1和图2所示)的横截面图。在此实施例中，电路板280配置有四个接地层以控制每个上和底表面122和136中的两个区域的阻抗。电路板280被形成为具有六层导电材料，每层之间配置有介电材料。如前所述，上表面122被划分为第一，第二和第三区域102，104和106。第一和第二接地平面170和180在电路板280中形成以控制上表面122上的电路布线的阻抗。如前所述，底表面136具有第一，第二和第三底部区域206，208和210。第一和第二底部接地平面220和230在电路板280中形成以控制底表面136的电路布线的阻抗。
根据本发明实施例，图10示出了图9的电路板280中配置的第一接地平面170。第一接地平面170被配置在离上表面122距离为D7的位置并且在第一区域102下延伸。深度D7被选择成为在第一区域102中的电路布线提供特定的特征阻抗。
图11示出了根据本发明实施例的图9的电路板280中配置的第二接地平面180。第二接地平面180被配置在离上表面122距离为D8的位置并且在第一，第二和第三区域102，104和106下延伸。深度D8被选择成为在第三区域106中的电路布线，焊盘和/或元件提供特定的特征阻抗。第二接地平面180还影响第二区域104中的电路布线的阻抗，虽然深度D8没有被优化成在第二区域104中提供电路布线的所期望的特征阻抗。可替换的，深度D8可被选择成为在第二区域104中的电路布线提供特定的特征阻抗。
图12示出了根据本发明实施例的图9的电路板280中配置的第一底部接地平面220。第一底部接地平面220被配置为离底表面136高度为E1的位置并在第一底部区域206之上延伸。高度E1被选择成为在第一底部区域206中的电路布线提供特定的特征阻抗。
图13示出了根据本发明实施例的图9的电路板280中配置的第二底部接地平面230。第二底部接地平面230被配置为离底表面136高度为E2的位置并在第一、第二和第三底部区域206，208和210之上延伸。第二接地平面180(图11)和第二底部接地平面230在电路板280中相邻。第二底部接地平面230为第三底部区域210中的电路布线，焊盘和/或元件提供特定的特征阻抗。第二底部接地平面230还影响第二底部区域208中的电路布线的阻抗。
图14示出了根据本发明另一实施例的具有六个接地层配置的双面电路板282的横截面图。电路板282被形成为具有八层导电材料，每层之间配置有介电材料。如前所述，上表面122具有第一，第二和第三区域102，104和106，底表面136具有第一，第二和第三底部区域206，208和210。第一，第二和第三接地平面260，262和264被配置为距离上表面122分别为D9，D10和D11的位置并分别为第一，第二和第三区域102，104和106的电路布线的提供阻抗控制。第一，第二和第三底部接地平面266，268和270被配置为距离底表面136分别为高度E3，E4和E5的位置以分别控制第一，第二和第三底部区域206，208和210的电路布线的阻抗。
图15示出了根据本发明实施例形成的可替换的接地平面240。通过示例，接地平面240可替代电路板280(图9)中的第一接地平面170和第一底部接地平面220中的一个以进一步分别控制第三区域106和第三底部区域210的阻抗。接地平面240具有相应于第三区域106或第三底部区域210的不规则形状区域242。可选的，区域250可部分地被移除以形成附加的不规则形状区域，从而进一步控制第二区域104或第二底部区域208的阻抗。

Claims (7)

1、一种包括保持着电路板(100，101，280)的外壳(45)的电连接器(42)，所述电路板具有包括第一区域(102，186)和第二区域(104，188)的上表面(122，172)，在所述上表面上的电路布线(116，176)在第一区域和第二区域中延伸，其特征在于：
第一接地平面(124，212，170，260)被配置于电路板中在第一区域的电路布线之下距离为第一深度(D1，D4，D7，D9)的位置，其被选择成在第一区域中提供电路布线的特定的特征阻抗，第二接地平面(128，214，180，262)被配置于电路板中在第二区域的电路布线之下距离为第二深度(D2，D5，D8，D10)的位置，其被选择成在第二区域中提供电路布线的特定的特征阻抗。
2、权利要求1所述的电连接器，其中第一区域电路布线的特定特征阻抗基本上与第二区域电路布线的特定特征阻抗相等。
3、权利要求1所述的电连接器，其中第一接地平面(212)与第二接地平面(214)的任何部分都不重叠。
4、权利要求1所述的电连接器，其中上表面包括第三区域(106)，电路布线在第三区域中延伸，并且第二接地平面包括不规则形状部分(150)，此不规则形状部分(150)在第三区域的电路布线之下延伸。
5、权利要求1所述的电连接器，其中上表面包括第三区域(106，190)，电路布线在第三区域中延伸，第三接地平面(132，216，264)被配置于电路板中在第三区域的电路布线之下距离为第三深度(D3，D6，D11)的位置，其被选择成在第三区域中提供电路布线的特定的特征阻抗。
6、权利要求1所述的电连接器，其中电路板(100，282)具有包括第一底部区域(206)和第二底部区域(208)的底表面(136)，在底表面上的电路布线(200)在第一和第二底部区域延伸，其中第一底部接地平面(220，266)被配置于电路板中在第一底部区域的电路布线之上距离为第一高度(E1，E3)的位置，所述第一高度被选择成在第一底部区域中提供电路布线的特定的特征阻抗，第二底部接地平面(230，268)被配置于电路板中在第二底部区域的电路布线之上距离为第二高度(E2，E4)的位置，并且所述第二高度被选择成在第二底部区域中提供电路布线的特定的特征阻抗。
7、权利要求5所述的电连接器，其中电路板(282)具有包括第一底部区域(206)，第二底部区域(208)和第三底部区域(210)的底表面(136)，在底表面上的电路布线(200)在第一，第二和第三底部区域延伸，其中第一底部接地平面(266)被配置于电路板中在第一底部区域的电路布线之上距离为第一高度(E3)的位置，所述第一高度被选择成在第一底部区域电路中提供电路布线的特定的特征阻抗，第二底部接地平面(268)被配置于电路板中在第二底部区域的电路布线之上距离为第二高度(E4)的位置，所述第二高度被选择成在第二底部区域中提供电路布线的特定的特征阻抗，第三底部接地平面(270)被配置于电路板中在第三底部区域的电路布线之上距离为第三高度(E5)的位置，并且所述第三高度被选择成在第三底部区域中提供电路布线的特定的特征阻抗。
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