DE10318638A1

DE10318638A1 - Elektrischer HF-Verbinder ohne Erdungsanschlüsse

Info

Publication number: DE10318638A1
Application number: DE10318638A
Authority: DE
Inventors: Koji Ohnishi; Masahiko Matsue
Original assignee: Honda Tsushin Kogyo Co Ltd
Current assignee: Honda Tsushin Kogyo Co Ltd
Priority date: 2002-04-26
Filing date: 2003-04-24
Publication date: 2003-11-13
Also published as: US6843686B2; US20030203665A1

Abstract

Durch die vorliegende Erfindung wird ein verbesserter elektrischer Verbinder mit einem Isoliergehäuse bereitgestellt, das Schlitze aufweist, die in vertikalen Spalten und horizontalen Zeilen kreuzweise angeordnet sind, und in den Schlitzen aufgenommene Signalanschlüsse. Die Signalanschlüsse sind paarweise angeordnet, so daß sie in jedem der Schlitze aufgenommen werden. Die Schlitze sind in vertikalen Spalten versetzt angeordnet. Die Schlitze sind so angeordnet, daß das Verhältnis a/b kleiner oder gleich 1/3 sein kann, wobei a den Abstand zwischen zwei Signalanschlüssen in jedem Paar und b den Abstand zwischen benachbarten Paarsätzen von Signalanschlüssen bezeichnet (Fig. 1).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen bei der Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen Leiterplatten, zwischen einer Leiterplatte und einer ausgewählten Vorrichtung in einem Computer oder zwischen einer Leiterplatte und einer Server- oder Backboard-Einheit verwendeten elektrischen Verbinder und insbesondere einen zum Übertragen von HF- Signalen geeigneten elektrischen Verbinder.
Gemäß Fig. 10 weist ein herkömmlicher Verbinder 11 mehrere Sätze von Signalanschlußpaaren 12a, 12b zum Übertragen von Hochgeschwindigkeitssignalen über verschiedene Übertragungswege auf, um Rauschsignale wesentlich zu reduzieren. D. h., wenn zwischen einem Signalanschlußpaar 12a und 12b ein Übersprechen auftritt, können unerwünschte Signale mit der gleichen Phase unterdrückt werden. Außerdem ist zwischen benachbarten Sätzen von Signalanschlußpaaren 12 ein Erdungsanschluß 13 angeordnet, wodurch verhindert wird, daß in benachbarten Sätzen von Signalanschlußpaaren ein Übersprechen auftritt.
In einem solchen herkömmlichen elektrischen Verbinder sind zusätzliche Erdungsanschlüsse vorgesehen, und infolgedessen nimmt die Anzahl der zu montierenden Teile zu, so daß die Herstellungskosten erhöht werden. Je höher die Anschlußdichte ist, desto kleiner wird der Abstand zwischen dem Erdungsanschluß 13 und dem Signalanschluß 12a oder 12b benachbarter Anschlußpaarsätze und desto mehr Signalenergie geht über den nahen Erdungsanschluß 13 verloren. Daher nimmt der durch Einfügen des elektrischen Verbinders in die Signalübertragungsschaltung verursachte Einfügungsverlust zu.
Der Abstand "b" zwischen benachbarten Signalanschlüssen in jedem Anschlußpaarsatz nimmt ab, wodurch auch die Dicke des Signalanschlusses abnimmt. Solche dünnen Signalanschlüsse verformen oder verbiegen sich nachteilig tendenziell, wenn sie in ausgewählte Anschlußschlitze im Verbinderkörper eingepreßt werden.
Die Signalanschlüsse 12a und 12b jedes Satzes sind vertikal auf verschiedenen Niveaus angeordnet. Daher ist der sich vom oberen Niveau zu einer zugeordneten Leiterplatte am untersten Niveau erstreckende obere Leiter 12a länger als der sich vom unteren Niveau zur Leiterplatte erstreckende untere Leiter 12b. Dadurch erreichen die solche verschiedenen Leiterlängen 12a und 12b durchlaufenden elektrischen Signale die Leiterplatte zu verschiedenen Zeitpunkten, wodurch Rauschsignale von den elektrischen Signalen verursacht werden, die über den Satz der Signalanschlußpaare 12a und 12b übertragen werden.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen elektrischen HF-Verbinder bereitzustellen, bei dem die vorstehend beschriebenen Nachteile nicht auftreten. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche gelöst.
Um diese Aufgabe zu lösen, wird ein elektrischer Verbinder, der ein Isoliergehäuse mit mehreren in vertikalen Spalten und horizontalen Zeilen kreuzweise angeordneten Schlitzen und eine entsprechende Anzahl von in den Schlitzen aufgenommenen Signalanschlüssen aufweist, erfindungsgemäß dahingehend verbessert, daß die Signalanschlüsse paarweise angeordnet und in allen und jedem Schlitz aufgenommen werden.
Gemäß dieser Anordnung haben ein Leiterpaar, die das gleiche Signal übertragen, die gleiche Länge, so daß jedes Signal die gleiche Strecke zurücklegt, um die gleiche Position zur gleichen Zeit zu erreichen. Dadurch interferieren Signale, die einen Leiterpaarsatz durchlaufen, nicht miteinander, so daß kein Übersprechen verursacht werden kann. Die Schlitze können in vertikalen Anordnungen versetzt ausgebildet sein. Die versetzte Anordnung von Leiterpaarsätzen bewirkt, daß kein Übersprechen zwischen benachbarten Leiterpaarsätzen auftritt.
Zwischen den Signalanschlußpaarsätzen ist kein Erdungsleiter angeordnet, so daß die Energie des Signals nicht verloren gehen kann, während es den Verbinder durchläuft. Dadurch kann die Hochgeschwindigkeits-Signalübertragungscharakteristik verbessert werden.
Die Schlitze können so angeordnet sein, claß das Verhältnis a/b kleiner oder gleich 1/3 ist, wobei "a" den Abstand zwischen zwei Signalanschlüssen jedes Anschlußpaarsatzes und "b" den Abstand zwischen benachbarten Anschlußpaarsätzen bezeichnet. Diese Anordnung bewirkt eine wesentliche Verbesserung der Hochgeschwindigkeits-Signalübertragungscharakteristik, während die Größe des elektrischen Verbinders minimiert und die Dichte der Signalanschlüsse pro Flächeneinheit hoch bleibt.
Die Leiter jedes Signalanschlußpaars erstrecken sich parallel zueinander, und ihre Parallelität setzt sich bis zu den äußersten Enden fort, an denen die Signalanschlüsse mit ausgewählten Leitern einer zugeordneten Leiterplatte verbunden sind.
Mit jedem Signalanschlußpaar zu verbindende Gegenanschlüsse sind ebenfalls paarweise angeordnet. Die Gegenanschlußpaarsätze sind in einem möglichst minimalen Abstand parallel angeordnet und mit einem dazwischen angeordneten Isolierelement als Einheit kombiniert. Durch die integrale Verbindung der beiden Leiter können sie den beim Einpressen in die Schlitze des elektrischen Verbinders ausgeübten Kräften widerstehen, so daß verhindert wird, daß sie sich verbiegen oder verformen, wodurch Kurzschlüsse über die Verbinder verursacht werden könnten.
Die parallele, dichte Anordnung der Leiter im elektrischen Verbinder bewirkt eine Erhöhung der elektromagnetischen Kopplung zwischen paarweise angeordneten Leitern, wodurch der Signalenergieverlust reduziert und die Hochgeschwindigkeits- Signalübertragungscharakteristik verbessert wird.
Andere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung einer in den beigefügten Zeichnungen dargestellten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektrischen Verbinders erläutert.
Fig. 1 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht eines erfindungsgemäßen mehrspaltigen Verbinders;
Fig. 2 zeigt eine ähnliche Ansicht wie Fig. 1 zum Darstellen eines zweispaltigen Verbinders;
Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht des Verbinders;
Fig. 4(A) zeigt, wie männliche (male) Kontaktelemente und weibliche (female) Kontaktelemente miteinander verbunden werden können; und Fig. 4(B) zeigt das nicht-gabelförmige Ende des weiblichen Kontaktelements;
Fig. 5 zeigt, wie die gabelförmigen Enden der weiblichen Kontaktelemente jedes Paars in einen ausgewählten Schlitz eingeführt werden: Fig. 5(A) zeigt eine Querschnittansicht eines Teils des rechteckigen Isoliergehäuses; Fig. 5(B) zeigt eine Querschnittansicht eines Teils entlang der Linie 5(B)- 5(B) in Fig. 5(A); und Fig. 5(C) zeigt eine Vorderansicht des Anschlußschlitzes;
Fig. 6 zeigt die weiblichen Einheit des elektrischen Verbinders: Fig. 6(A) zeigt eine Vorderansicht. der weiblichen Einheit; Fig. 6(B) zeigt eine Querschnittansicht entlang der Linie 6(B)-6(B) in Fig. 6(A); und Fig. 6(C) zeigt eine Querschnittansicht entlang der Linie 6(C)-6(C) in Fig. 6(A);
Fig. 7 zeigt, wie Paarsätze weiblicher Kontaktelemente angeordnet sind, und wie die elektrischen Feldlinien verteilt sind;
Fig. 8 zeigt die männliche Einheit des elektrischen Verbinders: Fig. 8(A) zeigt eine Vorderansicht der männlichen Einheit; Fig. 8(B) zeigt eine Seitenansicht der männlichen Einheit; Fig. 8(C) zeigt eine Unteransicht der männlichen Einheit; und Fig. 8(D) zeigt eine Querschnittansicht der männlichen Einheit entlang der Linie 8(D)-8(D) in Fig. 8(A);
Fig. 9(A) zeigt eine Draufsicht eines männlichen Kontaktelements, und Fig. 9(B) zeigt eine Vorderansicht des männlichen Kontaktelements;
Fig. 10 zeigt eine Querschnittansicht eines herkömmlichen elektrischen Verbinders;
Fig. 11 zeigt, wie Anschlußpaarsätze im herkömmlichen elektrischen Verbinder angeordnet sind, und wie elektrische Feldlinien verteilt sind;
Fig. 12 zeigt, wie Kontaktelemente im herkömmlichen elektrischen Verbinder angeordnet sind, und wie elektrische Feldlinien verteilt sind; und
Fig. 13(A) zeigt eine Leiterplatte hinsichtlich Durchgangsöffnungen, und Fig. 13(B) zeigt die Leiterplatte derart, daß deutlich wird, wie Anschlußdrähte mit den Durchgangsöffnungen verbunden sind.
Gemäß Fig. 1 weist ein elektrischer Verbinder 1 eine weibliche Einheit 2 und eine männliche Einheit 3 auf. Die weibliche Einheit 2 weist einen rechteckigen Block 2a und ein abnehmbares rechteckiges Isoliergehäuse 2b auf, das dazu geeignet ist, auf der Vorderseite des rechteckigen Blocks 2a angepaßt zu werden. Die männliche Einheit 3 ist eine U- förmige Abdeckung, die dazu geeignet ist, auf dem rechteckigen Isoliergehäuse 2b angeordnet zu werden.
Der rechteckige Block 2a weist eine erhöhte Bodenfläche auf, die dazu geeignet ist, auf einer zugeordneten Leiterplatte angeordnet zu werden. Das rechteckige Isoliergehäuse 2b weist in der Form eines Gitters angeordnete Aufnahmeschlitze auf. Ähnlicherweise weist die U-förmige Abdeckung 2b Schlitze auf, die im gleichen Gittermuster angeordnet sind wie die Aufnahmeschlitze des rechteckigen Isoliergehäuses 2b.
Gemäß Fig. 4(A) besteht jedes weibliche Kontaktelement 4 aus einem gabelförmigen Kontaktende 4a, einem senkrecht zum gabelförmigen Kontaktende 4a ausgerichteten, nicht-gabelförmigen Kontaktende 4b und einem gekrümmten oder gebogenen Stababschnitt, der an seinen entgegengesetzten Enden mit dem gabelförmigen Kontaktende 4a bzw. mit dem nicht-gabelförmigen Kontaktende 4b integral verbunden ist. Der Übergangsabschnitt 4c vom Stababschnitt zum nicht-gabelförmigen Kontaktende ist nach außen gebogen, wie in Fig. 4(B) deutlich ist. Daher sind ein Paar parallel angeordnete weibliche Kontaktelemente 4 über ihre nicht-gabelförmigen Kontaktenden voneinander beabstandet. Mehrere Paarsätze weiblicher Kontaktelemente 4 sind im rechteckigen Block 2a der weiblichen Einheit 2 eingebettet (oder einsatzgeformt), wobei ihre gabelförmigen Kontaktenden 4a auf der Vorderseite und die nicht-gabelförmigen Kontaktenden 4b auf der erhöhten Unterseite des Blocks erscheinen. In diesem spezifischen Beispiel ist jedes weibliche Kontaktelement etwa 0,4 mm dick, und zwei weibliche Kontaktelemente 4 sind in einem Abstand von etwa 0, 4 bis 0, 5 mm parallel voneinander beabstandet angeordnet. Die Paarsätze weiblicher Kontaktelemente sind in 6 horizontalen Zeilen und 6 vertikalen Spalten kreuzweise angeordnet.
Das rechteckige Isoliergehäuse 2b kann auf der Vorderseite des rechteckigen Blocks 2a angebracht werden, wobei die gabelförmigen Kontaktenden 4a in die Schlitze des rechteckigen Isoliergehäuses 2b eingeführt werden.
Gemäß Fig. 4 sind zwei männliche Kontaktelemente 5 mit einer dazwischenliegenden Verbindungsstelle als Einheit kombiniert, um einen Paarsatz männlicher Kontakte bereitzustellen. Die männliche Einheit 3 weist Paarsätze von in ihre Schlitze eingeführten männlichen Kontakten 5 auf, wobei ihre entgegengesetzten Kontaktansätze an der Vorder- bzw. an der Rückseite der mit Schlitzen versehenen Hauptplatte des U- förmigen Körpers 3 erscheinen. Wenn die männliche Einheit 3 auf dem rechteckigen Isoliergehäuse 2b der weiblichen Einheit 2 angeordnet ist, werden die hinteren Kontaktansätze der Paare männlicher Kontaktelemente 5 in den Schlitzen des rechteckigen Isoliergehäuses 2b so aufgenommen, daß sie mit den gabelförmigen Kontaktenden 4a der weiblichen Kontaktelemente 4 in Eingriff kommen.
Gemäß den Fig. 13(A) und 13(B) weist die Leiterplatte in einem Gittermuster ausgebildete Anschluß-Durchgangsöffnungen 6 auf. Diese Anschluß-Durchgangsöffnungen 6 sind 2 mm voneinander beabstandet, und zwei Zuleitungsdrähte 7 sind an benachbarten Durchgangsöffnungen 6 so angelötet, daß sie sich zwischen benachbarten Durchgangsöffnungen 6 erstrecken, wie in Fig. 4(B) dargestellt ist. Wie vorstehend beschrieben wurde, sind die durch die gabelförmigen Kontaktenden plus dem Stababschnitt gebildeten Längen jedes Paars weiblicher Kontaktelemente 4 parallel so angeordnet, daß sie 0,4 bis 0,5 mm voneinander beabstandet sind, und ihre nicht-gabelförmigen Kontaktenden 4b sind parallel so angeordnet, daß sie 2 mm voneinander beabstandet sind, so daß die nicht-gabelförmigen Kontaktenden 4b in ausgewählte, benachbarte Durchgangsöffnungen 6 in der Leiterplatte eingeführt werden können. Dadurch können die Paare weiblicher Kontaktelemente 4 so dicht und parallel wie möglich zueinander angeordnet werden, wodurch der Einfügungsverlust im elektrischen Verbinder minimiert wird.
Gemäß Fig. 5 weist jeder Schlitz 2c des rechteckigen Isoliergehäuses 2b einen darin ausgebildeten vertikalen Abschnitt 2d auf, wodurch gewährleistet wird, daß die gegenüberliegenden gabelförmigen Kontaktenden 4a der Paare weiblicher Kontaktelemente 4 elektrisch voneinander isoliert sind. Die vier Seiten 2e des Schlitzes 2c sind abgeschrägt, und sein mittiger vertikaler Abschnitt verjüngt sich. Dadurch wird das Einführen der Paare männlicher Kontaktelemente 5 erleichtert.
Gemäß Fig. 6(A) sind die Aufnahmeschlitze 2c vertikal um einen halben Schlitz-Schlitz-Abstand versetzt angeordnet. Gemäß Fig. 7 sind die Aufnahmeschlitze 2c so angeordnet, daß das Verhältnis a/b kleiner oder gleich 1/3 sein kann, wobei a den Abstand zwischen zwei weiblichen Kontaktelementen 4 in jedem Paar (wobei a typischerweise 0,4 bis 0,5 mm beträgt) und b den Abstand zwischen horizontal oder schräg beabstandeten Paaren weiblicher Kontaktelemente 4 bezeichnet. Beispielsweise beträgt der Kontakt-Kontakt-Abstand a eines Paars etwa 0,5 mm, und der Abstand b zwischen horizontal benachbarten Kontaktpaaren beträgt 1,5 mm. Der schräge Abstand b zwischen vertikal beabstandeten Kontaktpaaren beträgt 1,6 mm. Je größer der Abstand b ist, desto besser ist die Rauschunterdrückung. Um die Nachfrage nach einer erhöhten Dichte von Kontaktelementen pro Flächeneinheit an der Vorderseite des rechteckigen Isoliergehäuses 2b zu erfüllen, stellt die Festlegung des Verhältnisses a/b auf einen Wert von kleiner oder gleich 1/3 einen Kompromiß zwischen einer wesentlichen Rauschunterdrückung und der zulässigen Kontaktdichte dar.
Gemäß Fig. 8 ist die männliche Einheit 3 ein Isoliergehäuse 3a mit in seinen Schlitzen 3b eingepreßten männlichen Kontaktelementen 5.
Die Schlitze 3b für die männlichen Kontakte sind im gleichen Muster angeordnet wie die in der weiblichen Einheit 2 ausgebildeten Schlitze 2c für die weiblichen Kontakte. Gemäß Fig. 9 sind ein Paar männlicher Kontaktelemente 5a parallel angeordnet und durch Einfüllen eines Isolier-Harzmaterials 5b dazwischen integral verbunden. Dadurch wird gewährleistet, daß die parallelen Kontaktelemente 5a in einem möglichst minimalen Intervall angeordnet sind und dennoch stabil in Position gehalten werden. In den in der männlichen Einheit 3 ausgebildeten Schlitzen 3b sind Paarsätze 5 männlicher Kontaktelemente 5a angeordnet.
Die hinteren Ansätze 5c des Paarsatzes männlicher Kontaktelemente sind in einem Abstand voneinander angeordnet, der dem Kontakt-Kontakt-Abstand a des Paarsatzes auf der Seite der weiblichen Einheit im wesentlichen gleicht. Die vorderen Ansätze 5d des Paarsatzes männlicher Kontaktelemente sind in einem Abstand voneinander angeordnet, der dem Durchgangsöffnung-Durchgangsöffnung-Abstand einer anderen Leiterplatte gleicht, und die vorderen Ansätze 5d des Paarsatzes sind im gleichen Gittermuster angeordnet wie die Durchgangsöffnungen in der Leiterplatte.
Durch den erfindungsgemäßen elektrischen Verbinder 1 werden wesentliche Vorteile bereitgestellt, indem das Übersprechen und der Einfügungsverlust reduziert werden, wie in der folgenden Tabelle dargestellt ist. Tabelle
In den Fig. 11 und 12 bezeichnen konzentrische Kreise elektrische Feldlinien. Die Reduktion des Einfügungsverlusts kann dem Umstand zugeschrieben werden, daß keine Erdungsanschlüsse oder Abschirmungen verwendet werden. Die dichte Parallelität wird am nicht-gabelförmigen Ende, an dem die Paare weiblicher Kontaktelemente mit der Leiterplatte verbunden sind, so weit wie möglich beibehalten. Daher durchlaufen die Signale in Leiterpaaren die gleiche Länge und kommen gleichzeitig an der Leiterplatte an, so daß ein Übersprechen minimiert wird, obwohl keine Erdungsanschlüsse verwendet werden. Die versetzte Anordnung von Paarsätzen von Kontaktelementen ermöglicht eine wesentliche Erhöhung des Abstands b zwischen benachbarten Paarsätzen, so daß das weibliche Kontaktelement 4 in einer ausreichenden Dicke (0,4 mm) ausgebildet und verhindert werden kann, daß seine nicht-gabelförmigen Kontaktenden sich elastisch verbiegen oder verformen, wenn sie in die Durchgangsöffnungen in der Leiterplatte eingepreßt werden.

Claims

1. Elektrischer Verbinder mit einem Isoliergehäuse mit mehreren Schlitzen, die in vertikalen Spalten und horizontalen Zeilen kreuzweise ausgebildet sind, und mit einer entsprechenden Anzahl von in den Schlitzen aufgenommenen Signalanschlüssen, wobei die Signalanschlüsse paarweise angeordnet sind, um in jedem der Schlitze angeordnet zu werden.

2. Elektrischer Verbinder nach Anspruch 1, wobei die Schlitze in vertikalen Spalten versetzt angeordnet sind.

3. Elektrischer Verbinder nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Schlitze so angeordnet sind, daß das Verhältnis a/b kleiner oder gleich 1/3 sein kann, wobei a den Abstand zwischen zwei Signalanschlüssen in jedem Paar und b den Abstand zwischen benachbarten Paarsätzen von Signalanschlüssen bezeichnet.

4. Elektrischer Verbinder nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Leiter jedes Paars von Signalanschlüssen sich parallel zueinander erstrecken, wobei sich ihre Parallelität bis zu den äußersten Enden fortsetzt, an denen die Signalanschlüsse mit ausgewählten Leitern einer zugeordneten Leiterplatte verbunden sind.

5. Elektrischer Verbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei mit jedem Paar von Signalanschlüssen zu verbindende Gegenanschlüsse paarweise angeordnet sind, und wobei jedes Paar von Gegenanschlüssen mit einem dazwischenliegenden Isolierelement als Einheit kombiniert ist.