DE19853666A1 - Elektrischer Verbinder mit Kompensationseinsatz - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen nach Art eines Modulsteckers ausgebildeten elektrischen Ver­ binder gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und be­ trifft einen solchen elektrischen Verbinder, der eine Einrichtung aufweist, die ein übersprechen zwischen Signalleitungen in einem Kommunikationssystem reduziert.

Aufgrund der Steigerungen bei den Datenübertragungsge­ schwindigkeiten in Telekommunikationssystemen ist Über­ sprechen zu einem beträchtlichen Problem geworden. Über­ sprechen läßt sich definieren als Streuenergie, die von einer Signalleitung auf eine benachbarte Signalleitung entweder durch kapazitive oder induktive Kopplung einge­ koppelt wird. Dieses Übersprechen führt zu einem Signal­ rauschen, das die Reinheit des übertragenen Signals be­ einträchtigt.

Ein allgemein verwendetes Telekommunikations-Verdrah­ tungssystem ist eine Verdrahtung mit nicht abgeschirm­ ten, verdrillten Drahtpaaren, bei der Paare von Drähten miteinander verdrillt sind. Die Drähte in einem ver­ drillten Drahtpaar führen einander zugeordnete Signale und sind somit als Signalpaare bekannt. Jeder der Drähte in einem Signalpaar führt ein gleiches, jedoch entgegen­ gesetztes Signal; das heißt, die Drähte führen Signale derselben Größe, die jeweils positiv und negativ sind. Da diese Signale gleich, jedoch entgegengesetzt sind, erzeugen sie Felder, die ebenfalls gleich, jedoch ent­ gegengesetzt sind. Bei einem verdrillten Paar heben diese gleichen und entgegengesetzten Felder einander auf. Daher kann nur wenig oder gar kein Übersprechen zwischen einem verdrillten Drahtpaar und einem benach­ barten verdrillten Drahtpaar auftreten.

Übersprechen bei Drahtpaar-Verdrahtungssystemen mit nicht abgeschirmten, verdrillten Drahtpaaren entsteht in erster Linie in den elektrischen Verbindern, die eine Grenzfläche zwischen aufeinanderfolgenden Abschnitten des Kabels in einem System schaffen. Der Industrienorm entsprechende elektrische Verbinder für Telekommuni­ kationssysteme beinhalten Modulstecker und Modulbuchsen. Diese Verbinder weisen Anschlüsse auf, die eng von­ einander beabstandet und zueinander parallel sind, und diese enge und parallele Anordnung ist einem Überspre­ chen zwischen einander benachbarten Leitungen in unter­ schiedlichen Signalpaaren zuträglich. Außerdem sind die Anschlüsse in einem Modulstecker speziellen Drähten der verdrillten Drähte zugeordnet, wie dies bei einer be­ kannten Industrienorm, wie zum Beispiel der EIA/TIA-568, der Fall ist. Die Enden der Drähte müssen daher in einer eng voneinander beabstandeten, parallelen Abfolge in dem Stecker angeordnet sein, und auch diese parallelen Enden fördern ein Übersprechen.

Techniken des Standes der Technik zum Reduzieren von Übersprechen haben sich in erster Linie auf Modulbuchsen sowie auf die Schaltungsplatten, auf denen die Modul­ buchsen montiert sind, konzentriert. Da das Übersprechen bei steigender Frequenz des Signal logarithmisch zu­ nimmt, hat der konstante Trend in Richtung auf höhere Datenübertragungsgeschwindigkeiten zu der Notwendigkeit einer weiteren Reduzierung von Übersprechen geführt, was sich durch Reduzieren des Übersprechens in dem Modul­ stecker erzielen läßt.

Das US-Patent Nr. 5 571 035 offenbart einen nach Art eines Modulsteckers ausgebildeten elektrischen Verbinder mit einer Drahtorganisiereinrichtung oder Bestückungs­ leiste, die die Drähte in einer organisierten Anordnung in dem Verbinder hält, um dadurch Übersprechen in dem Verbinder zu reduzieren. Die Bestückungsleiste weist eine obere und eine untere Oberfläche mit Nuten auf, und jede der Nuten nimmt beide Drähte eines jeweiligen Sig­ nalpaares auf. Diese Vorrichtung steigert die Trennung zwischen Drähten unterschiedlicher Signalpaare, wodurch Übersprechen vermieden wird, das ansonsten zwischen den Drähten von unterschiedlichen Signalpaaren auftreten würde. Dennoch tritt ein gewisses Übersprechen zwischen Anschlüssen in dem Modulstecker auf. Ferner steigt auch das Übersprechen, das in der Modulbuchse eines Kommuni­ kationskabels auftritt, bei sehr hohen Frequenzen in der Größenordnung von 200 bis 300 MHz beträchtlich an. Es besteht daher ein Bedarf zum Reduzieren des Überspre­ chens bei einem elektrischen Verbinder bzw. Modulstecker sowie zur Verbesserung der Gesamt-Übersprechleistung in einem Kommunikationssystem.

Die vorliegende Erfindung schafft einen nach Art eines Modulsteckers ausgebildeten elektrischen Verbinder zum Anschließen einer Mehrzahl von Kommunikationsdrähten, die in einer parallelen Anordnung Seite an Seite ange­ ordnet sind und einander als Signalpaare in einem Kom­ munikationssystem zugeordnet sind. Der elektrische Ver­ binder weist ein dielektrisches Gehäuse mit einem Hohl­ raum auf, der durch ein Ende des Gehäuses hindurch offen ist. Der erfindungsgemäße Verbinder zeichnet sich aus durch einen Kompensationseinsatz, der sich in dem Hohl­ raum montieren läßt. Der Kompensationseinsatz beinhaltet ein dielektrisches Substrat, das eine oder mehrere leit­ fähige Leiterbahnen trägt. Jede Leiterbahn ist zur Her­ stellung einer elektrischen Verbindung mit einem der Kommunikationsdrähte in einem Signalpaar angeordnet, und die Leiterbahn erstreckt sich auf dem Substrat zu einer Stelle zur Herstellung einer kapazitiven Kopplung mit einem weiteren der Kommunikationsdrähte in einem anderen Signalpaar, wodurch das Übersprechen in dem elektrischen Verbinder reduziert ist.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden im folgenden anhand der zeichnerischen Darstellungen mehrerer Ausführungsbeispiele noch näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine isometrische Ansicht eines nach Art eines Modulsteckers ausgebildeten elektrischen Verbin­ ders mit einem Kompensationseinsatz gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine isometrische Ansicht des Modulsteckers mit einer anderen Ausführungsform des Kompensations­ einsatzes;

Fig. 3 eine isometrische Ansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels eines Modulsteckers mit einem Kompensationseinsatz;

Fig. 4 eine isometrische Ansicht noch eines weiteren Ausführungsbeispiels des Modulsteckers und des Kompensationseinsatzes; und

Fig. 5 eine isometrische Ansicht noch eines weiteren Ausführungsbeispiels des Modulsteckers und des Kompensationseinsatzes.

In Fig. 1 ist ein elektrischer Verbinder 10 eines Typs dargestellt, der üblicherweise als Modulstecker bezeich­ net wird, der mit einer nicht gezeigten Modulbuchse ver­ bindbar ist, um dadurch eine Mehrzahl von Leitungs­ drähten 11 in einem Kommunikationssystem miteinander zu verbinden. Bei dem Verbinder 10, wie er vorstehend be­ schrieben wird, handelt es sich um einen 8-poligen Modulstecker zur Verwendung mit einem Kommunikations­ kabel mit acht Drähten. Es ist jedoch darauf hinzuwei­ sen, daß die Erfindung auch bei anderen Verbindern ange­ wendet werden kann, die sich mit einer anderen Anzahl von Drähten verbinden lassen.

Die Drähte 11 weisen Drahtpaare auf, die während der Herstellung miteinander verdrillt werden, wobei jedes verdrillte Drahtpaar einander als Signalpaar zugeordnet ist. Enden der Drähte 11 werden vor dem Anschließen in dem Verbinder 10 auseinandergedreht und seitlich neben­ einander angeordnet. Die seitlich nebeneinander angeord­ neten Drähte können miteinander verbunden werden, um ein einheitliches Bandkabel zu bilden, wie dies in dem US-Patent Nr. 5 592 739 offenbart ist. Den seitlich neben­ einander angeordneten Drähten sind zur einzelnen Bezug­ nahme auf diese die aufeinanderfolgenden Nummern 1-8 zugeordnet. Gemäß einem Industriestandard handelt es sich bei den Drähten 1-2 um ein Signalpaar sowie bei den Drähten 7-8 um ein Signalpaar. Ferner bilden die Drähte 4-5 ein Signalpaar, und die Drähte 3-6, die die Drähte 4-5 flankieren, bilden ebenfalls ein Signalpaar. Auf­ grund der Nähe von einander benachbarten Drähten in die­ ser Anordnung, tritt ein gewisses Maß an Übersprechen zwischen den einander benachbarten Drähten 3 und 4 auf, die zu verschiedenen Signalpaaren gehören, und ein ge­ wisses Übersprechen tritt auch zwischen den einander benachbarten Drähten 5 und 6 auf, die ebenfalls zu ver­ schiedenen Signalpaaren gehören. Gemäß der Erfindung wird kompensierendes Übersprechen in die Drähte einge­ bracht, um das ansonsten auftretende Übersprechen auf­ zuheben.

Der elektrische Verbinder 10 besitzt ein dielektrisches Gehäuse 12, das eine Mehrzahl von Anschlüssen 13, wobei es sich bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel um 8 handelt, trägt, die Seite an Seite in jeweiligen Schlitzen 14 angeordnet sind. Jeder der Anschlüsse 13 ist für einen speziellen der Drähte 1-8 in dem Kommu­ nikationskabel bestimmt. Das Gehäuse 12 besitzt ein Drahtaufnahmeende 15 und einen Hohlraum 16, der sich von dem Drahtaufnahmeende her in das Gehäuse hineiner­ streckt. Der Hohlraum ist zu den Schlitzen 14 hin an einem Anschließende des Gehäuses offen. Vor dem An­ schließen der Drähte in dem Verbinder befinden sich die Anschlüsse 13 in angehobenen Positionen in ihren jewei­ ligen Schlitzen 14, so daß die Drähte 1-8 in den Hohl­ raum 16 sowie in die jeweiligen Positionen in Ausfluch­ tung mit den Anschlüssen 13 eingeführt werden können. Jeder der Drähte 1-8 besitzt eine leitfähige Seele, die von einem Isoliermantel umschlossen ist. Die An­ schlüsse 13 werden durch ein geeignetes Werkzeug in die Drähte 1-8 hineingetrieben, so daß die Anschlüsse den isolierenden Mantel durchdringen und eine elektrische Verbindung mit der leitfähigen Seele herstellen.

Der Verbinder 10 weist ferner einen Kompensationseinsatz 20 auf, der sich durch Einführen des Kompensationsein­ satzes in das Drahtaufnahmeende des Gehäuses in dem Hohlraum montieren läßt. Der Kompensationseinsatz weist ein dielektrisches Substrat, wie zum Beispiel eine Schaltungsplatte 21 auf, das elektrisch leitfähige Lei­ terbahnen 22 trägt. Jede dieser Leiterbahnen ist zur elektrischen Verbindung mit einem ausgewählten der Dräh­ te 1-8 angeordnet, und jede der Leiterbahnen erstreckt sich in seitlicher Richtung zu einer jeweiligen Position auf dem Substrat, die sich in enger räumlicher Beziehung zu einem ausgewählten anderen Draht der Drähte befin­ det, um eine kapazitive Kopplung mit diesem herzustel­ len. Zum Beispiel kann sich eine mit dem Draht 3 elek­ trisch verbundene Leiterbahn in seitlicher Richtung zu einer Stelle auf dem Substrat erstrecken, die sich un­ terhalb des Drahts 5 befindet, so daß zwischen den Dräh­ ten 3 und 5 zusätzliche Kapazität geschaffen wird, wo­ durch ein Übersprechen zwischen den Drähten 3 und 4 kom­ pensiert wird. Ferner kann sich eine mit dem Draht 4 elektrisch verbundene Leiterbahn in seitlicher Richtung zu einer Stelle auf dem Substrat unter dem Draht 6 er­ strecken, um dadurch zusätzliche Kapazität zwischen den Drähten 4 und 6 zu schaffen, wodurch Übersprechen zwi­ schen den Drähten 5 und 6 kompensiert wird.

Eine Einrichtung zum elektrischen Verbinden der leit­ fähigen Leiterbahnen 22 mit den Drähten ist durch Kon­ taktstifte 24 geschaffen, die auf der Schaltungsplatte angebracht sind und mit den Leiterbahnen beispielsweise durch Löten elektrisch verbunden sind. Jeder der Kon­ taktstifte 24 ist derart ausgebildet, daß er eine schar­ fe Kante besitzt, die die Isolierung durchdringt und in die Seele von einem der Drähte eindringt, wenn der Kom­ pensationseinsatz 20 an der Anordnung von Drähten 1-8 angebracht wird, um dadurch ausgewählte Drähte mit den Leiterbahnen 22 elektrisch zu verbinden. Die Leiterbah­ nen sind in einer Konfiguration angeordnet, die zur Schaffung eines Niveaus an kompensierendem Übersprechen ausgewählt ist, welches zumindest einen gewissen Teil des schädlichen Übersprechens aufhebt, das naturgemäß in dem Modulstecker oder an einer anderen Stelle in dem Kommunikationskabelsystem auftritt.

Nach der Anbringung an der Anordnung von Drähten wird der Kompensationseinsatz 20 in dem Hohlraum 16 in dem Verbindergehäuse montiert. Der Kompensationseinsatz kann in dem Hohlraum durch einen geeigneten Verriegelungs­ mechanismus befestigt werden. Danach werden die An­ schlüsse 13 in der vorstehend erläuterten Weise in die Drähte 1-8 hineingetrieben.

Bei dem alternativen Ausführungsbeispiel, wie es in Fig. 2 gezeigt ist, sind Kontaktstifte 34 anfangs nicht an den Leiterbahnen 32 auf der Schaltungsplatte 31 ange­ bracht. Statt dessen besitzt die Schaltungsplatte Durch­ gangslöcher 33, die von Kontaktflächen 35 der Leiterbah­ nen umgeben sind, wobei es sich bei den Kontaktstiften 34 um separate Elemente handelt, die durch ausgewählte Drähte hindurch in die Löcher hineingetrieben werden, um dadurch die Drähte mit den Leiterbahnen elektrisch zu verbinden und die Drähte mit der Schaltungsplatte zu verriegeln.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 3 gezeigt. In diesem Fall besitzt eine Schaltungs-Platte 41 Leiterbahnen 42 jeweils mit einem drahtseiti­ gen Ende, das mit einem jeweiligen Kontaktstift 44 ver­ bunden ist, und einem anschlußseitigen Kontaktende, das mit einer jeweiligen Kontaktfläche 47 verbunden ist. Bei den Kontaktstiften 44, die an der Schaltungsplatte ange­ bracht sind, handelt es sich um Schneid-Klemm-Kontakte, die jeweils ein Paar einander gegenüberliegender Arme aufweisen, welche zum Aufschlitzen der Isolierung eines Drahts sowie zum Angreifen an der leitfähigen Seele des Drahts zwischen sich konfiguriert sind. Eine Stopfkappe 45 kann zum Hineintreiben der Drähte in Position zwi­ schen die Arme verwendet werden. Die Kontaktflächen 47 sind mit Anschlüssen 48 in einem Verbindergehäuse 40 in Eingriff bringbar. Die Anschlüsse 48 liegen an einer Steckverbindungsseite des Gehäuses für einen Eingriff mit Anschlüssen einer komplementären Modulbuchse (nicht gezeigt) frei. Jeder der Anschlüsse 48 besitzt einen in seitlicher Richtung offenen, U-förmigen Eingriffsab­ schnitt 49, der das vordere Ende der Schaltungsplatte aufnimmt und mit einer der Kontaktflächen 47 auf der Schaltungsplatte in Eingriff tritt. Die Schaltungsplatte besitzt Kerben 43, die Verriegelungselemente in dem Ver­ bindergehäuse aufnehmen, um die Schaltungsplatte in dem Gehäuse zu befestigen.

Die Leiterbahnen 42 sind auf der Schaltungsplatte 41 in einer räumlichen Beziehung angeordnet, die eine kapazi­ tive Kopplung zwischen Signalpaaren schafft, um dadurch Übersprechen zwischen den Signalpaaren zu kompensieren und auf diese Weise Übersprechen in dem Verbinder zu reduzieren. Es ist eine Anzahl von Schemata zur Schaf­ fung einer Übersprechen-Kompensation durch Verlegen von Leiterbahnen auf einer Platte bekannt, wobei alle diese Schemata im Rahmen der Erfindung liegen. Ein solches Schema ist in dem US-Patent Nr. 5 414 393 offenbart, das durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit zu einem Bestand­ teil der vorliegenden Beschreibung gemacht wird.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 4 gezeigt. Ähnlich dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 trägt eine Schaltungsplatte 51 leitfähige Leiterbahnen 52 mit drahtseitigen Enden, die mit Schneid-Klemm-Kon­ takten 54 verbunden sind, die eine Stopfkappe 55 aufneh­ men können. Außerdem sind anschlußseitige Enden der Lei­ terbahnen mit einer Mehrzahl paralleler, planarer Kon­ takte 57 an einem vorderen Rand der Platte verbunden. Die Leiterbahnen 52 sind wiederum auf der Platte derart angeordnet, daß sie eine Übersprechen-Kompensation in dem Verbinder schaffen. Ein Hohlraum 56 in dem Verbin­ dergehäuse 50 ist zu der vorderen Steckverbindungsseite des Gehäuses offen, und nach der Montage der Schaltungs­ platte 51 in dem Gehäuse liegen die Kontakte 57 an der Steckverbindungsseite durch Schlitze 58 hindurch frei, um einen Eingriff mit Kontakten einer Modulbuchse herzu­ stellen.

Noch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 5 gezeigt. Der Kompensationseinsatz weist ein flexibles dielektrisches Substrat 61, wie zum Beispiel eine flexible Folie, auf, das Leiterbahnen 62 trägt und auf seiner Oberfläche einen Klebstoff aufweisen kann. Das flexible Substrat kann um die Anordnung der Drähte herumgewickelt werden und durch den Klebestoff an den Drähten festgehalten werden. Kontaktstifte 64 werden durch das flexible Substrat hindurch eingeführt, um die Drähte zu durchdringen und einen Eingriff mit den Lei­ terbahnen herzustellen.

Die Erfindung schafft somit einen in Form eines Modul­ steckers ausgebildeten elektrischen Verbinder mit einem Kompensationseinsatz, der Übersprechen in dem Verbinder reduziert. Der Kompensationseinsatz weist Leiterbahnen auf, die derart angeordnet werden können, daß kontrol­ lierte Beträge an kompensierendem Übersprechen zwischen Signalpaaren ermöglicht sind, um auf diese Weise das unvermeidbare Übersprechen auszuschalten, das in einem Kommunikationssystem auftritt. Die Ermöglichung von kon­ trollierten Beträgen an kompensierendem Übersprechen gestattet ein Abstimmen des Systems auf optimale Leistung und führt zu einem reduzierten Gesamtüberspre­ chen des Systems.

Claims (6)

1. Nach Art eines Modulsteckers ausgebildeter elektri­ scher Verbinder (10) zum Anschließen einer Mehrzahl von Kommunikationsdrähten (11), die in einer paral­ lelen Anordnung Seite an Seite angeordnet sind und einander als Signalpaare (1-2, 3-4, 5-6, 7-8) zuge­ ordnet sind, wobei der elektrische Verbinder ein dielektrisches Gehäuse (12) mit einem Hohlraum (16) aufweist, das durch ein Ende des Gehäuses hindurch offen ist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Hohlraum ein Kompensationseinsatz (20) montierbar ist, der ein dielektrisches Substrat (21; 31; 41; 51; 61) aufweist, das eine leitfähige Lei­ terbahn (22; 32; 42; 52; 62) trägt, die zur Herstel­ lung einer elektrischen Verbindung mit einem der Kommunikationsdrähte in einem Signalpaar angeordnet ist und sich auf dem Substrat zu einer Stelle für eine kapazitive Kopplung mit einem weiteren Kommuni­ kationsdraht in einem anderen Signalpaar erstreckt, so daß Übersprechen in dem elektrischen Verbinder reduziert ist.

2. Elektrischer Verbinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kontaktstift (24; 34; 44; 54; 64) mit dem einen Draht in Eingriff bringbar ist, um diesen Draht mit der Leiterbahn elektrisch zu verbinden.

3. Elektrischer Verbinder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktstift (24; 44; 54) fest an dem Substrat angebracht ist.

4. Elektrischer Verbinder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Kontakt­ stift (34; 64) um ein separates Teil handelt, das in einer Öffnung in dem Substrat aufnehmbar ist.

5. Elektrischer Verbinder nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem dielek­ trischen Substrat um eine Schaltungsplatte (21; 31; 41; 51) handelt.

6. Elektrischer Verbinder nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem dielek­ trischen Substrat um eine flexible Folie (61) handelt.