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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf elektrische Verbinder und
im speziellen auf elektrische Verbinder, die Mittel aufweisen, um
elektrisches Übersprechen
und die Impedanz einzustellen.
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2. Kurze Beschreibung
der von früheren
Entwicklungen
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Als
die Dichte von Kontaktverbindungen zunahm und der Abstand zwischen
den Kontakten 0,025 Inch oder 0,5 mm erreichte, vergrößerte diese enge
Nachbarschaft der Kontakte die Wahrscheinlichkeit eines starken
elektrischen Übersprechens (cross
talk coupling) zwischen den Kontakten. Zusätzlich wurde es immer schwieriger,
die elektrische Eigenschaft der Impedanz über das Design zu beeinflussen.
Bei den meisten Verbindungen ist der Kontakt des zusammengesteckten
Steckers/Buchse durch einen Strukturkunststoff umgeben, mit Luftspalten,
um einen mechanischen Freiraum für den
Kontaktstreifen bereitzustellen. Wie in dem US Patent mit der Nummer
5,046,960 von Fedder beschrieben, können diese Luftspalte verwendet
werden, um Einfluss zu nehmen auf die charakteristische Impedanz
des zusammengesteckten Kontakts. Bislang wurden diese Luftspalte
jedoch nicht dazu benutzt in Zusammenhang mit der Kunststoffgeometrie sowohl
die Impedanz und viel wichtiger das Übersprechen zu beeinflussen.
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Der
nächstliegende
Stand der Technik ist in der
DE 39 36 466 A1 offenbart. Von der
DE 39 36 466 A1 ist
ein elektrischer Verbinder bekannt, der die Merkmale des Oberbegriffs
von Anspruch 1 aufweist. Das durch die Erfindung zu lösende technische
Problem liegt darin, sowohl die Impedanz als auch das Übersprechen
eines solchen elektrischen Verbinders besser einstellen zu können. Darüber hinaus kann der
erfindungsgemäße elektrische
Verbinder einfach und bei niedrigen Kosten produziert werden und
ermöglicht
eine bessere Steuerung sowohl der Impedanz als auch, viel wichtiger,
des Übersprechens.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Das
oben genannte technische Problem wird gelöst durch den Gegenstand des
Anspruchs 1. Nützliche
Weiterentwicklungen des Gegenstands des Anspruchs 1 werden in den
abhängigen
Ansprüchen
2 bis 12 definiert.
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In
dem erfindungsgemäßen Verbinder
gibt es ein erstes Glied und ein zweites Glied, die jeweils ein
metallisches Kontaktmittel und ein dielektrisches Basismittel aufweisen.
Auf jedem Glied erstreckt sich das metallische Kontaktmittel rechtwinklig
von dem dielektrischen Basismittel weg. Die zwei metallischen Kontaktmittel
sind miteinander verbunden, um zu bilden, was hierin als eine allgemeine „I-Stab"-Formgeometrie (I-beam
shaped geometry) bezeichnet wird. Das Konzept hinter der I-Stab-Geometrie
liegt in der Verwendung einer starken dielektrischen Ladung durch
das strukturelle Dielektrikum, um die Kanten des verbundenen Kontakts
oben und unten zu erden und in einer relativ geringen Ladung durch
die Luft an den verbundenen Kontaktseiten. Diese unterschiedlichen
dielektrischen Ladungen sind auf solch eine Weise ausglichen, um
eine gesteuerte Impedanz beizubehalten und auch die Kopplungen (und
das Übersprechen)
zwischen benachbarten Kontakten zu minimieren. Auf diese Art und
Weise können
alle Linien der Verbindung auf Signale eingestellt werden, wobei eine
gesteuerte Impedanz und ein relativ niedriges Anstiegszeit-Übersprech-Produkt
von kleiner als 1 Nanosekunden-Prozent erhalten wird. Typische Anstiegszeit-Übersprechwerte für existierende
Verbinder mit einem 1,27 bis 0,63 mm (0,05 bis 0,025 inch) Raster
und eingestellter Impedanz liegen im Bereich von 2,5 bis 4 Nanosekunden-Prozent.
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Die
I-Stab-Geometrie dieser Erfindung kann ebenfalls vorteilhafter Weise
in einer elektrischen Kabelanordnung verwendet werden. In einer
solchen Anordnung ist ein die Steuerung unterstützendes dielektrisches Rippenelement
rechtwinkelig zwischen gegenüberliegenden
Flanschelementen angeordnet. Jedes dieser Flanschelemente erstreckt
sich rechtwinkelig von den Anschlussenden des Rippenelements weg.
An beiden der gegenüberliegenden
Seiten der Bahn befindet sich eine metallisierte Signallinie. Die
gegenüberliegenden
Endoberflächen
der Flansche sind metallisiert und bilden eine Erdungsebene. Zwei
oder mehr dieser Kabelanordungen können zusammen verwendet werden,
so dass die Flansche in einer Ende an Ende angrenzenden Beziehung
stehen und die Längsachsen
der leitenden Elemente parallel sind. Eine Isolierhülle kann
auch um die gesamte Anordnung angeordnet sein.
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Für sowohl
die Verbinder, als auch die Kabelanordnungen, die die I-Stab-Geometrie dieser
Erfindung aufweisen, wird angenommen, dass das Anstiegszeit-Übersprech-Produkt unabhängig der
Signaldichte ist, bei Signal-zu-Erde-Verhältnissen
die größer sind
als 1 zu 1.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird weiterhin mit Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen
beschrieben, (wobei die 1 bis 3 und 19 bis 33 nicht
von den Ansprüchen
umfasst sind, aber bereitgestellt werden, da sie nützlich für das Verständnis der
Erfindung sind).
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1 ist
eine schematische Darstellung eines Beispiels eines Verbinders;
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1a ist
eine schematische Darstellung eines anderen Beispiels eines Verbinders;
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2 ist
eine schematische Darstellung eines anderen Beispiels eines Verbinders;
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3 ist
eine andere schematische Darstellung des Verbinders, der in 2 dargestellt
ist;
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4 ist
eine seitliche Aufrissansicht einer bevorzugten Ausführungsform
des Verbinders der vorliegenden Erfindung;
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5 ist
eine Endansicht des Verbinders, der in 4 dargestellt
ist;
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6 ist
eine perspektivische Ansicht des Verbinders, der in 4 dargestellt
ist;
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7 ist
eine Endansicht des Buchsenelements des Verbinders, der in 4 dargestellt
ist;
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8 ist
eine Draufsicht von unten auf das Buchsenelement, das in 7 dargestellt
ist;
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9 ist
eine Querschnittsansicht, entlang der Linie IX-IX in 7;
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10 ist
eine Endansicht des Buchsenelements der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, die in 4 dargestellt
ist;
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11 ist
eine Draufsicht von unten auf das Buchsenelement, das in 10 dargestellt
ist;
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12 ist
eine Querschnittsansicht entlang der Linie XII-XII in 10;
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13 ist
eine perspektivische Ansicht des Buchsenelements, das in 10 dargestellt
ist;
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14 ist
eine Querschnittsansicht des Steckers und des Buchselements des
Verbinders, der in 4 dargestellt ist, vor dem Zusammenstecken;
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15 ist
eine Querschnittansicht;
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16 ist
eine Querschnittansicht entsprechend 13 einer
anderen bevorzugten Ausführungsform
des Verbinders der vorliegenden Erfindung;
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Die 17 und 18 sind
Graphen, die Ergebnisse von Vergleichstests darstellen, die weiter unten
beschrieben sind;
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19 ist
eine perspektivische Ansicht eines Beispiels einer Kabelanordnung;
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20 ist
eine Detailansicht eines Gebiets innerhalb des Kreises XX in 19;
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21 ist
eine Querschnittsansicht einer anderen Kabelanordnung;
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22 ist
eine Querschnittsansicht entlang der Linien XXIII-XXIII in 23;
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23 ist
eine seitliche Aufrissansicht der Kabelanordnung, die in 19,
die in Verwendung mit einer Buchse dargestellt is;
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24 ist
eine Draufsicht von oben auf einen Steckerbereich eines anderen
Verbinders;
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25 ist
eines Draufsicht von unten des Steckerbereichs der in 24 dargestellt
ist;
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26 ist
eine Endansicht des Steckerbereichs, der in 24 dargestellt
ist;
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27 ist
eine Seitenaufrißansicht
des Steckerbereichs, der in 24 dargestellt
ist;
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28 ist
eine Aufsicht von oben eines Buchsenbereichs, der mit dem Steckerbereich
in Eingriff bringbar ist, der in 24 dargestellt
ist;
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29 ist
eine Draufsicht von unten des Buchsenbereichs, der in 28 dargestellt
ist;
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30 ist
eine Endansicht der Buchse, die in 28 dargestellt
ist;
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31 ist
eine seitliche Aufrissansicht der Buchse, die in 28 dargestellt
ist;
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32 ist
eine teilweise Querschnittsansicht entlang der Linie XXXII-XXXII
in den 24 und 28, welche
diese Bereiche des Steckers und der Buchse zeigt, welche in diesen
Zeichnungen in einer nicht verbundenen Position dargestellt sind;
und
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33 ist
eine teilweise Querschnittsansicht durch die Linien XXIII bis XXIII
in 24 und 28, wie
sie zu sehen wäre,
wenn diese Elemente miteinander verbunden wären.
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Detaillierte Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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Theoretisches Model
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Die
grundlegende I-Stab-Geometrie der Übertragungsleitung ist in 1 dargestellt.
Die Bezeichnung dieser Geometrie der Übertragungsleitung als eine
I-Stab-Geometrie
kommt von der vertikalen Anordnung des Signalleiters, der im Allgemeinen
mit dem Bezugszeichen 10 dargestellt ist, zwischen den zwei
horizontalen dielektrischen Schichten 12 und 14,
die eine Dielektrizitätskonstante ε aufweisen
und Erdungsebenen 13 und 15, die symmetrisch an
den oberen und unteren Kanten des Leiters angeordnet sind. Die Seiten 20 und 22 des
Leiters sind zur Luft 24 hin offen, welche eine Dielektrizitätskonstante
der Luft von ε0 aufweist. In einer Verbinderanwendung würde der
Leiter bestehen aus zwei Abschnitten 26 und 28,
die aneinander Ende zu Ende oder Fläche zu Fläche anstehen. Die Dicken t1 und t2, der dielektrischen
Schichten 12 und 14 steuern in erster Ordnung die
charakteristische Impedanz der Übertragungslinien
und das Seitenverhältnis
der Gesamthöhe
h zur dielektrischen Breite wd steuert das
elektrische und magnetische Feld, das bis zu einem benachbarten Kontakt
durchdringt. Das Seitenverhältnis,
um einen Kopplung über
A und B hinaus zu minimieren, ist ungefähr einheitlich, wie in 1 dargestellt.
Die Linien 30, 32, 34, 36 und 38 in 1 sind Äquipotentiallinien
der Spannung im Raum des Dielektrikums Luft. Wenn man eine Äquipotentiallinie
nahe einer der Erdungsebenen nimmt und ihr nach außen in Richtung der
Grenzen A und B folgt, kann man feststellen, dass sowohl Grenze
A als auch Grenze B sehr nahe am Erdungspotential liegen. Dies bedeutet,
dass man sowohl an der Grenze A als auch der Grenze B beinahe (virtuelle)
Erdungsoberflächen
hat und wenn zwei oder mehr I-Stab-Module Seite an Seite angeordnet
sind, existiert eine beinahe Erdungsoberfläche zwischen den Modulen und
es findet keine Kopplung zwischen den Modulen statt. Im Allgemeinen sollte
die Leiterbreite wc und die dielektrische
Dicke verglichen mit der dielektrischen Breite oder dem Modulabstand
klein sein.
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Aufgrund
der vorgegebenen mechanischen Randbedienungen eines praxistauglichen
Verbinderdesigns weicht die Proportionierung der Signalleiterbreite
(Klingen- bzw. Stabkontakt) und die dielektrische Dicke wenn notwendig
etwas von dem bevorzugten Verhältnissen
ab und es wird eine minimale Kopplung zwischen benachbarten Signalleitern
bestehen. Jedoch werden Designs, die die grundlegenden I-Stab-Richtlinien
verwenden, ein niedrigeres Übersprechen
als konventionellere Herangehensweisen haben. Unter Bezugnahme auf
die 1a ist eine alternative Ausführungsform dargestellt, bei
der das Dielektrikum bei 12' und 14' dargestellt
ist, wobei sich die entsprechenden Erdungsebenen bei 13' und 15' befinden. In
dieser Ausführungsform
erstrecken sich die Leiter 26' und 28' entsprechend von den dielektrischen
Schichten 12' und 14' aber die Leiter 26' und 28' berühren sich
eher per Seite an Seite als Kante an Kante. Ein Beispiel eines praktischen
elektrischen und mechanischen I-Stab-Designs für einen Verbinder mit einem
Raster von 0,63 mm (0.025 inch) verwendet 0,2 × 0,2 mm (8 × 8 mil)
Stäbe 26'' und 0,2 × 0,2 mm (8 × 8 mil)
Klingen 28',
die wenn sie miteinander in Eingriff stehen, einen 0,2 × 0,4 mm
(8 × 16 mil)
Signalkontakt bilden und der Kontaktquerschnitt ist in 2 dargestellt.
Die dielektrische Dicke t beträgt
0,3 mm (12 mil). Die Spannungsäquipotentiale für diese
Geometrie sind in 3 dargestellt, wobei virtuelle
Erdungen an den benachbarten Kontaktbereichen vorhanden sind und
nun etwas Kopplung zwischen benachbarten Kontakten besteht.
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Unter
Bezugnahme auf 2, wird die I-Stab-Übertragungsgeometrie
dargestellt, wenn sie auf ein weniger als ideal proportioniertes
Multileitersystem angewandt wird. Signalleiter 40, 42, 44, 46 und 48 erstrecken
sich rechtwinklig zwischen zwei dielektrischen und horizontalen
Erdungsebenen 50 und 52, die eine Dielektrizitätskonstante ε aufweisen. An
den Seiten der Leiter befinden sich Luftspalte 54, 56, 58, 60, 62 und 64.
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Unter
Bezugnahme auf 3 ist ein anderer Mehrleiterverbinder
dargestellt, worin parallele Leiter 66, 68 und 70 vorhanden
sind, die sich rechtwinklig zwi schen zwei dielektrischen und horizontalen
Erdungsebenen 72 und 74 erstrecken. An den Seiten der
Leiter befinden sich Luftspalte 76, 78, 80 und 82.
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Elektrischer Verbinder
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Unter
Bezugnahme nun auf die 4 bis 12 wird
man erkennen, dass der Verbinder der vorliegenden Erfindung im Allgemeinen
aus einem Stecker besteht, der im Allgemeinen mit dem Bezugszeichen 90 bezeichnet
ist und aus einer Buchse, die im Allgemeinen mit dem Bezugszeichen 92 bezeichnet
ist. Der Stecker besteht aus einem vorzugsweise metallischen Steckergehäuse, das
einen engen Frontabschnitt 96 und einen breiten hinteren
Abschnitt 98 aufweist. Der Frontabschnitt hat eine obere Seite 100 und
eine untere Seite 102. Der breitere hintere Abschnitt hat
eine obere Seite 104 und eine untere Seite 106.
Der Stecker hat auch Endoberflächen 108 und 110.
An der oberen Seite sowohl des vorderen als auch hinteren Abschnitts
befinden sich längsverlaufende
Nuten 112, 114, 116, 118 und 119.
In diesen Nuten befinden sich auch Öffnungen 120, 122, 124, 126 und 128.
Auf ähnliche
Weise befinden sich an den unteren Seiten sowohl des vorderen als
auch des hinteren Abschnitts längsverlaufende
Nuten, wie bei dem Bezugszeichen 129, die jeweils Öffnungen bei
dem Bezugszeichen 130 aufweisen. An den oberen Seiten befindet
sich auch eine obere querverlaufende Nut 132, wobei an
der unteren. Seite eine ähnlich
positionierte untere querverlaufende Nut 134 ist. Der Stecker
hat auch hintere Vorsprünge 136 und 138.
Unter spezieller Bezugnahme auf 9 kann man
erkennen, dass der Stecker ein dielektrisches Element 140 aufweist,
das einen hinteren nach oben gerichteten Vorsprung 142 und
einen hinteren nach unten gerichteten Vorsprung 144 aufweist,
genauso wie einen nach vorne gerichteten Hauptvorsprung 146 und
einen nach vorne gerichteten Untervorsprung 148. Das Gehäuse umfasst
auch gegenüberliegende
nach unten gerichtete Vorsprünge 150 und nach
oben gerichtete Vorsprünge 152,
die dazu dienen das Dielektrikum in seiner Position zu halten. In den
Längsnuten
an der Oberseite des Steckers befinden sich obere axiale Erdungsfedern 154, 156, 158, 160 und 162.
In der querverlaufenden Nut gibt es auch eine obere querverlaufende
Erdungsfeder 164. Diese querverlaufende Erdungsfeder ist
mittels Erdungsfederbefestigern 166, 168, 170 und 172 an dem
Gehäuse
befestigt. An dem hinteren Anschlussende der längsverlaufenden Erdungsfedern
befinden sich obere Erdungskontakte 176, 178, 180, 182 und 184.
Auf ähnliche
Weise befinden sich in den Nuten an der unteren Seite des Steckers
untere längsverlaufende
Erdungsfedern 186, 188, 190, 192 und 194.
In der unteren querverlaufenden Nut befindet sich eine untere querverlaufende
Erdungsfeder 196. Genauso wie die obere querverlaufende
Erdungsfeder ist diese Feder in dem Gehäuse mittels Erdungsfederbefestigern 198, 200, 202, 204 und 206 befestigt.
An dem hinteren Anschlußende
der Erdungsfedern befinden sich untere Erdungskontakte 208, 210, 212, 214 und 216.
Der Stecker umfasst auch einen metallischen Kontaktabschnitt der
im Allgemeinen mit 218 bezeichnet ist, der einen vorderen
ausgesparten Bereich 220, einen mittleren Kontaktbereich 222 und
einen hinteren Signalstift 224 umfasst. Ein benachbarter
Signalstift ist bei 226 dargestellt. Andere Signalstifte sind zum
Beispiel in 7 mit dem Bezugszeichen 228, 230, 232, 234 und 236 dargestellt. Diese
Stifte erstrecken sich durch Schlitze in dem Dielektrikum bei dem
Bezugszeichen 238, 240, 242, 244, 246, 248 und 250.
Das Dielektrikum wird an Ort und Stelle mittels Verriegelungen 252, 254, 256 und 258 verriegelt,
die von dem Metallgehäuse
abstehen. Unter Bezugnahme wiederum im Speziellen auf 9,
umfasst der Stecker eine vordere Steckeröffnung 260 und obere
und untere innere Steckerwände 262 und 264.
aus 9 kann man auch erkennen, dass ein konvexer Abschnitt
der Erdungsfedern bei dem Bezugszeichen 266 und 268 sich
durch die Öffnungen
in den längsverlaufenden
Nuten erstreckt. Unter Bezugnahme im Speziellen auf die 10 bis 12 kann
man erkennen, dass die Buchse ein bevorzugt metallisches Buchsengehäuse 270 aufweist, mit
einem engen vorderen Abschnitt 277 und einem breiteren
hinteren Abschnitt 274. Der vordere Abschnitt hat eine
Oberseite 276 und eine Unterseite 278 und der
hintere Abschnitt hat eine Oberseite 280 und 282.
Die Buchse hat auch gegenüberliegende Enden 284 und 286.
An den oberen Seiten der Buchse befinden sich längsverlaufende Nuten 288, 290 und 292.
Auf ähnliche
Weise gibt es an der unteren Oberfläche längsverlaufende Nuten bei dem
Bezugszeichen 294, 296 und 298. An der
oberen Oberfläche gibt
es weiterhin auch Öffnungen.
An der unteren Oberfläche
gibt es einige Öffnungen
wie bei 306, 308 und 310. Die Buchse
umfasst auch hintere Abstandshalter 312 und 314.
Unter Bezugnahme insbesondere auf die 12 umfasst
die Buchse ein dielektrisches Element, das im Allgemeinen mit dem
Bezugszeichen 316 bezeichnet wird, das einen hinteren nach
oben gerichteten Vorsprung 318, einen hinteren nach unten
gerichteten Vorsprung 320, einen vorderen Hauptvorsprung 322 und
einen vorderen Untervorsprung 324 aufweist. Das Dielektrikum
wird an seiner Position gehalten mittels eines nach unten gerichteten
Vorsprungs des Gehäuses
und einem nach oben gerichteten Vorsprung innerhalb des Gehäuses zusammen
mit einer hinteren Rückhalteplatte.
Innerhalb jeder dieser Öffnungen
wird eine Erdungsfeder wie beispielsweise bei 332 gehalten,
die mit einem oberen Erdungsstift 334 verbunden ist. Andere
obere Erdungsstifte, wie bei 336 und 338 sind ähnlich positioniert.
Untere Erdungsfedern, wie beispielsweise bei 340 sind mit
Erdungstiften, wie bei 342 verbunden, wobei andere Erdungsstifte
wie bei 344 und 346 benachbart zu ähnlichen
Erdungsfedern angeordnet sind. Unter Bezugnahme auf 12 umfasst
die Buchse auch einen metallischen Kontaktbereich, der im Allgemeinen
mit dem Bezugszeichen 348 bezeichnet ist, der einen vorderen
ausgesparten Bereich 350, einen mittleren Kontaktbereich 352 und
einen hinteren Signalstift 354 aufweist. Ein benachbarter
Stift ist bei 356 dargestellt. Diese Stifte erstrecken sich
nach hinten durch Schlitze, wie bei 358 und 360. Das
Dielektrikum wird weiterhin durch dielektrische Verriegelungen wie
bei 362 und 364 in dem Gehäuse gehalten. Die Buchse umfasst
auch eine vordere Öffnung 365 und
eine innere Gehäuseoberfläche 366. Unter
Bezugnahme insbesondere auf 13 zeigt diese
perspektivische Ansicht der Buchse die Struktur des metallischen
Kontaktbereichs 350 in größeren Detail, um eine Mehrzahl
von alternierenden längsverlaufende
n Rippen wie bei 367 und Nuten 368 zu zeigen,
die ähnliche
Strukturen an dem metallischen Kontakt 218 der Buchse ergreifen.
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Unter
Bezugnahme insbesondere auf die 14 und 15 ist
der Stecker und die Buchse jeweils in einer getrennten und in einer
zusammengesteckten Konfiguration gezeigt. Es wird erkannt werden,
dass der vordere Hauptvorsprung 146 des Dielektrikumbereichs
des Steckers an dem vorderen Untervorsprung des Die lektrikumbereichs
der Buchse Ende an Ende ansteht. Der vordere Hauptvorsprung des
Dielektrikumbereichs der Buchse steht an den vorderen Untervorsprung
des Dielektrikumbereichs des Steckers Ende an Ende an. Es wird auch
erkannt werden, dass an dem metallischen Bereich des Steckers die
Anschlussausparung das metallische Element der Buchse in einer Seite
an Seite anstehenden Beziehung aufnimmt. Die Anschlussaussparung
des metallischen Kontaktelements der Buchse empfängt das metallische Kontaktelement
des Steckers in einer Seite an Seite angrenzenden Beziehung. Das vordere
Ende des Anschlussgehäuses
steht an der inneren Wand des Steckers an. Die Erdungsfedern des
Steckers berühren
ebenfalls die freien Frontseitenwände des Steckers und stellen
einen elektrischen Kontakt mit diesen her. Es sollte erwähnt werden,
dass wenn der Verbinder, der in 15 dargestellt
ist, wo das Stecker- und das Buchsengehäuse axial miteinander im Eingriff
stehen, der metallische Kontakt des Steckers und der metallische
Kontakt der Buchse sich sowohl von dem dielektrischen Element des
Steckers als auch dem dielektrischen Element der Buchse axial nach
innen erstrecken, sodass sie aneinander anstehen. Es sollte auch
erwähnt werden,
dass die dielektrischen Elemente des Steckers und der Buchse sich
mit Bezug auf die metallischen Kontaktelemente des Steckers und
der Buchse radial nach außen
erstrecken.
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Unter
Bezugnahme auf 16 wird erkannt werden, dass
eine alternative Ausführungsform
des Verbinders der vorliegenden Erfindung aus einem Stecker besteht,
der im Allgemeinen mit dem Bezugszeichen 590 bezeichnet
ist und einer Buchse die im Allgemeinen mit dem Bezugszeichen 592 bezeichnet
ist. Der Stecker besteht aus einem Steckergehäuse 594. Weiterhin
gibt es einen Steckererdungskontakt 596, eine Steckererdungsfeder 598, Steckersignalstifte 600 und 602,
einen Steckerkontakt 606 und einen dielektrischen Einsatz 608.
Die Buchse besteht aus einem Buchsengehäuse 610, einem Buchsenerdungskontakt 612,
Buchsenerdungsfedern 614 und einem Buchsenkontakt 616.
Ein Ausrichtungsrahmen 618 und Buchsensignalstifte 620, 622 werden
auch bereitgestellt. Es wird erkannt werden, dass diese Anordnung
die gleiche I-Stab-Geometrie aufweist, wie sie oben beschrieben
wurde.
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Vergleichstest
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In 17 ist
das gemessene Übersprechen für das nahe
Ende (near and cross talk (NEXT)) und das Übersprechen für das entfernte
Ende (far and cross talk (FEXT)) bei einer Anstiegszeit von 35ps dargestellt
für ein
Modell eines Verbinders mit einem Rasterabstand von 1,27 mm (0,05'') hergestellt gemäß der oben zuerst beschriebenen
Ausführungsform.
Das Tal in der NEXT-Wellenform von ungefähr 7 %, ist das Übersprechen
für das
nahe Ende, das in dem I-Stab-Abschnitt
des Verbinders entsteht. Die führenden
und die nachlaufenden Spitzen kommen von dem Übersprechen bei den Eingabe-
und Ausgabebereichen des Verbinders, wo die I-Stab-Geometrie aufgrund
von mechanischen Randbedingungen nicht beibehalten werden kann.
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Die Übersprechperformance
für einen
Bereich von Anstiegszeiten, die größer sind als 2 mal die Verzögerung durch
den Verbinder, des Verbinders relativ zu anderen Verbindersystemen,
ist am Besten durch eine Graphik der gemessenen Anstiegszeit-Übersprech-Produkte
(in Nanosekundenprozent) über
der Signaldichte (Signale pro Inch) illustriert. Die unterschiedlichen
Signaldichten entsprechen Verbindern mit unterschiedlichem Signal -zu-Erde-Verhältnissen
in den Verbinder. Das gemessene Anstiegszeit-Übersprech-Produkt des hochskalierten
Modells eines I-Stab-Verbinders mit einem Rasterabstand von 1,27
mm (0,05'') ist in 18 für drei Signal-zu-Erde-Verhältnissen
dargestellt. 1 zu 1, 2 zu 1 und alle Signale. Da das Übersprechen
des hochskalierten Modells 2 mal so groß ist, wie jenes eines Designs
mit einem Rasterabstand von 0,63 mm (0,025 Inch) kann die Leistungsfähigkeit des
Einzelreihendesigns mit 0,025 Inch Rasterabstand einfach auf das
Doppelte der Dichte und die Hälfte
des Übersprechens
des Modells extrapoliert werden. Für das Zweireihendesign liegt
die Dichte bei 4-mal jener des Models und das Übersprechen ist wiederum die
Hälfte.
Die extrapolierte Leistungsfähigkeit
der Einreihen- und der Zweireihenverbinder mit einem Rasterabstand
von 0,63 mm (0,025 Inch) werden auch in 18 relativ
zu einer Anzahl von konventionellen Verbindern dargestellt, die
in dieser Figur gezeigt sind. Das An stiegszeit-Übersprech-Produkt des I-Stab-Verbinders
mit einem Rasterabstand von 0,63 mm (0,025 Inch) liegt für alle Signale
bei 0,75 und ist viel weniger als jenes der anderen Verbindungen
bei entsprechend hohen Signal-zu-Erde-Verhältnissen.
Unter Bezugnahme insbesondere auf die Kurve für ein Modell mit einem Rasterabstand
von 1,27 mm (0,05 Inch) in 18, wird 18 relativ
zu einer Anzahl von konventionellen Verbindern sein, die in dieser
Figur dargestellt sind. Das Anstiegszeit-Übersprech-Produkt des I-Stab-Verbinders
mit einem Rasterabstand von 0,63 mm (0,025 Inch) für alle Signale
liegt bei 0,75 und ist daher viel geringer als jenes der anderen
Verbindungen bei entsprechend hohen Signal-zu-Erde-Verhältnissen.
Unter Bezugnahme insbesondere auf die Kurve für das Modell mit einem Rasterabstand
von 1,27 mm (0,05 Inch) in 18 wird
erkannt werden, dass das Anstiegszeit-Übersprech-Produkt unabhängig der
Signaldichte für
Signal-zu-Erde-Verhältnissen größer als
1 zu 1 ist.
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Elektrische Kabelanordnung
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Unter
Bezugnahme auf die 19 und 20 wird
erkannt werden, dass die vorteilhaften Ergebnisse, die mit dem Verbinder
gemäß der vorliegenden
Erfindung erzielt werden können,
auch in einer Kabelanordnung erzielt werden.
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Dies
liegt daran, dass ein Dielektrikum in eine I-Stab-Form extrudiert
werden kann und ein Leiter kann an diesem I-Stab an der Rippe und
an den horizontalen Flanschen angeordnet werden, um, wie es oben
beschrieben wurde, ein niedriges Übersprechen zu erzielen. Die
I-Stab-Extrusionen des Dielektrikums sind mit dem Bezugszeichen 369 und 370 dargestellt.
Jedes dieser Extrusionen hat eine Rippe 371, die rechtwinklig
zwischen ihren oberen und unteren Kanten zwischen Flanschen bei 372 und 373 angeordnet
ist. Die Flansche haben nach innen zeigende innere Oberflächen und
nach außen
zeigende äußere Oberflächen, die
metallisierte obere Erdungsebenenbereiche 374 und 376 und
metallisierte untere Erdungsebenenbereiche entsprechend bei 378 und 380 aufweisen.
Die Rippen haben ebenfalls leitende Schichten an ihren seitlichen
Seiten. Die I-Stab-Extrusion 370 hat vertikale Signallinien 382 und 384 und
die I-Stab- Extrusion 374 hat vertikale Signal linien 368 und 388.
Diese vertikalen Signallinien und Erdungsebenenbereiche werden wie
beispielsweise mit einem Metallband bevorzugt metallisiert. Es sollte
verstanden werden, dass das Paar von vertikalen metallisierten Abschnitten
an jeder Extrusion eine Signallinie bilden wird. Die Eigenschaft der
I-Stab-Geometrie
in Bezug auf die Einstellung der Impedanz und des Übersprechens
wird im Allgemeinen die gleiche sein, wie sie oben in Verbindung
mit dem Verbinder der vorliegenden Erfindung diskutiert wurde. Unter
Bezugnahme insbesondere auf 20 wird
erkannt werden, dass die I-Stab-Extrusionen ineinandergreifende
Stufen wie bei 390 und 392 aufweisen, um eine
Ausrichtung jedes I-Stab-Elements in
der Anordnung beizubehalten. Unter Bezugnahme auf 21 können die
I-Stab-Elemente, die im Allgemeinen bei 394, 396 und 398 dargestellt
sind, wie oben beschrieben metallisiert sein (nicht dargestellt) und
können
in einer Folie und einer elastischen isolierenden Hülle, wie
sie in Allgemeinen beim Bezugszeichen 400 dargestellt ist,
eingehüllt
sein. Aufgrund der regelmäßigen Anordnung
der I-Stab-Elemente in einem kolinearen Array kann die I-Stab-Kabelanordnung direkt
in eine Buchse eingesteckt werden, ohne eine Befestigung des Kabels
außer
zum Entfernen des äußeren Mantels
der Folie an dem steckbaren Ende. Die Buchse kann Kontaktstäbe aufweisen,
die mit Klingenelementen eine Paarung bilden, die aus den Erdungs-
und Signalmetallisierungen hergestellt sind. Unter Bezugnahme insbesondere
auf 23 kann erkannt werden, das beispielsweise die
Buchse, die im Allgemeinen mit dem Bezugszeichen 402 bezeichnet
wird, Signalkontakte 404 und 406 aufweist, die
in entsprechenden vertikalen Abschnitten der I-Stab-Elemente 408 und 410 aufgenommen sind.
Unter Bezugnahme auf die 22, umfasst
die Buchse auch Erdungskontakte 412 und 414, die
entsprechende metallisierte obere Erdungsebenenbereiche 416 und 418 kontaktieren.
Es wird angenommen, dass für
die Kabelanordnung, die oben beschriebenen Anstiegszeit-Übersprech-Produkte
unabhängig
von der Signaldichte sein werden, für Signal zu Erdeverhältnissen
größer als
1 zu 1.
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Kugel-Gitterarray-Verbinder
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Die
Anordnung des Dielektrikums und die Leiterelemente der I-Stab-Geometrie
die hierin beschrieben wurde, können
auch für
die Verwendung in einem elektrischen Verbinder mit einem Kugelgitteranordnung
(ball grid array connector) angepasst werden. Ein Stecker für eine derartige
Verwendung in so einer Verbindung ist in den 24 bis 27 dargestellt.
Unter Bezugnahme auf diese Figuren wird der Stecker im Allgemeinen
mit dem Bezugszeichen 420 dargestellt. Der Stecker umfasst
einen dielektrischen Basisbereich 422, eine dielektrische
umlaufende Wand 424, metallische Signalstifte wie bei 426, 428, 430, 432 und 434,
die in einer Mehrzahl von Reihen angeordnet sind und sich rechtwinklig
nach oben von dem Basisbereich aus erstrecken. Sich längserstreckende
metallische Erdungs- oder Leistungselemente 436, 438, 440, 442, 444 und 446 sind
zwischen den Reihen der Signalstifte angeordnet und erstrecken sich
rechtwinklig von dem Basisabschnitt. Der Stecker umfasst auch Ausrichtungs-
und Befestigungsstifte 448 und 450. An seiner
unteren Seite umfasst der Stecker auch eine Mehrzahl von Reihen
von leitenden Lotpunkten, wie bei 452 und 454.
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Unter
Bezugnahme auf die 28 bis 31, ist
eine Buchse, die mit dem Stecker 420 eine Verbindung eingehen
kann, im Allgemeinen mit dem Bezugszeichen 456 dargestellt.
Die Buchse umfasst ein Basisabschnitt-Dielekrikum 458,
eine umlaufende Vertiefung 460 und Reihen von Ausnehmungen,
die metallische Stifte aufnehmen, wie bei 462, 464, 466, 468 und 470.
Metallische Erdungs- oder Leistungselemente aufnehmende Strukturen 472, 474, 476, 478, 480 und 482 sind
zwischen den Reihen der stiftaufnehmenden Ausnehmungen angeordnet.
An ihrer Unterseite umfasst die Buchse auch Ausrichtungs- und Montagestifte 484 und 486.
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Es
wird erkannt werden, dass der elektrische Verbinder, der beschrieben
wurde, aufgrund seiner I-Stab-förmigen
Geometrie niedriges Übersprechen und
eine Steuerung der Impedanz ermöglicht.
Es wird auch erkannt werden, dass ein elekt risches Kabel auch beschrieben
wurde, das aufgrund dieser gleichen Geometrie ein niedriges Übersprechen
und eine Einstellung der Impedanz ermöglicht.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung in Verbindung mit den bevorzugten Ausführungsformen
der 4 bis 18 beschrieben wurde, sollte
es verstanden werden, dass andere ähnliche Ausführungsformen
verwendet werden können
oder Modifikationen und Hinzufügungen
zu den beschriebenen Ausführungsformen
gemacht werden können,
um die gleiche Funktion der vorliegenden Erfindung durchzuführen, ohne
von ihr abzuweichen. Daher sollte die vorliegende Erfindung nicht
auf eine einzige Ausführungsform
beschränkt
werden, sondern im Umfang der beigefügten Ansprüche interpretiert werden.