JP2005005272A - コネクタ - Google Patents

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Abstract

【課題】コネクタを通るインピーダンスの不連続性を最小化した高速データ伝送接続のための改良されたコネクタを提供する。
【解決手段】相手方ケーブル側コネクタと回路基板の終端構造は、コネクタを通るインピーダンスを減少させるために三角形状のパターンに配置された接地端子１５０と二つの信号端子１４０，１４１を有している。接地端子１５０の幅は、信号端子１４０，１４１に沿った方向に増加する。この増加は、接地端子の本体部又は接点部に沿って生じる。
【選択図】 図９Ｃ

Description

この発明は、コネクタの終端処理に関するもので、特に、信号ケーブル、殊に高速信号ケーブルとプリント回路基板の接続に用いるコネクタに関するものである。
多くの電子装置は、関連装置間又は周辺装置とコンピュータの回路基板間に信号を伝送する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有している。
これらの信号ケーブルには、ケーブルの長手方向に沿って一緒に捻られた一乃至複数の撚線対として知られ、こうした撚線対のそれぞれが連関された接地シールドによって包囲されたものを使用することが出来る。こうした撚線対は、通常相補的な信号電圧を受ける。即ち、対の一方の導線には＋１．０Ｖの信号が現れ、一方、対の他方の導線には−１．０Ｖの信号が現れる。従って、これらの導線は、「差動」対と呼ばれ、この語は、それらが伝送する異なる信号に関するものである。信号ケーブルが、電子装置への経路に引き回すときに、電界を発生する他の電子装置を通過し又はその近傍を通過する可能性がある。これらの装置は、上記の信号ケーブル等の伝送ラインに電磁障害を生じる可能性を有している。しかしながら、この撚線対構造は、誘導電界を最小化させ又は減少させて、電磁障害を防止する。
こうした伝送ラインや信号ケーブルから関連する電子装置への電気的性能の一貫性を維持するために、回路から回路への伝送ラインを通してのほぼ一定のインピーダンスを得ること又は伝送ラインのインピーダンスの大きな不連続性を防止することが望ましい。従来のコネクタのインピーダンスは、コネクタを通って、接合する二つのコネクタ部材のインターフェースを通って変化するので、コネクタの接合面におけるコネクタのインピーダンスを制御することが困難であることが知られている。信号導線と接地シールドの特定の幾何学的及び物理的配置を維持することによって電気的な伝送ラインや信号ケーブルを通る所望のインピーダンスの維持は比較的容易であるが、インピーダンスの変化は、通常信号ケーブルがコネクタに終端する部分において生じる。従って、コネクタ及び信号ケーブルとの終端部を通してインピーダンスを保持することが望ましい。
そこで、本発明は、高い性能を発揮すると共に終端部において信号ケーブルの電気特性を保持する信号ケーブルとコネクタ間の改良された接続を形成する終端構造に関するものである。
従って、本発明の目的は、伝送ラインのインピーダンスを一致させる優れた試みのために、コネクタを通るインピーダンスの不連続性を最小化した高速データ伝送接続のための改良されたコネクタを提供することにある。
さらに、本発明のもう一つの目的は、ＩＥＥＥ１３９４タイプ等の信号ケーブルを電子装置の回路基板に接続するコネクタを提供しようとするもので、コネクタが、信号ケーブルの複数の各独立の、差動信号線対の数と同数の関連する接地端子を有し、コネクタの接地端子が、コネクタを通るインピーダンスの落ち込みを最小とするためにコネクタの信号端子に対応する大きさ及び位置に形成されている。
本発明のさらにもう一つの目的は、回路基板と信号ケーブルに連関した信号ケーブル間を接続するコネクタに関するもので、コネクタは、一対の差動信号端子と一対の信号端子に連関された接地端子を含んでおり、接地端子がコネクタを通るインピーダンスを制御するサイズであり、コネクタの接地端子は接合部において一対の信号端子から離間しており、三つの端子間の所望の電気的な関係を形成する。
上記の目的を達成するために、本発明の一実施例に例示された一つの原理によれば、ハウジングを有する回路基板用の第一のコネクタが、差動信号を搬送する対の端子と、差動対の信号端子に対し接地面又は接地として機能する接地端子を含んでいる。相手方信号ケーブル内の撚線対の各導線を支持する信号ケーブル用の第二のコネクタは、信号ケーブルの信号及び接地導線に終端される。第一のコネクタと第二のコネクタの接合部は、導電性端子のトリプレットパターンを有している。
第一のコネクタ内におけるこれら三つの端子のトリプレット形式の配置は、ケーブル側コネクタの端子との係合の点から回路基板に取り付ける点までの第一のコネクタ全体のインピーダンスを効果的に制御することを可能とする。この要領で、トリプレットパターンのそれぞれは、並列する順序で相互に整列され、相互に所定の距離離間した接点ブレード部を有する一対の信号端子を有している。
接地端子は、二つの信号端子から離間し、二つの列の端子がコネクタ内に位置する。接地端子の接点ブレード部は、信号端子の同様の接点ブレード部から離間しており、接地端子の残りの部分は信号端子間に延びている。この点に関して、接地端子のテイル（表面実装部）は、二つの信号端子のテイルと共に同様の共通面で延びている。
接地端子の幅及びその信号端子からの距離は、三つの端子が、容量等のコネクタのインピーダンスに影響する所望の電気特性を有するように選択される。接地端子の幅は、通常端子の接点部に沿った接合部において増加するが、端子の接点ブレード部と実装部間の本体部において増加するように構成することもできる。
インピーダンスを調整する接地構造によって、差動信号端子の接合位置やピッチを変更することなくコネクタに生じるインピーダンスの不連続性を減少させる機会を増加させる。従って、本発明のこの構成は、信号ケーブル又は他の回路に見られる各差動信号導線対と連関する接地導線の「調整可能な」端子の配置に特徴づけられる。
本発明のもう一つの主要な構成において、二以上の調整可能なトリプレットは、コネクタハウジング内に設けられるが、コネクタハウジング、エアギャップ又はその双方等の誘電性材料により分離される。こうしたコネクタの高速性能を最大にするために、信号及び接地端子は好ましくは全て同様の、平坦な接点ブレード部を有しており、それらは連関する本体部から片持ち梁状に延びており、接地端子の接点ブレード部は、コネクタ系における所望の最適インピーダンスを得るための端子の調整を容易とするように連関する信号端子に関連して大きさが選択される。こうしたトリプレットの二つの端子（信号端子と接地端子）の組が、本発明のコネクタにおいて用いられ、コネクタの電源端子は、信号端子とインターフェースしないように接地端子と同一のレベルのトリプレットの二つの端子間に配置される。
本発明のさらにもう一つの主要な構成において、コネクタは、基板側コネクタの接合部内の三つの端子間に生じる所定の空間的な関係を維持するために三角形状の向きで配置された接地及び信号端子を有している。
即ち、本発明のうち主要な発明を、以下の実施の形態で用いられる符号と共に述べると、次の通りである。
即ち、請求項１の発明は、少なくとも差動対の信号線と該信号線に連関された接地を含むケーブルに終端された相手方コネクタと回路基板間を接続するコネクタ（１１０）であって、
電気的に絶縁性材料で形成されたハウジング（１１２）と、前記ハウジング（１１２）内に配置された三つの導電性端子（１１９）とを有し、該三つの導電性端子が一つの接地端子（１５０）と該接地端子（１５０）と連関された二つの差動信号端子（１４０、１４１）を含んでおり、
前記接地端子（１５０）及び信号端子（１４０、１４１）のそれぞれは、前記相手方コネクタの対応する対向端子（１０４、１７０）に接合する接点部（１５３、１４３）と、前記接地及び信号端子（１５０、１４０、１４１）を前記回路基板（１０２）の連関する回路に終端する実装部（１５２、１４２）と、より成るコネクタに於いて、
前記接地端子（１５０）と二つの信号端子（１４０、１４１）は、ハウジング（１１２）内において三角形状の姿勢で延びてトリプレット形式の配置とされていると共に、前記接地端子の接点部の幅は、前記信号端子の接点部の幅よりも大きくされていることを特徴とするコネクタである。
以上本発明によれば少なくとも差動対の信号線と該信号線に連関された接地を含むケーブルに終端された相手方コネクタと回路基板間を接続するコネクタ（１１０）であって、
電気的に絶縁性材料で形成されたハウジング（１１２）と、前記ハウジング（１１２）内に配置された三つの導電性端子（１１９）とを有し、該三つの導電性端子が一つの接地端子（１５０）と該接地端子（１５０）と連関された二つの差動信号端子（１４０、１４１）を含んでおり、
前記接地端子（１５０）及び信号端子（１４０、１４１）のそれぞれは、前記相手方コネクタの対応する対向端子（１０４、１７０）に接合する接点部（１５３、１４３）と、前記接地及び信号端子（１５０、１４０、１４１）を前記回路基板（１０２）の連関する回路に終端する実装部（１５２、１４２）と、より成るコネクタに於いて、
前記接地端子（１５０）と二つの信号端子（１４０、１４１）は、ハウジング（１１２）内において三角形状の姿勢で延びてトリプレット形式の配置とされていると共に、前記接地端子の接点部の幅は、前記信号端子の接点部の幅よりも大きくされていることを特徴とするコネクタとしたので、伝送ラインのインピーダンスを一致させる優れた試みのために、コネクタを通るインピーダンスの不連続性を最小化した高速データ伝送接続のためのコネクタ装置を提供できた。
以下の詳細な説明において、添付図面には参照符号が付されており、同様の参照符号は同様の部材を示している。
本発明は、高速信号ケーブルの性能の強化に特に有用な改良されたコネクタに関するもので、特に他の用途と同様に入力−出力（Ｉ／Ｏ）に用いるコネクタに関するものである。特に、本発明は、単独で、及び相手方コネクタとの組み合わせにおいて性能を強化するためにコネクタの終端領域における機械的及び電気的統一性を得るための方策を試みるものである。
ビデオカメラやカムコーダ等の電子装置に関連した多くの周辺装置は、種々の周波数でデジタル信号を送信する。ＣＰＵ部等のコンピュータに連関された他の装置は、データ送信のために高速で動作する。高速信号ケーブルは、これらの装置とＣＰＵを接続するために使用されるとともに、二以上のＣＰＵを接続するために用いることが出来る。具体的な信号ケーブルは、高速信号を搬送するのに十分な構造を備えることが出来、撚線対又は独立した対の導線で構成する信号線の差動対を有することが出来る。
高速データ送信において考慮すべきことの一つは、信号の劣化である。これは、クロストークと信号反射を含み、信号ケーブルとコネクタのインピーダンスに影響する。信号ケーブル中のクロストークや信号反射は、シールドすることと信号線の差動対を用いることによって十分に容易に制御される。しかしながら、これらの態様は、他の考慮すべき点の中で、コネクタに用いる種々の多様な材料によってコネクタにおいて制御することは困難である。高速用途に用いるコネクタの物理的サイズは、特定の電気的性能を得るためにコネクタ及び端子構造を変更する程度を制限する。
伝送路におけるインピーダンスの不一致は、信号の反射を生じさせ、しばしば信号損失、信号喪失等を引き起こす。従って、送信信号の一貫性を保持するために信号経路を通してのインピーダンスの一貫性を維持することが望ましい。信号ケーブルを終端させ、伝送された信号を装置のプリント回路基板の回路に転送する手段として機能するコネクタは、インピーダンスに関する限り通常は非常に良好に制御されておらず、ケーブルにおけるインピーダンスに比べて大幅に変化する可能性がある。
図１１は、信号ケーブルに用いる従来の雄型及び雌型コネクタ装置において生じるインピーダンスの不連続を示している。信号ケーブルのインピーダンスは、一定の又は図１１の右側に５１で示す基準線レベルに近づく。基準線５１からの偏差は、５０で示す実線の太線によって示されている。信号ケーブルのインピーダンスは、図１１の左側において、さらに「終端」軸の左側の５２で示す回路基板のインピーダンスとほぼ一致している。縦軸「Ｍ」は、ソケット、又は雌型コネクタとプリント回路基板５２間の終端点を示しており、縦軸「Ｎ」は二つの接合した雄型及び雌型コネクタ間に生じるインターフェースを示しており、縦軸「Ｐ」は信号ケーブルに終端された雄型コネクタの点を示している。
図１１の曲線５０は、従来のコネクタ装置によって達成される代表的なインピーダンスの「不連続性」を示し、三つの山及び谷を生じ、各山及び谷は、図示の基準線５１からの距離（又は値）Ｈ１、Ｈ２及びＨ３を示している。これらの距離は零（０）オームを持つ水平「距離」軸に交差する縦軸を基にオームで測定される。これらの従来のコネクタ装置においてＨ１で示される高インピーダンスは、通常約１５０オームまで増加し、一方Ｈ２で示す低インピーダンスは、通常約６０オームまで減少する。Ｈ１とＨ２間の約９０オームの大きな不連続は、回路基板５２と信号ケーブルに対するコネクタ装置の電気的性能に悪影響を与える。
本発明は、接合する信号ケーブルをエミュレートして上記の不連続を減少させるようにコネクタのインピーダンスの設定を可能とする改良された構造を持つＩ／Ｏ（入力−出力）の用途において特に有用なコネクタ及びコネクタの終端構造に関するものである。
インピーダンスの調整能力
図１Ａについて説明すれば、本発明が非常に有用である一つの「内部」環境が示されている。この環境において、本発明によるコネクタは、コンピュータ等の電子装置１０１の外壁１０８の内側に配置される。従って、これを「内部」と称す。本発明のコネクタは、図１Ｂに示すように「外部」の用途にも用いられ、コネクタ１１０は回路基板１０２に実装されるが、電子装置１０１の外壁１０８より一部が延出されており、ユーザーが装置外部よりアクセス可能となっている。コネクタ装置１００は、相互係合する一対の第一及び第二のコネクタを有しており、これらはそれぞれ雌型（又はソケット）コネクタ１１０と雄型コネクタ１０４として説明される。これら二つのうちの一方の雌型コネクタ１１０は、電子装置１０１の回路基板１０２に実装され、他方の雄型コネクタ１０４は、通常周辺装置から導出される信号ケーブル１０５に終端される。
図２は、本発明の原理によって構成された雌型又はソケットコネクタ１１０を分解して示す図である。雌型コネクタ１１０は、誘電性材料によって形成された絶縁性のコネクタハウジング１１２（単に「ハウジング」とも言う）を含んで示されている。図示の実施例において、ハウジング１１２は、本体部１１６から外向きに延びる二つのリーフ部１１４ａ、１１４ｂを有している。これらのハウジング１１２のリーフ部１１４ａ、１１４ｂは、図示のように多数の導電性端子１１９を支持している。これに関して、下側のリーフ部１１４ａは、一連の溝又はスロット１１８（図３参照）を形成されており、これらの溝又はスロット１１８は選択された導電性端子１１９が収容される。上側リーフ部１１４ｂは、同様の溝１２０（図６）を有しており、雌型コネクタ１１０の残りの導電性端子１１９を収容する。
コネクタハウジング１１２と関連する導電性端子１１９の全体的なシールドを得るために、雌型コネクタ１１０は、薄板により形成され、本体部１１６の上側及び下側リーフ部１１４ａ、１１４ｂを包囲する本体部１２４を有する第一のシェル又はシールド１２３を含んでいる。この第一のシールド１２３は、さらにプリント回路基板１０２の表面１０３に実装するための脚部１２５を有しており、該脚部１２５は回路基板１０２上の接地部に接続される。図１Ｂに示された表面実装の用途が好ましいが、垂下する脚部１０７も、さらに雌型コネクタ１１０の貫通孔実装に用いるために、図１Ａに示すように第一のシールド１２３に形成することが出来る。図２に示すように、第一のシールド１２３は、コネクタハウジング１１２の本体部１１６内に形成されたスロット１２７に収容され、これと係合する保持部材１２６を含んでいる。
図２に示された雌型コネクタ１１０の構造は、雌型コネクタ１１０が回路基板１０２に実装されるが一部が延出されて電子装置１０１の外壁１０８からアクセス可能な「外部」の用途（図１Ｂ）はもとより図１Ａに示す「内部」の用途に使用することも可能である。
信号ケーブル１０５用の雄型コネクタ１０４をソケット又は雌型コネクタ１１０に挿入する場合に生じる不用意な衝撃を防止するために、第一のシールド１２３の上側に延びるとともに、中間に位置する絶縁要素１３０により第一のシールド１２３より分離された第二のシールド１２９が設けられている。第二のシールド１２９も、一体に形成された取付脚１３１を有しておりシャシに接地接続されて、回路の接地より絶縁される。第二のシールド１２９は、好ましくは第一のシールド１２３の長さＬ１よりも大きな長さＬ２を有しており、信号ケーブル１０５の雄型コネクタ１０４を係合させるときにユーザーが内側の第一のシールド１２３に触れにくくなっている。
前述のように、本発明の目的の一つは、多回路コネクタに見られるインピーダンスに比べてより系（信号ケーブル等）のインピーダンスに近いコネクタを提供することである。本発明は、図２、５Ａ、５Ｂ及び６に「Ａ」で示す三つの別個の端子の配置を調整可能な「トリプレット(triplet)」又は「トライアッド(triad)」と称する配置とすることによって、これを達成する。最も単純には、図５Ａに示すように、このようなトリプレットは、二つの信号端子１４０、１４１と接地端子１５０とを有しており、これらの端子は雄型コネクタ１０４の対応する端子に対向するように配置され、雄型コネクタ１０４は、図９Ａ及び９Ｂに概略を示すように相補接地(ground complement)を含む、同一の強度であるが極性が相補的である信号、即ちそれぞれが＋１．０Ｖと−１．０Ｖ、を流通させる差動対の導線（好ましくは、撚線対の導線）ＴＰＡ＋、ＴＰＡ−に終端される。
図８Ｂに最もよく示されているように、二つの信号端子１４０、１４１は、片持梁デザインを有しており、各信号端子１４０、１４１は、表面実装脚部１４２と、接点ブレード部１４３及びこれらを相互に連結する本体部１４４を有している。このデザインによって、信号端子１４０、１４１は、容易に打ち抜き成型することが出来る。信号端子１４０、１４１は、ハウジング１１２の本体部１１６の下側リーフ部１１４ａのスロット１１８内に収容され、図２、７、８Ｂに示すように、接点ブレード部１４３の先端部にタブ１４５を有しており、タブ１４５はスロット１１８の端部においてリーフ部１１４ａに形成した開口１１７に嵌合する。雌型コネクタ１１０の電気的特性を調整し、系のインピーダンスをより近づけるために、接地端子１５０は、差動信号端子１４０、１４１の各組に連関して設けられる。このため、これを「トリプレット」と称す。
こうした接地端子１５０のそれぞれは、図５Ａ、５Ｂ及び９Ａ、９Ｂに「Ａ」で詳細に示すように、二つの差動信号端子１４０、１４１または１４０ ’、１４１’に連関されている。図９Ａ及び９Ｂの概略図は、「Ａ」及び「Ｂ」の部分にトリプレット状端子の概念を示している。信号端子１４０、１４１は、ある意味では、接地端子１５０に対して三角形状に配置される。また他の観点では、説明をしている方向において接地端子１５０の「側面に位置(flanking)」しており、信号端子１４０、１４１または１４０ ’、１４１’の一部が接地端子１５０の幾分外側の点に延びている。図示の実施例において、接地端子１５０は、雌型コネクタ１１０を構成しているハウジング１１２の本体部１１６から延びる上側リーフ部１１４ｂに、二つの信号端子１４０、１４１または１４０ ’、１４１’の間に位置するように配置される。図９Ａ及び９Ｂの概略図において、二つのこうしたトリプレットは、「Ａ」又は「Ｂ」の添え字により特定される個別の端子によって三角配置で示されている。従って、ＴＰＡ＋とＴＰＡ−は「Ａ」の対の導線の差動信号導線のための端子を示しており、ＴＰＡ（Ｇ）は導線の「Ａ」の組のための接地端子を示している。同様に、ＴＰＢ＋及びＴＰＢ−は、信号ケーブル中の導線の対「Ｂ」の差動信号導線の端子を示し、ＴＰＢ（Ｇ）は、「Ｂ」の導線の組の接地端子を示している。以下に詳述するように、これら三つの関連する端子間の三角形状の関係は、可変であり、正三角形の関係から二等辺三角形の関係等を含んでいる。
図８Ａに示すように、関連する接地端子１５０’も、表面実装脚部１５２’と、中間の本体部１５４’及び接点ブレード部１５３’とによる片持梁デザインを有している。信号端子１４０、１４１、１４０’、１４１’の場合と同様に、接地端子１５０、１５０’の接点ブレード部１５３、１５３’は、中間の本体部１５４、１５４’とは異なる面に位置している。
図２、８Ａ−８Ｂ及び９Ｃに最もよく示されているように、信号端子１４０、１４１または１４０’、１４１’及び接地端子１５０、１５０’の接点ブレード部１４３、１４３’、１５３、１５３’は、端子の本体部１４４、１４４’、１５４、１５４’とは異なるが交差する面に配置される。図示の実施例は、これら二つの面がほぼ直交する水平面と垂直面とによって示されているが、本発明の効果を得るためにはこうした面は垂直に交差することは必ずしも必要ではなく、また正確に水平及び垂直面であることも必ずしも必要ではない。しかしながら、二つの面が交差していることが望ましい。信号端子１４０、１４１または１４０’、１４１’及び接地端子１５０、１５０’の接点ブレード部１４３、１４３’、１５３、１５３’は、図９Ｃに示すように、少なくともコネクタの前端面近傍の雄型コネクタ１０４がハウジング１１２に進入する位置からハウジング１１２のほぼ全長に亘って延びている。三つの端子の三角形状の配置は、雌型コネクタ１１０のハウジング１１２の全長に亘って維持されることが望ましい。
さらに、信号及び接地端子１４０、１４１、１４０’、１４１’１５０、１５０’の表面実装部１４２、１４２’、１５２、１５２’は、それぞれの接点ブレード部１４３、１４３’、１５３、１５３’が位置する面に対してほぼ平行になっている。信号及び接地端子の表面実装部１４２、１４２’、１５２、１５２’は、実装の目的で貫通孔部材１９５（図１Ａ）としても用いられる。表面実装部１４２、１４２’、１５２、１５２’及び接地及び信号端子１５０、１５０’、１４０、１４１、１４０’、１４１’の位置間の相互作用を以下に説明する。
この構造によって、信号ケーブル１０５又は回路基板１０２に終端される差動信号端子１４０、１４１、１４０’、１４１’の各対は、それらに連関すると共にハウジング１１２を通って延びる個別の接地端子１５０、１５０’を有しており、信号ケーブル１０５とそれに連関する雄型コネクタ１０４の双方の電気的な性能をより近づける。こうした構成は、回路基板１０２上において信号ケーブル１０５の全長ばかりでなく、雄型及び雌型コネクタ１０４、１１０間のインターフェースにおいても信号ケーブル１０５の信号導線が接地が「見える」状態を維持する。このコネクタのインターフェースは、図１３に概略が示されており、接続装置やシステム全体のインピーダンス及び電気的性能に関する限りにおいて、四つの領域Ｉ−ＩＶに分割しているものと考えることが出来る。領域Ｉは、信号ケーブル１０５とその構造を示し、領域ＩＩは、信号ケーブル１０５が雄型コネクタ１０４に終端されるときのケーブル側コネクタ１０４と信号ケーブル１０５間の終端部を示し、領域ＩＩＩは、コネクタ１０４、１１０の接合する本体部を含むケーブル側コネクタと基板側コネクタ１１０間に介在する接合インターフェースを示している。領域ＩＶは、基板側コネクタ１１０及び回路基板１０２間の終端部を含む部分を示している。図１１の線「Ｐ」、「Ｎ」及び「Ｍ」が、図１３に重ねて示されている。
信号端子１４０、１４１、１４０’、１４１’に関連した接地端子１５０、１５０’の存在は、三つの端子間に容量結合を形成するうえで重要である。この結合は、しかしながら端子の及びそのコネクタの最高のインピーダンス特性に影響する。抵抗、端子材料及び自己インダクタンスは、端子のトリプレットに関する限りコネクタの全体のインピーダンス特性に影響する。図５Ｂに示す実施例において、接地端子１５０’の接点ブレード部１５３’の幅Ｄ＋は、信号端子１４０’、１４１’全体、若しくは少なくともその一部に延びるのに十分な大きさとなっている。好ましくは、図５Ｂに示された例において、接地端子１５０’の一部は、少なくとも一方の信号端子１４０’、１４１’の一部を常に覆い又は重なる。図５Ａに示したような他の例において、接地端子１５０は、信号端子１４０、１４１の側縁から延びる想像線Ｓ上に位置し又は衝合する。幅広Ｄ＋の接地端子１５０’の接点ブレード部１５３’は、信号端子１４０’、１４１’の接点ブレード部１４３’の表面積に比べて大きな連続した表面積を有しており、接地端子１５０’の接点ブレード部１５３’は、信号端子１４０’、１４１’の上方の部分に大きく、重なった接点接合部を有している。このような例に加えて、接地端子１５０の接点ブレード部１５３の幅を、二つの信号端子１４０、１４１の各接点ブレード部１４３の幅を加えた和より大きくすることもできる。
即ち本発明は、少なくとも差動対の信号線と該信号線に連関された接地を含むケーブルに終端された相手方コネクタと回路基板間を接続するコネクタ（１１０）であって、
電気的に絶縁性材料で形成されたハウジング（１１２）と、前記ハウジング（１１２）内に配置された三つの導電性端子（１１９）とを有し、該三つの導電性端子が一つの接地端子（１５０）と該接地端子（１５０）と連関された二つの差動信号端子（１４０、１４１）を含んでおり、
前記接地端子（１５０）及び信号端子（１４０、１４１）のそれぞれは、前記相手方コネクタの対応する対向端子（１０４、１７０）に接合する接点部（１５３、１４３）と、前記接地及び信号端子（１５０、１４０、１４１）を前記回路基板（１０２）の連関する回路に終端する実装部（１５２、１４２）と、より成るコネクタに於いて、
前記接地端子（１５０）と二つの信号端子（１４０、１４１）は、ハウジング（１１２）内において三角形状の姿勢で延びてトリプレット形式の配置とされていると共に、前記接地端子の接点部の幅は、前記信号端子の接点部の幅よりも大きくされていることを特徴とするコネクタとしたものである。
回路基板１０２上の雌型コネクタ１１０の小さな「足跡(footprint)」を維持するために、本発明は、図示の実施例において、表面実装脚部１５２’と同様に、接地端子１５０’の本体部１５４’の幅を減少させる。本体部１５４’のほとんどの部分に関して、表面実装脚部１５２’における幅と、同一であり、図１４及び１５に示すいくつかの例においては、接地端子８０２の本体部８０５の幅を増加させることも可能である。差動信号端子間にはめ合わせられるように接地端子１５０’の本体部１５４’の幅を減少させることによって、信号端子（ＴＰＡ＋及びＴＰＡ−）間の距離を減少させ、接地端子１５０、１５０’と信号端子１４０、１４１、１４０’、１４１’間の予め選択されたほぼ一定のインピーダンスを維持することによってコネクタ全体に亘って近似した結合容量を維持する。コネクタのインピーダンス（端子間の結合と同様に）も信号端子１４０、１４１、１４０’、１４１’と接地端子１５０、１５０’間の間隔と同様に隣接する信号端子１４０、１４１、１４０’、１４１’間によって影響される。さらに、端子間に使用される空気、ハウジング１１２の材料やそれらの組み合わせ等の材料は、信号及び接地端子間の部分の誘電率や合成誘電率を与える。
図５Ｂの実施例において接地端子１５０’の本体部１５４’の幅を減少させることによって、接地端子１５０’と信号端子１４０’、１４１’の接点ブレード部１５３’、１４３’間の重合状態は、第一の面（水平に示された）で中断し、第二の交差する（垂直の）面においては重合しない。むしろ、この第二の面において、接地端子１５０’の本体部１５４’は、側縁を衝合した配置で信号端子１４０’、１４１’の本体部１４４’と整列される。これらの面において接地端子１５０’の断面は小さいが、接地端子１５０’はより信号端子１４０’、１４１’に近づいており、従って同様の端子間の結合が維持される。
第一の面の領域、即ち、接地端子１５０’と信号端子１４０’、１４１’の接点ブレード部１４３’、１５３’が、図１３の領域ＩＩＩの接合インターフェース内に位置する領域において、接地端子１５０’の全体のプレートの大きさは、信号端子１４０’、１４１’に比較して増加して、上記に説明したようにインピーダンスを選択的に減少させる。同様に、信号端子１４０’、１４１’と接地端子１５０’の本体部１４４’、１５４’の双方により占有される第二の面において、接地端子１５０’と信号端子１４０’、１４１’間の空隙が減少し、接地端子１５０’と信号端子１４０’、１４１’が接近してコネクタのインピーダンスを減少させる。トリプレットの信号端子１４０、１４１、１４０’、１４１’の接点ブレード部１４３、１４３’は、好ましくは図５Ａ及び５Ｂに示したものと同一面に、コネクタハウジング１１２の下側リーフ部１１４ａに沿って保持される。これにより、間隙によってコネクタのインピーダンスが調整を可能とするが、二つのコネクタの機械的接合を容易とすることは明らかである。接地端子１５０、１５０’により大きな接点ブレード部１５３、１５３’を設けることによって、これらの端子及び対向する接地端子と他の（雄型）コネクタの信号端子間の衝合が、インピーダンスに悪影響を与えることなく改善される。
この調整能力の効果は、図１１に説明されており、コネクタ装置を通って生じる全インピーダンスの不連続の減少が示されている。本発明のコネクタ装置において生じることが予測されるインピーダンスの不連続性は、図１１において破線で示されている。図１１の実線は、図１３のコネクタ装置において生じたことのある一般的なインピーダンスの不連続性を示している。破線と実線を比較すれば、この不連続の山と谷(peak and valley)の大きさＨ１１、Ｈ２２及びＨ３３は、大幅に減少する。本発明は、従来のコネクタ装置において生じたことのある全体の不連続性を大幅に減少する。一つの用途において、高いレベルの不連続は、約１３５オーム（Ｈ１１）であり、最小の不連続は約８５オーム（Ｈ２２）である。本発明のコネクタ装置の目標基準インピーダンスは、一般に、約±２５オームの許容誤差を含んで約１１０オームである。従って、本発明のコネクタの約５０オームの全不連続（Ｈ１１とＨ２２の差）は、上記の約９０オームの従来の不連続に比べてほぼ５０％減少したものとなる。
調整性能及びインピーダンス特性は、さらに、前述のように、端子間の誘電性によっても影響される。この点に関して、図６に示すように、コネクタハウジング１１２の下側リーフ部１１４ａは、１６０の位置でスロットが形成されており、下側リーフ部１１４ａのハーフ間にエアギャップ１６１を形成する。同様に、信号（及び他の）端子１４０、１４１又は１４０’、１４１’は、同様のエアギャップ１６２により下側リーフ部１１４ａ上において相互に分離されており、エアギャップ１６２は下側リーフ部１１４ａ内に形成したチャンネル１６３によって形成される。これらのチャンネル１６３は、図６に示すように、下側リーフ部１１４ａの厚さの一部のみに延びており、下側リーフ部１１４ａの構造的一体性を保持する。
図４及び４Ａに関して説明すれば、対向する接合コネクタ１０４は、雄型コネクタ１７０として示されており、該雄型コネクタ１７０は、適切な接合を容易とし、確実とするために雌型コネクタ１１０に対して相補形状に誘電性材料で形成された絶縁性のコネクタハウジング１７１を有している。この点に関して、コネクタハウジング１７１は、基部１７２と基部１７２より延びる二つの部分１７３を有しており、二つの部分１７３は、雌型コネクタ１１０のハウジング１１２のキー１３４内に対してキー溝として機能する間隙１７４によって分離されている。雌型コネクタ１１０のキー１３４は、図２、３、６及び７に示すように、上側リーフ部１１４ｂに見られ、又は図９Ｃ及び１２に示すように下側リーフ部に形成することも出来る。ハウジング１７１は、中空であり、ハウジング１７１のキャビティ１７５に保持された信号端子、接地端子及び他の端子（図示せず）を有している。
二つの端子が、図９Ｃと図１０Ａ及び１０Ｂに示されており、雄型コネクタ１７０に用いるのに好適なタイプの端子構造を示している。図１０Ａは、接点部１８２を導線終端部１８３に連結する平坦な本体部１８１を有する接地端子１８０を示している。接地端子１８０は、先端１８４を有しており、この先端１８４はコネクタハウジング１７１の端部においてキャビティ１７５に収容される。接点部１８２は、上向きに折り曲げられ、雌型コネクタ１１０の対応する接地端子１５０又は１５０’に整列、対向した接点開口１７６より外側に突出する。
信号端子１９０（図１０Ｂ）も、同様に構成され、信号端子１９０と接地端子１８０間を結合するための本体部１９１が、接地端子１８０の本体部１８１の幅に比べて幅狭に成っている。本体部１９１は、接点部１９２を導線終端部１９３に連結し、接点部１９２も折り曲げられ、対応する接点開口１７６からコネクタハウジング１７１内に突出する。これらの接点開口１７６及び信号端子１９０の接点部１９２は、図９Ｃに示すように、雄型コネクタ１７０の基部１７２の下側面に露出され、信号端子１９０の先端部がコネクタハウジング１７１の前面に示されたキャビティ１７５に整列されている。
雄型コネクタ１７０の接地及び信号端子１８０、１９０（他の端子と同様に）は、雌型コネクタ１１０に雄型コネクタ１７０が係合するときに、それらが雄型コネクタのハウジング１７１の中央に向かって偏向されるので「可動」接点と考えられる。雌型コネクタ１１０の接地及び信号端子１５０、１５０’、１４０、１４１、１４０’、１４１’（他の端子と同様に）は、二つのコネクタ１１０、１７０が接離されるときに移動しないので、「固定」端子と考えられる。図９Ａ及び９Ｂの概略図において、実線の長方形は、上記の「可動」端子を示しており、隣接する破線の長方形は、上記の「固定」端子を示している。これらの図面は、図５Ａ及び５Ｂに沿って示されており、差動信号端子ＴＰＡ＋、ＴＰＡ−とそれらに連関する接地端子ＴＰＡ（Ｇ）あるいは差動信号端子ＴＰＢ＋、ＴＰＢ−とそれらに連関する接地端子ＴＰＢ（Ｇ）による三角形状の関係が示されている。こうした端子のそれぞれは、図９Ｂの点線Ｒにより示す隣接した端子を連結するよう想像線を引いたときに形成される三角形の頂点を規定している。この説明において及び本発明の実施において、接地端子ＴＰＡ（Ｇ）、ＴＰＢ（Ｇ）、１５０、１５０’は、仮想的な三角形の頂点又は「先端」であると考えられる。
基板側コネクタ即ち雌型コネクタ１１０及びその信号端子１４０、１４０’、１４１、１４１’並びに接地端子１５０、１５０’に関して上記に説明したものと同様の要領で、ケーブル側コネクタ即ち雄型コネクタ１７０の接地端子１８０及び信号端子１９０も、それらの形状及び上記の三角形状（トリプレット）の関係によって、所望のインピーダンスを与えるように構成される。
図１０Ａ及び１０Ｂに示すように、接地及び信号端子１８０、１９０のそれぞれは、対向する回路基板１０２側の雌型コネクタ１１０の接地及び信号端子１５０、１５０’、１４０、１４１、１４０’、１４１’の対向する接点ブレード部１５３、１５３’、１４３、１４３’に係合する接点部１８２、１９２を有している。図９Ｃに示すように、これらのケーブル側の雄型コネクタ１７０の端子１８０、１９０の接点部１８２、１９２は、基板側の雌型コネクタ１１０の端子１４０、１４１、１４０’、１４１’、１５０、１５０’の接点ブレード部１５３、１５３’、１４３、１４３’の対応する長さとほぼ等しい長さを有している。当然のことながら、二つのコネクタ１１０、１７０が相互に係合するので、ケーブル側の雄型コネクタ１７０の端子１８０、１９０の接点部１８２、１９２の幅及び表面積を増加させる必要がなく、基板側の雌型コネクタ１１０の接点ブレード部１５３、１５３’、１４３、１４３’のジオメトリは、接合するコネクタ及び図１３の領域ＩＩＩに生じる接合の結果として形成するインピーダンスによって左右される。
この所望のインピーダンス及び電気特性を保持するために、図１０Ａ及び１０Ｂに示し上記に説明したように、接地端子１８０の相互連結用の本体部１８１は、二つの信号端子１９０の相互連結用の本体部１９１の一方又は双方よりも大きく、好ましくは幅広となっている。この幅の増加によって、その部分、即ち雄型コネクタ１７０の本体部における接地端子１８０の表面積を増加させ、接地端子１８０及び二つの関連する信号端子１９０間の結合容量を増加させる。
図９Ｃに示すように、これらの端子１８０、１９０も、それらの接点部１８２、１９２に沿って、それらの本体部１８１、１９１に沿って離間しており、図９Ａ及び９Ｂの実線の長方形に示されるように、ケーブル側の雄型コネクタ１７０の接地端子１８０と信号端子１９０は、三角形状の関係（トリプレット）に配置され、三角形状の頂点に位置する。この三角形状の関係が、インターフェースを通してのコネクタシステムの電気的バランスを連続して維持する。この実施例による本発明の好適な実施において、接地端子１８０の本体部１８１の幅は、好ましくは、対応する単一の信号端子１９０の本体部１９１の幅の２倍である。図１０Ｂにおける信号端子１９０の本体部１９１は、後部において幾分わずかに三角形状を有するものとして示されている。この特定の部分は、成形後のコネクタハウジング１７１に信号端子１９０を保持するために、コネクタハウジング１７１との係合ポイントを設定するように機能する。端子のジオメトリにおける相違によって、基板側の雌型コネクタ１１０の端子の幅と表面積の関係は、ケーブル側の雄型コネクタ１７０においても同様に維持される。
ケーブル側の雄型コネクタ１７０の端子１８０、１９０の導線終端部１８３、１９３の寸法及び形状は、信号ケーブル１０５及びケーブル側の雄型コネクタ１７０の双方において有利な電気的な関係を維持するばかりではなく、雄型コネクタ１７０の終端部に信号ケーブル１０５の概略のジオメトリを維持し、こうした雄型コネクタ１７０に対する信号ケーブル１０５の終端を容易にするように構成されている。
基板側の雌型コネクタ１１０の接地端子１５０、１５０’及び信号端子１４０、１４１、１４０’、１４１’間の間隔を調整することによって、系、特に基板側の雌型コネクタ１１０のインピーダンスが変化され又は「調整」される。容量結合は、コネクタの信号端子及び接地端子間に生じるので、これが行われる。端子間の間隔は、系のインピーダンスに影響する。この関係は、図１６に最も良く示されており、系の二つの連関した信号端子Ｓ１及びＳ２が位置する基準線からの接地端子Ｇの距離の関数として図示される系によって得られると予測されるインピーダンスのプロフィルを示している。第一のこうしたプロットは、実線によって示され、図１６の左側に「１」で示されている。このプロットにおいて、接地端子Ｇは、コネクタ内の従来の信号列の配置に見られる二つの関連する信号端子Ｓ１及びＳ２と同一のレベルである。
図１６の第二のプロットは、「２」で示され、破線によって示されており、二つの信号端子Ｓ１及びＳ２が共有する初期レベルから接地端子Ｇが上方に変位した場合に生じると予測されるインピーダンス値を示している。このプロットにおいて、二つのピークは、その間を連結する落ち込みと同様に減少する。続いて、接地端子Ｇは、図１６に「３」で示す好適な距離に移動される。このプロットにおいて、ふたつのピークが実質的に平坦化されとその間の落ち込みが上昇して、インピーダンスカーブ全体が平滑化され、尖鋭で急激な山と谷が減少される。
図１６に「３」によって示された最適な分離状態において、二つの信号端子及び一つの接地端子の三角形状の関係は、正三角形に近似し、「２」で示す中程度の分離状態は二等辺三角形に近似している。他の三角形状の関係も使用可能である。
他のこうした関係は、図１７Ａ乃至１７Ｃに示されている。図１７Ａには、一つの接地端子１５０と二つの信号端子１４０、１４１を含む端子の三角形状の配置が示されているが、信号端子１４０、１４１は、断面が平坦で長方形の接地端子１５０に対向する導線又は他の円形形状となっている。この配置において、端子を通る想像線（破線で示す）は、仮想的な三角形を規定している。また、図１７Ｂでは、端子を通る想像線（破線）が略直角三角形状を規定している。
同様に、図１７Ｃの想像線は、端子を通って描かれるが、略不等辺三角形を規定している、図１７Ｃの信号端子１４０、１４１は、向きが相互に異なっており、接地端子１５０が配置される面ＰＬ３と同様の異なる水平面ＰＬ１及びＰＬ２に位置している。このタイプの端子の向きにおいて、コネクタハウジングの構造は、信号端子１４０、１４１が支持される二つの異なる列を規定するように変更される。こうした構造により、二つの信号端子１４０、１４１のレベルの違いによって、端子のレベル差を使用したコネクタのための「キーイング」構成を含むことを可能としている。
これらの図は、本発明のコネクタが取りうる多くの別個の三角形状を単に例示していることが理解される。
接地端子及び信号端子の幅は、容量結合に影響し、系のインピーダンスは、端子の寸法の関数である端子の抵抗をも含んでいる。図５Ｂを用いて前述したように、接地端子１５０’の接点ブレード部１５３’は、二つの連関する信号端子１４０’、１４１’の接点ブレード部１４３’に比較して大きな幅又は表面積を有している。接地端子１５０’の幅は、他の部分においても増加している。
図１４について説明すれば、本発明による基板側コネクタである雌型コネクタ８００の後端が、示されている。雌型コネクタ８００は、外側シェル又は外壁８０１を有しており、この外側シェル又は外壁８０１を通して一連の導電性端子が延びている。本実施例においては、「三角形」（トリプレット）の二組が示されており、トリプレットのそれぞれは接地端子８０２及び二つの関連した信号端子８１０、８１１を含んでいる。電源端子８２０や状態端子８２１等の他の端子をも含むことが出来る。これらの端子は全て、後端部よりコネクタ内に挿入され、コネクタを形成するためにこれらの端子の回りに適当な絶縁性材料がモールドされる。
図１４に示す接地端子８０２は、端子本体又は本体部８０５から片持梁状に延びる接点又は接合ブレード部８０４を有しており、本体部８０５は、実装部まで延びている。実装部は、上記に説明したように表面実装脚部８０７又は貫通孔部材８０６である。このタイプのコネクタ構造において、雌型コネクタ８００における接地端子８０２の幅は、接地端子８０２の大きな表面積を与えるように本体部８０５から８０３で示すように増加し、二つの連関する信号端子８１０、８１１と同様の方向に存在する。
図１５は、表面実装の用途の図１４の雌型コネクタ８００を示すとともに、幅を増加された接地端子８０２の本体部８０５が信号端子８１０、８１１の本体部８１２に整列されて、雌型コネクタ８００の全体のサイズ及び「足跡(footprint)」を不当に増加させないようにしている。
本発明が用いられる「内部」接続環境を示す電子装置の回路基板に搭載された本発明のコネクタ装置の側面図である。 本発明が用いられる「外部」接続環境を示し、電子装置の回路基板に搭載されて装置の外部に延びる本発明の回路基板側コネクタとケーブル側コネクタの側面図である。 プリント回路基板に実装するのに適し、電子装置の内部又は外部に開口する本発明の原理に従って構成されたソケット接続形状の回路基板側コネクタの分解図である。 雌型コネクタ及び図２のコネクタの内側シールドを示す斜視図である。 図２の雌型コネクタに係合するために、信号ケーブルに終端された雄型コネクタの斜視図である。 端子構造及びその配置をより良く示すためにコネクタのカバーの一部を切り欠いて示す図４の雄型コネクタの拡大図である。 三つの端子群の「トリプレット」配置であり、図２のコネクタに用いられる二つの信号端子と一つの接地端子の相対寸法及び配置を示す拡大詳細図である。 図２のコネクタに用いる端子のトリプレットの他のタイプを示す拡大詳細図である。 図３の雌型コネクタのコネクタハウジングのみを示す、図３の６−６線に沿った端面図である。 雌型コネクタのコネクタハウジング及び二つの端子列の分離状態を示す図３の７−７線断面図である。 図２−３、６−７に示す雌型コネクタにおいて用いられる接地端子の斜視図である。 図２−３、６−７に示す雌型コネクタにおいて用いられる信号端子の斜視図である。 種々の端子の相互の配置を示す概略端面図である。 種々の端子の相互の配置を示す別の概略端面図である。 相互に係合する直前の状態で示す雄型及び雌型の二つのコネクタの縦断面図である。 図４に示す本発明の雄型コネクタに用いた接地端子の斜視図である。 図４に示す本発明の雄型コネクタに用いた信号端子の斜視図である。 高速信号ケーブルの接続を通して生じる一般的なインピーダンスの不連続及び本発明のコネクタ装置によるこの不連続の減少を示すグラフである。 本発明の原理による複数のトリプレット端子配置を含むマルチソケット型の雌型コネクタを示す斜視図である。 信号ケーブル側及び基板側のコネクタ間のコネクタのインターフェース部の概略図である。 回路基板から接合する接点部に延びる端子の配置を示し、本発明の原理によって構成された他の基板側コネクタの後端から見た線図である。 図１４のコネクタの誘電性インサート部にモールドする前の、シールド部材内に配置された端子を示す斜視図である。 どのように系の接地端子が、二つの連関する信号端子と同一のレベルから変位するのかを示す図１３の領域Ｉから領域ＩＶに亘って生じると予測されるインピーダンスのプロフィルを示す線図である。 連関する接地及び信号端子の「トリプレット」の他の三角形状の配置を示す概略断面図である。 略直角三角形状の本発明による三つの端子の三角形状の配置を示す他の概略断面図である。 略不等辺三角形で三つの端子の全てがそれぞれ異なる面に位置する三角形状の端子の配置を示す他の概略断面図である。
符号の説明
１００ コネクタ装置
１０１ 電子装置
１０２ 回路基板
１０４ 雄型コネクタ
１０５ 信号ケーブル
１１０ 雌型コネクタ
１１２ コネクタハウジング
１１４ａ リーフ部
１１４ｂ リーフ部
１１６ コネクタハウジングの本体部
１１９ 導電性端子
１４０、１４０’ 信号端子
１４１、１４１’ 信号端子
１４２ 表面実装脚部
１４３ 接点ブレード部
１４４ 本体部
１５０、１５０’ 接地端子
１５２ 表面実装脚部
１５３ 接点ブレード部
１５４ 本体部
１６２ エアギャップ
１６３ チャンネル
１７０ 雄型コネクタ
１７１ コネクタハウジング
１８０ 接地端子
１８１ 本体部
１８２ 接点部
１８３ 導線終端部
１９０ 信号端子
１９１ 本体部
１９２ 接点部
１９３ 導線終端部
８００ 雌型コネクタ
８０２ 接地端子
８０５ 本体部
８１０ 信号端子
８１１ 信号端子
８１２ 本体部


Claims (1)

  1. 少なくとも差動対の信号線と該信号線に連関された接地を含むケーブルに終端された相手方コネクタと回路基板間を接続するコネクタ（１１０）であって、
    電気的に絶縁性材料で形成されたハウジング（１１２）と、前記ハウジング（１１２）内に配置された三つの導電性端子（１１９）とを有し、該三つの導電性端子が一つの接地端子（１５０）と該接地端子（１５０）と連関された二つの差動信号端子（１４０、１４１）を含んでおり、
    前記接地端子（１５０）及び信号端子（１４０、１４１）のそれぞれは、前記相手方コネクタの対応する対向端子（１０４、１７０）に接合する接点部（１５３、１４３）と、前記接地及び信号端子（１５０、１４０、１４１）を前記回路基板（１０２）の連関する回路に終端する実装部（１５２、１４２）と、より成るコネクタに於いて、
    前記接地端子（１５０）と二つの信号端子（１４０、１４１）は、ハウジング（１１２）内において三角形状の姿勢で延びてトリプレット形式の配置とされていると共に、前記接地端子の接点部の幅は、前記信号端子の接点部の幅よりも大きくされていることを特徴とするコネクタ。

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