DE69931230T2

DE69931230T2 - Modularer Steckverbinder mit kapazitiven trennenden Platten

Info

Publication number: DE69931230T2
Application number: DE69931230T
Authority: DE
Inventors: Michael W. Harrisburg Fogg; John P. Jr. Harrisburg Huss; John M. Camp Hill Landis; Michael D. Harrisburg Long; Hurley C. Harrisburg Moll
Original assignee: Whitaker LLC
Current assignee: Whitaker LLC
Priority date: 1998-10-06
Filing date: 1999-10-06
Publication date: 2007-03-01
Anticipated expiration: 2019-10-07
Also published as: EP0993081A2; EP0993081B1; US5975960A; JP2000123925A; TW517413B; EP0993081A3; DE69931230D1

Description

Diese Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf elektrische Steckverbinder und im Besonderen auf einen modularen Steckverbinder mit kapazitiven Platten, die zur Verringerung des Nebensprechens dienen.
Modulare Steckverbinder kommen in großem Maße zur Anwendung, um elektrische Verbindungen zwischen Geräten bereitzustellen. Beispielsweise findet man modulare Stecker an Telefonapparaten, die dazu dienen, das Telefon mit einer modularen Buchse zu verbinden. Modulare Steckverbinder in Form von Steckern und Buchsen werden außerdem üblicherweise zum Verbinden von Computerausrüstung eingesetzt.
Kabel, die die Schnittstellenfunktion für die Hochgeschwindigkeits-Signalübertragung zwischen der Computerausrüstung übernehmen, umfassen normalerweise eine Vielzahl von Leitern in Form verdrillter Aderpaare. Modulare Steckverbinder, die an den Enden der Kabel eingesetzt werden, sind für deren elektrische Leistung unter Berücksichtigung verschiedener Betriebsbedingungen bemessen. Die Telecommunications Industry Association und die Electronic Industries Association (TIA/EIA) haben eine Telecommunications System Bulletin-Spezifikation mit dem Titel „Additional Transmission Specifications for Unshielded Twisted-pair connecting Hardware" herausgegeben. In der Spezifikation werden drei Niveaus mit gesteigerten Leistungsanforderungen beschreiben: Kategorie 3, Kategorie 4 und Kategorie 5. Steckverbinder der Kategorie 5 müssen die Leistungsspezifikationen bei Frequenzen mit bis zu 100 MHz und Übertragungsraten von 100 Mbps erfüllen.
Die Industriespezifikationen, die die Anforderungen an die Kabel und Steckverbinder definieren, weisen einen inhärenten Defekt bei der Anordnung von Kontakt zu verdrilltem Aderpaar auf. Einige der Drähte der Kombinationen aus verdrillten Aderpaaren sind im Steckverbinder in der Nähe von anderen Drähten angeordnet, die zu anderen verdrillten Aderpaaren gehören. Diese Anordnung erhöht das Ausmaß des Nebensprechens, das sich zwischen den konkurrierenden Kontakten feststellen lässt. Diese Neigung zum Nebensprechen verursacht beim Versuch, die Leistungsanforderungen der Kategorie 5 zu erfüllen, Probleme.
Das Nebensprechen lässt sich im Allgemeinen als die unerwünschte Kopplung von elektrischen Signalen auf benachbarte Signalleitungen beschreiben. Ein solches Nebensprechen kann dazu führen, dass Teile eines elektrischen Signals, das auf einem Paar von Leitungen vorhanden ist, auf einem anderen getrennten Paar von Leitungen als unerwünschtes Rauschen auftreten. Das Nebensprechen zwischen verschiedenen Teilen von Drähten ist eine Störquelle, die eine Signalverschlechterung hervorrufen und sich auf die Fähigkeit eines Kommunikationssystems, Eingangssignale zu verarbeiten, negativ auswirken kann. Das Nebensprechen kann außerdem die Fehlerraten erhöhen und die Signalstärke verringern. Die Schwierigkeiten, die mit dem unerwünschten Nebensprechen verbunden sind, werden mit dem allgemeinen Anstieg der Betriebsfrequenzen und Datenraten von modernen Kommunikationssystemen sogar noch problematischer. Außerdem kann das Nebensprechen in elektrischen Steckverbindern besonders problematisch sein, die eine Vielzahl von Drähten enthalten, die im Allgemeinen parallel und eng aneinander liegend angeordnet sind. Eine solche Anordnung kann, sogar über kurze Leiterlängen, zu übermäßigem Nebensprechen führen.
Bisherige Verfahren zum Verringern des Nebensprechens umfassten das kammartige Ineinandergreifen der Kontakte im Steckverbinder, um eine Kopplung hervorzurufen und das Ausmaß des Nebensprechens zu verringern. Sonstige Techniken umfassten die Verwendung eines kapazitiven Leiterplattenlaminats, das die parallele Gruppe von Kontakten abdeckt. Beide Techniken erfordern kostspielige Fertigungsverfahren, die zu einem wichtigen Mitverursacher für die Kosten des Steckverbinders werden.
In WO97/44862 wird eine modulare Anschlussdose beschrieben, die ein verringertes Nebensprechen aufweist und ein Steckverbindergehäuse, das eine Vielzahl von Kontakten abstützt, die auf einem Kontaktträger angeordnet sind, und eine in das Gehäuse gesteckte Abschlusskappe umfasst, um eine Vielzahl von Drähten an einem Ende der Kontakte abzuschließen. Die Kontakte umfassen gestapelte, stromführende Platten mit kammartig ineinander greifenden, dielektrischen Folien zum Steuern des Ausmaßes der kapazitiven Kopplung zwischen den ausgewählten Kontakten, wodurch die modulare Anschlussdose die Anforderungen der Kategorie 5 erfüllen oder übertreffen kann.
In US-A-5766043 wird eine elektrische Buchse beschrieben, die ein vorderes Gehäuseteil, ein hinteres Gehäuseteil und einen Gehäuseeinsatz umfasst, die mit elektrischen Zuleitungen konfektioniert werden. Ferrithülsen oder eine als Ferritblock gebildete Ferriteinheit ist in das hintere Gehäuseteil montiert und die Zuleitungen sind durch dasselbe hindurchgeführt, um die unerwünschten Frequenzen von den Zuleitungen zu entfernen.
In EP-A-0603667 wird ein Kommunikationssteckverbinder mit einer Vielzahl von Kontaktpaaren für die leitende Verbindung mit den jeweiligen Kommunikationssignaldrahtpaaren mit einem etikettartigen Mehrschichtkondensator bereitgestellt, der einen ersten Kontakt eines Kontaktpaares an einen zweiten Kontakt eines zweiten Kontaktpaares kapazitiv koppelt, um das Nahnebensprechen zwischen den benachbarten Kontakten zu verringern. Eine gemeinsame, leitende, dünne Schicht, die eng neben mehr als einem der Kontakte und mit einem Abstand zu denselben angeordnet ist, verbessert außerdem die Nahnebensprechleistung des Kommunikationssteckverbinders.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Beseitigung oder mindestens die Verringerung der Wirkungen von einem oder mehreren der oben dargelegten Probleme. Zu diesem Zweck befindet sich die Erfindung in einem Steckverbinder nach Anspruch 1.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird jetzt die folgende Beschreibung herangezogen, und zwar in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen, in denen ähnliche Bezugszeichen ähnliche Bauelemente ausweisen und wobei:
1 eine auseinander gezogene, isometrische Ansicht eines modularen Steckverbinders gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
2 eine isometrische Unteransicht eines Kontakteinsatzes des modularen Steckverbinders von 1 ist;
3 eine Seitenansicht der Kontakte und einer nicht ohmschen Platte des modularen Steckverbinders von 1 ist;
4 eine isometrische Ansicht eines alternativen Kontakteinsatzes gemäß der vorliegenden Erfindung ist; und
5 eine seitliche Querschnittsansicht des Kontakteinsatzes von 3 ist.
Jetzt wird auf 1 der beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, die eine auseinander gezogene, isometrische Ansicht einer modularen Steckverbinderbaugruppe 10 gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Die modulare Steckverbinderbaugruppe 10 umfasst ein Gehäuse 15 und einen Kontakteinsatz 20. Der Kontakteinsatz 20 ist dafür ausgelegt, eine Vielzahl von Kontakten 25 und zwei nicht ohmsche Platten 30, 32 aufzunehmen. Das Gehäuse 15 und der Kontakteinsatz 20 lassen sich ineinanderstecken, um die modulare Steckverbinderbaugruppe 10 zu bilden. Das Gehäuse 15 umfasst eine Steckbuchse 35, die dafür ausgelegt ist, einen Kopplungsstecker (nicht dargestellt) aufzunehmen.
Durch die Anordnung der Kontakte 25 in Bezug auf die korrespondierenden Kontakte (nicht dargestellt) des Kopplungssteckers (nicht dargestellt) wird ein Nebensprechproblem verursacht. Die Drähte (nicht dargestellt), die schließlich die Kopplung mit den Kontakten 25 herstellen, bilden die verdrillten Aderpaare. Die Kontakte 25 werden einzeln als die Kontakte 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47 und 48 bezeichnet. Die Anordnung der verdrillten Aderpaare, wie sie durch die Spezifikation für das Kabel (nicht dargestellt) definiert ist, gruppiert die Kontakte 41 und 42, die Kontakte 43 und 46, die Kontakte 44 und 45 und die Kontakte 47 und 48 in die verdrillten Aderpaare. Im Kontakteinsatz 20 sind die Kontakte mit den Kontakten 41, 43, 45 und 47 in einer Gruppe 50 und die Kontakte 42, 44, 46 und 48 in einer zweiten Gruppe 52 angeordnet. Die Reihenfolge der Kontakte 25 im Kontakteinsatz 20 stimmt nicht mit der Anordnung der verdrillten Aderpaare überein und als Folge davon weisen die Kontakte 43 und 45 und die Kontakte 44 und 46 eine erhöhte Neigung zum Nebensprechen auf.
Angenommen, dass die Ansteuerung eines elektrischen Signals auf den Kontakten 43 und 46 erfolgt. Anfangs können ein positives elektrisches Signal auf dem Kontakt 46 und ein negatives Signal gleicher Amplitude, aber entgegengesetzter Polarität auf dem Kontakt 43 vorhanden sein. Es kommt zur Kopplung des Kontaktes 46 an den Kontakt 45, was dazu führt, dass der Kontakt 45 einen Teil des auf dem Kontakt 46 vorhandenen positiven Signals aufnimmt. Genauso kommt es zur Kopplung des Kontaktes 43 an den Kontakt 44, was dazu führt, dass der Kontakt 44 einen Teil des auf dem Kontakt 43 vorhandenen negativen Signals aufnimmt.
Jetzt wird auf 2 Bezug genommen, die eine isometrische Unteransicht des Kontakteinsatzes 20 zeigt. Die nicht ohmschen Platten 30, 32 befinden im Kontakteinsatz 20 in Nähe der Kontakte 43, 45, 44, 46, die für das Nebensprechen anfällig sind. Wie in 2 ersichtlich, sind für die Aufnahme der Platten 30, 32 die Plattenbuchsen 54, 56 im Kontakteinsatz 20 definiert. Bei der abgebildeten Ausführungsform erstrecken sich die Plattenbuchsen 54, 56 nur teilweise durch den Kontakteinsatz 20. Zwei Reihen der Kontaktkanäle 58 sind zur Aufnahme der Kontakte 25 im Kontakteinsatz 20 definiert. Bei der abgebildeten Ausführungsform werden die Kontakte 25 durch eine Presspassung in den Kontaktkanälen 58 gehalten. Die Kontakte 25 umfassen verbreiterte Haltestegflächen 60, die an den Flächen der Kontaktkanäle 58 anliegen, um die Presspassung zu erreichen.
Die Platten 30, 32 werden außerdem durch eine Presspassung in den Plattenbuchsen 54, 56 gehalten. Die (in 1 dargestellten) Stachel 62 sind an den Platten 30, 32 zur Erhöhung des Presssitzes zwischen den Platten 30, 32 und den Plattenbuchsen 54, 56 definiert. Es wird ferner in Erwägung gezogen, dass die Kontakte 25 und die Platten 30, 32 im Kontakteinsatz 20 dadurch gehalten werden können, dass der Kontakteinsatz 20 umspritzt wird, und zwar um die Kontakte 25 und die Platten 30, 32 herum.
Die Platte 30 wird in der Plattenbuchse 54 nahe der Kontakte 43, 45 gehalten und die Platte 32 wird in der Plattenbuchse 56 nahe der Kontakte 44, 46 gehalten. Die Teile 64, 66 des Kontakteinsatzes 20 zwischen den Kontaktkanälen 58 und den Platten 30, 32 fungieren als Dielektrikum. Die Platte 30, der dielektrische Teil 66 und die Kontakte 43, 45 bilden einen Kondensator, der die Kontakte 43, 45 magnetisch koppelt, wodurch das Nebensprechen zwischen den Kontakten 43, 45 verringer wird. Ebenso bilden die Platte 32, der dielektrische Teil 64 und die Kontakte 44, 46 einen Kondensator, der die Kontakte 44, 46 magnetisch koppelt, wodurch das Nebensprechen zwischen den Kontakten 44, 46 verringert wird.
Die Kopplung zwischen den Kontakten 43, 45 führt dazu, dass der Kontakt 45 einen Teil des auf dem Kontakt 43 vorhandenen negativen Signals aufnimmt. Dieses negative Signal auf dem Kontakt 45 dient wiederum dazu, das auf dem Kontakt 45 wegen seiner Nähe zum Kontakt 46 induzierte positive Nebensprechsignal aufzuheben oder zu verringern. Ebenso führt die Kopplung zwischen den Kontakten 44, 46 dazu, dass der Kontakt 44 einen Teil des auf dem Kontakt 46 vorhandenen positiven Signals aufnimmt. Dieses positive Signal auf dem Kontakt 44 dient wiederum dazu, das auf dem Kontakt 44 wegen seiner Nähe zum Kontakt 43 induzierte negative Nebensprechsignal aufzuheben oder zu verringern.
Jetzt wird kurz auf 3 Bezug genommen, die eine Seitenansicht der Kontakte 41, 43, 45, 47 und der Platte 30 zeigt. Zur besseren Veranschaulichung ist der Kontakteinsatz 20 nicht dargestellt. Die Kontakte 41, 43, 45, 47 und die Platte 30 sind jedoch so angeordnet, als ob sie sich im Kontakteinsatz 20 befänden. Der Kontakt 43 weist eine Außenkante 65 auf und der Kontakt 45 weist eine Außenkante 70 auf. Die Breite der Platte 30 ist etwas kleiner als die kombinierte Breite der Kontakte 43, 45, die zwischen den Außenkanten 65, 70 definiert ist, nachdem die Kontakte 43, 45 in den Kontakteinsatz 20 montiert sind. Dies verringert die Wahrscheinlichkeit, dass durch die Fertigungstoleranzen eine andere Kopplung der Kontakte 25 als jene, die oben beschrieben wurde, entstehen könnte. Eine vergleichbare Beziehung existiert zwischen der Platte 32 und den Kontakten 44, 46.
Bei der abgebildeten Ausführungsform sind die Kontakte 25 aus Phosphorbronze geformt, die Platten 30, 32 sind aus Messing geformt und der Kontakteinsatz 20 ist aus einem Flüssigkristallpolymer geformt.
4 ist eine isometrische Ansicht eines alternativen Kontakteinsatzes 100 gemäß der vorliegenden Erfindung und 5 ist eine seitliche Querschnittsansicht des Kontakteinsatzes 100 von 4. Der Kontakteinsatz 100 ist dafür ausgelegt, doppelt abgestützte, freitragende Schenkelkontakte 105 aufzunehmen. Die Platten 30, 32 werden in den Plattenbuchsen 54, 56 gehalten, die im Kontakteinsatz 100 in einer vergleichbaren Weise definiert sind, wie dies oben, unter Bezugnahme auf die 1 und 2, beschrieben wurde.

Claims

Steckverbinder (10), der einen Kontakteinsatz (20) aufweist, der mindestens einen ersten und einen zweiten Kontaktkanal (58) umfasst, die in einer ersten Reihe (50) angeordnet sind und einen ersten und einen zweiten darin gehaltenen Kontakt (43, 45) aufweisen, sowie mindestens einen dritten und einen vierten Kontaktkanal (58), die in einer zweiten Reihe (52) angeordnet sind und einen dritten und einen vierten darin gehaltenen Kontakt (44, 46) aufweisen, gekennzeichnet durch eine erste Plattenbuchse (54), die im Kontakteinsatz (20) nahe des ersten und des zweiten Kontaktkanals (58) definiert ist; eine zweite Plattenbuchse (56), die im Kontakteinsatz nahe des dritten und des vierten Kontaktkanals (58) definiert ist; und die erste und die zweite Platte (30, 32), die jeweils in der ersten und der zweiten Plattenbuchse gehalten werden, wodurch das Paar des ersten und des zweiten Kontakts und das Paar des dritten und des vierten Kontakts jeweils magnetisch gekoppelt werden.
Steckverbinder nach Anspruch 1, bei dem die erste Reihe im Wesentlichen parallel zu der zweiten Reihe ist.
Steckverbinder nach Anspruch 1 oder 2, der einen fünften und einen sechsten Kontaktkanal (58) umfasst, die im Kontakeinsatz (20) definiert sind, wobei der fünfte Kontaktkanal in der ersten Reihe (50) angeordnet ist und der sechste Kontaktkanal in der zweiten Reihe (52) angeordnet ist, und der fünfte und der sechste Kontakt (41, 42) jeweils in dem fünften und dem sechsten Kontaktkanal gehalten werden.
Steckverbinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die oder mindestens eine der Platten (30, 32) eine Breite aufweist, die kleiner ist als der Abstand zwischen den Außenkanten (65, 70) des zugeordneten Paares des ersten und des zweiten (43, 45) bzw. des dritten und des vierten Kontakts (44, 46).
Steckverbinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Kontakteinsatz (20) einen dielektrischen Teil (66) zwischen jeder Plattenbuchse (54, 56) und dem zugeordneten Paar von Kanälen (58) aufweist.
Steckverbinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Kontakteinsatz ein Flüssigkristallpolymer umfasst.
Steckverbinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die oder jede Platte (30, 32) Messing umfasst.