KR100372010B1

KR100372010B1 - 인쇄기판회로 패턴을 이용한 인핸스드 카테고리 5급모듈라 잭

Info

Publication number: KR100372010B1
Application number: KR10-2000-0041661A
Authority: KR
Inventors: 이중근; 류대우
Original assignee: 이중근; 류대우
Priority date: 2000-07-20
Filing date: 2000-07-20
Publication date: 2003-02-14
Also published as: KR20020008250A

Abstract

본 발명은 인쇄기판회로(PCB) 패턴을 이용한 인핸스드 카테고리 5급 모듈라 잭에 관한 것이다. 케이블이 연결된 모듈라 플러그(30), 벽 설치용 콘센트(31), 모듈라 플러그(30)와 연결되는 암 커넥터인 모듈라 잭(32)을 구비하는 시스템에 있어서: 인핸스드 카테고리 5급의 규격을 만족하고 고속의 데이터 전송이 가능하도록 100MHz대에서 네트워크 하드웨어의 가까운 쪽 끝에서의 누화(NEXT)를 43dB까지 지원하며, 상기 모듈라 잭(32)의 몸체 하단부에 삽입되는 인쇄기판회로(PCB)(33)를 구비하는 것을 특징으로 하는 인쇄기판회로(PCB) 패턴을 이용한 인핸스드 카테고리 5급 모듈라 잭을 제공한다. 따라서, 랜 케이블에 주로 사용되는 PCB기판이 삽입된 모듈라 잭 내의 가까운 쪽 끝에서의 주파수에 따른 누화(NEXT)를 100MHz에서 43dB까지 만족하고, PCB에서 높은 주파수에서 발생하는 EMI문제를 입출력부분의 임피던스 매칭을 통해 신호의 왜곡을 방지하여 데이터의 송수신 효율을 높일 수 있다.

Description

인쇄기판회로 패턴을 이용한 인핸스드 카테고리 5급 모듈라 잭{Enhanced Category 5 class modular jack by using PCB pattern}

본 발명은 Enhanced Category 5급 모듈라 잭에 관한 것으로써, 특히 랜용 10BaseT 케이블에서 주로 사용되는 모듈라 잭 내의 가까운 쪽 끝에서의 주파수에 따른 누화(NEXT:Near End Crosstalk)를 100MHz에서 43dB까지 만족하고 높은 주파수에서 EMI문제를 해결하는 과정에서 입출력부분의 인쇄기판회로(PCB)에서 임피던스 매칭을 통해 신호의 왜곡을 방지하여 데이터의 송수신 효율을 높이는 PCB 패턴을 이용한 Enhanced Category 5급 모듈라 잭에 관한 것이다.

일반적으로, 모듈라 잭(Modular Jack)은 랜 장비인 허브나 네트워크 카드등에서 볼 수 있는 랜 케이블에 꽃히는 암놈 커넥터(female connector)로써, 네트워크 장비들 중에 10BaseT 랜 케이블을 사용하는 허브, 스위치, 라우터, 벽 장착용의 등의 장비에 사용되며 특히 상용 건물 내의 배선에 주로 사용된다.

모듈라 잭이란 일종의 전화선 female connector와 같은 랜 장비로써, 네트워크 신호의 전송시 랜 케이블 끝의 플러그(plug) 부분에서 선들이 풀리면서 서로간에 Coupling을 일으키게 됨에 따른 신호 감쇄를 최소화시켜주기 위해서 모듈라 잭에 고의로 커패시턴스(Capacitance) 성분과 인덕턴스(Inductance) 성분을 삽입하여 고속에서도 동작이 가능하도록 설계한다.

고속 데이터 전송 모듈라 잭을 개발시에 저주파에서는 문제가 되지 않았던모듈라 잭 내의 가까운 쪽 끝에서의 주파수에 따른 누화(NEXT: Near End Crosstalk)를 크게 개선해야 하는데, NEXT를 차등 모드 누화를 줄이는 용량성 비평형 방법과 필드 상쇄 기법을 활용하여 개선하였다. 모든 네트워크 하드웨어에서는 가까운 쪽 끝에서의 주파수에 따른 누화(NEXT)가 중요한 요소가 되는데, NEXT를 개선하는 것이 중요하다.

일반적으로 Category 5급까지 만족시키는 랜용 모듈라 잭이 나와있으며, NEXT를 40dB까지 지원하며 랜용 모듈라 잭에 들어가는 핵심 PCB에서 이를 담당한다.

카테고리(Category) 5급이라 함은 TIA/EIA-568-A 규격을 만족하는 모듈라 잭을 의미하며, Enhanced Category 5급이라 함은 TIA/EIA-568-A-5 규격을 만족하는 모듈라 잭이다. TIA/EIA-568-A에는 Category 5급 모듈라 잭에 관한 규격이 나와 있는데, 가장 중요한 요소는 모듈라 잭 내의 가까운 쪽 끝에서의 주파수에 따른 누화(NEXT)이다. NEXT란 소스 신호와 영향받은 선에 유기된 전압의 비를 말하며 dB 단위로 표시한다. 왜냐하면, 기준 레벨이 절대 전력 레벨이 아니기 때문이다.

누화의 정의를 내리면, Xtalk =20 log(Vvictim/Vsource)이다. 여기서, NEXT를 100 MHz에서 40dB까지 만족하는 것이 Category 5급의 규격이다.

TIA/EIA-568-A-5에서는 Enhanced Category 5급 모듈라 잭에 관한 규격이 나와 있는 데, 가장 중요한 요소는 역시 NEXT이다. 여기서, NEXT를 100 MHz에서 43dB까지 만족해야 한다.

도 1은 종래의 10BaseT용 랜 케이블에 의해 연결되는 플러그와 모듈라 잭을나타낸다. 10BASET 랜 케이블(25)이 모듈라 플러그의 몸체(21)에 접속된 플러그(plug)(2)는 모듈라 잭의 몸체(11) 안으로 삽입되어 모듈라 잭(1)에 접속되면 레버(22)에 의해 케이블이 접속되어 사용된다.

그러나, 기존의 랜(LAN)용 모듈라 잭을 사용하면, 100MHz 급에서 가까운 쪽 끝에서의 누화(NEXT)를 40dB까지만 지원하며 높은 주파수에서 문제가 되는 EMI 문제를 해결하는 과정에서 입출력 부분 및 전체 모듈라 잭의 임피던스 매칭(impedance matching)을 통하여 신호의 왜곡 현상을 막아 주어야 하는 데, 이들에 대한 고려가 부족하였다. 즉, 랜용 케이블은 특성 임피던스가 100Ω인데, 인쇄기판회로(PCB) 상에서 임피던스 매칭을 해주지 않으면 신호가 반사되어 원래 신호랑 합성되면 원래 신호를 알아낼 수 없는 신호의 왜곡 현상을 고려해 주어야 하는데 기존의 모듈라 잭은 이를 고려하지 않았다.

또한, 모듈라 잭에서 가장 중요한 부분은 선간 신호 간섭을 일으켜 원래 선들에 지나가는 신호가 서로 영향을 주어 누화(NEXT)를 일으켜 원래 신호를 알아낼 수 없게 되는 경우인데, 높은 주파수대이고 특히 소자의 크기가 작아서 NEXT가 더욱더 중요해 진다. 이들을 고려하기 위해서는, 모듈라 플러그 부분에서 간섭받은 만큼을 다시 상쇄 시켜주는 것을 모듈라 잭이 해 주어야 신호 복원이 가능해 지는데, 이 역할을 모듈라 잭에 들어가는 PCB에서 처리해 주어야 한다. 그 간섭의 정도는 dB로 나타내 주게 되는데, Category 5급에서는 40dB 감쇄까지만 만족시켜 주었으므로 이는 Enhanced Category 5급에서 요구한 43dB 감쇄를 만족시키지 못하였다.

본 발명의 목적은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로써, 고속 모듈라 잭을 만들기 위해 Enhanced Category 5급을 만족시키며 100MHz 급에서 가까운 쪽 끝에서의 누화(NEXT)를 43dB 까지 지원해야 하며, 높은 주파수에서 문제가 되는 EMI 문제를 해결하는 과정에서 입출력 부분 및 전체 모듈라 잭의 임피던스 매칭을 통하여 신호의 왜곡 현상을 막아 주도록 모듈라 플러그 부분에서 간섭받은 만큼을 모듈라 잭에 삽입된 인쇄기판회로(PCB)에서 필드상쇄효과에 의해 다시 상쇄 시켜주어 원 신호의 복원이 가능한 인쇄기판회로(PCB) 패턴을 이용한 인핸스드 카테고리 5급 모듈라 잭을 제공한다.

도 1은 종래의 10BaseT용 랜 케이블에 의해 연결되는 모듈라 플러그와 모듈라 잭.

도 2는 본 발명에 의한 Enhanced Category 5급 모듈라 잭에 삽입된 인쇄회로기판(PCB) 패턴.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 PCB기판이 장착된 모듈라 잭이 벽 설치용 콘센트에 연결되는 분해사시도.

도 4a는 Maxwell 3D Parameter Extractor를 사용하여 그린 시뮬레이션 도면.

도 4b는 Maxwell 3D Parameter Extractor를 사용하여 그린 전체 도면.

도 4c는 마이크로스트립(Microstrip)을 이용한 Cap. 제작도.

도 5a는 설계한 Category 5E급 PCB의 패턴의 전후면을 나타낸 도면.

도 5b는 설계한 Category 5E급 PCB의 실제 사진.

도 6a 내지 도 6f는 NEXT(Near-End Crosstalk)의 측정결과.

도 7은 모듈라 잭을 사용하여 상쇄되기 전과 후의 필드 세기 비교.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *

30 : 플러그 31 : 콘센트

32 : 모듈라 잭 33 : PCB 기판

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 랜 케이블이 연결된 모듈라 플러그(plug)(30), 벽 설치용 콘센트(31), 상기 모듈라 플러그(30)와 연결되는 암 커넥터인 모듈라 잭(32)을 구비하는 시스템에 있어서: 인핸스드 카테고리(Enhanced Category) 5급의 규격을 만족하고 고속의 데이터 전송이 가능하도록 100MHz대에서 네트워크 하드웨어의 가까운 쪽 끝에서의 누화(NEXT)를 43dB까지 지원하며, 상기 모듈라 잭(32)의 몸체 하단부에 삽입되는 인쇄기판회로(PCB)(33)를 구비하는 것을 특징으로 하는 인쇄기판회로 패턴을 이용한 인핸스드 카테고리 5급 모듈라 잭을 제공한다.이때, 본 발명의 부가적인 특징에 따르면, 상기 PCB 기판(33)은 필드 상쇄 효과에 의해 원래 신호들이 더 강해지고 누화(Crosstalk) 신호들은 약해지도록 소정의 커패시턴스 값을 지녀 상기 PCB기판(33)의 앞면과 뒷면의 PCB 패턴의 중간 부분에서 4개의 각 홀과 홀 사이에 아래에서 위로 길게 네 선으로 형성하고, 인덕턴스 값을 넣어주도록 상기 PCB 기판(33)의 뒷면에 상기 아래에서 위로 뻗은 네 줄의 양 옆으로 둥근 날개 모양의 패턴들을 사다리 모양으로 형성하여 랜 케이블의 특성 임피던스와 PCB 상에 마이크로스트립 라인(Microstrip Line)의 특성임피던스와 임피던스 매칭을 통하여 회기 손실을 줄여 원래 신호의 왜곡 현상을 방지하는 것이 바람직하다.또한, 본 발명의 다른 부가적인 특징에 따르면, 상기 PCB 기판(33)은 각 페어(1~18 pair)간 크로스토크(Crosstalk)나 커플링(Coupling)을 줄이기 위해 상기 필드 상쇄 효과를 이용하여 전송선 페어의 커플링을 같게 해 줌으로써 100MHz의 고속에서도 동작할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 의한 인쇄기판회로(PCB) 패턴을 이용한 Enhanced Category5급 모듈라 잭을 나타낸다.

도 2에 도시된 바와 같이, 플러그(plug)와 연결된 모듈라 잭(Modular Jack)의 내부에 점선으로 표시된 부분이 Enhanced Category 5 모듈라 잭에 삽입된 인쇄회로기판(Printed Circuit Board:PCB) 부분이며, PCB 패턴의 앞면과 PCB 패턴의 뒷면을 나타낸다.

TIA/EIA-568-A-5에서는 Enhanced Category 5급 모듈라 잭에 관한 규격이 나와 있는데, 가장 중요한 요소는 역시 NEXT로써 100 MHz에서 43dB까지 만족해야 한다. 본 발명에 의한 모듈라 잭은 NEXT를 100MHz에서 43dB까지 만족한다.

본 발명의 의한 PCB 위에 모듈라 잭을 구성하기 위한 케이스를 씌운 후 조립한 모양을 도 2에서 나타냈으며, 벽에 설치되어 사용될 경우 모듈라 잭은 콘센트 케이스와 결합하여 벽 등에서 흔히 볼 수 있는 암 커넥터(female connector)로 10BaseT 랜 케이블과 연결된 플러그에 의해 접속되어 사용한다.

다음 표 1을 보면 Category 5급 및 Enhanced Category 5급 규격이 간략히 나와 있다.

누화 손실(NEXT LOSS)(TBD)

Frepuency(MHz)	CAT.5(dB)	CAT.5E(dB)
1.00	65	65
4.00	65	65
8.00	62	65
10.00	60	63
16.00	56	59
20.00	54	57
25.00	52	55
31.25	50	53
62.50	44	47
100.00	40	43

100MHz의 고속 데이터 전송이 가능하도록 고속 모듈라 잭(Modular Jack)을 개발하는 데 있어서는 모듈라 잭 내의 Near End Crosstalk(NEXT), Far End Crosstalk(FEXT), EMI, Return Loss, Power Sum 등의 문제를 획기적으로 개선해야 실현이 가능하다.

100MHz에서 동작하는 고속 모듈라 잭(Modular Jack)을 개발하는 데 있어서는 우선 높은 주파수에서 문제가 되는 EMI 문제를 해결해야 하고, 저주파에서 문제가 되지 않았던 가까운 쪽 끝에서의 누화(NEXT)를 방지해야 하며 특히 Pair간 크로스토크(Crosstalk)나 커플링(Coupling)을 줄여야 하며, 임피던스 매칭(impedance matching) 등을 고려한다.

100MHz 이상의 주파수에서 동작하는 PCB 패턴을 만들기 위해서 PCB 패턴 디자인에 대한 최적화, PCB Trace Length의 길이를 최소화, PCB의 다층화, 다중 접지(Multi Grounding)를 사용함으로써 커플링(Coupling)을 줄이는 방법, Image Trace를 사용하여 커플링(Coupling)을 줄이는 방법, Trace의 임피던스 매칭(impedance matching) 등의 기술적 방법을 고려해야 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 PCB기판이 장착된 모듈라 잭이 벽 설치용 콘센트에 연결되는 분해사시도를 나타낸다.

사용자들은 벽에 있는 커넥터에 랜 케이블을 삽입하여 네트워크를 사용하게 되는데, 벽에 설치된 콘센트(31)에 PCB기판(33)이 삽입된 모듈라 잭(32)을 장착하여 랜 케이블이 연결된 모듈라 플러그(30)와 접속하여 사용된다.

< 시뮬레이션 결과 >

(1) C 언어를 사용한 결과(표2, 표3)

C-언어를 사용하여 계산한 선간 캐패시턴스 계산치

	선간 캐패시턴스 값(단위: pF)
선	1	2	3	4	5	6	7	8
1	2.9214	-0.4159	-0.2141	-0.1676	-0.1458	-0.1336	-0.1238	-0.1171
2	-0.4159	2.9214	-0.4159	-0.2134	-0.1676	-0.1472	-0.1329	-0.1238
3	-0.2141	-0.4159	2.9214	-0.4147	-0.2134	-0.1699	-0.1461	-0.1329
4	-0.1676	-0.2134	-0.4147	209423	-0.4159	-0.2153	-0.1687	-0.1466
5	-0.1458	-0.1676	-102134	-0.4159	2.9453	-0.4147	-0.2153	-0.1687
6	-0.1336	-0.1472	-0.1699	-0.2153	-0.4147	3.0021	-0.4141	-0.2130
7	-0.1238	-0.1329	-0.1461	-0.1687	-0.2153	-0.4141	2.9214	-0.4159
8	-0.1171	-0.1238	-0.1329	-0.1466	-0.1687	-0.2130	-0.4159	2.9214

C-언어를 사용하여 계산한 삽입할 보조 캐패시턴스 계산치

	삽입할 보조 캐패시턴스 값(단위: pF)
선	1	2	3	4	5	6	7	8
1	0	0	-0.2019	0.0458	-0.0436	-0.0941	-0.0091	-0.0135
2	0	0	0	0	-0.0458	-0.2688	0	-0.0091
3	-0.2019	0	0	0	-0.4025	0	-0.2679	-0.0934
4	-0.0458	0	0	0	0	-0.3988	-0.0466	-0.0442
5	-0.0436	-0.0458	-0.4025	0	0	0	0	-0.0466
6	-0.0941	-0.2688	0	-0.3988	0	0	0	-0.2011
7	-0.0091	0	-0.2679	-0.0466	0	0	0	0
8	-0.0135	-0.0091	-0.0934	-0.0442	-0.0466	-0.2011	0	0

(2) Maxwell 3D parameter Extractor를 사용한 시뮬레이션

도 4a는 Maxwell 3D parameter Extractor를 사용하여 그린 시뮬레이션 도면이고, 도 4b는 전체 도면을 시뮬레이션하였다. 다음 표 4와 표 5는 Maxwell 3D Parameter Extractor를 사용한 시뮬레이션 결과이다.

Maxwell 3D Parameter Extractor를 사용하여 계산한 선간 캐패시턴스 계산치

	선간 캐패시턴스 값(단위: pF)
선	1	2	3	4	5	6	7	8
1	0.6450	-0.4370	-0.0422	-0.0171	-0.0101	-0.0124	-0.0073	-0.0113
2	-0.4370	0.9580	-0.411	-0.0261	-0.0122	-0.0112	-0.0064	-0.0062
3	-0.0422	-0.4110	0.9200	-0.3430	-0.9470	-0.0462	-0.0055	-0.0092
4	-0.0171	-0.0261	-0.3430	0.9470	-0.4090	-0.0898	-0.0145	-0.0110
5	-0.0101	-0.0122	-0.0242	-0.4090	0.9490	-0.3640	-0.0713	-0.0212
6	-0.0124	-0.0112	-0.0462	-0.0898	-0.3640	-0.9460	-0.3330	-0.0412
7	-0.0073	-0.0064	-0.0055	-0.0145	-0.0713	-0.3330	0.9230	-0.4400
8	-0.0113	-0.0062	-0.0092	-0.0110	-0.0212	-0.0412	-0.4400	0.6480

Maxwell 3D Parameter Extractor를 사용하여 계산한 삽입할 보조 캐패시턴스 계산치

	삽입할 보조 캐패시턴스 값(단위: pF)
선	1	2	3	4	5	6	7	8
1	0	0	-0.3688	0.0090	-0.0091	-0.0286	0.0009	-0.0091
2	0	0	0	0	-0.0139	-0.3998	0	-0.0002
3	-0.3688	0	0	0	0.2642	0	-0.3275	0.0283
4	0.0090	0	0	0	0	-0.5274	-0.0568	-0.0137
5	-0.0091	-0.0139	-0.0139	0	0	0	0	-0.0501
6	-0.0286	-0.3998	-0.3998	-0.5274	0	0	0	-0.2918
7	0.0009	0	0	-0.0568	0	0	0	0
8	-0.0091	-0.0002	-0.0002	-0.0137	-0.0501	-0.2918	0	0

< PCB 패턴을 이용한 Capacitance 생성 >

(3) 이론적인 고찰

박막 트랜지스터를 사용하는 Lumped 소자 마이크로웨이브 회로들은 마이크로 스트립 회로들로 구성될 때 고려할 만한 크기를 제공한다. 그라운드 된 한 개의 종단 스트립을 가지는 커패시터의 좌우 길이 L 값을 조절함에 의해 PCB 패턴을 이용한 커패시턴스(Capacitance)의 생성을 예측될 수 있다.

단위 길이당 커패시턴스 와 단위 길이당 인덕턴스 는 TEM파를 가정하면 쉽게 계산될 수 있다. 만약, 단위 셀의 길이가 보다 훨씬 더 적다면 좌우 길이 L 값을 조절함에 의해 보다 정확히 계산될 수 있다.

0.1 - 15 pF 범위 내의 Interdigital Capacitor로 설계해서 사용할 수 있으며, 주로 MIC(Microstrip Interdigital Capacitor) 설계 또는 박막 설계로 구현할 수 있다. Lumped Microwave chip capacitor들이 VHF(30 - 3000 MHz)에까지 사용될 수 있다(단지, 적은 면적에서 커패시턴스(Cap.)가 소화할 수 있는 Power는 제한되어 있다는 것을 주의해야 한다).

C(F)=((ε+1)/W)((N-3)+)

Where ε= permittivity of substrate(4.3)

W=height of interdigital capacitor(28 mil.)

N=the number of finger.(N=4)

A1, A2 : T/X의 값에 따라서 정해짐(T:Ground평면과

Microstrip사이의 유전체 두께/단위mm = 3 mil., X: 선 두께 = 4 mil.)

(4) 실제의 응용

도 4c는 마이크로스트립을 이용한 커패시터(Cap.)의 제작도이다.

* 계산 파라미터 : 변화주는 것(L)

* 실제 계산 결과값들

< Calculating l(m) > T=0.3mm

A1: 3.2200000000[pf/m] A2: 7.2800000000[pf/m]

C( -0.201900)pF : l( 63.744774) mil. W=28 mil.

C( -0.402500)pF : l( 90.003494) mil. W=28 mil.

C( -0.268800)pF : l( 73.551420) mil. W=28 mil.

C( -0.267900)pF : l( 73.428183) mil. W=28 mil.

C( -0.398800)pF : l( 89.588858) mil. W=28 mil.

C( -0.201100)pF : l( 63.618359) mil. W=28 mil.

(5) Skin Depth 계산

▣ skin depth의 이론적 고찰

전자파가 Medium을 통과할 때 그것의 Amplitude는 지수함수적으로 감소한다. 이 감쇄는 Medium에서 유기된 전류들이 Ohmic Losses와 물질에 열을 생산하기 때문이다.

따라서, One Skin Depth의 정의는 media 안 거리 t에서의 Wave intensity가 원래치의 1/e 또는 37%로 감쇄되기 위해 전자파에 요구된 거리이다.

▣ Skin depth calculation of Copper

Skin Depth( 250000000.000000 Hz): 0.004175 [mm]

Skin Depth( 100000000.000000 Hz): 0.006601 [mm]

따라서, 선 두께(T)가 3mil 정도 된다면 전자파가 Midimum을 통과했을 때 감쇄 되고 남은 양은 매우 적어서 무시할 수 있다. 이렇게 하여, 우리가 사용할 선 두께가 Skin Depth로 인해 거의 영향을 받지 않는 두께임을 입증하였다.

위에서 제시한 여러 가지 기술적 배경과 이론을 토대로 하여 Category 5E급의 PCB 패턴을 제작하였다.

도 5a는 설계한 Category 5E급의 PCB 패턴의 앞면과 뒷면의 모습을 나타내고. 도 5b는 설계한 PCB 패턴의 실제 모습을 나타낸다.

상기 모듈라 잭(32)과 상기 모듈라 플러그(30)의 연결시 임피던스 매칭이 되지 않아 신호가 반사되어 원래 선들에 지나가는 신호와 합성되어 선간 신호 간섭을 일으켜 누화(NEXT)에 의한 원래 신호의 왜곡 현상을 방지하도록 상기 모듈라 잭(32)의 경우 상기 모듈라 플러그(30)에서 선의 꼬임이 풀림으로 인하여 누화(NEXT)의 영향을 줄이기 위해 기생 캐패시턴스의 값을 각 페어(pair)간 선간 간격, 선의 두께, 유전율(ε)을 고려하여 상기 필드 상쇄 효과를 PCB 패턴으로 적용하여 상기 PCB기판(33)의 앞면과 뒷면의 PCB 패턴의 중간 부분에서 4개의 각 홀과 홀 사이에 아래에서 위로 길게 네 선으로 지나가는 부분이 필드를 상쇄시켜 주는 부분이고 동시에 소정의 커패시턴스 값을 가지므로 이 부분을 통하여 원래 신호들이 더 강해지고 누화(Crosstalk) 신호들은 약해지게 되며, 상기 PCB 기판(33)의 뒷면에 상기 아래에서 위로 뻗은 네 줄의 양 옆으로 둥근 날개 모양의 패턴들이 사다리처럼 붙어 있는 부분이 인덕턴스 값을 넣어주는 부분이 되어 랜 케이블의 특성 임피던스와 PCB 상에 마이크로스트립 라인(Microstrip Line)의 특성임피던스와 임피던스 매칭을 통하여 회기 손실을 줄여 원래 신호의 왜곡 현상을 방지한다.

도 6a 내지 도 6f는 각 PCB 페어(pair)의 NEXT(Near-End Crosstalk)의 측정결과를 도시하였으며, Category 5급보다 Enhanced Categoey 5급이 누화(NEXT)가 줄어들어 품질이 개선됨을 알 수 있다.

도 7은 모듈라 잭을 사용하여 상쇄되기 전과 후의 필드 세기 비교로써, 상기 모듈라 잭(32)의 경우 상기 모듈라 플러그(30)에서 선의 꼬임이 풀림으로 인하여 누화(NEXT)의 영향을 받게 되며 누화의 영향을 줄이기 위해 기생 캐패시턴스의 값을 각 페어(pair)간 선간 간격, 선의 두께, 유전율(ε)을 고려하여 상기 필드 상쇄 효과를 PCB 패턴으로 적용하여 PCB 전후면의 중심에 아래에서 위로 4가닥의 길게 늘어선 부분에 의해 커패시턴스가 삽입되어 필드(field) 상쇄 후 원래신호는 더욱 강해지면서 크로스토크(Crosstalk) 신호는 더 감쇄된다.

따라서, LAN 케이블에 주로 사용되는 PCB기판이 삽입된 모듈라 잭 내의 가까운 쪽 끝에서의 주파수에 따른 누화(NEXT)를 100MHz에서 43dB까지 만족하고, PCB에서 높은 주파수에서 발생하는 EMI문제를 해결하도록 입출력부분의 임피던스 매칭을 통해 신호의 왜곡을 방지하여 데이터의 송수신 효율을 높일 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 인쇄기판회로(PCB) 패턴을 이용한 인핸스드 카테고리 5급 모듈라 잭은 100MHz대에서 가까운 쪽 끝에서의 누화(NEXT)를 43dB까지 지원하며, 모듈라 잭에 삽입되는 인쇄기판회로(PCB)에서의 임피던스 매칭을 통하여 회기 손실 등을 줄여 신호의 왜곡 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의한 고속 모듈라 잭 내부에 삽입되는 PCB를 사용하여 모듈라 잭을 만들 경우, 건물 내 및 옥외 랜 배선시 Enhanced Category 5급 규격을 만족시켜 준다. 모듈라 잭 장비를 장착하면 데이터의 장거리 전송시 에러를 줄일 수 있어 데이터 송수신 효율이 좋아지며 대용량 데이터 처리시 유리해 진다. 앞으로 Category 5급에서 Enhanced Category 5급으로 고속 모듈라 잭의 세대 교체가 예상되며, 수입 대체 효과와 및 국외 수출 등이 예상되고 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

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랜 케이블이 연결된 모듈라 플러그(plug)(30), 벽 설치용 콘센트(31), 상기 모듈라 플러그(30)와 연결되는 암 커넥터인 모듈라 잭(32)을 구비하는 시스템에서, 인핸스드 카테고리(Enhanced Category) 5급의 규격을 만족하고 고속의 데이터 전송이 가능하도록 100MHz대에서 네트워크 하드웨어의 가까운 쪽 끝에서의 누화(NEXT)를 43dB까지 지원하며, 상기 모듈라 잭(32)의 몸체 하단부에 삽입되는 인쇄기판회로(PCB)(33)를 구비하는 인쇄기판회로(PCB) 패턴을 이용한 인핸스드 카테고리 5급 모듈라 잭에 있어서,

상기 PCB 기판(33)은 필드 상쇄 효과에 의해 원래 신호들이 더 강해지고 누화(Crosstalk) 신호들은 약해지도록 소정의 커패시턴스 값을 지녀 상기 PCB기판(33)의 앞면과 뒷면의 PCB 패턴의 중간 부분에서 4개의 각 홀과 홀 사이에 아래에서 위로 길게 네 선으로 형성하고, 인덕턴스 값을 넣어주도록 상기 PCB 기판(33)의 뒷면에 상기 아래에서 위로 뻗은 네 줄의 양 옆으로 둥근 날개 모양의 패턴들을 사다리 모양으로 형성하여 랜 케이블의 특성 임피던스와 PCB 상에 마이크로스트립 라인(Microstrip Line)의 특성임피던스와 임피던스 매칭을 통하여 회기 손실을 줄여 원래 신호의 왜곡 현상을 방지하는 것을 특징으로 하는 인쇄기판회로(PCB) 패턴을 이용한 인핸스드 카테고리 5급 모듈라 잭.
랜 케이블이 연결된 모듈라 플러그(plug)(30), 벽 설치용 콘센트(31), 상기 모듈라 플러그(30)와 연결되는 암 커넥터인 모듈라 잭(32)을 구비하는 시스템에서, 인핸스드 카테고리(Enhanced Category) 5급의 규격을 만족하고 고속의 데이터 전송이 가능하도록 100MHz대에서 네트워크 하드웨어의 가까운 쪽 끝에서의 누화(NEXT)를 43dB까지 지원하며, 상기 모듈라 잭(32)의 몸체 하단부에 삽입되는 인쇄기판회로(PCB)(33)를 구비하는 인쇄기판회로(PCB) 패턴을 이용한 인핸스드 카테고리 5급 모듈라 잭에 있어서,

상기 PCB 기판(33)은 각 페어(1~18 pair)간 크로스토크(Crosstalk)나 커플링(Coupling)을 줄이기 위해 상기 필드 상쇄 효과를 이용하여 전송선 페어의 커플링을 같게 해 줌으로써 100MHz의 고속에서도 동작할 수 있는 것을 특징으로 하는 인쇄기판회로(PCB) 패턴을 이용한 인핸스드 카테고리 5급 모듈라 잭.