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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft elektronische Verbindungen und insbesondere Verbindungen
für die Hochgeschwindigkeits-Signalübertragung
und deren Steuerung und einen Adapter zur Verwendung damit.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Eine
elektronische Test- und Meßinstrumentenausrüstung wird
verwendet, um eine elektronische Schaltung und elektronische Bauelemente
zu testen. Typischerweise wird ein Instrument wie z.B. ein digitaler
Analysator oder ein digitales Oszilloskop verwendet, um ein Bauelement
unter Test zu testen, indem das Bauelement mit einer elektronischen
oder optischen Sonde, die über
ein Kabel mit dem Instrument verbunden ist, kontaktiert wird. Ein
Verbindungsstecker am Ende des Kabels wird in eine Steckbuchse an
der Fläche
des Instruments eingesteckt, so daß Hochfrequenzsignale von der
Schaltung an der Sonde zur Schaltung im Instrument übertragen
werden.
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Zusätzlich zum
primären
Hochfrequenzsignal, das auf dem Kabel übertragen wird, können andere
Datensignale zwischen der Sonde und dem Instrument übertragen
werden, z.B. um Leistungs- und Steuersignale zur Sonde zu liefern
oder um dem Instrument zu ermöglichen,
das Hochfrequenzsignal nur zu ausgewählten Zeiten aktiv zu überwachen. Solche
Systeme verwenden Mehr-Kontakt-Verbindungsstecker,
wobei mehrere Datenkontakte zu einem koaxialen Verbindungsstecker
an der Instrument/Sonden-Verbindung benachbart liegen. Existierende
Systeme verwenden üblicherweise
BNC-Verbindungsstecker für
das Hochfrequenzkabel, wobei ein Verbindungssteckergehäuse am Kabel
mehrere Pogostifte trägt,
die sich in Richtung von leitenden Kontaktflecken am Instrument
erstrecken. Um das Kabel zu befestigen und um eine Ausrichtung vorzusehen, haben
sich BNC-Verbindungsstecker als wirksam erwiesen. Einige Abtastoszilloskope
und andere Vorrichtungen verwenden SMA-Verbindungsstecker mit einem separat
verbundenen Bus für
Leistungs- und Datensteuersignale.
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BNC-Verbindungen
verwenden starre Hülsen
auf jeder Seite, die teleskopisch miteinander in Eingriff stehen,
um die Winkelanordnung des Kabelverbindungssteckers an dem am Leiterplattenträger montierten
Verbindungsstecker zu begrenzen. Eine robuste mechanische Stütze ist
wichtig, da Sondenkabel schwere Gehäuse am Verbindungssteckerende
aufweisen können,
um die elektronische Schaltung unterzubringen. Außerdem weisen
BNC-Verbindungsstecker
ein Bajonettverbindungssystem auf, das eine Drehausrichtung des
Verbindungssteckergehäuses
vorsieht und das verwendet werden kann, um ein ungewolltes Herausziehen
zu verhindern. Obwohl sie in einigen Hochfrequenzbereichen wirksam sind,
verschlechtern BNC-Verbindungsstecker
Signale für
Frequenzen oberhalb etwa 1–3
GHz in Abhängigkeit
von den Systemanforderungen und vom Schaltungsentwurf.
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Daher
werden alternative hochfrequenztolerante Verbindungsstecker verwendet,
um eine Signalintegrität
für Frequenzen
oberhalb dieses Bereichs sicherzustellen. Gewindeverbindungsstecker einiger
Arten wie z.B. der SMA-Standard können eine angemessene Hochfrequenzleistung
(~12–20
GHz) bereitstellen, aber Gewindeverbindungsstecker eignen sich nicht
für Anwendungen
mit zusätzlichen
Datenverbindungen, da das Verbindungssteckergehäuse und die Datenkontakte einen
Zugang verhindern, der erforderlich ist, um den Gewindeverbindungssteckerteil
zu drehen. Ein Aufschieb- oder Blindkontakt-Verbindungsstecker wie z.B. der BMA-Standard stellt
eine geeignete Hochfrequenzleistung bereit und vermeidet die Inkompatibilität von Gewindeverbindungssteckern
mit umgebenden Datenverbindungssteckergehäusen.
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BMA-Verbindungsstecker
sind jedoch für eine
Beschädigung
anfällig,
wenn sie mit mehr als einer mäßigen Kraft
in einem Winkel angeordnet werden, und sehen keinen Verriegelungs-
oder Haltemechanismus vor. Der Abschirmungs- oder Erdkontakt an
einem Buchsenteil eines BMA-Verbindungssteckers besteht aus einer
zylindrischen Kammer mit einer inneren Seitenwand, die mit winzigen
Blattfedern ausgekleidet ist, die einem eingesetzten Steckerabschirmungskontakt
entsprechen. Diese Formengleichheit und Flexibilität stellt
die Hochfrequenzleistung selbst bei einer geringfügigen Winkelfehlausrichtung
bereit. Die empfindlichen Blattfederkontakte können jedoch durch mäßige Winkelkräfte am Verbindungsstecker
beschädigt
werden, was einen BMA-Verbindungsstecker für Labors, in denen ein vorstehender
Verbindungsstecker gestoßen
oder niedergedrückt
werden kann, ungeeignet macht.
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US-A-5
888 101, die als nächster
Stand der Technik betrachtet wird, offenbart einen elektrischen Verbindungsstecker
mit zwei Teilen, jeweils mit einem rechteckigen Mantel, der Kontaktelemente
umgibt, die koaxiale Kontaktelemente umfassen können, die gepaart werden, wenn
die Teile zusammengefügt
werden. Die Außenseite
von einem Mantel und die Innenseite des anderen sind in den Ecken vergrößert, so
daß die
zwei Mäntel
nur gepaart werden können,
wenn sie aneinander angepaßt
präsentiert
werden, wodurch das Risiko verringert wird, daß die Kontaktelemente eines
Teils versehentlich vom Mantel am anderen Teil kontaktiert werden.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
Aspekte der vorliegenden Erfindung sind in den zugehörigen Ansprüchen dargelegt.
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung stellt eine elektronische Verbindungsanordnung mit
einer koaxialen Hochgeschwindigkeitsverbindung für eine koaxiale Übertragungsleitung
mit einem zentralen Signalleiter und einem umgebenden Abschirmungsleiter
bereit. Die koaxiale Verbindung weist eine Steckerseite und eine
Buchsenseite auf, wobei die Buchsenseite eine Abschirmungshülse mit einer
Kammer umfaßt,
die einen Steckerabschirmungskontakt auf der Steckerseite aufnimmt.
Die Abschirmungshülse
weist einen Kontakt mit einem nachgiebigen Teil auf, der den Steckerabschirmungskontakt
biegsam ergreift. Eine mechanische Ausrichtungseinrichtung umfaßt einen
eng ineinandergreifenden Hohlraum und Körper, die jeweils an einer
jeweiligen Stecker- oder Buchsenseite der Verbindung angebracht
sind. Eine Verkeilungsanordnung mit Vorsprungselementen und Öffnungselementen
kann im Hohlraum und Körper
enthalten sein, um einen selektiven Eingriff des Hohlraums und des
Körpers
bereitzustellen. Zusätzliche
Daten- und möglicherweise Leistungsverbindungsstecker
können
im Hohlraum und Körper
enthalten sein. Ein Adapter, der verschiedene Arten von Verbindungssteckern
mit einer oder der anderen der Stecker- oder Buchsenseite der koaxialen
Verbindung verbindet, kann unter Verwendung des einen oder des anderen
des Hohlraums oder Körpers
der mechanischen Ausrichtungseinrichtung konstruiert sein.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine perspektivische Ansicht eines Instruments und einer befestigten
Sonde gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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2 ist
eine perspektivische Ansicht einer Sondenverbindung gemäß dem Ausführungsbeispiel von 1.
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3 ist
eine perspektivische Ansicht einer Leiterplattenträgerverbindung
gemäß dem Ausführungsbeispiel
von 1.
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4 ist
eine perspektivische Rückansicht der
Sonden- und Leiterplattenverbindungen gemäß dem Ausführungsbeispiel von 1.
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5 ist
eine perspektivische Ansicht der Sonden- und Leiterplattenträgerverbindung
mit einer alternativen Kerben- und Rippengestalt.
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6 ist
eine vergrößerte Schnittansicht entlang
der Achse des Verbindungssteckers.
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7 ist
eine Ansicht der Verbindung von 1 in auseinandergezogener
Anordnung.
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8 ist
eine Seitenschnittansicht der Verbindung von 1 entlang
einer Mittellinie.
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9A-9D sind
perspektivische Ansichten der Verbindungssteckeradapter, die mit
der Verbindung von 3 kompatibel sind.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG EINES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
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1 zeigt
ein elektronisches Instrument wie z.B. ein digitales Oszilloskop 10 mit
einer angeschlossenen Sonde 12 zum Testen einer Schaltung oder
eines Bauelements unter Test 14. Die Sonde umfaßt ein Kabel 16,
das sich zu einem Sondenverbindungsgehäuse 20 erstreckt.
Das Kabel umfaßt vorzugsweise
einen einzelnen koaxialen Draht mit einem zentralen Signalleiter
und einem umgebenden Erdungs- oder Abschirmungsleiter. Das Kabel
umfaßt
ferner einen Bus mit mehreren Leitungen zum Übertragen von Steuersignalen
und Leistung zwischen der Sonde und dem Instrument. Das Gehäuse 20 ist
entfernbar mit einer von mehreren Verbindungsbuchsen 22 an
der Frontplatte 24 des Instruments verbunden und kann eine
Schaltung enthalten, die zum Vorsehen einer Verbindung vom Kabel zum
Instrument erforderlich ist.
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Die 2, 3, 4 und 5 stellen die
mechanischen Elemente dar, die die elektronische Verbindungsanordnung
der vorliegenden Erfindung implementieren. Wie in 2 gezeigt,
ist das Sondenverbindungsgehäuse
mit einem Verbindungskörper 26 abgeschlossen,
der elektrische Verbindungsstecker für eine effektive Hochgeschwindigkeitssignal-
und -datenübertragung
und Strukturausrichtungsmerkmale für eine sichere und ausgerichtete
mechanische Verbindung mit dem Instrument umfaßt. Der Körper ist ein mäßig langgestrecktes
starres Element, das vorzugsweise aus einem stabilen Material wie
z.B. mit Nickel plattiertem Zink, druckgegossenem Aluminium oder
dergleichen besteht. Der Körper 26 weist
eine Rückfläche 30,
die mit dem Sondenverbindungsgehäuse 20 verbunden
ist, und eine parallele Vorderfläche
oder Nase 32, die der entgegengesetzten Richtung zugewandt
ist, senkrecht zu einer Verbindungssteckerachse 34 auf.
Die restliche obere Wand 36, untere Wand 40 und
Seitenwände 42, 44 verleihen
dem Körper
einen ungefähr
rechteckigen Querschnitt, der über
die Länge
des Körpers zwischen
der Vorder- und der Rückfläche minimal schwankt,
abgesehen von Merkmalen, wie nachstehend angegeben. Um die Herstellung
durch einen Gießprozeß zu erleichtern
und um eine eng ineinandergreifende mechanische Verbindung bereitzustellen,
ist der Körper
so verjüngt,
daß er
an der Nase 32 geringfügig
kleiner ist.
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Der
Körper 26 umfaßt eine
Ausrichtungskerbe 46 an jeder Seitenwand 42, 44.
Jede Kerbe weist ein langgestrecktes, trapezförmiges Profil auf, das sich
von der Vorderfläche 32 erstreckt
und sich parallel zur Achse 34 erstreckt. Das ferne Ende
jeder Kerbe 46 umfaßt
eine abgesetzte Führung 47,
die so hergestellt ist, daß sie
Größentoleranzen
schließt,
so daß sie
die Enden von entsprechenden Keilen eng einfügt, wie nachstehend erörtert wird.
Die Kerben 46 sind von der horizontalen Mittellinie des
Körpers 26 versetzt,
um das Einsetzen des Körpers 26 um
180 Grad aus der Position gedreht in die Verbindungssteckbuchsen 22 zu
verhindern. Der Körper 26 umfaßt ferner
Ausrichtungskeile 50, die am besten in 4 zu
sehen sind, an der oberen und der unteren Wand 36, 40,
die so hergestellt sind, daß sie
Größentoleranzen
schließen,
so daß sie
sich an die Enden entsprechender Kerben eng anpassen, wie nachstehend
erörtert
wird. Die abgesetzten Führungen 47 und
die Ausrichtungskeile 50 sind bezüglich der Nasenfläche 32 angepaßt, so daß die Führungen
und Keile mit den entsprechenden Keilen und Kerben gleichzeitig
in Eingriff kommen.
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Die
obere Fläche 36 des
Körpers
legt eine Öffnung
fest, durch die eine federbelastete Exzenterverriegelung 52 hervorragt.
Die Exzenterverriegelung ist von einer Höhe, die mit der Oberfläche 36 bündig ist,
an einer Vorderkante zu einer vorstehenden Hinterkante abgeschrägt. Ein
Verriegelungsknopf 54, der sich vom Gehäuse 20 erstreckt,
steht mit der Verriegelung mechanisch in Eingriff, so daß das Drücken des
Knopfs die Verriegelung in den Körper
zurückzieht,
um die Trennung des Verbindungssteckers zu ermöglichen, wie nachstehend erörtert wird.
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Die
obere und die untere Oberfläche 36, 40 umfassen
entgegengesetzte und symmetrisch angeordnete Sperrrampen 56.
Jede Rampe weist eine abgeschrägte
vordere Rampenfläche 60 und
eine abgeschrägte
hintere Rampenfläche 62 auf,
die so ansteigen, daß sie
sich an einer Leiste oder einem Scheitel 64 treffen, welcher
geringfügig
abgerundet ist. Die Rampen sind in die Oberflächen vertieft, so daß der Scheitel
nicht über
die Oberfläche
hervorragt. Jeder Scheitel legt eine Linie fest, die zur Oberfläche 36, 40 parallel
ist, in der die Rampe festgelegt ist, und zur Nasenoberfläche 32 des
Körpers
parallel ist. Die Rampen- und Scheitelflächen sind vorzugsweise mit
einer glatten oder polierten Oberflächengüte ausgebildet, um den Verschleiß während Verriegelungsvorgängen, die
nachstehend erörtert
werden, zu verringern.
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Die
Fläche 32 des
Körpers
legt Öffnungen
für zwei
verschiedene elektrische Verbindungsstecker fest. Eine erste Öffnung 66 sieht
einen Zugang zu einer Leiterplatte 70 vor, die innerhalb
einer Kammer montiert ist, die durch den Körper festgelegt ist, und eine
Kontaktfläche
aufweist, die durch die Öffnung 66 hindurch
zugänglich
ist. Die Platte 70 weist eine Matrix von freigelegten leitenden
Kontaktflecken auf, die mit einer Schaltung im Gehäuse 20 und/oder
mit der Sonde verbunden sind. Einige der Kontaktflecken können in
einem Muster verbunden sein, das für einen Gegenverbindungsstecker
elektrisch identifizierbar ist, welcher die Kontaktflecken kontaktiert,
wie nachstehend erörtert
wird. Diese Option ermöglicht dem
Instrument, einen korrekten Sondenverbindungsstecker zu identifizieren,
selbst wenn die Datenkontaktflecken nicht mit der Sonde oder einer
anderen Schaltung verbunden sind, wie z.B. in weniger raffinierten,
aber kompatiblen Sonden. Alternativ kann die Sondenschaltung einen
EPROM oder ein anderes nicht-flüchtiges
Bauelement aufweisen, um Identifikationsmerkmale bereitzustellen.
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Eine
Steckerseite 72 eines Standard-BMA- oder Blindkontakt-Verbindungssteckers,
wie z.B. von M/A-Com Division of Amp, Inc., Lowell, MA, hergestellt
und vertrieben, ist in einer Aussparung 74 montiert, die
im Körper
festgelegt ist, und erstreckt sich parallel zur Achse 34.
Die BMA-Steckerseite umfaßt einen
Abschirmungshülsenteil 76 mit
einem verjüngten äußeren Teil 80 am
freien Ende, der sich zu einer Höhe
erstreckt, die geringfügig
unter die Fläche 32 vertieft
ist, um eine Beschädigung
des Verbindungssteckers zu verhindern. Ein zentraler Signalleiter 81 weist
einen Basisteil 82 und einen sich erstreckenden freien
Endteil 84 auf, der zum Abschirmungshülsenteil koaxial ist. Der freie
Endteil 84 weist einen schmäleren Durchmesser auf als der
Basisteil, was einen Absatz 86 bereitstellt, der der vorderen
Richtung zugewandt ist. Das freie Ende des Leiters 81 ist unter
den Abschirmungsteil 76 vertieft, um eine Beschädigung zu
verhindern und sicherzustellen, daß die Abschirmung verbunden
ist, wenn der Signalleiter Kontakte herstellt und unterbricht, wie
nachstehend erörtert
wird.
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3 zeigt
die am Instrument montierte Steckbuchse 22, die ein starrer
Kunststoffkörper, druckgegossenes
Aluminium oder dergleichen sein kann, die die Buchsenseite des Verbindungssteckers bildet
und die den Sondenverbindungssteckerkörper 26 aufnimmt.
Die Steckbuchse ist eine Vertiefung oder ein kastenförmiger Körper mit
einer offenen Seite, die von der Instrumentenfrontplatte 24 abgewandt ist,
und mit einer offenen Seite, die einer Bodenplatte 94 zugewandt
ist, was im wesentlichen eine Röhre mit
rechteckigem Querschnitt bereitstellt. Die Steckbuchse 22,
die in 4 deutlicher dargestellt ist, weist in dieser
ausgebildete Haltemutterkanäle 170 auf,
wobei jeder Kanal eine Bohrung 172 aufweist. Eine Haltemutter 174 wird
in jedem der Kanäle 170 gehalten,
wobei die Gewindebohrung der Mutter auf die entsprechende Kanalbohrung 172 ausgerichtet wird.
Die Platte 94 ist vorzugsweise ein geprägtes Metallblech, das nur in
dem Ausmaß durchdrungen ist,
das erforderlich ist, um Befestigungslöcher und Löcher für den elektrischen Verbindungsstecker
vorzusehen, um eine EMI-Ableitung zu vermeiden. Gewindebolzen (nicht
dargestellt) werden durch die Befestigungslöcher geführt und lassen sich auf die
Haltemuttern 174 schrauben, um die Steckbuchse 22 an der
Frontplatte 24 zu befestigen.
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Die
Steckbuchse 22 weist einen Rand 90 auf, der von
der Platte 24 hervorragt, und weist Seitenwände 92 auf,
die sich zum Boden 94 erstrecken, der gut unterhalb den
Rand und die Platte vertieft ist. Jede Seitenwand 92 weist
einen langgestreckten Keil 96 auf, der sich vom Rand in
Richtung des Bodens 94 erstreckt, wobei die Enden 97 von
jedem Keil genau bemessen sind, um eine entsprechende abgesetzte Führung 47 in
der Kerbe 46 am Sondenverbindungssteckerkörper 26 eng
aufzunehmen. Die Länge
der Kerben 46 im Körper 26 ist übergroß, so daß die Keile 96 nicht
in den Kerben 46 anliegen, bevor der BMA-Verbindungsstecker
vollständig
verbunden ist, wie nachstehend erörtert wird. Außerdem ist
die Tiefe, in die jede Kerbe 46 unter die Ebene der Seitenwand 42, 44 vertieft
ist, in welcher sie ausgebildet ist, leicht übermäßig, um einen angemessenen
Zwischenraum vorzusehen. Die Steckbuchse 22 umfaßt ferner
Kerben 98, die in der Oberseite und der Unterseite des
Randes 90 ausgebildet sind und die mit den Keilen 50 am
Körper 26 in
Eingriff kommen. Die Breiten der abgesetzten Führungen 47, der Keilenden 97, der
Keile 50 und der Kerben 98 werden eng gesteuert,
so daß eine
präzise
Positionierung des Körpers relativ
zum Steckbuchsenrand in sowohl der vertikalen als auch der horizontalen
Richtung bereitgestellt wird, selbst wenn die Gesamtabmessungen
des Körpers
und der Steckbuchse nicht so eng eingeschränkt sind.
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Die
Keile und Kerben in der Steckbuchse und im Körper können umgekehrt werden, wie
in 5 gezeigt. Der Körper 26 umfaßt einen
Ausrichtungskeil 220 an jeder Hauptfläche 36, 40, 42, 44 des Körpers. Jeder
Keil weist ein langgestrecktes, rechteckiges Profil auf und erstreckt
sich parallel zur Achse 34. Die Keile sind zum Schließen von
Größentoleranzen
hergestellt, so daß sie
eng in entsprechende Kerben passen, wie nachstehend erörtert wird.
Die Keile werden aneinander angepaßt, so daß die Vorderenden 222 aller
Keile gleich von der Nasenfläche 32 beabstandet
sind. Jede Seitenwand 92 der Steckbuchse 22 legt
eine langgestreckte Kerbe 224 am Rand 90 fest,
wobei jede Kerbe genau bemessen ist, um einen entsprechenden Keil 220 am
Sondenverbindungssteckerkörper 26 eng
aufzunehmen. Die Länge
jeder Kerbe 224, das heißt, die Tiefe, in die sie sich
in die Steckbuchsenkammer erstreckt, ist übergroß, so daß die Keile 220 nicht
in den Kerben 224 anliegen, bevor der BMA-Verbindungsstecker
vollständig
verbunden ist, wie nachstehend erörtert wird. Außerdem ist
die Tiefe, in die jede Kerbe 224 unter der Ebene der Wand
vertieft ist, in der sie ausgebildet ist, geringfügig übermäßig, um
einen angemessenen Zwischenraum vorzusehen. Wie das vorher beschriebene
Ausführungsbeispiel
werden die Breiten der Kerben und Keile eng gesteuert, so daß eine genaue
Positionierung des Körpers
relativ zum Steckbuchsenrand vorgesehen wird, selbst wenn die Gesamtabmessungen
des Körpers
und der Steckbuchse nicht so eng eingeschränkt sind. In anderen Ausführungsbeispielen
kann jede Seite sowohl Kerben als auch Keile aufweisen, wobei die
andere einen entgegengesetzten Satz von entsprechenden Elementen
aufweist.
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Somit
ermöglicht
die Kerben- und Keilanordnung das Einsetzen und das Herausziehen
entlang der Achse 34, schränkt jedoch eine seitliche Verschiebung
in den durch die Frontplattenebene 24 festgelegten zwei
Freiheitsgraden sowie dem Drehfreiheitsgrad um die Achse ein. Der
restliche Verschiebungsfreiheitsgrad (entlang der Achse) wird durch
den Sperrmechanismus eingeschränkt
und die restlichen Drehfreiheitsgrade (seitliche und horizontale
Biegung des Sondenverbindungssteckerkörpers senkrecht zur Frontplatte)
werden durch den verbundenen BMA-Verbindungsstecker eingeschränkt, wie nachstehend
erörtert
wird.
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4 zeigt
repräsentativ
angeordnete Vorsprünge 176,
die sich von der Vorderfläche 32 des Verbindungskörpers 26 erstrecken
und die mit entsprechenden Öffnungen 178,
die in einem sich nach unten erstreckenden Vorsprung 180 ausgebildet sind,
welcher in der Steckbuchse 22 ausgebildet ist, in Eingriff
kommen. Die Vorsprünge 176 und
die Öffnungen 178 ermöglichen
den Ausschluß von
inkompatiblem Sondenverbindungssteckern von einer unzweckmäßigen Verbindung
mit dem Instrument. Die Vorsprünge
im Verbindungssteckerkörper 26 müssen die
entsprechenden Öffnungspositionen
wie die Steckbuchse 22 aufweisen, damit das Einsetzen ermöglicht wird.
Obwohl 4 zwei Vorsprünge
und Öffnungen
zeigt, kann eine Anordnung von Vorsprüngen und Öffnungen im Verbindungskörper 26 und
in der Steckbuchse 22 ausgebildet sein, um eine Familie
von Verbindungen mit verschiedenen Verkeilungsanordnungen bereitzustellen.
Die Anordnung von Vorsprüngen
kann mit einer Anordnung von Öffnungen
im Verbindungskörper 26,
die langgestreckte Zapfen aufnehmen, die sich an der Vorderfläche 32 des
Körpers 26 vorbeierstrecken,
implementiert werden. Die Zapfen können in der Anordnung angeordnet
werden, um eine Anzahl von eindeutigen Mustern zu erzeugen. Die
Anordnung von Öffnungen
kann im Vorsprung 180 der Steckbuchse 22 implementiert werden.
Kunststoffeinsätze
werden in Öffnungen
eingesetzt, die nicht der Zapfenanordnung der Vorsprungsanordnung
entsprechen. Ein beliebiger Verbindungskörper 26 mit einer
Zapfenanordnung, die nicht der Öffnungsanordnung
entspricht, kann nicht mit einer inkompatiblen Steckbuchse 22 elektrisch verbunden
werden. Die vielen möglichen
Positionen der Vorsprünge
und Öffnungen
und die Option der Verwendung eines Vorsprungs oder einer Öffnung auf
beiden Seiten des Verbindungssteckers ermöglicht unzählige Anordnungen, um sicherzustellen, daß nur die
vorgesehenen Sonden mit einer gegebenen Buchse verbunden werden
können.
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Eine
alternative Konfiguration für
die Öffnungsanordnung
besteht darin, den Vorsprung 180 von der Steckbuchse 22 zu
entfernen und die Öffnungsanordnung
in der Frontplatte 24 des elektronischen Instruments 10 auszubilden.
Die Zapfen in der Vorsprungsanordnung erstrecken sich in die Öffnungen
in der Frontplatte 24. Kunststoff- oder Metalleinsätze werden
in die Öffnungen
in der Frontplatte 24 eingesetzt, um die Anordnung zum
Zapfenmuster der Vorsprungsanordnung zu gestalten. Wie erwartet werden
würde,
wären die
Zapfen in dieser Konfiguration länger
als jene in der vorher beschriebenen Konfiguration.
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Wenn
man zu 3 zurückkehrt,
ragt ein symmetrisch entgegengesetztes Paar von federbelasteten
Sperren 100 in die Steckbuchsenkammer durch Öffnungen,
die in der oberen und der unteren Wand der Steckbuchse festgelegt
sind, in einer Linie mit einer vertikalen Mittelebene. Jede Sperre
weist eine Dachform mit abfallenden Flächen, die zu abgerundeten Scheitelleisten
ansteigen, auf, wobei die Abschrägungen
so ausgewählt
sind, daß sie
den Oberflächen
der Sperrampen 62 am Körper 26 entsprechen.
Die Abschrägungen
sind festgelegt, um eine geringere Einsetzkraft und eine größere Herausziehkraft
vorzusehen, indem an der Rampenfläche 60 und der entsprechenden
Sperrfläche
eine sanftere Abschrägung
verwendet wird als an der Rampenfläche 62 und ihrer entsprechenden
Sperrfläche.
Die abgerundeten Scheitel und engen mechanischen Toleranzen der
Körper/Steckbuchsen-Grenzfläche stellen
sicher, daß die
Sperren nahe dem Scheitel mit einer Sperre an der eingesetzten Seite
des Scheitels und der anderen an der herausgezogenen Seite keinen
stabilen Zustand erreichen. Folglich stellen die Sperren sicher,
daß der
Verbindungsstecker entweder vollständig verbunden ist oder angemessen
herausgezogen ist, um einen unerwünschten teilweisen elektrischen
Kontakt zu vermeiden, wie nachstehend erörtert wird.
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Zwei
elektrische Verbindungssteckerkomponenten sind am Boden 94 und
innerhalb der Steckbuchse montiert, wobei jede Komponente das Gegenstück eines
Verbindungssteckers am Körper
ist. Eine Matrix von federbelasteten Pogostiften 102 ist so
angeordnet, daß sie
mit den Kontaktflecken der Leiterplatte 70 zur Deckung
kommen. Die Stifte weisen einen Bewegungsbereich mit geeigneter
Vorspannungskraft auf, um dem Bedart Rechnung zu tragen, daß der BMA-Verbindungsstecker
frei ist, um die Einsetztiefe der Verbindung festzulegen. Eine Buchsenseite 104 des
BMA-Verbindungssteckers ist an der Bodenplatte 94 montiert
und ist in 6 genauer gezeigt. Der Verbindungsstecker
weist eine zylindrische Hülse 106 auf,
die eine zylindrische Kammer 107 festlegt.
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Die
Seitenwände
und der Boden der Kammer sind mit einer Blattfederhülse 110 mit
Seitenfedern 112, die sich geringfügig in die Kammer biegen, und
Endfederteilen 114, die sich vom Boden in die Kammer biegen,
ausgekleidet. Die Seitenfedern ergreifen den Steckerabschirmungsteil 76 nachgiebig, selbst
wenn er etwas in einem Winkel verschoben wäre. Für den BMA-Standard werden Verschiebungen
von bis zu 5 Grad ohne Verschlechterung der Verbindung toleriert.
Eine solche Verschiebung kann jedoch eine Beschädigung der empfindlichen Federn verursachen,
wie vorstehend angemerkt. Die Endfederteile sehen einen nachgiebigen
Kontakt mit der Stirnfläche 116 der
Steckerabschirmung vor, der einen kleinen Bereich von Einsetztiefen
toleriert, so daß die
Signalverbindung die genaue Einsetztiefe festlegen kann. Ein zentraler
Signalleiter 120 ist eine starre Hülse mit einer Bohrung 122,
die bemessen ist, um den freien Endteil 84 des Steckerseitenleiters eng
aufzunehmen. Nachgiebige Federteile (nicht dargestellt) kleiden
die Bohrung aus, um einen effektiven ohmschen Kontakt vorzusehen.
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Der
Leiter 120 weist eine freie Stirnfläche 124 auf, die in
einer angemessenen Tiefe unter die freie Stirnfläche 126 der Abschirmungshülse 106 vertieft
ist, um ihn gegen eine Beschädigung
zu schützen.
Außerdem
erstreckt sich die Hülse
in einem angemessenen Abstand relativ zum Signalleiter, um sicherzustellen,
daß der
Abschirmungskontakt bereits hergestellt ist, wenn der Signalkontakt
verbindet, und immer noch hergestellt ist, wenn der Signalkontakt trennt.
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Das
Einsetzen des Körpers 26 in
die Steckbuchse 22 positioniert die Keile 96 in
der Steckbuchse 22 in den Kerben 46 im Körper 26.
Fortgesetztes Einsetzen des Körpers 26 in
die Steckbuchse verursacht, daß der
Steckerabschirmungsteil 76 in die zylindrische Buchsenkammer 107 gelangt.
Die nachgiebigen Seitenfedern 112 ergreifen den Steckerabschirmungsteil 76,
um den freien Endteil 84 des Steckersignalleiters 81 auf
die Bohrung 122 des zentralen Buchsensignalleiters auszurichten.
Das fortgesetzte Einsetzen des Körpers 26 in
die Steckbuchse 22 bringt die Enden 97 der Keile 96 mit
den abgesetzten Führungen 47 der
Kerben 46 in Eingriff. Ebenso kommen die Keile 50 an
der Oberseite und Unterseite des Körpers mit den Kerben 98 im
Rand 90 in Eingriff. Der Verbindungsstecker ist vollständig eingesetzt,
wie nachstehend mit Bezug auf 8 erörtert wird,
wenn der Absatz 86 gegen die Fläche 124 des Buchsensignalleiters
drückt.
Wenn der Absatz 86 gegen die Fläche 124 des Buchsensignalleiters
gedrückt
wird, drückt
die Stirnfläche 116 der
Steckerabschirmung die Endfederteile 114 der Blattfederhülse 110 herab.
Die Federsperren sehen diese Vorspannungskraft vor.
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7 zeigt
zusätzliche
mechanische Details, wobei die Verriegelung 52 und die
Taste 54 mit einem Verriegelungsrahmen 126 zum
Gleiten bezüglich
einer Gehäusestirnplatte 130,
die am Gehäuse 20 montiert
ist und an welcher der Körper 26 montiert ist,
verbunden sind. Ein hinteres Ende 132 der Steckerseite des
BMA-Verbindungssteckers 72 verläuft durch ein Loch in der Platte,
so daß er
sich zur Verbindung mit einer Schaltung im Gehäuse oder mit dem Kabel in das
Gehäuse 20 erstreckt.
Das hintere Ende ist mit einem Standard-SMA-Gewindeverbindungsstecker dargestellt,
obwohl eine beliebige Art verwendet werden kann, einschließlich BNC-,
BMA-, N- oder irgendeines hochfrequenzfähigen Verbindungssteckers.
Die Sperrampe 56 ist gezeigt, welche die verschiedenen
Abschrägungen
darstellt, die erforderlich sind, um eine größere Herausziehkraft als Einsetzkraft
vorzusehen.
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Die
Federsperren 100 sind jeweils an einer langgestreckten
Stange 134 montiert. Jede Stange erstreckt sich geringfügig weiter
als die Breite der Buchse, wobei eine Stange oberhalb der oberen Wand
und die andere unterhalb der unteren Wand angeordnet ist. Die Stangen
sind durch Kanalwände 135 positionsmäßig eingeschränkt, welche
sich von der oberen und der unteren Oberfläche der Steckbuchse erstrecken.
Eine Schraubenzugfeder 136 ist auf jeder Seite der Steckbuchse
angeordnet, wobei die Enden jeder Feder mit den sich erstreckenden Enden
der Stangen verbunden sind, um die Stangen zusammen vorzuspannen.
Wenn die Stangen so vorgespannt sind, werden die Sperren zueinander
hin vorgespannt. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Sperren
Kunststoff und mit langgestreckten Kunststoffbalken 140,
die die Metallverstärkungsstangen 142 aufnehmen,
einteilig. Alternativ können feste
Federhalteflächen über den
Sperren 100 festgelegt sein, wobei Druckfedern zwischen
den Federhalteflächen
und den Sperren 100 eingespannt sind. Eine Aussparung 141 ist
in den Steckbuchsenseitenwänden
hinter jeder Feder 136 ausgebildet, die einen Schaumeinsatz 143 mit
hoher Dichte enthält,
wie z.B. von Rogers, Corp. East Woodstock, CT, unter dem Handelsnamen
Poron hergestellt und vertrieben. Die Einsätze 143 dämpfen ein übermäßiges Federgeräusch während des
Einsetzens und der Entfernung des Körpers 26 in die bzw.
aus der Steckbuchse 22.
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8 zeigt
den Verbindungsstecker in einem vollständig eingesetzten Zustand.
Ein Verbindungskabel 144, vorzugsweise eine flexible Schaltung,
ist mit der Leiterplatte 70 verbunden, die durch eine Schraube,
Vernieten oder dergleichen mechanisch am Körper befestigt ist. Das Daten-
und das Leistungskabel sind mit der Schaltung (nicht dargestellt)
im Sondenverbindungsgehäuse 20 verbunden. Der
Pogostift-Verbindungsstecker 102 weist feste Zuleitungen
auf, die sich in das Instrument erstrecken und an die eine Leiterplatte 146 gelötet ist,
wobei ein sich erstreckendes Datenkabel 150 mit der Schaltung
im Instrument 10 verbunden ist. Alternativ können die
Pogostift-Verbindungsstecker 102 direkt an eine Frontplatten-Leiterplatte
gelötet
werden. Das Sondenkabel 16 ist mit der Steckerseite 72 des
BMA verbunden, was so gezeigt ist, daß der Absatz vollständig an
der Fläche
des Buchsensignalleiters anliegt. Ein Instrumentensignalkabel 152 ist
mit der Rückseite
der Buchsenseite 104 verbunden und verbindet mit der Schaltung
im Instrument. Um den Absatz 84 der Steckerseite des BMA
gegen die Buchsenfläche 124 vorzuspannen,
sind die Sperren so angeordnet, daß die Sperren nicht an der
flachen Oberfläche
des Körpers
anliegen, sondern auf die abgeschrägte Rampenfläche drücken. Dies
erzeugt die axiale Vorspannungskraft, die erforderlich ist, um eine
geeignete Hochfrequenzverbindung sicherzustellen.
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Die
Federvorspannung am Verriegelungsrahmen 126 wird durch
eine Schraubendruckfeder 154 bereitgestellt, die zwischen
einen Teil des Verriegelungsrahmens und einen festen Arm 156,
der sich axial von der Platte 130 erstreckt, eingespannt
ist. Eine Kerbe 160 steht mit der Verriegelung in Eingriff, um
ein versehentliches Herausziehen zu verhindern. Der Verriegelungsmechanismus
ist vom Sperrmechanismus unabhängig.
Das heißt,
die Kombination der Sperrampen 60 und 62 am Verbindungskörper 26 mit
den Federsperren 100 an der Steckbuchse 22 sieht
eine angemessene Verriegelungskraft vor, um den Verbindungskörper 26 innerhalb
der Steckbuchse 22 ohne den Bedarf für die Verriegelung 52 und die
Taste 54 zu befestigen. Der Verriegelungsmechanismus ist
im bevorzugten Ausführungsbeispiel
als sekundärer
Schutz gegen eine versehentliche Entfernung des Sondenverbindungsgehäuses vom
elektronischen Instrument 10 vorgesehen. Die Verriegelungskonstruktion
ist auch insofern einzigartig, als sie ein "ausfallsicheres" Merkmal aufweist. Wenn der Benutzer
versucht, die Vorrichtung zu entfernen, ohne die Verriegelungstaste
zu drücken,
ist die Verriegelungskonstruktion derart, daß sie "außer
Eingriff kommt" und
die Vorrichtung sich löst,
bevor eine Beschädigung
am Verriegelungs- oder Haltemechanismus passiert. Dies wird teilweise
durch den Rampenwinkel an der Vorderfläche des beweglichen Teils des Verriegelungsmechanismus
gesteuert. In Abhängigkeit
von der Sondenanwendung kann der Verriegelungsmechanismus im Sondenverbindungsgehäuse nicht
verwendet werden.
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Die 9A, 9B und 9C zeigen
verschiedene Verbindungssteckeradapter 200A, 200B, 200C,
die dazu ausgelegt sind, Standardverbindungsstecker mit der vorstehend
im bevorzugten Ausführungsbeispiel
beschriebenen speziellen Verbindungssteckerbuchse zu koppeln. Diese
ermöglichen,
daß eine
Verbindungsvorrichtung für
eine allgemeine Sonde oder eine andere Schaltung unter Test, die
nicht für
das Instrument ausgelegt ist, ein Signal zum Instrument liefert.
Insbesondere da der Hochfrequenz-Verbindungsstecker ein BMA-Typ
ist, der für
eine Sonde ohne andere Abstützung
gegen Biegung und versehentliches Herausziehen ungeeignet ist, sind
andere Verbindungssteckertypen erforderlich. Jeder Adapter umfaßt einen
Standard-Steckerkörper 26 mit
demselben Stecker-BMA-Verbindungsstecker,
Sperren und eine wahlweise Verriegelung wie im bevorzugten Ausführungsbeispiel.
Die dargestellten Adapter können
nicht die zusätzlichen Datenleitungen
erfordern, so daß die
Platte 70 nicht mit einem Kabel 144 verbunden
werden muß,
wie im bevorzugten Ausführungsbeispiel.
Da jedoch das Instrument ausfallsichere Maßnahmen umfassen kann, um es
gegen einen Betrieb ohne korrekt installierten Verbindungsstecker
zu sichern, kann die Platte mit einer ausgewählten Verbindung zwischen zwei
oder mehr Kontaktflecken oder über
eine Information versehen werden, die in einem innerhalb des Adapters enthaltenen
EPROM oder einem anderen nicht-flüchtigen Speicher gespeichert
ist, wodurch dem Instrument angezeigt wird, daß sich ein korrekter Verbindungsstecker
an der Stelle befindet.
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Der
Adapter 200A weist einen Buchsen-SMA-Verbindungssteckereingang 202 auf,
genau als ob das bevorzugte Ausführungsbeispiel
das Gehäuse 20 durch
ein kompakteres Gehäuse
ersetzt hätte
und die Kabelverbindung mit der BMA-Steckerseite 72 beseitigt hätte. Der
Adapter 200B weist einen Buchsen-BNC- Verbindungssteckereingang 204 auf
und könnte
auch Leistungs- und Datenschnittstellen für Abwärtskompatibilität umfassen,
um existierende Ein- oder Mehrleitungs-Verbindungssteckerkonfigurationen
zu unterstützen,
wie sie z.B. in den P6139A und P6245 Meßsonden verwendet werden, die
von Tektronix, Inc., Beaverton, Oregon, hergestellt und vertrieben
werden. Der Adapter 200C weist einen Buchsen-N-Verbindungssteckereingang 206 auf.
Um eine robustere Verbindung mit dem Instrument vorzusehen, wenn
ein schweres Kabel wie z.B. mit einem N-Verbindungsstecker verbunden
werden soll, sind ein Paar von wahlweisen Klemmschrauben 210 so
vorgesehen, daß sie
mit Innengewindelöchern
oder PEM®-Muttern
in der Instrumentenfrontplatte in Eingriff kommen. Im bevorzugten
Ausführungsbeispiel
ist der Stecker-BMA-Verbindungsstecker
ein spezieller Drehmaschinenteil mit ausreichender Länge, um
die verschiedenen Verbindungsstecker an der Gehäuseoberfläche zu positionieren. Alternativ
kann ein Standard-BMA-Verbindungsstecker mit einem SMA-Verbindungssteckerende
mit den verschiedenen Adapterverbindungssteckern wie z.B. SMA-zu-BNC-Verbindungssteckern, SMA-zu-N-Verbindungssteckern
und dergleichen verwendet werden.
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Um
ein übermäßiges Drehmoment
zu vermeiden, das die Frontplatte beschädigen kann, weisen die Klemmschrauben 210 Steuerkurvenflächen auf,
die die Verwendung eines Schraubenziehers zum Einsetzen verhindern.
Diese Schrauben ermöglichen
die Verwendung eines Werkzeugs zum Herausziehen, wie es z.B. erforderlich
sein kann, wenn die Befestigungsvorrichtung gefroren wird oder wenn ein
Benutzer mit begrenzter Geschicklichkeit oder Kraft die Schrauben
herausziehen muß.
Solche Schrauben sind von jenen, die normalerweise verwendet werden,
um Vandalismus und Demontage von öffentlichen Strukturen wie
z.B. Toilettenkabinen zu verhindern, insofern verschieden, als sie
umgekehrt arbeiten, was ein werkzeugunterstütztes Herausziehen erleichtert,
aber eine werkzeugunterstützte
Befestigung verhindert.
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In 9D sorgt
ein Adapter 200D für
die Umwandlung einer für
das bevorzugte Ausführungsbeispiel
ausgelegten Sonde zur Verwendung mit einem Instrument mit einem
allgemeinen Eingang wie z.B. BNC, SMA oder N. Der Adapter verwendet
die Buchsenseite des bevorzugten Ausführungsbeispiels, aber ohne
daß sie
an einem Leiterplattenträger
montiert ist. Ein herkömmlicher
Steckerverbindungsstecker 212 erstreckt sich von der Rückseite des
Verbindungssteckers. Alternativ kann ein Buchsenverbindungsstecker
vorgesehen sein, so daß ein Steckerkabelende
zwischen dem Adapter und einem Instrumenteneingang verbinden kann.
Obwohl er mit Federn und Sperrstangen dargestellt ist, die der Deutlichkeit
halber freigelegt sind, würde
im bevorzugten Ausführungsbeispiel
eine Umhüllung
diese Komponenten umgeben, um eine Beschädigung zu verhindern und ein
geschmeidiges Aussehen bereitzustellen.
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Obwohl
die Offenbarung hinsichtlich eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
durchgeführt
ist, soll die Erfindung nicht so begrenzt sein. Die elektrischen
Verbindungsstecker können
beispielsweise auf verschiedenen Seiten des Verbindungssteckers angeordnet
sein. Wenn sich der Pogoverbindungsstecker auf der Instrumentenseite
befindet, wird das Risiko für
eine Beschädigung
verringert, die, wenn er auf der Sondenseite montiert wäre, aufgrund
der Möglichkeit,
daß Sonden
durch Fallenlassen oder Kontakt mit anderer Gerätetechnik in einer Schublade
einer Beschädigung
ausgesetzt sind, auftreten könnte.
Der Pogoverbindungsstecker kann sich jedoch auf der Sondenseite
befinden, wenn eine Sorge besteht, daß der Pogoverbindungsstecker
eine Wartung oder einen Austausch erfordern kann, was bei einer
Sonde praktischer ist als bei einem Instrument. Ebenso können die
Stecker- und Buchsenseiten des BMA umgekehrt werden, sollten es
die Verwendungserfordernisse vorgeben. Die Pogo- und BMA-Verbindungsstecker
können
in beiden Anordnungen unabhängig
voneinander montiert werden.
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Obwohl
die Erfindung mit einem festen Buchsen-BMA-Verbindungsstecker dargestellt
ist, ist es möglich,
eine schwebende oder federbelastete Verbindungssteckerkomponente
für Ausführungsbeispiele
mit einer einzelnen oder mehreren BMA-Verbindungen an einem einzelnen
Sondenverbindungssteckergehäuse
zu verwenden, um Positionsschwankungen zwischen Verbindungssteckern
am Gehäuse
Rechnung zu tragen. Dies würde
jedoch eine flexible Kabelschleife zu jedem schwebenden BMA im Instrumentengehäuse erfordern,
was die interne Verdrahtung des Instruments kompliziert macht und
potentiell eine durch Bewegung hervorgerufene Ermüdung oder
Beschädigung
dort verursacht, wo das Instrumentenkabel mit einer anderen Schaltung verbindet.
Folglich ist es für
einzelne BMA-Verbindungsstecker bevorzugt, einen festen Verbindungsstecker
am Instrument zu verwenden.
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Die
Keil- und Kerben-Ausrichtungseinrichtung soll eine genaue Ausrichtung
bereitstellen, wobei eine Schwankung von weniger als 0,5 Grad toleriert
wird. Dies ist angemessen, um eine nominale Signalleistung mit einem
BMA-Verbindungsstecker
bereitzustellen und um gegen eine Beschädigung durch übermäßige Verschiebung
zu schützen.
Obwohl es möglich
ist, engere Toleranzen zu erzielen, besteht ein Vorteil für das Ermöglichen
einer gewissen minimalen Schwankung, da sie die erforderliche "Reibung" der Pogostifte an
den Kontaktflecken bei der Verbindung vorsieht, was einen widerstandsarmen Kontakt
bereitstellt und irgendwelche Trümmer
oder eine Schicht mit hohem Widerstand auf den Kontaktflecken entfernt
oder durchscheuert. Die Keil- und Kerbeneinrichtung kann mit mäßigen und
tolerierbaren Zunahmen der Schwankung, etwa 1–2 Grad, vollständig beseitigt
werden. Obwohl eine genauere Ausrichtung für ein Qualitätsgefühl und für ein gleichmäßiges Aussehen
erwünscht
ist, wenn mehrere Verbindungsstecker in einem Instrument installiert sind,
besteht eine Sicherheit, daß man
eine angemessene Ausrichtung hat, selbst wenn ein Keil oder eine
Kerbe beschädigt
wäre oder
fehlen würde.
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Die
Erläuterungen
des bevorzugten Ausführungsbeispiels
sind bezüglich
BMA-Verbindungssteckern
durchgeführt,
obwohl einige Prinzipien der Erfindung bei einem beliebigen Verbindungssteckertyp anwendbar
sind. Andere Prinzipien der Erfindung sind bei einem beliebigen
koaxialen Hochgeschwindigkeits-Verbindungsstecker
anwendbar, dem eine Schraubenanstellbefestigung fehlt oder der eine nachgiebige
Kontakthülse
aufweist oder für
die Einsetztiefe empfindliche Verbindungsstecker aufweist, wie z.B.
einen Absatzkontakt, oder irgendeinen Leiter, der keine Stütze gegen
seitliche Biegelasten vorsehen soll.