DE1765507A1 - Connector with short signal path lengths - Google Patents
Connector with short signal path lengthsInfo
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Description
Steckvorrichtung, mit, kurzenConnector, with, short
Die Erfindung bezieht sich auf eine Steckvorrichtung für den Einsatz in elektronischen Systemen mit hoher Packungsdichte insbes. bei Itnpulaverarbeitung im Sub-NanoSekundenbereich.The invention relates to a connector for use in electronic systems with high packing density in particular. in the case of itnpula processing in the sub-nanosecond range.
Der ständig zunehmende Einsatz von schnellen integrierten Schaltkreisen in Form von Mikrobausteinen beim Aufbau von großen elektronischen Systemen, insbesondere von Datenverarbeitungsanlagen, hat nicht nur eine Verringerung des Platzbedarfs zur Folge, sondern ermöglicht vor allem v/egen der geringeren erforderlichen Leitungslängen eine Erhöhung der Schaltgeschv/indigkeit. Eine v/oitere Verbesserung des SchaltvorhaltensThe ever increasing use of fast integrated Circuits in the form of micro-components in the construction of large electronic systems, especially of data processing systems, not only has a reduction in space requirements as a result, but above all enables an increase in the switching speed due to the shorter required cable lengths. A further improvement in the switching behavior
Sche/HeiSche / Hei
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ergibt sich durch die Ausbildung der Signalleitung als Streifenleitungen mit definiertem Wellenwiderstand, Hierzu v/erden die Mikrobaustoine vorwiegend auf einem plattenförmigen., mehrschichtigen SörUger aus Isoliermaterial aufgebaut, wobei auf jeder Schicht geätzte Leiterbahnen angeordnet sind. Kürzeste Signalleitungen- mit einem definierten und in Grenzen wählbaren Wellenv/iderstand und somit höchste Schaltgeschv/indigkeit. würde man erhalten, wenn man alle Mikrobausteino eines Systemes in einer einzigen Großbaugruppe unterbringen würde. Dem widerspricht jedoch die Forderung, eine Anlage aus kleinen ,leicht lösbaren Baugruppen aufzubauen, um eine rasche Wartung au ermöglichen.results from the formation of the signal line as Strip lines with a defined wave impedance. multilayered SörUger made of insulating material, wherein etched conductor tracks are arranged on each layer. Shortest signal lines - with a defined one and within limits selectable wave resistance and thus the highest switching speed. one would get if one all Micro components of a system in a single large assembly would accommodate. However, this contradicts the requirement to build a system from small, easily detachable assemblies, to enable quick maintenance.
Es ist bekannt, jeweils eine Anzahl von Mikrobausteinen, die selbst aus mehreren Gatter- und/oder Kippschaltungen in integrierter Schaltkreistechnik bestehen, in steekbaren Flachbaugruppen zu vereinigen. Sine solche Baugruppe besteht, aus einer mehrlagigen Leiterplatte, auf der die integrierten Bausteine eingelötet sind. Sie wird über Steckkontakte mit einer Verdrahtungsplatto verbunden, die vor allem zur Herstellung definierter Wellenwiderstände der Signalleitungen, aber auch zur Erzielung einer hohen effektiven Leiterdichte ebenfalls mehrlagig ausgeführt ist.It is known, in each case a number of micro-components that even consist of several gate and / or flip-flops in integrated circuit technology, in pluggable flat modules to unite. Such an assembly consists of a multi-layer printed circuit board on which the integrated components are soldered. It is connected to a wiring platform via plug contacts, which is primarily used for production defined wave resistances of the signal lines, but also to achieve a high effective conductor density is executed in several layers.
Das Schema einer gebräuchlichen Steckverbindung (Elektronik 1966, Heft 10, S. 311 - 315) zeigt die Fig. 1. Die Flachbaugruppen werden direkt gesteckt. Die für die Verbindung vorgesehenen Leiterbahnen sind in der Nähe einer Seitenkante der Leiterplatte 1 verbreitert und galvanisch verstärkt» Am Punkt A haben sie Kontakt mit den Kontaktfedern 2 des Steckers 3. Die Kontaktfedern sind am Punkt B mit den Leiterbahnen der mehrlagigen Verdrahtungsplatte 4 verlötet.The diagram of a common plug connection (Electronics 1966, Issue 10, pp. 311-315) is shown in FIG. 1. The flat modules are plugged in directly. The conductor tracks provided for the connection are in the vicinity of a side edge of the printed circuit board 1 widened and galvanically reinforced »At point A they are in contact with the contact springs 2 of the Connector 3. The contact springs are soldered at point B to the conductor tracks of the multilayer wiring board 4.
Da die Kontaktfedern am Punkt k einen ausreichend hohen Kontaktdruc3c hervorrufen sollen, der sich auch bei häufigem Stecken nicht wesentlich verringert, muß ihre freie Länge ge-Since the contact springs at point k are supposed to produce a sufficiently high contact pressure, which does not decrease significantly even with frequent plugging, their free length must be
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BAD ORIGINALBATH ORIGINAL
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nügend groß sein. Sie müssen außerdem in dem Isolierteil des Steckers fest gelagert sein, da die Verdrahtungsplatte 4 das durch die seitliche Aus-lenkung der Federn verursachte Drehmoment nicht aufnehmen kann. Damit ergibt sich aber zwischen den Punkten A und B eine Entfernung von etv/a 15 "bis 20 mm, die aus konstruktiven Gründen kaum unterschritten werden kann. be big enough. You must also be in the insulating part of the connector must be firmly stored as the wiring board 4 caused by the lateral deflection of the springs Can not absorb torque. But this results between points A and B a distance of about 15 "to 20 mm, which for structural reasons can hardly be undercut.
Die durch die Kontaktfedern gebildeten, relativ langen Leittmgsabsehnitte begünstigen nicht nur das Übersprechen zwischen benachbarten Leitungen, sondern sie besitzen auch einen wesentlich« höheren Wellenwiderstand als die Streifenleitungen auf den mehrlagigen Aufbau- und Yerdrahtungsplatten. Die Stoßstellen verursachen eine Verformung der Impulse, die über diese Leitungsabschnitte laufen. Da bis zur eigentlichen Auswertung bzw. Vfeiterverarbeitung der Impulse das Abklingen der Einschwingvorgänge erst abgewartet v/erden muß, entsteht daraus eine Verminderung der Seholtgeschwindigkeit. Zwar kann durch Anbringen von Erdungsplatten 3a (Fig. 1) an der Außenseite des Steckers das L/C Verhältnis des Leitungsabschnitts innerhalb des Steckers verringert und damit das Leitungsverhalten verbessert werden, doch gelingt die Anpassung an den verhältnismäßig niedrigen Wellem/iderstand der Streifenleitungen nicht. Wenngleich grundsätzlich auch die erforderlichen Maßnahmen für die Herstellung stoßfreier Steckverbindungen bekannt sind, so verbietet sich ihre Anwendung in den vorliegenden Fällen regelmäßig aus Gründen des Platzbedarfs und des Aufwands. Insbesondere beim Aufbau eines Systems mit integrierten' Bausteinen muß praktisch jeder der zur Verfugung stehenden Rasterpunkte im Abstand von 2,54 ram mit einem Signalsteckkontakt bestückt v/erden.The relatively long Leittmgsabsehnitte formed by the contact springs Not only do they promote crosstalk between neighboring lines, they also have one Significantly «higher wave impedance than the strip lines on the multilayer assembly and wiring boards. The joints cause a deformation of the impulses that run over these line sections. Since up to the actual Evaluation or further processing of the impulses the decay the transient processes must first be waited for, this results in a reduction in the Seholt speed. Though the L / C ratio of the line section can be adjusted by attaching grounding plates 3a (Fig. 1) to the outside of the plug can be reduced within the connector and thus the line behavior improved, but the adaptation succeeds the relatively low wave resistance of the striplines not. Although basically also the necessary measures for the production of butt-free plug connections are known, their use is generally prohibited in the present cases for reasons of space requirements and the effort. In particular when building a system with integrated building blocks, practically every one of the The available grid points at a distance of 2.54 ram are equipped with a signal plug contact.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steckverbindung zu schaffen, die auch für Schaltungsanordnungen, die mit Impulslängen im Sub-NanoSekundenbereich arbeiten, noch brauchbar sind. Die Erfindung geht dabei von der ÜberlegungThe invention is based on the object of creating a plug connection that can also be used for circuit arrangements that still work with pulse lengths in the sub-nano-second range are useful. The invention is based on the consideration
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den Signalwege vjesmtiiefc verkffrzt wnüü ififiüjiif für m äie Reflexionen an <föft vcrfhtmaenm Siöl$üf#ilö*i «ftf nicht taeht störendes ifeß g«the signaling pathways vjesmtiiefc verkffrzt wnüü ififiüjiif not Täht for m AEIE reflections at <föft vcrfhtmaenm Siöl $ BB # Iloe * i «ftf disturbing IFESS g"
Qemäß der Erfindung folingt dies tßlt einet 2ur lösbaren elektrischen VevMnaun^ tön i.eliir«f«i #£net sei tig Kilcrobäu st eine tisfgenden, iaeiij*i#gl|{eft (Baugruppe) mit Leitungen ein#je mehrlagigen te an vorgegebenen Eseterfanfcien, ääavitch, dft! Ebene der Leiterplatte an der nicht »it »llaiO'bÄwe-feeinim besetzten Seite Kontakt stifte angelötet sind» &·' in #iner an der Leiterplatte anliegende« und deren M*chii##tag T«x)iiii^ dernden Stiftplötte befeetigt eind, dad die &önüKtttifte> an ihren freien, aue der Stiftplette herausragenden Indftn aie Form eines Kegel stumpf ee äuf\/eisen und zur Herstellung dee elektrischen Kontaktes |ei/eile in Schr«ui#nfedern, die an den entsprechenden Stellen der ferdreiitung^plfttfö angeorä« net und mit Leitungen derselben verbunden sind» iii sie spreizen und dabei ihre Windungen aneinander According to the invention, this follows a two- way, detachable electrical connection in the form of a construction, with cables with multiple layers of lines Eseterfanfcien, ääavitch, dft! On the level of the circuit board, on the side that is not occupied, contact pins are soldered on and their pin soldering pins are attached Since the pins protrude from the free indftn on the outside of the pin plate, they have the shape of a cone butted and for making the electrical contact they are spring-loaded at the corresponding points of the three-wire connection They are arranged and connected with lines of the same
Zur Erläuterung v/ird nachstehend ein AusftihrujigebeiÄpiel anhand, der Fig. 2 und 3 genau i Of Fig. 2 and 3 for explaining v / ill be below a AusftihrujigebeiÄpiel based exactly i
Die Fig. 2 Äeigt einen Schnitt durch eine Bau|ruff# iit Stiftteil der Steckvorrichtung in vereinfachter ÄÜ line mehrlagige Leiterplatte 5 mit Leiterlagen ffir die Signalleitungen und Leiterlagen für die Spannungsvorsorgung Wt einseitig alt Mikrobaueteinen 6 bestückto 2 shows a section through a construction with pin part of the plug-in device in a simplified line multi-layer printed circuit board 5 with conductor layers for the signal lines and conductor layers for the voltage supply Wt fitted with old microcomponents 6 on one side or the like
Beispielsv/eise eind die Bausteine 6 in zv/ölf Heihen zn je av;ölf Stück angeordnet, mit Ausnahme der Schnittpunkte der sechsten und siebenten Reihe mit der sechsten and siebenten Spalte, die nicht besetzt aind. 2ur mechanischen Verstärkung und .ßafHalterung der Kofutaktetlfte f let auf der niiM iti !wirtel«- nen 6 belegten Seite der Leiterplatte 5 eine &$iii$faiH6 θ an-•ι For example, the building blocks 6 are arranged in twelve rows of twelve each, with the exception of the intersections of the sixth and seventh rows with the sixth and seventh columns, which are not occupied. 2UR mechanical reinforcement and .ßafHalterung the Kofutaktetlfte f let on the NIIM iti whorl "- 6 occupied page nen the circuit board 5 a & $ $ faiH6 iii θ Toggle • ι
f Q 6 6 4 Ö / 0 415 badf Q 6 6 4 Ö / 0 4 1 5 bad
gebracht. An der allseitig über der Leiterplatte 5 vorstehenden Stiftplatte 8 ist eine Schutzkappe 9 für die Baugruppe befestigt. Eine (unverlierbare) Schraube 10 im Zentrum der Baugruppe dient zur Befestigung der Baugruppe.brought. On all sides above the circuit board 5 protruding Pin plate 8 is attached to a protective cap 9 for the assembly. A (captive) screw 10 in the center the assembly is used to fasten the assembly.
Die Fig. 3 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus der Baugruppe zusammen mit dem Gegenstück der Steckvorrichtung. Aus der Pig. 3 sind weitere Einzelheiten der Steckvorrichtung erkennbar. 3 shows an enlarged section of the assembly together with the counterpart of the connector. From the Pig. 3 further details of the connector can be seen.
Die Löcher für die Aufnahme der Kontaktstifte 7 in der Stift-, platte 8 sind nach Art der Durchkontaktierungslöcher in mehrlagigen Leiterplatten hergestellt, d.h. die Innenwände der Löcher sind mit einer metallischen Leitschicht 8a ausgelegt, , die sich in ringförmige Zonen auf den Außenflächen in der Umgebung der Löcher fortsetzt. An den solchen DucoWcontaktierungslöchern der Stiftplatte 8 gegenüberliegenden Stellen weist auch die Leiterplatte 5 Metallisierungen 5a auf, die beispielsweise ebenfalls Durchkonatktierungslöehern zugeordnet sein können. Die Metallisierungen 5a und 8a werden durch Lot- oder Schweißverfahren elektrisch leitend miteinander verbunden. Die Kontaktstifte 7 werden in die Kontaktierungslöcher der Stiftplatte 8 eingelötet. Vorzugsweise ist der Durchmesser der in der Stiftplatte steckenden Teile der Kontaktstifte geringer als der Durchmesser der aus der Stiftplatte herausragenden Seile, degen ihr freies Ende zu verjüngen sich die Kontaktstifte nach Art eines Kegelstumpfes.The holes for receiving the contact pins 7 in the pin, plate 8 are made in the manner of plated-through holes in multilayer printed circuit boards, ie the inner walls of the holes are designed with a metallic conductive layer 8a, which is in ring-shaped zones on the outer surfaces in the vicinity the holes continues. At the locations opposite to such DucoW contacting holes of the pin plate 8, the printed circuit board 5 also has metallizations 5a which, for example, can likewise be assigned to through-contacting holes. The metallizations 5a and 8a are connected to one another in an electrically conductive manner by soldering or welding processes. The contact pins 7 are soldered into the contact holes in the pin plate 8. Preferably, the diameter of the parts of the contact pins inserted in the pin plate is smaller than the diameter of the ropes protruding from the pin plate, whereas the contact pins taper in the manner of a truncated cone to taper their free end.
Zur lösbaronr. Kontaktgabe mit den Kontaktst-iften 7 sind ihnen gegenüberstehen!Kontaktfedern 11, 11a auf der Verdrahtungsplatte 12, welche die Verbindung der Baugruppen übernimmt, >bcfestigt. Die Kontaktfedern 11, 11a sind als kleine Schraubenfedern mit wenigen, z.B. drei, eng aneinanderliegenden Windungen hergestellt. Der Innendurchmesser der Wicklung ist etwas kleiner als der größte Durchmesser der Kontaktstifte 7. Zum Anlöten oder Anschweißen der Kontaktfedern 11, 11a weist dieTo the solvable no. Contacting the contact points 7 is yours contact springs 11, 11a on the wiring board 12, which takes over the connection of the assemblies. The contact springs 11, 11a are small helical springs with a few, for example three, closely spaced turns manufactured. The inside diameter of the winding is slightly smaller than the largest diameter of the contact pins 7 Soldering or welding the contact springs 11, 11a has the
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Verdrahtungsplatte 12 an den entsprechenden Stellen ebenfalls Metallisierungen auf, die? im allgemeinen mit Durchkontaktierungslöchern verbunden sind. Die Kontaktfedern können auch einseitig in gestreckte, in Richtung der Mittellinie verlaufende Drähte übergehen, die in die Durchkonatktierungslöcher eingelötet v/erden.Wiring board 12 in the appropriate places as well Metallizations on that? generally with via holes are connected. The contact springs can also be stretched unilaterally, in the direction of the center line running wires merge into the through-contact holes soldered in / earthed.
Der besseren Übersicht wegen ist die Kontaktfeder 11a im linken Seil der Pig. 3 im Ruhezustand gezeichnet. Der Kontaktstift 7a ist dementsprechend abgeschnitten. Im übrigen zeigt die Pig. 5 jedoch auszugsweise die Baugruppe im gesteckten Zustand. Durch die Befestigungsschraube 10 (Fig. 2), die miife einer unterhalt der Verdrahtungsplatte 12 liegenden, in der Zeichnung nicht dargestellten Platte verschraubt ist, wird die Baugruppe gegen die Verdrahtungsplatte 12 gedruckt. Die konischen Enden der Kontaktstifte 7 dringen dabei in die Kontaktfedern 11 ein, spreizen sie auf und drücken dabei die einzelnen Windungen zusammen.For the sake of clarity, the contact spring 11a in the left rope is the Pig. 3 drawn at rest. The contact pin 7a is cut off accordingly. Otherwise shows the Pig. 5, however, extracts the assembly in the plugged-in State. By means of the fastening screw 10 (Fig. 2), which must be supported by the wiring board 12, is screwed in the drawing plate not shown, the assembly is pressed against the wiring board 12. The conical ends of the contact pins 7 penetrate the contact springs 11, spread them apart and press in the process the individual turns together.
Als Anschlag beim Anschrauben der Baugruppe dient der untere Rand der Schutzkappe 9, der zur Vermeidung von Kurzschlüssen eine Isolierschicht 9a trägt. Durch die erfindungsgemäße Steckvorrichtung wird der über sie verlaufende Signalweg, dessen Wellenwiderstand nicht mit dem Wellenwiderstand der Streifenleitung auf den Leiterplatten übereinstimmt, auf eine Länge von 3 bis 4 mm verkürzt.The lower edge of the protective cap 9 serves as a stop when screwing on the assembly, which is used to avoid short circuits carries an insulating layer 9a. The plug device according to the invention is the one that runs over it Signal path whose wave impedance does not match the wave impedance the stripline on the printed circuit boards, shortened to a length of 3 to 4 mm.
3 Figuren 5 Patentansprüche3 Figures 5 claims
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