專利名稱：阻抗調(diào)諧的端子接觸布置和并入有其的連接器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及用于連接器的末端，更具體地說涉及具有選定阻抗的連接器，其用于連接諸如汽車環(huán)境中的信號電纜。
背景技術(shù)：
許多電子設(shè)備依靠傳輸線在相關(guān)設(shè)備之間或外圍設(shè)備和計算機(jī)電路板之間傳輸信號。這些傳輸線并入了能夠進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)男盘栯娎|。
這些信號電纜可以用已知的沿電纜長度絞合在一起的一根或多根雙絞線，每根這種雙絞線由相關(guān)的接地屏蔽所包圍。這些雙絞線通常接收互補(bǔ)的信號電壓，即雙絞線的一根電線可以看到+1.0伏信號，而雙絞線的另一根可以看到-1.0伏信號。因此這些電線可以叫做“差分”對，其是指信號對中的兩個導(dǎo)線之間的電壓差的術(shù)語。這種雙絞合結(jié)構(gòu)使從其他電子設(shè)備中引起的任何噪聲電壓最小或消除這種噪聲，從而消除電磁干擾。
信號電纜被路由在到電子設(shè)備的路徑上，它們可以通過發(fā)射其自身電場的其他電子設(shè)備或位于其附近。這些電子設(shè)備具有對諸如前述電纜的傳輸線產(chǎn)生電磁干擾的可能性。汽車環(huán)境對電磁干擾是特別苛刻的。這種干擾經(jīng)常由高壓點(diǎn)火信號引起。在汽車環(huán)境中的其他干擾源包括交流發(fā)電機(jī)充電系統(tǒng)和許多切換設(shè)備，例如空調(diào)。但是這種雙絞線結(jié)構(gòu)有助于減小或消除任何引起的電場，并從而基本上消除電磁干擾。
為了保持從這種傳輸線或電纜到相關(guān)電子設(shè)備的電路的電氣性能的整體性，需要獲得從電路到電路貫穿該傳輸線的基本恒定的阻抗，或避免該傳輸線阻抗中大的不連續(xù)性。由于常規(guī)的連接器的阻抗通過連接器和通過兩個配合連接器部件的接口時通常會下降，因此在連接器配合面處控制連接器阻抗的困難是公知的。雖然通過保持信號導(dǎo)線和接地屏蔽的特定幾何形狀或物理布置比較容易保持通過電氣傳輸線的所需要阻抗，但是在電纜與連接器配合的區(qū)域還是經(jīng)常遇到阻抗不連續(xù)性。因此，需要保持貫穿連接器和其與電纜的連接的所需要阻抗。
典型的信號電纜末端涉及未絞合電線對、和解編織(unbraiding)的編織屏蔽電線、和/或圍繞該電線對的箔。這些電線是手工解編織的，并且這種手工操作往往會將可變性引入電氣性能中。這是由于對接地屏蔽電線進(jìn)行解編織引起的，然后典型地將它們絞合成單一導(dǎo)線，并且隨后熔接或焊接連接器端子的絞合尾部。這種解編織和絞合經(jīng)常導(dǎo)致信號連接器和接地屏蔽從它們存在于電纜中的其原始狀態(tài)中脫離出來。這種重新布置可能引起接地電線和信號電線從其原始狀態(tài)脫離，這將導(dǎo)致通過電纜-連接器結(jié)合處的阻抗增加。此外，這種絞合將機(jī)械可變性引入末端區(qū)域，即在該區(qū)域雖然電纜可以包含多個差分對，但是解編織的屏蔽電線的長度可能每對與每對而改變。這種可變性和重新布置改變了末端區(qū)域的系統(tǒng)的物理特性，這將導(dǎo)致在該區(qū)域中的系統(tǒng)阻抗不需要的變化(典型的是增加)。
此外，通常，連接器的信號和接地末端尾部布置成在連接器安裝面處存在方便的空間，而不用考慮控制信號和接地端子的幾何形狀或空間方面。當(dāng)信號電線和接地屏蔽從電纜端部拉開時，引起電纜幾何形狀的中斷。因此，需要在電纜和電纜連接器之間的末端區(qū)域保持這種幾何形狀，以減少由于電纜末端引起的任何顯著的阻抗增加。
因此，本發(fā)明涉及一種端子接觸布置和功能，其涉及提供連接器之間的和兩個相互接合的連接器的配合部分之間改進(jìn)的連接，這提供了高性能水平并保持電纜在該末端區(qū)域中的電氣特征，特別是在汽車環(huán)境中。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明總的目的是提供一種用于的高速數(shù)據(jù)傳輸連接中使用的改進(jìn)的末端結(jié)構(gòu)，其中使通過電纜末端和連接器的阻抗不連續(xù)性最小化，以便嘗試更好地匹配傳輸線的阻抗。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種改進(jìn)的連接器，用于在電路板和端接在傳輸線的相對連接器之間產(chǎn)生高性能連接，其中該傳輸線包括多個差分信號電線對，其每對具有相關(guān)的接地，該連接器具有多對信號端子和與其相關(guān)的布置成三角形形式的接地端子，以便當(dāng)連接器與相對的連接器配合時減少阻抗不連續(xù)性的發(fā)生，并且進(jìn)一步通過顛倒信號和接地端子相關(guān)組的相鄰三角形，給予該連接器特定的密度特性，同時保持了通過該連接器的所需預(yù)選阻抗。
本發(fā)明的另一個目的是提供末端組件，用于與信號電纜連接結(jié)合使用，其提供該電纜的雙絞線、接地屏蔽和該連接器之間的連接，該末端組件由于其結(jié)構(gòu)而具有改進(jìn)的電氣性能。
本發(fā)明的又一個目的是提供一種連接器，用于將諸如根據(jù)IEEE1394b標(biāo)準(zhǔn)的電纜連接于電子設(shè)備的電路板，其中，該連接器具有許多分立的差分信號電線和數(shù)量等于該電纜所包含的電線的相關(guān)接地，相對于該連接器的信號端子，在數(shù)量和位置上配置連接器的接地端子，以便減小通過該連接器的阻抗最小化。
本發(fā)明的再一個目的是提供一種用于端接于電纜的連接器，其中多個接地端子安置在該電纜連接器殼體內(nèi)，并且與在該連接器殼體中的兩個相關(guān)信號端子間隔開，該多個接地端子是共接的，以便有效地提供單一的接地端子，該接地端子具有近似于或大于該信號端子之間的距離的有效寬度。
本發(fā)明還有一個目的是提供一種用于與差分信號電線對一起使用的電纜連接器，其中多個接地端子共接在一起，并且與用于差分信號電線對的端子處于間隔開的關(guān)系，而用于該差分信號電線對的端子被一個空閑端子位置相互間隔開，以便該差分信號相互去耦合，并且每個差分信號更密切地耦合于多個共接的接地端子。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種電纜連接器，用于與延伸整個電纜長度的差分信號電線對一起使用，該電纜連接器具有共接在一起的多個接地端子和兩個信號端子，其布置并保持為基本三角形的取向，且共接的接地端子通過該連接器和其末端區(qū)域。
本發(fā)明通過其結(jié)構(gòu)的性能實(shí)現(xiàn)這些目的。為了達(dá)到前述目的，用本發(fā)明一個實(shí)施例舉例說明的本發(fā)明的一個主要方面包括，用于電路板的第一連接器，其具有支撐配合信號電纜中每個雙絞線的殼體，以獨(dú)特三聯(lián)體圖形的三個導(dǎo)電端子，其中兩個端子承載差分信號，并且剩余的一個端子是接地端子，其用作對差分信號電線對的接地平面或接地返回。該第一連接器以顛倒形式(寬度方向沿該連接器配合面)支撐多個端子三聯(lián)體，以便在第一連接器中限定兩排(row)端子，第一三聯(lián)體的信號端子在連接器中安置在一排，并且該第一三聯(lián)體的接地端子安置在該連接器的另一排，同時第二或相鄰的三聯(lián)體的信號端子安置在該連接器的另一排，并且該第二三聯(lián)體或兩個相鄰三聯(lián)體的接地端子安置在連接器的一排。相鄰三聯(lián)體的信號和接地端子布置成顛倒的形式。提供用于電纜的第二連接器，其與第一連接器配合，并且其第二連接器具有多個端子三聯(lián)體，該多個端子三聯(lián)體布置成與第一連接器的其相應(yīng)端子三聯(lián)體相配合。
在第一連接器中的三個一組的三個端子的布置使能夠有效控制貫穿整個第一連接器(即，從與電纜連接器端子的接合點(diǎn)到附裝于電路板的點(diǎn))中的阻抗。
以這種方式，第一連接器的每個這種三聯(lián)體包括信號端子對，其具有并排地對準(zhǔn)在一起的接觸部分，并且其也相互間隔開預(yù)定的距離。接地端子與第二排中的兩個信號端子間隔開。
在本發(fā)明的另一個主要方面中，接地端子的寬度和它們與每個三聯(lián)體的信號端子的間距可以選擇成使得該三個端子可以具有所需要的例如電容等的電氣特性，所有這些特性將影響該連接器的阻抗。
通過這種阻抗調(diào)節(jié)的接地結(jié)構(gòu)，為減小發(fā)生在連接器中的阻抗不連續(xù)性提供更多的機(jī)會，而無需改變配合部分或差分信號端子的間距。因此，本發(fā)明的這方面可以被適當(dāng)?shù)乇碚鳛樘峁翱烧{(diào)諧的”端子布置，其用于電纜中或其他電路中的每個差分信號電線對和相關(guān)的接地線布置。
在本發(fā)明的另一個主要方面，這種可調(diào)諧的三聯(lián)體以顛倒的形式提供在連接器殼體內(nèi)。也就是說，相鄰端子三聯(lián)體的接地端子位于該連接器的不同端子排，沿該連接器寬度的交替形式的信號端子也如此。當(dāng)多個端子三聯(lián)體被用在連接器中時，連接器的其他端子，例如電源端子和參考端子，在連接器中可以位于在該端子三聯(lián)體之間的其間點(diǎn)。
在以本發(fā)明另一個實(shí)施例舉例說明的本發(fā)明的另一個主要方面，一種用于電路板的插座連接器，其具有殼體，該殼體用于具有至少三個導(dǎo)電端子，概念導(dǎo)電端子布置為有效的三聯(lián)體圖形，其該端子中的兩個承載差分信號，而剩余的端子是接地端子，其包括多個單獨(dú)的接地端子。優(yōu)選地，該多個單獨(dú)的接地端子互連或在該連接器中共接在一起，并且在優(yōu)選實(shí)施例中，這種互連沿接地端子的主體部分或尾部發(fā)生。用于電纜端部的插頭連接器與插座連接器配合，并且該插頭連接器也具有有效地布置成導(dǎo)電端子的互補(bǔ)三聯(lián)體圖形的差分信號和接地端子，該導(dǎo)電端子端接于電纜的信號電線和接地電線。優(yōu)選地，未用的端子位置安置在插座連接器和插頭連接器的兩個差分信號端子之間，以便差分信號相互去耦，并且以便該差分信號更密切地耦合到多個接地端子。該多個接地端子是電氣共接的，以便該多個接地端子作為單一的寬端子，或作為安置在與兩個差分信號端子間隔開的平面中的共用接地路徑。
這種在連接器中的三個端子的布置使阻抗在整個插座連接器中，(即從與插頭連接器端子的接合點(diǎn)到附裝到電路板的點(diǎn))能夠更有效地控制阻抗。以這種方式，每個這種有效的三聯(lián)體包括信號端子對，其并排對準(zhǔn)在一起，并且其還相互間隔開預(yù)定距離。多個接地端子沿著與由差分信號端子限定的平面不同的平面延伸，且該信號端子與多個接地端子的距離近于該多個接地端子相互之間的距離。
該多個接地端子的有效寬度和它與該信號端子的間距可以選擇為使該信號端子和接地端子可以具有諸如電容等的所需電氣特性，該特性影響連接器的阻抗。因此，該多個接地端子的有效寬度增加了端子的接觸配合區(qū)域，并且還可以增加發(fā)生在該端子的接觸區(qū)域和末端區(qū)域之間的過渡區(qū)域。通過這種結(jié)構(gòu)，提供了更多的機(jī)會減小發(fā)生在連接器中的阻抗不連續(xù)性，而無需改變配合位置或差分信號端子的間距。因此，本發(fā)明的這方面可以適當(dāng)?shù)乇碚鳛樘峁翱烧{(diào)諧的”端子布置，其用于電纜中或其他電路中的每個差分信號電線對和相關(guān)的接地線布置。
在本發(fā)明的另一個主要方面，兩個或更多這種可調(diào)諧的有效的三聯(lián)體可以布置在連接器殼體內(nèi)，但是相互顛倒?？商鎿Q地，附加的接地端子可以安置在兩組三聯(lián)體或之間，或通過連接器供給電源的端子可以位于有效三聯(lián)體之間并提供該有效三聯(lián)體的分隔。這種電源供給端子通常以基本上類似于多個接地端子的方式用作附加的低阻抗端子，以提供至差分信號端子的聯(lián)接，并且因而控制阻抗。
通過下面的詳細(xì)描述將清楚地懂得本發(fā)明的這些和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。


在下面的描述中將參考附圖，其中相同的參考數(shù)字表示相同的零部件，并且其中圖1是示意圖，示出貫穿整個高速電纜連接中所經(jīng)歷的典型阻抗不連續(xù)性，并且還示出通過本發(fā)明的連接器所經(jīng)歷的這種不連續(xù)性的減??；圖2是本發(fā)明的電纜連接組件安置在電子設(shè)備的電路板上的正視圖，其示出本發(fā)明具有效用的“內(nèi)部”環(huán)境；圖3是正視圖，示出了本發(fā)明的電纜連接組件安置在電子設(shè)備的電路板上并延伸到該設(shè)備的外部，以示出本發(fā)明具有效用的“外部”環(huán)境；圖4是電纜和電路板之間的連接器接口區(qū)域的示意圖；圖5是與本發(fā)明的連接器一起使用的電纜內(nèi)部結(jié)構(gòu)的剖視圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的連接器的另一個實(shí)施例的前透視圖，并且適合與安裝在印刷電路板上；圖7是圖6所示連接器的后透視圖；圖8是圖6和圖7所示的連接器的后正視圖；圖9是圖6-8所示并且適合于安裝在印刷電路板上的連接器的另一個實(shí)施例的正視圖，但是根據(jù)本發(fā)明的另一方面在空閑的信號端子對之間具有未用的端子位置；圖10是根據(jù)本發(fā)明的安置在相鄰于圖6-8所示連接器的接地端子對的兩對信號端子的布置和位置的示意圖，且空閑或未用的端子安置在信號端子對之間；圖11是類似于圖10的端子的布置和位置的示意圖，但是示出了根據(jù)本發(fā)明的顛倒信號端子對之間的電源端子的對角線位置；圖12是安置在相鄰于修改的三聯(lián)體結(jié)構(gòu)中的三個接地端子的兩對信號端子對的布置和顛倒的位置的另一個示意圖，根據(jù)本發(fā)明，具有安置在信號端子對之間的空閑的或未用的端子；圖13是圖9所示的連接器的后透視視圖；圖14是圖9和圖13所示的連接器的后視圖；圖15圖6-8所示連接器的分解透視圖，且配合插頭包括從每個所用端子位置延伸的電線；圖16是圖15所示的連接器部分的透視視圖，但是具有連接器和連接在一起的配合插頭；以及圖17類似于圖16的透視圖，但是兩個多電線信號電纜端接在配合插頭上，并且兩個單獨(dú)的電源電線也在該兩個信號電纜之間以對角線取向上端接于配合插頭上。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明涉及一組改進(jìn)的連接器，特別是在輸入-輸出(“I/O”)應(yīng)用以及其他類型的應(yīng)用中用于增強(qiáng)高速電纜的性能。更具體的說，本發(fā)明試圖在連接器末端區(qū)域施加一種機(jī)械和電氣一致性的措施，以該連接器與相對的或相配合的連接器組合時提高其性能。
許多與電子設(shè)備相關(guān)的外圍設(shè)備(例如攝像機(jī)或可攜式攝像機(jī))以多種頻率傳輸數(shù)字信號。與計算機(jī)相關(guān)的其他設(shè)備，諸如其CPU部分，以高速操作，用于進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)。高速電纜用于將這些設(shè)備連接于CPU，并且可以在將兩個或更多CPU連接在一起的某些應(yīng)用中。特定的電纜可以充分地構(gòu)造成用于傳送高速信號，并可以包括差分信號電線對，該每對或是雙絞合電線或單獨(dú)的電線對。
高速電子設(shè)備的使用在汽車環(huán)境變得更加普遍。例如汽車制造商考慮在車輛中實(shí)現(xiàn)中心數(shù)據(jù)通信主干，以提供方便端口，從而與消費(fèi)者娛樂設(shè)備和個人計算機(jī)接口。最終，這種主干也可以與其他車輛操作接口。數(shù)據(jù)傳輸速度通常在從100Mbps(兆比特每秒)到1.6Gbps(每秒吉比特)。因此，雖然本發(fā)明的連接器一般基于汽車級0.64mm端子系統(tǒng)，但本發(fā)明也適合于用于其他許多類型的連接器中。
但是，也知道這種環(huán)境具有相當(dāng)多的電磁干擾(EMI)。雖然具有內(nèi)部雙絞線的屏蔽的電纜能夠很好地不受這種EMI的影響，但是將這種電纜連接于電子設(shè)備的印刷電路板(PCB)存在多種潛在的問題，包括在連接器中的潛在的顯著的阻抗不連續(xù)性。
在高速數(shù)據(jù)傳輸中一種考慮的是信號劣化。這包括受電纜和連接器的阻抗影響的串?dāng)_和信號反射。在電纜中的串?dāng)_和信號反射可以通過在電纜中屏蔽和利用差分信號電線對而很容易控制，但是除此考慮外，這些方面借助于用于連接器中的多種和不同的材料是較難以在連接器中進(jìn)行控制的。在高速應(yīng)用中連接器的物理尺寸也限制了連接器和端子結(jié)構(gòu)可以修改以獲得特定的電氣性能的程度。
在傳輸路徑中阻抗的失配可以引起信號反射，這經(jīng)常導(dǎo)致信號損失、抵消等。因此，在整個信號路徑中需要保持阻抗一致，以便保持所傳輸信號的整體性。電纜端接在其上并且為將所傳輸信號傳送給該設(shè)備的印刷電路板上的電路提供手段的連接器由于阻抗的原因迄今為止通常不是非常好地控制，并且它可以與電纜的阻抗變化很大。在這兩個元件之間阻抗失配可以導(dǎo)致傳輸誤差、有限的帶寬等。
圖1示出通過用于信號電纜的常規(guī)插頭和插座連接器組件中發(fā)生的阻抗不連續(xù)性。通過該信號電纜的阻抗接近于恒定或基線值，如圖右側(cè)51所示。從基線的偏離由粗實(shí)線50示出。電纜阻抗基本匹配于電路板的阻抗，如圖1左側(cè)和PCB末端軸線左側(cè)的52所示。垂直軸線“M”表示插口或插座、連接器和印刷電路板之間的端接點(diǎn)，而垂直軸線“N”表示在兩個配合的插頭和插口連接器之間產(chǎn)生的接口，而垂直軸線“P”表示插頭連接器端接于該電纜的點(diǎn)。
這些由軸線“M”、“N”和“P”定義的相應(yīng)的區(qū)域可以見于圖4，用于安置在電纜105和印刷電路板(PCB)103之間的典型的插口和插頭類型的連接器組件100。如圖4所示，連接器100具有多個延伸通過在PCB103上的通孔的端子102，用于電氣連接該P(yáng)CB的多種部分和典型安裝在其上的電子電路。當(dāng)然，連接器100也可以可替換地具有端子106，其構(gòu)造成用于安裝于PCB103的表面。
圖1的曲線50表示用常規(guī)的連接器得到的典型的阻抗“不連續(xù)性”，并示出發(fā)生的三個峰和谷，每個峰或谷具有距離基線的各自距離(或值)，H1、H2和H3，如圖所示。這些距離基于垂直軸線以歐姆為單位測量的，該垂直軸線與具有零(0)歐姆值的水平“距離”軸線相交。在這些常規(guī)連接器組件中，如由Ha1表示的高阻抗典型地將增加約150歐姆，而由H2表示的低阻抗典型地將減少約60歐姆。在H1和H2之間具有約90歐姆的這種寬的不連續(xù)性將影響連接器相對印刷電路板和電纜的電氣性能。
本發(fā)明涉及一種在I/O(“輸入-輸出”)應(yīng)用中特別有用的連接器和連接器末端結(jié)構(gòu)，其具有改進(jìn)的結(jié)構(gòu)，這允許連接器的阻抗被設(shè)置成使得其仿真與其配合的電纜并減少前述的不連續(xù)性。實(shí)際上，通過本發(fā)明的連接器的設(shè)計，該連接器可以被“調(diào)諧”，以提高連接器的電氣性能。
圖1說明這種可調(diào)諧性的作用，其中，在貫穿電纜到電路板連接器組件中發(fā)生了整個阻抗不連續(xù)性的減少。預(yù)計在本發(fā)明的連接器中發(fā)生的阻抗不連續(xù)性由圖1的虛線60示出。圖1中的實(shí)線表示在連接器系統(tǒng)中經(jīng)歷的典型的阻抗不連續(xù)，通過對虛線和實(shí)線進(jìn)行比較，這種不連續(xù)性的峰和谷的幅度，H11、H22和H33大大地減少。相信本發(fā)明明顯地減少在常規(guī)連接器組件中所經(jīng)歷的整體不連續(xù)性。在一種應(yīng)用中，相信不連續(xù)性的最大程度是約135歐姆(在H11處)，而不連續(xù)性的最低程度為約85歐姆(在H22處)。本發(fā)明連接器的目標(biāo)基線阻抗可以典型在約28到約150歐姆之間變化，但是優(yōu)選為在約100到約110歐姆之間的范圍內(nèi)，具有的容差為約+/-5到+/-25歐姆。
因此，預(yù)期，本發(fā)明的連接器將具有約50歐姆或更小的總的不連續(xù)性(H11和H22之間的差)，這將導(dǎo)致從上文所述常規(guī)的約90歐姆的不連續(xù)性減少幾乎約50％。這種益處相信源于發(fā)生在兩個差分信號端子和它們相關(guān)接地端子的容性耦合。但是，將會明白，這種容性耦合僅是影響端子和支撐它們的連接器的最終特性阻抗的一個方面。
參考圖2，其中示出可以使用本發(fā)明的“內(nèi)部”環(huán)境。在這種環(huán)境中，本發(fā)明的連接器安置在諸如計算機(jī)1101的電子設(shè)備的外壁1108的內(nèi)側(cè)。因此被稱為“內(nèi)部”。本發(fā)明的連接器也可以用于“外部”應(yīng)用，如圖3所示，其中連接器1110之一安裝于PCB1103，但是部分地延伸通過該設(shè)備1101的外壁1108，以便它能夠被用戶從該設(shè)備1101的外部接近。該連接器組件1100包括第一和第二互相接合連接器對，這里描述為各自插座(或插口)連接器1110和插頭連接器1104。這兩個連接器之一安裝于該設(shè)備1101的PCB1103，而另一個連接器1104典型端接于引向外圍設(shè)備的電纜1105。
示于圖3的插口連接器1110的結(jié)構(gòu)允許它能夠用于圖2所示的“內(nèi)部”應(yīng)用，以及連接器1110安裝于電路板1103的“外部應(yīng)用”，但是連接器1110部分地延伸通過該電子設(shè)備的外壁1108并且從該電子設(shè)備的外壁1108接近。
圖5是典型電纜的剖視圖，通常用參考數(shù)字1105表示。所示電纜符合關(guān)于用于互連接高速電子設(shè)備中(特別是在汽車環(huán)境中)的IEEE1394b標(biāo)準(zhǔn)。電纜1105可以包含兩對雙絞線1114和1115，其按照并排關(guān)系安置在電纜1105中，例如沿著在圖5中取向的大致水平軸線。例如，出現(xiàn)在雙絞線1114的信號可以稱為A+和A-，而出現(xiàn)在雙絞線1115的信號可以稱為B+和B-。雙絞線1114和1115延伸電纜的長度并可以是由電氣絕緣覆層圍繞的24#AWG線。該雙絞線可以分別安置在諸如金屬箔、編織電線等的導(dǎo)電屏蔽1118和1119中。這種傳導(dǎo)屏蔽1118和1119可以用作電纜1105的接地。如果用作接地，一對電源導(dǎo)線1116和1117可以例如沿圖5所示的垂直取向安置在電纜1105中。電氣絕緣覆層1120典型地包裹雙絞線1114和1115和電源導(dǎo)線1116和1117。此外，諸如導(dǎo)電箔或編織電線的另一個導(dǎo)電屏蔽(未示出)可以布置在電纜1105覆層1120下面。
圖6-8是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的插座或插口連接器1130的視圖，其特別適合于用于汽車應(yīng)用中。如圖6所見，連接器1130包括通常用參考數(shù)字1132表示的配合腔，用于接納形狀互補(bǔ)的插頭連接器1140(圖15)。連接器1130包括由電介質(zhì)材料形成的電氣絕緣殼體1133。如果需要的話，連接器1130的外表面部分可以用金屬導(dǎo)電涂層或屏蔽制造，以對其內(nèi)的導(dǎo)電端子提供電屏蔽。連接器1130的后壁1134構(gòu)造成多個腔，用于接納并支撐多個導(dǎo)電的端子1141至1152。這些端子接納腔優(yōu)選完全延伸通過連接器殼體1133。
如前所述，本發(fā)明的一個目的是提供一種連接器，其具有的阻抗較接近類似于典型在多電路連接器中遇到的系統(tǒng)(如，電纜)阻抗。本發(fā)明通過在這里稱作改進(jìn)或偽“三聯(lián)體”的方式實(shí)現(xiàn)。常規(guī)的三聯(lián)體是在通常三角形結(jié)構(gòu)中的三個分立端子的布置。這種常規(guī)的三聯(lián)體還涉及使用兩個差分信號端子和單一相關(guān)的接地端子，它們布置成與插頭連接器1140的相應(yīng)的端子相配合，該插頭連接器1140端接于差分電線(優(yōu)選，雙絞線)，諸如圖21中的雙絞線1114或1115其中之一和接地。形成三聯(lián)體的端子承載相互互補(bǔ)的信號，例如+1.0伏和-1.0伏，以及接地互補(bǔ)。
根據(jù)本發(fā)明的主要方面，圖6中連接器1130的端子1141-1152選擇成提供等效的三聯(lián)體。為了“調(diào)諧”連接器1130的電氣特性和精密地仿真系統(tǒng)的阻抗，多個接地端子提供成與每個差分信號端子組相關(guān)。例如在自圖6的連接器1130中，兩個端子1147和1149可以選擇成用于差分對信號A+和A-，而端子1141和1142可以選擇為與A+和A-信號相關(guān)的接地端子，以形成第一等效三聯(lián)體。正如本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠懂得的，該差分信號端子組1147、1149和該相關(guān)的接地端子組1141、1142限定了單一的差分信號傳輸線或通道。
同樣，端子1144、1146、1151和1152可以構(gòu)成第二差分信號傳輸線或通道，且端子1144和1146選擇為用于差分對信號B+和B-，而端子1151和1152選擇為與B+和B-信號相關(guān)的接地端子，以形成第二等效三聯(lián)體。注意，信號A+和A-選擇為在端子1147-1152的下排左側(cè)，而信號B+和B-選擇為在端子1141-1146的上排右側(cè)，以便兩個差分信號傳輸通道位于該連接器的不同區(qū)域。在這方面，由端子1144、1146和1151-1152形成的三聯(lián)體可以說與由端子1141-1142、1147和1149形成的三聯(lián)體是顛倒的(inverted)。這樣，相比于如果將這些信號端子相鄰安置在同一排的情況，提供了各自三聯(lián)體的最接近信號端子的較好絕緣，例如端子1144和1149。這些三聯(lián)體可以用它們的空間位置術(shù)語描述，其中通過一個信號傳輸通道的兩個差分信號端子中心畫出的假想線與相同通道的兩個接地端子之一限定了一個三角形圖形，并且這些端子的中心限定了該假想三角形的頂點(diǎn)。這種假想的三角形圖形可以是顛倒的，如圖所示。端子1143和1150可以預(yù)留用于電源或可以是附加的接地端子。如果預(yù)留用于電源，那么端子1143和1150將在信號端子1144、1146-1147和1149上以較高的信號頻率仿真接地端子的低阻抗。為此，端子1143和1150可以叫做“電源接地”。
根據(jù)本發(fā)明的另一個主要方面，差分信號端子之間的端子位置被留作空閑或未用。例如，差分信號端子1144和1146之間的端子位置1145′是未用的。這在端子1144和1146之間產(chǎn)生了間距，該間距大于端子1144、1146和諸如端子1150-1152的最近的接地或電源接地端子之間垂直間距。每個信號通道的差分信號端子之間的水平間距也大于相同信號通道的相關(guān)接地端子之間的水平間距。結(jié)果是差分信號端子144和146將在一定程度上被去耦。相反，差分信號端子更加緊密聯(lián)結(jié)于接地和電源接地端子1150-1152，其將降低連接器1130中對以所關(guān)注信號頻率處在差分信號端子1144和1146上的出現(xiàn)的信號的阻抗。
同樣，空閑的或未用的端子位置1148′由于同樣的理由布置在另一個三聯(lián)體中的差分信號端子1147和1149之間并且具有同樣的效果。優(yōu)選的，沒有端子插入該空閑端子位置1145′和1148′，因?yàn)椴迦脒@些位置的任何端子趨向于會破壞各自信號端子1144、1146和1147、1149之間的所需的去耦程度。因此，當(dāng)在連接器1130中的所有端子在這里被總稱成為端子1141-1152時，應(yīng)當(dāng)明白，在端子位置1145’和1148’沒有端子。
如圖7和圖8所示，接地端子1141和1142優(yōu)選由導(dǎo)電金屬部分1154橋接以提供共同的接地，因而進(jìn)一步減小在連接器處看到的阻抗。同樣，為了同樣的目的接地端子1151和1152由導(dǎo)電金屬部分1155橋接以提供個共同的接地，并具有同樣的效果。該金屬橋接部分1154和1155可以在制造接地端子的同時一體地形成，或在制造后通過熟知的熔接添加。從圖中可見，橋接部分1154和1155位于稱作端子主體部分上，并且這些主體部分是將每個端子的尾部和接觸部分互連在一起的部分。雖然橋接部分被示作該端子的垂直延伸，而不是端子接觸部分位于其上的水平延伸，但是應(yīng)當(dāng)理解，它們可以位于兩個接地端子的其他區(qū)域，包括其水平延伸部分。優(yōu)選地，該端子的接觸部分和尾部之間發(fā)生了互連。兩個端子的互連一起限定了用于與該接地端子相關(guān)的差分信號端子對的共同的接地路徑。
如果端子1143和1150不需要用于電源，則這些端子也可以用作接地端子，并且橋接部分1154和1155可以從相鄰安置的接地端子延伸到端子1143和1150，從而在與差分信號端子1147和1149相關(guān)的上排提供三個相鄰的橋接的和共同接地端子1141-1143。同樣，在下排的三個相鄰的橋接的和共同接地端子1150-1152將與差分接地端子1144和1146相關(guān)。
雖然優(yōu)選實(shí)施例示出端子1141-1152布置為兩個平行的排或在兩個隔開并且平行的平面中，但應(yīng)當(dāng)理解，這些端子不必位于嚴(yán)格平行的排或間隔開并平行的平面中以獲得本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。例如，連接器1130可以僅僅提供有一組三聯(lián)體而不是圖6-8所示的兩組三聯(lián)體。由于本發(fā)明的主要方面之一是提供多個的接地端子，該接地端子與信號端子的空間關(guān)系比該接地端子彼此之間的空間關(guān)系更接近，因此，通過本發(fā)明的益處，圖6中兩個顛倒的三聯(lián)體可以繼續(xù)保持分開或間隔開。而且不需要優(yōu)接地端子和由兩個對準(zhǔn)的三聯(lián)體的信號端子限定的排，即三聯(lián)體可以是交錯關(guān)系，只要每個三聯(lián)體保持有效。
通過這種等效的三聯(lián)體結(jié)構(gòu)，電纜或電路的每對差分信號端子具有與它們相關(guān)的單獨(dú)的接地端子，其從端部到端部延伸通過該連接器，從而從電氣性能方面更精密的仿真電纜和與其相關(guān)的插頭連接器。這種結(jié)構(gòu)使電纜的信號電線以基本相同的方式貫穿電纜的長度、并且以基本相同的方式通過插頭和插座連接器接口并且到電路板上可以“看”接地。這種連接器接口示意地示于圖4，并且就整體連接組件或系統(tǒng)的阻抗和電氣性能來說，可以當(dāng)作分成四個分立的區(qū)域I一IV。區(qū)域I指的是電纜105及其結(jié)構(gòu)，而區(qū)域II指的是當(dāng)電纜端接于連接器時電纜連接器104和電纜105之間的末端區(qū)域。區(qū)域III指的是電纜連接器和電路板連接器110之間存在的配合接口，其包括連接器104、110的配合主體部分。區(qū)域IV指的是包括電路板連接器110和該電路板103之間的末端。圖4中的線“P”、“N”和“M”已經(jīng)添加在圖1上。
與信號端子相關(guān)的接地的出現(xiàn)在該三個端子之間引入了大的容性耦合。這種耦合一方面影響端子和其連接器的最終特性阻抗。就端子的三聯(lián)體而論，電阻、端子材料和自感系數(shù)也是影響連接器的整體特性阻抗的因素。在圖6所示的實(shí)施例中，與電源接地端子1143組合的接地端子1141-1142的有效寬度足夠?qū)捵阋匝由爝^該信號端子1147和1149。端子1141-1143在信號端子11147和1149附近共同提供有效接地平面。相比于信號端子彼此之間的距離，由端子1141-1143限定的接地平面更加靠近該信號端子，因此在信號端子之間可以保持耦合。這使連接器的阻抗能夠從間距方面被調(diào)諧。
圖1說明了可這種可調(diào)諧性的作用，其中，示出通過連接器組件發(fā)生整個阻抗不連續(xù)性或變化的減少。在本發(fā)明的連接器中預(yù)期產(chǎn)生的阻抗不連續(xù)性由圖1的虛線60示出。應(yīng)當(dāng)注意，峰和谷H11、H22和H33的幅度大大地減少。相信本發(fā)明明顯地減少了在常規(guī)連接器組件中所經(jīng)歷的整體不連續(xù)性。在一種應(yīng)用中，相信不連續(xù)性的最高程度是約135歐姆(在H11)，而不連續(xù)性的最低程度為約85歐姆(在H22)。本發(fā)明連接器的目標(biāo)基線阻抗典型為約110歐姆，且容差為約+/-25歐姆。因此，預(yù)期本發(fā)明的連接器將具有約50歐姆的總的不連續(xù)性(H11和H22之間的差)，這將導(dǎo)致從常規(guī)的約90歐姆的不連續(xù)性減少幾乎約50％之多。
返回到圖6-8，當(dāng)端子1141-1152通過連接器1130的后壁1134時，每個端子彎曲過約90度，以向下延伸(圖7)使之與印刷電路板電氣連接，諸如圖1和圖2中的PCB1103。當(dāng)端子向下延伸時，重要的是保持端子相互之間的相同空間關(guān)系，如上面關(guān)于在圖6的腔1132內(nèi)的端子的位置和空間關(guān)系所討論的。這將保持等效的三聯(lián)體關(guān)系，并且因此改進(jìn)了阻抗特性。無論端子位于什么平面內(nèi)，需要保持端子的三聯(lián)體布置。通過操縱接地和信號端子之間的距離，可以改變和“調(diào)諧”系統(tǒng)的阻抗。這是由于在兩個信號電線(和端子)之間以及每個信號線和接地線(和端子)之間產(chǎn)生的容性耦合所致。端子的間距也影響系統(tǒng)的阻抗。接地和信號端子的寬度也影響系統(tǒng)的耦合和阻抗，其也包括端子的電阻，該電阻接下來又是端子尺寸的函數(shù)。
在插入印刷電路板之前，圖7中向下懸垂的端子1141-1152通過附裝于該連接器1130下側(cè)的絕緣膜1158上的穿孔保持在所需要的空間關(guān)系。在連接器1130插入印刷電路板之后，通孔和焊料提供了保持多種端子之間空間關(guān)系的強(qiáng)有力的手段。
多種端子之間的關(guān)系示意地示于圖10-12。這些視圖中的每個圖示出兩排的六個端子，且該排相互平行。每個示意圖還示出端子1141、1142、1151和1152被選擇為接地端子G，端子位置1145和1148是未用的或空閑端子X，端子位置1144和1146分別是差分信號端子B+和B-，以及端子位置1147和1149分別是差分信號端子A+和A-。在圖19和11中，端子位置1143和1150是接地電源端子Gp。在圖12中，由于電源不通過連接器1130供給的情況，端子位置1143和1150是接地端子G。在圖11中，對角線160表示由端子1141-1142和1147、1149限定的三聯(lián)體和由端子1144、1146和1151-1152限定的三聯(lián)體之間的接地電源端子的取向或位置。這個對角線可以當(dāng)作分開差分對和它們相關(guān)接地的對稱線。五個端子通道在該對稱線、和信號和接地端子的取向的的每一側(cè)上。但是，如前所述，該接地電源端子Gp由于典型的電源低阻抗而用作接地端子。
根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的連接器1170的可替換實(shí)施例示于圖9-14。除連接器1170形成為沒有圖6-8的未用的或空閑的端子位置1145’和1148’之外，這個可替換實(shí)施例在結(jié)構(gòu)和操作上與圖6-8的連接器基本是相同。但是，這個實(shí)施例繼續(xù)保持差分信號端子之間的間距，好像如圖6-8一樣存在空閑的端子位置1145′和1148′。在圖9和圖13所示的實(shí)施例沒有空閑的端子位置1145′和1148′有助于避免裝配時發(fā)生錯誤，例如，將端子插入所需要的空閑的端子位置。如圖9所示，在這個實(shí)施例中，連接器構(gòu)造成沒有留給空閑的端子接納通道，以在愛裝配連接器時能夠避免端子誤插入這些空閑位置。
圖15-17示出與相對的配合連接器1140組合的圖6-8的插口連接器1130。配合連接器1140具有由電介質(zhì)材料形成的絕緣的連接器殼體1171，其具有與插座連接器1130的腔1134互補(bǔ)的結(jié)構(gòu)，以便便于并確保其之間的適當(dāng)配合。殼體1171包括多個內(nèi)部腔，用于當(dāng)配合連接器完全插入連接器1130的腔1134中時，固定并支撐與連接器1130的端子1141-1152電氣接合的配合端子(未示出)。在這方面，內(nèi)部腔和配合連接器1140的端子構(gòu)造成間隔開，以與連接器1130的相應(yīng)的端子1141-1152對準(zhǔn)。因此，配合連接器1140也保持差分信號端子和多個接地端子之間的所需要的三聯(lián)體結(jié)構(gòu)。因此，配合連接器1140也提供相對低的阻抗偏移，如圖1中的阻抗曲線60所示。
來自電纜的電線可以是單獨(dú)地端接在連接器1140中，如圖15和圖15所示?？商鎿Q地，如圖17所示，電纜1173和1174形式的每個三聯(lián)體、以及差分信號對和多個接地的組成部件可以端接在配合連接器1140，而電源電線1175和1176單獨(dú)地端接。
權(quán)利要求
1.一種用于提供差分信號電路之間的連接的連接器，其中每個差分信號電路包括差分信號導(dǎo)線對和兩個相關(guān)的接地導(dǎo)線，該連接器包括電氣絕緣的殼體，該殼體具有安置在所述殼體中的多個端子接納腔，該端子接納腔以一定圖形安置在所述殼體內(nèi)，用于支撐在所述殼體中的至少第一和第二分立排的導(dǎo)電端子；多個導(dǎo)電端子，其支撐在所述殼體的一些所述端子接納腔中，所述端子包括至少一個分立的端子組，該端子組包括差分信號端子對和至少兩個相關(guān)的接地參考端子，該一個端子組的差分信號端子對安置在端子接納腔中的所述第一排中，而該一個端子組中的兩個接地參考端子安置在端子接納腔中的所述第二排中，所述一個端子組的所述兩個接地參考端子進(jìn)一步互連，以協(xié)同限定用于所述差分信號端子對的共同的接地路徑；以及所述差分信號端子對具有安置在其之間的空置的端子接納腔，使得所述差分信號端子間隔開第一距離，并且使所述差分信號端子與所述相關(guān)接地端子間隔開第二距離，該第一距離大于該第二距離。
2.如權(quán)利要求1的連接器，其中每個所述端子包括接觸部分、尾部和將該接觸部分和該尾部互連在一起的主體部分。
3.如權(quán)利要求2的連接器，其中每個端子的所述主體和尾部以一定角度延伸到其所述接觸部分。
4.如權(quán)利要求2的連接器，其中所述兩個接地參考端子由橋接件沿其主體部分互連。
5.如權(quán)利要求4的連接器，其中所述橋接件作為所述兩個接地參考端子的一部分而整體地形成。
6.如權(quán)利要求4的連接器，其中所述接觸部分水平地延伸通過所述殼體，并且所述主體部分垂直地延伸，所述橋接件沿著它們的垂直方向互連所述兩個接地參考端子。
7.如權(quán)利要求1的連接器，進(jìn)一步包括接合所述端子尾部的電路板。
8.如權(quán)利要求1的連接器，進(jìn)一步包括第二分立的端子組，其包括第二差分信號端子對和至少兩個第二相關(guān)的接地參考端子，該一個端子組的第二差分信號端子對安置在端子接納腔中的所述第二排中，而該第二端子組的兩個第二接地參考端子安置在端子接納腔中的所述第一排，所述一個端子組的所述兩個接地參考端子進(jìn)一步互連在一起；以及所述第二差分信號端子對還具有安置在其之間的空置的端子接納腔，使得所述第二差分信號端子對間隔開第三距離，并且所述第二差分信號端子對與所述第二兩個相關(guān)的接地端子間隔開第四距離，該第三距離大于第四距離。
9.如權(quán)利要求8的連接器，其中所述第一和第三距離是相等的。
10.如權(quán)利要求9的連接器，其中所述第二和第四距離是相等的。
11.如權(quán)利要求8的連接器，其中所述多個端子進(jìn)一步包括第一和第二電源端子，該第一電源端子安置在所述第一排中相鄰于所述一個端子組的所述兩個相關(guān)的接地參考端子，該第二電源端子安置在所述第二排中相鄰于所述第二端子組的所述兩個相關(guān)的接地參考端子。
12.如權(quán)利要求11的連接器，其中所述第一和第二電源端子以偏移方式分別安置在所述第一和第二排，以便被描繪為通過第一和第二電源端子的假想線以一定角度延伸通過所述第一和第二排。
13.如權(quán)利要求8的連接器，其中所述多個端子進(jìn)一步包括第一和第二附加的接地端子電源端子，該第一附加的接地端子安置在所述第一排中相鄰于所述一個端子組的所述兩個相關(guān)的接地參考端子，該第二附加的接地端子安置所述第二排中相鄰于所述第二端子組的所述兩個相關(guān)接地參考端子。
14.如權(quán)利要求13的連接器，其中所述第一和第二附加的接地端子以偏移方式分別安置在所述第一和第二排，以便被描繪為通過第一和第二電源端子的假想線以一定角度延伸通過所述第一和第二排。
15.一種用于差分信號連接器的接觸布置，該差分信號連接器具有絕緣殼體和支撐在該殼體中的多個導(dǎo)電端子，每個端子包括至少相對的接觸部分和尾部，該接觸部分接觸配合連接器的相對的端子，該布置包括限定至少第一差分信號通道的端子，其包括第一差分信號端子對和第一相關(guān)的接地端子對，該第一差分信號組端子安置在所述殼體中的第一和第二排中，該第一排包括所述第一差分信號端子對，并且所述第二排包括所述第一相關(guān)接地端子對，所述第一相關(guān)接地端子對安置在所述第二排中相互鄰近并相互間隔開第一距離，所述第一差分信號端子對安置在所述第一排中相互鄰近并相互間隔開第二距離，該第二距離大于該第一距離。
16.如權(quán)利要求15的接觸布置，其中，所述第一相關(guān)接地端子對互連在一起。
17.如權(quán)利要求16的接觸布置，其中，所述第一相關(guān)接地端子對在其所述接觸部分和尾部之間相互互連。
18.如權(quán)利要求15的接觸布置，其中，所述殼體包括多個端子接納通道，并且所述第一差分信號端子對被接納在兩個端子接納通道內(nèi)，并且由居間的空置的端子接納通道相互分開。
19.如權(quán)利要求15的接觸布置，其中，所述端子進(jìn)一步限定了第二差分信號通道，其包括安置在所述殼體的所述第一排和第二排中的第二差分信號端子對和第二相關(guān)接地端子對，該第二相關(guān)接地端子對相互間隔開所述第一距離，而所述第二差分信號端子對相互間隔開所述第二距離。
20.如權(quán)利要求19的接觸布置，其中，所述第二差分信號端子對安置在所述殼體的所述第二排中，而所述第二相關(guān)接地端子對安置在所述殼體的所述第一排中。
21.一種電氣連接器，包括殼體，其保持布置成至少兩排的信號觸點(diǎn)和接地觸點(diǎn)，每排包括位于相互鄰近的至少差分信號觸點(diǎn)對和至少所述接地觸點(diǎn)對，其中在所述排之一中的每個所述差分信號觸點(diǎn)對與在所述排中的另一個中的各自接地觸點(diǎn)對相對，以形成信號傳輸通道，該信號傳輸通道以交替顛倒的順序沿該排連續(xù)地布置，使得在每個所述排內(nèi)，一個所述信號傳輸通道中的相鄰的所述信號觸點(diǎn)的所述對在所述排中與不同的所述信號傳輸通道中的所述接地觸點(diǎn)對間隔開，每個所述信號傳輸通道的所述接地觸點(diǎn)對互連在一起，以與所述信號傳輸通道的所述差分信號對協(xié)同限定共同的接地路徑。
22.如權(quán)利要求21的電氣連接器，其中對于每個所述信號傳輸通道，所述差分信號端子對相互間隔開第一距離的寬度，并且所述兩個端子排相互間隔開第二距離，該第一距離大于所述第二距離。
23.如權(quán)利要求21的電氣連接器，其中在任何所述信號傳輸通道中被描繪為通過所述差分信號端子對和所述相關(guān)接地觸點(diǎn)對中的一個觸點(diǎn)對的頂點(diǎn)的假想線形成了假想的三角形圖形。
24.如權(quán)利要求23的電氣連接器，其中，用于連續(xù)的所述信號傳輸通道的該三角形形狀圖形相對于先前的所述信號傳輸通道的所述三角形圖形是顛倒的。
全文摘要
一種用于連接器的端子接觸布置，當(dāng)其與相對的連接器配合并被賦能時有助于減少該連接器的阻抗偏離。該連接器具有絕緣殼體和安置在其中的多個端子接納通道。導(dǎo)電端子支撐在一些通道中，但不是所有的通道。該端子包含有分立的端子組，該端子組包括差分信號端子對和至少兩個相關(guān)的接地參考端子。該兩個相關(guān)的接地參考端子互連在一起，以便從電氣方面講，它們用作單一的接地端子，其具有等于兩個所連接的接地參考端子寬度之和的寬度。該接地參考端子組安置在單一端子排中，相同端子組的不同信號端子安置在與接地參考端子排間隔開的另一端子排中。該差分信號端子在其端子排內(nèi)被空置的通道相互間隔開，以便每個端子組的兩個差分信號端子相互間隔開的距離大于它們與其相關(guān)接地參考端子間隔開的距離。
文檔編號H01R12/16GK1742411SQ03824794
公開日2006年3月1日 申請日期2003年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月25日
發(fā)明者大衛(wèi)·L·布倫克爾, 丹尼爾·L·達(dá)維德奇克, 馬克斯威爾·P·巴斯勒, 帕特里克·R·卡舍爾 申請人:莫萊克斯公司