KR20020058039A - 차동 신호 전기 커넥터 - Google Patents

차동 신호 전기 커넥터 Download PDF

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레카 도날드 지.
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Abstract

전기 소자(14, 16) 사이에서 복수의 차동 신호를 전송하는 전기 커넥터가 개시된다. 이 커넥터는 제 1 신호 경로와 제 2 신호 경로를 구비한 복수의 쌍의 신호 도체(102)를 구비한 모듈(18)로 이루어져 있다. 각각의 신호 경로는 접촉부 사이에서 뻗은 한쌍의 접촉부(116)를 가지고 있다. 각각의 쌍의 신호 도체에 대해서, 중간부 사이의 제 1 거리는 신호 도체의 쌍과 복수의 신호 도체의 다른 쌍과의 사이의 제 2 거리보다 작다. 경로지정성을 증가시키는 실시예가 도시된다.

Description

차동 신호 전기 커넥터{DIFFERENTIAL SIGNAL ELECTRICAL CONNECTORS}
본 발명은 전기 커넥터와 관련된 것이고, 더 상세하게는 마더 보드와 도터 보드사이의 또는 기타 전기 소자 사이에 차동 신호용 신호 경로를 제공하는 모듈 전기 커넥터에 관한 것이다.
특수 전기 커넥터가 상이한 전기 시스템의 소자를 접속시키기 위해 사용될 수 있다. 전형적으로, 이러한 전기 커넥터는 다수의 전기 신호를 일련의 도터 보드와 마더 보드 사이에 접속시킨다. 마더 보드와 도터 보드는 직각으로 접속된다. 전기 커넥터는 전형적으로 규격화되어 있다. 예를들어, 평평한, 평면 금속 리드 프레임은 다수의 신호 경로를 가지고 있고, 각각의 신호경로는 금속 리드 프레임의 플레인내에서 거의 직각으로 구부러진다. 신호 경로는 접지 경로를 제공하고, 신호 사이를 격리하는 평면 접지 플레이트를 포함하는 절연 하우징에 조립된다. 모듈은 기타 유사 모듈과 조립되어서 전기 시스템의 소자 사이의 다수의 신호를 접속시킬 수 있는 커넥터를 형성한다.
전형적으로, 커넥터는 예를들어, 마더 보드, 도터 보드, 또는 백 플레인과같은 인쇄 회로 기판에 부착된다. 인쇄회로기판상의 도전 트래이스는 신호가 커넥터의 사이와 전기 시스템을 지나는 경로가 지정될 수 있도록 커넥터의 신호 핀에 접속된다. 커넥터는 또한 예를들어, 인쇄회로 기판을 상호접속시키고, 인쇄회로 기판에 케이블을 연결시키는 등 다른 구조로도 사용된다.
전자 시스템은 점점 더 복잡해져 온 것이 일반적이다. 같은 공간에 증가된 수의 회로가 사용됨으로써 증가된 주파수로 동작한다. 이 시스템은 더 많은 데이터를 취급하고, 이들 전기 신호를 전기적으로 전송할 수 있는 전기 커넥터를 요구한다. 신호의 주파수가 증가함에 따라서 커넥터에 의해 생성되는 반사, 크로스-토크 및 전자기 방사와 같은 형태의 전기적인 노이즈의 가능성이 더 커졌다. 따라서, 전기 커넥터는 차동 신호 경로사이의 크로스-토크를 제어하고, 각각의 신호경로의 특성 임피던스를 제어하도록 설계된다. 전형적인 모듈에서 신호 반사를 감소시키도록, 신호 경로의 특성 임피던스는 신호 도체의 단면치수와 이 신호와 접지 도체사이에 위치된 절연물질의 유효 유전 상수는 물론이고, 이 경로의 신호 도체와 관련된 접지 도체 사이의 거리에 의해 결정되는 것이 일반적이다.
상이한 신호 경로사이의 크로스-토크는, 다양한 신호 경로를 서로 더 이격되고, 일반적으로 접지 플레이트인 실드 플레이트에 더 가깝도록 배열함으로써 제어될 수 있다. 이와 같이, 차동 신호 경로는 전자기적으로 접지 도체 경로에 더 연결되고, 서로간에는 거의 연결되지 않는다. 주어진 레벨의 크로스-토크에서, 신호 경로는 접지 도체와 충분한 전자기 결합이 유지될 때, 서로 더 가깝게 유지될 수 있다.
종래 실드를 사용하는 것이 Fujitsu, Ltd.의 1974년 2월 15일자 일본 특허 공보 제 49-6543 호에 개시된다. 미국 특허 제 4,632,476호 및 제 4,806,107호(모두 AT&T 벨 연구소에 양도되어 있다)에는 실드가 신호 접점의 열 사이에 사용되는 커넥터 설계가 개시되어 있다. 이 특허는 실드가 도터 보드 및 백 플레인 커넥터 모두의 신호 접점에 평행한 커넥터를 나타내고 있다. 미국 특허 제 5,429,520호, 제 5,429,521호, 제 5,433,617호 및 제 5,433,618호(모두 Framatome Connectors International에 양도되어 있다)는 유사한 방식을 나타낸다.
다른 모듈 커넥터 시스템이 미국 특허 제 5,066,236호 및 제 5,496,183호(모두 AMP, Inc에 양도되어 있다)에 개시되어 있고, 신호 접점의 하나의 열 및 접지 플레이트에 평행한 단일 플레인에 배열된 신호 경로를 구비한 전기 모듈을 나타낸다. 반대로, 본 특허에 참조로 포함된 미국 특허 제 5,795,191호에는 각각 상이한 접지 플레이트에 연결된 두개의 평행한 평면에 배열된 전기 신호 경로를 구비한 전기 모듈을 개시한다.
상기 전기 커넥터는 주로 단일 모드 신호(single-ended signal)에 관해 설계되어 있다. 단일 모드 신호는 신호가 되는 도체의 공통 접지 기준 세트와 관련된 전압으로 단일 신호 도전 경로를 통해서 전송된다. 이런 이유로 단일 모드 신호 경로는 공통 기준 도체에 존재하는 임의의 공통 모드 노이즈에 매우 민감하다. 우리는 이것이 더 높은 주파수 신호 경로의 수를 증가시켜서 시스템에 단일 모드 신호를 사용할 때, 심각한 제한을 나타낸다는 것을 알았다.
더욱이, 현존하는 고주파, 고밀도 커넥터는 종종 인쇄 배선 기판(PWS)의 커넥터 풋 프린트 부분을 통해서 경로가 지정될 수 있는 인쇄 회로 신호 트래이스의 폭과 수를 제한하는 부속 PWS의 구멍의 패턴과 사이즈를 요구한다.
우리는 인쇄 회로 백 플레인 상에서 주로, 커넥터 풋 프린트내의 구멍의 각각의 패턴, 행 또는 열사이에서 다양한 방향으로, 각각의 신호 레이어 다중 트래이스상의 경로를 지정하는 성능을 가지는 것이 매우 바람직하다는 것을 알았다. 우리는 또한, 더 높은 주파수의 백 플레인 어플리케이션에, 특히 긴 경로 길이에 대해서, 더 넓은 트래이스의 경로를 지정하는 성능이 도체의 손실을 감소시키기 위해 사용될 수 있다는 것을 알았다.
우리는 또한 차동 신호용 커넥터를 설계함으로써 크로스-토크를 더 잘 제어할 수 있다는 것을 알았다. 차동 신호는 소위 "차동 쌍(differential pair)"이라고 불리는 한쌍의 도전성 경로에 의해 나타내어지는 신호이다. 도전 경로사이의 전압 차는 신호를 나타낸다.
차동 쌍은 텔레폰 와이어와 같은 어플리케이션 및 일부 고속 인쇄 회로 기판에 공지되어 있다. 일반적으로, 차동 쌍의 두개의 도전성 경로는 각각 서로 가까이에서 뻗도록 배열된다. 전기 노이즈의 임의의 다른 소스가 차동 쌍에 전자기적으로 연결된다면, 그 쌍의 각각의 도전성 경로상에 미치는 영향은 동일할 것이다. 차동 쌍의 신호가 두개의 도전성 경로상의 전압의 차로 처리되기 때문에 차동 쌍의 두개의 도전성 경로에 연결된 공통 노이즈 전압은 신호에 영향을 미치지 않는다. 이는 차동 쌍이 단일 모드 신호 경로에 비해서 크로스-토크 노이즈에 덜 민감하게 한다. 우리는 차동 쌍을 이동시키기에 매우 적합한 전기 커넥터를 발명하였다.
더욱이, 차동 쌍의 두개의 도전성 경로가 대칭적이고, 균형잡힌 전기적인 특성을 가지는 것이 바람직하다. (도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이) 현재의 커넥터는 상이한 길이의 신호 경로를 가지기 때문에, 각각의 경로의 전기적인 지연은 동일하지 않고, 이는 스큐를 야기함으로써 차동 신호의 질을 저하시킬 수 있다. 균형잡힌 경로를 가진 차동 커넥터를 구비하는 것이 매우 바람직하다.
더욱이, 현재의 모듈 커넥터 소자와 호환가능한 차동 커넥터 모듈을 구비하는 것이 바람직하다. 다중 와이드 신호 트래이스와 향상된 경로지정성을 지원하는 회로 기판 구멍 패턴을 구비한 커넥터를 가지는 것이 바람직하다.
본 발명은 1997년 2월 7일에 출원된 미국 출원 제 08/797,537호인 "고속, 고밀도 전기 커넥터"의 일부 연속출원이다.
도 1은 모듈 커넥터의 세트가 마더 보드와 도터보드 사이에 조립된, 본 발명에 따른 시스템의 사시도,
도 2는 신호 경로가 동일하게 이격되어 있고 차동 쌍내에 정렬되어 있지 않은, 모듈 전기 커넥터의 어셈블리에 사용될 수 있는 종래 기술의 신호 경로 금속 리드 프레임의 개략도,
도 3은 신호 경로가 단일 플레인 내에서 차동 신호 도체의 쌍에 정렬된 모듈 커넥터의 구조에 사용되는 신호 경로 금속 리드 프레임의 개략도,
도 4는 신호 경로가 단일 플레인내의 차동 신호 도체의 쌍에 정렬된 모듈 커넥터의 구조에 사용되는 신호 경로 금속 리드 프레임의 다른 실시예의 개략도,
도 5는 접지 플레이트의 접촉부가 신호 경로 금속 리드 프레임의 접촉부사이에서 뻗을 수 있는 도 4의 신호 경로 금속 리드 프레임과 함께 사용될 수 있는 접지 플레이트의 사시도,
도 5A는 도 5의 접지 플레이트를 포함하는 핀 헤더의 사시도,
도 6은 신호 경로가 두개의 평행한 플레인에 정렬되어 있고, 하나의 플레인내의 각각의 신호 경로는 제 1 접지 플레이트(도시생략)와 도전적으로 연결되고, 다른 플레인내의 각각의 신호 경로는 제 2 접지 플레이트(도시생략)와 연결된, 종래의 기술에 따른 신호 경로 배열의 사시도,
도 7은 신호 경로가 두개의 평행한 플레인에 배열된 차동 신호 도체의 쌍에 배열된 신호 경로의 다른 실시예의 사시도,
도 8은 신호 경로가 두개의 평행한 플레인에 배열된 한쌍의 차동 신호 도체를 따라서 배열된 신호 경로의 또 다른 실시예의 정면도,
도 9는 도 8의 신호 경로의 측면도,
도 10은 균형잡힌 전기적인 특성을 가진 커넥터 모듈의 개략도,
도 11A는 종래의 기술의 회로 기판 신호 론치를 도시한 도면, 및
도 11B는 개선된 회로 기판 신호 론치를 도시한 도면.
본 발명의 일 태양은 전기 소자 사이에서 복수의 차동 신호를 전송하는 전기 커넥터 모듈이다. 이 모듈은 제 1 신호 경로와 제 2 신호 경로를 가진 복수의 쌍의 신호 도체를 구비하고 있다. 각각의 신호 경로는 신호 경로의 각각의 단부에 접촉부 및 접촉부 사이에서 뻗어 있는 중간부를 구비하고 있다. 각각의 쌍의 신호 도체에 대해서, 중간부 사이의 제 1 거리는 한 쌍의 신호 도체와 복수의 임의의 다른 쌍의 신호 도체 사이의 제 2 거리보다 작다.
본 발명의 기타 태양은 전기 소자사이에서 차동 신호를 도전시키는 전기 커넥터 모듈이고, 이 커넥터 모듈은 엣지에서 끝나는 대향하는 측을 구비하고 있다. 이 모듈은 차동 신호에 연결하기에 적합한 한쌍의 신호 도체를 포함한다. 이 도체는 모듈에 설치된다. 각각의 컨덕터는 모듈의 엣지를 따라서 측방으로 이격된 접촉부를 가지고 있다. 한 쌍의 커넥터의 표면부는, 모듈의 측부를 지나 뻗는 방향으로실질적으로는 덮도록 접촉부로부터 모듈을 지나 뻗어 있다.
본 발명의 각각의 실시예는 일 이상의 하기의 이점을 포함할 수 있다. 각각의 차동 신호의 임피던스는 정합된다. 차동 신호 도체의 쌍의 각각의 신호 경로는 동일한 전기적인 길이를 갖는다. 다른 쌍으로부터 각각의 쌍의 차동 신호 커넥터의 스페이싱은 커넥터내의 크로스-토크를 감소시킨다. 차동 신호 커넥터의 쌍은 접지 플레이트에 연결되어서 다른 쌍의 차동 신호 커넥터가 크로스-토크를 유도하지 않고, 신호 경로에 더 가깝게 위치되게 할 수 있다. 실드 플레이트의 일부는 차동 신호 도체의 쌍의 각각의 사이에 뻗을 수 있다. 각각의 쌍의 차동 신호 도체내의 노이즈는 감소된다. 신호 트래이스의 경로 지정은 효율적이다. 접지 접촉부는 신호 도체의 접촉부 사이에서 뻗어서, 신호 트래이스가 경로지정 채널을 지나는 직접경로내에서 뻗도록 할 수 있다. 경로 채널은 폭이 넓어지고 더 곧게 뻗을 수 있다.
도 1을 참조하면, 전기 시스템(10)은 백 플레인(14)을 도터 보드(16)에 접속하는 모듈 커넥터(12)를 포함한다. 커넥터(12)는 전기 신호의 세트, 차동 신호,비-차동 신호 또는 두가지 타입 모두 신호를 접속시킬 수 있는 복수의 커넥터 모듈(18)을 포함한다.
예를들어, 전기 커넥터 모듈(18)이 도시된 바와 같이 조립되면, 마더 보드(14)와 도터 보드(16)와 같은 시스템(10)의 전기 소자사이에서 한쌍의 차동 전기 신호를 도전시킬 수 있다. 각각의 커넥터 모듈(18)은 평행하게 배열된 대향하는 측면(20, 22)을 구비한다. 그 측면(20, 22)은 각각 커넥터 모듈(18)의 엣지(24)에서 끝난다. (도시된 바와 같이, 엣지(24)는 평면의 표면부(28)이다. 그러나, 다른 구성이 가능하다.) 접속핀(28)의 세트는 엣지(24)로부터 뻗어 있다. 실드(도시생략)는 모듈(18) 사이에 위치될 수 있다.
바람직한 실시예에서 각각의 모듈(18)의 개구부(19)는 일정하게 이격되어 있다는 것에 주목해야 한다. 유사하게, 접촉 테일(28)은 일정하게 이격된다.
도 2를 참조하면, 금속 리드 프레임(50)는 커넥터 모듈(18)에 사용하기 위한 여덟개의 비-차동 신호 경로(52a~52h)를 나타낸다. 금속 리드 프레임(50)은 전기 커넥터 모듈(18)의 조립이전에 및 조립동안에 신호 경로(52a~52h)를 지지하는 캐리어 스트립(56)을 포함하며, 가는, 금속의 평면부재로 스탬프되어 있다. 신호 경로(52a~52h)가 완전히 전기 커넥터 모듈(18)에 통합될 때, 지지부(56)는 신호 경로(52a~52h)로부터 접속해제되고, 각각의 신호 경로(52a~52h)는 다른 경로(52a~52h)로부터 접속해제된다. 1997년 2월 7일에 출원된 미국 특허 출원 제 08/797,540호인 고속, 고밀도 전기 커넥터에는 금속 리드 프레임(50)을 포함하고 있는 전기 커넥터가 개시되어 있다. Teradyne Inc.에게 양도된 미국 출원 제08/797,540호는 본발명에 참조로서 포함된다.
도 3을 참조하면, 모듈(18)에 사용되는 유사한 금속 리드 프레임(100)은 여덟개의 신호 경로(102a~102h)를 나타낸다. 그러나, 경로(102a~102h)는 네개의 차동 신호 도체(104a~104d)로 그룹지어진다. 금속 리드 프레임(100)은 전기 커넥터 모듈(18)의 조립이전에 및 조립동안에 신호 경로(102a~102h)를 지지하는 가는 금속 평면 부재로 스탬프된다. 신호 경로(102a~102h)가 완전히 전기 커넥터 모듈(18)에 통합될 때, 지지부(106)는 신호 경로(102a~102h)로부터 접속해제되고, 각각의 신호 경로(102a~102h)는 다른 경로(102a~102h)로부터 접속해제된다.
각각의 신호 경로(102a~102h)중 하나는 한쌍의 접촉부(112, 114) 및 접촉부 사이의 중간부(116)를 포함한다. 접촉부(112, 114)는 시스템(10)의 전기 소자에 모듈(18)을 접속시키는 접속핀이다. 접촉부(112)는 두개의 평행한 부재로 도시되어 있다. 이들 부재는 접혀져서 종래기술과 같이 박스의 형태를 이루고 있다. 박스 접촉부는 백 플레인으로부터의 핀(21)의 소켓 역할을 한다. 그러나, 많은 형태의 분리 가능한 접촉 영역이 공지되어 있으므로 본 발명에는 중요하지 않다.
본 실시예에서, 신호 경로(102a~102h)의 접촉부(112)는 금속 리드 프레임(100)의 엣지(118)를 따라서 측방으로 동일 간격을 두고 이격되어 있다. 바람직한 실시예에서, 스페이싱은 .030"이다. 전형적으로, 시스템(10)의 일부에 접촉될 때, 측방 스페이싱은 세로 방향이다. 접촉부(112, 114) 모두 모듈(18)의 하우징(32)으로부터 뻗어있다. 모듈(18)의 외부 구조는 차동 신호를 도전시키도록 특별히 설계되어 있지는 않은 다른 모듈과 동일하다. 따라서, 모듈(18)은 다른 모듈과 교환 가능하고, 커넥터(12)는 커넥터(12)가 차동 및 비-차동 신호 모두를 도전시킬 수 있게 하는 다양한 타입의 모듈로 구성되어 있다.
각각의 신호 경로(102a~102h)의 중간부(116)는 단일 플레인(120)에 정렬되어 있고, 전형적으로는 수직플레인이다. 따라서, 도체의 쌍(104a~104d)의 각각의 중간부(116)의 표면부(118)는 실질적으로 수직 플레인상에 놓인다.
각각의 신호 경로(102a~102h)는 차동 신호 도체(104a~104h)의 쌍내의 제 2 신호 경로(102a~102h)와 연결된다. 예를들어, 신호 경로(102a, 102b)는 차동 신호 도체(104a)의 쌍을 성형하고; 신호 경로(102c, 102d)는 차동 신호 도체(104b)의 쌍을 성형하고; 신호 경로(102e, 102f)는 차동 신호 도체(104c)의 쌍을 성형하고; 신호 경로(102g, 102h)는 차동 신호 경로(104d)의 쌍을 성형한다. 각각의 차동 신호 도체(104a~104d)의 각각의 신호경로(102a~102h)는 쌍(104a~104d)의 대응하는 신호 경로(104a~104d)에 연결된다. 차동 신호 도체(104a~104d)의 쌍의 사이의 거리(108)가 인접한 차동 신호 도체(104a~104d)의 쌍 사이의 거리(110)에 비해서 작기 때문에 커플링이 생긴다. 신호 도체(104a~104d)의 쌍의 중간부(116)는 차동 임피던스를 유지하는 동안 가능한 한 서로 가깝게 배치된다. 각각의 쌍(104a~104d)의 중간부(116)중의 하나는 쌍(104a~104d)의 다른 중간부(116)를 향해서 구부러진 곡선부(122, 124)를 가지고 있다. 곡선부(122, 124)사이에, 도체의 쌍(104a~104d)은 대부분의 중간부(116)와 함께 경로가 성형되어 있다.
곡선부(122, 124)는 각각의 쌍(104a~104d)의 중간부(116)사이의 거리(108)를 감소시키고, 인접하는 쌍(104a~104d)사이의 거리(110)를 증가시켜서 쌍(104a~104d)의 각각의 중간부(116)의 길이를 동일하게 한다. 이 구성은 차동 신호의 신호 보전을 향상시키고 차동 신호의 쌍(104a~104d)사이의 크로스-토크를 감소시키고, 신호 스큐를 감소시킨다.
기타 실시예는 본 발명의 범주내에 있다.
예를들어, 도 4를 참조하면, 금속 리드 프레임(100)은 여덟개가 아닌 여섯개의 신호 경로(202a~202f)를 포함하고 있다. 신호 경로는 세개의 쌍(204a~204c)으로 배열되어 있다. 본래, 금속 리드 프레임(200)은 두개의 신호 경로(102c, 102f)의 동등물이 제거된 것을 제외하면 금속 리드 프레임(100)과 동일하다. 나머지 트래이스는 상술한 바와 같이, 쌍을 이루는 신호 경로의 중간부사이의 스페이싱이 접촉부 사이의 스페이싱보다 더 작게, 정렬되어야 한다. 신호 경로(102c, 102f)에 의해 비워진 두개의 스페이스(208, 210)는 접촉부사이에 놓인다.
도 5를 참조하면, 접지 플레이트(220)는 본체(230), 탄성 접촉 탭(224) 및 접촉부(226, 228)를 포함한다. 접지 플레이트(220)는 접지 플레이트(23; 도 1)의 위치에 사용될 것이고, 특히 도 4의 실시예와 연관된다.
커넥터(12)가 커넥터(13)와 완전히 조립되고, 완전히 끼워졌을 때, 접지 플레이트(222)는 신호 경로(202a~202f)와 평행하다. 접촉부(226, 228)는 신호 경로(202a~202f)의 접촉부(212)와 정렬된다. 접촉부(226, 228)는 본체(230)와 직각을 이루고, 대응하는 스페이스(208, 210)내에서 접촉부(212)사이에서 뻗어 있다.
도 5A는 실드 부재(220)를 포함하고 있는 백 플레인 모듈(13')을 도시하고 있다. 신호 핀(521)의 열이 존재한다. 각각의 열은 여섯개의 쌍이 되는접촉부(212)에 대응하는 여섯개의 신호 핀(521)을 포함한다. 백 플레인 커넥터(13')에는 스페이스(208, 210; 도 4)에 대응하는 신호핀은 존재하지 않는다. 오히려 접촉부(226, 228)가 스페이스(208, 210)에 대응하는 스페이스에 삽입된다. 결과적으로, 각열에는 여섯개의 접촉 테일-여섯개는 신호 핀(521)에 대응하고, 두개는 부가된 접촉 테일(226, 228)이다-이 있다. 접촉 테일 사이의 스페이싱은 도 5A에 치수(P)로 도시된 바와 같이 일정하다.
접촉 테일을 이렇게 배열한다는 것은 인접한 열과의 사이의 스페이싱이 치수(D)라는 것을 의미한다. 스페이싱(D)은 인접한 열내의 신호 쌍(521)사이의 스페이싱을 나타낸다.
반대로, 백 플레인 커넥터(13;도 1)에서, 신호 핀용 접촉 테일의 열 사이의 스페이스에는 실드 플레이트용 접촉테일이 있다.
백 플레인 커넥터가 백플레인에 부착될 때, 구멍은 각각의 접촉 테일에 대해 형성되어야 한다. 신호 트래이스가 구멍부근의 백플레인으로 경로지정될 수는 없다. 따라서, 백 플레인을 가로지르는 신호 트래이스를 이격시키기 위해, 접촉 테일의 열 사이의 스페이스에 트래이스가 지나는 것이 일반적이다. 도 5A의 실시예에서, 스페이싱(D)은 신호 트래이스용 와이드 라우팅 채널을 나타낸다. 이와 같이, 신호 트래이스가 더 넓어져서 손실을 더 줄일 수 있다. 트래이스는 신호 접촉 테일사이의 채널내의 접지 구멍주위를 찌르면(jog) 안되기 때문에, 곧게 뻗도록 되어야 한다. 트래이스가 곧게 뻗도록 함으로써, 임피던스의 불연속성이 더 적어지고, 상기 임피던스의 불연속성은 반사를 생성하기 때문에 바람직하지 않은 것이다. 이러한 특성은 특히 고주파 신호를 전송하는 시스템에 유용하다. 대안적으로, 더 많은 트래이스가 각각의 레이어에 경로지정될 수 있고, 이에 따라서, 많은 수의 레이어를 감소시켜서 비용을 절감시킨다.
도 6을 참조하면, 모듈 전기 커넥터에서 사용되는 종래의 기술의 신호 경로(300a~300h)의 세트는 두개의 상이한 평행 플레인(320, 322)을 따라서 정렬된 중간부(302)를 구비하고 있다. 중간부의 절반은 각각의 대응하는 플레인을 따라서 정렬된다. 접촉부(314)는 제 3 의 중앙 플레인에 정렬된다. 접촉부(312)는 분리된 플레인에 놓이고, 제 3 중앙 플레인과 정렬된다. 이와 같이 완전히 조립되었을 때, 각각의 중간부(302)는 신호 경로(300a~300h)보다 접지 플레이트에 더 가깝게 놓인다.
도 7을 참조하면, 도 6의 신호 경로는 차동 신호 도체(304a~304d)의 세트를 제공하기에 적합하다. 쌍(304a~304d)의 각각의 도체는 한쌍의 접촉부(332, 334) 및 접촉부(332, 334)사이에 뻗어 있는 중간부(336, 337)를 포함한다. 각각의 중간부(336, 337)의 쌍은 다른 대응하는 표면(338, 339)을 오버레이하고 있는 대응하는 표면(338, 339)을 가지고 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 표면(338, 339)은 전기 접속 모듈(303)의 측부(326, 328)를 지나 뻗는 방향으로 서로 오버레이되어 있다. 이와 같이, 도 3의 수직 방향으로 오버레이하는 면을 가진 쌍(104a~104d)에 비해서, 쌍(304a~304d)은 수직방향으로 오버레이하는 면(338, 339)을 가진다(쌍(104a~104d)과 쌍(304a~304d)은 비교되고, 표면(338)은 수평방향이외의 방향으로 오버레이될 수 있다).
그러나, 도 6에 도시된 경로(300a~300h)와는 다르게, 각각의 쌍(304a~304d)의 중간부(336)는 접지 플레이트나 다른 신호 도체(304a~304d)의 쌍보다는 각각 쌍(304a~304d)의 대응하는 중간부(337)에 더 가깝게 놓인다. 따라서, 도체(304a~304d)의 각각의 쌍이 쌍(304a~304d)의 대응하는 도체에 커플되어서 노이즈를 감소시킨다.
신호 접촉부의 차동 쌍은 도시되지 않은 절연 하우징에 유지되는 것이 바람직하다. 접촉부는 도 7에 도시된 바와 같이 유지되어서, 접촉부의 중간부 주위에 절연물질이 성형될 수 있다. 접촉부재의 적절한 위치 선정을 위해, 플라스틱 캐리어 스트립이 일 플레인상의 접촉부재 주위에 성형될 수 있다. 이후에, 다른 접촉부재상의 접촉부재는 캐리어 스트립 상에 오버레이될 수 있다. 이후에, 추가적인 절연물질이 전체 하위 부품상에 성형될 수 있다.
도 7에 도시된 구성에서 접촉부재 주위에 절연 하우징을 성형하는 대안의 방법은 하우징을 두개의 상호결합 부품으로 하우징을 성형하는 것이다. 일 부품은 일 플레인에 신호 접촉부를 포함하는 것이다. 다른 부품은 다른 플레인상에 신호 접촉부를 포함할 것이다. 두개의 부품은 서로 스냅되어서 도 7에 도시된 바와 같이 위치된 신호 접촉부와 모듈을 성형한다. 제조기술은 미국 특허 제5, 795,191호에 개시되어 있다(이는 본 발명에 참조로서 포함된다). 그러나, 이 미국특허에는 하위부품의 두개의 부품에서 신호 접촉부의 중간부의 위치선정의 중요성은 개시되어 있지 않아서, 두개의 부품이 조립될 때, 신호 접촉부는 오버레이되어서 차동 쌍을 생성할 것이다.
도 8 ~ 도 9를 참조하면, 신호 경로의 대안의 배열은 신호 도체(304';여기서는 한쌍만 도시되어 있다)의 쌍을 포함한다. 도 6의 신호 경로(300a~300h)와 유사하게, 쌍의 각각의 도체(304')는 모듈(303')의 대응하는 측(326, 328)을 향해서 뻗어있다. 그러나, 신호 경로(300a~300h)와는 다르게, 신호 도체(304')의 쌍의 표면(318')은 각각 조그(jog)되어서 모듈(303')의 측부(326, 328)에 직교하는 방향으로 오버레이하는 표면(338', 339')을 가진다. 이와 같이, 도 3, 4, 7의 도체의 쌍과 같이, 도체(304')사이의 거리는 도체의 쌍(304')로부터 다른 유사한 도체의 쌍까지의 거리보다 작다. 또한, 도 6의 접촉부(312)와 유사하게, 접촉부(312', 314')는 모두 제 3 중앙 플레인에 놓인다. 이에 비해, 도 7에 도시된 접촉부(332)와 도 6에 도시된 접촉부(314)는 두개의 상이한 플레인에 놓인다.
다른 대안으로, 실드 플레이트가 상술한 바와 같이 차동 커넥터 모듈과 함께 사용될 필요는 없다.
도 10은 차동 커넥터 모듈(510)용 대안의 실시예를 나타낸다. 상술한 바와 같이, 신호 접촉부를 포함하는 리드 프레임은 리드 프레임의 중간부 주위에 플라스틱(511)을 성형함으로써 모듈로 성형된다. 도 10의 모듈에서, 윈도우(512A, 512B, 512C)는 각각의 쌍의 긴 리드상의 플라스틱에 놓여진다. 이들 윈도우는 각각의 쌍의 리드를 지나는 신호의 딜레이를 동일하게 하는 역할을 한다. 공지된 바와 같이, 신호가 도체를 투과할 때의 속도는 도체를 둘러싼 물질의 유전 상수에 비례한다. 공기는 플라스틱과는 상이한 유전 상수를 가지고 있기 때문에, 플라스틱으로 인해 긴 리드상의 윈도우를 떠나는 신호는 더 빨라진다. 그 결과, 신호가 긴 리드를 지나는 시간과 그 쌍인 짧은 리드를 지나는 시간은 동일하다.
각각의 윈도우(512A...512C)의 길이는 긴 다리와 그 쌍이 되는 짧은 다리와의 길이의 차에 따른다. 이와 같이, 윈도우의 크기는 각각의 쌍에 대해 차이가 있을 수 있다. 또한, 여러 윈도우가 한쌍에 포함될 수 있다. 더욱이, 윈도우가 공기로 채워질 필요는 없다. 윈도우는 나머지 플라스틱(511)과는 상이한 유전 상수를 가진 물질로 이루어져 있다. 예를들어, 낮은 유전상수를 가진 플라스틱은 윈도우 영역내의 각각의 쌍의 긴 접촉부의 일부위에 성형된다. 이후에, 더 높은 유전 상수를 가진 플라스틱이 그 위에 성형되어서 플라스틱 하우징(511)을 형성한다. 또한, "윈도우"가 도전 신호 접촉부의 표면으로의 모든 길로 뻗을 필요는 없다. "윈도우"는 부분적으로는 플라스틱으로 채워져 있고, 부분적으로는 공기로 채워져 있어서, 긴 다리상의 물질의 유효 유전 상수를 낮추는 효과가 있다.
유전 물질내에 윈도우를 위치시키는 것의 한가지 결점은 윈도우 밑의 영역의 신호 접촉부의 임피던스도 변화시킨다는 것이다. 신호 접촉부에 따른 임피던스의 변화는 신호의 변화가 불연속적으로 발생하기 때문에, 종종 바람직하지 못하다. 이 문제를 해결하기 위해, 다른 조정이 행해져서 신호 도체의 길이에 따라 임피던스를 일정하게 유지할 수 있다. 임피던스를 일정하게 유지할 수 있는 한가지 방법은 신호 도체의 폭을 변화시키는 것이다. 도 10에는 일 영역에는 T1의 폭을 가지고, 다른 영역에는 더 넓은 T2의 폭을 가지는 신호 도체가 도시되어 있다. 정확한 치수가 선택되어서, 두 영역 사이의 상대적인 유전 상수에 기초해서 임피던스를 정합시킨다.윈도우 영역의 신호 접촉부의 폭을 바꾸는 기술은 윈도우가 커넥터 내에 형성되어 있는지 및 딜레이를 지연시키기 위해 형성된 윈도우에 제한은 없는지에 상관없이 유용하다. 예를들어, 일부 종래의 기술의 커넥터는 모든 신호 접촉부의 실제부분상에 윈도우를 사용해서 모든 신호 접촉부의 임피던스를 증가시킨다.
도 11A 및 도 11B는 차동 커넥터의 효과를 증대시키기 위해 사용될 수 있는 대안의 실시예를 나타낸다. 도 11A는 커넥터가 부착되는 백플레인(600)의 일부를 나타내고 있다. 백 플레인(600)의 내부에는 구멍(602)의 열이 있다. 커넥터의 접촉 테일은 이들 구멍에 삽입되어서 커넥터를 백플레인에 고정시킨다. 일 이상의 접지플레인 레이어(604)가 백 플레인(600)에 포함된다. 이 접지 플레인 레이어는 노출된 영역(606)을 남기도록 구멍에 형성된 접속부와 쇼트되지 않도록 구멍주위에 위치되지 않는다. 그러나, 도 11A에 도시된 종래의 기술의 구성에는 구멍(602)사이에 접지 플라스틱 물질이 배치되어 있다. 도 11B에는 차동 커넥터와 함께 사용되기에 적합한 백플레인 인쇄회로기판이 도시되어 있다. 접지 플레인 레이어(604)는 차동쌍을 형성하는 구멍(602)주위의 노출영역에 남도록 배치된다. 이런식으로, 차동 쌍의 두개의 구멍 사이에는 접지 영역이 존재하지 않는다. 결론적으로, 차동쌍의 두개의 도전성 소자 사이에 연결된 공통모드는 개선된다.
또한, 개수 및 치수는 주어질 것이라는 것을 이해할 것이다. 이들 개수는 단지 설명을 위한 것으로 본 발명을 한정하려는 것은 아니다. 예를들어, 6 및 8의 열을 가진 커넥터가 나타내어 진다. 그러나, 편의에 따라서는 임의의 수의 열이 만들어질 수 있다.
또한, 실드 플레이트가 사용될 수 있는 것으로 설명되었다. 플레이트 형상이 아닌 접지 부재도 사용될 수 있다. 접지부재는 도전성 소자의 쌍 사이에 배치될 수 있다. 게다가, 실드가 평판형일 필요는 없다. 상세하게는 도 3 및 도 4에는 차동 쌍 사이에 공간이 있는 커넥터 구조가 도시되어 있다. 차동 쌍 사이의 이격성을 증가시키기 위해, 실드 플레이트밖의 탭은 절단될 수 있고, 쌍 사이의 이격성을 더 증가시키기 위해 플레이트의 플레인밖으로 구부러질 수 있다.
또한, 본 발명이 직각으로, 프레스 고정되는 핀 및 소켓 커넥터로 나타나 있다는 것을 이해할 것이다. 본 발명은 단순히 직각 어플리케이션에 사용될 수 있는 것은 아니다. 스태킹 또는 메저닌 커넥터에 사용될 수 있다. 본 발명이 압력 고정식 커넥터에 한정되는 것은 아니다. 더욱이, 본 발명은 핀 소켓 스타일 커넥터에 한정되는 것도 아니다. 다양한 접촉 구성이 공지되어 있어서 본 발명은 다른 접촉구성에 사용될 수 있다.

Claims (33)

  1. 전기 소자 사이에 한쌍의 차동 신호를 도전시키는 전기 커넥터 모듈에 있어서, 상기 전기 커넥터 모듈은 엣지를 따라 경계지어진 대향하는 측부을 구비하고 있고, 상기 모듈은:
    모듈에 설치된, 차동 신호의 쌍에 연결하기에 적합한 한쌍의 신호 도체를 포함하고, 상기 도체 각각의 하나는 대응하는 접촉부를 가지고 있고, 상기 도체의 접촉부는 모듈의 엣지를 따라서 측방으로 이격되고, 도체의 쌍의 표면부는 실질적으로 모듈의 측부를 지나 뻗는 방향으로 오버레이되며 접촉부로부터 모듈을 지나는 것을 특징으로 하는 전기 커넥터 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 측부는 평행하고, 그 방향은 측부에 수직인 것을 특징으로 하는 커넥터 모듈.
  3. 제 1 항에 있어서, 쌍을 이루는 신호 도체는 동일한 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 커넥터 모듈.
  4. 제 1 항에 있어서, 쌍을 이루는 신호 도체는 신호 도체의 쌍의 전체 길이를 따라서 트랙되어 있는 것을 특징으로 하는 커넥터 모듈.
  5. 제 1 항에 있어서, 신호 도체의 접촉부는 동일거리만큼 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 커넥터 모듈.
  6. 제 1 항에 있어서, 쌍을 이루는 신호 경로의 적어도 일부는 차동 신호의 세트에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 커넥터 모듈.
  7. 제 1 항에 있어서, 신호 도체의 쌍에 인접하도록 정렬되고, 신호 도체의 쌍으로 부터 이격된 실드 플레이트를 더 포함하고, 상기 실드 플레이트는 공통 접지 신호 경로를 제공하는 것을 특징으로 하는 커넥터 모듈.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 실드 플레이트의 일부를 따라서 뻗는 절연부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 커넥터 모듈.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 절연부재는 실드 플레이트 및 신호 도체의 쌍의 외부의 하우징인 것을 특징으로 하는 커넥터 모듈.
  10. 전기 소자 사이에서 복수의 차동 신호를 전송하는 전기 커넥터 모듈에 있어서, 상기 커넥터 모듈은:
    복수의 쌍의 신호 도체를 포함하고,상기 각각의 쌍은 제 1 신호 경로 및 제 2 신호 경로를 구비하고, 각각의 신호 경로는 한쌍의 접촉부 및 접촉부 사이에 뻗어 있는 중간부를 포함하고,
    각각의 신호 도체의 쌍에 대해서, 중간부 사이의 제 1 거리는 신호 도체의 쌍과 복수의 신호 도체의 다른 쌍과의 사이의 제 2 거리보다 작은 것을 특징으로 하는 전기 커넥터 모듈.
  11. 제 10 항에 있어서, 각각의 제 1 신호 경로의 중간부는 제 1 플레인에 정렬되고, 각각의 제 2 신호 경로의 중간부는 제 1 플레인으로부터 이격된 제 2 플레인에 정렬된 것을 특징으로 하는 커넥터 모듈.
  12. 제 10 항에 있어서, 각각의 제 1 신호 경로의 중간부와 각각의 제 2 신호 경로의 중간부는 플레인내에 정렬되어 있는 것을 특징으로 하는 커넥터 모듈.
  13. 제 10 항에 있어서, 각각의 신호 도체의 쌍의 중간부는 동일한 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 커넥터 모듈.
  14. 제 10 항에 있어서, 신호도체의 각각의 쌍의 중간부는 중간부 전체의 길이를 따라서 트랙되어 있는 것을 특징으로 하는 커넥터 모듈.
  15. 제 10 항에 있어서, 쌍이 되는 신호 경로의 적어도 일부는 차동 신호의 세트에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 커넥터 모듈.
  16. 제 10 항에 있어서, 신호 도체의 쌍으로부터 이격된 실드 플레이트를 더 포함하고, 상기 실드 플레이트는 공통 접지 신호 경로를 제공하는 것을 특징으로 하는 커넥터 모듈,
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 실드 플레이트는 본체 및 탭을 더 포함하고, 상기 탭은 적어도 두쌍의 신호도체 사이에서 본체로부터 뻗어 있는 것을 특징으로 하는 커넥터 모듈.
  18. 제 16 항에 있어서, 상기 실드 플레이트는 본체 및 본체로부터 뻗어 있는 접지 접촉부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 커넥터 모듈.
  19. 제 18 항에 있어서, 접지 접촉부는 신호 경로의 접촉부에 인접해 있는 것을 특징으로 하는 커넥터 모듈.
  20. 제 18 항에 있어서, 접지 접촉부는 접촉부 사이에 뻗어 있는 것을 특징으로 하는 커넥터 모듈.
  21. 제 18 항에 있어서, 접지 접촉부는 두개의 신호 경로의 인접 접촉부 사이에 뻗어 있는 것을 특징으로 하는 커넥터 모듈.
  22. 제 16 항에 있어서, 실드 플레이트는 본체와 탄성 탭을 더 포함하고, 상기 탄성 탭은 본체에 접속되는 단부를 포함하고, 절연 탭은 본체로부터 뻗어 있는 것을 특징으로 하는 커넥터 모듈.
  23. 제 22 항에 있어서, 탄성 탭은 단부 사이에 곡선 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 커넥터 모듈.
  24. 제 16 항에 있어서, 실드 플레이트의 일부를 따라서 뻗어 있는 절연 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 커넥터 모듈.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 절연부재는 실드 플레이트 및 복수의 신호 도체의 외부의 하우징인 것을 특징으로 하는 커넥터 모듈.
  26. 전기 소자 사이에 복수의 차동 신호를 전송하는 전기 커넥터 모듈에 있어서, 상기 커넥터 모듈은:
    복수의 신호 도체의 쌍을 포함하고, 각각의 쌍은 제 1 신호 경로 및 제 2 신호 경로를 구비하고, 각각의 신호 경로는 한쌍의 접촉부 및 접촉부 사이에서 뻗어 있는 중간부를 구비하고 있고,
    각각의 신호 도체의 쌍에 대해, 중간부 사이의 제 1 거리는 신호 도체의 쌍과 복수의 신호 도체의 임의의 다른 쌍과의 사이의 제 2 거리보다 작고,
    각각의 제 1 신호 경로의 중간부와 상기 쌍의 각각의 제 2 신호 경로의 중간부는 단일 플레인에 정렬되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 커넥터 모듈.
  27. 전기 소자 사이에 복수의 차동 신호를 전송하는 전기 커넥터 시스템에 있어서, 상기 커넥터 시스템은:
    각각 제 1 신호 경로 및 제 2 신호 경로를 구비하고, 각각의 신호 경로는 한쌍의 접촉부를 구비하고 있는 복수의 신호 도체의 쌍;
    신호 도체의 쌍으로부터 일정거리 이격되고, 공통 접지 신호 경로를 형성하는 실드 플레이트;
    상기 실드 플레이트의 일부를 따라서 뻗어 있는 절연부재;를 포함하고 있는 커넥터 모듈,
    전기 접촉부의 제 1 부분은 신호 접촉을 제공하고, 전기 접촉부의 제 2 부분은 접지 접촉을 제공하고, 전기 접촉부의 제 1 부분은 접촉부에 접촉되고, 전기 접촉부의 제 2 부분은 실드 플레이트에 접촉되는 열로 배열된 복수의 전기 접촉부,
    상기 복수의 신호 트래이스를 포함하고, 복수의 신호 트래이스의 각각의 신호 트래이스는 대응하는 신호 도체에 접속되어 있는 상기 전기 접촉부의 열에 인접하고, 열을 따라서 뻗어 있는 전기 신호 경로 채널,을 포함하고 있는 인쇄 회로 기판,을 포함하고,
    각각의 신호 도체의 쌍에 대해, 중간부 사이의 제 1 거리는 신호 도체의 쌍과 복수의 신호 도체의 다른 쌍과의 사이의 제 2 거리보다 작은 것을 특징으로 하는 전기 커넥터 시스템.
  28. 제 27 항에 있어서, 각각의 제 1 신호 경로의 중간부는 제 1 플레인에 정렬되고, 각각의 제 2 신호 경로의 중간부는 제 1 플레인으로부터 이격된 제 2 플레인에 정렬된 것을 특징으로 하는 커넥터 시스템.
  29. 제 27 항에 있어서, 각각의 제 1 신호 경로의 중간부와 각각의 제 2 신호 경로의 중간부는 플레인에 정렬되어 있는 것을 특징으로 하는 커넥터 시스템.
  30. 제 27 항에 있어서, 신호 트래이스는 열을 따라서 직선으로 뻗어 있는 것을 특징으로 하는 커넥터 시스템.
  31. 제 27 항에 있어서, 복수의 커넥터 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 커넥터 시스템.
  32. 제 31 항에 있어서, 복수의 각각의 커넥터 모듈은 복수의 다른 커넥터 모듈에 직접 인접해서 배치되는 것을 특징으로 하는 커넥터 시스템.
  33. 절연 하우징 및 복수의 전기 커넥터 모듈 및 복수의 전기 커넥터 모듈 사이에 전기 도전성 실드 플레이트가 조립되는 전기 커넥터 어셈블리에 있어서, 상기 어셈블리는;
    복수의 신호 경로를 구비한 커넥터 모듈;을 포함하고,
    상기 신호 경로 각각은 한쌍의 접촉부 및 그 사이에 중간부를 포함하고, 커넥터 모듈 각각에는 전기 도전성 실드 플레이트가 장착되고, 각각의 커넥터 모듈은 제 1 및 제 2 신호 경로를 포함하고, 상기 제 1 신호 경로의 중간부는 제 1 플레인에 배치되고, 상기 제 2 신호경로의 중간부는 상기 제 1 수직 플레인으로부터 평행하게 이격된 제 2 플레인에 배치되고, 상기 제 1 신호 접촉부의 중간부는 상기 모듈의 제 1 측에 인접하고, 상기 모듈의 반대측인 제 2 측으로부터 이격되고, 상기 제 2 신호 경로의 중간부는 상기 제 2 측에 인접하고, 상기 제 1 측으로부터 이격되고,
    상기 제 1 신호 경로의 상기 접촉부는 상기 제 2 접촉부의 상기 접촉부에 대해서 수직으로 엇갈려 있고,
    커넥터 모듈과 그 사이의 각각의 절연 플레이트가 절연 하우징에 조립될 때, 상기 제 1 신호 경로의 각각의 중간부는 상기 제 1 또는 제 2 신호 경로의 임의의 다른 중간부보다 상기 제 2 신호 경로 중 하나의 대응하는 중간부에 더 가깝도록 이격되어 있고, 상기 제 2 신호 경로의 각각의 중간부는 상기 제 1 또는 제 2 신호 경로의 임의의 다른 중간부보다 상기 제 1 신호 경로 중 하나의 대응하는 중간부에 더 가깝도록 이격되어 있어서, 인접하는 상기 신호 접촉 쌍 보다는 각각의 대응하는 제 1 및 제 2 신호 경로사이의 직접연결을 보장하는 것을 특징으로 하는 전기커넥터 어셈블리.
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