DE102005057905B4

DE102005057905B4 - Elektrischer Verbinder

Info

Publication number: DE102005057905B4
Application number: DE102005057905.1A
Authority: DE
Inventors: Michael Warren Fogg
Original assignee: Tyco Electronics Corp
Current assignee: TE Connectivity Corp
Priority date: 2004-12-02
Filing date: 2005-12-02
Publication date: 2014-05-22
Anticipated expiration: 2025-12-03
Also published as: CN1815817A; DE102005057905A1; TWI361523B; US7207807B2; US20060121749A1; TW200635148A

Abstract

Elektrischer Verbinder mit einem Gehäuse, das eine Verbindungsschnittstelle aufweist, sowie mit in dem Gehäuse angeordneten Kontakten (322, 324, 326, 328), die in Form von Kontaktpaaren (314, 316, 318, 320) zur Übertragung von Differenzsignalen organisiert sind,
wobei die Kontakte in jedem der Kontaktpaare entlang einer Kontaktlinie (329) angeordnet sind,
wobei die Kontakte an der Verbindungsschnittstelle jeweils Messerkontakte (322, 324, 326, 328) aufweisen, die eine Grundfläche mit einer Höhe, die eine Längsrichtung festlegt, und mit einer Breite, die eine Querrichtung festlegt, haben, und
wobei die Höhe größer als die Breite ist und wobei die Messerkontakte (328) derart orientiert sind, dass ihre Querrichtung parallel zu einer benachbarten Kontaktlinie (329) verläuft,
wobei die Kontaktlinien (329) einander benachbarter Kontaktpaare (314, 316, 318, 320) nicht parallel zueinander sind.

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 Verbindungsschnittstelle eines Verbinders übertragen. Die Verbindungsschnittstelle 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 Verbindungsschnittstelle 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.
US 6 641 411 B1 offenbart einen Verbinder zur Hochgeschwindigkeitssignalübertragung mit reduzierten Signalstörungen mit Kontaktpaaren zur Übertragung von Differenzsignalen, die orthogonal zueinander angeordnet sind. In anderen Ausführungsbeispielen sind Sätze von drei Kontakten orthogonal zueinander angeordnet.
US 2001/0046810 A1 beschreibt die Verwendung von Messerkontakten zur Übertragung von Differenzsignalen.
DE 699 02 491 T2 offenbart eine Steckverbinderkonfiguration mit geringem Übersprechen, die eine Steckverbinderanschlussseite und mindestens drei Paare von elektrischen Steckverbinderanschlüssen hat, wobei jedes Paar der Anschlüsse an einer unterschiedlichen Ecke eines in etwa quadratischen Musters angeordnet ist, das auf die Anschlussseite projiziert ist. Paare von Anschlüssen an Enden gegenüberliegender Seiten des quadratischen Musters sind in jeweiligen Ebenen ausgerichtet, die im Wesentlichen senkrecht zueinander liegen. Paare von Anschlüssen an diagonal gegenüberliegenden Ecken des quadratischen Musters sind in jeweiligen Ebenen ausgerichtet, die im Wesentlichen parallel zueinander liegen.
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 nach dem unabhängigen Anspruch 1.
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 nicht gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist;
2 eine Draufsicht auf das Kontaktmuster der 1 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 nicht gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist, das einen Erdungskontakt verwendet;
5 eine Draufsicht auf eine modulartige Gruppierung von Differentialpaar-Kontakten, die nicht gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgebildet sind; und
6 eine Perspektivansicht eines Verbinders, der kein Kontaktmuster gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufweist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 veranschaulicht ein Kontaktmuster 10 eines elektrischen Verbinders, der kein Ausführungsbeispiel der beanspruchten Erfindung ist. Das Kontaktmuster 10 ist in einer Orientierung zum Reduzieren des Nebensprechens/Rauschens von durchplattierten Öffnungen in dem elektrischen Verbinder angeordnet. Das Kontaktmuster 10 veranschaulicht vier Kontakte 12, 14, 16 und 18, die an einer Verbindungsschnittstelle eines Gehäuses eines elektrischen Verbinders ausgebildet sein können. 1 zeigt ein Differentialpaar 20 und ein Differentialpaar 22 in einer zueinander orthogonalen Anordnung. Das Differentialpaar 20 beinhaltet die Kontakte 12 und 14, die zum Führen eines Differentialsignals ”A” konfiguriert sind. Das Differentialsignal ”A” setzt sich aus einer ”A+”-Komponente (Kontakt 12) und einer ”A–”-Komponente (Kontakt 14) zusammen, wobei jede Komponente eine Umkehrung der anderen Komponente darstellt. Gleichermaßen beinhaltet das Differentialpaar 22 die Kontakte 16 und 18, die zum Führen eines Differentialsignals ”B” konfiguriert sind. Das Differentialsignal ”B” setzt sich aus einer ”B+”-Komponente (Kontakt 16) und einer ”B–”-Komponente (Kontakt 18) zusammen, wobei jede Komponente eine Umkehrung der anderen Komponente darstellt. Die Kontakte 12 und 14 des Differentialpaares 20 sind orthogonal zu den Kontakten 16 und 18 des Differentialpaares 22 konfiguriert.
Die Differentialpaare 20 und 22 sind einander benachbart angeordnet und bilden eine Reihe in Richtung eines Pfeils A, wie dies in 1 gezeigt ist. Eine Kontaktlinie 24 ist durch Ziehen einer Linie durch die Kontakte 12 und 14 hindurch gebildet. In ähnlicher Weise lässt sich eine weitere Kontaktlinie 26 durch die Kontakte 16 und 18 ziehen. Die Kontakte 12 und 14 sind voneinander getrennt und befinden sich auf gegenüberliegenden Seiten einer Symmetrieachse 28. Die Kontakte 16 und 18 sind voneinander getrennt und befinden sich auf gegenüberliegenden Seiten einer Symmetrieachse 30. Die Kontaktlinie 24 hat eine von der Kontaktlinie 26 verschiedene Orientierung.
Die Symmetrieachse 28 ist rechtwinklig zu der Kontaktlinie 24 orientiert und fällt mit der Kontaktlinie 26 zusammen. Da die Kontakte 16 und 18 entlang der Kontaktlinie 26 angeordnet sind, die die senkrechte Symmetrieachse zu der Kontaktlinie 24 darstellt, ist der Kontakt 16 gleich weit von den Kontakten 12 und 14 entfernt, und gleichermaßen ist auch der Kontakt 18 gleich weit von den Kontakten 12 und 14 entfernt. Die Symmetrieachse 30 ist senkrecht zu der Kontaktlinie 26. Die Differentialpaare 20 und 22 sind derart konfiguriert, daß ihre jeweiligen Kontaktlinien 24 und 26 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 und 22 hindurchgeführt werden, elektromagnetische Felder (EMF). Der Kontakt 16 ist einem elektromagnetischen Feld (EMF+) 32 ausgesetzt, das durch den Kontakt 12 erzeugt wird. Der Kontakt 16 ist ferner einem elektromagnetischen Feld (EMF–) 34 ausgesetzt, das durch den Kontakt 14 erzeugt wird. Da die Kontakte 12 und 14 das Differentialpaar 20 mit gleichen und entgegengesetzten (umgekehrten) Signalen bildet und da der Kontakt 16 gleich weit von den Kontakten 12 und 14 beabstandet ist, hebt das elektromagnetische Feld 32 das elektromagnetische Feld 34 an dem Kontakt 16 auf. Die Nettowirkung des elektromagnetischen Feldes 32 und des elektromagnetischen Feldes 34 an dem Kontakt 16 beträgt Null. In ähnlicher Weise beträgt auch die Nettowirkung des elektromagnetischen Felds 32 und des elektromagnetischen Feldes 34 an dem Kontakt 18 Null. Das Nebensprechen/Rauschen, das an dem Kontakt 16 aufgrund der durch die Kontakte 12 und 14 erzeugten elektromagnetischen Felder 32 und 34 entsteht, hebt sich selbst auf, da die Nettowirkung auf die an dem Kontakt 16 vorhandene Signalkomponente Null beträgt. In dem Ausführungsbeispiel der 1 sind die Kontakte 12, 14, 16 und 18 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 Kontaktmuster 10 der 1 in einer Verbindung mit einem Gleichtakt-Differentialempfänger 39. Im Betrieb erzeugt der Kontakt 16 ein elektromagnetisches Feld 36 an dem Kontakt 12 sowie ein elektromagnetisches Feld 38 an dem Kontakt 14. Der Kontakt 16 ist gleich weit von den Kontakten 12 und 14 beabstandet, und daher ist die Kopplung des Kontakts 12 aufgrund des elektromagnetischen Feldes 36 gleich sowie in Phase mit der Kopplung des Kontakts 14 aufgrund des elektromagnetischen Feldes 38. Der Differentialempfänger 39 verstärkt die Differenz in den beiden an den Kontakten 12 und 14 geführten Signalen. Da die an dem Kontakt 12 und an dem Kontakt 14 aufgrund des Kontakts 16 auftretende Energie des elektromagnetischen Feldes gleich und in Phase ist, sind auch die Signalwirkungen gleich, und diese werden somit durch den Differentialempfänger 39 eliminiert. Der Differentialempfänger 39 vergleicht an seinen Eingängen empfangene Signale und gibt ein Signal ab, das die Differenz zwischen diesen darstellt. Signalkomponenten, die beiden Eingangsleitungen des Differentialempfängers 39 gemein sind, werden zurückgewiesen und von diesem nicht abgegeben. Eine Gleichtakt-Detektion (eine Detektion mit gleicher Energie und Phase) durch den Differentialempfänger 39 für das Differentialpaar 20 eliminiert gleiche und gleichphasige Signalkomponenten von jedem der Kontakte 12 und 14, 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 Kontakts 16 beträgt Null.
3 veranschaulicht eine Footprint- bzw. Grundflächen-Anordnung 300 von Messerkontakten 322, 324, 326 und 328, die gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgebildet ist. Die Kontakte 324 und 326 sind in Reihen 302 und 304 sowie in Spalten 306 und 308 konfiguriert. Ein Satz aus vier am nächsten beieinander angeordneten Nachbarn 310 ist zur Veranschaulichung der Differentialpaare 314, 316, 318 und 320 vergrößert dargestellt. Einander benachbarte Differentialpaare der vier am nächsten beieinander angeordneten Nachbarn 310 sind orthogonal zueinander ausgerichtet. In dem Beispiel ist das Differentialpaar 314 orthogonal zu den Differentialpaaren 316 und 320. Das Differentialpaar 316 ist orthogonal zu den Differentialpaaren 314 und 318. Das Differentialpaar 318 ist orthogonal zu den Differentialpaaren 316 und 320. Das Differentialpaar 320 ist orthogonal zu den Differentialpaaren 314 und 318.
Die Kontakte 322–328 der 3 beinhalten Kontaktmesser an der Verbindungsschnittstelle, 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 Kontaktlinie 329 des Differentialpaares 322). In 3 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-Anordnung 300 der symmetrischen Eigenschaften eines Differentialsignals zum Reduzieren von Rauschen in einem elektrischen Verbinder oder einer Übertragungsleitung. Die Footprint-Anordnung 300 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 der 3 sind keine Erdungskontakte vorhanden.
4 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel von vier am nächsten beieinander befindlichen Nachbarn innerhalb einer Footprint- bzw. Grundflächen-Anordnung 400, das nicht Bestandteil der beanspruchten Erfindung ist. Ein Erdungskontakt 402 ist in Bezug auf vier einander benachbarte und zueinander orthogonale Differentialpaare 404, 406, 408 und 410 der Footprint-Anordnung 400 zentriert. Der Erdungskontakt 402 ist an dem Schnittpunkt einer diagonalen Achse 412, die sich zwischen den Differentialpaaren 404 und 408 erstreckt, und einer diagonalen Achse 414, die sich zwischen den Differentialpaaren 406 und 410 erstreckt, zentral positioniert. Der in 4 dargestellte Erdungskontakt 402 hat die Form eines Kreuzes, kann jedoch auch die Form eines Sterns, Stifts und dergleichen aufweisen.
Der Erdungskontakt 402 eliminiert Nebensprechen entlang der diagonalen Achsen 412 und 414. Auswirkungen von elektromagnetischen Feldern des Differentialpaares 404 auf das Differentialpaar 408 sowie des Differentialpaares 408 auf das Differentialpaar 404 werden durch den Erdungskontakt 402 eliminiert. Gleichermaßen werden Auswirkungen von elektromagnetischen Feldern des Differentialpaares 406 auf das Differentialpaar 410 sowie des Differentialpaares 410 auf das Differentialpaar 406 durch den Erdungskontakt 402 eliminiert. Die orthogonale Orientierung einander benachbarter Differentialpaare, wie z. B. 404 und 406, 406 und 408, 408 und 410 sowie 410 und 404, eliminieren EMF-Auswirkungen zwischen einander benachbarten Differentialpaaren.
5 veranschaulicht eine Draufsicht auf eine modulartige Footprint- bzw. Grundflächen-Anordnung 500 von Kontakt-Differentialpaaren, das kein Ausführungsbeispiel der beanspruchten Erfindung ist. Ein Differentialpaar 506 ist in 5 in Form eines Paares von Kontakten 508 und 512 vom Stift-Typ dargestellt. Eine Kontaktlinie 510 ist zwischen den Kontakten 508 und 512 dargestellt. Ein stufiger Umriss 502 definiert eine der modulartigen Gruppen der modulartigen Footprint-Anordnung 500 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 Differentialpaare 506 der Reihe folgt. Module 501–503 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 Module 501–503 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.
6 veranschaulicht eine Perspektivansicht eines elektrischen Verbinder 600, der mehrere Module 602, 604, 606 und 608 enthält, die das vorstehend beschriebene Kontaktmuster 10 an der Schnittstelle 610 aufweisen. Eine Reihe 612 von Differentialpaaren von Messerkontakten, die in dem Kontaktmuster 10 angeordnet sind, passt in das Kontaktmuster 10 von Buchsen des Moduls 602. In ähnlicher Weise passt eine Reihe 614 von Verbinder-Messerkontakten, die in dem Kontaktmuster 10 angeordnet sind, in die Buchsen des Moduls 604, eine Reihe 616 von Verbinder-Messerkontakten passt in die Buchsen des Moduls 606, und eine Reihe 618 von Verbinder-Messerkontakten passt in die Buchsen des Moduls 608.
Bei einem Ausführungsbeispiel können die vorstehend beschriebenen Kontaktkonfigurationen in einer Verbinderanordnung des in dem US-Patent 6,461,202 beschriebenen Typs enthalten sein. 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.

Claims

Elektrischer Verbinder mit einem Gehäuse, das eine Verbindungsschnittstelle aufweist, sowie mit in dem Gehäuse angeordneten Kontakten (322, 324, 326, 328), die in Form von Kontaktpaaren (314, 316, 318, 320) zur Übertragung von Differenzsignalen organisiert sind, wobei die Kontakte in jedem der Kontaktpaare entlang einer Kontaktlinie (329) angeordnet sind, wobei die Kontakte an der Verbindungsschnittstelle jeweils Messerkontakte (322, 324, 326, 328) aufweisen, die eine Grundfläche mit einer Höhe, die eine Längsrichtung festlegt, und mit einer Breite, die eine Querrichtung festlegt, haben, und wobei die Höhe größer als die Breite ist und wobei die Messerkontakte (328) derart orientiert sind, dass ihre Querrichtung parallel zu einer benachbarten Kontaktlinie (329) verläuft, wobei die Kontaktlinien (329) einander benachbarter Kontaktpaare (314, 316, 318, 320) nicht parallel zueinander sind.
Elektrischer Verbinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messerkontakte (322, 324, 326, 328) einander benachbarter Kontaktpaare rechtwinklig zueinander orientiert sind.