DE102005057905A1 - Rauschen eliminierender Differentialverbinder und Grundflächen-Anordnung von diesem - Google Patents
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- H01R13/6461—Means for preventing cross-talk
Abstract
Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf elektrische Verbinder, die in Form von Differentialpaaren angeordnete Kontakte aufweisen.
- Heutzutage gibt es verschiedene Verbinder zur Verwendung in Differentialpaar-Anwendungen. Bei Differentialpaar-Anwendungen wird ein Signal in Hälften geteilt (wobei jede Hälfte die Umkehrung der anderen Hälfte ist), und jede Hälfte wird über eine separate Datenleitung zu einer Verbindungs-Grenzfläche eines Verbinders übertragen. Die Verbindungs-Grenzfläche eines elektrischen Verbinders kann eine Mehrzahl von Kontakten aufweisen, wobei bei Differentialpaar-Anwendungen die Kontakte im Allgemeinen in Form von Differentialpaaren organisiert sind. Die Signalqualität eines Kontakt-Differentialpaares kann aufgrund von Nebensprechen/Rauschen und dergleichen durch elektromagnetische Felder (EMF), die von in der Nähe befindlichen Kontakt-Differentialpaaren erzeugt werden, vermindert werden. Die Konstruktion und die Konfiguration eines elektrischen Verbinders beeinflussen die Eigenschaften des elektrischen Verbinders in Bezug auf Nebensprechen. Die Elektronikindustrie bietet bereits verschiedene Lösungen zum Verbessern der Qualität von Differentialsignalen an der Verbindungs-Grenzfläche für elektrische Verbinder an.
- Ein Vorschlag beinhaltet die Anordnung von Erdungsabschirmungen innerhalb des Verbinders zum Reduzieren der EMF-Beeinträchtigung an einem Verbinder-Differentialpaar aufgrund von in der Nähe befindlichen Differentialpaaren. Beim Verbinden des sockel- bzw. steckerartigen Verbinders und des buchsenartigen Verbinders treten die Erdungsabschirmungen in Kontakt, bevor die Signalkontakte miteinander in Eingriff treten. Bei bestimmten Verbindern ist die Formgebung der Aufnahmekammer an die Formgebung des aufgenommenen elektrischen Kontakts angepasst, um dadurch den Luftspalt zwischen diesen zu vermindern, so dass die Impedanz des Anschlusskontakts verringert wird und dadurch die Signalleistung verbessert wird.
- Die Anordnung von Erdungsabschirmungen und -ebenen innerhalb der Konfiguration des Verbinders ist eine Möglichkeit zum Reduzieren der EMF-Beeinträchtigung bei Differentialpaaren. Das Hinzufügen zahlreicher Erdungsabschirmungen steigert jedoch die Kosten des Verbinders. Darüber hinaus kann auch der "Footprint" bzw. die Grundfläche oder Größe des elektrischen Verbinders durch die zusätzliche Anordnung von Erdungskontakten und -abschirmungen größer werden. Ferner muss in Anbetracht der zunehmenden Datengeschwindigkeit der elektrische Verbinder die EMF-Beeinträchtigung möglicherweise noch weiter vermindern.
- Es besteht weiterhin ein Bedarf zum weiteren Reduzieren von Nebensprechen/Rauschen bei Differentialpaar-Verbindern, die bei Datenverbindungen mit hoher Geschwindigkeit zum Einsatz kommen.
- Bei der Erfindung handelt es sich um eine elektrischen Verbinder, der ein Gehäuse mit einer Verbindungs-Grenzfläche aufweist. Kontakte sind in dem Gehäuse vorgesehen und in Form von Differentialpaaren organisiert, wobei die Kontakte in jedem der Differentialpaare entlang einer zugeordneten Differentialpaar-Kontaktlinie angeordnet sind. Die Differentialpaar-Kontaktlinien einander benachbarter Differentialpaare verlaufen nicht parallel zueinander.
- Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen beschrieben; darin zeigen:
-
1 eine Draufsicht auf ein Kontaktmuster eines elektrischen Verbinders, der gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist; -
2 eine Draufsicht auf das Kontaktmuster der1 in einer Verbindung mit einem Gleichtakt-Differentialempfänger; -
3 eine Draufsicht auf ein Messerkontaktmuster unter Darstellung von Reihen und Spalten von elektrischen Verbinderkontakten gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; -
4 eine Draufsicht auf ein Kontaktmuster, das gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist, das einen Erdungskontakt verwendet; -
5 eine Draufsicht auf eine modulartige Gruppierung von Differentialpaar-Kontakten, die gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgebildet sind; und -
6 eine Perspektivansicht eines Verbinders, der ein Kontaktmuster gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufweist. - AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
-
1 veranschaulicht ein Kontaktmuster10 eines elektrischen Verbinders, der gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist. Das Kontaktmuster10 ist in einer Orientierung zum Reduzieren des Nebensprechens/Rauschens von durchplattierten Öffnungen in dem elektrischen Verbinder angeordnet. Das Kontaktmuster10 veranschaulicht vier Kontakte12 ,14 ,16 und18 , die in einer Verbindungs-Grenzfläche eines Gehäuses eines elektrischen Verbinders enthalten sein können.1 zeigt ein Differentialpaar20 und ein Differentialpaar22 in einer zueinander orthogonalen Anordnung. Das Differentialpaar20 beinhaltet die Kontakte12 und14 , die zum Führen eines Differentialsignals "A" konfiguriert sind. Das Differentialsignal "A" setzt sich aus einer "A+"-Komponente (Kontakt12 ) und einer "A–"-Komponente (Kontakt14 ) zusammen, wobei jede Komponente eine Umkehrung der anderen Komponente darstellt. Gleichermaßen beinhaltet das Differentialpaar22 die Kontakte16 und18 , die zum Führen eines Differentialsignals "B" konfiguriert sind. Das Differentialsignal "B" setzt sich aus einer "B+"-Komponente (Kontakt16 ) und einer "B–"-Komponente (Kontakt18 ) zusammen, wobei jede Komponente eine Umkehrung der anderen Komponente darstellt. Die Kontakte12 und14 des Differentialpaares20 sind orthogonal zu den Kontakten16 und18 des Differentialpaares22 konfiguriert. - Die Differentialpaare
20 und22 sind einander benachbart angeordnet und bilden eine Reihe in Richtung eines Pfeils A, wie dies in1 gezeigt ist. Eine Kontaktlinie24 ist durch Ziehen einer Linie durch die Kontakte12 und14 hindurch gebildet. In ähnlicher Weise lässt sich eine weitere Kontaktlinie26 durch die Kontakte16 und18 ziehen. Die Kontakte12 und14 sind voneinander getrennt und befinden sich auf gegenüberliegenden Seiten einer Symmetrieachse28 . Die Kontakte16 und18 sind voneinander getrennt und befinden sich auf gegenüberliegenden Seiten einer Symmetrieachse30 . Die Kontaktlinie24 hat eine von der Kontaktlinie26 verschiedene Orientierung. - Die Symmetrieachse
28 ist rechtwinklig zu der Kontaktlinie24 orientiert und fällt mit der Kontaktlinie26 zusammen. Da die Kontakte16 und18 entlang der Kontaktlinie26 angeordnet sind, die die senkrechte Symmetrieachse zu der Kontaktlinie24 darstellt, ist der Kontakt16 gleich weit von den Kontakten12 und14 entfernt, und gleichermaßen ist auch der Kontakt18 gleich weit von den Kontakten12 und14 entfernt. Die Symmetrieachse30 ist senkrecht zu der Kontaktlinie26 . Die Differentialpaare20 und22 sind derart konfiguriert, daß ihre jeweiligen Kontaktlinien24 und26 rechtwinklig zueinander sind und die eine Kontaktlinie (z.B.26 ) auf der zu der anderen Kontaktlinie (z.B.24 ) senkrechten Symmetrieachse angeordnet ist. - Im Betrieb erzeugen Differentialsignale, die durch die Differentialpaare
20 und22 hindurchgeführt werden, elektromagnetische Felder (EMF). Der Kontakt16 ist einem elektromagnetischen Feld (EMF+)32 ausgesetzt, das durch den Kontakt12 erzeugt wird. Der Kontakt16 ist ferner einem elektromagnetischen Feld (EMF–)34 ausgesetzt, das durch den Kontakt14 erzeugt wird. Da die Kontakte12 und14 das Differentialpaar20 mit gleichen und entgegengesetzten (umgekehrten) Signalen bildet und da der Kontakt16 gleich weit von den Kontakten12 und14 beabstandet ist, hebt das elektromagnetische Feld32 das elektromagnetische Feld34 an dem Kontakt16 auf. Die Nettowirkung des elektromagnetischen Feldes32 und des elektromagnetischen Feldes34 an dem Kontakt16 beträgt Null. In ähnlicher Weise beträgt auch die Nettowirkung des elektromagnetischen Felds32 und des elektromagnetischen Feldes34 an dem Kontakt18 Null. Das Nebensprechen/Rauschen, das an dem Kontakt16 aufgrund der durch die Kontakte12 und14 erzeugten elektromagnetischen Felder32 und34 entsteht, hebt sich selbst auf, da die Nettowirkung auf die an dem Kontakt16 vorhandene Signalkomponente Null beträgt. In dem Ausführungsbeispiel der1 sind die Kontakte12 ,14 ,16 und18 als Kontakte vom Stift-Typ dargestellt. Wahlweise kann es sich bei der Formgebung des Kontakts auch um eine andere als einen Stift handeln, wie z.B. um eine X-Form, eine Messer-Form, eine Kontaktfläche, ein Kreuz, einen Stern und dergleichen. -
2 veranschaulicht das Kontaktmuster10 der1 in einer Verbindung mit einem Gleichtakt-Differentialempfänger39 . Im Betrieb erzeugt der Kontakt16 ein elektromagnetisches Feld36 an dem Kontakt12 sowie ein elektromagnetisches Feld38 an dem Kontakt14 . Der Kontakt16 ist gleich weit von den Kontakten12 und14 beabstandet, und daher ist die Kopplung des Kontakts12 aufgrund des elektromagnetischen Feldes36 gleich sowie in Phase mit der Kopplung des Kontakts14 aufgrund des elektromagnetischen Feldes38 . Der Differentialempfänger39 verstärkt die Differenz in den beiden an den Kontakten12 und14 geführten Signalen. Da die an dem Kontakt12 und an dem Kontakt14 aufgrund des Kontakts16 auftretende Energie des elektromagnetischen Feldes gleich und in Phase ist, sind auch die Signalwirkungen gleich, und diese werden somit durch den Differentialempfänger39 eliminiert. Der Differentialempfänger39 vergleicht an seinen Eingängen empfangene Signale und gibt ein Signal ab, das die Differenz zwischen diesen darstellt. Signalkomponenten, die beiden Eingangsleitungen des Differentialempfängers39 gemein sind, werden zurückgewiesen und von diesem nicht abgegeben. Eine Gleichtakt-Detektion (eine Detektion mit gleicher Energie und Phase) durch den Differentialempfänger39 für das Differentialpaar20 eliminiert gleiche und gleichphasige Signalkomponenten von jedem der Kontakte12 und14 , wobei nur die Differenz in den Signalkomponenten "A+" und "A–-" verstärkt wird, wie z.B. ["A+" + Rauschen] – ["A–-" + Rauschen] = 2A. Die Nettowirkung an dem Differentialempfänger "A" hinsichtlich Nebensprechen/Rauschen (EMF-Wirkungen) aufgrund des Kontakts16 beträgt Null. -
3 veranschaulicht eine Footprint- bzw. Grundflächen-Anordnung300 von Messerkontakten322 ,324 ,326 und328 , die gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel ausgebildet ist. Die Kontakte324 und326 sind in Reihen302 und304 sowie in Spalten306 und308 konfiguriert. Ein Satz aus vier am nächsten bei einander angeordneten Nachbarn310 ist zur Veranschaulichung der Differentialpaare314 ,316 ,318 und320 vergrößert dargestellt. Einander benachbarte Differentialpaare der vier am nächsten beieinander angeordneten Nachbarn310 sind orthogonal zueinander ausgerichtet. In dem Beispiel ist das Differentialpaar314 orthogonal zu den Differentialpaaren316 und320 . Das Differentialpaar316 ist orthogonal zu den Differentialpaaren314 und318 . Das Differentialpaar318 ist orthogonal zu den Differentialpaaren316 und320 . Das Differentialpaar320 ist orthogonal zu den Differentialpaaren314 und318 . - Die Kontakte
322 –328 der3 beinhalten Kontaktmesser an der Verbindungs-Grenzfläche, wobei die Messer eine derartige Höhe (Längsrichtung) und Breite (Querrichtung) aufweisen, dass die Höhe größer ist als die Breite. Die Messer eines Differentialpaares sind mit ihrer Querrichtung parallel zu einer zugeordneten (benachbarten) Differentialpaar-Kontaktlinie verlaufend angeordnet (siehe z.B. die Kontaktlinie329 des Differentialpaares322 ). In3 weisen jegliche zwei einander benachbarte Differentialpaare (nicht auf der Diagonalen, sondern in einer Reihe oder in einer Spalte relativ zueinander) Kontaktlinien auf, die zueinander rechtwinklig sind. - Im Betrieb bedient sich die in
3 dargestellte neuartige Struktur der Footprint-Anordnung300 der symmetrischen Eigenschaften eines Differentialsignals zum Reduzieren von Rauschen in einem elektrischen Verbinder oder einer Übertragungsleitung. Die Footprint-Anordnung300 sieht ein derartiges Alternieren der Ausrichtung von einander benachbarten Differentialpaaren vor, dass ein Differentialpaar in einer orthogonalen Richtung zu einem benachbarten Differentialpaar angeordnet ist. In dem Beispiel der3 sind keine Erdungskontakte vorhanden. -
4 veranschaulicht ein alternatives Ausführungsbeispiel von vier am nächsten beieinander befindlichen Nachbarn innerhalb einer Footprint- bzw. Grundflächen-Anordnung400 . Ein Erdungskontakt402 ist in Bezug auf vier einander benachbarte und zueinander orthogonale Differentialpaare404 ,406 ,408 und410 der Footprint-Anordnung400 zentriert. Der Erdungskontakt402 ist an dem Schnittpunkt einer diagonalen Achse412 , die sich zwischen den Differentialpaaren404 und408 erstreckt, und einer diagonalen Achse414 , die sich zwischen den Diffe rentialpaaren406 und410 erstreckt, zentral positioniert. Der in4 dargestellte Erdungskontakt402 hat die Form eines Kreuzes, kann jedoch auch die Form eines Sterns, Stifts und dergleichen aufweisen. - Der Erdungskontakt
402 eliminiert Nebensprechen entlang der diagonalen Achsen412 und414 . Auswirkungen von elektromagnetischen Feldern des Differentialpaares404 auf das Differentialpaar408 sowie des Differentialpaares408 auf das Differentialpaar404 werden durch den Erdungskontakt402 eliminiert. Gleichermaßen werden Auswirkungen von elektromagnetischen Feldern des Differentialpaares406 auf das Differentialpaar410 sowie des Differentialpaares410 auf das Differentialpaar406 durch den Erdungskontakt402 eliminiert. Die orthogonale Orientierung einander benachbarter Differentialpaare, wie z.B.404 und406 ,406 und408 ,408 und410 sowie410 und404 , eliminieren EMF-Auswirkungen zwischen einander benachbarten Differentialpaaren. -
5 veranschaulicht eine Draufsicht auf eine modulartige Footprint- bzw. Grundflächen-Anordnung500 von Kontakt-Differentialpaaren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Ein Differentialpaar506 ist in5 in Form eines Paares von Kontakten508 und512 vom Stift-Typ dargestellt. Eine Kontaktlinie510 ist zwischen den Kontakten508 und512 dargestellt. Ein stufiger Umriss502 definiert eine der modulartigen Gruppen der modulartigen Footprint-Anordnung500 und folgt der Kontur einer Reihenanordnung der Differentialpaare der Reihe. - Ein Körpermodul (das auch als Chicklet-Modul bekannt ist) kann die Konturform des stufigen Umrisses
504 aufweisen, der einer Reihenanordnung der Differentialpaare506 der Reihe folgt. Module501 –503 sind dafür ausgestattet und konfiguriert, in ineinander greifender Weise in das elektrische Verbindergehäuse hineingeschoben zu werden. Bei einer alternativen Ausführungsform besteht die Möglichkeit, dass die Form der Module501 –503 nicht der Konfiguration der Differentialpaare folgt, sondern in einer beliebigen anderen Form vorliegt, z.B. in einer glatten planaren Form. - Beispiele für Anwendungen für Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beinhalten Plattenverbinder für Platinen-/Tochterkarten-Verbinder, Verbinder nach Mezzanin- bzw. Zwischenebenen-Art sowie Verbinder nach I/O- bzw. Eingangs-/Ausgangs-Art. Das Nebensprechen/Rauschen, das bei der Footprint-Anordnung solcher Verbinder auftritt, kann bei Datengeschwindigkeiten von 2 oder 3 Gigabit pro Sekunde (Gps) so gering wie 1 Prozent sein.
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6 veranschaulicht eine Perspektivansicht eines elektrischen Verbinder600 , der mehrere Module602 ,604 ,606 und608 enthält, die das vorstehend beschriebene Kontaktmuster10 an der Grenzfläche610 aufweisen. Eine Reihe612 von Differentialpaaren von Messerkontakten, die in dem Kontaktmuster10 angeordnet sind, passt in das Kontaktmuster10 von Buchsen des Moduls602 . In ähnlicher Weise passt eine Reihe614 von Verbinder-Messerkontakten, die in dem Kontaktmuster10 angeordnet sind, in die Buchsen des Moduls604 , eine Reihe616 von Verbinder-Messerkontakten passt in die Buchsen des Moduls606 , und eine Reihe618 von Verbinder-Messerkontakten passt in die Buchsen des Moduls608 . - Bei einem Ausführungsbeispiel können die vorstehend beschriebenen Kontaktkonfigurationen in einer Verbinderanordnung des in dem US-Patent 6,461,202 beschriebenen Typs enthalten sein, wobei der Gegenstand dieser Schrift in seiner Gesamtheit durch Bezugnahme zu einem Bestandteil der vorliegenden Beschreibung gemacht wird. Bei noch einen weiteren Ausführungsbeispiel können die vorstehend beschriebenen Kontaktkonfigurationen in einer Verbinderanordnung des in dem US-Patent 6,682,368 beschriebenen Typs enthalten sein, wobei der Gegenstand dieser Schrift in seiner Gesamtheit durch Bezugnahme zu einem Bestandteil der vorliegenden Beschreibung gemacht wird.
Claims (4)
- Elektrischer Verbinder mit einem Gehäuse, das eine Verbindungs-Grenzfläche aufweist, sowie mit in dem Gehäuse vorgesehenen Kontakten (
12 ,14 ,16 ,18 ), die in Form von Differentialpaaren (20 ,22 ) organisiert sind, wobei die Kontakte in jedem der Differentialpaare entlang einer zugeordneten Differentialpaar-Kontaktlinie (24 ,26 ) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Differentialpaar-Kontaktlinien einander benachbarter Differentialpaare nicht parallel zueinander sind. - Elektrischer Verbinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Differentialpaar-Kontaktlinien der einander benachbarten Differentialpaare rechtwinklig zueinander sind.
- Elektrischer Verbinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakte Messerkontakte (
322 ,324 ,326 ,328 ) an der Verbindungs-Grenzfläche mit einer Höhe in Längsrichtung und einer Breite in Querrichtung aufweisen, wobei die Höhe größer ist als die Breite, wobei die Messerkontakte (328 ) derart orientiert sind, dass ihre Querrichtung parallel zu einer zugeordneten Differentialpaar-Kontaktlinie (329 ) verläuft. - Elektrischer Verbinder nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakte Messerkontakte (
322 ,324 ,326 ,328 ) an der Verbindungs-Grenzfläche mit einer Höhe in Längsrichtung und einer Breite in Querrichtung aufweisen, wobei die Höhe größer ist als die Breite, wobei die Messerkontakte einander benachbarter Differentialpaare rechtwinklig zueinander orientiert sind.
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