DE69230313T9

DE69230313T9 - Elektrische verbinder

Info

Publication number: DE69230313T9
Application number: DE69230313T
Authority: DE
Inventors: Richard J. Wood Dale LINDEMAN; Edward M. Loveland ALLARD
Original assignee: Cinch Connectors Inc
Current assignee: Cinch Connectors Inc
Priority date: 1991-01-30
Filing date: 1992-01-29
Publication date: 2004-09-09
Also published as: KR930703721A; CA2093673C; EP0569528A1; EP0569528B1; ES2125888T3; DE69228177D1; DE69230313T2; JPH06505359A; EP0569528A4; EP0569509A4; DE69228177T2; ES2137944T3; CA2093528A1; DE69230313D1; EP0569509B1; WO1992014280A1; JP3592710B2; CA2093528C; CA2093673A1; EP0569509A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Bereich der Erfindung
Die Erfindung betrifft elektrische Verbinder und betrifft im besonderen elektrische Verbinder für den Einbau zwischen Schaltungsplatten oder anderen Komponenten zur Ausbreitung von hochfrequenten Signalen sowie zur Übertragung von elektrischer Energie, Steuer- oder Referenzspannungen zwischen diesen Komponenten. Die erfindungsgemäßen Verbinder sind leicht montierbar, sehr wirkungsvoll und zuverlässig und dabei leicht und wirtschaftlich zu fertigen.
2. Beschreibung dem Standes der Technik
Auf dem Fachgebiet sind bereits viele verschiedene Arten von elektrischen Verbindern zum Einsatz gekommen oder vorgeschlagen worden, zu denen auch elektrische Verbinder gehören, die "Wirrleiter"-Kontakte verwenden, welche allgemein einen "Bausch" oder "Knopf" aus feinem Draht umfassen und so plaziert in Löcher in einem Träger aus einem isolierenden Material eingebracht werden, daß sie zwischen den Oberflächen eines Paares von miteinander zu verbindenden Leitern zusammengedrückt werden können. Ein so gearteter leitfähiger Bausch hat den Vorteil, daß er dem elektrischen Strom einen sehr geringen Widerstand entgegensetzt und außerdem sehr induktivitätsarm ist, und ist auch sonst mit Vorteil für das Ausbreiten von Signalen sehr hoher Frequenz einsetzbar.
Das US-Patent 4 961 709 offenbart einen elektrischen Verbinder gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, welcher einen spiralförmig gewickelten, in Längsrichtung zusammendrückbaren Feder-Verbinder umfaßt, um einen elektrischen Kontakt zwischen voneinander beabstandeten Elektronikplattenelementen herzustellen.
Jedoch lassen die Anordnungen nach dem Stand der Technik einiges zu wünschen übrig, insbesondere hinsichtlich der Signalübertragungscharakteristika und in bezug auf den Erhalt einer verlustarmen, effizienten und zuverlässigen Übertragung von Signalen zwischen Schaltungsplatten.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Verbesserungen gegenüber dem Stand der Technik und betrifft im besonderen die Bereitstellung von Verbindern, die sich leicht zur verlustarmen Übertragung von Signalen zwischen gesonderten Schaltungsplatten oder anderen Komponenten verwenden lassen, dabei effizient und zuverlässig sind und mit vernünftigem, geringem Kostenaufwand hergestellt werden können.
Die Aufgabe der Erfindung liegt in der Bereitstellung von Verbindern mit optimalen elektrischen Eigenschaften, insbesondere im Hinblick auf eine effiziente und zuverlässige Ausbreitung von hochfrequenten Signalen zwischen Schaltungsplatten oder dergleichen.
Diese Aufgabe wird durch den elektrischen Verbinder gemäß Anspruch 1 gelöst; bevorzugte Ausführungsformen hiervon sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 27.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt in der Bereitstellung eines Verfahrens zum Herstellen von Verbindungen zwischen Leitern einer Mehrzahl von übereinander angeordneten Schaltungsplatten, um Pfade zur wirksamen und zuverlässigen Signalausbreitung von hochfrequenten Signale zwischen Schaltungen auf den Platten zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren nach Anspruch 28 gelöst.
Die vorliegende Anmeldung bildet den Gegenstand der im vorstehenden erwähnten Anmeldungen weiter, betreffend Merkmale einer Verbinderstruktur zum Ausbreiten von Signalen zwischen integrierten Schaltungen sehr hoher Schaltgeschwindigkeit, wobei mit diesen Merkmalen die in Verbindung mit früheren Konstruktionen gefundenen und erkannten Probleme überwunden werden können. Im besonderen wurde gefunden, daß Masseverbindungen dazu neigen, elektrostatische Ladungen zu entwickeln, wenn man versucht, große Volumen von derartigen Hochfrequenzsignalen mit sehr hohen Geschwindigkeiten zu übertragen. Eine Spannungsverschiebung zwischen Masseebenen von zwei verbundenen Schaltungen kann in elektronischen Schaltungsanordnungen zum Verlust der Referenzpegel führen, wodurch Computer und dergleichen arbeitsunfähig gemacht werden. Fehlangepaßte Impedanzen zwischen Schaltungsanordnung und Verbindern verursachen Reflexionen und die Erzeugung unerwünschter Stehwelleneffekte, was im Falle der digitalen Signalübertragung mit entsprechend fehlerbehafteter Datenübertragung einhergeht. Es zeigt sich ferner, daß Nebensprecheffekte zwischen Signalpfaden mit der Frequenz und mit geringer werdendem Abstand zwischen den Pfaden zunehmen. Dieses Problem wird ganz entscheidend durch die Charakteristika der Masseverbindung, welche den Signalpfaden gemeinsam ist, beeinflußt. Die induktiven Widerstände für eine gegebene Pfadlänge nehmen mit der Frequenz zu, und wenn die Masseverbindung eine erhebliche Reaktanz aufweist, kann dies bei der Hochfrequenzsignalausbreitung oder bei der Hochgeschwindigkeitspulssignalausbreitung Probleme verursachen. Dies ist bislang nicht allgemein erkannt worden, weil die Massepfade herkömmlicher Verbinder induktive Widerstände haben, die keine Probleme aufwerfen, wenn Signale in relativ tiefer Frequenzlage übertragen werden.
Typisch hat man bislang einen oder mehrere Verbinder-Pins für Masseverbindungen benutzt, und mitunter kann die Anordnung so getroffen sein, daß jeder zur Signalübertragung genutzte Pin einen ihm zugeordneten Nachbar-Pin aufweist, welcher zur Herstellung einer Masseverbindung verwendet wird, in dem Versuch, Nebensprechprobleme auf ein Minimum zu reduzieren. Es zeigt sich, daß dies zu keiner befriedigenden Lösung führt, weil trotz allem erhebliche Impedanzen in den Masseverbindungen vorhanden sein können; außerdem verlangt diese Lösung eine viel größere Anzahl von Verbinder-Pins. Hinzu kommt, daß, erhöhte man die Zahl der Masse-Pins, so daß zwei oder mehr Pins pro Signal-Pin zur Verwendung kommen, dies mit gravierenden räumlichen Beschränkungen sowie größeren Steck- oder Fügekräften erkauft werden müßte.
Ein weiteres Problem früherer Konstruktionen betrifft die Impedanzcharakteristika der Signalwege. Jeder Signalpfad eines elektrischen Verbinders kann als eine elektrische Übertragungsleitung aufgefaßt werden, die eine gewisse charakteristische Impedanz (Wellenwiderstand) aufweist, die durch ihren Widerstand, ihre Induktivität und ihre verteilte Kapazität pro Längeneinheit bestimmt ist. Bei verhältnismäßig kleinen Signalübertragungsgeschwindigkeiten ist die tatsächliche Impedanz des Pfades für gewöhnlich nicht bedeutungsvoll. Bei hohen Geschwindigkeiten aber kann der Pfad Reflexionen, Resonanzen und Stehwelleneffekte hervorrufen, wenn eine erhebliche Fehlanpassung zwischen der charakteristischen Impedanz des Pfades und den charakteristischen Impedanzen der mit ihm verbundenen Schaltungen vorliegt. Zu bemerken ist außerdem noch, daß es besonders erstrebenswert ist, die charakteristischen Impedanzen aller Pfade im wesentlichen gleich zu halten, um so den Entwurf der zu verbindenden Schaltungen zu erleichtern.
Bei Verbindern, wie sie in den vorstehend erwähnten früheren Anmeldungen offenbart sind, erfolgt die Ausbreitung von Signalen sehr hoher Frequenz von einer Schaltung zur anderen durch eine Mehrzahl von Kontaktelementen in beabstandeter paralleler Beziehung, und es ist ein leitfähiger Massepfad in beabstandeter paralleler Beziehung zu jedem der Kontaktelemente vorgese hen, wobei der Massepfad sehr induktivitätsarm und niederohmig ist, wodurch eine sehr niedrige Impedanz erhalten wird und der Aufbau eines Potentialunterschieds zwischen den verbundenen Schaltungen vermieden wird. Die Folge ist eine sehr deutliche Steigerung der Geschwindigkeit und des Volumens der Datenübertragung, die mit einem Verbinder von gegebener Größe verwirklicht werden können. Die Anordnung minimiert ferner die Impedanzen im gemeinsamen Massepfad und Nebensprecheffekte zwischen benachbarten Signalwegen. Ein weiteres Merkmal der Verbinder der im vorstehenden erwähnten früheren Anmeldung betrifft Konstruktionen, die so gestaltet sind, daß eine gleichförmige charakteristische Impedanz erzielt wird, wobei die charakteristischen Impedanzen aller Pfade im wesentlichen gleich sind, so daß der Entwurf der zu verbindenden Schaltungen erleichtert wird. Ein weiteres Merkmal betrifft die Verwendung einer Mehrzahl von Masseleitern, die nicht direkt miteinander verbunden sein müssen, die aber elektrisch so miteinander verbunden sind, daß sich eine sehr niedrige Wechselstrom-(AC-)Impedanz zwischen jedem dieser Masseleiter und jedem anderen Masseleiter ergibt. Solche Leiter können miteinander und/oder mit einer äußeren Umhüllung zum Übertragen von Gleichstrom-(DC-)Versorgungsspannungen, Referenzspannungen oder Ein-Aus-Steuerspannungen oder für andere Zwecke genutzt werden, ohne die Ausbreitung von Signalen sehr hoher Frequenz durch die Signalelemente abträglich zu beeinflussen.
Die vorliegende Anmeldung bildet auch den Gegenstand der zuvor erwähnten früheren US-Anmeldung, Serial No. 352 499, weiter, betreffend Knopfkontaktplatten-Konfigurationen, wobei eine große Anzahl von Löchern spezieller Gestaltgebung vorgesehen ist, in welche Wirrleiter-Elemente leicht eingefügt werden können. Wie offenbart, sind leitfähige Verbindungsmittel vorgesehen, bei denen Leiter von Schaltungsplatten in direkten Kontakt mit beiden Enden eines Wirrleiter-Elementes gebracht werden, oder bei denen derartige Wirrleiter-Elemente in Kombination mit Stababschnitt- oder Stößel-Elementen verwendet werden, wobei ein Schaltungsplatten-Leiter entweder mit einem Wirrleiter-Element oder mit einem Ende eines Stababschnitt- oder Stößel-Elementes in Kontakt steht, wobei die Elastizität des Wirrleiter-Elements wirksam ist, einen Druck zu entwickeln, der ausreichend ist, um einen niederohmigen elektrischen Kontakt zu gewährleisten.
Die vorliegende Anmeldung bildet ferner den Gegenstand der zuvor erwähnten früheren US-Anmeldung, Serial No. 407 406, weiter, betreffend Verbinder, die sandwichartig zwischen gestapelten Schaltungsplatten angeordnet werden können, und konstruktive Merkmale, nach denen elastische Elemente, wie elastische Wirrleiter-Elemente, verwendet werden, um leitfähige Verbindungsmittel zum Ausbreiten von Signalen sehr hoher Frequenz zwischen Schaltungsplatten bereitzustellen, wobei eine leitfähige Masse benachbart zu jedem leitfähigen Verbindungsmittel vorgesehen ist.
Weitere Merkmale der Erfindung betreffen Konstruktionen, mit denen die Vorteile der Ausgestaltungen der im vorstehenden erwähnten früheren Anmeldungen erzielt werden und zugleich weitere wichtige Vorteile, insbesondere in Verbindung mit der Bereitstellung von Ausbreitungspfaden in großer Zahl und/oder hochdichter Anordnung in Verbindern kleiner Größe und in Verbindung damit, das Verbinden einer Mehrzahl von Schaltungsplatten in gestapelter Anordnung zu erleichtern.
In Einklang mit der Erfindung werden Verbinder zum Ausbreiten elektrischer Signale in einer Mehrzahl von Ausbreitungspfaden zwischen mit leitfähigen Anschlußflächen von Schaltungsplatten verbundenen Schaltungen geschaffen, wobei jede Schaltung eine bestimmte charakteristische Impedanz an einer mit ihr verbundenen Anschlußfläche aufweist. Beispielsweise kann ein Verbinder sandwichartig zwischen einander gegenüberliegenden Flächen eines Paares von Schaltungsplatten angeordnet sein, wobei eine Mehrzahl der Verbinder verwendbar ist, um Signalausbreitungspfade zwischen Schaltungen eines Stapels von Schaltungsplatten zu schaffen. Jeder Verbinder umfaßt eine Mehrzahl von elastischen und elektrisch leitfähigen signalausbreitende Verbindungsmitteln mit einander gegenüberliegenden Enden, welche mit leitfähigen Anschlußflächen auf einem Paar der Schaltungsplatten in Kontakt bringbar sind. Diese leitfähigen Verbindungsmittel, von denen jedes ein elastisches Wirrleiter-Element umfassen kann, werden von Isoliermitteln einer Träger- oder Haltestruktur gehalten, welche leitfähige Masse-Mittel benachbart zu jeder Öffnung und zu den darin gehaltenen leitfähigen Verbindungsmitteln bereitstellt, wobei die leitfähigen Masse-Mittel so angeordnet sind, daß sie mit Masse-Elementen der Schaltungsplatten verbindbar sind. In Einklang mit wichtigen Merkmalen der Erfindung sind die Konfiguration und die Charakteristika der Masseleiter-Mittel und der Isoliermittel in bezug auf jedes signalausbreitende Verbindungsmittel derart, daß eine bestimmte charakteristische Impedanz zum Anpassen an die charakteristischen Impedanzen durch jedes signalausbreitende Verbindungsmittel untereinander verbundener Schaltungen erhalten wird.
In Ausführungsformen, die für eine allgemeine Anwendung gedacht sind, sind die Konfiguration und die Charakteristika der Masseleiter-Mittel und der Isoliermittel in bezug auf im wesentlichen alle der signalausbreitenden Verbindungsmittel dieselben, um dieselbe charakteristische Impedanz für im wesentlichen alle der signalausbreitenden Verbindungsmittel zu erhalten. Dieses Merkmal ist allgemein erwünscht, um den Entwurf von miteinander zu verbindenden Schaltungsplatten zu erleichtern. In Einklang mit der Erfindung können die Konfiguration und die Charakteristika jedoch auch so sein, daß – je nach Wunsch entsprechend den jeweiligen Gegebenheiten – verschiedene Impedanzen in bestimmten Pfaden erhalten werden.
Spezifische Merkmale betreffen die Konfiguration von Masseleiter-Mitteln und Isoliermitteln in bezug auf signalausbreitende Mittel, welche von länglicher Gestalt sind und beispielsweise massiv ausgeführte Elemente in Kombination mit Wirrleiter-Kontaktelementen umfassen können. Die charakteristische Impedanz wird – zur Sicherung gegen unerwünschte Reflexionen, Resonanzen und Stehwelleneffekte – im wesentlichen über der Länge dieser länglichen Verbindungsmittel konstant gehalten.
Weitere spezifische Merkmale betreffen die Konfiguration der Masseleiter-Mittel und der Isoliermittel in bezug auf zumindest einige der signalausbreitenden Verbindungsmittel, derart, daß sowohl Luft als auch festes dielektrisches Material zwischen den signalausbreitenden Verbindungsmitteln und den Masseleitern bereitgestellt werden, welche so bemessen sind, daß charakteristische Impedanzen zum Anpassen an die charakteristischen Impedanzen von untereinander verbundenen Schaltungen erhalten werden.
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile, auf die sich die Erfindung erstreckt, werden nachstehend anhand der Detailbeschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen noch näher erläutert.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 ist eine perspektivische Darstellung, welche erfindungsgemäße elektrische Verbinder in einer Schaltungsplattenanordnung installiert zeigt;
2 ist eine Draufsicht auf einen der Verbinder von 1;
3 ist eine Vorderansicht des Verbinders von 2;
4 ist ein Querschnitt im wesentlichen entlang der Linie IV-IV von 2;
5 ist ein Querschnitt eines Teils des Verbinders von 2 in vergrößertem Maßstab, mit Details eines Knopfkontakt-Aufnahmeraums eines Isolatorelements des Verbinders;
6 ist ein Querschnitt im wesentlichen entlang der Linie VI-VI von 5; und
7 ist ein Querschnitt ähnlich 5, jedoch mit Details eines Knopfkontakt-Aufnahmeraums eines Isolatorelements und dessen Beziehung zu einem oberen Randbereich der Seitenwand eines Gehäuses.
8 ist eine im Querschnitt ausgeführte Darstellung einer anderen Form von Verbinder in einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung;
9 ist eine im Querschnitt ausgeführte Darstellung, ähnlich 8, die jedoch eine modifizierte Form eines in Einklang mit der Erfindung gestalteten Verbinders zeigt; und
10 ist eine im Querschnitt ausgeführte Darstellung einer weiteren Form von Verbinder in einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung, die den Verbinder im in einem Stapel von Schaltungsplatten eingebauten Zustand zeigt.
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 zeigt sechs Verbinder 10–15, die entsprechend den Prinzipien der Erfindung ausgeführt sind und in einer Schaltungsplattenanordnung 16 montiert gezeigt sind. Die Anordnung 16 umfaßt vier Schaltungsplatten 17, 18, 19 und 20, die als Stapel aufgebaut und durch sechs Schrauben 21–26 zusammengehalten sind.
Den Verbindern 10–15 kommt die Funktion zu, Schaltungen auf den Platten 17–20 miteinander zu verbinden, und sie fungieren außerdem als Abstandshalter zwischen den Platten, wobei wie gezeigt drei Verbinderpaare zwischen Randbereichen der Platten eingesetzt sind. Die erfindungsgemäßen Verbinder bieten den Vorteil, daß sie für kurze Signalausbreitungspfade zwischen den Platten sorgen, die bedarfsweise abgeschirmt und isoliert sind und eine gleichförmige Impedanz aufweisen und auch sonst hocheffizient sind. Ferner eignen sich die Verbinder dazu, DC- und niederfrequente AC-Spannungen zwischen den Schaltungsplatten zu koppeln, und man gelangt zu einer sehr kompakten Anordnung. Wie ebenfalls gezeigt, sind die vertikalen Abmessungen der drei Verbinderpaare unterschiedlich, wobei die Wahl der Abmessungen in Abhängigkeit von der vertikalen Ausdehnung der Komponenten auf den Platten 11–14 erfolgt. Wie gezeigt, besitzen die Verbinder 10 und 13 relativ kleine vertikale Abmessungen, während die Verbinder 11 und 14 und die Verbinder 12 und 15 größere vertikale Abmessungen aufweisen.
Die 2 und 3 zeigen eine Draufsicht bzw. Seitenansicht des Verbinders 11, und 4 ist ein im wesentlichen entlang der Linie IV-IV von 2 verlaufender Schnitt. Selbstverständlich können die anderen Verbinder 10 und 12–15 so ausgeführt sein wie der Verbinder 11, abgesehen davon, daß die Verbinder 10, 12, 13 und 15 unterschiedliche vertikale Abmessungen haben können. Der Verbinder 11 umfaßt einen Block 30, der aus einem isolierenden Material hergestellt ist und eine planare obere und untere Oberfläche 31 und 32 aufweist. Der Block 30 ist bevorzugt von oberen und unteren Elementen 33 bzw. 34 gebildet, welche untere und obere Oberflächen 35 bzw. 36 aufweisen, die sich in einer Ebene berühren, die bei dem dargestellten Verbinder in der Mitte zwischen den Oberflächen 31 und 32 liegt, die aber auch in ungleichen Abständen von den Oberflächen 31 und 32 liegen kann.
Bei dem dargestellten Verbinder 11 ist ein zweiter Block 38 aus isolierendem Material vorgesehen, der im wesentlichen mit dem Block 30 identisch ist und ebenfalls von zwei Elementen wie die Elemente 33 und 34, die den Block 30 bilden, gebildet ist. Die beiden Blöcke 30 und 38 sind innerhalb eines Gehäuses 40 aus einem leitfähigen Material angeordnet, welches Endbereiche 41 und 42 aufweist, die mit Führungsschlitzen 43 und 44 zur Aufnahme der Schaftteile von Schrauben 21 und 23 ausgeführt sind, und einen mittigen Bereich 45, der zwischen den Blöcken 30 und 38 liegt und mit einem durch ihn hindurchgehenden Loch 46 zur Aufnahme des Schaftteils einer Schraube 22 versehen ist. Ferner weist das Gehäuse 40 Seitenwände 47 und 48 auf, wobei die Wand 48 in der Seitenansicht von 3 dargestellt ist und in 2 ein Teil des oberen Blockelements weggebrochen wurde, um einen Bereich der gegenüberliegenden Seitenwand 47 zu zeigen.
Wichtige Merkmale betreffen das Bereitstellen einer zentralen Masseebene, die teilweise von Platten 49 und 50 aus leitfähigem Material in dem Block 30 gebildet ist, wie in 4 gezeigt. 4 zeigt nur einen Teil der Platte 49, weil die 4 ein versetzt gezeichneter Schnitt ist. In 2 ist ein Teil des Blockelements 33 weggebrochen, um zu zeigen, daß sich die Platte 49 bis zu einem Endrandbereich in Nähe des inneren Endes des Blocks 30 und dem mittigen Bereich 45 des Gehäuses 40 erstreckt. Ähnliche Platten sind in dem Block 38 vorgesehen und bilden eine zentrale Masseebene desselben. Die Platten 49 und 50 sind von dem Gehäuse 40 isoliert, jedoch können die Platten 49 und 50 sowie das Gehäuse 40 unmittelbar oder über Überbrückungskondensatoren mit Masseleitern der Schaltungsplatten 18 und 19 verbunden werden, um so in bezug auf die Ausbreitung hochfrequenter Signale auf Massepotential zu liegen. Somit schaffen die Platten 49 und 50 sowie die entsprechenden Platten innerhalb des Blocks 38 eine im wesentlichen durchgehende Masseebene. Zugleich können die Platten 49 und 50, weil sie voneinander und von dem Gehäuse 40 elektrisch isoliert sind, mit dem Gehäuse dazu genutzt werden, DC- und niederfrequente AC-Spannungen zwischen den Schaltungsplatten 18 und 19 zu leiten.
Es sind mehrere längliche, leitfähige Stababschnitte 52 innerhalb der Blöcke 30 und 38 für die Ausbreitung von Signalen zwischen den Schaltungsplatten 18 und 19 vorgesehen; zwei solcher Stababschnitte 52 zeigt 4. Um die oberen und unteren Enden derartiger Stababschnitte mit Leitern der Schaltungsplatten 18 und 19 zu verbinden, sind zusammendrückbare leitfähige knöpfchenartige Kontaktelemente vorgesehen. Bei der dargestellten Ausführung umfassen derartige leitfähige Knopfkontaktelemente zwei Reihen von Knopfkontaktelementen 53 und 54 an den oberen Enden von zwei Reihen von Stababschnitten in einem ersten Paar von Ebenen, die mit durchbrochenen Linien 55 und 56 dargestellt sind und die auf gegenüberliegenden Seiten der durch die Platten 49 und 50 gebildeten zentralen Masseebene liegen. Zwei weitere Reihen von Knopfkontakten 57 und 58 sind an den oberen Enden von zwei weiteren Reihen von Stababschnitten vorgesehen, die in einem zweiten Paar von Ebenen liegen, die mit durchbrochenen Linien 59 und 60 gezeigt sind und die auf gegenüberliegenden Seiten der zentralen Masseebene und zwischen dem ersten Paar von Ebenen 55 und 56 und den einander gegenüberliegenden Seitenwänden 47 und 48 des Gehäuses 40 liegen.
Ferner ist eine Reihe von leitfähigen Knopfkontaktelementen vorgesehen, um obere Randbereiche der Platten 49 und 50 mit Leitern auf der Schaltungsplatte 18 zu verbinden, wobei diese Reihe vier Knopfkontaktelemente 61–64 umfaßt, die mit dem oberen Randbereich der Platte 49 in Verbindung stehen, und zwei Knopfkontaktelemente 65 und 66, die mit dem oberen Randbereich der Platte 50 in Verbindung stehen. Weitere Reihen von leitfähigen Knopfkontakten 67 und 68 stehen mit oberen Randbereichen der Seitenwände 47 und 48 des Gehäuses 40 in Verbindung.
Wichtige Merkmale betreffen die Erzielung einer gleichförmigen charakteristischen Impedanz für alle Signalausbreitungspfade durch die leitfähigen Stababschnitte des Verbinders. Bei der dargestellten Ausführung ist die Distanz von den Stababschnitten des ersten Paares von Ebenen 55 und 56 bis zu den Platten 49 und 50 im wesentlichen gleich der Distanz von den Stababschnitten des zweiten Paares von Ebenen 59 und 60 bis zu den Seitenwänden des Gehäuses 40. Daraus folgt, daß die Distanz von den Stababschnitten des ersten Paares von Ebenen 55 und 56 bis zu den Seitenwänden 47 und 48 des Gehäuses gleich der Distanz von den Stababschnitten des zweiten Paares von Ebenen 59 und 60 bis zu den Platten ist. Somit ist die Anordnung eines jeden Stababschnitts bezüglich planarer Oberflächen aus leitfähigem Material, die geeignet sind, Schaltungsmasse zu schaffen, gleich der jedes anderen der Stababschnitte. Ferner sind die Stababschnitte in gleichförmiger Weise und mit gleichförmigem Abstand von jedem Stababschnitt zu dazu benachbarten Stababschnitten angeordnet. Das Ergebnis ist, daß gleichförmige charakteristische Impedanzen erhalten werden. Bevorzugt sind die Stababschnitte in dem ersten Paar von Ebenen 55 und 56 gegenüber denjenigen des zweiten Paares von Ebenen 59 und 60 versetzt angeordnet, um so die Breite des Verbinders auf ein Minimum zu reduzieren, bei gleichzeitigem Erhalt eines gleichförmigen und gewünschten Zwischenraums zwischen jedem Stababschnitt und dazu benachbarten Stababschnitten.
Die leitfähigen Knopfkontaktelemente 53, 54, 57 und 58, 61–66, 67 und 68 sind in Vertiefungen oder Höhlungen in der oberen Oberfläche 31 des oberen Elements 33 des Blocks 30 eingebracht, um mit den leitfähigen Anschlußflächen auf der Unterseite der Schaltungsplatte 19 in Verbindung gebracht zu werden, und entsprechende Reihen von leitfähigen Knopfkontaktelementen sind in Höhlungen in der unteren Oberfläche 32 des unteren Elements 34 des Blocks 30 zur Verbindung mit den leitfähigen Anschlußflächen auf der Oberseite der Schaltungsplatte 18 eingebracht. Jeder der Knopfkontakte kann typisch in Form eines länglichen, zylindrischen Kontaktelements vorliegen, welches einen elastisch-flexiblen, dünnen, elektrisch leitfähigen Draht in Form eines Wirrdrahtgebildes umfaßt. Solche Knopfkontaktelemente liefern impedanzarme Verbindungen, wenn geeignete Kontaktdrücke zwischen diesen Knopfkontakten und den Kontaktflächen, an denen sie angreifen, aufrechterhalten werden.
Zwei der Stababschnitte 52 sind in dem versetzt gezeichneten Schnitt von 4 mit ihren oberen Enden in der Ebene 56 liegend und an zwei der Knopfkontakte 54 angreifend gezeigt. Jeder Stababschnitt 52 ist in eine Öffnung in dem Block 30 eingebracht, welche durch aufeinander abgestimmte Öffnungen 69 und 70 in dem oberen und unteren Element 33 und 34 gebildet ist, wobei jeder Stababschnitt so angeordnet ist, daß obere und untere Anschlußendflächen desselben im wesentlichen gleichabständig unterhalb bzw. oberhalb der oberen bzw. unteren Oberfläche 31 und 32 des Blocks 16 liegen, wodurch Höhlungen zur Aufnahme eines der Knopfkontaktelemente 54 und eines entsprechenden Knopfkontaktelements 54A auf der unteren Stirnseite des Verbinders entstehen. Nur eine Höhlung 71 am oberen Ende von einem der dargestellten Stababschnitte 52 soll nun ausführlich beschrieben werden, da die Höhlung am unteren Ende und andere Höhlungen des Verbinders im wesentlichen identisch gestaltet sind.
Die Höhlung 71 in dem oberen Element 33 weist eine "Stundenglas"-förmige Gestalt auf und ist von Oberflächenbereichen gebildet, welche einen Engstellen-Zwischenbereich 72, einen erweiterten inneren Bereich 73 und einen erweiterten äußeren Bereich 74 umfassen. Der Rest der Öffnung 69 in dem oberen Element 33 ist von einem geraden zylindrischen Oberflächenbereich 76 gebildet, der sich von dem unteren Ende des erweiterten inneren Bereichs 73 bis zu der unteren Oberfläche des Elements 33 erstreckt.
Der Engstellenbereich 72 hat sehr kleine axiale Abmessungen, und läßt einen lokalisierten Preßdruck auf den Knopfkontakt 54 im installierten Zustand wirken, um das Knopfkontaktelement 54 sicher an Ort und Stelle zu halten und zugleich ein freies elastisch-flexibles axiales Zusammendrücken des Knopfkontaktelements 54 zu erlauben, um zuverlässige niederohmige Verbindungen zu erhalten. Der erweiterte innere Bereich 73 schafft einen Ausdehnungsbereich, in den hinein ein unterer Teil des Knopfkontaktelements sich ausdehnt, wenn das Knopfkontaktelement installiert wird, um so zusätzlich den sicheren Halt des Knopfkontakts an seinem Bestückungsort zu gewährleisten und ein freies elastisch-flexibles axiales Zusammendrücken desselben zu erlauben. Der erweiterte äußere Bereich 74 erleichtert das Einbringen des Knopfkontaktelements und verhindert, daß etwaige abstehende Teile des feinen Drahts des Knopfkontaktelements zwischen einander zugekehrten Oberflächen des Verbinders und der Schaltungsplatte eingefangen werden. Er erleichtert ferner das freie axiale Zusammendrücken des Knopfkontakts wenn installiert und nimmt leichte, transversale Schiebebewegungen des Verbinders und der Schaltungsplatte relativ zueinander auf, die während oder nach dem Zusammenbau in Erscheinung treten können. Er ist bevorzugt sehr glatt ausgeführt, wodurch die Installation der Knopfkontaktelemente erleichtert wird und scharfe Kanten vermieden werden, die abstehende Drahtteile der Knopfkontaktelemente erfassen und deren Einfangen verursachen könnten.
Beim Zusammenfügen des Verbinders werden die Elemente 33 und 34 zueinander bewegt, während die Platten 49 und 50 so positioniert werden, daß sie in Öffnungen in den Blockelementen 33 und 34 eintreten, und die Stababschnitte 52 so positioniert werden, daß sie in die Öffnungen der Elemente 33 und 34 an den miteinander in Berührung bringbaren unteren und oberen Oberflächen 35 und 36 derselben eintreten, und zwar so, daß die Stab abschnitte 52 nicht durch die die Höhlungen definierenden Oberflächen hindurchtreten. Das Fügen der Platten 49 und 50 und der Stababschnitte 52 kann bevorzugt mit Preßsitz erfolgen, unter Verwendung geeigneter Vorrichtungen, um eine präzise Positionierung derselben zu erhalten. An Anschlußendbereiche der Stababschnitte 52 greifen Sätze von Vorsprüngen 33A und 34A an, die einstückig mit den Blockelementen 33 und 34 ausgebildet sind und sich radial nach innen erstrecken, so daß sie lokal an die Stababschnitte 52 angepreßt werden. 6 zeigt drei Vorsprünge 33A, die in einem Bogenabstand von 120° angeordnet sind und einen Satz bilden; jeder andere Satz von Vorsprüngen kann ähnlich gestaltet sein. Die Vorsprünge 33A und 34A halten die Stababschnitte zentriert in den Öffnungen 69 und 70 und sorgen für Luftspalte entlang der Länge der Stababschnitte und Beherrschung der Impedanz in Einklang mit wichtigen Merkmalen der Erfindung wie im folgenden beschrieben. Es können andere gleichwertige Mittel eingesetzt werden, um die Stababschnitte zentriert zu halten und für Luftspalte entlang der Länge der Stababschnitte zu sorgen. Beispielsweise können die Stababschnitte 52 mit Kragen versehen sein, die als gesonderte Elemente oder einstückig mit den Stababschnitten 52 ausgebildet sein können, wie beispielsweise in der bereits erwähnten früheren Anmeldung, Serial No. 07/375 588, aufgezeigt.
Wenn der Stababschnitt 52 so eingebaut ist, wie es in den 3 und 4 gezeigt ist, dann befindet sich seine obere Anschlußendoberfläche, mit der Bezugsziffer 52A bezeichnet, unterhalb des unteren Endes des Engstellenbereichs 72, und seine gegenüberliegende Anschlußendfläche 52B ist in ähnlicher Weise bezüglich der entsprechenden Oberfläche einer Höhlung auf der Unterseite des Verbinders angeordnet, wodurch die bereits erwähnten Ausdehnungsbereiche geschaffen werden. Die Blockelemente 33 und 34 können durch beliebige geeignete Mittel zusam mengehalten werden, so etwa durch Verwendung eines Klebstoffs an den Berührungsflächen 35 und 36.
Nach dem Fügen der Blockelemente 33 und 34 und der Stababschnitte 52 werden die Knopfkontaktelemente 53, 54, 57 und 58, 61–66, 67 und 68 in die jeweiligen Höhlungen eingesetzt, die oberhalb der Stababschnitte 52, der Platten 49 und 50 und oberhalb oberer Randbereiche von Seitenwänden des Gehäuses 40 vorgesehen sind. In seinem anfänglichen nominellen oder unbeanspruchten Zustand kann jeder Knopfkontakt eine im wesentlichen gerade zylindrische Form aufweisen, mit einem Durchmesser, der wesentlich kleiner ist als der des erweiterten äußeren Bereichs 74 und nur geringfügig größer ist als der des Engstellenbereichs 72, genügend, um das Knopfkontaktelement sicher an Ort und Stelle zu halten und zugleich ein freies axiales Zusammendrücken des Knopfkontaktelements zu erlauben, um elektrisch wirksame Kontaktdrücke zu erhalten.
Um das Fügen des Verbinders 11 mit Schaltungsplatten zu erleichtern, wird ein Paar von Justierstiften 77 und 78 in Öffnungen in dem Block 30 eingepreßt, so daß die Stifte nach oben gerichtet von dem Block 30 und von dem Block 38 abstehen und sich in Justieröffnungen der Schaltungsplatte 18 hineinerstrecken. Die Stifte 77 und 78 können sich durch die Schaltungsplatte 18 hindurch- und in Justieröffnungen von Blöcken des nächsthöheren Verbinders 12 hineinerstrecken. Gegebenenfalls können ähnliche Stifte vorgesehen werden, die von der gegenüberliegenden Unterseite eines Verbinders abstehen. Nach erfolgter Bestückung der Anordnung von 1 mit allen Verbindern werden die Muttern der Schrauben 21–26 angezogen, um alle leitfähigen Knopfkontaktelemente der Verbinder 10–15 zusammenzupressen und in Druckkontakt mit leitfähigen Anschlußflächen der Schaltungsplatten 17–20 zu bringen und einen stabilen und zuverlässigen elektrischen Kontakt mit diesen zu erhalten.
Wie in 6 gezeigt, ist eine modifizierte Art von Höhlung zur Aufnahme der Knopfkontaktelemente 67 und 68, welche mit den oberen Randbereichen von Gehäuseseitenwänden in Verbindung stehen, vorgesehen. Das obere Blockelement 33 weist ein Paar nach außen vorspringender Lippenbereiche an seinem oberen Ende auf, die sich über obere Anschlußrandbereiche von Gehäuseseitenwänden erstrecken, wobei ein solcher vorspringender Lippenbereich 80 über dem oberen Randbereich 47A der Gehäuseseitenwand 47 angeordnet ist, wie in 6 gezeigt. Eine dazu benachbarte Höhlung weist eine Bodenfläche 81 auf, die unterhalb des oberen Randbereichs 47A der Gehäuseseitenwand 47 liegt, eine Oberfläche 82, die mit einer Seitenfläche 33B des oberen Blockelements 33 ausgerichtet ist, eine Oberfläche 83, die zum Teil zylinderförmig ausgebildet ist, wobei ein oberer Teil derselben sich in Richtung von Enden der Oberfläche 82 erstreckt, und eine äußere Oberfläche 84 von abgeschrägter Form. Wenn ein Knopfkontakt in die von den Oberflächen 81, 82, 83 und 84 gebildete Höhlung eingepreßt wird, wird ein unterer Bereich des Knopfkontaktelements in seitlicher Richtung elastisch zusammengedrückt, so daß sich ein sicherer Kontakt mit einem oberen inneren Oberflächenbereich der Gehäuseseitenwandung 47 ergibt.
Weitere wichtige Merkmale der Erfindung betreffen die Beherrschung oder Einstellung der charakteristischen Impedanzen in den Signalausbreitungspfaden durch den Verbinder 11. Im Gebrauch des Verbinders werden die oberen und unteren Endrandbereiche der Gehäuseseitenwände 47 und 48 und die oberen und unteren Endrandbereiche der Platten 49 und 50 durch leitfähige Knopfkontaktelemente mit Schaltungsplatten-Anschlußflächen verbunden, die unmittelbar oder über Überbrückungskondensatoren mit Masse verbunden sind, wodurch die Gehäuseseitenwände und die Platten 49 und 50 Masseebenen zum Zweck der Ausbreitung hochfrequenter Signale definieren. Jeder der Stababschnitte 52 ist zwischen einem Paar solcher Masseebenen angeordnet und wirkt mit diesen zusammen, um einen Ausbreitungspfad zu definieren, der einen im wesentlichen gleichbleibenden Querschnitt entlang seiner Länge und damit eine gleichförmige charakteristische Impedanz aufweist. Eine gleichförmige charakteristische Impedanz ist deshalb äußerst erstrebenswert, weil unerwünschte Reflexionen von Energie, die Entstehung stehender Wellen und Signaldämpfungen entlang der Länge der Pfade vermieden werden. Es erweist sich ferner als höchst erstrebenswert, die charakteristischen Impedanzen der durch die Stababschnitte 52 geschaffenen Signalpfade den charakteristischen Impedanzen an den leitfähigen Anschlußflächen der untereinander verbundenen Schaltungsplatten, den Schaltungskomponenten auf den Platten und den Leiterbahnen auf den Platten, die derartige Leiterbahnen mit den leitfähigen Anschlußflächen verbinden, anzupassen. Es ist möglich, daß der Schaltungsplattenentwickler eine Schaltungsplatte so gestaltet, daß gewünschte charakteristische Impedanzen an Anschlußflächen erhalten werden, bei denen die effiziente und zuverlässige Ausbreitung von hochfrequenten Signalen kritisch ist. Aus diesem Grund wird es als wünschenswert angesehen, die charakteristische Impedanz jedes Stababschnitts des Verbinders zu kennen. Die Entwurfsarbeit wird insbesondere dadurch erleichtert, daß alle Stababschnitte die gleiche charakteristische Impedanz haben.
Die charakteristische Impedanz einer Übertragungsleitung mit gleichförmigen Eigenschaften entlang ihrer Länge ist gleich der Quadratwurzel des Verhältnisses der Serienimpedanz pro Längeneinheit zur Nebenschlußadmittanz je Längeneinheit. Bei höheren Frequenzen sind die ohmschen Anteile der Serienimpedanz und Nebenschlußadmittanz recht klein, und die charakteristische Impedanz kann für praktische Zwecke als gleich der Quadratwurzel des Verhältnisses der Induktivität je Längeneinheit zur Kapazität je Längeneinheit angenommen werden. Die Induktivität pro Längeneinheit eines runden Leiters parallel zu Masseebenen ist abhängig von seinem Durchmesser und seiner räumlichen Beziehung zu diesen Masseebenen. Die Kapazität pro Längeneinheit eines Leiters parallel zu Masseebenen ist eine Funktion der Dielektrizitätskonstante des Mediums zwischen dem Leiter und den Masseebenen. Der Abstand zwischen benachbarten Stababschnitten bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt 0,1 Inch; die übrigen Abmessungen sind den Proportionen entsprechend wie in den Zeichnungen dargestellt.
Erfindungsgemäß ist ein Luftraum, wie mit der Bezugsziffer 86 bezeichnet, zwischen den äußeren Oberflächen jedes Stababschnitts 52 und den durch die Öffnungen 69 und 70 in den Blockelementen 33 und 34 gebildeten inneren Oberflächen vorgesehen. Um den Einbau der Blockelemente 33 und 34 in das Gehäuse 40 und das Einbringen der Platten 49 und 50 in die Blockelemente zu erlauben, sind die relativen Abmessungen so gewählt, daß auch Luftzwischenräume zwischen inneren Oberflächen der Seitenwände 47 und 48 des Gehäuses 40 und den Blockelementen 33 und 34 aus isolierendem Material sowie zwischen den Oberflächen der Platten 49 und 50 und den Blockelementen 33 und 34 vorhanden sind. Der Effekt hiervon ist, daß drei Kapazitäten erzeugt werden, die in Reihe geschaltet sind und im Nebenschluß zu dem Ausbreitungspfad liegen, wobei eine dieser Kapazitäten die durch den Luftzwischenraum 86 geschaffene ist, eine andere Kapazität durch das dielektrische Material der Blockelemente 33 und 34 hergestellt wird und eine dritte Kapazität durch Luftzwischenräume zwischen den Blockelementen 33 und 34 und den Gehäuseseitenwänden 47 und 48 und den Platten 49 und 50 erzeugt wird. Die Dielektrizitätskonstante von Luft ist im wesentlichen Eins, während die Dielektrizitätskonstante der Blockelemente wesentlich größer ist. Durch gezieltes Einstellen luftgefüllter Räume entlang der Stababschnitte 52, im besonderen durch Bestimmen individueller Abmessungen für den luftgefüllten Raum und das Dielektrikum zwischen der Masse und dem durch den Stababschnitt und die Knopfkontakte definierten Verbindungspfad, kann jede beliebige erwünschte charakteristische Impedanz innerhalb eines weiten Bereichs mit jedem beliebigen dielektrischen Material von gegebener Dielektrizitätskonstante erhalten werden. Außerdem können, durch die Verwendung gleicher Abmessungen für die Luftzwischenräume für alle Stababschnitte und durch die Verwendung der gleichen Anordnung oder Beziehung aller Stababschnitte zu den benachbarten Masseebenen wie im vorstehenden erwähnt, alle Stababschnitte Pfade mit der gleichen charakteristischen Impedanz bereitstellen, um den Entwurf miteinander zu verbindender Schaltungsplatten zu erleichtern.
Bei der dargestellten Ausführung sind die Stababschnitte zylindrisch gestaltet, und die Vorsprünge 33A und 34A dienen dazu, jeden Stababschnitt 52 präzise zu positionieren und zu zentrieren; es können jedoch beliebige gleichwertige Formen und Positioniermittel verwendet werden.
8 zeigt eine weitere Form von Verbinder 90, welche das erfindungsgemäße Konzept der kontrollierten Impedanz nutzt. Wie gezeigt, ist eine Verbindungseinrichtung vorgesehen, welche eine Anordnung aus zwei hin- und herbeweglichen Stößeln 91 und 92 und einem elastisch zusammendrückbaren leitfähigen Knopfkontakt 94 umfaßt, wobei die Anordnung in einer Öffnung angeordnet ist, die gebildet ist von zwei zueinander ausgerichteten Öffnungen 95 und 96 in zwei Blockelementen 97 und 98 aus einem isolierenden dielektrischen Material, welche einen Block bilden und ähnlich den Blockelementen 33 und 34 des Verbinders 10 sind. Die Stößel 91 und 92 weisen Anschlußendbereiche 91A und 92A mit verringertem Durchmesser auf, und die Blockelemente 97 und 98 sind mit Engstellenbereichen 99 und 100 mit reduziertem Durchmesser an den oberen und unteren Enden der Öffnungen 95 und 96 ausgeführt, so daß, wie gezeigt, nur die Anschlußendbereiche 91A und 92A der Stößel 91 und 92 nach oben und nach unten über das obere und untere Element 97 und 98 vorstehen. Somit bilden die beiden Stößel und der Knopfkontakt zwischen ihnen eine elastisch zusammendrückbare signalausbreitende Verbindungspfad-Anordnung, welche in den gefügten Blockelementen 97, 98 erfaßt und festgehalten ist. Es versteht sich, daß, wenn der Verbinder 90 zwischen einem Paar Schaltungsplatten (nicht gezeigt) montiert ist, die Endbereiche 91A und 92A durch die Elastizität des leitfähigen Knopfkontaktelements 94 in Druckkontakt mit leitfähigen Anschlußflächen auf den Ober- und Unterseiten der Schaltungsplatten kommen.
Erfindungsgemäß sind der Außendurchmesser der Stößel 91 und 92, abgesehen von den mit reduziertem Durchmesser ausgeführten Endbereichen 91A und 92A, und der Außendurchmesser des Knopfkontakts 94 kleiner als der Innendurchmesser der zueinander ausgerichteten Öffnungen 95 und 96, so daß ein luftgefüllter Raum 102 ähnlich dem luftgefüllten Raum 86 des Verbinders 10, wie er in 4 gezeigt ist, geschaffen wird, wodurch vorgewählte Impedanzwerte durch Wahl des luftgefüllten Zwischenraums erhalten werden können.
Bei der dargestellten Ausführung ist die Länge des unteren Stößels 92 wesentlich kleiner als die des oberen Stößels 91, was sich als wünschenswert erweist, um den Zusammenbau zu erleichtern. Zentrierelemente, wie die gezeigten Elemente 103 und 104, können fakultativ vorgesehen sein. Ferner sei angemerkt, daß die Anordnung auch umgekehrt realisiert sein kann, so daß der kürzere Stößel oben zu liegen kommt und nachteilige Schwerkraftwirkungen vermieden werden.
Die Elemente 97 und 98, wie in 8 gezeigt, sind zwischen zwei, aus einem leitfähigen Material wie Aluminium bestehenden Wänden 105 und 106 angeordnet, die mit Masse-Anschlußflächen von Schaltungsplatten verbunden sind, wie durch leitfähige Knopfkontaktelemente ähnlich den bei dem Verbinder 110 verwendeten. 9 zeigt einen modifizierten Verbinder 108, bei dem die durch Stößel 91 und 92 und Knopfkontaktelement 94 gebildete Verbindungsanordnung in einer Öffnung angeordnet ist, die gebildet ist durch Öffnungen 109 und 110 in zwei Elementen 111 und 112, welche ähnlich den Blockelementen 97 und 98 sind, die aber in eine Öffnung 113 in einem Element 114 aus leitfähigem Material, so etwa Aluminium, eingebracht sind. Es versteht sich, daß bei dem Verbinder 90 eine Mehrzahl von Stößel-Knopfkontakt-Stößel-Anordnungen in einer oder mehreren Reihen zwischen den Wänden 105 und 106 angeordnet sein können. Ähnlich können einen Mehrzahl von Stößel-Knopfkontakt-Stößel-Anordnungen und entsprechende Einsatz-Elemente 111 und 112 in Öffnungen in dem leitfähigen Element 114 des Verbinders 108 in Reihen oder in jedem gewünschten Muster angeordnet sein.
10 zeigt eine Anordnung, welche zwei Verbinder 118 gleicher Ausführung umfaßt, die so angeordnet sind, daß sie Schaltungen in einem Stapel von Schaltungsplatten, der, wie gezeigt, Platten 119, 120 und 121 umfaßt, miteinander verbinden, wobei der obere der gezeigten Verbinder 118 sandwichartig zwischen den Platten 119 und 120 und der untere Verbinder der gezeigten Verbinder 118 sandwichartig zwischen den Platten 120 und 121 angeordnet ist. Bei jedem Verbinder 118 werden ein oder mehrere Signale durch eine oder mehrere einer Mehrzahl von elastisch leitfähigen Verbindungseinrichtungen übertragen, wobei nur eine signalausbreitende Einrichtung in jedem der abgebildeten Verbinder gezeigt ist.
Bei jedem dargestellten Verbinder 118 ist jede signalausbreitende Einrichtung von einem einzigen Knopfkontakt-Element 124 gebildet, welches in einem Einsatz 126 montiert ist, der aus einem dielektrischen isolierenden Material besteht und einen Engstellenbereich 126A mit reduziertem Durchmesser aufweist und in einer Öffnung 127 in einem Halte-Element 128 angeordnet ist. Das Halte-Element 128 ist aus leitfähigem Material und kann bevorzugt in Form einer Platte vorliegen, die mit zusätzlichen Öffnungen zur Aufnahme so vieler zusätzlicher Einsätze und signalausbreitender Einrichtungen, wie dies für die jeweilige Anwendung erwünscht sein mag, versehen ist. Lagen 129 und 130 aus isolierendem Material sind an der oberen und unteren Oberfläche des Halte-Elements 128 vorgesehen, um direkten Kontakt zwischen dem Element und Bahnen oder Anschlußflächen von Schaltungsplatten zu verhindern.
Es ist eine Anordnung zum Bewirken einer Signalausbreitung zwischen Schaltungen der oberen und unteren Platte 119 und 121 gezeigt, wobei der dargestellte Bereich der Zwischenplatte 120 nur dazu verwendet wird, einen Pfad für eine derartige Signalausbreitung zu schaffen. Selbstverständlich kann die Zwischenplatte 120, ebensogut wie die Platten 119 und 120, auch wirksame Schaltungskomponenten enthalten. Wie gezeigt stehen das obere und das untere Ende des Knopfkontaktelements 124 des oberen Verbinders 118 mit einer leitfähigen Anschlußfläche 131 auf der unteren Oberfläche der oberen Schaltungsplatte 119 und einer leitfähigen Anschlußfläche 132 auf der oberen Oberfläche der dazwischenliegenden Schaltungsplatte 120 in Kontakt. Ähnlich stehen das obere und das untere Ende des Knopfkontakts 124 des unteren Verbinders 118 mit einer leitfähigen Anschlußfläche 133 auf der unteren Oberfläche der Zwischen-Schaltungsplatte 120 und einer leitfähigen Anschlußfläche 134 auf der oberen Oberfläche der unteren Schaltungsplatte 121 in Kontakt. Bei der Zwischen-Schaltungsplatte 120 ist die Anschlußfläche 132 mit der Anschlußfläche 133 durch einen Leiter 135 verbunden, der zum Beispiel ein als "durchkontaktiertes Loch" realisierter Leiter sein kann, hergestellt durch Plattieren des Inneren einer Öffnung 136, um so eine leitfähige Einrichtung 137 bereitzustellen, welche, wie gezeigt, von einer aus einem Stück geformten Verbindung zwischen den Anschlußflächen 132 und 133 gebildet ist. Mit den Anschlußflächen 131 und 134 in Verbindung mit Schaltungen auf den Platten 119 und 121 kann hierzwischen, durch die Knopfkontakte 124 und durch die von den Leitern 132, 133 und 135 gebildete leitfähige Einrichtung, eine Signalausbreitung erfolgen.
Die Halte-Elemente 128 der beiden Verbinder 118 sind durch eine an Masse gelegte Anschlußfläche 139 der oberen Schaltungsplatte 119, an Masse gelegte Anschlußflächen 140 und 141 der Zwischen-Schaltungsplatte 120 und eine an Masse gelegte Anschlußfläche 142 der unteren Schaltungsplatte 121 mit Masse verbunden. Zu diesem Zweck kann jeder Verbinder 118 mindestens ein Knopfkontaktelement 144 aufweisen, welches, wie gezeigt, in einem Einsatz-Element 146 montiert sein kann, das in einer Öffnung 147 des Elements 128 installiert ist und ähnlich dem Einsatz-Element 126 ist, ausgenommen, daß es aus einem leitfähigen Material besteht, um eine direkte elektrische Verbindung zwischen dem Element 128 und einem Zwischenbereich des Knopfkontaktes 144 zu schaffen. Die Einsatz-Elemente 146 können gegebenenfalls einstückig mit den Elementen 128 ausgeführt sein. Das obere und das untere Ende des Knopfkontaktelements 144 des oberen Verbinders 118 sind mit den an Masse liegenden Anschlußflä chen 139 und 140 verbunden und dadurch mit ihnen verschaltet, und das obere und untere Ende des Knopfkontaktelements 144 des unteren Verbinders 118 sind mit den an Masse gelegten Anschlußflächen 141 und 142 verbunden und dadurch mit ihnen verschaltet.
Bei dieser Anordnung sind die inneren Oberflächen von Masseleitern an den inneren Oberflächen der Öffnung 127 jedes Verbinders 118 längs dessen signalausbreitenden Knopfkontaktelements 124 vorgesehen. Durch die Verwendung eines Einsatzes 126, der eine geeignete Beziehung zwischen seiner Dielektrizitätskonstante und seinen Abmessungen aufweist, kann ein L/C-Verhältnis erhalten werden, um die charakteristische Impedanz der Pfade durch die Knopfkontakte 124 der Verbinder 118 an die der Pfade, mit denen die Anschlußflächen 131 und 134 verbunden sind, anzupassen.
Es kann auch wichtig sein, die charakteristische Impedanz des Pfades durch den Leiter 135 der Zwischenplatte 120 an die der Verbinder 118 und der Schaltungsplatten 119 und 121 anzupassen. Zu diesem Zweck sind die an Masse gelegten Leiter benachbart zu dem Leiter 135 der Einrichtung 137 der Zwischenplatte angeordnet. Bei der dargestellten Ausführungsform umfaßt die Zwischenplatte 120 zwei Masseplatten 149 und 150, die in einem Abstand parallel zueinander und zu der oberen und unteren Oberfläche der Schaltungsplatte 120 angeordnet sind und Öffnungen 151 und 152 aufweisen, durch die sich der Leiter 135 erstreckt, wobei die Durchmesser der Öffnungen 151 und 152 größer sind als der Außendurchmesser des Leiters 135, der dadurch gegenüber den Öffnungen isoliert ist. Zur Verbindung mit den an Masse gelegten Anschlußflächen 140 und 141 haben die Platten 149 und 150 zusätzliche Öffnungen 153 und 154, welche einen Leiter 155 aufnehmen und mit diesem elektrisch verbunden sind, wobei der Lei ter ein oberes Ende und ein unteres Ende aufweist, die mit den an Masse gelegten Anschlußflächen 140 und 141 verbunden sind. Der Leiter 155 kann, wie der Leiter 135, ein als "durchkontaktiertes Loch" realisierter Leiter sein, hergestellt durch Plattieren des Inneren einer Öffnung 156, um eine leitfähige Einrichtung 157 bereitzustellen, welche durch eine aus einem Stück geformte Verbindung zwischen den Anschlußflächen 140 und 141 gebildet ist und unmittelbar mit den Masseplatten 149 und 150 verbunden ist.
Die Schaltungsplatten 119 und 120 können Masseplatten ähnlich den Masseplatten 149 und 150 aufweisen. Leiterbahnen auf den Oberflächen jeder Platte können mit den Masseplatten zusammenwirken, um Signalausbreitungspfade zu schaffen, deren charakteristische Impedanzen bestimmt werden durch die Größe der Leiterbahnen, den Abstand von den Masseplatten und die Dielektriziätskonstante des isolierenden Materials der Schaltungsplatte. Wie bereit erwähnt, kann die charakteristische Impedanz der Pfade durch die signalausbreitenden Knopfkontakte 124 der Verbindereinrichtungen 118 an die der Leiterbahnen angepaßt werden, mit denen die Anschlußflächen 131 und 134 verbunden sind. Durch gezieltes Bemessen des Leiters 135 und der Öffnungen 151 und 152 in den Masseplatten 149 und 150 und des dielektrischen Materials der Zwischen-Schaltungsplatte 120 kann der Pfad durch den Leiter 135 im wesentlichen die gleiche charakteristische Impedanz aufweisen, um Reflexionen, Resonanzen und Stehwelleneffekte auf ein Minimum zu reduzieren. Dieses Merkmal ist besonders wichtig, wenn sich der Signalpfad durch eine große Zahl von Schaltungsplatten erstreckt. Bei der dargestellten Anordnung durchläuft der Signalpfad nur eine Zwischenplatte; es versteht sich jedoch, daß ein Pfad sich durch mehr als eine Zwischenplatte eines Stapels von Platten, die vermittels der erfindungsgemäßen Verbinder miteinander verbunden sind, erstrecken kann.
Weitere Anordnungen zum Anpassen der charakteristischen Impedanzen zwischen den jeweiligen Signalausbreitungspfaden sind möglich, mit oder ohne die Verwendung der Impedanz-bestimmenden Merkmale der dargestellten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung an jedem Ausbreitungspfad. Zum Beispiel können die Masseleiter Masseebenen und Komponenten sein, wie in den eingangs angeführten verschiedenen früheren Anmeldungen dargestellt und beschrieben, oder können eine Mehrzahl von individuellen Masseleitern sein, so etwa als durchkontaktierte Löcher realisierte Leiter oder andere im wesentlichen lineare Leiter in geeigneter paralleler Anordnung um jede signalausbreitende Anordnung, wie z. B. in der parallel anhängigen und zur gleichen Zeit wie die vorliegende Anmeldung eingereichten Anmeldung des Erfinders erläutert.

Claims

Elektrischer Verbinder (10 bis 15; 90; 108; 118) zum Ausbreiten elektrischer Signale in einer Mehrzahl von Ausbreitungspfaden zwischen Schaltungsverbindungen und Masseleitern eines Paars von Schaltungskomponenten, wobei jede Schaltung eine bestimmte charakteristische Impedanz an einer Verbindungsstelle derselben aufweist und wobei der Verbinder folgendes umfaßt: Haltemittel (30, 38, 47 bis 50; 97, 98, 105, 106; 11, 112, 114; 126, 128), die sich durch dieselben hindurch erstreckende Öffnungen aufweisen, und elektrisch leitfähige signalausbreitende Verbindungsmittel (52 bis 54, 57, 58; 91, 92, 94; 124), die in den Öffnungen der Haltemittel zum Inkontaktbringen mit Verbindungsstellen der an die Haltemittel angrenzenden Komponenten angeordnet sind, Masseleiter-Mittel (47 bis 50; 105, 106; 114; 128), die in den Tragemitteln enthalten sind und an die signalausbreitenden Verbindungsmittel angrenzende Bereiche aufweisen, Masseverbindungsmittel (61 bis 68; 144, 146) zum Verbinden der Masseleiter-Mittel mit Masseleitern untereinander verbundener Schaltungskomponenten, und Isoliermittel (30, 38; 97, 98; 111, 112; 126) aus dielektrischem Material, die in den Haltemitteln zum Halten der signalausbreitenden Verbindungsmittel innerhalb der Öffnungen und elektrisch isoliert gegenüber angrenzenden Bereichen der Masseleiter-Mittel enthalten sind, wobei der Verbinder dadurch gekennzeichnet ist, daß die Konfiguration und die Charakteristika der Masseleiter-Mittel und der Isoliermittel in Bezug auf jedes signalausbreitende Verbindungsmittel derart sind, daß eine bestimmte charakteristische Impedanz zum Anpassen an die charakteristischen Impedanzen durch jedes signalausbreitende Verbindungsmittel untereinander verbundener Schaltungen erhalten wird.
Elektrischer Verbinder nach Anspruch 1, wobei die die Konfiguration und die Charakteristika der Masseleiter-Mittel (47 bis 50; 105, 106; 114; 128) und der Isoliermittel (30, 38; 97, 98; 111, 112; 126) in Bezug auf im wesentlichen alle der signalausbreitenden Verbindungsmittel (52 bis 54, 57, 58; 91, 92, 94; 124) dieselben sind, um dieselbe charakteristische Impedanz für im wesentlichen alle der signalausbreitenden Verbindungsmittel zu erhalten.
Elektrischer Verbinder nach Anspruch 1, wobei die Konfiguration und die Charakteristika der Masseleiter-Mittel (47 bis 50; 105, 106; 114; 128) und der Isoliermittel (30, 38; 97, 98; 111, 112; 126) in Bezug auf zumindest einige der signalausbreitenden Verbindungsmittel (52 bis 54, 57, 58; 91, 92, 94; 124) derart ist, daß sowohl Luft als auch festes dielektrisches Material zwischen den signalausbreitenden Verbindungsmitteln und den Masseleiter-Mitteln bereitgestellt werden, welche so bemessen sind, daß charakteristische Impedanzen zum Anpassen an die charakteristischen Impedanzen von untereinander verbundenen Schaltungen erhalten werden.
Elektrischer Verbinder nach Anspruch 1 zum Bewirken von Verbindungen zwischen leitfähigen Anschlußflächen benachbarter Schaltungsplatten, wobei jedes der signalausbreitenden Verbindungsmittel (52 bis 54, 57, 58; 91, 92, 94; 124) zum Inkontaktbringen unter Druck mit den Anschlußflächen der Schaltungsplatten zusammendrückbar elastisch ist.
Elektrischer Verbinder nach Anspruch 1, wobei jedes der signalausbreitenden Verbindungsmittel (52 bis 54, 57, 58; 91, 92, 94; 124) von länglicher Gestalt ist und wobei die Konfiguration und die Charakteristika der Masseleiter-Mittel (47 bis 50; 105, 106; 114; 128) und der Isoliermittel (30, 38; 97, 98; 111, 112; 126) in Bezug auf die signalausbreitenden Verbindungsmittel derart ist, daß Variationen in der charakteristischen Impedanz des Signalpfads längs jedes der signalausbreitenden Verbindungsmittel minimiert wird.
Elektrischer Verbinder nach Anspruch 5, wobei die Konfiguration und die Charakteristika der Masseleiter-Mittel (47 bis 50; 105, 106; 114; 128) und der Isoliermittel (30, 38; 97, 98; 111, 112; 126) in Bezug auf die signalausbreitenden Verbindungsmittel (50 bis 54, 57, 58; 91, 92, 94; 124) derart ist, daß ein Luftspalt längs zumindest eines Bereichs der Länge jedes signalausbreitenden Verbindungsmittels zum Einstellen der charakteristischen Impedanz längs der Länge desselben definiert wird.
Elektrischer Verbinder nach Anspruch 1, wobei die Masseleiter-Mittel (128) innere Oberflächen aufweisen, die längs der signalausbreitenden Verbindungsmittel (124) vorgesehen sind.
Elektrischer Verbinder nach Anspruch 7, wobei die Masseleiter-Mittel ein Teil (128) aus elektrisch leitfähigem Material umfassen, das sich durch dasselbe hindurch erstreckende Öffnungen (127) aufweist, wobei die signalausbreitenden Verbindungsmittel (124) in den Öffnungen angeordnet sind.
Elektrischer Verbinder nach Anspruch 8, wobei die Isoliermittel Einsätze (126) umfassen, die in den Öffnungen (127) in dem Teil (128) aus elektrisch leitfähigem Material angeordnet sind.
Elektrischer Verbinder nach Anspruch 9, wobei die Einsätze (126) aus einem dielektrischen Isoliermaterial sind.
Elektrischer Verbinder nach Anspruch 8, wobei die Masseverbindungsmittel einen Einsatz (146) aus einem elektrisch leitfähigen Material umfassen, der in einer Öffnungen (147) in dem Teil (128) aus elektrisch leitfähigem Material angeordnet ist.
Elektrischer Verbinder nach Anspruch 1, wobei die Masseverbindungsmittel einen elastischen und elektrisch leitfähigen Wirrleiter-Kontakt (144) umfassen, der in einer Öffnung (147) der Masseleiter-Mittel (128) zum Bewirken einer elektrischen Verbindung zwischen Schaltungsplatten-Masseleitern (140, 141) und den Masseleiter-Mitteln (128) angeordnet ist.
Elektrischer Verbinder nach Anspruch 1, wobei die Masseleiter-Mittel eine Platte (49, 50) aus leitfähigem Material umfassen, die parallel zu den signalausbreitenden Verbindungsmitteln (42 bis 54, 57, 58) angeordnet sind, um eine Masse-Ebene zu schaffen.
Elektrischer Verbinder nach Anspruch 13, wobei die Masseleiter-Mittel ein Gehäuse (40) aus leitfähigem Material umfassen.
Elektrischer Verbinder nach Anspruch 13, wobei die Masse-Ebene, die durch die Platte (49, 50) aus leitfähigem Material geschaffen wird, eine zentrale Masse-Ebene ist, wobei Reihen der signalausbreitenden Verbindungsmittel (52 bis 54, 57, 58) auf einander gegenüberliegenden Seiten der zentralen Masse-Ebene angeordnet sind.
Elektrischer Verbinder nach Anspruch 15, wobei die Masseleiter-Mittel eine Mehrzahl von Platten (49, 50) aus leitfähigem Material umfassen, um eine zentrale Masse-Ebene zu schaffen, wobei die Platten elektrisch voneinander isoliert sind.
Elektrischer Verbinder nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die signalausbreitenden Verbindungsmittel (52 bis 54, 57, 58; 91, 92, 94; 124) elastisch zusammendrückbar sind.
Elektrischer Verbinder nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die signalausbreitenden Verbindungsmittel Wirrleiter-Kontakte (53, 54, 57, 58; 94; 124) umfassen.
Elektrischer Verbinder nach Anspruch 1, wobei die Haltemittel (97, 98; 111, 112) eine äußere Oberfläche aufweisen und wobei jedes der signalausbreitenden Verbindungsmittel einen elastisch zusammendrückbaren Wirrleiter-Kontakt (94) umfaßt, welcher innerhalb einer der Öffnungen (95, 96; 109, 110) der Haltemittel angeordnet ist, und einen hin- und herbeweglichen Stößel (91, 92), welcher in elektrischer Verbindung mit dem Wirrleiter-Kontakt (94) steht und durch die Elastizität des Wirrleiter-Kontakts (94) in Druckkontakt mit einer leitfähigen Anschlußfläche einer verbundenen Schaltungsplatte gedrängt wird; wobei der Stößel einen Anschlußendbereich (91A, 92A) aufweist, welcher über die äußere Oberfläche der Haltemittel vorsteht, wobei eine dem Anschlußendbereich gegenüberliegende Endfläche des Stößels zu dem Wirrleiter-Kontakt hin gerichtet ist.
Elektrischer Verbinder nach Anspruch 19, wobei der Anschlußendbereich (91A, 92A) eine gerundete Endfläche umfaßt.
Elektrischer Verbinder nach Anspruch 19, wobei die dem Anschlußendbereich (91A, 92A) gegenüberliegenden Endfläche eben ist.
Elektrischer Verbinder nach Anspruch 19, wobei jede der Öffnungen (95, 96; 109, 110) in den Haltemitteln (97, 98; 111, 112) an seinem äußeren Ende einen Engstellenbereich (99, 100) mit reduziertem Durchmesser aufweist, durch den der Stößel (91, 92) in den Haltemitteln zurückgehalten wird.
Elektrischer Verbinder nach Anspruch 19, wobei der Außendurchmesser des Stößels (91, 92) kleiner ist als der Innendurchmesser der Öffnung (95, 96; 109, 110), die den Stößel aufnimmt, so daß ein luftgefüllter Raum geschaffen wird, wodurch vorgewählte Impedanzwerte durch Wahl des luftgefüllten Zwischenraums erhalten werden können.
Elektrischer Verbinder nach Anspruch 19, wobei die Haltemittel Zentriermittel (103, 104) zum Zentrieren des Stößels (91, 92) in der Öffnung (95, 96; 109, 110), welche den Stößel aufnimmt, umfassen.
Elektrischer Verbinder nach einem der Ansprüche 19 bis 24, wobei jedes der signalausbreitenden Mittel einen ersten Stößel (91) und einen zweiten Stößel (92) umfallt; wobei der erste Stößel (91) und der zweite Stößel (92) mit einander entgegengesetzten Enden des Wirrleiter-Kontakts (94) in Kontakt stehen.
Elektrischer Verbinder nach Anspruch 25, wobei der Außendurchmesser des ersten Stößels (91) und des zweiten Stößels (92) kleiner ist als der Innendurchmesser der Öffnung (95, 96; 109, 110), welche die Stößel aufnimmt, so daß ein luftgefüllter Raum geschaffen wird, wodurch vorgewählte Impedanzwerte durch Wahl des luftgefüllten Zwischenraums erhalten werden können.
Elektrischer Verbinder nach Anspruch 25, wobei jede der Öffnungen (95, 96; 109, 110) in den Haltemitteln (97, 98; 111, 112) an ihren äußeren Enden Engstellenbereiche (99, 100) mit reduziertem Durchmesser aufweist, durch welche der erste Stößel (91) und der zweite Stößel (92) in den Haltemitteln zurückgehalten werden.
Verfahren zum Herstellen von Verbindungen zwischen Leitern einer Mehrzahl von gestapelten Schaltungsplatten, um Pfade zur Signalausbreitung zwischen Schaltungen auf den Platten, welche eine bestimmte charakteristische Impedanz aufweisen, zu schaffen, umfassend die folgenden Verfahrensschritte: Bereitstellen, zum Installieren zwischen jeder Platte und einer an dieselben angrenzenden Platte, eines Verbinders (10 bis 15; 90; 108; 118), der Haltemittel (30, 38, 47 bis 50; 97, 98, 105, 106; 111, 112, 114; 126, 128) umfallt, welche so angeordnet sind, daß sie elastische und elek trisch leitfähige signalausbreitende Verbindungsmittel (52 bis 54, 57, 58; 91, 92, 94; 124) zum Inkontaktbringen unter Druck von einander gegenüberliegenden Enden der signalausbreitenden Verbindungsmittel mit leitfähigen Anschlußflächen der Schaltungsplatten aufnehmen und halten, Bereitstellen von Masseleitern-Mitteln (47 bis 50; 105, 106; 114; 128) in den Haltemitteln, welche an die signalausbreitenden Verbindungsmittel angrenzende Bereiche aufweisen, Bereitstellen von Masseverbindungsmitteln (61 bis 68; 144, 146) zum Verbinden der Masseleiter-Mittel mit Masseleitern von untereinander verbundenen Schaltungsplatten-Schaltungen, Bereitstellen von Isoliermitteln (30, 38; 97, 98; 111, 112; 126) aus dielektrischem Material, die in den Haltemitteln zum Halten der signalausbreitenden Verbindungsmittel innerhalb der Öffnungen und elektrisch isoliert von angrenzenden Bereichen der Masseleiter-Mittel enthalten sind, und Bereitstellen der Konfiguration und der Charakteristika der Masseleiter-Mittel und der Isoliermittel in Bezug auf jedes signalausbreitende Verbindungsmittel in der Weise, daß eine bestimmte charakteristische Impedanz erhalten wird, welche an die charakteristischen Impedanzen der Schaltungen der durch jedes signalausbreitende Verbindungsmittel untereinander verbundenen Schaltungsplatten angepaßt ist.