KR102064783B1

KR102064783B1 - 고속 케이블 커넥터

Info

Publication number: KR102064783B1
Application number: KR1020180106720A
Authority: KR
Inventors: 최성민
Original assignee: 한국단자공업 주식회사
Priority date: 2018-09-06
Filing date: 2018-09-06
Publication date: 2020-01-10

Abstract

본 발명은 고속 케이블 커넥터에 대한 것으로서, 특히, 하우징 물질의 유전율과 터미널의 폭 및 터미널 간의 거리 간의 관계를 통해 임피던스를 매칭시키는 고속 케이블 커넥터에 관한 것이다. 본 발명은 하우징 물질의 유전율과 터미널의 폭 및 터미널 간의 거리 간의 관계를 통해 임피던스를 매칭시켜 고속 전송 스펙을 만족시킬 수 있다. 또한, 본 발명은 하우징 물질의 유전율과 터미널 폭, 터미널 간의 거리에 터미널 두께도 함께 고려하여 제품 양산성을 향상시킬 수 있다.

Description

고속 케이블 커넥터{CONNECTOR FOR HIGH SPEED CABLE}

본 발명은 고속 케이블 커넥터에 대한 것으로서, 특히, 하우징 물질의 유전율과 터미널의 폭 및 터미널 간의 거리 간의 관계를 통해 임피던스를 매칭시키는 고속 케이블 커넥터에 관한 것이다.

커넥터는 케이블의 양단에 구비되어 케이블 양단의 기기를 연결하는 정접촉 부품이다. 이러한 커넥터는 기존에는 단순히 기기간을 전기적으로 연결하는 수단에 불과하였으나, 데이터 전송량이 점점 증가하는 추세에 따라 데이터를 고속으로 전송하기 위한 구조가 적용되고 있다.

특히, 최근에는 영상기기의 해상도가 비약적으로 상승함에 따라 해당 영상기기에 전송되는 데이터량도 비약적으로 증가하고 있다. 따라서, 영상기기에 데이터를 전송하는 케이블도 이에 맞춰 고속 데이터 전송이 가능해야 한다. 하지만, 고화질 멀티미디어 인터페이스(High Definition Multimedia Interface, HDMI) 커넥터의 경우 기존의 고속 케이블 커넥터 구조로는 전송속도가 48Gbps(각 차동 신호 채널(Differential Signal Channel) 당 12 Gbps) 인 HDMI 2.1의 스펙을 만족시킬 수 없다. 따라서, 고속 전송 스펙을 만족시킬 수 있는 고속 케이블 커넥터가 요구되고 있다.

대한민국 공개실용신안공보 제20-2010-0003062호(2010.03.17. 공개)

본 발명의 목적은 고속 전송 스펙을 만족시킬 수 있는 고속 케이블 커넥터를 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 다수개의 플러그 터미널과 접속되되, 상기 다수개의 플러그 터미널보다 폭이 넓은 다수개의 리셉터클 터미널이 하우징에 소정간격 이격되어 구비된 고속 케이블 커넥터에 있어서, 상기 하우징의 유전율은 3.4이상 4.2이하이며, 상기 다수개의 리셉터클 터미널 간의 간격(S_receptacle)과 다수개의 리셉터클 터미널 폭(W_receptacle)의 관계는,

인 고속 케이블 커넥터를 제공한다.

상기 다수개의 플러그 터미널 간의 간격(S_plug)과 다수개의 플러그 터미널 폭(W_plug)의 관계는,

이다.

또한, 본 발명에서 리셉터클 터미널 두께(t)를 고려할 경우, 상기 리셉터클 터미널의 두께(t)와 상기 플러그 터미널 폭(W_plug) 또는 상기 리셉터클 터미널 폭(W_receptacle)의 관계는,

이다.

본 발명은 하우징 물질의 유전율과 터미널의 폭 및 터미널 간의 거리 간의 관계를 통해 임피던스를 매칭시켜 고속 전송 스펙을 만족시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 하우징 물질의 유전율과 터미널 폭, 터미널 간의 거리에 터미널 두께도 함께 고려하여 제품 양산성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 고속 케이블 커넥터의 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 고속 케이블 커넥터의 부분 개략 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 고속 케이블 커넥터의 측면도.
도 4는 본 발명에 따른 고속 케이블 커넥터의 평면도.
도 5는 본 발명에 따른 고속 케이블 커넥터가 적용되지 않았을 때 임피던스 그래프.
도 6은 본 발명에 따른 고속 케이블 커넥터가 적용된 임피던스 그래프.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 하기에서 설명되는 본 실시예는 고속 케이블 커넥터로 고화질 멀티미디어 인터페이스(High Definition Multimedia Interface, HDMI) 커넥터를 예시한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상의 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명에 따른 고속 케이블 커넥터의 사시도이다.

본 발명에 따른 고속 케이블 커넥터는 도 1에 도시된 바와 같이, 하우징(100)과, 하우징(100)에 구비된 리셉터클 터미널(200), 및 리셉터클 터미널(200)이 구비된 하우징(100)을 감싸는 메탈 하우징(400)을 포함한다. 여기서, 본 발명은 리셉터클 터미널(200)은 도 1에 도시된 리셉터클 커넥터에 구비된다. 또한, 리셉터클 커넥터의 리셉터클 터미널(200)은 후술될 플러그 터미널(300)과 접속되기 위해서 커넥터의 형태, 즉, 플러그 커넥터에 구비된다.

하우징(100)은 리셉터클 터미널(200)을 보호하고 리셉터클 터미널(200)의 위치를 고정시키기 위한 것으로서, 합성수지 등과 같이 절연성 재질인 것이 바람직하다. 또한, 이러한 절연성 재질의 하우징(100)은 재질의 고유한 유전율, 즉, 하우징(100) 유전율(ε_r)을 갖는다. 이러한 하우징(100)은 플러그 터미널(300)과 접속되는 리셉터클 터미널(200)의 접속부위와 케이블과 연결되는 케이블 연결부위를 제외한 영역을 감싸는 형태로 형성된다. 이에 따라, 리셉터클 커넥터는 하우징(100)은 커넥터 연결 시 다수개의 플러그 터미널(300)과 접속되는 다수개의 리셉터클 터미널(200)의 접속부위와, 케이블과 연결되는 케이블 연결부위를 제외한 영역을 감싸는 형태이며, 다수개의 리셉터클 터미널의 길이 방향으로 일부가 연장되어 하우징 플레이트를 형성하는 하우징과, 하우징 플레이트의 일면과 타면에 각각 소정간격 이격되어 구비되어 케이블 연결부위로 연장되어 노출된 다수개의 리셉터클 터미널, 및 하우징을 감싸는 메탈 하우징을 포함한다.

도 2는 본 발명에 따른 고속 케이블 커넥터의 부분 개략 사시도이다. 또한, 도 3은 본 발명에 따른 고속 케이블 커넥터의 측면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 고속 케이블 커넥터의 평면도이다.

리셉터클 터미널(200)은 신호를 전달하기 위한 것으로서, 본 실시예는 플러그 터미널(300)과 접속되는 리셉터클 터미널(200)을 예시하며, 플러그 터미널(300)과 접속되는 리셉터클 터미널(200) 영역의 하우징(100) 두께(h)와 하우징(100) 유전율(ε_r)에 따른 리셉터클 터미널(200) 폭(W) 및 리셉터클 터미널(200) 간격(S)을 조절하여 임피던스를 매칭시킨다. 또한, 본 실시예는 리셉터클 터미널(200)이 리셉터클 데이터 터미널(220, 230)과 리셉터클 접지 터미널(210, 240)을 포함하는 것을 예시하며, 본 발명에 따른 고속 케이블 커넥터는 리셉터클 데이터 터미널(220, 230)과 리셉터클 접지 터미널(210, 240)이 데이터 전송용 터미널 영역 내에서 반복적으로 구비된다.

리셉터클 데이터 터미널(220, 230)은 데이터를 전송하기 위한 터미널로서, 제1 리셉터클 데이터 터미널(220)과, 제1 리셉터클 데이터 터미널(220)과 소정간격 이격된 제2 리셉터클 데이터 터미널(230)을 예시한다.

리셉터클 접지 터미널(210, 240)은 접지를 위한 터미널이며, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 리셉터클 데이터 터미널(220)의 일측에 구비된 제1 리셉터클 접지 터미널(210)과, 제2 리셉터클 데이터 터미널(230)의 타측에 구비된 제2 리셉터클 접지 터미널(240)을 예시한다. 이에 따라, 본 실시예는 제1 리셉터클 접지 터미널(210)과 제1 리셉터클 데이터 터미널(220), 제2 리셉터클 데이터 터미널(230), 및 제2 리셉터클 접지 터미널(240)이 순차적으로 소정간격 이격되어 구비된다. 또한, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 리셉터클 커넥터와 플러그 커넥터가 접속되면, 제1 및 제2 리셉터클 접지 터미널(210, 240)에는 플러그 터미널(300)의 제1 및 제2 플러그 접지 터미널(310, 340)이 각각 접속된다. 또한, 제1 및 제2 리셉터클 데이터 터미널(220, 230)에는 플러그 터미널(300)의 제1 및 제2 플러그 데이터 터미널(320, 330)이 각각 접속된다. 물론, 이는 하나의 터미널 단위로서, 전술된 바와 같이, 본 발명에 따른 고속 케이블 커넥터는 이러한 터미널 단위가 데이터 전송용 터미널 영역 내에서 반복적으로 형성된다.

여기서, 본 실시예는 상기 소정간격, 즉, 리셉터클 접지 터미널(210, 240)과 리셉터클 데이터 터미널(220, 230) 사이의 간격 및 제1 리셉터클 데이터 터미널(220)과 제2 리셉터클 데이터 터미널(230) 사이의 간격을 리셉터클 터미널 간격(S_receptacle)이라 정의하고, 리셉터클 접지 터미널(210, 240)과 리셉터클 데이터 터미널(220, 230)의 가로 길이를 리셉터클 터미널 폭(W_receptacle)이라 정의한다. 또한, 플러그 터미널(300) 사이의 간격을 플러그 터미널 간격(S_plug)이라 정의하고, 플러그 터미널(300)의 길이 방향과 교차하는 가로 길이를 플러그 터미널 폭(W_plug)이라 정의한다.

여기서, 본 발명은 설명의 편의를 위해 플러그 터미널 폭(W_plug)과 리셉터클 터미널 폭(W_receptacle)을 터미널 폭(W)으로 정의하고, 플러그 터미널 간격(S_plug)과 리셉터클 터미널 간격(S_receptacle)을 터미널 간격(S)으로 정의하여 설명한다. 물론, 이는 설명의 편의상일 뿐, 본 발명은 리셉터클 터미널(200)과 플러그 터미널(300)에 대해서 임피던스 매칭을 위한 플러그 터미널 간격(S_plug)과 플러그 터미널 폭(W_plug)의 비율과, 리셉터클 터미널 간격(S_receptacle)과 리셉터클 터미널 폭(W_receptacle)의 비율을 각각 연산한다. 이때, 하우징(100)의 두께(h)는 고정인 것으로 가정하며, 이에 따라, 터미널 인피던스(Z₀)는 아래의 수학식 1과 같이 하우징(100) 유전율(ε_r)과 터미널 폭(W) 및 터미널 간격(S)에 의한 함수로 표현할 수 있으며, 이는 다시 실효적 유전율(ε_eff)과 일반함수 K로 나타낼 수 있다.

수학식 1에서 ε_r 은 하우징(100) 유전율이며, W는 터미널 폭, S는 터미널 간격을 의미한다. 또한, ε_eff 는 실효적 유전율이다.

이와 같이, 본 발명은 하우징(100) 두께(h)가 일정하다고 할 때, 하우징 유전율(ε_r)과 터미널 폭(W) 및 터미널 간격(S)을 조절하여 임피던스 매칭을 이룰 수 있다.

여기서, 수학식 1의 실효적 유전율(ε_eff)는 아래의 수학식 2와 같이 하우징(100) 유전율(ε_r)과 일반함수 K로 표현할 수 있다.

본 발명의 고속 케이블 커넥터에서 터미널 주위의 유전체는 공기와 하우징(100) 물질이 복합적으로 존재하기 때문에 유전율은 공기와 하우징(100) 물질을 함께 고려한 실효적 유전율이 사용되어야 한다.

따라서, 터미널 주위의 필드값들을 적분하여 터미널의 임피던스(Z0) 값을 도출한다. 터미널 주위의 필드값들을 적분하여 인덕턴스와 커패시턴스 등의 성분값을 추출하고, 이를 이용하여 터미널의 임피던스(Z0)값을 도출한다. 여기서, 필드값들을 적분하는 것은 타원 적분 이론을 적용하며, 이는 아래의 수학식 3 내지 수학식 7과 같다.

수학식 3에서 k는 터미널 폭(W)과 터미널 간격(S)만으로 연산되며, k'은 아래의 수학식 4와 같다.

또한, k₁은 아래의 수학식 5와 같이 연산할 수 있다.

수학식 2에서

는

의 범위와 k의 범위에 따라 아래의 수학식 6 및 수학식 7과 같이 연산한다.

전술된 구성에 따라, 본 발명에서 하우징 유전율(ε_r)이 3.4 이상 4.2 이하일 때, 플러그 터미널 폭과 플러그 간격의 비율은 아래의 수학식 8과 같이 2.533 이상 2.917 이하이다.

3.4≤ε_r≤4.2일 때

또한, 리셉터클 터미널 폭과 리셉터클 간격의 비율은 아래의 수학식 9와 같이 1.395 이상 1.425 이하이다.

3.4≤ε_r≤4.2일 때

한편, 본 발명에서 커넥터 양산성 고려를 위해서 리셉터클 터미널의 두께도 조절할 수 있다. 이와 같이, 리셉터클 터미널 두께(t) 변수를 추가할 경우, 리셉터클 터미널 두께(t)와 플러그 터미널 폭(W_plug) 또는 리셉터클 터미널 폭(W_receptacle)의 비율은 아래의 수학식 10과 같이 1초과 1.5 이하이다.

도 5는 본 발명에 따른 고속 케이블 커넥터가 적용되지 않았을 때 임피던스 결과 그래프이고, 도 6은 본 발명에 따른 고속 케이블 커넥터가 적용된 임피던스 결과 그래프이다.

도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 고속 케이블 커넥터가 적용되지 않은 기존의 케이블 커넥터는 특성 임피던스(TDR Impedance)가 0.1ns와 0.3ns 사이에서 스펙 아웃(Spec-out)되는 것을 볼 수 있다. 이는 임피던스 매칭이 되지 않아 90 내지 110옴(Ω)의 범위값을 갖는 특성 임피던스를 충족하지 못하는 것을 알 수 있다.

도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 고속 케이블 커넥터가 적용된 케이블 커넥터는 특성 임피던스(TDR Impedance)가 전 구간에서 90 내지 110옴(Ω) 범위를 벗어나지 않아 스펙을 충족하는 것을 볼 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 하우징(100) 물질의 유전율과 터미널의 폭 및 터미널 간의 거리 간의 관계를 통해 임피던스를 매칭시켜 고속 전송 스펙을 만족시킬 수 있다. 또한, 본 발명은 하우징(100) 물질의 유전율과 터미널 폭, 터미널 간의 거리에 터미널 두께도 함께 고려하여 제품 양산성을 향상시킬 수 있다.

이상에서는 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100: 하우징 200: 리셉터클 터미널
210: 제1 리셉터클 접지 터미널
220: 제1 리셉터클 데이터 터미널
230: 제2 리셉터클 데이터 터미널 240: 제2 리셉터클 접지 터미널
300: 플러그 터미널 310: 제1 플러그 접지 터미널
320: 제1 플러그 데이터 터미널
330: 제2 플러그 데이터 터미널 340: 제2 플러그 접지 터미널
400: 메탈 하우징

Claims

커넥터 연결 시 다수개의 플러그 터미널과 접속되는 다수개의 리셉터클 터미널의 접속부위와, 케이블과 연결되는 케이블 연결부위를 제외한 영역을 감싸는 형태이며, 상기 다수개의 리셉터클 터미널의 길이 방향으로 일부가 연장되어 하우징 플레이트를 형성하는 하우징과, 상기 하우징 플레이트의 일면과 타면에 각각 소정간격 이격되어 구비되어 상기 케이블 연결부위로 연장되어 노출된 다수개의 리셉터클 터미널, 및 상기 하우징을 감싸는 메탈 하우징을 포함하는 리셉터클 커넥터와,
상기 리셉터클 커넥터와 결합되어 데이터를 전송하며, 다수개의 플러그 터미널을 구비한 플러그 커넥터를 포함하며, 상기 다수개의 리셉터클 터미널은 상기 다수개의 플러그 터미널과 접속되되, 상기 다수개의 플러그 터미널보다 폭이 넓은 고속 케이블 커넥터에 있어서,
상기 하우징의 유전율은 3.4이상 4.2이하이며,
상기 다수개의 리셉터클 터미널 간의 간격(S_receptacle)과 다수개의 리셉터클 터미널 폭(W_receptacle)의 관계는,

이고,
상기 다수개의 플러그 터미널 간의 간격(S_plug)과 다수개의 플러그 터미널 폭(W_plug)의 관계는,

이며,
상기 리셉터클 터미널의 두께(t)와 상기 플러그 터미널 폭(W_plug) 또는 상기 리셉터클 터미널 폭(W_receptacle)의 관계는,

인 고속 케이블 커넥터.
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