JP2007519211A - 改良された電気信号伝達システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電気信号伝達システムはほぼ平行な配列で延在し、複数の細長い導体を含む。該導体は、配列の一方の端に入力端を備えるとともに配列の反対の端に出力端を備える。各導体が、細長い中間部と、該中間部の両端にあり中間部を導体の入力端と出力端とにつなぐ移行部を含む。導体の配列が、導体の2つの外側対と導体の少なくとも1つの内側対とを画定する。内側対の導体の細長い中間部が、各外側対の導体の細長い中間部よりも大きく離間されている。
【選択図】図5
【選択図】図5
Description
本発明は、一般に電気信号伝達の技術に関し、詳細には、複数の細長いほぼ平行な導体のための、クロストークを減少させた、改良された電気信号伝達システムに関する。
種々の電気コネクタ装置は、コネクタ装置のそれぞれの入力と出力とを電気的に相互接続する複数の細長い導体を備える。ある細長い導体が他の細長い導体と隣接しているか、あるいは、比較的近くにあるとき、一般にクロストークが生じることが知られている。該クロストークは、ある回路から他の近くの回路への電気信号の望ましくない結合、あるいは、伝送として定義される。クロストークのメカニズムは、誘導(磁界)結合と容量(電界)結合によるものである。クロストークのレベルは、ケーブル、モジュラージャック及びプラグ、プリント回路基板の細長い導体等のほぼ平行な導体間で高くなる。
クロストークは、導体によって送られる信号の完全性と精細度(definition)が干渉結合信号によって損なわれるため望ましくない。クロストークは、比較的高い周波数成分を含む信号の場合により大きな問題となる。
モジュラージャック及びプラグは、相互結合性についての標準を提供するために一定の端子配置を有する。プラグは、通常、電話機や他の通信装置に接続される複数の平行導体を有するケーブルに取付けられる。導体は対になっており、各対が、信号ループ又は差動信号を構成する。ケーブルの各対は、通常、2本の隣接する撚(よ)られた導体から成る。ケーブルのこの配置によって、特性インピーダンスや伝搬速度などのケーブルの特定の電気特性が得られる。
各ジャックは、密接して離間され互いに平行な複数の細長い端子を有する。典型的なジャックは、隣接する平行な8本の端子を有する。これらの端子は、信号対を成すように配列され、各対が個別の通信回路を構成する。所定の周波数成分を有する電気信号が1対の導体に印加されたとき、等しくない信号エネルギー部が、信号対の各導体によって、隣接する対の個々の導体に伝達される。この伝達は、主に、隣接する導体間の容量結合と電磁結合によるものであり、これがクロストークの原因となる。該クロストークの大きさは、隣接する導体の間隔、そのような導体間の材料の誘電率、そのような導体が密接して離間され互いに平行になっている距離、及び、信号の周波数成分等のパラメータによって決まる。モジュラープラグ及びジャックがますます高周波用途で使用されるようになり、またプラグ及びジャックの小型化によって端子の間隔が極めて近くなるにつれて、クロストークは大きな問題になってきた。
ジャック又はプラグ内の導体を接続するプリント回路基板上に、クロストークを引起こす信号と逆位相の信号を送るための導体を配設するかトレースを配設して打消すことによって、クロストークを大幅に減少させることができることが分かった。クロストークを減少させるためには、両方の対を構成する導体又は回路トレースを、クロストークを生成するパターンと極性が逆のパターンで引回さなければならない。これにより、クロストークを生成する所定の極性の信号が、プリント回路基板上に適切に配設された導体又はトレースによって生成される逆極性の信号により打消される。
主に、最適化された容量結合を有する過去に使用されたクロストーク低減技術は、クロストークの低減に望ましい効果があった。しかしながら、最適化されたキャパシタンスを作成するために回路基板上の導体又は回路トレースの経路を変更すると、ケーブル、コネクタ及び回路基板を含む伝達システム全体のインピーダンスの不整合が生じ、それにより、反射減衰量、電圧定在波比、及びシステム全体としての減衰量(combined system attenuation )に悪影響を及ぼす。容量性クロストークと誘導性クロストークの両方を打消すために最適化した容量結合だけを使用すると本質的に不安定になる。本発明は、電気信号伝達システム内の適切な特性インピーダンスと長さ方向の平衡を維持しながら、細長い平行導体に生じる導体対間の干渉又はクロストークを部分的に打消すことによって、前述の様々な問題を解決しようとするものである。これは、クロストークを減少させるために容量結合と電磁結合の両方のメカニズムを対称的な形で提供することによって達成される。インピーダンスは、インダクタンスをキャパシタンスで割った平方根の式を使って計算することができる。本発明において、誘導結合及び容量結合の両方が最適化された場合、インピーダンス比の分子と分母の両方を調整することができるので、インピーダンスも制御することができる。これは、主に、最適化された容量結合を使用してインピーダンスを制御する先行技術と対照的である。容量結合だけを最適化すると、インピーダンス比の分母しか調整することができない。
電磁結合は、信号対内の自己インダクタンス及び信号対間の相互インダクタンスを大きくすることによって強化される。自己インダクタンスは、1つの回路対の導体部(legs)を互いに遠くに配設すると大きくなる。クロストークの問題は、2つの内側回路対の場合に最も大きいので、その導体部は、外側回路対の導体部の間の距離よりも大きい距離だけ互いに離間して配設される。相互インダクタンスは、ある回路対の導体部が他の回路対の導体部と重なっているときに大きくなる。互いに重なっていない場合、相互インダクタンスは、各回路対の中心線が互いに近いときに大きくなる。相互インダクタンス及び自己インダクタンスの両方が大きくなるほど、総電磁結合が大きくなる。したがって、本発明の重要な特徴は、内側回路対を構成し電磁結合を大きくする導体の細長い部分の距離を大きくすることである。
二重に最適化された誘導結合と容量結合の利点の1つは、インピーダンス不整合を更に制御するために使用することができる容量結合を修正するための間隔を回路間に作成することができることである。回路のインピーダンスを更に調整するために、1つの内側回路対の各導体部からタブによって延在する3枚の重ねられた板が設計された。1対の重ねられた板で十分な場合もあるが、好ましい実施形態では、3本のタブと3枚の板が使用されている。何故なら、3枚の板は製造が容易であり、キャパシタンスを3つの領域に分割でき、これにより、より高い周波数での電気特性が改善される。重ねられた板は、追加インダクタンスによって生じるインピーダンスを減少させるのにちょうどよい追加キャパシタンスを作成する。これにより反射減衰量が減少する。
したがって、本発明の目的は、新規で改良された上記のタイプの電気信号伝達システムを提供することである。
本発明の例示的な実施形態においては、複数の細長い導体がほぼ平行な配列で延在する。導体は、配列の一方の端に入力端を有し、配列の反対の端に出力端を有する。各導体は、細長い中間部を備えるとともに、中間部の両側で中間部を導体の入力端と出力端につなぐ移行部を備える。導体の配列は、導体の2つの外側対と導体の少なくとも1つの内側対を画定する。各外側対の導体の移行部は互いに交差している。内側対の細長い中間部は、外側対の導体の細長い中間部より大きく離間されている。
本明細書に示したように、ほぼ平行な導体配列は、配列の両側からほぼ等距離で平行な中心線を画定する。好ましい実施形態においては、一方の外側対の導体の細長い中間部は、他方の外側対の導体の細長い中間部のものと等しい距離だけ中心線から離間されている。内側対の導体の細長い中間部は、中心線の両側から等距離だけ離間されている。
本発明の一形態によれば、各外側対の導体の細長い中間部は、それぞれの外側対の導体のそれぞれの入力端の間隔とほぼ等しい距離だけ離間されている。
本発明の他の形態によれば、導体の第2の内側対が、各外側対の導体の細長い中間部より大きく離間された細長い中間部を有する。第2の内側対の導体の移行部は、互いに隔離され、交差してない。本発明の更に他の形態によれば、導体対のうちの1つの導体対の細長い中間部は、導体対のうちの他の導体対の細長い中間部と実質的に重なっている。重なっている細長い中間部の間には非導電性材料層が配設される。
本発明の更に他の形態によれば、1対の重なっている板が、導体の少なくとも1つの内側対の細長い中間部の内側に離間されている。対の重なっている板の一方は、導体の少なくとも1つの内側対の細長い中間部のそれぞれに導体タブによって接続されている。重なっている板の間に非導電性材料層が配設される。好ましい実施形態において、複数対の重なっている板が提供される。
本発明の他の目的、特徴及び利点は、添付図面と関連して行われる以下の詳細な説明から明らかになる。
新規であると考えられる本発明の特徴は、添付の特許請求の範囲において詳細に説明される。本発明は、その目的及び利点とともに、添付図面と関連して行われる以下の説明を参照することによって最も理解され、図面において類似の参照符号は類似の要素を示す。
図面をより詳しく参照して説明を行う。最初に図1を参照すると、本発明は、複数の上ポート又は差込口12と複数の下ポート又は差込口14とを備え、全体が10で示された多ポートジャックコネクタで実施されている。上ポート12は、下ポート14の水平の列の上側で水平の列を成している。ポート12と14とは、それぞれ、本質的に、当技術において周知の構成のモジュラープラグを収容するモジュラージャックを構成する。
コネクタ10は、全体が16で示され、プラスチック材料でモールド成形された絶縁性ハウジングを有するという点でほぼ従来の構成である。導電性シェルは、全体が18で示され、シートメタル材料を打抜成形して作られおり、実質的にハウジングを取囲む。コネクタは、プリント回路基板に取付けるように設計されている。したがって、ハウジング16は、プリント回路基板の適切な取付穴に差込むための複数の取付ポスト16aを有する。シェル18は、回路基板の適切な穴に差込むための複数のポスト又はテール部18aを有する。テール部は、はんだ付等によって、金属シェルを接地するために基板上及び/又は穴内の適切な接地トレースに接続される。シェルは、嵌(かん)合するモジュラープラグの金属シェルや他の接地手段と係合してプラグを回路基板上の接地トレースに共通接続するために、ポート12及び14内に一体型ばねフィンガ20が各ポートの両側から突出している。最後に、金属シェル18は、コネクタの上部及び側面から外方に突出し、パネル、支持構造物等、あるいは、他の回路基板の孔(あな)又は開口内で係合する複数の一体型ばねフィンガ22を有する。
図1に示した実施形態において、多ポートジャックコネクタ10のポート又はジャック12及び14は、4つの縦ポート対を画定する。換言すると、4つの縦ポート対のそれぞれに上ポート12及び下ポート14がある。
以上の理解のもとで説明を続ける。図2は、全体が24及び26で示された1対の入れ子式端子モジュールを示し、端子24と26は、ハウジング16の後側に取付けられ、ポート12及び14の各縦対に対してそれぞれ提供されている。図3は、上後側端子モジュール24を示し、図4は、下前側端子モジュール26を示す。上後側端子モジュール24は、縦ポート対のそれぞれの上ポート12と関連付けられ、下前側端子モジュール26は、その縦対の下ポート14と関連付けられている。後側端子モジュール24が、前側端子モジュール26よりも高さが高いことが分かる。
より詳細には、各端子モジュール24及び26は、それぞれ、一体成形プラスチックの絶縁性ハウジング28及び30を有する。前側端子モジュール26は、絶縁性ハウジング16の後側に差込まれ、ハウジング16から後方に延在する1対の突出部(図示せず)によって適所に保持されている。この1対の突出部は、前側端子モジュール26のハウジング30の1対のロック孔34に常温で打込まれる(cold staked )。後側端子モジュール24は、ハウジング28から前方に突出して1対の協力するロック孔(図示せず)と係合する1対のロックアーム32を有する。
上後側端子モジュール24の成形プラスチックハウジング28は、全体が36で示された複数の電気端子の周りにオーバーモールドされている。各端子36は、接点端36a及び終端36bを有する。端子36の接点端36aは、図1で分かるように上ポート12に片持ちされ該上ポート12に差込まれたモジュラープラグの接点と係合するばね接点アームを有する。端子36の終端36bは、プリント回路基板上の適切な信号回路トレース及び/又は穴内に、はんだ付等によって接続するために、プリント回路基板の適切な穴に差込まれるはんだテール部を形成する。
下前側端子モジュール26の成形プラスチックハウジング30は、複数の電気端子38の周りにオーバーモールドされている。各端子38は、接点端38a及び終端38bを有する。接点端38aは、図1で分かるように、下ポート14のうちの1つの下ポート14内に片持ち式に延在し、下ポートに差込まれたモジュラープラグの接点と係合するばね接点アームを有する。端子38の終端38bは、プリント回路基板の穴に差込まれ、プリント回路基板上の適切な信号回路及び/又は穴内に、はんだ付等によって接続されたはんだテール部を形成する。
以上から、図1に示した多ポートジャックコネクタ10のポート12及び14のそれぞれの縦対毎に、図2に示したような1対の入れ子式端子モジュールがあることが分かる。したがって、図示したようなコネクタには、4対の入れ子式端子モジュールがある。しかしながら、本発明が、この特定の構成のジャックコネクタに限定されないことを理解されたい。実際に、本発明の電気信号伝達システムは、本質的にコネクタに限定されず、電気コネクタから様々な回路基板の導体まで、ほぼ平行な導体又は密接して離間された導体が使用された様々な用途に等しく適用可能である。
図5は、端子の接点端36aと終端36bとの間の端子の導体配列を示すようにオーバーモールドプラスチックハウジング28が除去された上後側端子モジュール24(図3)の1つの端子36を示す。より詳細には、図6は、端子の導体配列の拡大図を示す。図5及び6は、本質的に、本発明の電気信号伝達システムを示している。
より詳細には、図6は、全体が40で示されたほぼ平行な導体配列、すなわち、電気信号伝達システムを示し、ほぼ平行な配列で延在する複数(8本)の細長い導体A1、A2、B1、B2、C1、C2、D1及びD2を有する。導体は、配列の一方の端に入力端42を有し、配列の反対の端に出力端44を有する。入力端42は、端子36(図5)の終端36bと一体であり、プリント回路基板上の信号回路トレースに接続される。出力端44は、嵌合モジュラープラグの接点と係合可能な端子36の接点端36aと一体である。各導体は、細長い中間部46と、中間部を該中間部の両側で導体の入力端42と出力端44とにそれぞれ接合する移行部48を有する。導体配列40は、導体の2つの内側対54及び56と、導体の2つの外側対50及び52を画定する。対50は導体A1及びA2を有し、対52は導体B1及びB2を有し、対54は導体C1及びC2を有し、対56は導体D1及びD2を有する。図6において、対50において導体A1が導体A2の上にあり、対52において導体B1が導体B2の上にあり、対54において導体C1が導体C2の上にあり、対56において導体D1が導体D2の上にある。この導体40のほぼ平行な配列は、導体配列の両側60から概して等距離で、かつ、平行な中心線58を画定する。
次に、導体配列40を更に詳細に説明する。導体の各外側対50及び52の導体A1/A2及びB1/B2の移行部48は互いに交差している。各外側対50及び52の導体の細長い中間部46は、それぞれの外側対50及び52の導体のそれぞれの入力端42とそれぞれの出力端44との間の間隔とほぼ等しい距離だけ離間されている。各内側対54及び56の導体C1/C2及びD1/D2の細長い中間部46は、各外側対50及び52の導体の細長い中間部46よりも大きく離間されている。内側対56の導体D1及びD2の移行部48は、互いに交差しているが、内側対54の導体C1及びC2の移行部48は、互いに交差していない。
導体配列40の中心線58に関して、外側対50の導体A1及びA2の細長い中間部46は、中心線から、外側対52の導体B1及びB2の細長い中間部46と等しい距離だけ離間されている。内側対54の導体C1及びC2の中間部46は、中心線58の両側から等距離だけ離間されている。同様に、内側対56の導体D1及びD2の細長い中間部46は、中心線58の両側から等距離だけ離間されている。
図6の導体配列40の中心線58の左側を見ると、内部導体C1の細長い中間部46は、外側導体B2の細長い中間部と重なっており、さらに、内部導体D2の部分と重なっている。図6の導体配列40の中心線58の右側を見ると、外側導体A1の細長い中間部46は、内部導体C2の細長い中間部と重なっている。導体のこれらのすべての重なり部分と、上導体と下導体の間の移行部48等の他の重なり領域は、非導電性材料層によって隔離されている。例えば、この層は、導体の形状と合致するように切断され、重なっている上導体の下側面に接着されてもよい。
導体配列40の特徴は、内側対54の導体C1とC2との間に容量結合を提供することである。具体的には、内側対54の導体C1の細長い中間部46に、導体タブ64によって3枚の板62が接続される。したがって、これらの板は、導体配列の開口領域66内の内側に延在する。同様に、内側対54の導体C2の細長い中間部46に導体タブ70によって3枚の板68が接続される。導体C1の板62は、導体C2の板68と重なって容量結合を提供する。重なっている板の間に非導電性材料層が配設されることが好ましい。
導体配列40は、詳細に前述したように、大幅に改善された電気信号伝達システムを提供し、ほぼ平行な導体対間に生じる導体対間の干渉、すなわち、クロストークをかなり打消す。例えば、導体配列40等の回路配列の中間部には、配列の外側よりもかなり大きいクロストークがある。したがって、内側対54及び56の導体C1/C2及びD1/D2の細長い中間部46は、それぞれ、電磁結合を増やす導体A1/A2及びB1/B2の外側対50及び52の細長い中間部よりもかなり大きな距離だけ離間されることが分かる。
本発明をその精神又は中心的特徴から逸脱することなく他の特定の形態で実施することができることを理解されよう。したがって、上記の実施例と実施形態は、すべての点において例示的であり限定的でないと考えるべきであり、本発明は、本明細書に示した詳細に限定されない。
Claims (22)
- 電気信号伝達システムであって、
ほぼ平行な配列(40)で延在し、配列の一方の端に入力端(42)を備えるとともに配列の反対の端に出力端(44)を備える複数の細長い導体(A1、A2、B1、B2、C1、C2、D1、D2)を有し、
各導体が、細長い中間部(46)と、中間部の両端にあり中間部を導体の前記入力端と出力端とにつなぐ移行部(48)とを含み、
前記導体の配列(40)が、導体の2つの外側対(50、52)と導体の少なくとも1つの内側対(54、56)とを画定し、導体の各外側対(50、52)の導体の移行部(48)が互いに交差しており、
前記内側対(54、56)の導体の細長い中間部(46)が、各外側対(50、52)の導体の細長い中間部(46)よりも大きく離間されている電気信号伝達システム。 - 各外側対(50、52)の導体の細長い中間部(46)が、それぞれの外側対の導体のそれぞれの入力端(42)の間隔とほぼ等しい距離だけ離間された、請求項1に記載の電気信号伝達システム。
- 前記少なくとも1つの内側対(56)の導体の移行部(48)が互いに交差する、請求項1に記載の電気信号伝達システム。
- 前記導体のほぼ平行な配列(40)が、配列の両側(60)からほぼ等距離でそれらと平行な中心線(58)を画定し、一方の外側対(50)の導体の細長い中間部(46)が、他方の外側対(52)の導体の細長い中間部(46)と等しい距離だけ中心線(58)から離間された、請求項1に記載の電気信号伝達システム。
- 前記導体のほぼ平行な配列(40)が、配列の両側(60)からほぼ等距離でそれらと平行な中心線(58)を画定し、前記少なくとも1つの内側対(54、56)の導体の細長い中間部(46)が、軸の両側から等距離だけ離間された、請求項1に記載の電気信号伝達システム。
- 一方の外側対(50)の導体の細長い中間部(46)が、他方の外側対(52)の導体の細長い中間部(46)と等しい距離だけ中心線(58)から離間された、請求項5に記載の電気信号伝達システム。
- 各外側対(50、52)の導体の細長い中間部(46)よりも大きく離間された細長い中間部(46)を備える導体の第2の内側対(54)を含む、請求項1に記載の電気信号伝達システム。
- 前記第2の内側対(54)の導体の移行部(48)が互いに分離され、交差していない、請求項7に記載の電気信号伝達システム。
- 前記導体対のうちの少なくとも1つの導体対の導体(A1、C1、D1)の細長い中間部(46)が、導体対のうちの少なくとも他の導体対の導体(B2、C2、D2)の細長い中間部と実質的に重なっている、請求項1に記載の電気信号伝達システム。
- 重なっている細長い中間部の間に配設された非導電性材料層を含む、請求項9に記載の電気信号伝達システム。
- 導体の少なくとも1つの内側対(54)の細長い中間部(46)の内側に離間された1対の重なっている板(62、68)を含み、前記1対の重なっている板の一方が、導体の少なくとも1つの内側対(54)の細長い中間部(46)のそれぞれに導体タブ(64、70)によって接続されている、請求項1に記載の電気信号伝達システム。
- 前記重なっている板の間に配設された非導電性材料層を含む、請求項11に記載の電気信号伝達システム。
- 導体の前記少なくとも1つの内側対(54)の細長い中間部(46)の内側に離間された複数対の重なっている板(62、68)を含み、各対の重なっている板の一方が、導体の少なくとも1つの内側対(54)の細長い中間部(46)のそれぞれに導体タブ(64、70)によって接続されている、請求項11に記載の電気信号伝達システム。
- 電気信号伝達システムであって、
ほぼ平行な配列で延在し、かつ、配列の両側(60)から概して等距離で平行な中心線(58)を画定し、配列の一方の端に入力端(42)を備えるとともに配列の反対の端に出力端(44)を備える複数の細長い導体(A1、A2、B1、B2、C1、C2、D1、D2)を有し、
各導体が、細長い中間部(46)と、中間部の両側で中間部を導体の前記入力端と出力端とにつなぐ移行部(48)を含み、
導体の前記配列(40)が、導体の2つの外側対(50、52)と導体の少なくとも1つの内側対(54、56)を画定し、導体のそれぞれの外側対(50、52)の導体の移行部(48)が互いに交差しており、
前記内側対(54、56)の導体の細長い中間部(46)が、各外側対(50、52)の導体の細長い中間部(46)よりも大きく離間されており、
各外側対(50、52)の導体の細長い中間部(46)が、それぞれの外側対の導体のそれぞれの入力端(42)の間の間隔とほぼ等しい距離だけ離間されており、
一方の外側対(50)の導体の細長い中間部(46)が、他方の外側対(52)の導体の細長い中間部(46)と等しい距離だけ中心線(58)から離間されており、
前記少なくとも1つの内側対(54、56)の導体の細長い中間部(46)が、中心線(58)の両側から等距離だけ離間されている電気信号伝達システム。 - 前記少なくとも1つの内側対(56)の導体の移行部(48)が互いに交差している、請求項14に記載の電気信号伝達システム。
- 各外側対(50、52)の導体の細長い中間部(46)よりも大きく離間された細長い中間部(46)を備える導体の第2の内側対(54)を含む、請求項14に記載の電気信号伝達システム。
- 前記第2の内側対(54)の導体の移行部(48)が、互いに分離され、交差していない、請求項16に記載の電気信号伝達システム。
- 前記導体対の少なくとも1導体対の導体(A1、C1、D1)の細長い中間部(46)が、導体対の少なくとも他の導体対の導体(B2、C2、D2)の細長い中間部と実質的に重なっている、請求項14に記載の電気信号伝達システム。
- 重なっている細長い中間部の間に配設された非導電性材料層を有する、請求項18に記載の電気信号伝達システム。
- 導体の前記少なくとも1つの内側対(54)の細長い中間部(46)の内側に離間された1対の重なっている板(62、68)を含み、前記対の重なっている板の一方が、導体の少なくとも1つの内側対(54)の細長い中間部(46)に導体タブ(64、70)によって接続されている、請求項14に記載の電気信号伝達システム。
- 前記重なっている板の間に配設された非導電性材料層を含む、請求項20に記載の電気信号伝達システム。
- 導体の前記少なくとも1つの内側対(54)の細長い中間部(46)の内側に離間された複数の前記対の重なっている板(62、68)を含み、各対の重なっている板が、導体の少なくとも1つの内側対(54)の細長い中間部(46)に導体タブ(64、70)によって接続されている、請求項20に記載の電気信号伝達システム。
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