TW201743516A

TW201743516A - 使用串音控制的非連續接地面之高頻ｒｊ４５插頭

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Publication number: TW201743516A
Application number: TW105106814A
Authority: TW
Inventors: 傑森麥可雷; 德瑞克Ｆ史泰可雷德; 伊恩Ｊ提名士
Original assignee: 光纜公司
Priority date: 2016-06-08
Filing date: 2016-06-08
Publication date: 2017-12-16
Also published as: TWI616038B

Abstract

本發明提供一種通信連接器，其包括：一殼體；及複數個電接點，其接納在該殼體。一印刷電路板(PCB，Printed Circuit Board)係設置且包括至少第一和第二對導電線路。第一對線路連接一第一對接點。第二對線路連接一第二對接點。該PCB具有第一和第二區帶。第一對接點是設置在第一區帶且第二對接點是設置在第二區帶。該PCB更包括至少一第一接地面。第一接地面具有第一和第二部件。第一和第二部件是彼此電隔離。第一部件的至少一部分是相鄰第一對線路的至少一部分。第二部件的至少一部分是相鄰第二對線路的至少一部分，藉此增強信號傳輸。一具有相當低介電常數的介電材料層是設置在第一和第二線路與第一接地面間。

Description

使用串音控制的非連續接地面之高頻RJ45插頭

本發明有關降低由於電連接器並聯接點導致電信號干擾與回損。更具體係，本發明有關降低在FCC型插頭的回損與成對、以及共模串音干擾。美國聯邦通訊委員會(Federal Communications Commission)已採用有關使用在電信產業的電連接器，同時提供嵌合性(Intermatability)的某些結構性標準。最常使用的連接器是FCC型模組式插頭與插座，同時稱為RJ45插頭與插座。插頭通常是端接到可連接通信裝置的複數個導線。通常情況下，每個插頭是端接到形成四對的八個導線。對應的插孔通常安裝到面板或印刷電路板或插座，其然後連接電信網絡。為完成此電路，插頭與插孔為相互配接。

雖然大多數串音與回損問題發生在插頭，不過通常減少串音與回損是在插座處理。例如，轉讓給光纖電纜製造商(Optical Cable Corporation)的第5,299,956號美國專利(本專利申請案的受讓人)顯示連接電路板的插座，其中電路板的線路用來取消主要發生在對應插頭的串音。同時轉讓給此光纖電纜製造商的第5,310,363號美國專利案顯示具有串音消除與回損降低特徵兩者的類似插座。

最大串音、近端串音(NEXT)與遠端串音(FEXT)兩者、共模耦合、與最大回損的產業標準是由電信工業協會(TIA，Telecommunications Industry Association)管制。TIA目前處理所謂第8類(Category 8)層級的性能標準，其頻寬高達2000MHz(兆赫)且設計成允許高達每秒40GB的資料傳輸速率。TIA標準是成對與頻率關聯性。如目前草擬針對不同頻率與成對的NEXT、FEXT、與回損的TIA標準顯示在圖6至14的示意圖。

如光纖電纜製造商的第5,299,956號美國專利案中的先前說明與教示，串音補償通常主要是在連接插座的電路板上面進行。不過，正確設計的插頭是必要的，使得不會降低插座的串音消除功能，同時確保最小回損。

根據本發明的一形式，提供一通信連接器，其包括：一殼體；複數個成對電接點，其接納在該殼體、與一印刷電路板(PCB，Printed Circuit Board)。該PCB包括至少第一和第二對導電信號線路。第一對線路連接一第一對接點。第二對線路連接一第二對接點。該PCB具有第一和第二區帶。第一對線路是設置在第一區帶且第二對線路是設置在第二區帶。該PCB更包括至少一第一接地面。第一接地面具有第一和第二部件。第一和第二部件實質彼此電隔離。第一部件的至少一部分是相鄰第一對線路的至少一部分。第二部件的至少一部分是相鄰第二對線路的至少一部分，藉此改善信號傳輸性能。

根據本發明的另一形式，提供一種通信連接器，其包括：一殼體；複數個成對電接點，其接納在該殼體；及一印刷電路板(PCB)。該PCB包括至少第一和第二對導電信號線路。第一對線路連接一第一對接點。第二對線路連接一第二對接點。該PCB具有第一和第二區帶。第一對線路的至少一線路是設置在第一區帶且第二對線路的至少一線路是設置在第二區帶。該PCB更包括至少一第一接地面。第一接地面具有一間隙，藉此形成彼此未電連接的第一和第二部件。第一部件的至少一部分是相鄰第一對的至少一線路的至少一部分。第二部件的至少一部分是相鄰第二對的至少一線路的至少一部分。

根據本發明的仍然另一形式，提供一種通信連接器，其包括：一殼體；複數個成對電接點，其接納在該殼體；及一印刷電路板(PCB)。該PCB包括至少第一和第二對導電信號線路。第一對信號線路連接一第一對接點，且第二對信號線路連接一第二對接點。該PCB更包括：一接地面；一第一介電層，其具有一第一介電常數；及一第二介電層，其介電常數係小於第一介電層的該介電常數。第一介電層是相鄰該接地面的一側部，且第二介電層是相鄰該接地面的另一側部，且第二介電層亦相鄰第一和第二對信號線路。最好是，接地面耦合係主要到其上的相鄰線路。

(10)‧‧‧插頭

(12)‧‧‧塑料本體

(14)‧‧‧插座接點

(16)‧‧‧接點

(18)‧‧‧電路板

(20)‧‧‧頂層

(22)‧‧‧線路

(24)‧‧‧第二層

(26)‧‧‧第三層

(28)‧‧‧第四層

(30)‧‧‧第五層

(32)‧‧‧第六層

(34)‧‧‧第七層/底層

(35)‧‧‧線路

(36)‧‧‧間隙

(37)‧‧‧該對

(39)‧‧‧該對

(38)‧‧‧電路板接點

(40)‧‧‧通孔

(41)‧‧‧該等對

(43)‧‧‧該等對

(46)‧‧‧導線

(48)‧‧‧電路板接點

(50)‧‧‧電隔離元件

(52)‧‧‧電隔離元件

本發明的主要專利申請項是在文後申請專利範圍闡述。本發明的進一步目的與優點可從以下連同附圖的描述變得更瞭解，其中：圖1為顯示電路板與插頭接點介接對應插座接點之本發明的插頭之局部剖視圖；圖2為圖1所示具有插頭本體的插頭之局部圖，且為了示範性目而省略塑料部件；圖3為圖2所示沿著截面線條3-3的電路板之倒置截面圖；圖4為圖1和2所示電路板的圖式；圖5為圖4所示分隔接地面之一者的圖式；圖6為圖4所示電路板的更詳細圖式；圖7為圖6所示電路基板的圖式，不過除去介電材料，顯示電路板的頂部；圖8為圖7所示電路板的底視圖。

圖9為顯示第1-3對的插頭向前NEXT之圖式；圖10為顯示第2-3對和第3-4對的插頭向前NEXT之圖式；圖11為顯示第2-1對和第1-4對的插頭向前NEXT之圖式；圖12為顯示第2-4對的插頭向前NEXT之圖式；圖13為顯示第1-3對的插頭向前FEXT之圖式；圖14為第2-3對和第3-4對的插頭向前FEXT之圖式；圖15為顯示第2-1對和第1-4對的插頭向前FEXT之圖式；圖16為顯示第2-4對的插頭向前FEXT之圖式；圖17為顯示所有四對反向的插頭回損之圖式。

圖18為顯示第1-2對的一具有本發明的分隔接地面的插頭與具有非分隔接地面的插頭相互比較的共模對共模NEXT損失之圖式；圖19為顯示第1-4對的一具有本發明的分隔接地面的插頭與具有非分隔接地面的插頭相互比較的共模對共模NEXT損失之圖式；圖20為顯示第2-4對的一具有本發明的分隔接地面的插頭與具有非分隔接地面的插頭相互比較的共模對共模NEXT損失之圖式

請即參考體圖1，其提供具有塑料本體(12)的插頭(10)。最好是，插頭(10)具有一標準FCC RJ45插頭的連接結構，用於連接四個信號對導線到一對應的RJ45插座，其中只顯示插座接點(14)。插頭(10)包括八個接點(16)，其係根據FCC標準採成對排列。根據FCC標準，第1對是由第四和第五接點組成；第2對是由第一和第二接點組成；第3對是由第三和第六接點組成；及第4對是由第七與第八接點組成。

插頭(10)亦包括電路板(18)。電路板(18)最好是由七個導線層與介電材料組成，其是在圖3詳細說明，其顯示電路板(18)的倒置截面。電路板(18)的頂層(20)包括電路板線路，其對應到四個導線對線路中的兩者，諸如線路(22)。電路板(18)的第二層(24)包括一高性能、高頻介電材料，諸如FR408，其可商購自伊梭拉薄板系統公司(Isola Laminate Systems Corp.)。電路板(18)的第三層(26)是由一第一分隔接地面(26)組成，其亦顯示在圖5。電路板(18)的第四層(28)是由標準介電材料組成，諸如FR4，其亦可商購自伊梭拉薄板系統公司。電路板(18)的第五層(30)是由一第二分隔接地面(30)組成。電路板(18)的第六層(32)最好是由相同於第二層(24)的高性能、高頻介電材料組成。第七或底層(34)包括電路板線路的另一層，其對應到四個導線對線路中的另外兩者，諸如線路(35)。

如圖5所示，第一接地面(26)係分隔形成一間隙(36)，其是沿著成對線路方向的接地面縱向延伸，使得將接地面(26)有效分成兩電隔離元件(50、52)。相對於線路的分隔位置會影響電性能。第二接地面(30)係亦分隔且最好實質相同於第一接地面(26)。電路板(18)的頂側與底側的線路是端接到電路板接點(38)，其是從電路板(18)的一側部延伸。為了方便參考，從電路板接點(38)延伸的電路板(18)的一側部稱為頂側。複數個通孔(諸如，通孔(40))延伸通過電路板(18)，使得電路板的底側上面的一線路可連接一對應的電路板接點。例如，線路(35)連接導線(46)，其係延伸通過一通孔(未在圖式顯示，使得導線(46)及其連接非常清楚)，其然後連接電路板接點(48)。八個電路板接點(38)連接八個對應插頭接點(16)。

請即重新參考圖5，其係顯示一接地面(26)，該接地面包括至少兩(最好是兩個)實質電隔離部件，即是部件(50、52)，其係被間隙(36)隔開。部件(50、52)稱為「實質電隔離」是指兩元件彼此不接觸，且間隙(36)為足夠寬，使得即使是在2000MHz(兆赫)，電能量無法實質跨間隙(36)轉移。即是，特別注意，由於間隙(36)不可能會很小，使得來自部件(50)的實質電流或電壓可能轉移給部件(52)，且藉由電容或電感耦合，反之亦然。此外，雖然最好是接地面(26)的部件(50、52)是在相同平面，如圖2所示，但不是要排除在不同平面的部件，不過，重要的是，部件(50、52)不是彼此電接觸。最好是，間隙(36)是至少0.08毫米寬度。同時，最好是，間隙(36)不會是影響接地面(26)的回損降低特徵的寬度。最好是，間隙(36)的寬度不大於6.35毫米。

如圖7所示，該對(37)是在上面且相鄰分隔接地面(26)的部件(50)，且該對(39)是在上面且相鄰分隔接地面(26)的部件(52)。從該對(37)轉移給部件(50)的任何能量將不會轉移給部件(52)或該對(39)，因為間隙(36)係電隔離在部件(50、52)的每個線路上面的信號回返電流。相同電隔離發生在接地面(30)的兩分隔部件與在電路板(18)的另一側部的該等對(41、43)間，如圖8所示。該對(37)的只有一線路是相鄰部件(50)且該對(39)的只有一線路是相鄰部件(52)係亦可能。

實踐證明，使用分隔接地面能夠增加線路間的共模隔離，其增強插頭(10)的差分對傳輸特徵。請參考圖18、19和20的最佳示意說明。例如，如圖18所示，其係比較一具有分隔接地面的插頭與一具有非分隔接地面的插頭，插頭的所有其他元件都相同。如圖18所示，分隔接地面的第1-2對的共模對共模NEXT損失在高達2,000兆赫的頻寬可達到較大性能。

如圖19所示，一具有分隔接地面的插頭之第1-4對的共模對共模NEXT損失係較優於一具有非分隔接地面的插頭，如圖20所示的第2-4對。

此外，具有分隔接地面(26、30)的本發明插頭向前(Forward)近端串音(NEXT)係經過測量，其間隙是藉由介於約0.45毫米與1.65毫米間的分隔形成。圖9至12顯示依照目前第8類(Category 8)標準測量的不同對插頭向前NEXT振幅。圖9顯示第1-3對的NEXT測量。圖10顯示第2-3對和第3-4對的NEXT測量。圖11顯示第1-2對和第1-4對的NEXT測量。圖12顯示第2-4對的NEXT測量。圖9-12顯示的所有測量超過目前第8類(Category 8)NEXT標準。在2000MHz(兆赫)，第1-3對的NEXT是約-15.1dB(分貝)；第2-3對的NEXT是約-23.0dB(分貝)；第3-4對的NEXT是約-23.5dB(分貝)；第1-2對的NEXT是約-34.3dB(分貝)；第1-4對的NEXT是約-41.5dB(分貝)，及第2-4對的NEXT是約-41.4dB(分貝)。

本發明的相同插頭的插頭向前(Forward)遠端串音(FEXT) 亦經過測量。圖13至16顯示不同對的插頭向前FEXT。圖13顯示第1-3對的FEXT測量。圖14顯示第2-3對和第3-4對的FEXT測量。圖15顯示第1-2對和第1-4對的FEXT測量。圖16顯示第2-4對的FEXT測量。所有這些讀取值顯示本發明的插頭超過目前第8類(Category 8)FEXT標準。在2000MHz(兆赫)，第1-3對的FEXT是約-29.3dB(分貝)；第2-3對的FEXT是約-36.1dB(分貝)；第3-4對的FEXT是約-32.3dB(分貝)；第1-2對的FEXT是約-36.2dB(分貝)；第1-4對的FEXT是約-36.7dB(分貝)；及第2-4對的FEXT是約-44.5dB(分貝)。

圖17顯示本發明的全部四對相同插頭的回損，其亦超過從2014年12月1日起有關《回損》的草案第8類(Category 8)標準。在2000MHz(兆赫)，第一對的回損是約-15.5dB(分貝)；第二對是約-17.3dB(分貝)；第三對是約-12.5dB(分貝)；及第四對是約-17.3dB(分貝)。

請即重新參考圖3，電路板(18)的第四或中間層(28)是利用廉價的標準介電材料製成，諸如FR4，其可作為中央核心，且主要是當作電路板的基材使用。FR4是利用含有環氧樹脂黏合劑的玻璃纖維織布製成且具有一相當高介電常數(取決於信號頻率)，諸如(例如)介電常數4.5。不過，更直接影響插頭傳輸質量的材料是用於電路板的第二層(24)和第六層(32)的介電材料，因為這些層是靠近該等層(20、34)的線路。介電性第二和第六層的介電常數是小於4.5，最好是不超過3.7。此較低介電常數材料是非常適合於高頻成份並支援第8類(Category 8)的較高頻傳輸，即是高達2,000兆赫。最好是，第二層和第六層的材料是FR408。FR408亦是利用含有環氧樹脂黏合劑的玻璃纖維織布製成，不過是針對較快信號速度而設計。實踐證明，FR408當作第二和第六層使用有助於改善前述差分回損。第二和第六FR408層應較薄於第四FR4層。最好是，第二和第六層的厚度是0.127±0.025mm(毫米)。由於FR408是更昂貴於FR4，使得主要成本效益是只使用FR408薄層來實現，但不致降低信號品質。FR408的厚度可為任何標準使用尺寸。在本說明書所指的PCB係使用0.005英寸層。厚度是由想要的線路幾何決定。

接地面使用在RJ45插頭可改善回損。不過，申請者實踐證明，若接地面(26)沒有使用分隔或間隙(36)，可能發生有關導線對串音的問題。接地面的分隔迫使傳輸線的回返電流保持靠近傳輸線，造成增加插頭線路間的共模隔離，如此減少串音。最好是，接地面(26)的厚度是在0.0178毫米至0.0771毫米範圍內。此外，最好是，接地面(26)是利用銅製成。最好是，電路板(18)的一側部線路與其相鄰接地面(26)間的距離是介於0.051毫米與0.61毫米間。如本說明書使用的術語「分隔接地面」亦表示兩或多個分開接地面。分開接地面或一分隔接地面的分隔部件可以或可不具有相同電位。實踐證明，分隔接地面安置於如在連接器PCB定義的線路對下面允許調整在整個插頭的其他對與個別導線間的耦合參數。

請即參考有關本發明之較佳具體實施例的前面描述，應明白，其中可進行許多修改。應瞭解，所有此修改是在文後申請專利範圍中具體實施，且在本發明的真實精神與範疇內。

(26)‧‧‧第三層

(36)‧‧‧間隙

(40)‧‧‧通孔

(50)‧‧‧電隔離元件

(52)‧‧‧電隔離元件

Claims

一種通信連接器：一殼體；複數個成對電接點，其接納在該殼體；一印刷電路板(PCB)；該PCB包括至少第一和第二對導電信號線路；第一對線路連接一第一對接點；第二對線路連接一第二對接點；該PCB具有第一和第二區帶；第一對線路是設置在第一區帶，且第二對線路是設置在第二區帶；該PCB更包括至少一第一接地面；第一接地面具有第一和第二部件；第一和第二部件是實質彼此電隔離；第一部件的至少一部分是相鄰第一對線路的至少一部分；第二部件的至少一部分是相鄰第二對線路的至少一部分，藉此改善信號傳輸性能。
如請求項1所述之通信連接器，其中第一和第二部件是隔開。
如請求項2所述之通信連接器，其中該介於第一和第二部件間的空間是至少0.08毫米。
如請求項3所述之通信連接器，其中該介於第一和第二部件間的空間是不超過6.35毫米。
如請求項1所述之通信連接器，其中該PCB包括一第一介電材料，其是設置在該接地面的一側部與第一和第二對之間；第一介電材料的介電常數是小於4.5。
如請求項5所述之通信連接器，其更包括一第二介電材料，其設置相鄰該接地面的另一側部；第二介電材料具有一至少4.5的介電常數。
如請求項5所述之通信連接器，其中第一介電材料的該厚度是不超過 0.127毫米。
一種通信連接器：一殼體；複數個成對電接點，其接納在該殼體；一第一印刷電路板(PCB)；該PCB包括至少第一和第二對導電信號線路；第一對線路連接一第一對接點；第二對線路連接一第二對接點；該PCB具有第一和第二區帶；第一對線路的至少一線路是設置在第一區帶，且第二對線線的至少一線路是設置在第二區帶；該PCB更包括至少一第一導電接地面；第一導電接地面具有一間隙，藉此形成第一和第二部件，其彼此未電連接；第一部件的至少一部分是相鄰第一對的至少一線路的至少一部分；第二部件的至少一部分是相鄰第二對的至少一線路的至少一部分。
如請求項8所述之通信連接器，其中該間隙是介於0.45毫米與1.65毫米寬度間。
如請求項8所述之通信連接器，其更包括一第二接地面；第二接地面具有第三和第四部件；第一和第二對是設置在該PCB的一側部；第三和第四對是設置在該PCB的另一側部；第二接地面的第三和第四部件不是彼此電連接；第三部件的一部分是相鄰第三對的一部分；第四部件的一部分是相鄰第四對的一部分。
如請求項10所述之通信連接器，其中該PCB包括七層；第一和第二對是第一層；第一接地面是第三層；第二接地面是第五層；第三和第四對是第七層；一介電材料形成第二和第六層；第一介電材料是一高頻材料，其具有一相當低介電常數；一第二介電材料形成第四層；第二介電材料具有一介電常數，其是大於第一介電材料的該介電常數。
如請求項11所述之通信連接器，其中第二和第六層的該厚度是介於0.102毫米與0.152毫米間。
如請求項11所述之通信連接器，其中第一介電材料的該介電常數是小於4.5。
如請求項8所述之通信連接器，其中該間隙是至少0.08毫米寬度。
如請求項8所述之通信連接器，其中第一接地面的第一和第二部件之每一者是在相同平面。
一種通信連接器，包括：一殼體；複數個成對電接點，其接納在該殼體；一印刷電路板(PCB)；該PCB包括至少第一和第二對導電信號線路；第一對信號線路連接一第一對接點，且第二對信號線路連接一第二對接點；該PCB更包括：一第一接地層、一相當高介電材料層、與一相當低介電材料層，用以支援高頻傳輸；該相當低介電材料層是設置在第一接地面的一側部與第一和第二對線路間；該相當高介電材料層是相鄰第一接地面的另一側部。
如請求項16所述之通信連接器，其中該相當低介電材料的介電常數是小於4.5。
如請求項17所述之通信連接器，其中該具有相當低介電常數之材料的介電常數是約3.7或更小。
如請求項16所述之通信連接器，其中該PCB包括七層；第一和第二對是第一層；第一接地面是第三層；第二接地面是第五層；第三和第四對是第七層；一第一介電材料形成第二和第六層；第一介質材料是一高頻材料，其具有一相當低介電常數；一第二介電材料形成第四層；第二介電材料具有一介電常數，其大於第一介電材料的該介電常數。
如請求項19所述之通信連接器，其中第二和第六層的厚度是介於0.102毫米與0.152毫米間。