JP2004534358A - インピーダンス調整された高密度コネクタ - Google Patents

Abstract

【解決手段】ケーブルコネクタを回路基板に結合する終端構造が、複数の関連した端子セットを備え、各端子セットが、一対の差動信号端子と接地基準端子とを含む。それぞれの関連した端子セットは、コネクタでのインピーダンスを減少させるためにコネクタ内に三角形パターンで配列され、隣接する関連した端子セットが反転され、それにより、コネクタの一方の列に沿って、一つおきの関連した端子セットの接地基準端子が、その間に介在する端子セットの信号端子とともに配設され、コネクタの他方の列に沿って、介在する端子セットの接地基準端子が、一つおきの関連した端子セットの信号端子とともに配設される。この反転配列によってコネクタの密度が増大する。
【選択図】図６

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、信号ケーブル、特に、高速信号ケーブルとプリント回路基板との接続に使用されるコネクタに関し、より詳細には、選択されたインピーダンスを有する高密度コネクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの電子装置は、関連装置間又はコンピュータの周辺装置と回路基板との間で信号を伝送するために伝送ラインに依存している。これらの伝送ラインは、高速データ伝送が可能な信号ケーブルを含んでいる。
【０００３】
これらの信号ケーブルは、電線をケーブルの長手方向に沿って撚（よ）り合わせたツイストペア線を一対以上使用しており、各ツイストペアは関連する接地シールドによって取り囲まれている。ペアの一方の電線は＋１．０〔ボルト〕の信号を受け取り、ペアの他方の電線は−１．０〔ボルト〕の信号を受け取る。したがって、これらの電線は、それらが運ぶ差動信号、すなわち、逆極性でバランスした信号を表わす言葉である「差動」ペアと呼ばれる。そのようなツイストペア構造は、他の電子装置からの誘導電界を最小限に抑えるか又は減少させ、それにより、電磁干渉を除去する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような伝送ライン、すなわち、ケーブルから関連する電子装置の回路までの間で電気的性能の完全性を維持するために、伝送ライン全体に亘（わた）って実質的に一定のインピーダンスを得ること、及び、伝送ラインのインピーダンスに大きな不連続性を生じることを避けることが望ましい。良く知られているように、コネクタ嵌（かん）合面での伝送ラインコネクタのインピーダンスを制御することは困難である。何故なら、従来のコネクタのインピーダンスは、通常、コネクタを通して、及び、嵌合する二つのコネクタ構成要素、特に、高密度コネクタの境界面を横切って変化するためである。ケーブル等の電気的伝送ラインでは、信号導体と接地シールドとの特定の構造、すなわち、物理的配置を維持することで、伝送ライン全体に亘って所望のインピーダンスを比較的容易に維持することができるが、通常、ケーブルがコネクタに接続される領域ではインピーダンスの変化が起こる。このインピーダンスの変化が大きいと、伝送ラインを通して伝送される信号の完全性に影響を与える。したがって、コネクタ及びコネクタのケーブルへの接続部の全体に亘って所望のインピーダンスを維持することが望ましい。
【０００５】
したがって、本発明は、高い性能を提供するコネクタとケーブルとの間の改善された高密度接続を提供し、かつ、終端領域におけるケーブルと装置コネクタ間の嵌合境界面を通してケーブルの電気特性を維持する終端構造を対象とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
したがって、本発明の全般的な目的は、伝送ラインのインピーダンスへの適合をより良好に行うために、コネクタ内のインピーダンス不連続性を最小にした高速データ転送接続のための改善された高密度コネクタを提供することである。
【０００７】
本発明の他の目的は、回路基板と伝送ラインで終端された相手側コネクタとの間で高性能接続を達成する改善されたコネクタを提供することであり、伝送ラインは、多数の差動信号線対を含み、各対が関連した接地を有し、コネクタは信号端子対とそれと関連した接地端子とを有し、これらは、コネクタが相手側コネクタと嵌合されたときに生じるインピーダンス不連続性を減少させるために三角形に配設されており、信号端子と接地端子の隣接する三角形状の組を反転することによって、コネクタ内において要求される所定のインピーダンスを維持しながら、コネクタを高密度にすることができる。
【０００８】
本発明の更に他の目的は、高密度用のコネクタを提供することであり、コネクタは、三つの端子間の結合を強めるために、互いに離間された二つの信号端子と一つの接地端子を三角形に配列した複数の端子三つ組を有し、接地端子は、それぞれの三角形配列の頂点に配設され、コネクタはそのような三つ組を少なくとも二組有し、一方の三つ組が他方の三つ組に対して反転されている。
【０００９】
本発明の更に他の目的は、回路基板と信号ケーブルに接続されたコネクタとの間の接続を提供するコネクタを提供することであり、上記のような三つ組の各々は、伝送ラインの別個のチャネルに対応し、チャネル相互間は、コネクタ内で空気ギャップによって少なくとも部分的に絶縁されている。
【００１０】
本発明の更に他の目的は、絶縁性材料で形成されたハウジングを有する高密度コネクタを提供することであり、ハウジングは、複数の空洞が中に配設されており、そのような各空洞は導電性端子を含み、ハウジングの空洞は、コネクタ内に三角形の組で配列されており、そのような各三角形の組は、一対の信号端子と一つの接地端子とを含み、隣接する三角形の組が、互いに反転されており、ハウジングには、更に、コネクタハウジングの誘電率と異なる誘電率を有する空気ギャップを提供するために、隣接する三角形の組の間に延在する凹部が形成されている。
【００１１】
本発明の更に他の目的は、三つ一組に分けられた複数の端子を有するコネクタを提供することであり、各組は、二つの信号端子と一つの接地端子とを含み、各組の端子は、三角形に配列され、かつ、三角形の各頂点に配設されており、そのような各組の端子間のスペースは、第１の絶縁性材料が充填（てん）されて、コネクタハウジングの空洞に挿入されるとともにコネクタハウジングによって支持される端子「モジュール」が形成され、コネクタは、第２の絶縁性材料で形成される。
【００１２】
本発明の更に他の目的は、多重チャネル伝送ラインを電子装置に接続するための、制御されたインピーダンスを有する改善された高密度コネクタを提供することであり、このコネクタは、電気絶縁性材料で形成されたハウジングと、ハウジングによって支持された複数の導電性端子とを含み、この端子は、少なくとも二セットの三つの別個の端子を含み、その各セットが伝送ライン内の別個のチャネルに対応し、かつ、各端子セットが二つの差動信号端子と一つの関連した接地端子とを含み、各セットの三つの端子は仮想三角形の角に配設され、各端子セットの仮想三角形が互いに反転されており、各端子セットは第１の誘電率を有する絶縁性材料で形成された担体上に支持されており、そのような各担体が、コネクタハウジング内に形成された空洞内に収容されており、各端子セットが、端子セットの間に空気ギャップを画定するコネクタハウジング内に形成された凹部によって互いに分離されている。
【００１３】
本発明は、その構造によってこれらの目的を達成する。以上の目的を達成するために、一実施形態によって例示される本発明の一つの主要な形態は、結合する信号ケーブル内のツイストペア線毎に、三つの導電端子を独特な三つ組パターンで支持するハウジングを有する回路基板用の第１のコネクタを含み、端子のうちの二つは差動信号を伝え、残りの端子は、差動信号線対に対して接地面又は接地リターンとして働く接地端子である。第１のコネクタは、複数の端子の三つ組を（コネクタ嵌合面に沿って幅方向に）反転した状態で支持し、これにより、第１のコネクタ内に端子列が二列画定され、第１の三つ組の信号端子が、コネクタ内の一方の列に配設され、その第１の三つ組の接地端子が、コネクタ内の他方の列に配設され、一方、第２の三つ組、すなわち、隣接する三つ組の信号端子が、コネクタ内の他方の列に配設され、この第２の三つ組又は二つの隣接する三つ組の接地端子は、コネクタの一方の行に配設される。隣接する三つ組の信号端子と接地端子とは、反転した状態で配列される。第１のコネクタと結合するケーブル用の第２のコネクタが提供され、該第２のコネクタが、第１のコネクタの対応する端子の三つ組と結合するように配列された複数の端子の三つ組を有する。
【００１４】
第１のコネクタ内の三組のこれらの端子の配列は、ケーブルコネクタ端子との係合点から回路基板への取り付け点に至るまで、第１のコネクタ全体に亘ってインピーダンスをより有効に制御することを可能にする。
【００１５】
このようにして、第１のコネクタのそのような各三つ組は、並置状態で相互に位置合わせされるとともに互いに所定の距離だけ離間された接点部分を有する一対の信号端子を含む。接地端子は、第２の列の二つの信号端子から離間されている。
【００１６】
本発明の他の主要な形態においては、接地端子の幅と、上記のような各三つ組の信号端子からの間隔は、三つの端子の静電容量などの電気特性が所望の電気特性となるように選択することができ、この電気特性はすべてコネクタのインピーダンスに影響を及ぼす。
【００１７】
このインピーダンスを調整する接地構造によって、差動信号端子の結合位置、すなわち、ピッチを変更することなく、コネクタ内に生じるインピーダンス不連続性を減少することができる可能性が高くなる。したがって、本発明のこの形態は、ケーブル又は他の回路に見られる差動信号線対及び関連する接地線の配置毎に「調整可能」な端子配列を提供するものであると特徴付けることが適切である。
【００１８】
本発明の他の主要な形態においては、これらの調整可能な三つ組は、コネクタハウジング内に反転した状態で設けられている。すなわち、隣接する端子三つ組の接地端子は、信号端子と同様に、コネクタの幅方向に沿って交互に、コネクタの異なる端子列に設けられている。コネクタに多数の端子三つ組を利用するときは、電力端子や基準端子などのコネクタの他の端子を、コネクタ内の端子三つ組の間の中間点に配設することができる。
【００１９】
本発明の更に他の主要な形態においては、各三つ組内の三つの端子間に要求される所定の空間的関係を維持するために、コネクタの反転された三つ組（すなわち、二つの信号端子と一つの接地端子の関連付けられた組）がコネクタハウジング内において、それらの全長に亘って三角形状に配列されている。
【００２０】
本発明の更に他の主要な形態においては、コネクタハウジングは、端子三つ組の配列をハウジングに適合させるために所定の方法で変更することができる。一つのそのような例では、ハウジングは、隣接する端子三つ組の間に配設された凹部、スロット又は他の類似の空洞の形の開口部を有する。一つ又は複数のそのような凹部を使用することによって、端子三つ組間にわずかな空気ギャップが導入される。空気の誘電率がコネクタハウジング材料の誘電率と異なるので、空気ギャップが三つ組間の分離を可能にし、更にそのような各三つ組を構成する二つの差動信号端子と関連した接地端子との間の親和力を更に高める。
【００２１】
他のそのような例では、端子三つ組は、コネクタハウジング内に形成された対応する孔（あな）に収容されるインサート又はモジュールの形の単一体として一緒に形成される。三つ組の端子は、インサートモールドやオーバーモールドなどによってインサート又はモジュールの形態に直接成形することができる。また、三つ組の本体部分を形成するために使用される成形材料を、その誘電率がコネクタハウジングの誘電率と異なるように選択して、これら二つの誘電率が互いに異なるようにできる。これにより、隣接する端子三つ組間の絶縁を維持するようにコネクタハウジングの誘電率を選択することができ、また互いの三つ組端子の親和力を強めるように三つ組組み立て体の誘電率を選択することができる。
【００２２】
本発明の以上その他の目的、特徴及び利点は、以下の詳細な説明の検討によって明瞭に理解されよう。
【００２３】
以下の詳細な説明において添付図面を参照するが、添付図面において類似の参照符号は類似の部分を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明は、特に、入出力（Ｉ／Ｏ）アプリケーションやその他のアプリケーションにおいて利用される高速ケーブルの性能を高めるのに特に有用な改良されたコネクタに関する。より詳細には、本発明は、機械的、かつ、電気的に均一になるような手段をコネクタに講じることによってコネクタ単体での性能、及び、相手側コネクタと組み合わせた場合における性能を向上させようとするものである。
【００２５】
ビデオカメラ、すなわち、キャムコーダ等の電子装置に接続される多くの周辺装置は様々な周波数でデジタル信号を伝送する。コンピュータに接続されるその他の装置（例えば、コンピュータ内のＣＰＵ部分に接続される装置）はデータ伝送のために高速で動作する。高速ケーブルは、これらの周辺装置とＣＰＵとを接続するため、及び、装置と二個以上のＣＰＵとを接続するのに使われる。高速データ転送のアプリケーションで使用されるケーブルは、通常、ツイストペア線あるいは独立したペア線の形態の信号線の差動ペアを含むであろう。
【００２６】
高速データ伝送を最適化する上で考慮すべき点の一つは、クロストーク及び信号反射が関与する信号劣化が挙げられ、もう一つの考慮すべき点はインピーダンスである。ケーブル内におけるクロストーク及び信号反射は、被覆（シールド）を設けることや信号線の差動ペアを使うことで容易に制御することができるが、コネクタ内におけるクロストーク及び信号反射の制御は、コネクタ内で使用されている材料の種類が多岐にわたること等によって更に困難になっている。コネクタの物理的な寸法によって、特定の電気的性能を得るためにコネクタや端子の構造を変更することができる範囲が限定される。
【００２７】
伝送路におけるインピーダンスの不整合は信号の損失や消失等を引き起こすことが多い信号反射の原因となる。したがって、伝送される信号の完全性を維持するためには信号路全体に亘ってインピーダンスを一定に保つように試みることが望ましい。伝送ケーブルのインピーダンスを制御することは複雑なことではない。コネクタはケーブルの終端となり、装置の回路基板上の回路へ伝送信号を伝搬する手段を提供するものであるが、このようなコネクタにおいては、通常、インピーダンスの制御があまり上手く行われておらず、ケーブルのインピーダンスから大幅に変化してしまう。これらの二つの要素間におけるインピーダンス不整合は伝送エラーや帯域が制限される等の結果をもたらす。
【００２８】
図１５は信号ケーブルに使用される従来のプラグ・レセプタクルコネクタ組み立て体で発生するインピーダンスの不連続性を示す。信号ケーブルでのインピーダンスは、図１５の右側に５１で示すように一定の値、すなわち、基準値に接近している。この基準値からの偏移を、太実線５０に示す。ケーブルのインピーダンスは、図１１の左側で、かつ、「プリント回路基板終端」を示す軸の左側に示されている回路基板５２のインピーダンスに略一致している。縦軸「Ｍ」はソケット、すなわち、レセプタクルコネクタとプリント回路基板との間にある終端点を表す。また、縦軸「Ｎ」は二個の嵌（は）め合いコネクタ、すなわち、プラグコネクタとソケットコネクタとの間の境界面を表す。縦軸「Ｐ」はプラグコネクタがケーブルに終端されている点を表す。
【００２９】
図１５の曲線５０は従来のコネクタについての典型的なインピーダンスの「変化」、すなわち、「不連続性」を示し、ピークと谷が三個発生しており、図示のように、これらピークあるいは谷は基線からの距離（又は値）Ｈ１、Ｈ２及びＨ３を有している。これらの距離は、水平「距離」軸と交差する縦軸の基点を零（０）〔オーム〕としてオームの単位で測定される。これらの従来のコネクタ組み立て体においては、Ｈ１で示される高インピーダンスは通常約１５０〔オーム〕に達する。また、Ｈ２で示される低インピーダンスは通常約６０〔オーム〕まで減少する。このＨ１とＨ２との間の約９０〔オーム〕の大きさの不連続性は、プリント回路基板やケーブルに対してのコネクタの電気的性能に影響を与える。
【００３０】
本発明は、Ｉ／Ｏ（入出力）アプリケーションに特に有用な高密度コネクタに関する。構造を改良することにより、コネクタのインピーダンスを設定可能にし、これにより、前述された不連続性を減少させるようにした。本発明のコネクタでは、コネクタの電気的な性能を改善するために設計によって「調整」が実施される。
【００３１】
図１は、本発明の原理に従って構成されたレセプタクル又はソケットコネクタ１００の斜視図である。コネクタ１００は、絶縁性材料（典型的にはプラスチック）からなる絶縁コネクタハウジング１１２を含んでいることが分かる。図示の実施形態では、コネクタハウジング１１２は、二つのリーフ、すなわち、アーム部分１１４ａ、１１４ｂを有する。これらは、後部本体１１６から外方に延びるとともに、コネクタのレセプタクル又はソケットの一部分を構成している。これらのハウジングのリーフ部は、図示したように、複数の導電体端子１１９を支持する。下側リーフ部１１４ａは、一連の溝又はスロット１１８を含んでいてもよく、これらの溝又はスロット１１８は、下側リーフ部内に配設され、かつ、導電性端子１１９のうちの選択された端子をハウジング内に収容するように適合されている。同様に、上側リーフ部１１４ｂは、これに対応してコネクタ１１０の残りの端子１１９を収容する類似の溝１２０を含む。
【００３２】
コネクタハウジング１１２とその関連する端子１１９全体をシールドするために、コネクタは、本体部分１１６の上側及び下側リーフ部１１４ａ、１１４ｂを取り囲む本体部分１２４を有するシートメタルから成る第１のシェル又はシールド１２３を含んでいてもよい。また、この第１のシールド１２３は、プリント回路基板１０２の表面に取り付け、かつ、回路基板のアースへの接続を実現する脚部１２５を備えているのが好ましい。コネクタ１００をスルーホールに取り付ける際に使用するために、下方に延びる脚部（図示せず）をシールドに形成してもよいが、表面実装の方がより好ましい。また、コネクタハウジング１１２の後部の近くでコネクタハウジング１１２の一部を取り囲む第２のシールド１２６を設けてもよい。この第２のシールド１２６は前方に延在して、第１のシールド１２３の本体部分１２４を取り囲む。また、この第２のシールド１２６は、取り付け脚１２７を利用するとともに、コネクタハウジング１１２の後部を覆うように折り畳むことができる後部フラップを利用し、この後部フラップは、これを覆うように後方に曲げられるタブ１２９によって所定の位置に固定される。図４は、図１のソケット／レセプタクルコネクタ１００と嵌合可能なプラグコネクタ１６０を示す。
【００３３】
前述されたように、本発明の目的の一つは、一般に多回路コネクタに見られるインピーダンスよりも、システム（例えば、ケーブル）のインピーダンスにより近いインピーダンスを有するコネクタを提供することである。本発明は、上記目的を、本明細書において、別個の対応する組の形態で配列された複数の関連付けられた端子の配列と呼ぶ構成によって達成し、本明細書では各組を「三つ組（"triplet" or "triad"）」と呼ぶ。最も単純な三つ組は、別個の三つの端子の配列である。そのような三つ組の例が図６に概略的に示されており、それぞれの別個の組の端子は、仮想破線で互いに結び付けられており、端子は、そのような仮想三角形の各頂点に配設されている。
【００３４】
そのような各三つ組は、図１、３及び６に示した二つの端子１４０及び１４１のような二つの信号端子と、単一の接地端子１５０とを含み、これらの端子は、プラグ部分１６２に保持されたプラグコネクタ１６０の対応する端子１６１と嵌合するように配列されるとともに、同じ強さであるが互いに相補的な信号、すなわち、＋１．０〔ボルト〕と−１．０〔ボルト〕の信号を伝えるケーブル（図示せず）の差動配線対の配線に終端されている。そのような差動対は、通常、接地基準を含む。図６に、コネクタ１００内の関連した端子セットの配列を概略的に示す。二つの信号端子が、水平方向に互いに離間され、一方、接地端子が、二つの信号端子から垂直方向に離間されて、各三つ組の三つの端子間の電気結合が強化される。図６で分かるように（この図の１６５に概略的に示した）、それぞれの端子の組は、三角形のパターンで配列された二つの差動信号端子と接地基準端子とを有し、各端子は、一つの態様において、仮想三角形の一つの頂点を定義すると考えることができる。
【００３５】
関連した各組を構成する端子は、図６において破線１６５で互いに結び付けられて前述の仮想三角形を構成し、また、図６は、コネクタの幅方向、すなわち、方向Ｗに沿って反転した状態配列された六つの別個の端子セットが示されていることが分かる。六つの端子セットは、別個の端子、すなわち、１４０、１４１及び１５０、１４２、１４３及び１５１、１４４、１４５及び１５２、１４６、１４７及び１５３、１４８、１４９及び１５４、並びに、２４０，２４１及び２５０を含む。そのような各端子セットは、端子テール部１８０によって回路基板上の差動信号トレースに接続されていることを意味する一対の差動信号端子と、単一の接地基準端子とを含む。
【００３６】
例として図５を使用すると、すべての端子はそれぞれ、プラグコネクタ１６０の対向する端子１６１と摺（しゅう）動接触、すなわち、嵌め合いのために使用される平坦（たん）なブレード部１８１を含むことが好ましい。図１及び５に示したように、各三つ組の接地端子１５０、１５１は、三つ組の関連した信号端子１４０、１４１のどちらか一つの端子よりも幅が広いことが好ましく、その幅は、二つの信号端子の幅を合わせた幅よりも大きくてもよい。端子１８０は、また、接触ブレード１８１とテール部１８０を相互接続する本体部分１８２を含むことが好ましい。この設計では、端子１１９を容易に打ち抜き成形することができる。端子１１９は、レセプタクルコネクタのハウジング本体部分１１２の下側リーフ１１４ａの対応するスロット１１８に収容され、接触ブレード部分１８１の自由端は、スロット１１８の端に形成された開口部内に保持される。
【００３７】
図４のプラグコネクタでは、プラグコネクタは、堅固なプラグ本体部分１８５を有することが好ましく、端子は、プラグ本体部分１８５の両面に配設される。必要に応じて、プラグ本体部分１８５は、図１のレセプタクルコネクタの凸状キー（positive key）１８８を収容するように適合されたキー溝を含んでいてもよい。キーとキー溝は、例示したように、少なくとも一対の別個の端子三つ組の間に配設される。
【００３８】
次に、「三つ組」の態様の利点について、一つの関連した端子セット、すなわち、図６の左側に示し、信号端子１４０、１４１（Ｓ１とＳ２として示した）と接地端子１５０（Ｇ１２）を含む端子セットに関して考察する。二つの信号端子１４０と１４１は、ある意味において、接地端子１５０に対して三角形に配列されていると考えることができる。また、これらの端子は、別の意味において、信号端子の一部分が、接地端子１５０の側縁の多少外側の位置まで延在することがあるため、接地端子の「両側に位置する」と考えることができる。これらの三つの関連した端子間の三角形の関係は、様々でよく、正三角形の関係、二等辺三角形の関係、不等辺三角形の関係などを含むことができ、唯一の制限は、コネクタ１００の望ましい幅Ｗである。
【００３９】
端子１１９の接触ブレード部分は、各本体部分から片持状に延出しており、したがって、中間本体部分とは異なる平面にある。二つ（頂部側と低部側、すなわち、上側と下側）の列の端子の接触ブレード部分は、互いに離間され、また、互いに異なる平面にある。各列の接触ブレード部分は、互いに平行であることが好ましいが、製造公差や他の製造上の配慮によって、二組の接触ブレード部分が互いに平行でない場合もあることを理解されたい。
【００４０】
コネクタ１００内の端子の密度を高めるために、関連する隣接する端子の組が、互いに「反転」される。これは、図６に示したプラグコネクタに最も明確に示されており、一つおきの関連した端子セットの接地端子、すなわち、端子１５０（Ｇ１２）、１５２（Ｇ５６）、１５３（Ｇ７８）、及び、２５０（Ｇ１１１２）が、その間にある関連した端子セットの信号端子、すなわち、端子１４２と１４３（Ｓ３とＳ４）、１４８と１４９（Ｓ９とＳ１０）とともに、コネクタハウジング１１２の一方（上側）のリーフ部１１４ｂに沿って位置し、すなわち、リーフ部１１４ｂに支持されていることが分かる。似ているが逆の形で、一つおきの関連した端子セットの信号端子、すなわち、１４０と１４１（Ｓ１とＳ２）、１４４と１４５（Ｓ５とＳ６）、１４６と１４７（Ｓ７とＳ８）及び２４０と２４１（Ｓ１１とＳ１２）と、その間の関連した端子セットの接地端子、すなわち、１５１（Ｇ３４）と１５４（Ｇ９１０）は、他方、すなわち、下側のリーフ部１１４ａに沿って位置し、すなわち、リーフ部１１４ａに支持されている。図６に示したように、電力入出力端子１７０や他の用途に確保された端子１７１などの他の端子が、上側又は下側のリーフ部に配設されていてもよく、図６は、図４に示したプラグコネクタと図１に示したレセプタクルコネクタとの両方の概略図と考えることができる。また、リーフ部の一方にキー部材１７３を形成して、相手側プラグコネクタ１６０にキー接続する手段を提供することができる。
【００４１】
この構造によって、コネクタの各差動信号端子対及びそれと関連する回路基板電気回路は、それらと関連付けられた別個の接地端子を有し、この接地端子がコネクタを貫通して延在する。これにより、電気的性能の観点から相互接続ケーブルにより近付けることができる。プラグコネクタ１６０内に同じ反転三角形の関係が維持され、これとレセプタクルコネクタ１００の構造によって、ケーブルの信号配線からの見かけ上の接地基準が、ケーブルの長さ全体に亘って同一に維持され、さらに、プラグとレセプタクルコネクタの境界面を通り回路基板に至る長さまでが、実質的に同一に維持される。
【００４２】
各対の差動信号端子についての関連した別個の接地端子の存在は、一組となっている三つの関連した端子間に容量性で同相の結合を付与するために重要である。この結合は、コネクタの特定領域のインピーダンスを減少させる働きをし、基板境界面までケーブル全体に亘るインピーダンスの変動を減少させる働きをする。したがって、本発明では、図１５のインピーダンス曲線の直線基線５０をより忠実にエミュレートするインピーダンス曲線が得られる。端子のサイズとその間隔を変化させて、事実上、コネクタのインピーダンスを「調整」することができる。この調整可能性の効果は、図１５において説明されており、この図では、ケーブルから回路基板コネクタ組み立て体まで全体に亘ってインピーダンス不連続性の減少が生じている。本発明のコネクタに生じると予想されるインピーダンス不連続性は、図１５の破線６０で示されている。図１５の実線は、コネクタシステムに起きる典型的なインピーダンス不連続性を表し、破線と実線とを比較すると、この不連続性のピークと谷の大きさＨ１１、Ｈ２２及びＨ３３は、大幅に減少している。本発明は、従来のコネクタ組み立て体に生じていた全体の不連続性を大幅に減少させると考えられる。あるアプリケーションにおいては、最高レベルの不連続性が約１３５〔オーム〕（Ｈ１１）になり、最低レベルの不連続性が約８５〔オーム〕（Ｈ２２）になると考えられる。本発明のコネクタの目標基線インピーダンスは、典型的には、約２８〜約１５０〔オーム〕の範囲で変化するが、約１００〜約１１０〔オーム〕の範囲で変化し、許容誤差が約＋／−５〜＋／−２５〔オーム〕であることが好ましい。したがって、本発明のコネクタは、約５０〔オーム〕以下の総不連続性（Ｈ１１とＨ２２との差）を有し、その結果、前述した約９０〔オーム〕の従来の不連続性から５０〔％〕近く減少することになる。この利益は、二つの差動信号端子及びそれに関連した接地端子の間に生じる容量結合から生じると考えられる。しかしながら、該容量結合は、端子及びそれを支持するコネクタの最終的な特性インピーダンスに影響を及ぼす一つの要因に過ぎないことを理解されたい。
【００４３】
図１〜６に示した実施形態において、接地端子の接触ブレード部分の幅は、信号端子の対応する接触ブレード部分よりも大きいことが好ましい。いくつかの場合には、接地端子の一部分が、関連した信号端子のうちの少なくとも一つの端子の一部分の上に横たわるか又は重なっていてもよく、他の場合には、接地端子が、信号端子の側縁から上方に延在する仮想線の間にあるか又はその仮想線と接していてもよい。接地端子の幅を大きくしたために、関連した信号端子よりも接地端子が大きくなっている場合には、接地端子は、信号端子よりも大きい表面積を有し、したがって、高い結合性を有する。
【００４４】
図７は、本発明の原理を具体化し、図１〜６の平坦な接触ブレード部分と対照的にピン型接触部分を有する端子を利用するコネクタの他の実施形態３００を示す。このコネクタ３００では、螺（ら）旋型（helix-style ）端子３０２が利用され、そのような各端子３０２は、絶縁性コネクタハウジング３０６の別個の関連した空洞３０４に収容される。空洞３０４とその関連した端子３０２は、図示したように、コネクタハウジング内に二列に配設される。このタイプの端子の接触部分の基本構造は、１９８８年４月２６日に発行された米国特許第４，７４０，１８０号に概略的に記載されている。図１１に示したように、このタイプのコネクタ３００の各端子３０２は、関連したコネクタハウジングの空洞３０４内の所定位置に端子３０２を保持するための本体部分３１６から延びる螺旋型接触部分３１５と、図示したように、コネクタ３００を回路基板３２０の表面に取り付けるために使用されるテール部３１８とを有する。端子３０２のテール部３１８は、相互接続部分３１９によって接触部分と本体部分に接続されている。接触部分３１５の平面は異なる（しかし平行であることが好ましい）が、相互接続部分３１９とテール部３１８の平面は、共通であることが好ましい。
【００４５】
これらの型の端子のテール部３１８はすべて、表面取り付け用のテール部であり、したがって、コネクタが取り付けられる回路基板（図示せず）の上面と一致する単一の共通平面にある。しかしながら、図１１（想像線）及び１６に例示したように、端子は、スルーホール取り付け用のテール部を利用してもよい。この場合には、端子のテール部と本体部分は共通平面になく、接地端子と信号端子は、異なる平面（図１１及び１６に垂直面を示す）にあり、間隔「Ｄ」だけ互いに離間されている。この配列では、テール部３１８は、相互接続本体部分３１９の一部分として存在し、また、接地端子のテール部は、信号端子のテール部から離間されている。
【００４６】
コネクタ３００は、一組のシールド、すなわち、内部シールド３０８と外部シールド３１０とを有し、コネクタ構造全体にシールドを提供する。内部シールド３０８は、図９に示したようにコネクタハウジング３０６の一部分を覆うように延在し、外部シールド３１０は、当該技術分野における周知の方法でコネクタハウジング３０６の実質的に全体を覆うように延在してもよい。この実施形態において、コネクタ３００は、図１〜６のコネクタに利用されるような、電力入出力端子や状態検出端子などの補助端子を有していない。
【００４７】
この実施形態では、二つの接地端子３０２、３２１が利用され、一対の差動信号端子３２５、３２６及び３２７，３２８とそれぞれ関連付けられている。関連した各組の信号端子と接地端子が、望ましい三角形の形に配列され、組が互いに反転されており、すなわち、コネクタが、別個の二列の端子を有すると考えた場合、一方の組の接地端子３０２が一方の端子列に配列され、他方の差動端子セットの接地端子が、他方の端子列に配設される。同様に、各差動端子セットの信号端子が反転される。このタイプのアプリケーションは、多重信号チャネルアプリケーションに有効であり、この場合、各差動端子セットは、異なる別個のチャネルからのデータを伝えるために使用される。
【００４８】
図１２は、本発明の原理により構成されたコネクタの他の実施形態４００を示す。この実施形態では、二組４０２、４０４の差動端子が、反転三角形の形で示されているが、それぞれの差動端子セットを構成する三つの端子が、コネクタハウジング４０８の前面に形成された凹部又は空洞４０６によって部分的に分離されている。この空洞は、深さがコネクタハウジングより小さく、例えば、約０．５〔ｍｍ〕〜約１０〔ｍｍ〕の範囲であることが好ましい。この深さは、コネクタハウジングの嵌合面に中空の空気ギャップ又は空気「溜（だ）め」を提供し、三つ組内の各端子が互いに持つ親和力を修正することによって、それらの間に適度な電気絶縁性を提供する働きをする。凹部４０６は、空気を誘電体として使用することによって、三つの端子をある程度「結び付ける」働きをする。例示したように、凹部は、三つ組の三つの端子を接続する仮想三角形の境界内にあることが望ましい。
【００４９】
図１３は、差動端子セットを互いに絶縁するために、コネクタハウジング４２２内に凹部又は空洞４２０をどのように形成することができるかを示す。この例の凹部４２０は、図１２に示した凹部よりもコネクタハウジング内に深く突出することができ、必要に応じて、コネクタハウジングを完全に貫通してもよい。このタイプの構造では、空洞４２０が深い空気の通路を提供する。空気はコネクタハウジング材料と異なる誘電率を有するため、端子の三つ組を互いに電気的に絶縁する働きをする。
【００５０】
図１４は、更に他の実施形態５００を示し、この実施形態において、例えば、図１４に示したほぼ三角形構成を有する絶縁性支持体５０６上に、一組三つの関連した端子５１０（二つの信号端子Ｓと一つの接地基準端子Ｇを含む）をインサート成形又はその他の成形によって端子セットの「インサート」が形成され、これにより、対応する空洞に挿入する別個のインサート又はモジュールが形成される。そのように関連した各組の端子は、二つの信号端子が互いに離間され、接地端子が信号端子から離間されるように、支持体５０６によって三角形の配置で維持される。これらのインサート又はモジュールは、コネクタハウジング５０２内の相補的に形成された空洞５０５に差し込まれるものである。このようにして、関連した各端子セットの端子間並びに隣接する端子セットの間に異なる絶縁性材料が存在し、これらの端子セットも反転されている。成形した支持体５０６の誘電率は、端子三つ組間を電気的に絶縁する他の手段を提供し、かつ、各三つ組の端子間で少なくとも結合という観点での電気的親和力を高めるために、コネクタハウジング５０２の誘電率と異なる。端子セットの支持材料が、周囲のコネクタハウジングより高い誘電率を有する場合は、三つ組の端子間の結合が強くなり、それにより、三つ組のインピーダンスが低下する。これと逆に、端子セットの支持材料が、周囲のコネクタハウジングよりも低い誘電率を有する場合は、三つ組の端子間の結合が低下し、それにより、三つ組のインピーダンスが高くなる。こうして、コネクタのインピーダンスを、コネクタ全体のインピーダンスと、別個の三つ組（又は信号チャネル）内のインピーダンスの両方で調整することができる。
【００５１】
図１７は、ピン型自動車コネクタ６００における本発明の反転構造の実施形態を示す。コネクタ６００は、複数の空洞６０２が中に形成された絶縁性ハウジング６０１を有する。そのような各空洞６０２内に導電性端子が配設されていることが好ましいが、用途によっては、空洞のいくつかが、空であるか又は「潰（つぶ）されて」いてもよい。図に示したように、二つの信号チャネルが示され、それぞれの信号チャネルは、二つの信号端子Ａ＋、Ａ−、Ｂ＋、Ｂ−が単一の接地端子ＧＲＡ及びＧＲＢと関連付けられた端子三つ組６０３、６０４を含む。このタイプの用途では、端子の三つ組が、電力「接地」型端子、すなわち、入力電圧と帰還電圧＋Ｖｃｃと−Ｖｃｃとによって分離される。端子は、ハウジング６０１の後部まで貫通し、そこで、ワイヤハーネスの対応する線又は回路基板に終端される。相手側コネクタは、コネクタ６００と結合するために同様に配列された突出端子を利用する。
【００５２】
本発明の好ましい実施形態を示し説明したが、本発明の精神から逸脱することなく実施形態を変更又は修正できることは当業者にとって明らかであろう。本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によって定義されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】支持回路基板に取り付けるために本発明の原理に従って構成されたソケット又はレセプタクルコネクタの斜視図である。
【図２】図１のコネクタの斜視図であり、コネクタの後端を示す。
【図３】図１のコネクタの正面図である。
【図４】図１のレセプタクルコネクタと結合するプラグコネクタの正面図である。
【図５】図１のコネクタの分解図である。
【図６】コネクタによって支持された多数の関連した端子セットの空間的な反転配列を示す、図１のコネクタの端面の図である。
【図７】二つの関連した信号−接地端子セットだけを有し、平坦なブレード端子ではなく低圧力螺旋型端子を利用する、本発明の原理に従って構成されたコネクタの他の実施形態の斜視図である。
【図８】図７のコネクタの後面図である。
【図９】分かりやすくするために外部ケースを除去した状態で後から見た、図７のコネクタの斜視図である。
【図１０】外部ケースを取り付けた状態で後部から見た、図７のコネクタの斜視図である。
【図１１】図７のコネクタに使用される端子の斜視図であり、その関連した端子セット内の他の端子に対する端子の相対位置及び向きを示す。
【図１２】本発明の原理に従って構成され、コネクタハウジングに凹部を組み込んで、それぞれの関連した端子セットの端子間に絶縁性ギャップを提供する、他のレセプタクル型コネクタの斜視図である。
【図１３】関連した端子セットの間の空気又は絶縁性ギャップの他の使用を図式に示す他のレセプタクル型コネクタの概略図である。
【図１４】本発明の原理に従って構成され、各組の関連した端子が、コネクタハウジングに差し込まれるインサートなどの絶縁性本体上にあらかじめ形成された端子配列を示す、他のレセプタクル型コネクタの図である。
【図１５】高速ケーブル接続全体に亘って発生する典型的なインピーダンス不連続性と、本発明のコネクタにおけるこの不連続性の減少を示す図である。
【図１６】テール部とその相互接続部が同じ平面になくてもよい様子を示す、スルーホール型の一組の端子の斜視図である。
【図１７】本発明の反転三つ組構造を利用する自動車型コネクタの概略図である。

Claims (22)

1. 高密度電気コネクタであって、複数の導電性端子を保持するハウジングを有し、前記端子は相手側コネクタの対向する端子の接触部と結合する接触部を備え、前記端子は少なくとも第１及び第２の別個の端子セットを含み、それぞれの別個の端子セットが一対の差動信号接触部と、関連した接地接触部とを含み、
   前記二つの別個の端子セットは前記ハウジング上に少なくとも二列に配設され、二列のうちの一方が、前記第１の別個の端子セットからの一対の差動信号接触部と、前記第２の別個の端子セットからの接地接触部とを含み、前記二列のうちの他方が、前記第２の別個の端子セットからの一対の差動信号接触部と、前記第１の別個の端子セットからの接地接触部とを含み、前記第１及び第２の別個の端子セットは、前記ハウジング内において互いに反転されており、それにより、前記一方の列に配設された前記第１の別個の端子セットの接触部が、前記他方の列の前記第２の別個の端子セットの接地接触部に対向配置されている高密度電気コネクタ。
2. 前記コネクタハウジングはプラグコネクタハウジングであり、前記ハウジングは、相手側のレセプタクルコネクタと嵌合可能なプラグ部を含み、前記二列は前記プラグ部の対向する二つの異なる面上に対向配置されている、請求項１に記載のコネクタ。
3. 前記コネクタハウジングはレセプタクルコネクタハウジングであり、前記ハウジングは、相手側プラグコネクタのプラグ部を収容するソケット部を備え、前記二列は、前記ソケット部の対向する面上に配設されている、請求項１に記載のコネクタ。
4. 前記別個の端子セットのそれぞれについて、前記一対の差動信号接触部と前記関連した接地接触部が仮想三角形の頂点に配設された、請求項１に記載のコネクタ。
5. 前記仮想三角形は別個の端子セット毎に反転されている、請求項４に記載のコネクタ。
6. 前記コネクタハウジングは、該コネクタハウジング内に形成され、前記二つの別個の端子セット間に配設された凹部を少なくとも含み、該凹部が前記別個の端子セットの間の空気ギャップを画定する、請求項１に記載のコネクタ。
7. 前記別個の端子セットは端子ユニットとして一緒に形成され、前記コネクタハウジングは、そこに形成され前記別個の端子セットを収容する空洞を含む、請求項１に記載のコネクタ。
8. 前記端子の各々が、前記コネクタを回路部材に取り付けるために前記ハウジングから延在するテール部を含む、請求項１に記載のコネクタ。
9. 前記端子テール部は、共通平面内にある表面実装部である、請求項８に記載のコネクタ。
10. 前記テール部が、回路部材の取り付け孔に差し込むためのスルーホール部を含み、それぞれの前記別個の端子セットの前記信号端子の前記テール部が、前記別個の端子セットの前記接地端子の前記テール部から離間されている、請求項８に記載のコネクタ。
11. 追加の別個の端子セットを更に含み、追加の別個の端子セットは、一対の差動信号接触部と関連した接地接触部とを含み、前記第１の端子セット、第２の端子セット及び追加の端子セットが、前記コネクタハウジング内において互いに反転されている、請求項１に記載のコネクタ。
12. 前記第１及び第２の別個の端子セットの前記接地接触部は、前記別個の端子セットの任意の単一の信号端子の幅よりも広い、請求項１に記載のコネクタ。
13. 前記接地端子テール部と信号端子テール部は異なる面内にある、請求項１０に記載のコネクタ。
14. 前記端子ユニットの各々は、それぞれ別個の端子セットの前記端子を支持する絶縁性本体部を含み、端子ユニットの絶縁性本体部は、一対の差動信号端子を離間した状態で支持し、更に、前記差動信号端子対と離間された関連した接地端子を支持する、請求項１に記載のコネクタ。
15. 前記コネクタハウジングは絶縁性材料から形成され、前記コネクタハウジングと前記端子セットの絶縁性本体部は異なる誘電率を有する、請求項１４に記載のコネクタ。
16. 前記端子セットの絶縁性本体部は三角形である、請求項１４に記載のコネクタ。
17. 前記別個の端子セットは、前記コネクタに対して相手側コネクタの向きを合わせるためのキー構成要素によって分離されている、請求項１に記載のコネクタ。
18. 前記端子セットの絶縁性本体部は三角形である、請求項１４に記載のコネクタ。
19. 前記コネクタハウジングは、その内部に配設された複数の離間した中空の空洞を含み、それぞれの別個の端子セットについて、前記一対の差動信号接触部と前記関連した接地接触部とが仮想三角形の頂点に配設され、前記コネクタハウジングは更に前面を含み、該前面はそこに形成された一対の凹部を含み、該凹部は前記仮想三角形の境界内に配設されている、請求項１に記載のコネクタ。
20. 前記端子がピン端子を含み、前記コネクタが電力入出力端子を含む、請求項１に記載のコネクタ。
21. 前記コネクタハウジングの誘電率が前記絶縁性本体部の誘電率よりも低い、請求項１５に記載のコネクタ。
22. 前記コネクタハウジングの誘電率が前記絶縁性本体部の誘電率よりも高い、請求項１５に記載のコネクタ。

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