DE202005009919U1

DE202005009919U1 - Leiterplattensteckverbinder

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Publication number: DE202005009919U1
Application number: DE202005009919U
Authority: DE
Original assignee: Harting Electronics GmbH and Co KG
Current assignee: Harting Electronics GmbH and Co KG
Priority date: 2005-06-24
Filing date: 2005-06-24
Publication date: 2005-09-01
Anticipated expiration: 2015-06-25
Also published as: EP1737073A1; JP2007005316A; ATE405010T1; EP1737073B1; CA2550486C; CN1885623A; ES2313502T3; CN100524956C; US20060292921A1; CA2550486A1; DE502006001306D1; US7229319B2; JP4348352B2

Abstract

Leiterplattensteckverbinder (1) zur direkten steckbaren Verbindung von Leiterplatten, bestehend aus einem isolierenden Steckgehäuse (2) und darin angeordneten scheibenförmigen Modulen (10, 20, 20') in denen elektrische Kontaktelemente angeordnet sind, wobei Signalkontakte (11) aufweisende Module mit Abschirmkontakte (21) aufweisenden Modulen im Wechsel nebeneinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei, ein differenzielles Paar bildende Signalkontakte (11) durch ein zwischen den Signalpaaren angeordnetes Abschirmmodul (20) zumindest bereichsweise getrennt sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Leiterplattensteckverbinder zur direkten steckbaren Verbindung von Leiterplatten, bestehend aus einem isolierenden Steckgehäuse und darin angeordneten scheibenförmigen Modulen in denen elektrische Kontaktelemente angeordnet sind, wobei Signalkontakte aufweisende Module mit Abschirmkontakte aufweisenden Modulen im Wechsel nebeneinander angeordnet sind.
Ein derartiger Leiterplattensteckverbinder wird benötigt, um differenzielle Signalspannungen mittels einer hohen Anzahl von elektrischen Kontakten von einer Leiterplatte auf eine weitere Leiterplatte zu übertragen, wobei paarweise geschirmte Kontakte vorgesehen sind, die ein geringes Übersprechen zwischen den Leitungspaaren sichern.
Aus der US 6,506,076 ist ein Rechteck-Steckverbinder bekannt, bei dem zumindest teilweise abgewinkelte Abschirmbleche zwischen einer Vielzahl von in Reihen und Spalten angeordneten, differenziellen Signalkontakten angeordnet sind.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Leiterplattensteckverbinder der eingangs genannten Art dahingehend auszubilden, dass zur Übertragung von differenziellen Signalen jeweils eine zweipolige Signalführung vorgesehen ist, wobei zur Abschirmung zwischen den signalführenden Leitungspaaren entsprechend ausgeführte Abschirmbleche vorgesehen sind.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass jeweils zwei, ein differenzielles Paar bildende Signalkontakte durch einen zwischen den Signalpaaren angeordneten Abschirmkontakt zumindest bereichsweise getrennt sind.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2–14 angegeben.
Der Leiterplattensteckverbinder dient der Verbindung zweier Leiterplatten, die rechtwinklig zueinander angeordnet sind. Durch eine entsprechende Ausbildung der Anschlusskontakte kann auch eine, bezogen auf die Leiterplatten „gerade" 180°-Verbindung realisiert werden.
Damit die Vorteile der differenziellen Datenübertragung auf dem Weg von den elektronischen Bauteilen zur Leiterplatte bzw. Backplane erhalten bleiben, sind entsprechend ausgelegte, leistungsfähige Steckverbinder erforderlich, die sowohl eine ausreichende Signaldichte als auch eine hohe Signalintegrität gewährleisten.
Differenzielle Signale sind prinzipbedingt weitgehend immun gegen Gleichtaktstörungen, da die Logik-Information als Spannungsdifferenz zwischen dem jeweiligen Leitungspaar übertragen wird. Es muss jedoch für eine entsprechende Schirmung der Leitungspaare gesorgt werden. Bei den dafür ausgelegten Steckverbindern erreicht man dies durch integrierte und speziell konstruierte Schirmbleche.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass mittels des erfindungsgemäßen Leiterplattensteckverbinders eine Anzahl aneinandergereihte, differenzielle Signalpaare störstrahlmäßig getrennt werden, in dem zwischen den jeweils paarweise nebeneinander angeordneten Signalmodulen, in denen Signalkontakte eingebettet sind, Module eingeschoben sind, die eine als Schirmblech ausgebildete Scheibe aufweisen. Vorzugsweise werden die Module als Signal- bzw. Abschirmmodul in einem bestimmten Muster nebeneinander im Steckgehäuse einschiebbar angeordnet, wobei zwei nebeneinander angeordnete Signalmodule jeweils von einem Abschirmmodul unterbrochen werden.
Dazu ist vorgesehen, die Abschirmmodule in einer Variante als Blechscheiben in dem Steckgehäuse einzufügen oder in einer weiteren Variante als mit einem isolierenden Material umhüllte Module.
Dabei ist ein vom Abschirmmodul zur Leiterplatte weisendes, gewinkeltes Anschlussende vorteilhaft jeweils zwischen den beiden differenziellen Signalkontakten angeordnet.
Zwei einzelne in zwei Modulen nebeneinander angeordnete Kontakte bilden jeweils ein differenzielles Signalpaar. Dem wiederum ein differenzielles Signalpaar gegenüberliegend angeordnet ist. So dass auf jeder Seite einer eingeschobenen Leiterplatte zwei nebeneinanderliegende Leiterbahnen ein differenzielles Signalpaar bilden, die durch eine weitere zur Abschirmung dienenden Leiterbahn getrennt sind.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung mit einem Schnitt auf das Innere eines Leiterplattensteckverbinders,
2 eine perspektivische Darstellung der Anschlussseite des Leiterplattensteckverbinders,
3 eine perspektivische Darstellung der Anschlussseite eines modifizierten Leiterplattensteckverbinders,
4 eine perspektivische Darstellung eines Signalmoduls,
5a eine Ansicht freigestellter Signalkontakte,
5b eine Ansicht eines Isolierkörpers,
5c eine Ansicht des kompletten Signalmoduls,
5d eine Draufsicht auf die Schmalseite des Signalmoduls,
6a eine perspektivische Ansicht auf ein Abschirmmodul,
6b eine Ansicht des Isolierkörpers des Abschirmmoduls,
6c eine Ansicht einer Variante des Abschirmmoduls,
7 eine perspektivische Ansicht von zwei nebeneinander angeordneten Signalmodulen,
8 eine perspektivische Ansicht eines Signalmoduls neben einem Abschirmmodul,
9 eine Sicht auf die Bohrungen einer Leiterplatte für den Leiterplattensteckverbinder mit schematischer Ansicht der Signal- und Abschirmmodule, und
10 eine Querschnittsansicht auf die Anordnung der Leiterbahnen auf einer Leiterplatte.
In der 1 ist in einer perspektivischen, seitlichen Darstellung ein Abschnitt eines Leiterplattensteckverbinders 1 mit einem teilweise aufgeschnittenen Bereich dargestellt.
Der Leiterplattensteckverbinder besteht aus einem Steckgehäuse 2 mit einem steckseitigen Einsteckschlitz 4, zum Einschieben einer Leiterplatte zwischen die in dem geschnittenen Bereich dargestellten scheibenförmigen Modulen 10, 20, die zwischen den Längsseiten 3 des Steckgehäuses in einer bestimmten Reihenfolge angeordnet sind.
Die weiter unten beschriebenen Steckkontakte 12, 22, die in den scheibenförmigen Modulen 10, 20 eingebettet sind, sind gegen ein Verbiegen durch die eingefügte Leiterplatte, jeweils zwischen kammerbildenden Wänden 8' im Steckgehäuse angeordnet.
Die 2 zeigt in einer perspektivischen Darstellung einen Abschnitt auf die Anschlussseite des Steckgehäuses 2, mit den darin aneinandergereihten Modulen 10, 20.
Dabei sind jeweils zwei Signalmodule 10, die Signalkontakte 11 beinhalten, durch ein Abschirmmodul 20 mit einem darin eingebetteten Abschirmkontakt 21 fortlaufend nebeneinander angeordnet.
Weiterhin ist ein Bereich in dem Steckgehäuse 2 gezeigt, aus dem die Module 10, 20 entfernt sind, so dass aus den beiden gegenüberliegenden Längsseiten 3 in das Gehäuseinnere ragende, angeformte Stege 5 ersichtlich sind.
In den durch die beiden Stege 5 gebildeten waagrechten Zwischenraum 6 werden jeweils zwei Signalmodule 10 eingeschoben.
Während in den senkrechten lichten Raum 7 zwischen den Stegen 5 die Abschirmmodule 20 eingesetzt werden.
Weiterhin ist ein Befestigungspfosten 9 zur mechanisch stabilen Halterung des Gehäuses auf einer entsprechenden Leiterplatte vorgesehen.
Die 3 zeigt eine Variante des Steckgehäuses 2, bei der an Stelle der Stege 5 Einsteckschlitze 8 beidseitig innerhalb der Längsseiten 3 vorgesehen sind. Dazu sind die Abschirmmodule 20', die in diese Einsteckschlitze eingeschoben werden, lediglich aus einem flachen Abschirmblech 21 ohne einen umhüllenden Isolierkörper gefertigt. Ansonsten bleibt die Anordnung der Signal- und der Abschirmmodule die gleiche wie bereits in 2 gezeigt. Hierbei ist, anstelle des Pfostens, eine Bohrung 9' zur Aufnahme eines externen hier nicht gezeigten Befestigungsmittels vorgesehen.
Die 4 zeigt in einer perspektivischen Ansicht ein Signalmodul 10.
Das scheibenförmige, aus einem elektrisch nichtleitenden Isolierkörper 14 bestehende Modul umgibt hier zwei unabhängig voneinander eingebettete elektrische Signalkontakte 11, die zwei gegeneinander weisenden, federnde Steckkontakte 12 sowie zwei Anschlussenden 13 aufweisen, die hier als Einpresskontakte ausgeführt sind.
Weiterhin ist in dem Modul auf der Seite der Anschlussenden 13, ein etwa mittig des Isolierkörpers angeordneter Schlitz 18 vorgesehen, in den bei der Montage des Steckverbinders das abgewinkelte Anschlussende 23 des nebenliegenden Abschirmmoduls 20 hineinragt.
In den 5a–5d ist eine Variante zu dem in 4 gezeigten Signalmodul 10 dargestellt.
Dabei zeigt die 5a die beiden Signalkontakte 11 mit den Steckkontakten 12 und den Anschlussenden 13, die hier als Lötkontakte- ausgeführt sind. Zudem ist eine doppelte Abwinklung 19 eingeformt, so dass die gestreckte Form der Signalkontakte beibehalten wird.
Die 5b zeigt die Variation des Isolierkörpers 14, in dem wechselseitig jeweils ein Knopf 16 und eine Ausnehmung 17 auf den beiden Begrenzungsflächen des Isolierkörpers eingeformt sind, mittels derer die Isolierkörper miteinander zentrierbar sind.
In der 5c ist ein komplettes Signalmodul gezeigt.
Die 5d zeigt in einer Draufsicht den hier gestrichelt gezeigten Verlauf der Signalkontakte 11 innerhalb des Isolierkörpers 14, wobei erkennbar ist, dass mittels der Abwinklung 19 – noch innerhalb des Isolierkörpers – nahe dem Austrittsbereich am Anschlussende 13, der Signalkontakt 11 von der mittigen Lage auf der Steckseite asymmetrisch und bündig mit der Außenbegrenzung 15 des Isolierkörpers 14 am Anschlussende geführt ist.
Die 6 zeigt in einer perspektivischen Ansicht das Abschirmmodul 20 in zwei Varianten.
In der 6a ist das scheibenförmige, aus einem elektrisch nichtleitenden Isolierkörper 24 bestehende Modul 20 gezeigt, in dem ein elektrisch leitender, flächiger Abschirmkontakt 21 angeordnet ist.
Die Steckseite weist zwei gegeneinanderweisende, federnde Steckkontakte 22 während das Anschlussende 23 rechtwinklig aus dem Abschirmkontakt 21 herausgebogen ist.
Die 6b zeigt den Isolierkörper 24, in dem eine Ausnehmung 28 für das abgewinkelte Anschlussende 23 vorgesehen ist.
Darüber hinaus sind die jeweils paarweise an den gegenüberliegenden Seiten angeformten, kreisabschnittsförmigen Anpresszonen 26 erkennbar, mittels derer ein sicherer Halt im Steckgehäuse 2 gewährleistet ist.
In der 6c ist eine Variante des Abschirmmoduls 20 gezeigt, bei der die isolierende Hülle des Isolierkörpers 24 weggelassen wurde, und die Anpresszonen 26 direkt an dem flächigen Abschirmkontakt 21 angeformt sind.
Dabei wird das Abschirmmodul in dieser Variante in entsprechende Schlitze 8 in den Längsseiten 3 des Steckergehäuses eingefügt.
In der 7 sind in einer perspektivischen Sicht zwei Signalmodule 10 gemäß der 4 gezeigt, von denen eines um 180° um seine Steckachse gedreht ist.
Legt man die Module dicht aneinander, so sind die Steckkontakte 12, bezogen auf den Isolierkörper 14 symmetrisch eingebettet und gleichmäßig beabstandet nebeneinander angeordnet.
Auch sind die Steckkontakte 12 zur Kontaktierung mit Leiterbahnen auf einer Leiterplatte gleichmäßig in ihrer Höhe angeordnet.
Die Anschlussenden 13 sind dagegen in unterschiedlichen Höhen angeordnet, da sie jeweils im ersten und im dritten Viertel der Isolierkörperhöhe aus dem Isolierkörper heraustreten und bei der hier gezeigten 180°-Drehung jeweils um ein Viertel versetzt in der Höhe angeordnet sind. So erfolgt trotz der unmittelbar benachbarten Anordnung an den Begrenzungsflächen 15 kein direkter Kontakt der Anschlussenden.
In der 8 sind ein Signalmodul 10 und ein Abschirmmodul 20 nebeneinander angeordnet dargestellt.
Dabei ist ersichtlich, wie das abgewinkelte Anschlussende 23 in den Schlitz 18 zwischen die beiden Anschlussenden 13 gelangt. Wobei anzumerken ist, dass das abgewinkelte Anschlussende 13 des Abschirmmoduls in den Schlitz 18 der nächsten zwei benachbarten Signalmodule 10 hineinreicht und damit eine abschirmende Wirkung auf die zwei beidseits angeordneten differenziellen elektrischen Signale ausübt.
Aufgrund der zuvor beschriebenen Kontaktanordnungen wird ein lediglich um die Materialstärke der Anschlussenden 13 versetzte Anordnung der Bohrungen B (0,2 mm) auf einer Leiterplatte L erreicht, wodurch ein günstiges Routing der Leiterbahnen auf der Leiterplatte ermöglicht wird, wie in der 9 gezeigt.
Wobei der Blick quasi durch die Leiteplatte L mit den Bohrungen B hindurch auf die Konturen der Module 10, 20 mit den Anschlussenden 13 für die Signalkontakte S1, S2, S3, S4 und 23 für den Groundanschluss G des Abschirmkontaktes weist.
In der 10 ist in einer stark vergrößerten Ausführung dargestellt, wie die Signalbahnen S und die abschirmenden Leiterbahnen G (Groundanschluss) auf einer Leiterplatte L angeordnet sind. Dabei entsprechen die Leiterbahnen S1 und S2 sowie die Leiterbahnen S3 und S4 jeweils einem differenziellen Leiterpaar oberhalb und unterhalb der Leiterplatte. Daneben ist jeweils eine abschirmende Leiterbahn G angeordnet an die sich ein weiteres Signalleiterpaar anschließt.

Claims

Leiterplattensteckverbinder (1) zur direkten steckbaren Verbindung von Leiterplatten, bestehend aus einem isolierenden Steckgehäuse (2) und darin angeordneten scheibenförmigen Modulen (10, 20, 20') in denen elektrische Kontaktelemente angeordnet sind, wobei Signalkontakte (11) aufweisende Module mit Abschirmkontakte (21) aufweisenden Modulen im Wechsel nebeneinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei, ein differenzielles Paar bildende Signalkontakte (11) durch ein zwischen den Signalpaaren angeordnetes Abschirmmodul (20) zumindest bereichsweise getrennt sind.
Leiterplattensteckverbinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschirmmodul (20) aus einem flächigen Abschirmkontakt (21) gebildet ist, mit angeformten, zur Steckseite weisenden Steckkontakten (22) und mindestens einem rechtwinklig dazu angeordnetem Anschlussende (23).
Leiterplattensteckverbinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschirmmodul (20) aus einem flächigen Abschirmkontakt (21) gebildet ist, umgeben von einem isolierenden Körper (24) und angeformten, zur Steckseite weisenden Steckkontakten (22) und mindestens einem rechtwinklig dazu angeordneten Anschlussende (23).
Leiterplattensteckverbinder nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussende (23) des Abschirmmoduls (20) als ein etwa mittig aus dem Abschirmkontakt (21) rechtwinklig herausgestelltes Teil geformt ist.
Leiterplattensteckverbinder einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschirmmodul (20) jeweils zwischen zwei Signalkontaktmodulen (10) angeordnet ist, wobei das rechtwinklig ausgestellte Anschlussende (23) zwischen den differenziellen Signalkontakten (11) angeordnet ist.
Leiterplattensteckverbinder nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschirmmodul (20) jeweils gegenüberliegende kreisabschnittförmige Anpresszonen (26) aufweist.
Leiterplattensteckverbinder nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das die Signalkontakte aufweisende Modul (10) als scheibenförmiger Isolierkörper (15) ausgebildet ist, in dem elektrische Kontakte (11) eingebettet sind, die gabelförmige, federnde Steckkontakte (12) sowie Anschlussenden (13) aufweisen.
Leiterplattensteckverbinder nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckkontakte (12) im Signalmodul (10) bezogen auf dessen Scheibenbreite, symmetrisch, mittig angeordnet sind, und dass die Anschlussenden (13) asymmetrisch, bündig mit einer der Außenbegrenzungsfläche (15) des Moduls abschließen.
Leiterplattensteckverbinder nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung der Anschlussenden (13) im Signalmodul (10}, bezogen auf dessen Scheibenhöhe, asymmetrisch vorgesehen ist, wobei ein Anschlussende im ersten Viertel und das zweite Anschlussende im dritten Viertel angeordnet ist, während die Steckkontakte (12), bezogen auf die Scheibenhöhe, symmetrisch im Signalmodul angeordnet sind.
Leiterplattensteckverbinder nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eines von zwei nebeneinander angeordneten Signalmodulen (10) um 180° gedreht, um seine in Steckrichtung ausgerichtete Achse neben dem anderen Signalmodul (10) im Steckgehäuse (2) angeordnet ist, so dass die Anschlussenden (13), abwechselnd versetzt um die Materialstärke der Anschlussenden (13), in Bohrungen (B) in der Leiterplatte (L) angeordnet sind.
Leiterplattensteckverbinder nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei nebeneinander angeordnete Signalmodule (10) in einen durch innerhalb des Steckgehäuses (2) angeformte Stege (5) gebildeten Zwischenraum (6) einfügbar sind.
Leiterplattensteckverbinder nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen jeweils zwei Signalmodulen (10) ein Abschirmmodul (20) in dem senkrechten Raum (7) zwischen den gegenüberliegenden Stegen (5) im Steckergehäuse (2) einfügbar ist.
Leiterplattensteckverbinder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Steckgehäuse (2) Einfügeschlitze (8) vorgesehen sind, in die Abschirmmodule (20') einfügbar sind.
Leiterplattensteckverbinder nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolierkörper (14) des Signalmoduls (10) ein zwischen den Anschlussenden (13) angeordneten Schlitz (18) aufweist.