TWI691129B - 插頭裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明關於一種插頭裝置(10)，插頭裝置(10)包括第一插頭連接器(12)，第一插頭連接器(12)具有彈簧接觸件(16)，其中至少一彈簧接觸件(16)係提供來用於建立第一與第二電路接地(18a、18b)之間的電連接，且插頭裝置(10)包括第二插頭連接器(14)，第二插頭連接器(14)具有刀片接觸件(28)，其中至少一刀片接觸件(28)係提供來用於建立兩個電路接地(18a、18b)之間的連接。根據本發明的插頭裝置(10)的特徵在於歐姆電阻器(34)至少提供在接觸點(30、40)處的一部分區域(42)中，在部分區域(42)中，第一插頭連接器(12)的彈簧接觸件(16)的至少一彈簧元件(24a、24b、24c、26)的前端(36、38)壓於第二插頭連接器(14)的刀片接觸件(28)上，在第一電路接地(18a)連接至彈簧接觸件(16)與接觸點(30、40)處的部分區域(42)中的刀片接觸件(28)之間的第二電路接地(18b)的期間，電阻器形成串聯電阻器。

Description

插頭裝置
本發明係基於申請專利範圍獨立項的類型的插頭裝置。
專利申請案DE 197 27 092 A1敘述一種屏蔽式電插頭連接器，包括屏蔽翼片。屏蔽翼片配置成數組，藉此產生複數個纜線路線，纜線路線可連接至電路板的電路接地。因為特殊的設計，可獲得至電路接地的屏蔽的低電感連接，藉此在較高的信號頻率時最佳化屏蔽的有效性。
專利申請案DE 10 2008 006 340 A1提出具有成形的屏蔽殼體的插頭連接器。第一條狀纜線部分接觸於夾持元件，例如藉由捲曲。對應的纜線部分經由屏蔽而另外接觸於接地棒。接地棒較佳地形成自具有低電性阻抗的材料，以促成屏蔽的接地電阻值的控制。導電插頭連接器密封元件可密封高頻中斷的可能漏電流路徑，並且減少屏蔽與電路接地之間的連接的阻抗。屏蔽與電路接地或接地棒之間的連接藉此達成盡可能低的阻抗位準，以確保至高頻的有效屏蔽。
專利申請案DE 42 22 452 A1敘述一種屏蔽式插頭連接器。使用站立在邊緣上的屏蔽件接觸件與 較薄的接地可形成咬入導電屏蔽件與插入的插頭連接器的接地層之連接，且因此，促成屏蔽件與接地線的穩定電連接有盡可能低的阻抗。
專利申請案DE 101 19 695 A1中敘述一種插頭連接器，其中插頭連接器的兩個插頭連接元件各自設有屏蔽板。在兩個插頭連接元件的接觸狀態中，屏蔽板實質上完全在彼此上，藉此達成低電感值且整體上低電阻值的屏蔽信號路徑。
專利說明書US 6 976 886 B2揭示一種插頭連接器，其中信號承載線對抗彼此的高屏蔽效果與插頭連接器的高屏蔽效果整體上係如此達成：藉由接觸元件導引信號與接觸元件導引接地電位相對於彼此的特殊配置與校準。已知的插頭連接器特別適用於高頻信號，其中另外特別提供接觸元件導引信號與接觸元件導引接地電位的配置，以達成特定位準的特性阻抗。
在專利申請案DE 198 07 713 A1中，敘述一種插頭連接器，包括有大量的接觸元件。提供已知的插頭連接器來建立背板與插件卡之間的插入連接，其中，在具體的範例性實施例中，建立背板與所謂的精小型PCI系統的插件卡之間的插入連接。
實用新型說明書DE 20 2014 103 633 U1提出一種插頭連接器與元件，其中插頭連接器具有接觸元件係分成至少一信號接觸元件與至少一屏蔽接觸元件。此外，提供要接觸於或已經接觸於插頭連接器的元 件，此元件具有電路接地。所述的插頭連接器與元件的特徵在於提供歐姆電阻器，歐姆電阻器連接插頭連接器的至少一屏蔽接觸元件至電路接地。插頭連接器的至少一屏蔽接觸元件至電路接地的電連接經由電阻器而非直接的電連接可以防止寄生波動，寄生波動會不利地影響經由插頭連接器的信號傳輸特性，並且會嚴重惡化信號品質。電阻器作用為抑制電阻器。
在Meinke與Gundlach所寫的專業書「Taschenbuch für Hochfrequenztechnik」(用於高頻技術的口袋書，施普林格出版社(Springer-Verlag)1956年)中，解釋了電子工程的基本概念，像是電容、電感與特性阻抗。
本發明的目的為指明一種插頭裝置，具有平滑的頻率響應或抑制路線，尤其是高頻率或資料傳輸速率。
該目的藉由申請專利範圍獨立項中指定的特徵來解決。
本發明係基於一種插頭裝置，插頭裝置包括第一插頭連接器，第一插頭連接器具有彈簧接觸件，其中至少一彈簧接觸件係提供來用於建立第一與第二電路接地之間的電連接，且插頭裝置包括第二插頭連接器，第二插頭連接器具有刀片接觸件，其中至少一刀片接觸件係提供來用於建立兩個電路接地的連接。根據本發明 的插頭裝置的特徵在於歐姆電阻器至少提供在接觸點處的部分區域中，在部分區域處，第一插頭連接器的彈簧接觸件的至少一彈簧元件的前端支撐於第二插頭連接器的對應刀片接觸件上，在第一電路接地連接至彈簧接觸件與接觸點處的部分區域中的刀片接觸件之間的第二電路接地時，該電阻器形成串聯電阻器。
根據本發明的插頭裝置促成建立高品質的插頭連接能夠達到插頭裝置的指定資料速率範圍或指定頻率範圍的上限，其中上限可在例如30GHz的高頻或30Gbit/s的高資料速率。根據本發明的插頭裝置確保：預期最大程度僅較少偏離理想的頻率路線或抑制路線。
沒有根據本發明所提供的措施，在彈簧接觸件的彈簧元件與刀片接觸件之間的接觸點的區域中預期會形成渦電流〈eddy current〉。根據本發明所提供之至少在彈簧接觸件的彈簧元件與刀片接觸件之間的接觸點的部分區域中引入歐姆電阻器可抑制渦電流或防止渦電流的發生，渦電流會在經由插頭裝置之相同電位的電路接地的連接中導致非所欲的寄生效應。
電阻器可提供在彈簧接觸件的彈簧元件與刀片接觸件之間的接觸點處的一部分區域或多個部分區域中。在此必須確保：彈簧接觸件的至少一彈簧元件與刀片接觸件之間的直接直流電連接可以至少在剩餘的部分區域中無電阻值，使得經由插頭裝置所連接之相同電位的兩個電路接地之間的低電阻值連接可以建立。
根據本發明的插頭裝置的實施例與有利的發展各自為申請專利範圍附屬項的技術內容。
一實施例提供：彈簧接觸件包括至少一另外的彈簧元件，且接觸接腳的電阻器分配在另外的彈簧元件與對應於另外的彈簧元件之刀片接觸件之間。在此，電阻器可分配至另外的彈簧元件與對應的刀片接觸件之間的接觸點的部分區域，或者替代地，分配至整個接觸點。假設電阻器分配至另外的彈簧元件與刀片接觸件之間的整個接觸點，彈簧接觸件的至少一其他存在的彈簧元件建立經由插頭裝置所連接之電路接地之間所需的直接直流電連接。
純粹在原則上，電阻器可實施為離散元件，例如作為SMD電阻器或作為微型電阻器。根據一實施例，提供電阻器實施為一層。具有預定的特定電阻值之金屬陶瓷、碳、導電塑膠或金屬層適合作為用於塗層的材料。
塗層可提供於刀片接觸件上或彈簧元件上，或者分佈在刀片接觸件上與彈簧接觸件的彈簧元件上。
一實施例提供電阻值在20至100歐姆的範圍中。藉由測試且藉由計算，此範圍已經證明為最佳的範圍。
一實施例提供：電阻器的電阻值對應於經由插頭裝置所導引之信號線的特性阻抗，其中50歐姆為經常提供的特性阻抗。
根據本發明的插頭裝置的一實施例提供：提供直接配置相鄰於彼此的至少兩個信號接觸元件，且電路接地連接至彼此所經由的刀片接觸件與彈簧接觸件係分配至直接配置相鄰於彼此的兩個信號接觸元件。
此實施例的一發展提供：經由直接配置相鄰於彼此的兩個信號接觸元件而提供差動信號的傳輸。
另一實施例係關於刀片接觸件的實施，刀片接觸件較佳地實施為L形，使得分配至接地導引的刀片接觸件之至少一信號接觸元件的至少部分包圍與屏蔽為可能的。
根據本發明的插頭裝置的進一步有利發展與實施例係產生自以下的敘述。
10‧‧‧插頭裝置
12‧‧‧第一插頭連接器
14‧‧‧第二插頭連接器
16‧‧‧彈簧接觸件
18a‧‧‧第一電路接地
18b‧‧‧第二電路接地
20‧‧‧焊接接腳〈壓接元件〉
22‧‧‧屏蔽板
24a、24b、24c、26‧‧‧彈簧元件
28‧‧‧刀片接觸件
30‧‧‧接觸點
34‧‧‧歐姆電阻器
36‧‧‧前端
38‧‧‧前端
40‧‧‧接觸點
42‧‧‧部分區域
44、46‧‧‧信號接觸元件
範例性實施例藉由圖式來更詳細地說明。
第1圖繪示插頭裝置的等距視圖，插頭裝置包括第一與第二插頭連接器；第2圖繪示插頭裝置的部分的頂視圖；第3圖繪示第2圖所示的頂視圖的細節的等距視圖；第4圖繪示彈簧接觸件與刀片接觸件之間的連接的示意圖；第5圖繪示在建立插頭連接之前，另外的彈簧元件與刀片接觸件之間或彈簧元件與刀片接觸件之間的接觸點； 第6圖繪示在建立插頭連接之前，另外的彈簧元件與刀片接觸件之間的接觸點；第7圖繪示沿著第2圖所示的交叉線A-A'通過彈簧接觸件與刀片接觸件之橫剖面圖；第8圖繪示第7圖的細節；及第9圖繪示插頭裝置的等距視圖；及第10圖繪示單獨的刀片接觸件。
第1圖繪示插頭裝置10的等距視圖，插頭裝置10包括第一插頭連接器12與第二插頭連接器14，其中，在第1圖中，繪示第一與第二插頭連接器12、14插在一起的狀態。在所示的範例性實施例中，第一插頭連接器12包括彈簧接觸件16，且第二插頭連接器14包括非可見的刀片接觸件。
插頭裝置10具體地係提供來連接線，信號經由線而傳輸，信號的頻率在高頻的範圍，例如，1GHz至30GHz。根據本發明的插頭裝置10具體地係適合於傳輸數位信號，其中資料速率可在高範圍，例如，1Gbit/s至30Gbit/s。在此頻率範圍或資料速率範圍中，經由插頭裝置10所導引的電性接地連接為特別重要的。在此必須考慮到，在插頭裝置10所使用的塑膠的有效相對介電常數的情況中，插頭裝置10的尺寸或插頭連接器12、14的一者的尺寸已經在要傳輸的信號的波長範圍中的較高頻率限制或較高資料速率。
如同信號線的連接，具體地，接地連接也決定插頭裝置10的傳輸品質，例如，傳輸品質可由信號抑制與相位旋轉或者通過藉由S參數來指定，各自取決於頻率。接地連接可連接第一元件的第一電路接地18a，第一電路接地18a接觸於第一插頭連接器12，且接地連接可連接第二元件的第二電路接地18b，第二電路接地18b連接於第二插頭連接器14。該連接例如是經由焊接接腳或壓接元件20而發生。
第一插頭連接器12較佳地包括至少一屏蔽板22，至少一屏蔽板22連接至第一元件的第一電路接地18a。第一插頭連接器12可另外包括至少一接觸元件，但是較佳地為複數個接觸元件，複數個接觸元件連接至第一元件的電路接地18a。屏蔽板22因此藉由範例的方式僅用來解釋根據本發明的插頭裝置10。在插頭裝置10的插入狀態中，屏蔽板22以導電的方式經由至少一彈簧接觸件16而連接至第二插頭連接器14的對應的刀片接觸件，刀片接觸件在第1圖中看不見。在所示的範例性實施例中，彈簧接觸件16範例性地具有三個彈簧元件24a1、24b、24c。彈簧接觸件16可另外包括另外的彈簧元件26。
第2圖繪示屏蔽板22的頂視圖。第2圖所示的部件係根據第1圖所示的部件，且各自以相同的元件符號來指稱。此一致性也適用於後面的圖式。
在第2圖中，繪示插頭裝置10的插入狀態，其中兩個彈簧元件24a、24b將接觸於刀片接觸件28，其中刀片接觸件28經由焊接接腳20而建立第二元件的第二電路接地18b的接地連接。另外的彈簧元件26也建立彈簧接觸件16與刀片接觸件28之間的接地連接。
第3圖繪示第1圖或第2圖在另外的彈簧元件26的區域中的細節的等距視圖。另外的彈簧元件26與刀片接觸件28之間的接觸點30係用虛線表示。此外，歐姆電阻器34係用陰影線表示，該歐姆電阻器提供於接觸點30的至少一部分區域中。
電阻器34對應於串聯電阻器，其中另外的彈簧元件26經由串聯電阻器而至少部分連接至刀片接觸件28。
藉由測量確定，在已經監測的高信號頻率或對應的高資料速率的情況中，在經由插頭裝置10的信號傳輸期間會發生不平滑的抑制。振幅下降與振幅峰值兩者根據頻率來決定。此反應可解釋為因為彈簧接觸件16與刀片接觸件28之間的接觸點30的區域中的渦電流的形成。渦電流可能導致共振效應，導致信號抑制與信號增加兩者，取決於頻率。
已經藉由實驗且藉由計算而證明，至少在彈簧元件24a、24b或另外的彈簧元件26與刀片接觸件28之間的接觸點30的部分區域中引入歐姆電阻器34可抑制渦電流或完全防止渦電流的發生。利用消除渦電流， 根據插頭裝置10的較高指定頻率限制之頻率或較高指定資料速率限制，達成平滑的信號抑制。
第4圖繪示彈簧接觸件16與刀片接觸件28之間的連接的示意圖，例如第一彈簧元件24a與另外的彈簧元件26。
另外的彈簧元件26的前端36經由電阻器34而電連接至在接觸點30的至少一部分區域中的刀片接觸件28。彈簧元件24a的前端38也具有接觸點40，經由接觸點40而建立至刀片接觸件28的電連接。純粹在原則上，至少在部分區域中，甚至在彈簧元件24a的前端38與刀片接觸件28之間的接觸點40處，可提供電阻器。
第5圖繪示在建立插頭連接之前，另外的彈簧元件26與刀片接觸件28之間的接觸點30以及彈簧元件24a與刀片接觸件28之間的接觸點40，其中另外的彈簧元件26的前端36與彈簧元件24a的前端38推於刀片接觸件28之上。電阻器34提供於接觸點30、40的部分區域42中，其中也可提供數個部分區域42。
純粹在原則上，電阻器34可實施為離散元件，例如作為SMD電阻器或微型電阻器，電阻器34可提供於另外的彈簧元件26的前端36處或彈簧元件24a的前端38處或刀片接觸件28的接觸點30、40的區域中，其中電阻器34的分佈也可設想到其中部分的電阻器提供於另外的彈簧元件26的前端36上或彈簧元件24a的 前端38上，且第二部分的電阻器提供於刀片接觸件28上。
但是，較佳地，藉由層來實施電阻器34，層的電阻器34可再次同樣地分佈在另外的彈簧元件26的前端36上或彈簧元件24a的前端38上之層上，以及刀片接觸件28上的層上。較佳地，電阻器34的層提供於刀片接觸件28上的接觸點30、40的區域中。
針對塗層，可使用電位計中所用的電阻材料。金屬陶瓷〈指的是由金屬基質中的陶瓷材料所製成的合成材料〉例如是合適的。金屬陶瓷的特徵在於高的耐磨性，使得插頭裝置10可製造為設計用於多次的插入程序。電阻器34也可實施自碳層、具有預定的特定電阻值的金屬層、或具有預定的特定電阻值的導電塑膠。
藉由測試且藉由計算已經證明，電阻器34的電阻值較佳地在20與100歐姆之間的範圍中。根據一具體的範例性實施例，電阻器34的電阻值可總計至少大約50歐姆。具體地，對應於經由插頭裝置10所導引的信號線的特性阻抗之電阻器34的電阻值為合適的。決定插頭裝置10的每單位長度的電容值與每單位長度的電感值以及特性阻抗之細節可從一開始由Meinke與Gundlach指定的專業書取得，具體地是在第14、18、與165頁。
第6圖繪示在建立插頭連接之前，另外的彈簧元件26與刀片接觸件28之間的接觸點30，其中另外 的彈簧元件26的前端36推於刀片接觸件28之上。在此範例性實施例中，電阻器34不僅覆蓋接觸點30的至少一部分區域42，但是是覆蓋整個接觸點30。若彈簧接觸件16具有至少兩個彈簧元件24a、24b、24c、26，則可提供此範例性實施例，因為必須確保彈簧接觸件16的至少一彈簧元件24a、24b、24c、26可建立彈簧接觸件16與刀片接觸件28之間的直流電連接，而不需要額外的電阻器34。
第7圖繪示沿著第2圖所示的線A-A'通過彈簧接觸件16與刀片接觸件28之橫剖面圖。在所示的範例性實施例中，在插頭裝置10的插入狀態中，電阻器34提供於另外的彈簧元件26的前端36與刀片接觸件28之間的接觸點30處，同時彈簧元件24a的前端38直接連接至在接觸點40處的刀片接觸件28，而不需要電阻器。在所示的範例性實施例中，刀片接觸件28實施為L形的刀片接觸件28。
第8圖繪示第7圖的細節X，其中另外的彈簧元件26的前端36與刀片接觸件28之間或彈簧元件24a的前端38與刀片接觸件28之間的接觸點30、40以及電阻器34清楚地呈現。
第9圖根據一範例性實施例，繪示插頭裝置10的等距視圖，其中刀片接觸件28的整個前部區域塗覆有電阻器34。繪示在插頭裝置10插設在一起之前，第一插頭連接器12與第二插頭連接器14相對於彼此的位 置。在此範例性實施例中，沒有電阻器提供於彈簧元件24a、24b與刀片接觸件28之間的接觸點40〈未圖示〉處。
根據所示的範例性實施例，兩個信號接觸元件44、46分配至L形刀片接觸件28，該信號接觸元件由L形刀片接觸件28屏蔽。插頭裝置10可較佳地用於連接信號承載線，信號承載線包括至少一對信號承載線，至少一對信號承載線包括配置成直接相鄰的至少一〈較佳地，複數的兩個〉接觸元件44、46。信號接觸元件對較佳地用於連接差動信號。此種差動信號具有例如在一信號接觸元件44處、相對於中央位準的正位準，且同時，具有在相鄰的信號接觸元件46處的負位準。該等位準以推挽的方式隨著信號的頻率而交替。在此實施例中，刀片接觸件28的L形實施特別有利，它至少部分包圍兩個接觸元件44、46。
第10圖根據範例性實施例，繪示單獨的刀片接觸件28，刀片接觸件28使用兩個焊接接腳20來建立第二元件的第二電路接地18b的連接，其中刀片接觸件28再次實施為L形刀片接觸件28。從第10圖看出，電阻器34的層提供於刀片接觸件28的前端的整個區域中，刀片接觸件28的前端的整個區域大於接觸點30。所示的範例性實施例係基於L形刀片接觸件28。自然地，刀片接觸件28可同樣實施為圓形，或例如方形接腳。對應於此 的彈簧接觸件16的彈簧元件24a、24b、24c、26可對應地實施為圓形部分或例如矩形部分。
10‧‧‧插頭裝置
12‧‧‧第一插頭連接器
14‧‧‧第二插頭連接器
16‧‧‧彈簧接觸件
18a‧‧‧第一電路接地
18b‧‧‧第二電路接地
20‧‧‧焊接接腳〈壓接元件〉
22‧‧‧屏蔽板
24a、24b、24c、26‧‧‧彈簧元件

Claims (12)

  1. 一種插頭裝置，該插頭裝置包括一第一插頭連接器(12)，該第一插頭連接器(12)具有彈簧接觸件(16)，其中至少一彈簧接觸件(16)係提供來用於建立一第一與一第二電路接地(18a、18b)之間的一電連接，且該插頭裝置包括一第二插頭連接器(14)，該第二插頭連接器(14)具有刀片接觸件(28)，其中至少一刀片接觸件(28)係提供來用於建立該等電路接地(18a、18b)的該連接，其特徵在於一歐姆電阻器(34)至少提供在該接觸點(30、40)處的一部分區域(42)中，在該部分區域(42)中，該第一插頭連接器(12)的一彈簧接觸件(16)的至少一彈簧元件(24a、24b、24c、26)的該前端(36、38)壓於該第二插頭連接器(14)的一刀片接觸件(28)上，在該第一電路接地(18a)連接至該彈簧接觸件(16)與該接觸點(30、40)處的該部分區域(42)中的該刀片接觸件(28)之間的該第二電路接地(18b)的期間，該電阻器形成一串聯電阻器，其中該彈簧接觸件(16)包括至少一另外的彈簧元件(26)，且其中該電阻器(34)係分配至該另外的彈簧元件(26)與對應於該另外的彈簧元件(26)的該刀片接觸件(28)之間的該接觸 點(30)。
  2. 如請求項1所述之插頭裝置，其特徵在於，該電阻器(34)係分配至該另外的彈簧元件(26)與該對應的刀片接觸件(28)之間的一部分區域(42)或該整個接觸點(30)。
  3. 如請求項1所述之插頭裝置，其特徵在於：該電阻器(34)係實施為一層。
  4. 如請求項3所述之插頭裝置，其特徵在於，具有一預定的特定電阻值之金屬陶瓷、碳、導電塑膠或一金屬層係提供作為用於該塗層的該材料。
  5. 如請求項3所述之插頭裝置，其特徵在於，該塗層提供在該刀片接觸件(28)上。
  6. 如請求項3所述之插頭裝置，其特徵在於，該塗層提供在該彈簧元件(24a、24b、24c、26)上。
  7. 如請求項1所述之插頭裝置，其特徵在於，該電阻器(34)具有20-100歐姆的一電阻值。
  8. 如請求項1所述之插頭裝置，其特徵在於，該電阻器(34)的該電阻值總計至少大約50歐姆。
  9. 如請求項1所述之插頭裝置，其特徵在於，該電阻器(34)的該電阻值對應於經由該插頭裝置(10)導引的一信號線的該特性阻抗。
  10. 如請求項1所述之插頭裝置，其特徵在於，提供直接配置相鄰於彼此的至少兩個信號接觸元件(44、46)，且該兩個電路接地(18a、18b)連接至彼此所經由的該刀片接觸件(28)與該彈簧接觸件(16)係分配至直接配置相鄰於彼此的該兩個信號接觸元件(44、46)。
  11. 如請求項10所述之插頭裝置，其特徵在於，經由直接配置相鄰於彼此的該兩個信號接觸元件(44、46)而提供差動信號的傳輸。
  12. 如請求項1所述之插頭裝置，其特徵在於，該刀片接觸件(28)係實施為L形。
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