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Die Erfindung betrifft ein Steckverbindersystem mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
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Bei der Signalübermittlung mittels mehrpoliger Steckverbinder im Allgemeinen und mittels Steckverbindern zur Datenübertragung im Besonderen, beispielsweise mit Steckverbindern, die dem RJ45-Standard genügen, besteht das Problem, dass es wegen kapazitiver und induktiver Kopplung zum Übersprechen von Signalen zwischen den einzelnen Signalleitungen kommen kann. Beide Arten der Kopplung basieren auf dem Effekt, dass eine an einem Leiter angelegte Wechselspannung zu elektrischen (kapazitive Kopplung) bzw. magnetischen (induktive Kopplung) Streufeldern in der Umgebung des Leiters führen, die insbesondere in einem räumlich eng benachbarten zweiten Leiter zum Auftreten einer Wechselspannung führen, die als Signal auf diesem Leiter fehlinterpretiert werden kann.
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Im Allgemeinen werden kapazitive und induktive Kopplung stärker, wenn die Signalübermittlung bei höheren Frequenzen erfolgt. Dabei wird die induktive Kopplung durch parallelen Verlauf von Leiterbahnen besonders gefördert, während die kapazitive Kopplung beim Auftreten von parallel zueinander angeordneten Flächen der Leiterbahnen bevorzugt auftritt.
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Da bei der Signalübermittlung und insbesondere innerhalb von Steckverbindern oft Sende- und Empfangssignale in benachbarten Aderpaaren übertragen werden, kommt es bei durch Übersprechen erzeugten Störsignalen zu einer unerwünschten und für eine Vielzahl von Anwendungen auch inakzeptablen Verfälschung insbesondere des Empfangssignals.
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Um diesen Effekt für einen gegebenen Steckverbinder zu charakterisieren und zu quantifizieren, verwendet man die Größe Nahnebensprechen bzw. Nahnebensprechdämpfung (NEXT). Das Nahnebensprechen ist definiert als Verhältnis der Pegel von Nutzsignal zum Pegel des eingestreuten Signals der Störung, gemessen am gleichen Ende des Kabels, angegeben in Dezibel (dB). Diese, zum Teil auch Querdämpfung genannte, Größe ist ein Maß für die Unterdrückung des Übersprechens zwischen zwei benachbarten Aderpaaren. Je stärker das Übersprechen unterdrückt ist, desto besser ist das Nahnebensprechen.
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Es gibt eine Reihe bekannter Maßnahmen gegen das Auftreten von Übersprechern und somit zur Verbesserung des Nahnebensprechens. Die wohl elementarste dieser Maßnahmen besteht in dem Versuch, das Einkoppeln von Störsignalen effektiv zu verhindern. Dieser Ansatz wird beispielsweise bei der Verwendung von twisted pair-Leitungen, bei denen die Adern einzelner Aderpaare miteinander verdrillt sind und unterschiedliche Aderpaare mit unterschiedlicher Schlaglänge miteinander verseilt sind, verfolgt. Durch diese Anordnung wird die Einkopplung von störenden Signalen durch induktive Kopplungen erheblich erschwert.
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Ebenfalls bekannt ist es, gezielt eine Gegenkopplung vorzusehen, mit der der Pegel des durch Übersprecher hervorgerufenen Störsignals effizient reduziert werden kann. Bei dieser Vorgehensweise wird bewusst eine kapazitive bzw. induktive Kopplung herbeigeführt. Eine kapazitive Kopplung wird dabei realisiert, indem man z. B. Leiterbahnen, zwischen denen die kapazitive Kopplung herbeigeführt werden soll, mit Flächen, die in unterschiedlichen Lagen parallel übereinander angeordnet sind, versieht. Die induktive Kopplung zwischen zwei Leiterbahnen wird herbeigeführt, indem die betreffenden Bahnen uber eine Strecke gezielt in einem geringen räumlichen Abstand parallel zueinander verlaufend geführt werden.
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Als weiterer Stand der Technik werden die
FR 2 906 939 A1 ,
US 2004/0102099 A1 und
US 2004/0147165 A1 genannt.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Steckverbindersystem zur Signalübertragung mit verbessertem Nahnebensprechen bei hohen Ubertragungsfrequenzen bereitzustellen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Steckverbindersystem den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Das erfindungsgemaße Steckverbindersystem fur die Übertragung hochfrequenter Signale, insbesondere auf twisted-pair Leitungen, weist eine Buchse zur Aufnahme eines Steckers, eine Anschlussklemme zum Anschluss eines mindestens zweiadrigen Kabels und eine Leiterplatte mit mindestens zwei elektrischen Signalleitern zur Verbindung der Buchse mit der Anschlussklemme auf, die beispielsweise als Leiterbahnen auf der Leiterplatte ausgeführt sein können. Dabei zeichnet sich das erfindungsgemäße Steckverbindersystem dadurch aus, dass im Bereich der Leiterplatte mindestens ein Leiterbahnabschnitt mit frei floatendem Potential vorgesehen ist, der kapazitiv und/oder induktiv mit mindestens zwei verschiedenen der Signalleiter gekoppelt ist.
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Die Bedingung, dass das Potential frei floatend ist, bedeutet dabei, dass keine leitfähige Verbindung zu einem definiert angelegten Potential besteht, wie es beispielsweise Masse oder die Verbindung mit einem Signalleiter, dem eine zeitabhängige Spannung aufgeprägt wird, darstellen würden.
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Damit eine kapazitive Kopplung zwischen Leiterbahnabschnitten oder Signalleitungen entstehen kann, reicht es aus, in geringem Abstand und im wesentlichen parallel zueinander angeordnet Koppelflächen vorzusehen. Zusätzlich können bei geeigneter Führung von Leiterbahnabschnitten von Signalleitern auch eine oder mehrere induktive Kopplungen hergestellt werden. Selbstverständlich kann die kapazitive Kopplung mit einem Signalleiter auch über einen Leiterbahnabschnitt erfolgen, der nicht zur direkten Verbindung zwischen Anfangs- und Endpunkt des Signalleiters notwendig ist, solange dieser Leiterbahnabschnitt nur in leitender Verbindung mit dem eigentlichen, diese Punkte verbindenden Signalleiter steht.
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Der Vorteil des erfindungsgemäßen Vorsehens eines frei floatenden Leiterbahnabschnitts, der zumindest über eine kapazitive Kopplung mit unterschiedlichen Signalleitungen gekoppelt ist, besteht darin, dass auf einfache und kostengünstige Weise ein verbesserter Abgleich zwischen den derart verbundenen Signalleitungen sichergestellt wird, der sich insbesondere bei hohen Signalübertragungsfrequenzen positiv auf das Nebensprechen auswirkt.
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Gemäß der Erfindung ist mindestens einer der Leiterbahnabschnitte mit frei floatendem Potential als Potentialring ausgebildet ist, der einige oder alle Signalleiter umschließt. Durch diese Ausgestaltung lässt sich eine besonders effiziente Anpassung und damit weiter verbessertes Nebensprechverhalten sicherstellen.
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Besonders geeignet ist die Erfindung für die Verwendung gemaß dem RJ45-Standard. Dazu ist es vorteilhaft, eine RJ45-Buchse vorzusehen. Als besonders effektiv hinsichtlich des gewünschten Nebensprechverhaltens hat es sich insbesondere bei diesem Standard erwiesen, wenn der oder einer der Leiterbahnabschnitte mit frei floatendem Potential kapazitiv mit drei Signalleitern, insbesondere den Signalleitern der Signale 3, 5 und 6 gemäß Standardbelegung der RJ45-Buchse verbunden ist. Weiter optimiert werden kann das Hochfrequenzverhalten dadurch, dass die kapazitive Kopplung zum Signalleiter des Signals 3 bei der Anschlussklemme vorgesehen ist und die kapazitiven Kopplungen zum Signalleiter des Signals 5 und zum Signalleiter des Signals 6 bei der Buchse vorgesehen sind.
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Noch weiter verbessern lässt sich das Nebensprechen in einer Ausführungsform, in der mindestens einer der Leiterbahnabschnitte mit frei floatendem Potential sowohl eine kapazitive als auch eine induktive Kopplung an denselben Signalleitern aufweist.
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Besonders praktisch einzusetzen ist eine Ausgestaltung des Steckverbindersystems, bei der die Anschlussklemme als Schneidklemme ausgeführt wird.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren ausführlich erläutert. Es zeigen:
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1 den vorbekannten prinzipiellen Aufbau eines Steckverbindersystems für die Datenübertragung,
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2 eine Prinzipschaltung für ein Steckverbindersystem mit einer Schaltungsanordnung gemäß Stand der Technik
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3 eine Prinzipschaltung eines Ausführungsbeispiels für ein Steckverbindersystem mit einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,
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4 eine Aufsicht auf die beiden untersten Leiterbahnebenen einer in einem erfindungsgemäßen Steckverbindersystem verwendbare Leiterplatte
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4a eine Übersicht über die vier Leiterbahnebenen einer Ausführungsform einer in einem erfindungsgemäßen Steckverbindersystem verwendbaren Leiterplatte
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5 eine Vergleichsmessung des Nahnebensprechens nach Stand der Technik und gemäß des in 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie den Grenzwert gemäß dem NEXT-Standard gemäß Kategorie 6a für eine RJ45-Komponente mit Belegung 36/45 und
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6 eine Prinzipschaltung einer alternativen Ausführungsform der Erfindung.
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1 zeigt den vorbekannten mechanischen Aufbau eines Steckverbindersystems 10 für die Datenübertragung, das in der Regel ein Bestandteil eines nicht dargestellten elektrischen Gerätes ist. Das Steckverbindersystem 10 weist eine Buchse 1, eine Anschlussklemme 2 und eine Leiterplatte 3 auf. In die Buchse 1 ist ein nicht gezeigtes, mehrere Signalleiter zusammenfassendes Signalverbindungskabel einführbar, das der Weiterleitung von durch das Gerät gesendeten oder der Zuführung von vom Gerät zu empfangenden Signalen dient. An der Anschlussklemme 2, welche vorzugsweise Schneidklemmkontakte aufweist, sind Signalleiter anschließbar, die die Signale innerhalb des Gerätes den entsprechenden Komponenten zuführen. Eine Beeinflussung des Nahnebensprechens erfolgt durch die Führung von auf der Leiterplatte 3 ausgebildeten Leiterbahnen; bei einer direkten Anordnung der Anschlussklemme 2 an der Buchse 1 wäre diese erwünschte Beeinflussung nicht möglich.
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2 zeigt eine Prinzipschaltung für ein Steckverbindersystem 200 mit einer Schaltungsanordnung gemäß Stand der Technik. Man erkennt in 2 einen Buchsenabschnitt 210, einen Leiterplattenabschnitt 220 und eine Anschlussklemme 240, durch die jeweils 8 Signalleiter 201, 202, 203, 204, 205, 206, 207, 208 geführt sind. Im Bereich der Anschlussklemme 240 sind dabei von links nach rechts die Signalleiter 202 und 201, 205 und 204, 203 und 206 sowie 208 und 207 zu Paaren zusammengefasst. Durch eine im Leiterplattenabschnitt 220 angeordnete Überkreuzungsstelle 230 der Signalleiter 203 und 204 sowie eine weitere im Leiterplattenabschnitt 220 angeordnete Überkreuzungsstelle 231 der Signalleiter 203 und 205 wird in Verbindung mit weiteren, im Buchsenabschnitt 210 angeordneten Überkreuzungsstellen 211 zwischen Signalleitern 202 und 201, 212 zwischen Signalleitern 205 und 204 sowie 213 zwischen Signalleitern 208 und 207 sichergestellt, dass an den in 2 verdickt dargestellten Kontaktbereichen der Signalleiter 201, 202, 203, 204, 205, 206, 207 und 208 im Buchsenabschnitt 210 die Anordnung der Kontaktbereiche an die Pin-Belegung des Signalkabels angepasst ist.
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Um das Nahnebensprechen dieses Steckverbindersystems 200 zu verbessern, sind zusätzlich im Leiterplattenabschnitt zwischen den Signalleitern 205 und 204 sowie zwischen den Signalleitern 203 und 206 induktive Kopplungen 228 bzw. 229 vorgesehen, die schematisch als Spulen dargestellt sind, allerdings in der tatsächlichen Ausgestaltung nicht unbedingt eine Ausführung der entsprechenden Signalleiter als Spule voraussetzen.
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Darüber hinaus sind kapazitive Kopplungen 221, 222, 223, 224, 225, 226 und 227 vorgesehen, wobei die kapazitive Kopplung 221 zwischen Signalleitern 201 und 203, die kapazitive Kopplung 222 zwischen Signalleitern 201 und 204, die kapazitive Kopplung 223 zwischen Signalleitern 203 und 205, die kapazitive Kopplung 224 zwischen Signalleitern 205 und 208, die kapazitive Kopplung 225 zwischen Signalleitern 206 und 207, die kapazitive Kopplung 226 zwischen Signalleitern 201 und 205 und die kapazitive Kopplung 227 zwischen Signalleitern 206 und 207 erfolgt.
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Auch im Fall der kapazitiven Kopplungen 221, 222, 223, 224, 225, 226 und 227 ist die Darstellung der kapazitiven Kopplung als Kondensator schematisch zu interpretieren; in der tatsächlichen Ausgestaltung kann es z. B. ausreichen, entsprechende Koppelflächen an den die Signalleiter 201, 202, 203, 204, 205, 206, 207 und 208 ausbildenden Leiterbahnen vorzusehen.
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Ebenfalls erkennbar sind weitere kapazitive Kopplungen 232–237, die aber bereits aus dem Stand der Technik bekannt sind.
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3 zeigt eine Prinzipschaltung eines Ausführungsbeispiels für ein Steckverbindersystem mit einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 300, die eine Erweiterung der aus dem Stand der Technik bekannten und oben beschriebenen Schaltungsanordnung 200 darstellt. Man erkennt in 3 einen Buchsenabschnitt 310, einen Leiterplattenabschnitt 320 und eine Anschlussklemme 340, durch die jeweils 8 Signalleiter 301, 302, 303, 304, 305, 306, 307, 308 geführt sind. Im Bereich der Anschlussklemme 340 sind dabei von links nach rechts die Signalleiter 302 und 301, 305 und 304, 303 und 306 sowie 308 und 307 zu Paaren zusammengefasst. Durch eine im Leiterplattenabschnitt 320 angeordnete Überkreuzungsstelle 330 der Signalleiter 303 und 304 sowie eine weitere im Leiterplattenabschnitt 320 angeordnete Überkreuzungsstelle 331 der Signalleiter 303 und 305 wird in Verbindung mit weiteren, im Buchsenabschnitt 310 angeordneten Überkreuzungsstellen 311 zwischen Signalleitern 302 und 301, 312 zwischen Signalleitern 305 und 304 sowie 313 zwischen Signalleitern 308 und 307 sichergestellt, dass an den in 3 verdickt dargestellten Kontaktbereichen der Signalleiter 301, 302, 303, 304, 305, 306, 307 und 308 die Anordnung der Kontaktbereiche an die Pin-Belegung des Signalkabels angepasst ist.
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Um das Nahnebensprechen dieses Steckverbindersystems 300 zu verbessern, sind zusätzlich im Leiterplattenabschnitt zwischen den Signalleitern 305 und 304 sowie zwischen den Signalleitern 303 und 306 induktive Kopplungen 328 bzw. 329 vorgesehen, die schematisch als Spulen dargestellt sind, allerdings in der tatsächlichen Ausgestaltung nicht unbedingt eine Ausführung der entsprechenden Signalleiter als Spule voraussetzen.
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Darüber hinaus sind kapazitive Kopplungen 321, 322, 323, 324, 325, 326 und 327 vorgesehen, wobei die kapazitive Kopplung 321 zwischen Signalleitern 301 und 303, die kapazitive Kopplung 322 zwischen Signalleitern 301 und 304, die kapazitive Kopplung 323 zwischen Signalleitern 303 und 305, die kapazitive Kopplung 324 zwischen Signalleitern 305 und 308, die kapazitive Kopplung 325 zwischen Signalleitern 306 und 307, die kapazitive Kopplung 326 zwischen Signalleitern 301 und 305 und die kapazitive Kopplung 327 zwischen Signalleitern 306 und 307 erfolgt.
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Auch im Fall der kapazitiven Kopplungen 321, 322, 323, 324, 325, 326 und 327 ist die Darstellung der kapazitiven Kopplung als Kondensator schematisch zu interpretieren; in der tatsächlichen Ausgestaltung kann es z. B. ausreichen, entsprechende Koppelflächen an den die Signalleiter 301, 302, 303, 304, 305, 306, 307 und 308 ausbildenden Leiterbahnen vorzusehen.
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Ebenfalls erkennbar sind kapazitive Kopplungen 332–337, die aber bereits aus dem Stand der Technik bekannt sind.
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Neben diesen aus dem Stand der Technik bekannten Maßnahmen zur Verbesserung des Nahnebensprechens ist erfindungsgemäß ein weiterer Leiterbahnabschnitt, hier in Form des Potentialrings 350 vorgesehen, der weder mit einem Kontaktelement des Buchsenabschnitts 310 noch mit einem Kontaktelement der Anschlussklemme 340 in leitender Verbindung steht.
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Ferner bestehen eine zusätzliche induktive Kopplung 351 zwischen dem Potentialring 350 und dem Signalleiter 304 sowie zusätzliche kapazitive Kopplungen 352 zwischen dem Potentialring 350 und dem Signalleiter 304, 353 zwischen dem Potentialring 350 und dem Signalleiter 306 und 354 zwischen dem Potentialring 350 und dem Signalleiter 303. Demzufolge basiert das vom Potentialring 350 in die jeweils mit diesem gekoppelten Signalleiter 303, 304, und 306 eingekoppelte Signal auf einer Überlagerung der in den Potentialring 350 eingekoppelten Signale, was zu einem „Verwischen” bzw. einer Nivellierung der Koppelsignale führt und das unerwünschte Aufprägen eines Signals reduziert. Der Bereich des Potentialrings 350 außerhalb der induktiven Kopplung dient im wesentlichen der Verbindung der einzelnen kapazitiven Kopplungen. Falls erforderlich können auch andere Belegungen über einen Kondensator bzw. kapazitiv an den Potentialring 350 angeschlossen werden.
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4 zeigt eine Aufsicht auf die beiden unteren Leiterbahnebenen einer Leiterplatte 400, wie sie in einem erfindungsgemäßen Steckverbindersystem verwendbar ist. Insgesamt besteht die Leiterplatte 400 aus vier Leiterbahnebenen, die übereinander angeordnet sind. Das Layout von Leiterbahnebenen Top, Mid1, Mid2 und Bott ist in 4a dargestellt; die Reihenfolge der Anordnung der Ebenen von Leiterbahnen in der Leiterplatte 400 ist von oben nach unten Top, Mid1, Mid2 und Bott. Die durch das Layout herbeigeführten kapazitiven Kopplungen finden mit Ausnahme einer Kopplung zwischen einer in der Leiterbahnebene Top angeordneten Koppelfläche 466 und einer in der Leiterbahnebene Mid1 angeordneten Koppelfläche 467 zwischen den Leiterbahnebenen Mid2 und Bott statt und werden weiter unten beschrieben. Ferner erkennt man in der Leiterbahnebene Top Signalleiter 421, 428, deren Verlauf ebenfalls weiter unten genauer erläutert ist.
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Dementsprechend zeigt 4 eine Aufsicht auf die Leiterbahnebenen Mid2 und Bott, die in zwei verschiedenen Höhen angeordnet sind. Dabei ist die in Blickrichtung der 4 weiter oben liegenden Lage Mid2 zur Verdeutlichung mit einer Schraffur von links unten nach rechts oben gekennzeichnet ist und die weiter unten liegende Lage Bott mit einer Schraffur von links oben nach rechts unten. An Stellen der 4, an denen ein Überlapp zwischen den Leiterbahnebenen Mid2 und Bott besteht, führen die beiden einander überlappenden Schraffuren jeweils zu einer Kreuzschraffur.
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Durch die Anordnung der Leiterbahnen in mehreren Lagen kann insbesondere leicht eine kapazitive Kopplung herbeigeführt werden. Dazu ist es lediglich notwendig, übereinander angeordnete Koppelflächen in einer Größe, die der gewünschten Stärke der kapazitiven Kopplung entspricht, an einer geeigneten Stelle der übereinander geführten Leiterbahnen vorzusehen. Dementsprechend liegt an Stellen, an denen in 4 eine Kreuzschraffur auftaucht, jeweils kapazitive Kopplung vor.
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In 4 erkennt man Kontaktpunkte 401, 402, 403, 404, 405, 406, 407 und 408, an denen ein elektrischer Kontakt zur nicht dargestellten Anschlussklemme herstellbar ist und Kontaktpunkte 411, 412, 413, 414, 415, 416, 417 und 418, an denen ein elektrischer Kontakt zur ebenfalls nicht dargestellten Buchse herstellbar ist.
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Zwischen den Kontaktpunkten 401 und 411 verläuft ein in 4a gezeigter, der Leiterbahnebene Top zugehöriger Signalleiter 421, zwischen den Kontaktpunkten 402 und 412 verläuft ein Signalleiter 422, zwischen den Kontaktpunkten 403 und 413 verläuft ein Signalleiter 423, zwischen den Kontaktpunkten 404 und 414 verläuft ein Signalleiter 424, zwischen den Kontaktpunkten 405 und 415 verläuft ein Signalleiter 425, zwischen den Kontaktpunkten 406 und 416 verläuft ein Signalleiter 426, zwischen den Kontaktpunkten 407 und 417 verläuft ein Signalleiter 427 und zwischen den Kontaktpunkten 408 und 418 verläuft ein in 4a gezeigter, in der Leiterbahnebene Top verlaufender Signalleiter 428. Die Signalleiter 421, 422, 423, 424, 425, 426, 427, 428 sind in der Regel als Leiterbahnen ausgeführt, es ist aber auch eine andere Ausgestaltung denkbar.
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Im Abschnitt A der Leiterplatte 400 sind die Signalleiter 424, 425 und 426 bewusst in geringem Abstand zueinander parallel geführt. Dadurch wird in diesem Bereich eine induktive Kopplung zwischen diesen Leiterbahnen erzielt.
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Die in 4 dargestellte Leiterplatte 400 zeigt auch einen Potentialring, wie er gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen ist. Der Potentialring ist in 4 aus zwei Leiterbahnabschnitten 448 und 449 zusammengesetzt, die auf unterschiedlichen Ebenen verlaufen und mit Leiterbahnabschnitten 446, 447, die von der einen Ebene in die andere Ebene führen, zusammengefügt sind. Dabei ist ein Teil des Leiterbahnabschnittes 449 derart geführt, dass im Abschnitt A der Leiterplatte 400 ebenfalls ein paralleler und eng benachbarter Verlauf zu den Signalleitern 424, 425 und 426 vorliegt, so dass eine induktive Kopplung des Potentialrings vorliegt.
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Darüber hinaus weist der Potentialring Koppelflächen 445, 451 und 459 auf, über die eine kapazitive Kopplung zu Signalverbindungen hergestellt wird. Im Einzelnen wird über die Koppelfläche 445, die Koppelfläche 444 und den Kontaktpunkt 403 eine kapazitive Kopplung zum Signalleiter 423 hergestellt, über die Koppelfläche 451, die Koppelfläche 450 und den Kontaktpunkt 414 eine kapazitive Kopplung zum Signalleiter 424 hergestellt und über die Koppelfläche 459, die Koppelfläche 458 und den Kontaktpunkt 416 eine kapazitive Kopplung zum Signalleiter 426 hergestellt. Wie bereits vorstehend ausgeführt wurde, ist eine kapazitive Kopplung zu einem Signalleiter bereits hergestellt, wenn eine kapazitive Ankopplung an eine mit einem Signalleiter in leitender Verbindung stehenden Koppelfläche erfolgt.
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Neben dem Potentialring mit frei floatendem Potential zeigt die in 4 dargestellte Leiterplatte 400 aber auch eine allgemeinere Ausgestaltung des Erfindungsgedankens in Form eines frei floatenden Leiterbahnabschnitts 437, der zumindest kapazitiv mit mindestens zwei verschiedenen Signalleitern gekoppelt ist, nämlich über die Koppelflächen 436 und 435 sowie den Kontaktpunkt 405 mit dem Signalleiter 425 und über die Koppelflächen 440 und 441 und den Kontaktpunkt 404 mit dem Signalleiter 424.
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Zusätzlich sind auf der Leiterplatte eine Vielzahl weiterer Leiterbahnen mit jeweils größenmäßig an die gewünschte Kopplungsstärke angepassten Koppelflächen vorgesehen, durch welche gezielte kapazitive Kopplung zwischen den Signalleitern 421, 422, 423, 424, 425, 426, 427 und 428 herbeigeführt werden kann. Kapazitiv miteinander gekoppelt sind:
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- • Signalleiter 421 über eine Koppelfläche 433 und eine Koppelfläche 434 mit Signalleiter 425,
- • Signalleiter 422 über eine Koppelfläche 438 und eine Koppelfläche 439 mit Signalleiter 424,
- • Signalleiter 425 über eine Koppelfläche 442 und eine Koppelfläche 443 mit Signalleiter 424,
- • Signalleiter 426 über eine Koppelfläche 464 und eine Koppelfläche 465 mit Signalleiter 427,
- • Signalleiter 421 über eine Koppelfläche 454 und eine Koppelfläche 455 mit Signalleiter 422,
- • Signalleiter 421 über eine Koppelfläche 453 und eine Koppelfläche 452 mit Signalleiter 423,
- • Signalleiter 423 über eine Koppelfläche 456 und eine Koppelfläche 457 mit Signalleiter 425,
- • Signalleiter 425 über eine Koppelfläche 462 und eine Koppelfläche 463 mit Signalleiter 428,
- • Signalleiter 426 über eine Koppelfläche 460 und eine Koppelfläche 461 mit Signalleiter 428.
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Dabei sind die jeweiligen Koppelflächen in der Regel nicht Bestandteil der eigentlichen Signalleiter, sondern elektrisch leitend mit ihr verbunden.
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5 zeigt eine Vergleichsmessung des Nahnebensprechens von Schaltungsanordnungen nach Stand der Technik und gemäß der Erfindung sowie den Grenzwert gemäß dem NEXT-Standard gemäß Kategorie 6a für eine RJ45-Komponente mit Belegung 36/45. Aufgetragen ist das Nebensprechen in Dezibel gegen die Frequenz des Signals in Megahertz. Dargestellt in 5 sind eine durchgezogene Kurve 510, eine gepunktet dargestellte Kurve 520 und eine strichliert dargestellte Kurve 530.
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Die durchgezogene Kurve 510 gibt den für Signalverbindungen der Kategorie 6a vorgeschriebenen Standard vor. Der Wert auf dieser Kurve stellt den höchsten akzeptablen Wert des Nebensprechens bei einer gegebenen Betriebsfrequenz dar, er darf von einer dem Standard genügenden Signalleiter nicht überschritten werden; je stärker er unterschritten wird, desto stärker werden Übersprecher gedämpft, was zu einer besseren Signalleiterführt.
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Die gepunktet dargestellte Kurve 520 beschreibt die gemessene Frequenzabhängigkeit des Nahnebensprechens einer Schaltungsanordnung nach dem Stand der Technik. Man erkennt unmittelbar, dass diese Schaltungsanordnung oberhalb einer Frequenz von ca. 250 MHz nicht mehr dem Kategorie 6a-Standard für Nahnebensprechen entspricht, sondern diesen überschreitet.
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Die strichliert dargestellte Kurve 530 beschreibt die gemessene Frequenzabhängigkeit des Nahnebensprechens für eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung. Man erkennt unmittelbar, dass diese Kurve über den gesamten Frequenzbereich, für den der Standard definiert ist, diesen Standard klar übererfüllt, womit die hervorragende Eignung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung für die hochfrequente Signalübermittlung klar belegt wird.
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6 zeigt eine Prinzipschaltung eines zweiten Ausführungsbeispiels für ein Steckverbindersystem mit einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 600, die eine Erweiterung der aus dem Stand der Technik bekannten und im Zusammenhang mit 2 detailliert beschriebenen Schaltungsanordnung darstellt. Man erkennt in 6 einen Buchsenabschnitt 610, einen Leiterplattenabschnitt 620 und eine Anschlussklemme 640, durch die jeweils 8 Signalleiter 601, 602, 603, 604, 605, 606, 607, 608 geführt sind. Im Bereich der Anschlussklemme 640 sind dabei von links nach rechts die Signalleiter 602 und 601, 605 und 604, 603 und 606 sowie 608 und 607 zu Paaren zusammengefasst. Durch eine im Leiterplattenabschnitt 620 angeordnete Überkreuzungsstelle 630 der Signalleiter 603 und 604 sowie eine weitere im Leiterplattenabschnitt 620 angeordnete Überkreuzungsstelle 631 der Signalleiter 603 und 605 wird in Verbindung mit weiteren, im Buchsenabschnitt 610 angeordneten Überkreuzungsstellen 611 zwischen Signalleitern 602 und 601, 612 zwischen Signalleitern 605 und 604 sowie 613 zwischen Signalleitern 608 und 607 sichergestellt, dass an den in 6 verdickt dargestellten Kontaktbereichen der Signalleiter 601, 602, 603, 604, 605, 606, 607 und 608 die Anordnung der Kontaktbereiche an die Pin-Belegung des Signalkabels angepasst ist.
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Um das Nahnebensprechen dieses Steckverbindersystems 600 zu verbessern, sind zusätzlich im Leiterplattenabschnitt zwischen den Signalleitern 605 und 604 sowie zwischen den Signalleitern 603 und 606 induktive Kopplungen 628 bzw. 629 vorgesehen, die schematisch als Spulen dargestellt sind, allerdings in der tatsächlichen Ausgestaltung nicht unbedingt eine Ausführung der entsprechenden Signalleiter als Spule voraussetzen.
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Darüber hinaus sind kapazitive Kopplungen 621, 622, 623, 624, 625, 626 und 627 vorgesehen, wobei die kapazitive Kopplung 621 zwischen Signalleitern 601 und 603, die kapazitive Kopplung 622 zwischen Signalleitern 601 und 604, die kapazitive Kopplung 623 zwischen Signalleitern 603 und 605, die kapazitive Kopplung 624 zwischen Signalleitern 605 und 608, die kapazitive Kopplung 625 zwischen Signalleitern 606 und 607, die kapazitive Kopplung 626 zwischen Signalleitern 601 und 605 und die kapazitive Kopplung 627 zwischen Signalleitern 606 und 607 erfolgt.
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Auch im Fall der kapazitiven Kopplungen 621, 622, 623, 624, 625, 626 und 627 ist die Darstellung der kapazitiven Kopplung als Kondensator schematisch zu interpretieren; in der tatsächlichen Ausgestaltung kann es z. B. ausreichen, entsprechende Koppelflächen an den die Signalleiter 601, 602, 603, 604, 605, 606, 607 und 608 ausbildenden Leiterbahnen vorzusehen.
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Ebenfalls erkennbar sind weitere kapazitive Kopplungen 632–637, die aber bereits aus dem Stand der Technik bekannt sind.
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Neben diesen aus dem Stand der Technik bekannten Maßnahmen zur Verbesserung des Nahnebensprechens sind erfindungsgemäß weitere Leiterbahnabschnitte vorgesehen, die jeweils weder mit einem Kontaktelement des Buchsenabschnitts 610 noch mit einem Kontaktelement der Anschlussklemme 640 in leitender Verbindung stehen. In dem in 6 dargestellten Ausführungsbeispiel erkennt man drei solche Leiterbahnabschnitte.
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Der erste Leiterbahnabschnitt ist durch eine kapazitive Kopplung 651 mit dem Signalleiter 603 und durch eine induktive Kopplung 652 sowie eine weitere kapazitive Kopplung 653 mit dem Signalleiter 604 gekoppelt. In einer konkreten Ausführung weist dieser erste Leiterbahnabschnitt also eine Koppelfläche zum Signalleiter 603, einen parallel zum Signalleiter 604 verlaufenden Abschnitt und eine Koppelfläche zum Signalleiter 604 auf, die miteinander in leitfähiger Verbindung stehen, deren Potential aber frei floaten kann, also nicht durch leitenden Kontakt zu einem definiert vorgegebenen Potential, beispielsweise Masse oder einer Spannungsquelle, vorgegeben ist. Durch diese Anordnung wird eine Kompensation des Signalleiters 603 mit dem Signalleiter 605 erzielt.
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Der zweite Leiterbahnabschnitt ist durch eine kapazitive Kopplung 654 mit dem Signalleiter 603, durch eine induktive Kopplung 655 mit dem Signalleiter 604 und durch eine weitere kapazitive Kopplung 656 mit dem Signalleiter 606 gekoppelt und verbessert im durch die Signalleiter 603 und 606 gebildeten Aderpaar den Abgleich.
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Der dritte Leiterbahnabschnitt verbessert durch eine Reihenschaltung zweier kapazitiver Kopplungen 657, 658 die Kompensation zwischen den Signalleiter 605 und 606.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Buchse
- 2
- Anschlussklemme
- 3
- Leiterplatte
- 10
- Steckverbindersystem
- 200
- Steckverbindersystem
- 201–208
- Signalleiter
- 210
- Buchsenabschnitt
- 211–213
- Überkreuzungsstelle
- 220
- Leiterplattenabschnitt
- 221–227
- kapazitive Kopplung
- 232–237
- kapazitive Kopplung
- 228
- induktive Kopplung
- 229
- induktive Kopplung
- 230
- Überkreuzungsstelle
- 231
- Überkreuzungsstelle
- 240
- Anschlussklemme
- 300
- Steckverbindersystem
- 301–308
- Signalleiter
- 310
- Buchsenabschnitt
- 311–313
- Überkreuzungsstelle
- 320
- Leiterplattenabschnitt
- 321–327
- kapazitive Kopplung
- 332–337
- kapazitive Kopplung
- 328
- induktive Kopplung
- 329
- induktive Kopplung
- 330
- Überkreuzungsstelle
- 331
- Überkreuzungsstelle
- 340
- Anschlussklemme
- 350
- Potentialring
- 351
- induktive Kopplung
- 352
- kapazitive Kopplung
- 353
- kapazitive Kopplung
- 400
- Leiterplatte
- 401–408
- Kontaktpunkt
- 411–418
- Kontaktpunkt
- 421–428
- Signalleiter
- 431–436
- Koppelfläche
- 437
- frei floatender Leiterabschnitt
- 438–445
- Koppelfläche
- 446
- senkrechter Leiterabschnitt
- 447
- senkrechter Leiterabschnitt
- 448
- Leiterabschnitt
- 449
- Leiterabschnitt
- 450–467
- Koppelfläche
- 510
- durchgezogene Kurve
- 520
- gepunktete Kurve
- 530
- strichlierte Kurve
- 600
- Steckverbindersystem
- 601–608
- Signalleiter
- 610
- Buchsenabschnitt
- 611–613
- Überkreuzungsstelle
- 620
- Leiterplattenabschnitt
- 621–627
- kapazitive Kopplung
- 632–637
- kapazitive Kopplung
- 628
- induktive Kopplung
- 629
- induktive Kopplung
- 630
- Überkreuzungsstelle
- 631
- Überkreuzungsstelle
- 640
- Anschlussklemme
- 651
- kapazitive Kopplung
- 652
- induktive Kopplung
- 653
- kapazitive Kopplung
- 654
- kapazitive Kopplung
- 655
- induktive Kopplung
- 656–658
- kapazitive Kopplung
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