EP1080518B1 - Anordnung von kontaktpaaren zur kompensation des nahnebensprechens für eine elektrische steckverbindung - Google Patents
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- EP1080518B1 EP1080518B1 EP99924976A EP99924976A EP1080518B1 EP 1080518 B1 EP1080518 B1 EP 1080518B1 EP 99924976 A EP99924976 A EP 99924976A EP 99924976 A EP99924976 A EP 99924976A EP 1080518 B1 EP1080518 B1 EP 1080518B1
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- Y10S439/00—Electrical connectors
- Y10S439/941—Crosstalk suppression
Definitions
- the invention relates to an arrangement of contact pairs for compensation the crosstalk for an electrical connector
- RJ-45 connector The most widespread electrical connector for symmetrical data cables is the RJ-45 connector, which depending on the technical requirements various embodiments is known.
- Known RJ-45 connectors Category 5 points, for example, between all four Contact pairs have a crosstalk attenuation of> 40 dB at 100 MHz Transmission frequency. Due to the unfavorable contact assignment at Due to the design, RJ-45 occurs particularly with the plug between the both pairs 3, 6 and 4, 5 due to their nested arrangement an increased crosstalk, which can be used at high Restricted transmission frequencies. For reasons of compatibility with the However, the pin assignment cannot be changed with previous plugs. Because of this unfavorable structural arrangement are already for Approaching the near end> 40 dB at 100 MHz of category 5 special measures necessary. All known measures leave the plug untouched and bring about the improvement in the near crosstalk Compensation measures in the socket.
- WO 98/04020, WO 97/44862 and US 5,310,363 are further Arrangements previously known, the further examples of crossed contact pairs demonstrate.
- the invention is therefore based on the technical problem of an arrangement of contact pairs for an electrical connector with at least two nested contact pairs, especially for an RJ-45 connector, for higher transmission frequencies with sufficient To create crosstalk attenuation.
- Another technical problem is that Creation of an electrical connector for high Transmission frequencies that are downward compatible to the known Cat 5 Connectors.
- the crossing point placed directly behind the contact area, which is a minimal distance caused between the cross-talk zone and the compensation zone, so that Phase shifts due to running times are negligible.
- the contacts are nested contact pairs run parallel in the contact area, the inner contacts being directed in opposite directions to the outer contacts are what an inductive decoupling of the non-current-carrying Partial areas of the internal contacts. Then there are the inner ones Contacts crossed and bent 180 ⁇ and again parallel to the formed first part. This causes immediately behind the Crossing point the generated crosstalk changes its sign and compensation of the crosstalk from the contact area takes place.
- the contacts are used to generate the sufficient spring forces then nested contact pairs in a pointed one Angle bent and guided parallel to a connection area. to Decoupling and thus to limit the compensation range the inner contacts in front of the connection area again from the outer ones Bent contacts and again parallel to the outer contacts.
- the crosstalk in the The connector was specifically chosen larger and then compensated again, whereby preferably the compensation zone divided into two sections, namely a compensation zone in the socket and a compensation zone on Connection area of the plug, for which purpose the internal contacts are also crossed become.
- the inner contacts are in the compensation zone of the connector with a lower line impedance than trained in the crosstalk zone, so that between the contacts of the nested contact pairs are mostly capacitive Coupling takes place, which is the predominant part of the capacitive coupling in the Area transition plug / socket compensated, where the not current-carrying parts of the contacts of the socket and plug capacitive Act.
- the outer non-nested contact pairs are parallel to each other performed, these in the contact area for decoupling to the contacts of nested contact pairs are guided in opposite directions. to The outer ones show better decoupling to the contacts of the socket Contacts following the contact area an indentation.
- FIG. 1 a the pin assignment for an RJ-45 connector is shown.
- the RJ-45 connector comprises four contact pairs 1, 2; 3, 6; 4, 5; 7, 8.
- the associated contacts of a contact pair are not always included right next to each other, but the two middle contact pairs 3, 6 and 4, 5 are nested, which is a particularly strong one Crosstalk.
- Fig. 3 is a perspective view of the middle, one inside the other nested contact pairs 3, 6 and 4, 5 shown.
- To improve the Compensation gain in the socket is the distance between , Contact area 10, where the contacts of the plug contact those of the socket, and the compensation area is reduced.
- FIG. 4 is a side view of FIG. 3 explained.
- the contacts 3 and 6 of the spread pair are parallel and Completely identical, go from the contact area 10 in one first section 31, 61 after lings away, go in after a bend 32, 62 a straight part 33, 63 over and end on the right in a connection area 90, which can be a circuit board, for example.
- the contacts 4 and 5 of the middle pair run in the contact area 41, 51 parallel to contacts 3 and 6 and go in the opposite direction right away and make a bend of 180 ⁇ 42, 52 where the cross both contacts, i.e. Seen from above, contact 4 takes the place of contact 5 and contact 5 that of contact 4. After crossing 11 the two contacts 4 and 5 run parallel and parallel to each other Contact sections 31 and 61. After another bend 44, 54 are the Contacts 4 and 5 on the same level as 3 and 6.
- the compensation begins right behind the intersection 11 or bend 42, 52 by the parallelism of the contact areas 31, 61, 43, 53 and 33, 63, 45, 55.
- leave the two contacts 4 and 5 with a bend 46, 56 decouples the compensation zone and ends in the connection area 90.
- the contact sections 31, 32 and 41, 42, 43, 44 and 51, 52, 53, 54 and 61, 62 movable while the others lie firmly in the socket.
- the contacts 203, 204, 205, 206 run completely parallel to each other. Only at the connection area 214 the contacts 204, 205 and 203, 206 are pulled apart, see above that in the connection area 214 due to the spacing of the contact pairs are largely decoupled. This can, as shown in Fig. 6, by a opposing bending of the contact pairs or by a simple one Angling of a contact pair can be achieved.
- the mode of action of Contact arrangement of the improved connector is that so far restrict the usual large tolerances in crosstalk and that Set crosstalk to a lower tolerance value that is still Cat 5 fulfilled and matched to the compensation in the socket.
- this crosstalk compensated by a second line section according to Fig.7b, for this purpose a line pair has been crossed, you get a limit curve for the Proximity crosstalk with optimal adjustment, which increases with 40 dB / dec.
- This Limit curve is clearly explained by the mean distance d between the crosstalk and compensation zone, so that over the Compensation zone running signal a by twice the distance d has a longer term. This leads to an additional frequency dependent Phase shift that deviates from the intended 180 ⁇ to Crosstalk is canceled.
- a closer look leads to the result that a gain with such compensation only for one Distance d ⁇ / 12 is given.
- FIG. 9 shows the contact arrangement for the inner contacts 203, 204, 205, 206 shown.
- the contacts 203, 204, 205, 206 have one low line impedance in compensation zone 213 compared to Crosstalk zone 211 on what, for example, by different Diameter or shape of the contacts is realized. This is what happens the two contact pairs in the compensation zone predominantly capacitive coupling instead.
- the complete contact arrangement for the plug is shown in FIG. 10.
- the outer contacts run in the Contact area 210 in opposite directions.
- the current clearly flows into the outer one Contacts from top to bottom, inside from bottom to top. All Contacts are formed at their contact ends with radii around the To improve contact with the mating contacts of the socket.
- the outer contacts 201, 202, 207, 208 point directly behind the contact area 210 indentations 215, which for better Decoupling with the contacts of the socket.
- connection area 214 The continuation of the outer contacts 201, 202, 207, 208 from the contact area 210 to Connection area 214 is carried out parallel to the inner contacts 203, 206, 204, 205 in another plane such that a decoupling between the internal and external contacts takes place.
- the cable connections in the Connection areas are made in pairs and through a matrix-like 2 x 2 Arrangement spatially separated from each other, so that cable influences due undefined twist are low.
- 11-13 is the contact arrangement for a socket with a Printed circuit board 91 and the assembled insulation displacement contacts 92 in different perspective views.
- the contacts are in not installed condition, i.e. without socket body.
- Will the Contact set installed in a socket body, not shown, are eight contacts in parallel and under the necessary bias.
- the eyes on the circuit board for contacts 1, 2 and 4, 5 and 7, 8 are offset to here to maintain the necessary minimum clearance for the creepage distances.
- the contact arrangement for the plug is perspective shown, the contacts 201-208 in the connection area 214 with Penetration connections 216 are formed.
- Contacts 203-206 of the two nested contact pairs are in the Compensation zone 213 formed areal to the line impedance in Reduce compared to the crosstalk zone 211.
Landscapes
- Details Of Connecting Devices For Male And Female Coupling (AREA)
- Coupling Device And Connection With Printed Circuit (AREA)
- Connector Housings Or Holding Contact Members (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung von Kontaktpaaren zur Kompensation
des Nahnebensprechens für eine elektrische Steckverbindung
Aufgrund einer magnetischen und elektrischen Kopplung zwischen zwei
Kontaktpaaren induziert ein Kontaktpaar in benachbarten Kontaktpaaren einen
Strom bzw. influenziert elektrische Ladungen, so daß es zu einem
Übersprechen kommt. Zur Vermeidung des Nahnebensprechens können die
Kontaktpaare sehr weit voneinander entfernt angeordnet oder zwischen den
Kontaktpaaren eine Abschirmung angeordnet werden. Müssen die
Kontaktpaare jedoch konstruktiv sehr dicht beieinander angeordnet werden,
sind die zuvor beschriebenen Maßnahmen nicht durchführbar und das
Nahnebensprechen muß kompensiert werden.
Die weitverbreiteste elektrische Steckverbindung für symmetrische Datenkabel
ist die RJ-45-Steckverbindung, die je nach technischer Anforderung in
verschiedenen Ausführungsformen bekannt ist. Bekannte RJ-45-Steckverbindungen
der Kategorie 5 weisen beispielsweise zwischen allen vier
Kontaktpaaren eine Übersprechdämpfung von > 40 dB bei 100 MHz
Übertragungsfrequenz auf. Aufgrund der ungünstigen Kontaktbelegung beim
RJ-45 kommt es konstruktionsbedingt besonders beim Stecker zwischen den
beiden Paaren 3, 6 und 4, 5 aufgrund ihrer verschachtelten Anordnung zu
einem erhöhten Übersprechen, welches den Einsatz bei hohen
Übertragungsfrequenzen einschränkt. Aus Gründen der Kompatibilität zu den
bisherigen Steckern kann die Kontaktbelegung jedoch nicht verändert werden.
Aufgrund dieser ungünstigen konstruktiven Anordnung sind bereits zum
Erlangen des Nahnebensprechend > 40 dB bei 100 MHz der Kategorie 5
besondere Maßnahmen nötig. Alle bekannten Maßnahmen lassen den Stecker
unberührt und bringen die Verbesserung im Nahnebensprechen durch
Kompensationsmaßnehmen in der Buchse.
Bekannt ist hier das Kreuzen eines Paares, wodurch hinter dem gekreuzten
Bereich ein gegenphasiges Übersprechen erzeugt wird. Dazu wird in der EP 0
525 703 A1 ein Kreuzen der beiden Leitungen 4 und 5, in der WO 94/06216 ein
Kreuzen der beiden Leitungen 3 und 6 auf Leiterplatten beschrieben. Ebenfalls
bekannt ist ein Verdrillen von Adern verschiedener Paare aus der EP 0 601
829 A2. Die Kompensation durch direkte Zusatzkapazitäten zum übernächsten
Kontakt ist in der EP 0 692 884 A1 zu finden. Eine Lösung der Kompensation
durch verlängerte und mehrfach abgewinkelte Kontakte zu dessen Kreuzung
beschreibt die EP 0 598 192 A1, wo die Kompensation hinter der Kreuzung
durch die weiterführenden Kontakte und Schneidklemmen erzeugt wird.
Aus der WO 98/04020 der WO 97/44862 und der US 5,310,363 sind weitere
Anordnungen vorbekannt, die weitere Beispiele von gekreuzten Kontaktpaaren
zeigen.
Allen bekannten Lösungen gemeinsam sind Kompensationsmaßnahmen in der
Buchse, wobei aber der Abstand zwischen dem Übersprechbereich und dem
wirksamen Kompensationsbereich zu groß ist. Zur Realisierung der
Federkräfte und zum sicheren Führen der beweglichen Kontakte in der Buchse
sind diese relativ lang ausgeführt, so daß eine Kreuzung auf einer Leiterplatte,
den verlängerten feststehenden Kontakten oder verdrillten Anschlußadern zu
weit entfernt eingesetzt wird. Der Gewinn durch diese bekannten
Kompensationsmaßnahmen ist daher beschränkt, so daß Steckverbinder für
200 MHz mit diesen bekannten Lösungen nicht realisierbar sind, da das
Nahnebensprechen bei höheren Frequenzen nicht ausreichend kompensiert
werden kann.
Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, eine Anordnung
von Kontaktpaaren für eine elektrische Steckverbindung mit mindestens zwei
ineinander verschachtelten Kontaktpaaren, insbesondere für eine RJ-45-Steckverbindung,
für höhere Übertragungsfrequenzen mit ausreichender
Übersprechdämpfung zu schaffen. Ein weiteres technisches Problem ist die
Schaffung einer elektrischen Steckverbindung für hohe
Übertragungsfrequenzen, die abwärtskompatibel zu den bekannten Kat 5
Steckverbindern ist.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Merkmale der
Patentansprüche 1 und 8. Durch die Anordnung des Kreuzungspunktes in den
federnd gelagerten Teil der Kontakte der Buchse, wird der Ort der
Kompensation in die Nähe des Ortes verschoben, wo das Nahnebensprechen
erzeugt wird, nämlich den Kontaktbereich, so daß erheblich höhere
Grenzfrequenzen erreichbar sind. Durch die entkoppelte Lage der Kontakte im
Anschlußbereich des Steckers, werden die durch die Konfektionierung der
Drähte auftretenden Toleranzen derart reduziert, daß im Zusammenhang mit
der Kontaktanordnung für die Buchse höhere Übertragungsfrequenzen
erreichbar sind, die Anordnung jedoch auch noch Kat 5 kompatibel ist. Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der Kreuzungspunkt
unmitelbar hinter den Kontaktbereich gelegt, was einen minimalen Abstand
zwischen der Übersprechzone und der Kompensationszone bewirkt, so daß
Phasenverschiebungen aufgrundvon Laufzeiten vernachlässigbar sind.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Kontakte der
ineinander verschachtelten Kontaktpaare im Kontaktbereich parallel geführt,
wobei die inneren Kontakte gegensinnig zu den äußeren Kontakten gerichtet
sind, was eine induktive Entkopplung der nicht stromdurchflossenen
Teilbereiche der inneren Kontakte bewirkt. Daran anschließend sind die innren
Kontakte gekreuzt ausgebildet und 180□ gebogen und wieder parallel zum
ersten Teilbereich ausgebildet. Dies bewirkt, daß unmittelbar hinter dem
Kreuzungspunkt das erzeugte Übersprechen sein Vorzeichen wechselt und
eine Kompensation des Übersprechens vom Kontaktbereich stattfindet.
Zur Erzeugung der ausreichenden Federkräfte werden die Kontakte der
ineinander verschachtelten Kontaktpaare anschließend in einem spitzen
Winkel gebogen und parallel zu einem Anschlußbereich geführt. Zur
Entkopplung und damit zur Begrenzung des Kompensationsbereiches werden
die inneren Kontakte vor dem Anschlußbereich noch einmal von den äußeren
Kontakten weggebogen und wieder parallel zu den äußeren Kontakten geführt.
Zur Reduzierung des Übersprechens von den äußeren Kontakten der
ineinander verschachtelten Kontaktpaare zu den nicht verschachtelten
Kontaktpaaren sind letztere im Kontaktbereich gleichsinnig parallel zu den
inneren Kontakten geführt, in eine entkoppelte Lage gebogen und
anschließend parallel zu den Kontakten der ineinander verschachtelten
Kontaktpaare zum Anschlußbereich geführt.
Zur Verbesserung des Kompensationsgewinns wird das Übersprechen im
Stecker gezielt größer gewählt und anschließend wieder kompensiert, wobei
vorzugsweise die Kompensationszone in zwei Teilbereiche unterteilt, nämlich
eine Kompensationszone in der Buchse und eine Kompensationszone am
Anschlußbereich des Steckers, wozu die inneren Kontakte ebenfalls gekreuzt
werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die inneren Kontakte in
der Kompensationszone des Steckers mit einer geringeren Leitungsimpedanz
als in der Übersprechzone ausgebildet, so daß zwischen den Kontakten der
ineinander verschachtelten Kontaktpaare eine überwiegend kapazitive
Kopplung stattfindet, die den überwiegend Anteil der kapazitiven Kopplung im
Bereich Übergang Stecker/Buchse kompensiert, wo die nicht
stromdurchflossenen Teile der Kontakte von Buchse und Stecker kapazitiv
wirken.
Die äußeren nicht verschschachtelten Kontaktpaare sind zueinander parallel
geführt, wobei diese im Kontaktbereich zur Entkopplung zu den Kontakten der
ineinander verschachtelten Kontaktpaare gegensinnig geführt sind. Zur
besseren Entkopplung zu den Kontakten der Buchse weisen die äußeren
Kontakte im Anschluß an den Kontaktbereich eine Einbuchtung auf.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten
Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Fig. zeigen:
- Fig.1
- eine Kontaktanordnung einer RJ-45-Steckverbindung (Stand der Technik),
- Fig.2
- eine Darstellung der auftretenden Kopplungen für eine Anordnung gemäß Fig.1,
- Fig. 3
- eine Perspektivdarstellung der ineinander verschachtelten Kontaktpaare für eine RJ-45-Buchse,
- Fig. 4
- eine Seitenansicht der Anordnung gemäß Fig. 3,
- Fig. 5
- eine Seitenansicht der vier Kontaktpaare für eine RJ-45-Buchse,
- Fig. 6
- eine schematische Darstellung der ineinander verschachtelten Kontaktpaare im Anschlußbereich für einen RJ-45-Stecker,
- Fig.7a
- Modell zweiter homogener Leitungen zum Nahnebensprechen,
- Fig.7b
- Modell gemäß Fig.7a mit Einfachkompensation,
- Fig.7c
- Modell gemäß Fig.7a mit Doppelkompensation,
- Fig.8
- Frequenzverläufe der Modelle gemäß Fig.7a - c,
- Fig.9
- eine Anordnung der Kontakte gemäß Fig.6 mit Kreuzung und Kompensation,
- Fig.10
- eine Seitenansicht aller vier Kontaktpaare für den RJ-45- Stecker,
- Fig.11
- eine erste perspektivische Ansicht der Kontaktanordnung nach Fig.5,
- Fig.12
- eine zweite perspektivische Ansicht der Kontaktanordnung nach Fig.5,
- Fig.13
- eine dritte perspektivische Ansicht der Kontaktanordnung nach Fig.5,
- Fig.14
- eine erste perspektivische Ansicht der Kontaktanordnung nach Fig.10 und
- Fig. 15
- eine zweite perspektivische Ansicht der Kontaktanordnung nach Fig. 10.
In der Fig. 1 a ist die Pin-Belegung für eine RJ-45-Steckverbindung dargestellt.
Die RJ-45-Steckverbindung umfaßt vier Kontaktpaare 1, 2; 3, 6; 4, 5; 7, 8.
Dazu liegen nicht immer die zugehörigen Kontakte eines Kontaktpaares
unmittelbar nebeneinander, sondern die beiden mittleren Kontaktpaare 3, 6
und 4, 5 sind ineinander verschachtelt, was ein besonders starkes
Übersprechen zur Folge hat. Bei vier Kontaktpaaren gibt es sechs Kopplungen
zwischen den Kontaktpaaren, die in der Fig.2 schematisch dargestellt sind,
wobei die Strichdicke die Stärke der Kopplung symbolisiert.
Da bisherige Lösungsansätze nur Kompensationsmaßnahmen in der Buchse
das Übersprechen reduzieren und das Übersprechen im Stecker beibehalten,
läßt sich aus Gründen der gewünschten Abwärtskompatibilität zu Kat 5
Steckverbindungen für eine Verbesserung des Steckverbinders das
Übersprechen im Stecker nicht beliebig verringern. Die Verbesserungen sind
daher zunächst vorrangig in der Buchse durchzuführen. Nachfolgend werden
nun einzelne Maßnahmen dargestellt, die alle einzeln als auch gemeinsam
erfindungswesentlich sind.
In der Fig. 3 ist eine Perspektivansicht der mittleren, ineinander
verschachtelten Kontaktpaare 3, 6 und 4, 5 dargestellt. Zur Verbesserung des
Kompensationsgewinns in der Buchse wird der Abstand zwischen
. Kontaktbereich 10, wo die Kontakte des Steckers die der Buchse kontaktieren,
und dem Kompensationsbereich verkleinert. Dazu wird die prinzipiell bekannte
Kreuzung der Kontakte 4 und 5 in den beweglichen Teil der Kontakte der
Buchse verlegt. Wie aus der Fig. 3 ersichtlich, erfolgt die Kreuzung 11
unmittelbar im Anschluß an den Kontaktbereich 10, wobei sich der
Kompensationsbereich unmittelbar hinter der Kreuzung 11 anschließt.
Die Funktionsweise der Kompensation der Kontaktanordnung gemäß Fig. 3
wird nun anhand der Fig. 4, die eine Seitenansicht der Fig. 3 darstellt, näher
erläutert. Die Kontakte 3 und 6 des gespreizten Paares sind parallel und
vollständig identisch ausgebildet, gehen vom Kontaktbereich 10 in einem
ersten Teilbereich 31, 61 nach lings weg, gehen nach einer Biegung 32, 62 in
einen geraden Teil 33, 63 über und enden rechts in einem Anschlußbereich 90,
welcher beispielsweise eine Leiterplatte sein kann.
Die Kontakte 4 und 5 des mittleren Paares verlaufen im Kontaktbereich 41, 51
parallel zu den Kontakten 3 und 6 und gehen in die entgegengesetzte Richtung
nach rechts weg und machen eine Biegung von 180□ 42, 52, wo sich die
beiden Kontakte kreuzen, d.h. von oben gesehen nimmt Kontakt 4 den Platz
von Kontakt 5 und Kontakt 5 den von Kontakt 4 ein. Nach der Kreuzung 11
laufen die beiden Kontakte 4 und 5 zueinander parallel und parallel zu den
Kontaktabschnitten 31 und 61. Nach einer erneuten Biegung 44, 54 liegen die
Kontakte 4 und 5 in der gleichen Ebene wie 3 und 6.
Die Kompensation beginnt gleich hinter der Kreuzung 11 bzw. Biegung 42, 52
durch die Parallelität der Kontaktbereiche 31, 61, 43, 53 sowie 33, 63, 45, 55.
Zur Begrenzung des Kompensationsbereiches verlassen die beiden Kontakte 4
und 5 mit einer Biegung 46, 56 die Kompensationszone und enden entkoppelt
im Anschlußbereich 90.
Zur Erzielung der nötigen Federkräfte sind die Kontaktabschnitte 31, 32 und
41, 42, 43, 44 und 51, 52, 53, 54 und 61, 62 beweglich, während die anderen
fest in der Buchse liegen. Durch die Verlegung der Kreuzung 11 in den
beweglichen Teil der Kontakte liegen der Übersprechbereich und die
Kompensation sehr dicht beieinander.
Durch die gegensinnige Weiterführung der Kontakte vom Kontaktbereich
Kontakt 3 und 6 nach links, Kontakt 4 und 5 nach rechts, beschränkt sich das
Übersprechen im Kontaktbereich 31, 41 51, 61 auf die elektrische
Komponente, da sich hier die in entgegengesetzte Richtungen fließende
Ströme kaum beeinflussen.
In der Fig. 5 ist die vollständige Kontaktanordnung für die Buchse einer RJ-45-Steckverbindung
dargestellt. Für die Optimierung des Übersprechens zu den
äußeren Kontaktpaaren 1, 2 und 7, 8 ist zur Erzielung der Kat 5 Kompatibilität
in der Buchse keine gezielte Kompensation nötig. Deshalb wird das
Übersprechen zu den äußeren Paaren minimiert. Zur Verringerung des
Übersprechens im Kontaktbereich der Buchse zwischen den Kontakten 3 und
1, 2 bzw. 6 und 7, 8 sind die Kontakte 1, 2, 7, 8 gegensinnig zu den
benachbarten Kontakten 3, 6 ausgebildet. Die Weiterführung der äußeren
Kontaktpaare 1, 2 und 7, 8 erfolgt in einer Höhe zwischen den beiden Paaren
3, 6 und 4, 5 in einer nahezu entkoppelten Lage.
Aufgrund der Kompatibilitätsanforderung muß in einem verbesserten Stecker
ein entsprechendes Übersprechen zwischen den Paaren 36 und 45
beibehalten werden. Durch die bekannte übliche direkte Konfektionierung der
Adern an den Kontakten'bei bisherigen Kat 5 Steckern treten dabei relativ
große Toleranzen im Übersprechen in Abhängigkeit von der Lage der Adern
auf, was aber zur Erfüllung der Kat 5 Werte noch ausreichend ist. Für den
Einsatz des Steckers bei noch höheren Frequenzen müssen im Stecker noch
einige Verbesserungen geschaffen werden.
In der Fig. 6 sind die Kontakte 203, 206; 204, 205 der ineinander
verschachtelten Kontaktpaare in einer Draufsicht dargestellt. Die Kontakte 203,
204, 205, 206 verlaufen völlig parallel zueinander. Erst am Anschlußbereich
214 werden die Kontakte 204, 205 bzw. 203, 206 auseinander gezogen, so
daß im Anschlußbereich 214 aufgrund des Abstandes der Kontaktpaare diese
weitgehend entkoppelt sind. Dies kann, wie in Fig. 6 dargestellt, durch eine
gegensinnige Abwinkelung der Kontaktpaare oder auch durch eine einfache
Abwinkelung eines Kontaktpaares erreicht werden. Die Wirkungsweise der
Kontaktanordnung des verbesserten Steckers besteht darin, die bisher
üblichen großen Toleranzen im Übersprechen einzuschränken und das
Übersprechen auf einen unteren Toleranzwert festzulegen, der noch Kat 5
erfüllt und auf die Kompensation in der Buchse abgestimmt ist. Das Festlegen
des Übersprechens auf einen definierten Wert erfolgt durch fest in einem
Kunststoffkörper eingelegte Kontakte, die zur Erzeugung des nötigen
Übersprechens parallel verlaufen. Um Kabeleinflüsse beim Anschließen an die
Kontakte weitgehend einzuschränken, werden die Kontakte zur eindeutigen
Begrenzung der Übersprechzone erst auseinander gezogen und die Adern in
einer nahezu entkoppelten Lage konfektioniert. Undefinierte Lagen der Adern
infolge aufgelöster Verdrillung beeinflussen so kaum noch die
Übersprechwerte.
Ein derartiger Stecker bringt zusammen mit der zuvor beschriebenen Buchse
erheblich bessere Werte für das Nahnebensprechen bei höheren
Übertragungsfrequenzen, die auch meßtechnisch bestätigt wurden. Zur
weiteren Verbesserung des Frequenzverhaltens wird das Übersprechen im
Stecker zwischen den Kontaktpaaren 203, 206 und 204, 205 gezielt größer
gewählt und durch eine anschließende Kompensation wieder korrigiert. Die
Kompensation ist dabei so gewählt, daß der Stecker wieder die nötigen Werte
für Kat 5 liefert. Bevor die Umsetzung in der Kontaktanordnung beschrieben
wird, soll das dahinterstehende Wirkungsprinzip näher erläutert werden.
Zusammen mit der zuvor beschriebenen Kontaktanordnung für die Buchse
verhält sich der gesamte Steckverbinder wie eine Übersprechzone mit zwei
Kompensationszonen, nämlich eine in der Buchse und eine im Stecker, die
gegenüber einer Einfachkompensation einen deutlich besseren
Kompensationsgewinn liefert, was nachfolgend anhand einer einfachen
Anordnung zweier gekoppelter Doppelleitungen in Fig.7a - c erklärt wird.
Das Nahnebensprechen zwischen zwei parallelen homogenen Leitungen nach
Fig.7a steigt bis zu einer gewissen Grenze mit 20 dB/Dek an, verhält sich also
wie ein Hochpaß erster Ordnung. Wird dieses Übersprechen zum Beispiel
durch einen zweiten Leitungsabschnitt nach Fig.7b kompensiert, wobei hierzu
ein Leitungspaar gekreuzt wurde, so erhält man eine Grenzkurve für das
Nahnebensprechen bei optimalen Abgleich, die mit 40 dB/ Dek ansteigt. Diese
Grenzkurve erklärt sich anschaulich durch den mittleren Abstand d zwischen
der Übersprech- und Kompensationszone, so daß das über die
Kompensationszone laufende Signal einen um den doppelten Abstand d
größere Laufzeit hat. Dies führt zu einer zusätzlichen frequenzabhängigen
Phasenverschiebung, die eine Abweichung von den angestrebten 180□ zur
Auslöschung des Übersprechens bewirkt. Ein Abstand von d = λ / 4 bewirkt
bereits wegen der doppelten Weglänge eine zusätzliche Phasenumkehr, so
daß in diesem Fall das resultierende Übersprechen doppelt so groß ist wie das
der unkompensierten Übersprechzone. Eine genauere Betrachtung führt zu
dem Ergebnis, daß ein Gewinn mit einer derartigen Kompensation nur für ein
Abstand d < λ/12 gegeben ist.
Für einen Kompensationsgewinn von 20 dB ist ein Zehntel dieses Abstandes
nötig, also ca. d = λ / 120. Für eine Frequenz von 200 MHz ergibt sich je nach
Material des umgebenen Kunststoffes eine Wellenlänge von ca 1 m., d.h. es ist
hierfür ein Abstand d von ca. 8 mm nötig. Das Beispiel zeigt, wie die
Dimensionen des Steckverbinders die Grenzen der Kompensation bestimmen.
Eine Dimension von 8 mm ist beim RJ 45-Steckverbinder aus mechanischen
Gründen kaum zu unterbieten, außerdem ist ein Gewinn von 20 dB nicht
ausreichend.
Teilt man den Kompensationsbereich in zwei gleiche Teile auf und verlegt
diese vor und hinter den Übersprechbereich, erhält man eine Anordnung nach
Fig. 7c. Durch die Aufteilung ergeben sich zwei Kompensationssignale, dessen
mittlere Laufzeit mit der mittleren Laufzeit in der Übersprechzone identisch ist.
Somit gibt es keine frequenzabhängige Phasenverschiebung mehr, die
Phasendifferenz zwischen dem Übersprechsignal und dem
Kompensationsignal bleibt 180□, wobei ein symmetrischer Aufbau
vorausgesetzt ist. Dadurch erhält man deutlich bessere Werte für den
Kompensationsgewinn. Für einen exakten Abgleich ist eine Grenzkurve des
Nahnebensprechens von 60 dB/ Dekade erreichbar. Diese Grenze kommt
anschaulich dadurch zustande, daß der Betrag der Kompensation infolge der
geometrischen Trennung der beiden Kompensationen bei den hohen
Frequenzen abnimmt. Beträgt der Abstand der beiden Kompensationen 1,5 d =
λ / 4 also d = λ / 6, so haben beide entgegengesetztes Vorzeichen, die
Kompensation ist wirkungslos. Die Grenzfrequenz, bei der die Kompensation
wirkungslos wird, ist doppelt so hoch wie bei der Einfachkompensation.
Zusammen mit der höheren Steigung der Nahnebensprechkurve ist der
Gewinn dieser Kompensationsart in Fig. 8 zu erkennen. Die Frequenzverläufe
in Fig. 8 konnten mit einem vieradrigen Flachbandkabel meßtechnisch bestätigt
werden.
In der Fig. 9 ist die Kontaktanordnung für die inneren Kontakte 203, 204, 205,
206 dargestellt. Zur Erzeugung der zuvor beschriebenen Doppelkompensation
sind die beiden inneren Kontakte 204, 205 gekreuzt ausgebildet, wobei rechts
vom Kreuzungspunkt 212 die Übersprechzone 211 und links vom
Kreuzungspunkt 212 die Kompensationszone 213 liegt, die den ersten Teil der
Kompensation bildet, während der zweite Kompensationsbereich in der
Buchse liegt. Des weiteren weisen die Kontakte 203, 204, 205, 206 eine
niedrige Leitungsimpendanz in der Kompensationszone 213 im Vergleich zur
Übersprechzone 211 auf, was beispielsweise durch unterschiedliche
Durchmesser bzw. Formen der Kontakte realisiert wird. Dadurch findet sich
den beiden Kontaktpaaren in der Kompensationszone eine überwiegend
kapazitive Kopplung statt. Diese kompensiert den überwiegenden Anteil der
kapazitiven Kopplung im Bereich Übergang Stecker/Buchse, wo die nicht
stromdurchflossenen Kontaktenden des Steckers und vor allem der Buchse
kapazitiv wirken. Durch diese Maßnahme erhält der Steckverbinder auch für
diesen Frequenzbereich die notwendigen guten Werte für das
Fernübersprechen. Alternativ kann die Maßnahme mit den unterschiedlichen
Leitungsimpedanzen auch hinter die Kreuzung in der Buchse gelegt oder
aufgeteilt werden. Fertigungstechnisch ist die Realisierung dieser Kapazitäten
in den gestanzten Kontakten im Stecker aber einfacher zu bewerkstelligen als
in der Buchse, deren Kontakte aus Draht hergestellt werden.
In der Fig. 10 ist die vollständige Kontaktanordnung für den Stecker dargestellt.
Zur Entkopplung zwischen den inneren Kontakten 203, 206, 204, 205 und den
äußeren Kontakten 201, 202, 207, 208 verlaufen die äußeren Kontakte im
Kontaktbereich 210 gegensinnig. Anschaulich fließt der Strom in den äußeren
Kontakten von oben nach unten, in den inneren von unten nach oben. Alle
Kontakte sind an ihren Kontaktenden mit Radien ausgebildet, um die
Kontaktierung mit den Gegenkontakten der Buchse zu verbessern. Des
weiteren weisen die äußeren Kontakte 201, 202, 207, 208 unmittelbar hinter
dem Kontaktbereich 210 Einbuchtungen 215 auf, die zur besseren
Entkopplung mit den Kontakten der Buchse dienen. Die Weiterführung der
äußeren Kontakte 201, 202, 207, 208 vom Kontaktbereich 210 zum
Anschlußbereich 214 erfolgt parallel zu den inneren Kontakten 203, 206, 204,
205 in einer anderen Ebene derart, daß eine Entkopplung zwischen den
inneren und äußeren Kontakten stattfindet. Die Kabelanschlüsse im
Anschlußbereich erfolgen paarweise und durch eine matrixähnliche 2 x 2
Anordnung räumlich getrennt voneinander, so daß Kabeleinflüsse aufgrund
undefinierter Verdrillung gering sind.
In den Fig. 11-13 ist die Kontaktanordnung für eine Buchse mit einer
Leiterplatte 91 und den bestückten Schneid-Klemm-Kontakten 92 in
verschiedenen perspektivischen Ansichten dargestellt. Die Kontakte sind im
nicht eingebauten Zustand, d.h. ohne Buchsenkörper, dargestellt. Wird der
Kontaktsatz in einen nicht dargestellten Buchsenkörper eingebaut, stehen die
acht Kontakte parallel und unter der nötigen Vorspannung. Die Lötaugen auf
der Leiterplatte für die Kontakte 1, 2 und 4, 5 und 7, 8 sind versetzt, um hier
den nötigen Mindestabstand für die Kriechstrecken einzuhalten.
In den Fig.14 und 15 ist die Kontaktanordnung für den Stecker perspektivisch
dargestellt, wobei die Kontakte 201-208 im Anschlußbereich 214 mit
Durchdringverbindungen 216 ausgebildet sind. Die Kontakte 203-206 der
beiden ineinander verschachtelten Kontaktpaare sind in der
Kompensationszone 213 flächenhaft ausgebildet, um die Leitungsimpedanz im
Vergleich zu der Übersprechzone 211 zu reduzieren. Des weiteren sind
Kontakte 201-208 im Kontaktbereich 210 mit Haken 217 ausgebildet, die zur
Befestigung in einem nicht dargestellten Steckerkörper dienen.
- 1
- Kontakt (Buchse)
- 2
- Kontakt (Buchse)
- 3
- Kontakt (Buchse)
- 4
- Kontakt (Buchse)
- 5
- Kontakt (Buchse)
- 6
- Kontakt (Buchse)
- 7
- Kontakt (Buchse)
- 8
- Kontakt (Buchse)
- 10
- Kontaktbereich (Buchse)
- 11
- Kreuzungspunkt (Buchse)
- 31
- Teillbereich von Kontakt 3
- 32
- Teilbereich von Kontakt 3
- 33
- Teilbereich von Kontakt 3
- 41
- Teilbereich von Kontakt 4
- 42
- Teilbereich von Kontakt 4
- 43
- Teilbereich von Kontakt 4
- 44
- Teilbereich von Kontakt 4
- 45
- Teilbereich von Kontakt 4
- 46
- Teilbereich von Kontakt 4
- 51
- Teilbereich von Kontakt 5
- 52
- Teilbereich von Kontakt 5
- 53
- Teilbereich von Kontakt 5
- 54
- Teilbereich von Kontakt 5
- 55
- Teilbereich von Kontakt 5
- 56
- Teilbereich von Kontakt 5
- 61
- Teilbereich von Kontakt 6
- 62
- Teilbereich von Kontakt 6
- 63
- Teilbereich von Kontakt 6
- 90
- Anschlußbereich (Buchse)
- 91
- Leiterplatte
- 201
- Kontakt (Stecker)
- 202
- Kontakt (Stecker)
- 203
- Kontakt (Stecker)
- 204
- Kontakt (Stecker)
- 205
- Kontakt (Stecker)
- 206
- Kontakt (Stecker)
- 207
- Kontakt (Stecker)
- 208
- Kontakt (Stecker)
- 210
- Kontaktbereich (Stecker)
- 211
- Übersprechzone (Stecker)
- 212
- Kreuzungspunkt (Stecker)
- 213
- Kompensationszone (Stecker)
- 214
- Anschlußbereich (Stecker)
- 215
- Einbuchtung (Stecker)
- 216
- Durchdringverbindungen
- 217
- Haken
Claims (15)
- Anordnung von Kontaktpaaren für eine Buchse einer elektrischen Steckverbindung, mit mindestens zwei ineinander verschachtelten Kontaktpaaren, insbesondere für eine RJ-45-Steckverbindung, wobei die Kontakte zum Anschlußbereich hin teilweise fest und zum Kontaktbereich hin federnd in einem Buchsenkörper anordenbar sind, und mindestens zwei Kontakte der ineinander verschachtelten Kontaktpaare gekreuzt geführt sind,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Kreuzungspunkt (11) der Kontakte (4, 5) im federnd gelagerten Teilbereich der Kontakte (4, 5) liegt. - Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kreuzungspunkt (11) sich unmittelbar an den Kontaktbereich (10) anschließt.
- Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakte (3, 6;) zu den Kontakten (4, 5) vom gemeinsamen Kontaktbereich (10) in einem ersten Teilbereich (31, 61, 41, 51) parallel in entgegengesetzter Richtung geführt sind, die Kontakte (4, 5) daran anschließend in einem zweiten Teilbereich (42, 52) um 180□ gedreht und gekreuzt ausgebildet und in einem daran anschließenden Teilbereich (43, 53) wieder parallel zum ersten Teilbereich (31. 61, 41, 51) geführt sind.
- Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakte (3, 6; 4, 5) in einem anschließenden Bereich (32, 62, 44, 54) gebogen und anschließend parallel geführt sind.
- Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakte (4, 5) zum Anschlußbereich (90) hin in einen Bereich (46, 56) abgebogen und in einer entkoppelten Lage zu den Kontakten (3, 6) parallel zu diesen geführt sind.
- Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht ineinander verschachtelten Kontaktpaare (1, 2; 7, 8) im Bereich (41, 51) gleichsinnig parallel zu den Kontakten (4, 5) geführt sind, im Bereich des Kreuzungspunktes (11) gebogen ausgebildet und daran anschließend parallel zu den Kontakten (3, 6; 4, 5) zum Anschlußbereich (90) geführt sind.
- Buchse für eine elektrische Steckverbindung, umfassend einen Buchsenkörper und einen Satz Kontakte, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakte (1, 2; 3, 6; 4, 5; 7, 8) als Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ausgebildet sind.
- Anordnung von Kontaktpaaren für einen Stecker einer elektrischen Steckverbindung für eine Buchse mit einer Anordnung von Kontaktpaaren nach den Ansprüchen 1 bis 6, insbesondere für eine RJ-45-Steckverbindung,
dadurch gekennzeichnet, daß ineinander verschachtelte Kontakte (3, 6; 4, 5) zwischen einem Kontaktbereich (210) und einem Anschlußbereich (214) zur Bildung einer definierten Übersprechzone (211) zueinander parallel und ungekreuzt ausgebildet sind und am Anschlußbereich (214) die beiden Kontaktpaare (3, 6; 4, 5) in einer entkoppelten Lage zueinander geführt sind. - Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktlänge und/oder die Abstände der Kontakte (3, 6; 4, 5) im Bereich der Übersprechzone (211) derart gewählt sind, daß sich ein im Vergleich zu einem Kat 5-Stecker größeres Übersprechen einstellt.
- Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Übersprechzone (211) und dem Anschlußbereich (214) die Kontakte (204, 205) gekreuzt sind und einen Kompensationsbereich (213) bilden.
- Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungsimpedanzen der Kontakte (203, 206; 204, 205) im Kompensationsbereich (213) niedriger als im Übersprechbereich (211) sind.
- Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakte (203, 206; 204, 205) im Kompensationsbereich (213) flächenhaft ausgebildet sind.
- Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakte (201, 202; 207, 208) zueinander parallel ausgebildet sind und im Kontaktbereich (210) gegensinnig zu den Kontakten (3, 6; 4, 5) geführt sind.
- Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakte (201, 202; 207, 208) im Anschluß an den Kontaktbereich (210) eine Einbuchtung (215) aufweisen.
- Stecker für eine elektrische Steckverbindung, umfassend einen Steckerkörper und einen Satz Kontakte, dadurch gekennzeichnet, daß als Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 14 ausgebildet sind.
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