JP4068618B2 - インピーダンス調整端子接点配置及びその配置を含むコネクタ - Google Patents

Description

本発明は、一般にコネクタ用の端子に関し、より詳細には自動車環境等で信号ケーブルに関連して使用される特定のインピーダンスを有するコネクタに関する。

多くの電子装置は、関連した装置間あるいはコンピュータの周辺装置と回路基板との間で信号を送るために伝送線に依存する。そのような伝送線は、高速データ伝送が可能な信号ケーブルを含む。

そのような信号ケーブルは、ケーブルの長さに沿って撚（よ）り合された線の１つ又は複数のツイストペアとして知られるものを使用する場合があり、そのようなツイストペアは、それぞれ、関連した接地シールドによって取囲まれている。そのようなツイストペアは、一般に、相補的な信号電圧を受取り、すなわち、ペアの一方の線が＋１．０〔ボルト〕の信号を受取り、ペアの他方の線が−１．０〔ボルト〕の信号を受取る。したがって、これらの線は、信号ペアにおける２つの導体間の電圧差を指す用語である「差動」ペアと呼ばれることがある。このようなツイストペア構造は、他の電子装置からの誘導ノイズ電圧を最小にし、あるいは減少させ、それにより、電磁干渉をなくする。

信号ケーブルが、電子装置までの経路に敷設されるとき、信号ケーブルは、自ら電界を放射する他の電子装置のそばを通る場合がある。そのような装置は、前述の信号ケーブル等の伝送線に電磁干渉を引起こす可能性がある。自動車環境は、特に、電磁干渉の面で苛（か）酷である。そのような干渉は、高電圧点火信号によって頻繁に引起こされる。自動車環境における干渉の他の原因には、オルタネータ充電システムと、空調等の多くの切換操作される装置がある。しかしながら、このツイストペア構造は、誘導電界を最小にし、あるいは減少させる傾向があり、それにより、実質的に電磁干渉がなくなる。

そのような伝送線又はケーブルから関連した電子装置の回路までの電気性能の完全性を維持するために、回路間の伝送線全体のインピーダンスを実質的に一定にする、すなわち、伝送線のインピーダンスに大きな不連続性が生じないようにすることが望ましい。コネクタ結合面でのコネクタのインピーダンスを制御することが困難なことは周知である。何故なら、従来のコネクタのインピーダンスは、一般に、コネクタ通過時に低下するとともに２個のコネクタ構成要素の接続部において低下するためである。信号導体と接地シールドの特定の幾何学的配置、すなわち、物理的配置を維持することによって、ケーブル等の電気伝送線内に所望のインピーダンスを維持することは比較的容易であるが、通常、ケーブルがコネクタに結合される領域ではインピーダンス不連続性が生じる。したがって、コネクタ及びケーブルへの接続部全体に亘（わた）って所望のインピーダンスを維持することが望ましい。

典型的な信号ケーブルの終端作業には、ペア線の撚りを戻すことと、ペア線を取囲む編組シールド線及び／又は箔（はく）をほぐすことが含まれる。これらの線は手作業でほぐされ、この手作業のために電気性能が変化しやすい。これは、接地シールド線をほぐし、次に、通常はそのシールド線を単一のリードに撚り、次に、撚ったテール部をコネクタ端子に溶接するかはんだ付することによって生じる。このほぐし及び撚り作業によって、信号導体と接地シールドが、それらがケーブル内にあった元の状態からずれてしまう場合が多い。この配置の変化によって、接地線と信号線が元の状態でなくなり、その結果、ケーブルコネクタ接続部でのインピーダンスが増大することがある。更に、この撚り作業によって終端領域に機械的なばらつきが生じる。すなわち、ケーブルは多数の差動ペアを含むが、ほどいたシールド線の長さがペアによって変化する。このばらつきと配置の変化によって、終端領域におけるシステムの物理特性が変化し、それにより、その領域において、システムのインピーダンスの望ましくない変化が生じる（一般に増大する）。

更に、一般に、コネクタの信号終端テール部と接地終端テール部とは、信号端子と接地端子の幾何学的配置、すなわち、空間的様相を制御することなくコネクタ取付面にある都合のよいスペースに入れられる。信号線と接地シールドがケーブルの端から引離されたとき、ケーブルの幾何学的配置が維持されなくなる。したがって、ケーブル終端により生じる大幅なインピーダンスの増大を小さくするには、ケーブルとケーブルコネクタ間の終端部分のこの幾何学形状を維持することが望ましい。

したがって、本発明は、コネクタ間並びに２つの相互係合コネクタの嵌（かん）合部分間に改善された接続を提供し、特に、自動車環境において、高度な性能を提供し、かつ、終端領域においてケーブルの電気特性を維持する端子接点配置及び機能に関するものである。

したがって、本発明の一般的な目的は、伝送線のインピーダンスの整合性を高めるために、ケーブル終端とコネクタにおけるインピーダンス不連続性を最少にする、高速データ伝送接続に使用するための改善された終端構造を提供することである。

本発明の他の目的は、回路基板と、伝送線に終端される相手側コネクタとの間の高性能接続を実現する改善されたコネクタを提供することであり、伝送線は、複数対の差動信号線を含み、その各対が関連した接地を有し、コネクタは、コネクタが相手側コネクタに嵌合されたときにインピーダンス不連続が生じるのを減少させるために三角形式に配列された信号端子の対とそれに関連する接地端子とを有し、更に、隣接する三角形の信号端子と接地端子の関連したセットを反転することによって、コネクタは、コネクタを通してあらかじめ選択された所望のインピーダンスを維持しながら特定の密度特性が与えられる。

本発明の他の目的は、ケーブルのツイスト線ペア及び接地シールドとコネクタの間の接続を提供する信号ケーブルに関連して使用される終端組立体を提供することであり、終端組立体は、その構造により改善された電気性能を有する。

本発明の更に他の目的は、ＩＥＥＥ１３９４ｂ規格に準拠するような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することであり、このコネクタは、ケーブルにおける数と同数の多数の個別の差動信号線と関連する接地とを有し、コネクタの接地端子は、コネクタを通してのインピーダンスの低下を最小にするように、コネクタの信号端子に対し位置と数が決められている。

本発明の更に他の目的は、ケーブルを終端するコネクタを提供することであり、複数の接地端子が、ケーブルコネクタハウジング内に配設され、コネクタハウジング内の２つの関連信号端子から離間され、複数の接地端子が、信号端子間の距離よりも大きいかあるいは同等の有効幅を有する単一の接地端子を実質的に提供するように共通化される。

本発明の更に他の目的は、差動信号線ペアとともに使用するケーブルコネクタを提供することであり、複数の接地端子が、差動信号線ペア用の端子と離間した関係で共通化され、差動信号線ペア用の端子は１つの空の端子位置によって離間されており、差動信号が互いに減結合され、差動信号がそれぞれ複数の共通化接地端子により緊密に結合される。

本発明の他の目的は、ケーブルの長さ方向に延在する差動信号線ペアとともに使用されるケーブルコネクタに提供することであり、ケーブルコネクタは、共通化された複数の接地端子と、コネクタ内及びその終端領域で共通化接地端子に対して実質的な三角形配置で配列され維持された２つの信号端子を有する。

本発明は、これらの目的をその構造によって達成する。前述の目的を達成するために、１つの実施形態により例示される本発明の１つの主な形態は、嵌合信号ケーブル内の各ツイストペア線毎に３つの導電端子を三つ組という独特な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２つが差動信号に対応し、残りの端が、信号線の差動ペアに対しての接地平面又は接地帰路として働く接地端子である。第１のコネクタは、複数の端子三つ組を（コネクタ嵌合面に沿って横方向に）反転させて支持し、第１のコネクタ内に２列の端子列が画定され、第１の三つ組の信号端子は、コネクタ内に一方の列に配設され、その第１の三つ組の接地端子は、コネクタの他方の列に配設され、第２の三つ組、すなわち、隣接する三つ組の信号端子は、コネクタの他方の列に配設され、この第２の三つ組又は２つの隣接する三つ組の接地端子は、コネクタの一方の列に配設される。隣接する三つ組の信号端子と接地端子は反転して配列される。第１のコネクタと嵌合するケーブル用の第２のコネクタが提供され、その第２のコネクタは、第１のコネクタの対応する端子三つ組と嵌合するように配列された複数の端子三つ組を有する。

第１のコネクタ内の３つ１組のこれらの端子の配列により、ケーブルコネクタ端子との係合箇所から回路基板への取付箇所まで、第１のコネクタ全体のインピーダンスをより効果的に制御することができる。

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、並ぶように相互に位置合せされるとともに互いに所定の距離だけ離間された接触部を有する１対の信号端子を含む。接地端子は、第２の列の２つの信号端子から離間されている。

本発明の他の主な形態において、そのようなそれぞれの三つ組の接地端子の幅と信号端子からの間隔は、３つの端子がキャパシタンス等の所望の電気特性を有することができるように選択されてもよく、これら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。

インピーダンスを調整するこの接地構造によって、差動信号端子の嵌合位置又は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不連続性を減少させる大きな可能性が提供される。したがって、本発明のこの様相は、ケーブル又は他の回路に見られるそれぞれの差動信号線ペア及び関連する接地線配置のために「調整可能」な端子配置を提供するものとして適切に特徴付けることができる。

本発明の他の主な形態において、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式で提供される。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。コネクタ内に多数の端子三つ組が利用されるとき、電力端子や基準端子等のコネクタの他の端子は、コネクタ内の端子三つ組間の中間点に位置決めしてもよい。

本発明の他の主な形態において、本発明の他の実施形態によって例示されるように、ハウジングを有する回路基板用のレセプタクルコネクタが、有効な三つ組パターンで配列された少なくとも３つの導電端子を有し、端子のうちの２つは差動信号を伝え、残りの端子は、複数の個別の接地端子で構成された接地端子である。複数の個別の接地端子は、コネクタにおいて相互接続される、すなわち、「共通化」されることが好ましく、好ましい実施形態において、この相互接続は、接地端子の本体又はテール部に沿って行われる。ケーブルの端用のプラグコネクタは、レセプタクルコネクタと嵌合し、このプラグコネクタも、ケーブルの信号線と接地線に終端される導電性端子の相補的三つ組パターンで有効に配列された差動信号端子と接地端子を有する。レセプタクルコネクタとプラグコネクタ両方の２つの差動信号端子間に未使用の端子位置が配設されることが好ましく、それにより、差動信号間の結合が減じられ、差動信号が複数の接地端子とによって緊密に結合される。複数の接地端子は、該複数の接地端子が、２つの差動信号端子から離間した平面に配設された共通接地経路又は単一の幅広の端子として働くように電気的に共通化される。

コネクタ内のこれらの３つの端子の配置により、プラグコネクタ端子との係合箇所から回路基板への取付箇所まで、レセプタクルコネクタ全体に亘ってインピーダンスをより効果的に制御することができる。このようにして、そのような有効な三つ組の各々は、並ぶように相互に位置合せされるとともに互いに所定の距離だけ離間された１対の信号端子を含む。複数の接地端子は、差動信号端子によって画定された平面と異なる平面に沿って延在し、信号端子は、信号端子相互間よりも複数の接地端子により接近して配設される。

この複数の接地端子の有効幅と信号端子からの間隔は、信号端子と接地端子が、コネクタのインピーダンスに影響を及ぼすキャパシタンス等の所望の電気特性を有することができるように選択される。それにより、複数の接地端子の有効幅は、端子の接点嵌合領域で大きくされ、また、端子の接点領域と終端領域の間にある遷移領域内で大きくされることがある。この構造によって、差動信号端子の嵌合位置又は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不連続性を減少させる大きな可能性が提供される。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それぞれの差動信号線ペア及び関連した接地線配置のために「調整可能」な端子配置を提供するものとして適切に特徴付けることができる。

本発明の他の主な形態において、二以上のそのような調整可能な三つ組は、コネクタハウジング内に提供されるが、相互に反転されてもよい。あるいは、２組の三つ組の間に追加の接地端子を配設するか、コネクタを介して電力を供給する端子を間に配設して、有効な三つ組を分離することができる。そのような電力端子は、一般に、複数の接地端子と実質的に同じように追加の低インピーダンス端子として働き、差動信号端子に対する結合を提供し、それにより、インピーダンスを制御する。

本発明の上記及びその他の目的、特徴及び利点は、以下の詳細な説明を検討することによってより明確に理解されよう。

以下の詳細な説明において、添付図面を参照するが、図面において同一の参照符号は同一の部分を示す。

本発明は、特に、入出力（「Ｉ／Ｏ」）用途及び他の種類の用途において、高速ケーブルの性能を高める際に特に有効な改善されたコネクタに関する。より具体的には、本発明は、コネクタの終端部分に機械的及び電気的均一化手段を設けて、コネクタ単独での性能を高め、かつ、相手側の嵌合コネクタと結合された際の性能を高めようとするものである。

ビデオカメラやカムコーダ等の電子装置と関連した多くの周辺装置は、デジタル信号を様々な周波数で伝送する。コンピュータ、例えば、そのＣＰＵ部分と関連した他の装置は、データ伝送のために高速で動作する。高速ケーブルは、そのような装置をＣＰＵに接続するために使用され、また、用途によっては複数のＣＰＵを接続するためにも使用される。特定のケーブルは、高速信号を伝えるように十分に構成されており、信号線の差動ペアをツイストペア線又は個別のペア線として含んでいる。

自動車環境では高速電子回路の使用が一般化してきている。例えば、自動車メーカーは、民生用娯楽装置及びパーソナルコンピュータと接続する便利なポートを提供するために、車両に中央データ通信バックボーンを実装することを検討している。最終的には、そのようなバックボーンは、他の車両操作装置と接続されるであろう。データ信号速度は、一般に、１００〔Ｍｂｐｓ〕（メガビット／秒）〜１．６〔Ｇｂｐｓ〕（ギガビット／秒）の範囲である。したがって、本発明のコネクタは、一般に、自動車用の０．６４〔ｍｍ〕端子システムに基づいているが、本発明は、他の多くのタイプのコネクタでの使用にも適している。

しかしながら、この環境には相当な電磁干渉（ＥＭＩ）があることが知られている。内部ツイストペア線を有するシールドケーブルはそのようなＥＭＩに全く影響されないが、電子装置のプリント回路基板（ＰＣＢ）にそのようなケーブルを接続すると、コネクタにおける潜在的な著しいインピーダンス不連続性等の様々な潜在的問題が現れる。

高速データ伝送における問題点の１つは信号の劣化である。これには、ケーブルとコネクタのインピーダンスによって影響を受けるクロストークと信号反射が含まれる。ケーブルにおけるクロストークと信号反射は、ケーブルでは遮蔽（へい）と信号線の差動ペアの使用によって容易に制御することができるが、そのようなクロストークと信号反射は、とりわけ、コネクタに様々な異なる材料が使用されているために、コネクタ内で制御することが難しい。また、高速用途のコネクタの物理サイズによって、特定の電気性能を得るためにコネクタと端子の構造を改良することができる程度が制限される。

伝送経路のインピーダンス不整合によって信号反射が生じることがあり、それにより、信号の損失や打消し等が生じることがある。したがって、伝送信号の完全性を維持するためには、信号経路全体に亘ってインピーダンス一貫性を維持することが望ましい。ケーブルを終端し、伝送された信号をプリント回路基板上の回路に伝える手段を提供するコネクタは、通常、インピーダンスに関する限りあまり十分に制御されておらず、ケーブルのインピーダンスと大きく異なることがある。そのような２要素間のインピーダンスの不整合によって、伝送エラーや帯域幅制限等が生じることがある。

図１は、信号ケーブルに使用される従来のプラグ及びレセプタクルコネクタ組立体において生じるインピーダンス不連続性を示す。信号ケーブルのインピーダンスは、図１の右側に５１で示した一定値又は基線値に近付く。基線からのずれは、５０の太い実線で示されている。ケーブルのインピーダンスは、図１の左側の「ＰＣＢ終端」軸の左側に示された５２の回路基板のインピーダンスと実質的に一致する。縦軸「Ｍ」は、ソケットコネクタ又はレセプタクルコネクタとプリント回路基板間の終端箇所を表し、縦軸「Ｎ」は、２つの結合プラグコネクタとソケットコネクタ間に生じる接続部分を表し、縦軸「Ｐ」は、プラグコネクタがケーブルに終端する箇所を表している。

軸「Ｍ」、「Ｎ」及び「Ｐ」によって画定されたそのような対応する領域を図４において見ることができるが、これは、ケーブル１１０５とプリント回路基板（ＰＣＢ）１１０３との間に配設されたソケット型及びプラグ型の代表的なコネクタ組立体１１００に関してのものである。図４に示したように、コネクタ１１００は、ＰＣＢの様々な部分及び通常そのＰＣＢに取付けられた電子回路とに電気接続するためにＰＣＢ１１０３のスルーホールを貫通して延在する複数の端子１１０６を有する。当然ながら、コネクタ１１００は、その端子１１０６がＰＣＢ１１０３に表面実装されるように構成されてもよい。

図１の曲線５０は、従来のコネクタによって得られた典型的なインピーダンス「不連続性」を表し、生じる３つの山と谷とを示し、その山又は谷は、それぞれ、図示したような基線からそれぞれ距離（又は値）Ｈ₁ 、Ｈ₂ 及びＨ₃ を有する。これらの距離は、横「距離」軸と交差する縦軸の基点のオーム値がゼロ（０）であるとしてオームで測定される。これらの従来のコネクタ組立体においては、Ｈ₁ によって表されるような高いインピーダンスは、一般に、約１５０〔オーム〕まで増大し、それに対してＨ₂ によって表されるような低いインピーダンスは、一般に、約６０〔オーム〕まで減少する。Ｈ₁ とＨ₂ の間のこの約９０〔オーム〕の広い不連続性は、プリント回路基板とケーブルに対するコネクタの電気性能に影響を及ぼす。

本発明は、特に、Ｉ／Ｏ（「入出力」）用途に有用で、結合されたケーブルをエミュレートし前述の不連続性を減少させるようにコネクタのインピーダンスを設定することができる改善された構造を有するコネクタ及びコネクタ終端構造に関する。実際には、本発明のコネクタは、コネクタの電気性能を高めるように、その設計によって「調整（tune）」することができる。

この調整可能性（tunability）の効果は図１に示されており、この図で、ケーブルから回路基板コネクタ組立体まで全体的にインピーダンス不連続性が減少している。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１の破線６０によって示される。図１の実線は、コネクタシステムで生じる代表的なインピーダンス不連続性を表しており、点線と実線を比較すると、この不連続性Ｈ₁₁、Ｈ₂₂及びＨ₃₃の山と谷の大きさが大幅に減少している。本発明は、従来のコネクタ組立体で生じていた全体的な不連続性を大幅に減少させると考えられる。ある用途においては、最高レベルの不連続性は約１３５〔オーム〕（Ｈ₁₁）になり、最低レベルの不連続性は約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、一般に、約２８〔オーム〕〜約１５０〔オーム〕まで変化するが、公差約＋／−５〜＋／−２５〔オーム〕で約１００〜約１１０〔オーム〕の範囲であることが好ましい。

したがって、本発明のコネクタは、総不連続性（Ｈ₁₁とＨ₂₂との間の差）が約５０〔オーム〕以下になり、その結果、前述の約９０〔オーム〕の従来の不連続性が約５０〔％〕程度に減少すると考えられる。この利点は、２つの差動信号端子とその関連する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、容量結合が、端子とそれらの端子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唯一の形態であることを理解されよう。

図２は、本発明を使用することができる１つの「内部」環境を示す。この環境では、本発明のコネクタは、コンピュータ１１０１のような電子装置の外壁１１０８の内部に配設されている。したがって、「内部」と呼ばれる。また、本発明のコネクタは、図３に示されるように、「外部」用途に使用されることもあり、コネクタ群１１１０のうちの１個が、ＰＣＢ１１０３に取付けられているが、ユーザが装置１１０１の外部からアクセスすることができるように装置１１０１の外壁１１０８を部分的に貫通している。コネクタ組立体１１００は、本明細書において、それぞれのレセプタクル（又はソケット）コネクタ１１１０とプラグコネクタ１１０４として記載する１対の第１と第２の相互係合コネクタを含む。これらの２つのコネクタ１１１０の一方は、装置１１０１のＰＣＢ１１０３に取付けられており、他方のコネクタ１１０４は、一般に、周辺装置に至るケーブル１１０５に終端される。

図３に示したソケットコネクタ１１１０の構造によって、コネクタを図２に示した「内部」用途に使用することもでき、また、コネクタ１１１０が回路基板１１０３に取付けられているがコネクタ１１１０が部分的に貫通し、電子装置の外壁１１０８からアクセス可能な「外部」用途に使用することもできる。

図５は、全体を参照符号１１０５で示した代表的なケーブルの断面図である。図示のケーブルは、特に、自動車環境で高速電子機器を相互接続する際に使用されるＩＥＥＥ１３９４ｂ規格に準拠する。ケーブル１１０５は、図５に示した配置でほぼ横軸に沿って並んだ関係でケーブル１１０５内に配設された２対のツイストペア線１１１４及び１１１５を含むことができる。例えば、ツイストペア線１１１５上にある信号をＡ＋とＡ−と呼び、ツイストペア線１１１４上にある信号をＢ＋とＢ−と呼ぶ。ツイストペア線１１１４及び１１１５は、ケーブルの全長に亘って延在し、電気絶縁カバーによって取囲まれた＃２４ＡＷＧ線とすることができる。ツイストペア線は、それぞれ、金属箔や編組線等の導電性シールド１１１８及び１１１９内に配設される場合がある。そのような導電性シールド１１１８及び１１１９は、ケーブル１１０５内の接地として利用することができる。必要に応じて、ケーブル１１０５内に、例えば、図５に示した縦方向に沿って１対の電力導体１１１６及び１１１７が配設されることがある。一般に、電気絶縁カバー１１２０が、ツイストペア線１１１４及び１１１５並びに電力導体１１１６及び１１１７を覆っている。更に、ケーブル１１０５のカバー１１２０の下に、導電性箔や編組線等の他の導電性シールド（図示せず）が配設されることがある。

図６〜８は、本発明の原理により構成されたレセプタクル又はソケットコネクタ１１３０の図であり、これは、特に、自動車用途に使用するのに適している。図６で分かるように、コネクタ１１３０は、相補的に形成されたプラグコネクタ１１４０（図１５）を収容するための全体を１１３２と示した嵌合空洞を含む。コネクタ１１３０は、絶縁性材料から形成することができる電気絶縁性ハウジング１１３３を含む。必要に応じて、コネクタ１１３０の外側面の一部分が、導電性端子の電磁遮蔽を提供する金属導電性被覆又はシールドで作成されてもよい。コネクタ１１３０の後壁１１３４は、複数の穴が複数の導電性端子１１４１〜１１５２を収容し支持するように構成される。これらの端子を収容する穴は、コネクタハウジング１１３３を完全に貫通することが好ましい。

前に述べたように、本発明の目的の１つは、一般にマルチ回路コネクタに見られるよりも、システム（ケーブル等の）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、本明細書において変形「三つ組」又は疑似「三つ組」と呼ばれるものによってこれを達成する。従来の三つ組は、ほぼ三角形構成の３つの別個端子の配列である。そのような従来の三つ組は、更に、図５のツイストペア線１１１４又は１１１５の一方のような差動線（好ましくはツイストペア線）と接地とに終端されたプラグコネクタ１１４０の対応する端子と嵌合するように配列された２つの差動信号端子と１つの関連した接地端子の使用を含む。三つ組を構成する端子は、相補的な信号、例えば、＋１．０〔ボルト〕及び−１．０〔ボルト〕、並びに、グランドコンプリメント（ground complement ）を伝える。

本発明の主な形態によれば、図６のコネクタ１１３０の端子１１４１〜１１５２は、等価な三つ組を提供するように選択される。コネクタ１１３０の電気特性を「調整」し、システムのインピーダンスをより厳密にエミュレートするために、複数の接地端子が、各組の差動信号端子と関連して提供される。例えば、図６のコネクタ１１３０では、差動ペア信号Ａ＋及びＡ−に２つの端子１１４７及び１１４９を選択し、Ａ＋及びＡ−信号と関連した接地端子として端子１１４１及び１１４２を選択して、第１の等価な三つ組を構成することができる。当技術分野において理解されるように、この組の差動信号端子１１４７、１１４９と１対の関連した接地端子１１４１、１１４２は、単一の差動信号伝送線又はチャネルを画定する。

同様に、端子１１４４、１１４６、１１５１及び１１５２が、第２の差動信号伝送線又はチャネルを構成することができ、端子１１４４及び１１４６が差動ペア信号Ｂ＋とＢ−に選択され、端子１１５１及び１１５２が信号Ｂ＋及びＢ−と関連した接地端子として選択されて、第２の等価な三つ組が構成される。信号Ａ＋及びＡ−が、端子１１４７〜１１５２の下側の列の左側になるように選択され、信号Ｂ＋及びＢ−は、端子１１４１〜１１４６の上側の列の右側になるように選択され、それにより、２つの差動信号伝達チャネルが、コネクタの異なる領域に位置することに注意されたい。この点に関し、端子１１４４、１１４６及び１１５１〜１１５２によって構成された三つ組は、端子１１４１〜１１４２、１１４７及び１１４９によって構成された三つ組と反転されていると言うことができる。これにより、信号端子が同じ列に隣合って配設された場合よりも、端子１１４４や１１４９等のそれぞれの三つ組の中で最も近い信号端子の絶縁性が高くなる。また、これらの三つ組は、その空間位置に関して、１つの信号伝送チャネルの２つの差動信号端子の中心と同じチャネルの２つの接地端子の一方とを通るように引いた想像線が三角形のパターンを画定し、これらの端子の中心が仮想三角形の頂点を画定すると説明することができる。そのような仮想三角形パターンは、図に示したように逆にされてもよい。端子１１４３及び１１５０は、電力用に確保されてもよく、追加の接地端子でもよい。電力用に確保される場合、端子１１４３及び１１５０は、接地端子の低いインピーダンスを、信号端子１１４４、１１４６〜１１４７及び１１４９上の信号の高い周波数でエミュレートする。このため、端子１１４３及び１１５０は、「電力接地」と呼ばれることがある。

本発明の他の主な形態によれば、差動信号端子間の端子位置は、空のまま、すなわち、未使用のままにされる。例えば、差動信号端子１１４４と１１４６との間の端子位置１１４５’は使用されていない。これにより、端子１１４４と１１４６との間の横方向の間隔が、端子１１４４及び１１４６と、端子１１５０〜１１５２等の最も近い接地又は電力接地端子との間の縦方向の間隔よりも大きくなる。また、各信号チャネルの差動信号端子間の横方向の間隔は、その同じ信号チャネルの関連した接地端子間の横方向の間隔よりも大きい。その結果、差動信号端子１１４４と１１４６との間の結合は多少減じられる。これと対照的に、差動信号端子は、接地及び電力接地端子１１５０〜１１５２とより緊密に結合され、それにより、対象の信号周波数において差動信号端子１１４４及び１１４６にある信号に対するコネクタ１１３０のインピーダンスが低くなる。

同様に、同じ理由と同じ効果のために、他の三つ組の差動信号端子１１４７と１１４９との間に、空、すなわち、未使用の端子位置１１４８’が介装される。空端子位置１１４５’と１１４８’に挿入された端子は、それぞれの信号端子１１４４、１１４６、１１４７及び１１４９の間の所望のレベルの結合の低減を無効にする傾向があるため、空端子位置１１４５’と１１４８’には端子が差込まれないことが好ましい。したがって、本明細書において、コネクタ１１３０内のすべての端子を集合的に端子１１４１〜１１５２と呼ぶとき、端子位置１１４５’及び１１４８’には端子がない場合があることを理解されたい。

図７及び８で分かるように、接地端子１１４１と１１４２とが、共通接地を提供する導電性金属部分１１５４によって橋絡されていることが好ましく、それにより、コネクタに見られるインピーダンスが更に減少する。同様に、同じ目的と同じ効果のために、接地端子１１５１と１１５２が、共通接地を提供する導電性金属部分１１５５によって橋絡されている。金属橋絡部分１１５４及び１１５５は、接地端子を製造するときに一体形成されてもよく、後で既知の溶接技術等によって追加されてもよい。図面から、橋絡部分１１５４、１１５５が、端子の本体部と呼ばれることがあるものの上に配設され、そのような本体部は、各端子のテール部と接触部を互いに相互接続しテール部であることが分かる。橋絡部分は、端子の垂直部分に示されており、端子接触部がある水平部分に示されていないが、水平部分を含む２つの接地端子の他の領域に配設されてもよいことが理解されよう。相互接続は、端子の接触部とテール部の間で行われることが好ましい。２つの端子の相互接続は協力的に、接地端子と関連した１対の差動信号端子のための共通接地経路を画定する。

端子１１４３及び１１５０が電力用に必要とされない場合は、これらの端子が接地端子として使用されてもよく、橋絡部分１１５４及び１１５５が、隣合って配設された他の接地端子から端子１１４３及び１１５０まで延在し、それにより、隣接する橋絡された３つの共通接地端子１１４１〜１１４３が、差動信号端子１１４７及び１１４９と関連付けられた上側の列に設けられることがある。同様に、下側の列の隣接する橋絡された３つの共通接地端子１１５０〜１１５２が、差動信号端子１１４４及び１１４６と関連付けられる。

好ましい実施形態は、２つの平行な列、すなわち、２つの離間した平行な平面に配列された端子１１４１〜１１５２を示しているが、そのような端子は、本発明の利点を得るために、厳密に平行な列又は離間された平行な平面になくてもよい。例えば、コネクタ１１３０は、図６〜８に示した２組ではなく１組の三つ組だけを備えていてもよい。本発明の主な形態のうちの１つが、複数の接地端子を互いの空間関係よりも信号端子とより近い空間関係で設けることであるので、図６の２つの反転した三つ組は、分離あるいは離間されてもよく、この場合も本発明の利点が維持される。また、２つの三つ組の接地端子と信号端子とによって画定される列は位置合せされていなくてもよく、すなわち、三つ組は、各三つ組が有効であれば互い違いの関係でもよい。

この等価な三つ組構造により、ケーブル又は回路の差動信号端子の各対は、コネクタ内の端から端まで延在する信号端子と関連付けられた独立した接地端子を有し、それにより、電気性能の側面からケーブルとその関連するプラグコネクタの両方をより厳密にエミュレートしている。そのような構造は、ケーブルの長さ全体に亘って、ケーブルの信号線が接地を同じ状態で「見る（seeing）」ようにし、また、プラグ及びレセプタクルコネクタ接続部分を通って回路基板まで実質的に同じ状態で見るように維持する。このコネクタ接続部分は、図４に概略的に示されており、接続組立体又はシステム全体のインピーダンスと電気性能に関する限り、４つの別個の領域Ｉ〜IVに分割されていると見なすことができる。領域Ｉは、ケーブル１１０５とその構造を示し、領域IIは、ケーブルがコネクタに終端されたときのケーブルコネクタ１１０４とケーブル１１０５の間の終端部分を指す。領域III は、ケーブルコネクタと、コネクタ１１０４、１１１０の嵌合本体部を含む基板コネクタ１１１０との間にある嵌合接続部分を指す。領域IVは、基板コネクタ１１１０と回路基板１１０３の間の終端を含む部分を指す。図４の線「Ｐ」、「Ｎ」及び「Ｍ」は、図１に重ね合されたものである。

信号端子と関連した接地の存在が３つの端子間に容量結合を与えることに注意されたい。この結合は、端子とそのコネクタの最終特性インピーダンスに影響を及ぼす１つの形態である。また、端子の三つ組に関する限り、抵抗、端子材料及び自己インダクタンスも、コネクタの全体的な特性インピーダンスに影響を及ぼす要素である。図６に示した実施形態においては、電力接地端子１１４３と組合された接地端子１１４１〜１１４２の有効幅は、信号端子１１４７及び１１４９全体に亘って延在するほど十分に広い。端子１１４１〜１１４３は、集合的に、信号端子１１４７及び１１４９の近くに有効な接地平面を提供する。端子１１４１〜１１４３によって画定されるこの接地平面は、信号端子の互いの距離よりも信号端子に近く、したがって、信号端子間の同様の結合が維持される。これにより、コネクタのインピーダンスを間隔の側面から調整することができる。

この調整可能性の効果は図１に示されており、この図では、コネクタ組立体に生じる全体的なインピーダンス不連続性又は変動の減少が示されている。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１の破線６０によって示されている。山と谷の大きさＨ₁₁、Ｈ₂₂及びＨ₃₃が大幅に減少していることが分かる。本発明は、従来のコネクタ組立体において生じていた全体的な不連続性を大幅に減少させると考えられる。ある応用例においては、最高レベルの不連続性が約１３５〔オーム〕（Ｈ₁₁で）あり、最低レベルの不連続性が約８５〔オーム〕（Ｈ₂₂で）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、一般に、公差＋／−２５〔オーム〕で約１１０〔オーム〕になる。したがって、本発明のコネクタが合計で約５０〔オーム〕の不連続性（Ｈ₁₁とＨ₂₂の間の差）を有し、その結果、前述の約９０〔オーム〕の従来の不連続性より約５０〔％〕程度減少すると考えられる。

次に、図６〜８に戻ると、端子１１４１〜１１５２がコネクタ１１３０の後壁１１３４を通るとき、各端子は、図１及び２のＰＣＢ１１０３等のプリント回路基板と電気接続するために約９０度曲がって下方（図７）に延在する。端子が下方に延在するとき、図６の空洞１１３２内の端子位置及び空間関係に関して前に述べたように端子が互いに同じ空間関係を維持することが重要である。これにより、等価な三つ組関係が維持され、したがって、改善されたインピーダンス性能が維持される。端子がある平面と関係なく端子の三つ組配置が維持されることが望ましい。接地端子と信号端子の間の距離を操作することによって、システムのインピーダンスを変化させ、すなわち、「調整」することができる。これは、２つの信号線（及び端子）間並びに各信号線と接地線（及び端子）間に容量結合が生じるために行われる。また、端子の間隔は、システムのインピーダンスに影響を及ぼす。また、接地端子と信号端子の幅は、結合とシステムのインピーダンスに影響を及ぼす。これには、端子の抵抗も含まれるが、この抵抗は端子の寸法の関数である。

図７の下方に垂下する端子１１４１〜１１５２は、プリント回路基板に差込まれる前に、コネクタ１１３０の下面に取付けられた絶縁性隔膜１１５８の貫通穴により所望の空間関係に維持される。コネクタ１１３０がプリント回路基板に差込まれた後、スルーホールとはんだによって、様々な端子の間で空間関係を維持するより強力な手段が提供される。

図１０〜１２に、様々な端子の関係を図で示す。これらの図はそれぞれ２列の６つの端子を示し、列は互いに平行である。各図は、また、端子１１４１、１１４２、１１５１及び１１５２が接地端子Ｇとして選択されており、端子位置１１４５及び１１４８が未使用又は空の端子Ｘであり、端子位置１１４４及び１１４６がそれぞれ差動信号端子Ｂ＋とＢ−であり、端子位置１１４７及び１１４９がそれぞれ差動信号端子Ａ＋とＡ−であることを示している。図１０及び１１では、端子位置１１４３及び１１５０は端子電力接地Ｇｐである。図１２では、コネクタ１１３０を介して電力が供給されていない場合のように、端子位置１１４３及び１１５０は追加の接地端子Ｇである。図１１において、対角線１１６０は、端子１１４１〜１１４２、１１４７及び１１４９によって画定された三つ組と、端子１１４４、１１４６及び１１５１〜１１５２によって画定された三つ組の間の接地電力端子の対角線配置又は位置を示す。この対角線は、差動ペアとその関連した接地を分ける左右対称線と見なすことができる。５つの端子通路が対称線の両側にあり、信号端子と接地端子の配置である。しかしながら、前述のように、接地電力端子Ｇｐは、電源の一般的な低いインピーダンスにより追加の接地端子として働く。

図９〜１４に、本発明に従って構成されたコネクタ１１７０の代替の実施形態を示す。この代替の実施形態は、コネクタ１１７０が、図６〜８の未使用又は空の端子位置１１４５’及び１１４８’なしに構成されている点を除き、図６〜８のコネクタ１１３０と構造と動作が実質的に同じである。しかしながら、この実施形態でも、図６〜８のように、空の端子位置１１４５’及び１１４８’があるかのように、差動信号端子間の間隔を維持している。図９及び１３に示した実施形態で空の端子位置１１４５’及び１１４８’がないことは、例えば、所望の空端子位置に端子を差込むことによって組立中の間違いを回避するのに役立つであろう。この実施形態では、図９に示したように、コネクタが空のままにされた端子収容通路なしに構成され、それにより、コネクタを組立てる際にそのような空の位置に端子を間違って差込むのを回避することができる。

図１５〜１７は、相手側嵌合コネクタ１１４０と組合せた図６〜８のソケットコネクタ１１３０を示す。嵌合コネクタ１１４０は、適切な嵌合を容易にし、かつ、確実にするために、レセプタクルコネクタ１１３０の空洞１１３４と相補的な構成で絶縁体材料で形成された絶縁性コネクタハウジング１１７１を有する。ハウジング１１７１は、嵌合コネクタがコネクタ１１３０の空洞１１３４に完全に差込まれたときにコネクタ１１３０の端子１１４１〜１１５２と電気的に係合する嵌合端子（図示せず）を固定し支持する複数の内部空洞を含む。この点に関し、内部空洞と嵌合コネクタ１１４０の端子は、コネクタ１１３０の対応する端子１１４１〜１１５２と位置が合うように構成され離間されている。したがって、嵌合コネクタ１１４０も、差動信号端子と複数の接地端子の間に所望の三つ組構成を維持する。したがって、嵌合コネクタ１１４０も、図１のインピーダンス曲線６０によって示されたような比較的低いインピーダンスの偏りを提供する。

図１５及び１６に示したように、ケーブルからの線は、嵌合コネクタ１１４０内で個別に終端されてもよい。代替として、図１７に示したように、電力線１１７５及び１１７６が個別に終端された状態で、ケーブル１１７３及び１１７４の形で差動信号と複数の接地から成る三つ組がそれぞれ嵌合コネクタ１１４０で終端されてもよい。

高速ケーブル接続全体を通して生じ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。 本発明が有用性を有する「内部」環境を示す電子装置の回路基板上の適所にある本発明のケーブルコネクタ組立体の立面図である。 本発明が有用性を有する「外部」環境を示す電子装置の回路基板上の適所から装置の外部まで延在する本発明のケーブルコネクタ組立体の立面図である。 ケーブルと基板コネクタ間とのコネクタ接続領域の概略図である。 本発明のコネクタとともに使用されるケーブルの内部構造の断面図である。 本発明により構成され、プリント回路基板上の取付けに適したコネクタの他の実施形態の正面斜視図である。 図６に示したコネクタの後面斜視図である。 図６及び７に示したコネクタの後面立面図である。 図６〜８に示し、プリント回路基板に取付けるのに適したコネクタであるが、本発明の他の形態に従い信号端子ペア間の未使用端子位置を空にした他の実施形態の正面立面図である。 図６〜８に示したコネクタの接地端子対に隣接して配設された２対の信号端子の配置と設置を示す図であり、本発明により信号端子対間に空又は未使用の端子が設けられている。 図１０と類似の端子の配置と設置を示す図であるが、本発明により反転された信号端子対間の電力端子の対角線配置を示す。 変形三つ組構成における３つの接地端子に隣接して配設された２対の信号端子の配置と反転設置を示す他の図であり、本発明により信号端子ペア間に挟まれた空又は未使用の端子を有する。 図９に示したコネクタの後面斜視図である。 図９及び１３に示したコネクタの後面立面図である。 嵌合プラグが各使用端子位置から延在する線を含む図６〜８に示したコネクタの分解組立斜視図である。 コネクタと嵌合プラグが接続された状態の図１５に示したコネクタ部分の斜視図である。 図１６と類似の斜視図であるが、２本の複数線信号ケーブルが嵌合プラグ内で終端され、２本の個別の電力線が２本の信号ケーブル間に対角配設されて嵌合プラグ内で終端されている。

Claims (20)

1. 各々が１対の差動信号導体（Ａ＋、Ａ−）と２つの関連する接地導体（Ｇ、Ｇ）とを含む差動信号回路間の接続を行うコネクタ（１１３０）であって、
   複数の端子収容キャビティが配設された電気絶縁性ハウジング（１１３３）であって、端子収容キャビティが、前記ハウジング（１１３３）内において少なくとも第１と第２の別個の列となるように導電性端子を支持するためのパターンで配設された電気絶縁性ハウジング（１１３３）と、
   該ハウジング（１１３３）の前記端子収容キャビティのうちのいくつかに支持された複数の導電性端子であって、前記端子が、１対の差動信号端子（１１４７、１１４９）と少なくとも２つの関連する接地基準端子（１１４１、１１４２）とを含む少なくとも１つの別個の端子セットを含み、１つの端子セットの１対の差動信号端子（１１４７、１１４９）が、前記第１の列の端子収容キャビティ内に配設され、１つの端子セットの２つの接地基準端子（１１４１、１１４２）が、前記第２の列の端子収容キャビティ内に配設され、前記１つの端子セットの前記２つの接地基準端子（１１４１、１１４２）が、更に、前記１対の差動信号端子（１１４７、１１４９）のための共通接地経路を協働して画定するように相互接続されている複数の導電性端子とを有し、
   前記ハウジング（１１３３）は前記差動信号端子（１１４７、１１４９）の間に設けられた空の端子収容キャビティ（１１４５’、１１４５）を含み、前記対の前記差動信号端子（１１４７、１１４９）が第１の距離だけ離間されるとともに、前記差動信号端子（１１４７、１１４９）が前記２つの関連する接地端子から第２の距離だけ離間されており、前記第１の距離が第２の距離よりも大きいことを特徴とするコネクタ。
2. 前記端子の各々が、接触部、テール部、及び、接触部とテール部とを相互接続する本体部を含む、請求項１に記載のコネクタ。
3. 各端子の前記本体部及びテール部が、前記接触部に対して角度をなして延在する、請求項２に記載のコネクタ。
4. 前記２つの接地基準端子（１１４１、１１４２）が、本体部に沿った橋絡片（１１５４）によって相互接続された、請求項２に記載のコネクタ。
5. 前記橋絡片（１１５４）が、前記２つの接地基準端子（１１４１、１１４２）の一部分として一体形成されている、請求項４に記載のコネクタ。
6. 前記接触部が前記ハウジングを貫通して横方向に延在し、前記本体部が垂直方向に延在し、前記橋絡片（１１５４）が、前記２つの接地基準端子（１１４１、１１４２）をその縦部分に沿って相互接続する、請求項４に記載のコネクタ。
7. 前記端子テール部と係合する回路基板（１１０３）を更に含む、請求項１に記載のコネクタ。
8. 第２の対の差動信号端子（１１４４、１１４６）と少なくとも２つの第２の関連する接地基準端子（１１５１、１１５２）とを含む第２の別個の端子セットを更に含み、第２の端子セットの第２の対の差動信号端子が、前記第２の列の端子収容キャビティ内に配設されており、第２の端子セットの２つの第２の接地基準端子が、第１の列の端子収容キャビティ内に配設され、前記１つの端子セットの前記２つの接地基準端子が更に相互接続され、
   前記コネクタハウジング（１１３３）は、更に、第２の対の作動信号端子（１１４４、１１４６）の間に設けられた追加の空の端子収容キャビティ（１１４５）を含み、前記第２の対の差動信号端子が第３の距離だけ離間されるとともに、前記第２の対の差動信号端子が前記第２の２つの関連した接地端子から第４の距離だけ離間され、第３の距離が第４の距離よりも大きい、請求項１に記載のコネクタ。
9. 前記第１及び第３の距離が等しい、請求項８に記載のコネクタ。
10. 前記第２及び第４の距離が等しい、請求項９に記載のコネクタ。
11. 前記複数の端子が、更に、第１及び第２の電力端子（１１４３、１１５０）を含み、第１の電力端子（１１４３）が、前記１つの端子セットの前記２つの関連する接地基準端子（１１４１、１１４２）に隣接して前記第１の列に配設されており、第２の電力端子（１１５０）が、前記第２の端子セットの前記２つの関連する接地基準端子（１１５１、１１４２）に隣接して前記第２の列に配設される、請求項８に記載のコネクタ。
12. 前記第１及び第２の電力端子（１１４３、１１５０）は、それぞれ、前記第１及び第２の列にオフセットして配設され、前記第１及び第２の電力端子（１１４３、１１５０）を通るように引かれた想像線（１１６０）が、前記第１及び第２の列をある角度で横切って延在する、請求項１１に記載のコネクタ。
13. 前記複数の端子は、更に、第１及び第２の追加の接地端子（１１４３、１１５０）を含み、第１の追加の接地端子（１１４３）が、前記１つの端子セットの前記２つの関連する接地基準端子（１１４１、１１４２）に隣接して前記第１の列に配設され、第２の追加の接地端子（１１５０）が、前記第２の端子セットの前記２つの関連する接地基準端子（１１５１、１１５２）に隣接して前記第２の列に配設される、請求項８に記載のコネクタ。
14. 前記第１及び第２の追加の接地端子（１１４３、１１５０）は、それぞれ、前記第１及び第２の列にオフセットして配設され、第１と第２の接地端子（１１４３、１１５０）を通るように引かれた想像線（１１６０）が、前記第１及び第２の列をある角度で横切って延在する、請求項１３に記載のコネクタ。
15. 絶縁性ハウジング（１１３３）と、該ハウジング（１１３３）内に支持された複数の導電性端子とを有する差動信号コネクタ（１１３０）用の接点配置であって、それぞれの端子が、少なくとも対向する接触部とテール部を含み、接触部が相手側コネクタの相手側端子と接触し、端子が、第１の対の差動信号端子（１１４７、１１４９）と第１の対の関連する接地端子（１１４１、１１４２）とを含む前記第１の差動信号チャネルを画定し、第１の差動信号セットの端子（１１４７、１１４９）が、前記ハウジング（１１３３）内に第１及び第２の列に配設され、第１の列が前記第１の対の差分信号端子（１１４７、１１４９）を含み、前記第２の列が前記第１の対の関連する接地端子（１１４１、１１４２）を含み、
    該第１の対の関連する接地端子（１１４１、１１４２）は、互いに隣接し、かつ、互いに第１の距離だけ離間されて第２の列に配設され、前記第１の対の差動信号端子（１１４７、１１４９）は、互い隣接して第１の列に配設されているが第１の距離よりも大きい第２の距離だけ互いに離間されて配設されることを特徴とする接点配置。
16. 前記第１の対の関連する接地端子（１１４１、１１４２）が相互接続される、請求項１５に記載の接点配置。
17. 前記第１の対の関連する接地端子（１１４１、１１４２）が、前記接触部とテール部との間で互いに相互接続される、請求項１６に記載の接点配置。
18. 前記ハウジング（１１３３）が、複数の端子収容通路を含み、前記第１の対の差動信号端子（１１４７、１１４９）が、端子収容通路のうちの２つの端子収容通路内に収容され、介在する空の端子収容通路によって互いに分離される、請求項１５に記載の接点配置。
19. 前記端子が、更に、前記ハウジング（１１３３）の前記第１及び第２の列に配設された第２の対の差動信号端子（１１４４、１１４６）と第２の対の関連する接地端子（１１５１、１１５２）とを含む第２の差動信号チャネルを画定し、第２の対の関連する接地端子（１１５１、１１５２）が、前記第１の距離だけ互いに離間され、前記第２の対の差動信号端子（１１４４、１１４６）が、前記第２の距離だけ互いに離間される、請求項１５に記載の接点配置。
20. 前記第２の対の差動信号端子（１１４４、１１４６）が、前記ハウジング（１１３３）の前記第２の列に配設され、前記第２の対の関連する接地端子（１１５１、１１５２）が、前記ハウジング（１１３３）の前記第１の列に配設される、請求項１９に記載の接点配置。

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