WO2024116158A1 - Elektrischer steckverbinder - Google Patents

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WO2024116158A1
WO2024116158A1 PCT/IB2023/062171 IB2023062171W WO2024116158A1 WO 2024116158 A1 WO2024116158 A1 WO 2024116158A1 IB 2023062171 W IB2023062171 W IB 2023062171W WO 2024116158 A1 WO2024116158 A1 WO 2024116158A1
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WO
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interface
connector
circuit board
conductor
conductor tracks
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Application number
PCT/IB2023/062171
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English (en)
French (fr)
Inventor
Kevin Kreklow
Original Assignee
Ims Connector Systems Gmbh
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Filing date
Publication date
Application filed by Ims Connector Systems Gmbh filed Critical Ims Connector Systems Gmbh
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
    • H01R13/66—Structural association with built-in electrical component
    • H01R13/665—Structural association with built-in electrical component with built-in electronic circuit
    • H01R13/6658—Structural association with built-in electrical component with built-in electronic circuit on printed circuit board
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
    • H01R13/646—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00 specially adapted for high-frequency, e.g. structures providing an impedance match or phase match
    • H01R13/6473—Impedance matching
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/0213—Electrical arrangements not otherwise provided for
    • H05K1/0237—High frequency adaptations
    • H05K1/025—Impedance arrangements, e.g. impedance matching, reduction of parasitic impedance
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/30—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
    • H05K3/32—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits
    • H05K3/34—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
    • H05K3/3405—Edge mounted components, e.g. terminals

Definitions

  • the invention relates to an electrical connector.
  • a connector that is connected to a cable can be a plug, in particular a circuit board plug, a socket, a coupling or an adapter.
  • the quotient of electric and magnetic field strength is called the characteristic impedance.
  • the characteristic impedance is determined by a number of factors. Among other things, the dimensions of the inner and outer conductors, the position of the conductors relative to each other and the materials in the space between the conductors play a key role. These and other influencing factors are coordinated when designing a transmission channel in order to achieve the characteristic impedance desired for the channel. Locally limited deviations from this ideal tuning that occur in the transmission channel are referred to as interference points.
  • the resulting sudden change in the electromagnetic space around the individual lines creates an excess of the electric field strength relative to the magnetic field strength and, with it, an unwanted increase in the characteristic impedance, which results in a partial reflection of the electromagnetic wave.
  • the metal connector housing which serves as the reference potential of the electromagnetic wave in the connector instead of the cable outer conductor, would have to be brought very close to the individual wires, as described in DE 20 2015 000 751 Ul. For manufacturing reasons, this is difficult to achieve.
  • US 20 2002 03 894 A1 proposes a pressing means that is integrally connected to the connector, which is designed, for example, as a rib that protrudes into the interior of the connector housing.
  • an outer conductor surrounding the individual lines has a deformation which reduces a distance between the outer conductor and the individual conductors and/or a distance between the individual conductors in a region of the deformation, so that the distance between the individual conductors in a region of the deformation is zero.
  • Such a deformation can be achieved by magnetic deformation, squeezing, crimping or folding.
  • This type of deformation of the outer conductor is also difficult to produce in terms of manufacturing technology.
  • the present invention is based on the object of specifying an electrical connector with which an increase in impedance is prevented or at least reduced when connecting a cable having at least one pair of conductors.
  • Such an electrical connector includes:
  • the circuit board has at least two conductor tracks as impedance matching between the conductor pair and the connector interface, each of which electrically connects a plug contact of the connector interface to a wire of the at least one conductor pair, and
  • a circuit board with impedance-controlled conductor tracks between the plug contacts, preferably the inner conductors of the electrical connector, and the cable end of the cable is inserted into the connector housing and the plug contacts of the connector and the cores of the conductor pair of the cable are electrically connected to the conductor tracks on both sides.
  • an impedance adjustment is achieved, in particular in the above-mentioned critical transition region, in which the distance between the individual lines increases from a small distance to the larger distance between the plug contacts of the connector, so that the impedance value can be optimized in this transition region.
  • An advantageous further development provides that, for impedance matching, the width and/or the thickness of the at least two conductor tracks is matched to the circuit board material and/or the circuit board thickness.
  • the impedance between the conductor pair and the connector interface is adjusted according to the further development by means of the spacing of the at least two conductor tracks and/or by means of the spacing of the conductor tracks to the inner connector housing.
  • the two conductor tracks can connect the two interfaces of the circuit board in a straight line, so that the distance between the two conductor tracks decreases continuously from the first interface towards the second interface. It is also possible that the spacing is not continuous. This is the case, for example, if the conductor width of the two conductor tracks is not constant. or the conductor tracks do not connect the two interfaces in a straight line.
  • the first interface of the circuit board has contact elements for electrically connecting the at least two conductor tracks to the at least two plug contacts. This facilitates the assembly of the plug connector, since the circuit board with the contact elements, preferably designed as plug contacts, only needs to be inserted into the plug contacts of the plug connector.
  • contact surfaces of the at least two conductor tracks form the second interface of the circuit board, wherein the contact surfaces are electrically connected to the wires of the at least one conductor pair.
  • the conductor pair can already be electrically connected to the circuit board via these contact surfaces as part of a cable assembly process.
  • a further preferred development of the invention provides that the distance between the at least two conductor tracks increases in a V-shape starting from the second interface in the direction of the first interface.
  • the circuit board thus advantageously takes over the adjustment of the different distances.
  • the printed circuit board has a width in the area of the first interface which is greater than the width in the area of the second interface.
  • Figure 1 is a sectional view in plan view of a connector with a cable connected thereto with at least one pair of conductors according to the invention
  • Figure 2 is a sectional view of the connector with connected cable according to Figure 1 in a side view.
  • Figures 1 and 2 show a connector arrangement 100 with an electrical connector 10, for example an Ethernet connector, and a cable 1 electrically connected to the same, for example a twin cable.
  • an electrical connector 10 for example an Ethernet connector
  • a cable 1 electrically connected to the same, for example a twin cable.
  • the cable 1 consists of at least one conductor pair 1.1, the wires 1.2 of which are each covered by a cable insulation 1.4.
  • An outer conductor 1.5 covers the insulated conductor pair 1.1, which is finally enclosed by a cable sheath 1.3.
  • the electrical connector 10 comprises a housing 3, consisting of an outer connector housing 3.1 and an inner connector housing 3.2, which also forms the outer conductor 3.3 of the connector 10.
  • the connector housing 3 is cuboid-shaped.
  • a cable-side section 7 of the electrical connector 10 accommodates the cable 1, while a plug-side section section 9 of the connector 10 has a connector interface S with two plug contacts 2 as inner conductor 2 . 1 of the connector 10 for electrical connection to a corresponding mating connector (not shown in Figures 1 and 2).
  • An insulator part 3 . 4 of the electrical connector 10 receives the two plug contacts 2 as inner conductors 2 . 1 for fixing them in the electrical connector 10 and serves for electrical separation between the inner conductors 2 . 1 and the metallic outer connector housing 3 . 1, which is in electrical contact with the metallic inner connector housing 3 . 2 as outer conductor 3 . 3 of the connector housing 10.
  • a circuit board 5 is connected to the insulator part 3.4 in the longitudinal direction R of the electrical connector 10 along its longitudinal axis L, the circuit board 5 having a bottle-shaped contour in its plane, so that a section with a width Bl is followed by a section with a smaller width B2, with B2 ⁇ Bl.
  • the section of the circuit board 5 with the smaller width B2 extends into a middle section 8 located between the cable-side section 7 and the plug-side section 9 of the electrical connector 10.
  • the plane of the circuit board 5 lies parallel to a main surface of the cuboid shape of the connector housing 3.
  • the inner connector housing 3 . 2 serving as the outer conductor 3 . 3 of the electrical connector 10 adjoins the insulator part 3 . 4 in the longitudinal direction R, encloses the section of the circuit board 5 with the width B2 and then tapers in the middle region 8 in which the Section of the circuit board 5 with the smaller width B2, in order to then expand again to a diameter of the cable 1 in the transition to the cable-side section 7.
  • the outer connector housing 3.1 encloses the insulator part 3.4 and extends over the plug-side section 9 of the electrical connector 10, thus also enclosing that part of the inner connector housing 3.2 which encloses the section of the circuit board 5 with the larger width Bl.
  • the circuit board 5 has two conductor tracks 6, each of which electrically connects a wire 1.2 of the conductor pair 1.1 of the cable 1 with a plug contact 2 of the interface S.
  • the distance between the two wires 1.2 of the conductor pair 1.1 is adapted to the larger distance between the two plug contacts 2 in such a way that an impedance change in this area is largely avoided and no undesirable reflections of the differential signals transmitted via the cable 1 occur.
  • the circuit board 5 has a first interface S1 in the area of the section of the circuit board 5 with the larger width Bl for connection to the plug contacts 2 of the interface S.
  • This interface S1 comprises contact elements 6.1 designed as plug contacts, which on the one hand are electrically connected to a conductor track 6 via a soldering lug, e.g. by means of a soldering process, and on the other hand are detachably plugged into a plug contact 2 of the interface S.
  • the electrical connection of the conductor tracks 6 to the wires 1.2 of the conductor pair 1.1 of the cable 1 is established with a second interface S2 of the circuit board 5, which is located in the section with the smaller width B2.
  • the conductor tracks 6 each have a contact surface 6.2 at the end, to which a wire 1.2 is electrically connected, for example by means of a soldering process.
  • a contact sleeve 4 is connected to the middle section 8 of the electrical connector 10 in the area of the cable-side section 7, which not only encloses the outer conductor 1.5 of the cable 1, but on which the outer conductor 1.5 is also slipped onto the outer surface of the contact sleeve 4, so that the inner connector housing 3.2 as the inner conductor of the connector 10 can electrically contact the outer conductor 1.5 of the cable 1.
  • the cable sheath 1.3 of the cable 1 is connected to this contact sleeve 4 and is also enclosed in accordance with the cable-side section 7 shown.
  • a deviation of the characteristic impedance in the area of the transition of the wires 1.2 of the line pair 1.1 of the cable 1 to the plug contacts 2 of the interface S is prevented by means of appropriate selection of the electrical properties of the conductor material of the circuit board 5 and by means of the geometry of the conductor tracks 6, thus in particular interference points are at least largely reduced.
  • the two conductor tracks 6 connect the two interfaces S 1 and S2 of the circuit board 5 in a straight line, so that the distance between the two conductor tracks decreases continuously from the first interface S 1 towards the second interface S2. It is also possible to design the conductor tracks 6 not in a straight line, but rather in a wave-like manner, for example.
  • the width W and the thickness h of the conductor tracks 6 can be varied for impedance matching.
  • the conductor tracks are usually implemented as Cu conductor tracks.
  • the impedance between the conductor pair 1 . 1 and the connector interface S can be adjusted.
  • the shape and position of the inner conductor 2.1 in the connector 10 the material and geometry of the insulator part 3.4 and the shape of the outer conductor 3.3 of the connector housing 3 are coordinated with one another in order to achieve a transmission path free of interference at the characteristic impedance intended for the system.
  • the cable 1 is also designed to the desired characteristic impedance and avoids discontinuities.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Details Of Connecting Devices For Male And Female Coupling (AREA)
  • Coupling Device And Connection With Printed Circuit (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Steckverbinder (10) und umfasst eine Steckverbinderschnittstelle (S) mit mindestens zwei Steckkontakten (2) zur Kontaktierung eines weiteren Steckverbinders, eine Leiterplatte (5) mit einer ersten Schnittstelle (S1) zur elektrischen Verbindung mit den mindestens zwei Steckkontakten (2) und einer zweiten Schnittstelle (S2) zur elektrischen Kontaktierung eines Kabels (1) mit mindestens einem Leiterpaar (1.1) zur Übertragung von jeweils einem differentiellen Signal, und ein Steckverbindergehäuse (3, 3.1, 3.2) zur Aufnahme der Steckverbinderschnittstelle (S) und der Leiterplatte (5), wobei die Leiterplatte (5) als Impedanzanpassung zwischen dem Leiterpaar (1.1) und der Steckverbinderschnittstelle (S) mindestens zwei Leiterbahnen (6) aufweist, welche jeweils einen Steckkontakt (2) der Steckverbinderschnittstelle (S) mit einer Ader (1.2) des mindestens einen Leiterpaares (1.1) elektrisch verbinden, und die mindestens zwei Leiterbahnen (6) in einer Längsrichtung (R) des Steckverbinders (10) auf der Leiterplatte (5) angeordnet sind.

Description

Elektrischer Steckverbinder
Die Erfindung betri f ft einen elektrischen Steckverbinder .
Elektrische Steckverbinder zum Trennen oder Verbindung von elektrischen Leitungen sind aus dem Stand der Technik viel fach bekannt . Bei einem Steckverbinder, welcher mit einem Kabel verbunden ist , kann es sich um einen Stecker, insbesondere einem Platinenstecker, eine Buchse , eine Kupplung oder einen Adapter handeln .
Elektrische Steckverbinder sind Bestandteil eines Kommunikationskanals , dessen Ziel die störungs freie Übertragung einer elektromagnetischen Welle von einem Sender zu einem Empfänger ist . Eine elektromagnetische Welle weist ein elektrisches und ein magnetisches Feld auf . Zur optimalen Übertragung der elektromagnetischen Welle ist es unerlässlich, dass das Verhältnis der elektrischen Feldstärke relativ zur magnetischen Feldstärke über den gesamten Übertragungsweg der elektromagnetischen Welle konstant bleibt . Eine Veränderung der Relation zwischen beiden Feldstärken führt zu einer Störung der Fortbewegung der elektromagnetischen Welle und resultiert in einer Reflektion einer Teilmenge der Wellenenergie .
Der Quotient von elektrischer und magnetischer Feldstärke wird als charakteristische Impedanz bezeichnet . Die charakteristische Impedanz wird durch eine Viel zahl von Faktoren bestimmt . Unter anderem spielt die Dimension der Innen- und Außenleiter, die Position der Leiter zueinander, und die Materialien im Raum zwischen den Leitern eine tragende Rolle . Diese und weitere beeinflussenden Faktoren werden bei der Gestaltung eines Übertragungskanals aufeinander abgestimmt , um die für den Kanal erwünschte charakteristische Impedanz zu erzielen . Im Übertragungskanal auftretende örtlich beschränkte Abweichungen von dieser idealen Abstimmung werden als Störstellen bezeichnet .
Je höher die Frequenz der elektromagnetischen Welle ist , umso kürzer ist in der Regel die Wellenlänge der elektromagnetischen Welle . Je kürzer wiederum die Wellenlänge ist , umso fataler ist der Einfluss von örtlich begrenzten Störstellen im Übertragungskanal auf die Fortbewegung der elektromagnetischen Welle . Dies hat zur Folge , dass Übertragungskanäle , die elektromagnetische Wellen mit hohen Frequenzen übertragen sollen, grundsätzlich einen höheren Anspruch hinsichtlich der Vermeidung von Störstellen stellen als solche Kanäle , die niederfrequente Signale übertragen .
Bei Anschluss von Einzelleitungen eines Kabels an einen elektrischen Steckverbinder zur Übertragung eines di f ferentiellen Signals führt j ener Bereich zu Störstellen, in welchem die Kabelisolierung des Kabels , dessen Außenleiter und dessen Kabelmantel enden und die Einzelleitungen mit den Innenleitern des elektrischen Steckverbinders verbunden werden müssen, so dass hierbei der Abstand der Einzelleitungen im Kabel auf den Abstand der Steckkontakte als Innenleiter des Steckverbinders vergrößert werden muss .
Durch die daraus resultierende plötzliche Änderung des elektromagnetischen Raums um die Einzelleitungen entsteht ein Übergewicht der elektrischen Feldstärke relativ zur magnetischen Feldstärke und damit einhergehend ein ungewollter Anstieg der charakteristischen Impedanz , welche eine Teilref lektion der elektromagnetischen Welle zur Folge hat . In diesem Bereich ist es nur schwer umzusetzen, dass der Abstand, welcher im Kabel zwischen den Einzelleitungen und dem Kabelaußenleiter besteht, fortgeführt wird . Das metallische Steckverbindergehäuse , welches im Steckverbinder anstelle des Kabelaußenleiters als Referenzpotential der elektromagnetischen Welle dient , müsste dafür sehr nahe an die Einzelleitungen herangeführt werden, wie dies in der DE 20 2015 000 751 Ul beschrieben ist . Aus fertigungstechnischen Gründen ist dies nur schwer realisierbar .
Entsprechendes gilt auch für einen Steckverbinder gemäß der US 10 103 500 Al , bei welchem im oben beschriebenen kritischen Bereich mittels eines die Einzelleitungen als Klemmteil umlaufenden Hülsenteils derart Druck auf die Einzelleitungen ausgeübt wird, dass deren Abstand verkleinert wird . Anstelle des Hülsenteils zum Verpressen der Einzelleitungen schlägt die US 20 2002 03 894 Al ein mit dem Steckverbinder integral verbundenes Pressmittel vor, welches bspw . als in den Innenraum des Steckverbindergehäuses hineinragende Rippe ausgebildet ist .
Eine ähnliche Lösung of fenbart auch die EP 3 537 549 Al . In dem kritischen Bereich, in welchem sich der Abstand der Einzelleitungen von einem geringen Abstand auf den größeren Abstand der Steckkontakte des Steckverbinders vergrößert , weist ein die Einzelleitungen umgebender Außenleiter eine Verformung auf , die einen Abstand zwischen dem Außenleiter und den Einzelleitern und/oder einen Abstand zwischen den Einzelleitern in einem Bereich der Verformung verringert , so dass der Abstand zwischen den Einzelleitern in einem Bereich der Verformung null ist . Eine solche Verformung kann durch Magnetumformung, Quetschen, Kräuseln oder Falten realisiert werden . Auch diese Herstellung von Verformungen des Außenleiters ist fertigungstechnisch schwierig . Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde , einen elektrischen Steckverbinder anzugeben, mit welchem bei Anschluss eines mindestens ein Leiterpaar aufweisenden Kabels ein Impedanzanstieg verhindert oder zumindest abgeschwächt wird .
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen elektrischen Steckverbinder mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 .
Ein solcher elektrischer Steckverbinder umfasst :
- eine Steckverbinderschnittstelle mit mindestens zwei Steckkontakten zur Kontaktierung eines weiteren Steckverbinders ,
- eine Leiterplatte mit einer ersten Schnittstelle zur elektrischen Verbindung mit den mindestens zwei Steckkontakten und einer zweiten Schnittstelle zur elektrischen Kontaktierung eines Kabels mit mindestens einem Leiterpaar zur Übertragung von j eweils einem di f ferentiellen Signal , und
- ein Steckverbindergehäuse zur Aufnahme der Steckverbinderschnittstelle und der Leiterplatte , wobei
- die Leiterplatte als Impedanzanpassung zwischen dem Leiterpaar und der Steckverbinderschnittstelle mindestens zwei Leiterbahnen aufweist , welche j eweils einen Steckkontakt der Steckverbinderschnittstelle mit einer Ader des mindestens einen Leiterpaares elektrisch verbinden, und
- die mindestens zwei Leiterbahnen in einer Längsrichtung des Steckverbinders auf der Leiterplatte angeordnet sind .
Gemäß dieser erfindungsgemäßen Lösung wird eine Leiterplatte mit impedanzkontrollierten Leiterbahnen zwischen den Steckkontakten, vorzugsweise den Innenleitern des elektrischen Steckverbinders , und dem Kabelende des Kabels in das Steckverbindergehäuse eingefügt und die Steckkontakte des Steckverbinders und die Adern des Leiterpaares des Kabels beidseitig mit den Leiterbahnen elektrisch verbunden .
Mittels der Leiterplatte zusammen mit den dort aufgebrachten Leiterbahnen wird eine Impedanzanpassung, insbesondere in dem oben genannten kritischen Übergangsbereich, in welchem sich der Abstand der Einzelleitungen von einem geringen Abstand auf den größeren Abstand der Steckkontakte des Steckverbinders vergrößert , erzielt , so dass der Impedanzwert in diesem Übergangsbereich optimierbar ist .
Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass zur Impedanzanpassung die Breite und/oder die Dicke der mindestens zwei Leiterbahnen auf das Leiterplattenmaterial und/oder die Leiterplattendicke abgestimmt ist .
Damit können die Leiterbahnen ideal auf das Leiterplattenmaterial und die Leiterplattendicke abgestimmt werden, um einen optimalen Impedanzwert zu erzielen .
Um die gewünschte Impedanzanpassung zu erzielen, ist weiterbildungsgemäß mittels des Abstandsverlaufs der mindestens zwei Leiterbahnen und/oder mittels des Abstands der Leiterbahnen zum inneren Steckverbindergehäuse die Impedanz zwischen dem Leiterpaar und der Steckverbinderschnittstelle angepasst . So können bspw . die beiden Leiterbahnen geradlinig die beiden Schnittstellen der Leiterplatte verbinden, so dass der Abstand zwischen den beiden Leiterbahnen ausgehend von der ersten Schnittstelle in Richtung der zweiten Schnittstelle kontinuierlich abnimmt . Es ist auch möglich, dass der Abstandsverlauf nicht kontinuierlich verläuft . Dies ist bspw . der Fall , wenn die Leiterbreite der beiden Leiterbahnen nicht konstant sind, oder die Leiterbahnen die beiden Schnittstellen nicht geradlinig verbinden .
Gemäß einer weiteren bevorzugten Aus führungs form der Erfindung weist die erste Schnittstelle der Leiterplatte Kontaktelemente zur elektrischen Verbindung der mindestens zwei Leiterbahnen mit den mindestens zwei Steckkontakten auf . Dies erleichtert die Montage des Steckverbinders , da die Leiterplatte mit den Kontaktelementen, vorzugsweise ausgebildet als Steckkontakte , lediglich in die Steckkontakte des Steckverbinders eingeführt werden müssen .
Gemäß einer weiteren Ausführungs form der Erfindung bilden Kontaktflächen der mindestens zwei Leiterbahnen die zweite Schnittstelle der Leiterplatte , wobei die Kontakt flächen mit den Adern des mindestens einen Leiterpaares elektrisch verbunden sind . Somit kann bereits im Rahmen eines Kabelkonfektionsprozesses das Leiterpaar bereits mit der Leiterplatten über diese Kontakt flächen elektrisch verbunden werden .
Eine weitere bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Abstand der mindestens zwei Leiterbahnen ausgehend von der zweiten Schnittstelle in Richtung der ersten Schnittstelle sich V- förmig vergrößert . Damit übernimmt in vorteilhafter Weise die Leiterplatte die Anpassung der unterschiedlichen Abstände .
Zur Anpassung der Leiterplatte an die äußere Kontur des Steckverbinders weist die Leiterplatte im Bereich der ersten Schnittstelle eine Breite auf , welche größer ist als die Breite im Bereich der zweiten Schnittstelle . Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren ausführlich beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 eine Schnittdarstellung in einer Draufsicht eines Steckverbinders mit einem mit demselben verbundenen Kabel mit wenigstens einem Leiterpaar gemäß der Erfindung, und
Figur 2 eine Schnittdarstellung des Steckverbinders mit angeschlossenem Kabel nach Figur 1 in einer Seitenansicht .
Die Figuren 1 und 2 zeigen eine Steckverbinderanordnung 100 mit einem elektrischen Steckverbinder 10, bspw. ein Ethernet- Steckverbinder, und einem mit demselben elektrisch verbundenen Kabel 1, bspw. ein Twin-Kabel.
Das Kabel 1 besteht aus mindestens einem Leiterpaar 1.1, wobei dessen Adern 1.2 von jeweils einer Kabelisolierung 1.4 umhüllt werden. Ein Außenleiter 1.5 umhüllt das isolierte Leiterpaar 1.1, welches schließlich von einem Kabelmantel 1.3 umschlossen wird .
Der elektrische Steckverbinder 10 umfasst ein Gehäuse 3, bestehend aus einem äußeres Steckverbindergehäuse 3.1 und einem inneren Steckverbindergehäuse 3.2, welches auch den Außenleiter 3.3 des Steckverbinders 10 bildet. Das Steckverbindergehäuse 3 ist quaderförmig ausgebildet.
Ein kabelseitiger Abschnitt 7 des elektrischen Steckverbinders 10 nimmt das Kabel 1 auf, während ein steckerseitiger Ab- schnitt 9 des Steckverbinders 10 eine Steckverbinderschnittstelle S mit zwei Steckkontakten 2 als Innenleiter 2 . 1 des Steckverbinders 10 zur elektrischen Verbindung mit einem korrespondierenden Gegensteckverbinder ( in den Figuren 1 und 2 nicht dargestellt ) aufweist .
Ein I solatorteil 3 . 4 des elektrischen Steckverbinders 10 nimmt die beiden Steckkontakte 2 als Innenleiter 2 . 1 zu deren Fixierung in dem elektrischen Steckverbinder 10 auf und dient zur elektrischen Trennung zwischen den Innenleitern 2 . 1 und dem metallischen äußeren Steckverbindergehäuse 3 . 1 , welches mit dem metallischen inneren Steckverbindergehäuse 3 . 2 als Außenleiter 3 . 3 des Steckverbindergehäuses 10 in elektrischem Kontakt steht .
An das I solatorteil 3 . 4 schließt sich in Längsrichtung R des elektrischen Steckverbinders 10 entlang dessen Längsachse L eine Leiterplatte 5 an, welche in deren Ebene eine flaschenförmige Kontur aufweist , so dass sich an einen Abschnitt mit einer Breite Bl ein Abschnitt mit einer kleineren Breite B2 , mit B2 < Bl anschließt . Der Abschnitt der Leiterplatte 5 mit der kleineren Breite B2 erstreckt sich in einen zwischen dem kabelseitigen Abschnitt 7 und dem steckerseitigen Abschnitt 9 des elektrischen Steckverbinders 10 sich befindenden mittleren Abschnitt 8 . Die Ebene der Leiterplatte 5 liegt parallel zu einer Hauptfläche der Quaderform des Steckverbindergehäuses 3 .
Das als Außenleiter 3 . 3 des elektrischen Steckverbinders 10 dienende innere Steckverbindergehäuse 3 . 2 schließt sich in Längsrichtung R an das Isolatorteil 3 . 4 an, umschließt den Abschnitt der Leiterplatte 5 mit der Breite B2 und verj üngt sich anschließend in dem mittleren Bereich 8 , in welchem sich der Abschnitt der Leiterplatte 5 mit der kleineren Breite B2 befindet, um anschließend im Übergang zum kabelseitigen Abschnitt 7 sich auf einen Durchmesser des Kabels 1 wieder zu erweitern .
Das äußere Steckverbindergehäuse 3.1 umschließt das Isolatorteil 3.4 und erstreckt sich über den steckerseitigen Abschnitt 9 des elektrischen Steckverbinders 10, umschließt somit auch denjenigen Teil des inneren Steckverbindergehäuses 3.2, welches den Abschnitt der Leiterplatte 5 mit der größeren Breite Bl umschließt.
Die Leiterplatte 5 weist zwei Leiterbahnen 6 auf, welche jeweils eine Ader 1.2 des Leiterpaares 1.1 des Kabels 1 mit einem Steckkontakt 2 der Schnittstelle S elektrisch verbindet.
Mit dieser Leiterplatte 5 wird der Abstand der beiden Adern 1.2 des Leiterpaares 1.1 an den größeren Abstand der beiden Steckkontakte 2 derart angepasst, dass eine Impedanzänderung diesem Bereich weitestgehend vermieden und keine unerwünschten Reflexionen der über das Kabel 1 übertragenen dif f erenziellen Signale auftreten.
Hierzu weist die Leiterplatte 5 eine erste Schnittstelle S1 im Bereich des Abschnittes der Leiterplatte 5 mit der größeren Breite Bl zur Verbindung mit den Steckerkontakten 2 der Schnittstelle S auf. Diese Schnittstelle S1 umfasst als Steckkontakte ausgeführte Kontaktelemente 6.1, die einerseits über eine Lötfahne mit einer Leiterbahn 6 elektrisch verbunden werden, bspw. mittels eines Lötprozesses, und andererseits in einen Steckkontakt 2 der Schnittstelle S lösbar eingesteckt werden . Mit einer zweiten Schnittstelle S2 der Leiterplatte 5, welche sich in dem Abschnitt mit der kleineren Breite B2 befindet, wird die elektrische Verbindung der Leiterbahnen 6 mit den Adern 1.2 des Leiterpaares 1.1 des Kabels 1 hergestellt. Hierzu weisen die Leiterbahnen 6 jeweils am Ende eine Kontaktfläche 6.2 auf, mit welchen jeweils eine Ader 1.2 elektrisch verbunden wird, bspw. mittels eines Lötprozesses.
In diesem Bereich der Schnittstelle S2 der Leiterplatte 5 wird die Kabelisolierung 1.4 des Kabels 1 bis an die Leiterplatte 5 herangeführt .
An den mittleren Abschnitt 8 des elektrischen Steckverbinders 10 schließt sich im Bereich des kabelseitigen Abschnittes 7 eine Kontakthülse 4 an, die nicht nur den Außenleiter 1.5 des Kabels 1 umschließt, sondern an welcher der Außenleiter 1.5 auch auf die äußere Mantelfläche der Kontakthülse 4 gestülpt ist, so dass das innere Steckverbindergehäuse 3.2 als Innenleiter des Steckverbinders 10 den Außenleiter 1.5 des Kabels 1 elektrisch kontaktieren kann. An diese Kontakthülse 4 schließt sich der Kabelmantel 1.3 des Kabels 1 an und wird entsprechend des dargestellten kabelseitigen Abschnittes 7 ebenso umschlossen .
Eine Abweichung der charakteristische Impedanz im Bereich des Übergangs der Adern 1.2 des Leitungspaares 1.1 des Kabels 1 zu den Steckkontakten 2 der Schnittstelle S wird mittels entsprechender Auswahl der elektrischen Eigenschaften des Leitermaterials der Leiterplatte 5 sowie mittels der Geometrie der Leiterbahnen 6 verhindert, also insbesondere Störstellen zumindest weitestgehend vermindert. Um die gewünschte Impedanzanpassung zu erzielen, stehen verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung :
- Design des Abstandsverlaufs der zwei Leiterbahnen 6 : Gemäß Figur 1 verbinden die beiden Leiterbahnen 6 geradlinig die beiden Schnittstellen S 1 und S2 der Leiterplatte 5 , so dass der Abstand zwischen den beiden Leiterbahnen ausgehend von der ersten Schnittstelle S 1 in Richtung der zweiten Schnittstelle S2 kontinuierlich abnimmt . Es ist auch möglich die Leiterbahnen 6 nicht geradlinig, sondern bspw . wellenförmig aus zubilden .
- Design der Leiterbahnen 6 : Die Breite W und die Dicke h der Leiterbahnen 6 können zur Impedanzanpassung variiert werden . Die Leiterbahnen sind in der Regel als Cu-Leitbah- nen realisiert .
- Mittels des Abstands A der Leiterbahnen 6 zum inneren Steckverbindergehäuse 3 . 2 kann die Impedanz zwischen dem Leiterpaar 1 . 1 und der Steckverbinderschnittstelle S angepasst werden .
- Anordnung einer auf der Unterseite der Leiterplatte 5 angeordneten Potential f läche , wobei die Unterseite der Seite der Leiterplatte 5 mit den Leiterbahnen 6 gegenüberliegt .
Neben diesen Maßnahmen zur Impedanzanpassung mittels der Leiterplatte 5 ist es natürlich auch erforderlich, dass die Form und Position der Innenleiter 2 . 1 im Steckverbinder 10 , das Material und die Geometrie des I solatorteils 3 . 4 und die Form des Außenleiters 3 . 3 des Steckverbindergehäuses 3 aufeinander abgestimmt werden, um bei der für das System vorgesehenen charakteristischen Impedanz einen störstellenfreien Übertragungsweg zu erzielen . Schließlich ist auch das Kabel 1 auf die gewünschte charakteristische Impedanz ausgelegt und vermeidet Diskontinuitäten .
Bezugs zeichenliste
1 Kabel
1 . 1 Leiterpaar des Kabels 1
1 . 2 Ader des Leiterpaar 1 . 1
1 . 3 Kabelmantel des Kabels 1
1 . 4 Kabelisolierung des Kabels 1
1 . 5 Außenleiter des Kabels 1
2 Steckkontakt des Steckverbinders 10
2 . 1 Innenleiter des Steckverbinders 10
3 Steckverbindergehäuse des elektrischen Steckverbinders 10
3 . 1 äußeres Steckverbindergehäuse des elektrischen Steckverbinders 10
3 . 2 inneres Steckverbindergehäuse des elektrischen Steckverbinders 10
3 . 3 Außenleiter des Steckverbinders 10
3 . 4 I solatorteil des Steckverbinders 10
4 Kontakthülse
5 Leiterplatte
6 Leiterbahn der Leiterplatte 5
6 . 1 Kontaktelement der ersten Schnittstelle S 1 der Leiterplatte 5
6 . 2 Kontakt fläche der Leiterbahn 5 als zweite Schnittstelle
S2
7 kabelseitiger Abschnitt des elektrischen Steckverbinders 10
8 mittlerer Abschnitt des elektrischen Steckverbinders 10 9 steckerseitige Abschnitt des elektrischen Steckverbinders 10
10 elektrischer Steckverbinder
100 Steckverbinderanordnung mit einem elektrischen Steckverbinder 10 und einem Kabel 1
A Abstand der Leiterbahnen 6 zum inneren Steckverbindergehäuse 3 . 2
Bl Breite der Leiterplatte 5 im Bereich der ersten Schnittstelle S 1
B2 Breite der Leiterplatte 5 im Bereich der zweiten Schnittstelle S2
D Dicke der Leiterbahn 6 h Dicke der Leiterplatte 5
L Längsachse
R Längsrichtung des elektrischen Steckverbinders 10
S Steckverbinderschnittstelle
51 erste Schnittstelle der Leiterplatte 5
52 zweite Schnittstelle der Leiterplatte 5
W Breite der Leiterbahn 6

Claims

Patentansprüche
1. Elektrischer Steckverbinder (10) umfassend:
- eine Steckverbinderschnittstelle (S) mit mindestens zwei Steckkontakten (2) zur Kontaktierung eines weiteren Steckverbinders ,
- eine Leiterplatte (5) mit einer ersten Schnittstelle (Sl) zur elektrischen Verbindung mit den mindestens zwei Steckkontakten (2) und einer zweiten Schnittstelle (S2) zur elektrischen Kontaktierung eines Kabels (1) mit mindestens einem Leiterpaar (1.1) zur Übertragung von jeweils einem differentiellen Signal, und
- ein Steckverbindergehäuse (3, 3.1, 3.2) zur Aufnahme der Steckverbinderschnittstelle (S) und der Leiterplatte ( 5 ) , wobei
- die Leiterplatte (5) als Impedanzanpassung zwischen dem Leiterpaar (1.1) und der Steckverbinderschnittstelle (S) mindestens zwei Leiterbahnen (6) aufweist, welche jeweils einen Steckkontakt (2) der Steckverbinderschnittstelle
(S) mit einer Ader (1.2) des mindestens einen Leiterpaares (1.1) elektrisch verbinden, und
- die mindestens zwei Leiterbahnen (6) in einer Längsrichtung (R) des Steckverbinders (10) auf der Leiterplatte (5) angeordnet sind.
2. Elektrischer Steckverbinder (10) nach Anspruch 1, bei welchem zur Impedanzanpassung die Breite (W) und/oder die Dicke (D) der mindestens zwei Leiterbahnen (6) auf das Leiterplattenmaterial und/oder die Leiterplattendicke (h) abgestimmt ist.
3. Elektrischer Steckverbinder (10) nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem zumindest mittels des Abstandsverlaufs der mindestens zwei Leiterbahnen (6) und/oder mittels des Abstands (A) der Leiterbahnen (6) zum inneren Steckverbindergehäuse (3.2) die Impedanz zwischen dem Leiterpaar (1.1) und der Steckverbinderschnittstelle (S) angepasst ist . Elektrischer Steckverbinder (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die erste Schnittstelle
(51) der Leiterplatte (5) Kontaktelemente (6.1) zur elektrischen Verbindung der mindestens zwei Leiterbahnen (6) mit den mindestens zwei Steckkontakten (2) aufweist. Elektrischer Steckverbinder (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die zweite Schnittstelle
(52) der Leiterplatte (5) als Kontakt flächen (6.2) der mindestens zwei Leiterbahnen (6) ausgebildet ist, wobei die Kontakt flächen (6.2) mit den Adern (1.2) des mindestens einen Leiterpaares (1.1) elektrisch verbunden sind. Elektrischer Steckverbinder (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Abstand (X) der mindestens zwei Leiterbahnen (6) ausgehend von der zweiten Schnittstelle (S2) in Richtung der ersten Schnittstelle (Sl) sich V-förmig vergrößert. Elektrischer Steckverbinder (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Leiterplatte (5) im Bereich der ersten Schnittstelle (Sl) eine Breite (Wl) aufweist, welche größer ist als die Breite (W2) im Bereich der zweiten Schnittstelle.
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