PL205021B1 - Sposób wysokoczęstotliwościowego strojenia złącza wtykowego - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wysokoczęstotliwościowego strojenia złącza wtykowego. Z opisu patentowego EP 0525 703 A1 znane jest złącze wtykowe dla sieci komputerowych w środowisku wewnętrznym, zawierające część wtykową złącza i część gniazdową złącza, z umieszczonym w złączu wtykowym urządzeniem do kompensacji przeniku sygnału, za pomocą którego można zwię kszyć tłumienności pomiędzy pętlą przewodową przekazu i pętlą przewodową odbioru. W tym celu w części złącza gniazdowego lub złącza wtykowego umieszcza się płytkę obwodu drukowanego, między połączeniami przewodowymi, przy dużym rozdzieleniu fizycznym przebiegu pętli przewodów przesyłu i odbioru na płytce obwodu drukowanego. Elementy stosowane do kompensacji przeniku sygnału są przykładowo elementami dyskretnymi, np. kondensatorami lub cewkami, które są nastawne. To znane połączenie wtykowe ma tę wadę, że elementy dyskretne są stosunkowo drogie i duże.

Opis patentowy nr DE 100 51 097 A1 ujawnia elektryczne złącze wtykowe zawierające obudowę złącza, płytkę obwodu drukowanego z dwoma zestawami elementów stykowych, gdzie pierwszy zestaw elementów wtykowych jest umieszczony na przedniej powierzchni czołowej płytki obwodu drukowanego i wystaje do otworu w obudowie złącza wtykowego, a drugi zestaw elementów stykowych jest umieszczony na tylnej powierzchni czołowej płytki obwodu drukowanego. Elementy stykowe w drugim zestawie wykonano w postaci styków przestawiających izolację. Złącze wtykowe zawiera obejmę kablową z przelotowym otworem oraz przednią powierzchnię czołową, która prowadzi przewody tworzące styk z elementem przestawiającym izolację.

Z powodu zwię kszenia szerokoś ci pasma transmisji danych w telekomunikacji oraz informatyce przewody, styki i ścieżki przewodzące muszą być tak projektowane, aby były ściśle określone względem siebie w celu podporządkowania wymaganym wartościom dla tłumienności przeniku sygnału. Wymusza to bardzo ciasne tolerancje, które tylko z dużą trudnością można zachować podczas zautomatyzowanych procesów.

Z opisów patentowych US 6023200 i US 6428362 znana jest pł ytka obwodu drukowanego dla wysokoczęstotliwościowego złącza wtykowego. Płytka obwodu drukowanego posiada punkty zetknięcia dla styków RE oraz punkty zetknięcia dla styków przestawienia izolacji. W tym przypadku jeden punkt zetknięcia dla styków RF jest połączony z jednym punktem zetknięcia dla styków przestawienia izolacji. Ujawniają one z jednej strony połączone z punktami zetknięcia styków elektrycznych ścieżki przewodzące. Przy tym ścieżki przewodzące w przeciwstawieniu US 6023200 są połączone z punktami zetknięcia nie w wyraźnie wymienionych stykach przestawienia izolacji. Natomiast w opisie US 6428362 ścieżki przewodzące połączone są z punktami zetknięcia styków RF jak również styków przestawienia izolacji.

Sposób wysokoczęstotliwościowego strojenia złącza wtykowego, według wynalazku, posiadającego płytkę obwodu drukowanego z punktami zetknięcia dla styków RF i punktów zetknięcia styków przestawienia izolacji, z jednym punktem zetknięcia dla styków RF w każdym przypadku łączonych z odpowiadają cym punktem zetknięcia styków przestawienia izolacji i ze sprz ężeniem pojemnościowym, które powoduje wystąpienie przesłuch zbliżnego sygnału (NEXT) pomiędzy stykami RF, przy czym na płytce obwodu drukowanego stosuje się co najmniej jedną pierwszą ścieżkę przewodzącą, którą łączy się tylko po jednej stronie z punktem zetknięcia razem z co najmniej jedną drugą ścieżką przewodzącą, którą formuje się na i/lub w płytce obwodu drukowanego i tworzy się kondensator, charakteryzuje się tym, że mierzy się co najmniej jeden zależny od częstotliwości parametr układu, który to parametr porównuje się z parametrem żądanym, przy czym w zależności od odchylenia, jednostronnie zetkniętą ścieżkę przewodzącą częściowo usuwa się lub przerywa, zaś jako parametr zależny od częstotliwości wyznacza się przesłuch zbliżny sygnału (NEXT), przy czym w pierwszym etapie realizuje się tylko część tego oszacowanego niezbędnego skrócenia ścieżki przewodzącej, po czym ponownie mierzy się przesłuch zbliżny sygnału (NEXT) i następnie wyznacza się pozostałą jeszcze do usunięcia długość ścieżki przewodzącej i tę długość w drugim etapie usuwa się lub przerywa.

Korzystnym jest gdy na płytce obwodu drukowanego wytwarza się co najmniej dwa dopasowywane kondensatory, a ponadto parametry zależne od częstotliwości określa się na niezabudowanej płytce obwodu drukowanego. W drugim etapie ścieżkę przewodzącą odcina się w większym stopniu niż w pierwszym etapie. Korzystnym jest gdy ścieżkę przewodzącą odcina się za pomocą lasera. Laserem steruje się wspomagając go układem optycznym.

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest to, że uzyskuje się strojenie złącza w prosty sposób.

PL 205 021 B1

Dla ułatwienia opisu sposobu według wynalazku na fig. 1 przedstawiono złącze wtykowe do przekazu danych RF znane ze stanu techniki, w widoku w rozwinięciu.

Na fig. 1 złącze wtykowe 1 zawiera obudowę złącza wtykowego 2, płytkę obwodu drukowanego 3, obsadę 4 oraz obejmę kablową 5. Obudowa złącza wtykowego 2 w zilustrowanym przykładzie ma postać obudowy gniazda złącza z różnymi środkami zatrzaskowymi i wkładkowymi. Obudowa złącza wtykowego 2 posiada na bocznych powierzchniach płytkę ekranującą 6. Płytka obwodu drukowanego 3 posiada na swej przedniej powierzchni czołowej pierwszy zestaw styków 7 oraz na swej tylnej powierzchni drugi zestaw styków przestawienia izolacji 8. Jedna styczność 7 w pierwszym zestawie jest połączona do odnośnej styczności 8 w drugim zestawie. Następnie płytkę obwodu drukowanego 3 wkłada się w obudowę złącza wtykowego 2. W tym sposobie poprzez płytkę obwodu drukowanego 3 przechodzą kołki walcowe 9 obudowy złącza wtykowego 2, przez co obudowa złącza wtykowego 2 i płytka obwodu drukowanego 3 są względem siebie ustalone i zamocowane. Styki 7 (które mają postać styków RF) w pierwszym zestawie wystają zatem do otworu dostępnego od przedniego czoła obudowy złącza wtykowego. Następnie na styki 8 w drugim zestawie nasuwa się obsadę 4 i zatrzaskuje się do obudowy złącza wtykowego 2. W tym celu obsada 4 ma wykonane na jednej bocznej powierzchni zaczepy zatrzaskowe 10 oraz otwory 11, przez które przechodzą styki przestawienia izolacji 8. Ponadto, obsada 4 posiada dwa zaczepy zatrzaskowe 12, które służą do zatrzaśnięcia obejmy kablowej 5.

Przedmiot wynalazku jest opisany w przykładach wykonania na podstawie załączonego rysunku na którym fig. 2 przedstawia płytkę obwodu drukowanego do zastosowania w złączu wtykowym, fig. 3 - układ zastępczy dla płytki obwodu drukowanego, w sposób schematyczny, fig. 4 - charakterystykę częstotliwościową dla przesłuchu zbliżnego sygnału, w sposób schematyczny, fig. 5 - rodzinę krzywych dla tłumienności D przesłuchu zbliżnego, jako funkcję długości ścieżki przewodzącej pozostałej do usunięcia.

Na fig. 2 pokazano niezabudowaną płytkę obwodu drukowanego 3. Płytka obwodu drukowanego 3 posiada osiem punktów zetknięcia 21-28, otwory stykowe dla styków RF oraz osiem punktów zetknięcia 31-38 dla styków przestawienia izolacji. Płytka obwodu drukowanego 3 ponadto posiada galwanizowane otwory przelotowe 40, do połączenia ścieżek przewodzących na przedniej i tylnej powierzchni czołowej oraz w wewnętrznych warstwach płytki obwodu drukowanego; galwanizowane otwory przelotowe 40 pokazano jako małe okręgi. Otwory 41 w płytce obwodu drukowanego 3 są w tym przypadku zilustrowane jako małe kwadraty. Ścieżki przewodzące łączące punkty zetknięcia 2128 do ich odpowiednio związanego punktu zetknięcia 31-38 nie są pokazane, z wyjątkiem dwóch części punktów zetknięcia 24 i 35, ponieważ są umieszczone na tylnym czole i w wewnętrznych warstwach płytki obwodu drukowanego. Dodatkowo do elektrycznie połączonych ścieżek przewodzących odpowiednio pomiędzy dwoma punktami zetknięcia 21-28 i 31-38, występują także cztery ścieżki przewodzące 43-46, które są odpowiednio połączone po jednej stronie z punktem zetknięcia 23-26. W tym przypadku dwie ścieżki przewodzące 44 i 46 tworzą kondensator pomiędzy punktami zetknięcia 24 i 26. W odpowiadający sposób dwie ścieżki przewodzące 43 i 45 tworzą kondensator pomiędzy punktami zetknięcia 23 i 25. Następna ścieżka przewodząca, korzystnie w wewnętrznej warstwie, jest elektrycznie połączona ze ścieżką przewodzącą 44 i jest umieszczona pod ścieżką przewodzącą 46. Dla celów obwodu punkty zetknięcia 21, 22, 23, 26, 24, 25 i 27, 28 oraz ich odnośnie związane styki tworzą pary zetknięcia. W tym przypadku dwie zewnętrzne pary styczności 21, 22 i 27, 28 są w odniesieniu do przesłuchu zbliżnego relatywnie nieistotne. Dwie wewnętrzne i przekładane pary styczności 23, 26 oraz 24, 25 są jednakże dość problematyczne. Pojemności, które powodują zakłócenia w tym przypadku są umieszczone pomiędzy 23 i 24 oraz pomiędzy 25 i 26, ponieważ inne sprzężenia są pomijalne z powodu większych wzajemnych odległości.

Na fig. 3 pokazano wynikający układ zastępczy ze schematycznym układem testowym. W tym przypadku kondensatory Cg i C35 zasadniczo przedstawiają kondensatory utworzone przez ścieżki przewodzące 44 i 46 a także odpowiednio 43 i 45, natomiast przeciwstawnie, kondensatory C34 ⁱ C35 są utworzone przez sąsiednie punkty zetknięcia 23, 33 a także związaną ścieżkę przewodzącą 24, 34 ze ścieżką przewodzącą, a także 23, 25 i 26, 36 ze ścieżką przewodzącą. Mostek można następnie dostroić, w celu wymuszenia przesłuchu zbliżnego poniżej żądanych wartości. Przed dostrojeniem ustala się najpierw asymetrię poprzez określenie przesłuchu zbliżnego pary styczności, jako parametr zależny od częstotliwości. W obecnym przypadku przesłuch sygnału określa się pomiędzy parą styczności 23, 33 i 26, 36 oraz parą styczności 24, 34; 25, 35. Ponieważ pomiar jest korzystnie wykonywany na niezabudowanej płytce obwodu drukowanego 3, punkty zetknięcia 33, 34, 35, 36 mają przypi4

PL 205 021 B1 saną impedancję właściwą. Następnie mierzy się przesłuch zbliżny do punktów zetknięcia 25, 24 przy sygnałach RF doprowadzanych do punktów zetknięcia 23, 26, za pomocą analizatora sieciowego przedstawionego na fig. 3 jako generator częstotliwości 50 i przyrząd pomiarowy 51. Podawanie i pomiar sygnałów RF odbywa się w tym przypadku za pomocą centralnego kontaktu w oczkach lutowniczych punktów zetknięcia 23, 24, 25, 26.

Sposób według wynalazku dotyczy dopasowania złącza wtykowego RF, zwłaszcza gniazda złącza RJ-45, posiadającego co najmniej jedną płytkę obwodu drukowanego 3, z płytką obwodu drukowanego 3 posiadającą punkty zetknięcia dla styków RF i punkty zetknięcia dla styków 8 przestawienia izolacji, i z jednym punktem zetknięcia 24, 26 dla styków RF w każdym przypadku połączonym od odnośnego punktu zetknięcia przed stykami przestawienia izolacji oraz odpowiednią do tego celu płytką obwodu drukowanego 3, za pomocą którego można ustawić charakterystykę RF w wąskim paśmie tolerancji.

W tym celu na płytce obwodu drukowanego 3 jest umieszczona co najmniej pierwsza ścieżka 44 przewodząca połączona tylko jedną stroną do punktu zetknięcia 24-26 styczności elektrycznej, która wraz z co najmniej drugą ścieżką przewodzącą 46 umieszczoną na lub w płytce obwodu drukowanego 3 tworzy kondensator, gdzie mierzy się co najmniej jeden parametr zależny od częstotliwości, parametr ten porównuje się z parametrem nominalnym i w funkcji zmierzonej różnicy częściowo usuwa się lub odcina jednostronnie połączoną ścieżkę przewodzącą. Umożliwia to utworzenie dopasowywanego kondensatora z zastosowaniem prostych i tanich środków, dla których może być dopasowana reakcja RF układu. Ścieżki przewodzące 43-46 są w tym przypadku korzystnie połączone do punktów zetknięcia 21-28 i 31-38 styków RF, ponieważ oznacza to że pojemności dopasowania są bliższe położeniu źródła przeniku sygnału. Jednakże, zasadniczo, mogą one być również połączone do punktów zetknięcia styków przestawienia izolacji 8, które są elektrycznie połączone do punktów zetknięcia styków RF. Należy zauważyć, że dla zmiany pojemności zasadniczo wystarczające jest odcięcie lub usunięcie jednej ścieżki przewodzącej kondensatora. Przeciwna okładzina kondensatora jest korzystnie podobnie utworzona przez ścieżkę przewodzącą, która jest po jednej stronie połączona do punktu zetknięcia.

W drugim korzystnym przykładzie wykonania w wewnętrznej warstwie w płytce obwodu drukowanego jest umieszczona co najmniej jedna następna druga ścieżka przewodząca i jest elektrycznie połączona do ścieżki przewodzącej na płytce obwodu drukowanego. Przedstawia to pojemności połączone równolegle, tzn. dodaje się całkowitą pojemność umożliwiając utworzenie wystarczająco dużej pojemności na stosunkowo małej powierzchni.

W następnym korzystnym przykładzie wykonania na płytce obwodu drukowanego są umieszczone co najmniej dwa niezależne kondensatory utworzone przez ścieżki przewodzące, w celu symetrycznego dostrojenia względem masy.

W następnym korzystnym przykładzie wykonania określa się i ustawia na niezabudowanej płytce obwodu drukowanego parametr zależny od częstotliwości. Oparto to na ustaleniu, że zwłaszcza w przypadku złączy wtykowych RF płytka obwodu drukowanego jest odpowiedzialna za większość tolerancji RF. Tolerancje te są generalnie tolerancjami geometrycznymi elementów układu, np. ścieżek przewodzących i tolerancjami stałej dielektrycznej materiału płytki obwodu drukowanego. Automatyczny pomiar na niezabudowanej płytce obwodu drukowanego jest o wiele łatwiejszy niż na zabudowanej płytce obwodu drukowanego lub nawet na płytce obwodu drukowanego, którą umieszczono w obudowie. Ogólny układ można zatem dopasować we wczesnym etapie procesu wytwarzania płytki obwodu drukowanego. Podawanie i pomiar są w tym przypadku korzystnie wykonywane centralnie w lutowanych oczkach punktów zetknięcia.

W następnym korzystnym przykładzie wykonania w pierwszym etapie wykonuje się tylko część szacunkowego skrócenia ścieżki przewodzącej, jakie jest konieczne. Następnie wykonuje się pomiar parametru zależny od częstotliwości. Zmierzoną zmianę wykorzystuje się następnie do określenia pozostałej długości ścieżki przewodzącej pozostającej do usunięcia lub odcięcia. Uwzględnia to również tolerancje odniesione do ścieżek przewodzących w procesie dopasowania. Skracanie ścieżki przewodzącej może być w tym przypadku podzielone na dwa etapy lub na więcej etapów.

W następnym korzystnym przykładzie wykonania ostateczne odcięcie podczas odcinania ścieżki przewodzącej wykonuje się w szerszym stopniu niż pierwsze odcięcie. Szersze odcięcie minimalizuje wpływ pojemności odciętej części ścieżki przewodzącej.

W następnym korzystnym przykładzie wykonania określa się przesłuch zbliżny jako parametr zależny od częstotliwości, co ułatwia proces dopasowania, ponieważ bezpośrednio określa się optyPL 205 021 B1 malizowany parametr, przez co nie ma potrzeby dalszego szacowania wpływu tego parametru na przesłuch zbliżny, jak miałoby to miejsce przykładowo przy pomiarze czysto pojemnościowym.

Ścieżkę przewodzącą korzystnie odcina się za pomocą lasera, korzystnie lasera krótkofalowego o długości fali poniżej 600 nm. Użycie lasera do cię cia ścieżki przewodzącej jest bardzo szybkie i łatwo może być zautomatyzowane. Zasadniczo, ścieżka przewodząca może być także odcięta lub usunięta mechanicznie, np. za pomocą frezowania lub elektrycznie z zastosowaniem przetężenia dla jej przepalenia.

W następnym korzystnym przykładzie wykonania laser zawiera system ustawienia optycznego. Daje to lepiej zarysowane odcięcie ścieżki przewodzącej, bez uszkodzeń pobliskich ścieżek przewodzących oraz bez niepełnego przecięcia ścieżki przewodzącej.

Podczas usuwania lub odcinania ścieżki przewodzącej występuje możliwość osadzenia cząstek miedzi na płytce obwodu drukowanego, co z kolei zmniejsza rezystancję dla przepięć elektrycznych. Po odcięciu lub usunięciu ścieżki przewodzącej korzystnie wykonuje się czyszczenie, dla usunięcia cząstek miedzi i/lub innych zanieczyszczeń. Na fig. 4 przedstawiono schematycznie charakterystykę częstotliwościową przesłuchu zbliżnego NEXT o profilu a przedstawiającym nominalny przesłuch zbliżny i profilu b przedstawiającym zmierzony faktyczny przesłuch zbliżny dla mierzonej płytki obwodu drukowanego. Nominalny przesłuch zbliżny określa się np. za pomocą złotego środka. W tym przypadku zmierzony przesłuch zbliżny jest za duży o wielkość Δ NEXT, w związku z czym musi być skompensowany przez skrócenie ścieżek przewodzących i tym samym zmniejszenie pojemności. Wymiar wyrażony w ilości milimetrów ścieżki przewodzącej odpowiadającej pojemności a zatem tłumienność przesłuchu zbliżnego D zależy od tolerancji płytki obwodu drukowanego, np. stałej dielektrycznej lub odległości pomiędzy ścieżkami przewodzącymi. Tak więc nie występuje jedna linia prosta, lecz cała rodzina krzywych, jak schematycznie pokazano na fig. 5. Ponieważ tolerancje są nieznane, konieczne może być uprzednie ustalenie, która krzywa dotyczy dopasowywanej płytki obwodu drukowanego. W tym celu najpierw usuwa się lub odcina kawałek ścieżki przewodzącej, po czym ponownie wykonuje się pomiary. Uzyskany wzrost tłumienności D można następnie wykorzystać do wyznaczenia odnośnej krzywej. Jeśli żądana tłumienność jest większa od możliwej do uzyskania z najbardziej stromą krzywą, można usunąć lub odciąć całą ścieżkę przewodzącą bez pośredniego zabiegu. Sposób ten powtarza się następnie dla kolejnego kondensatora.

Ścieżkę przewodzącą korzystnie odcina się za pomocą krótkofalowego lasera, którego moc i ogniskowanie dobiera się w miarę możliwości do przecinanej miedzianej ścieżki, która ma być usunięta. Zaletą lasera jest duża szybkość z dobrą powtarzalnością, przez co sposób dopasowania może być łatwo zautomatyzowany.

Claims (6)

1. Sposób wysokoczęstotliwościowego strojenia złącza stykowego RF posiadającego płytkę obwodu drukowanego z punktami zetknięcia dla styków RF i punktów zetknięcia styków przestawienia izolacji, z jednym punktem zetknięcia dla styków RF w każdym przypadku łączonych z odpowiadającym punktem zetknięcia styków przestawienia izolacji i ze sprzężeniem pojemnościowym, które powoduje wystąpienie przesłuch zbliżnego sygnału (NEXT) pomiędzy stykami RF, przy czym na płytce obwodu drukowanego stosuje się co najmniej jedną pierwszą ścieżkę przewodzącą, którą łączy się tylko po jednej stronie z punktem zetknięcia razem z co najmniej jedną drugą ścieżką przewodzącą, którą formuje się na i/lub w płytce obwodu drukowanego i tworzy się kondensator, znamienny tym, że mierzy się co najmniej jeden zależny od częstotliwości parametr układu, który to parametr porównuje się z parametrem żądanym, przy czym w zależności od odchylenia, jednostronnie zetkniętą ścieżkę przewodzącą (46) częściowo usuwa się lub przerywa, zaś jako parametr zależny od częstotliwości wyznacza się przesłuch zbliżny sygnału (NEXT), przy czym w pierwszym etapie realizuje się tylko część tego oszacowanego niezbędnego skrócenia ścieżki przewodzącej, po czym ponownie mierzy się przesłuch zbliżny sygnału (NEXT) i następnie wyznacza się pozostałą jeszcze do usunięcia długość ścieżki przewodzącej i tę długość w drugim etapie usuwa się lub przerywa.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że na płytce obwodu drukowanego (3) wytwarza się co najmniej dwa dopasowywane kondensatory (C46, C35).

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że parametry zależne od częstotliwości określa się na niezabudowanej płytce obwodu drukowanego (3).

PL 205 021 B1

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w drugim etapie ścieżkę przewodzącą (46, 45) odcina się w większym stopniu niż w pierwszym etapie.

5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że ścieżkę przewodzącą (46, 45) odcina się za pomocą lasera.

6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że laserem steruje się wspomagając go układem optycznym.