DE69636779T2

DE69636779T2 - Elektrischer verbinder mit niedrigem übersprechen und gesteuertem impedanzverhalten

Info

Publication number: DE69636779T2
Application number: DE69636779T
Authority: DE
Inventors: A. Richard Mechanicsburg ELCO; F. David Middletown FUSSELMAN
Original assignee: FCI SA; Framatome Connectors International SAS
Current assignee: FCI SA
Priority date: 1995-06-12
Filing date: 1996-06-11
Publication date: 2007-10-18
Anticipated expiration: 2016-06-12
Also published as: KR100408176B1; EP1679765A2; EP0836757B1; CN1148843C; JP2006269440A; EP1679765A3; MX9710073A; JP2004006373A; US6210182B1; CN1531153A; EP1717912A1; AU6174196A; DE69636779D1; EP1679770A2; JP4128624B2; DE69638068D1; EP0836757A1; CN1314170C; JPH11507763A; CA2224519C

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf elektrische Verbinder und im speziellen auf elektrische Verbinder, die Mittel aufweisen, um elektrisches Übersprechen und die Impedanz einzustellen.
2. Kurze Beschreibung der von früheren Entwicklungen
Als die Dichte von Kontaktverbindungen zunahm und der Abstand zwischen den Kontakten 0,025 Inch oder 0,5 mm erreichte, vergrößerte diese enge Nachbarschaft der Kontakte die Wahrscheinlichkeit eines starken elektrischen Übersprechens (cross talk coupling) zwischen den Kontakten. Zusätzlich wurde es immer schwieriger, die elektrische Eigenschaft der Impedanz über das Design zu beeinflussen. Bei den meisten Verbindungen ist der Kontakt des zusammengesteckten Steckers/Buchse durch einen Strukturkunststoff umgeben, mit Luftspalten, um einen mechanischen Freiraum für den Kontaktstreifen bereitzustellen. Wie in dem US Patent mit der Nummer 5,046,960 von Fedder beschrieben, können diese Luftspalte verwendet werden, um Einfluss zu nehmen auf die charakteristische Impedanz des zusammengesteckten Kontakts. Bislang wurden diese Luftspalte jedoch nicht dazu benutzt in Zusammenhang mit der Kunststoffgeometrie sowohl die Impedanz und viel wichtiger das Übersprechen zu beeinflussen.
Der nächstliegende Stand der Technik ist in der DE 39 36 466 A1 offenbart. Von der DE 39 36 466 A1 ist ein elektrischer Verbinder bekannt, der die Merkmale des Oberbegriffs von Anspruch 1 aufweist. Das durch die Erfindung zu lösende technische Problem liegt darin, sowohl die Impedanz als auch das Übersprechen eines solchen elektrischen Verbinders besser einstellen zu können. Darüber hinaus kann der erfindungsgemäße elektrische Verbinder einfach und bei niedrigen Kosten produziert werden und ermöglicht eine bessere Steuerung sowohl der Impedanz als auch, viel wichtiger, des Übersprechens.
Zusammenfassung der Erfindung
Das oben genannte technische Problem wird gelöst durch den Gegenstand des Anspruchs 1. Nützliche Weiterentwicklungen des Gegenstands des Anspruchs 1 werden in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 12 definiert.
In dem erfindungsgemäßen Verbinder gibt es ein erstes Glied und ein zweites Glied, die jeweils ein metallisches Kontaktmittel und ein dielektrisches Basismittel aufweisen. Auf jedem Glied erstreckt sich das metallische Kontaktmittel rechtwinklig von dem dielektrischen Basismittel weg. Die zwei metallischen Kontaktmittel sind miteinander verbunden, um zu bilden, was hierin als eine allgemeine „I-Stab"-Formgeometrie (I-beam shaped geometry) bezeichnet wird. Das Konzept hinter der I-Stab-Geometrie liegt in der Verwendung einer starken dielektrischen Ladung durch das strukturelle Dielektrikum, um die Kanten des verbundenen Kontakts oben und unten zu erden und in einer relativ geringen Ladung durch die Luft an den verbundenen Kontaktseiten. Diese unterschiedlichen dielektrischen Ladungen sind auf solch eine Weise ausglichen, um eine gesteuerte Impedanz beizubehalten und auch die Kopplungen (und das Übersprechen) zwischen benachbarten Kontakten zu minimieren. Auf diese Art und Weise können alle Linien der Verbindung auf Signale eingestellt werden, wobei eine gesteuerte Impedanz und ein relativ niedriges Anstiegszeit-Übersprech-Produkt von kleiner als 1 Nanosekunden-Prozent erhalten wird. Typische Anstiegszeit-Übersprechwerte für existierende Verbinder mit einem 1,27 bis 0,63 mm (0,05 bis 0,025 inch) Raster und eingestellter Impedanz liegen im Bereich von 2,5 bis 4 Nanosekunden-Prozent.
Die I-Stab-Geometrie dieser Erfindung kann ebenfalls vorteilhafter Weise in einer elektrischen Kabelanordnung verwendet werden. In einer solchen Anordnung ist ein die Steuerung unterstützendes dielektrisches Rippenelement rechtwinkelig zwischen gegenüberliegenden Flanschelementen angeordnet. Jedes dieser Flanschelemente erstreckt sich rechtwinkelig von den Anschlussenden des Rippenelements weg. An beiden der gegenüberliegenden Seiten der Bahn befindet sich eine metallisierte Signallinie. Die gegenüberliegenden Endoberflächen der Flansche sind metallisiert und bilden eine Erdungsebene. Zwei oder mehr dieser Kabelanordungen können zusammen verwendet werden, so dass die Flansche in einer Ende an Ende angrenzenden Beziehung stehen und die Längsachsen der leitenden Elemente parallel sind. Eine Isolierhülle kann auch um die gesamte Anordnung angeordnet sein.
Für sowohl die Verbinder, als auch die Kabelanordnungen, die die I-Stab-Geometrie dieser Erfindung aufweisen, wird angenommen, dass das Anstiegszeit-Übersprech-Produkt unabhängig der Signaldichte ist, bei Signal-zu-Erde-Verhältnissen die größer sind als 1 zu 1.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird weiterhin mit Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, (wobei die 1 bis 3 und 19 bis 33 nicht von den Ansprüchen umfasst sind, aber bereitgestellt werden, da sie nützlich für das Verständnis der Erfindung sind).
1 ist eine schematische Darstellung eines Beispiels eines Verbinders;
1a ist eine schematische Darstellung eines anderen Beispiels eines Verbinders;
2 ist eine schematische Darstellung eines anderen Beispiels eines Verbinders;
3 ist eine andere schematische Darstellung des Verbinders, der in 2 dargestellt ist;
4 ist eine seitliche Aufrissansicht einer bevorzugten Ausführungsform des Verbinders der vorliegenden Erfindung;
5 ist eine Endansicht des Verbinders, der in 4 dargestellt ist;
6 ist eine perspektivische Ansicht des Verbinders, der in 4 dargestellt ist;
7 ist eine Endansicht des Buchsenelements des Verbinders, der in 4 dargestellt ist;
8 ist eine Draufsicht von unten auf das Buchsenelement, das in 7 dargestellt ist;
9 ist eine Querschnittsansicht, entlang der Linie IX-IX in 7;
10 ist eine Endansicht des Buchsenelements der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die in 4 dargestellt ist;
11 ist eine Draufsicht von unten auf das Buchsenelement, das in 10 dargestellt ist;
12 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie XII-XII in 10;
13 ist eine perspektivische Ansicht des Buchsenelements, das in 10 dargestellt ist;
14 ist eine Querschnittsansicht des Steckers und des Buchselements des Verbinders, der in 4 dargestellt ist, vor dem Zusammenstecken;
15 ist eine Querschnittansicht;
16 ist eine Querschnittansicht entsprechend 13 einer anderen bevorzugten Ausführungsform des Verbinders der vorliegenden Erfindung;
Die 17 und 18 sind Graphen, die Ergebnisse von Vergleichstests darstellen, die weiter unten beschrieben sind;
19 ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels einer Kabelanordnung;
20 ist eine Detailansicht eines Gebiets innerhalb des Kreises XX in 19;
21 ist eine Querschnittsansicht einer anderen Kabelanordnung;
22 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linien XXIII-XXIII in 23;
23 ist eine seitliche Aufrissansicht der Kabelanordnung, die in 19, die in Verwendung mit einer Buchse dargestellt is;
24 ist eine Draufsicht von oben auf einen Steckerbereich eines anderen Verbinders;
25 ist eines Draufsicht von unten des Steckerbereichs der in 24 dargestellt ist;
26 ist eine Endansicht des Steckerbereichs, der in 24 dargestellt ist;
27 ist eine Seitenaufrißansicht des Steckerbereichs, der in 24 dargestellt ist;
28 ist eine Aufsicht von oben eines Buchsenbereichs, der mit dem Steckerbereich in Eingriff bringbar ist, der in 24 dargestellt ist;
29 ist eine Draufsicht von unten des Buchsenbereichs, der in 28 dargestellt ist;
30 ist eine Endansicht der Buchse, die in 28 dargestellt ist;
31 ist eine seitliche Aufrissansicht der Buchse, die in 28 dargestellt ist;
32 ist eine teilweise Querschnittsansicht entlang der Linie XXXII-XXXII in den 24 und 28, welche diese Bereiche des Steckers und der Buchse zeigt, welche in diesen Zeichnungen in einer nicht verbundenen Position dargestellt sind; und
33 ist eine teilweise Querschnittsansicht durch die Linien XXIII bis XXIII in 24 und 28, wie sie zu sehen wäre, wenn diese Elemente miteinander verbunden wären.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Theoretisches Model
Die grundlegende I-Stab-Geometrie der Übertragungsleitung ist in 1 dargestellt. Die Bezeichnung dieser Geometrie der Übertragungsleitung als eine I-Stab-Geometrie kommt von der vertikalen Anordnung des Signalleiters, der im Allgemeinen mit dem Bezugszeichen 10 dargestellt ist, zwischen den zwei horizontalen dielektrischen Schichten 12 und 14, die eine Dielektrizitätskonstante ε aufweisen und Erdungsebenen 13 und 15, die symmetrisch an den oberen und unteren Kanten des Leiters angeordnet sind. Die Seiten 20 und 22 des Leiters sind zur Luft 24 hin offen, welche eine Dielektrizitätskonstante der Luft von ε₀ aufweist. In einer Verbinderanwendung würde der Leiter bestehen aus zwei Abschnitten 26 und 28, die aneinander Ende zu Ende oder Fläche zu Fläche anstehen. Die Dicken t₁ und t₂, der dielektrischen Schichten 12 und 14 steuern in erster Ordnung die charakteristische Impedanz der Übertragungslinien und das Seitenverhältnis der Gesamthöhe h zur dielektrischen Breite w_d steuert das elektrische und magnetische Feld, das bis zu einem benachbarten Kontakt durchdringt. Das Seitenverhältnis, um einen Kopplung über A und B hinaus zu minimieren, ist ungefähr einheitlich, wie in 1 dargestellt. Die Linien 30, 32, 34, 36 und 38 in 1 sind Äquipotentiallinien der Spannung im Raum des Dielektrikums Luft. Wenn man eine Äquipotentiallinie nahe einer der Erdungsebenen nimmt und ihr nach außen in Richtung der Grenzen A und B folgt, kann man feststellen, dass sowohl Grenze A als auch Grenze B sehr nahe am Erdungspotential liegen. Dies bedeutet, dass man sowohl an der Grenze A als auch der Grenze B beinahe (virtuelle) Erdungsoberflächen hat und wenn zwei oder mehr I-Stab-Module Seite an Seite angeordnet sind, existiert eine beinahe Erdungsoberfläche zwischen den Modulen und es findet keine Kopplung zwischen den Modulen statt. Im Allgemeinen sollte die Leiterbreite w_c und die dielektrische Dicke verglichen mit der dielektrischen Breite oder dem Modulabstand klein sein.
Aufgrund der vorgegebenen mechanischen Randbedienungen eines praxistauglichen Verbinderdesigns weicht die Proportionierung der Signalleiterbreite (Klingen- bzw. Stabkontakt) und die dielektrische Dicke wenn notwendig etwas von dem bevorzugten Verhältnissen ab und es wird eine minimale Kopplung zwischen benachbarten Signalleitern bestehen. Jedoch werden Designs, die die grundlegenden I-Stab-Richtlinien verwenden, ein niedrigeres Übersprechen als konventionellere Herangehensweisen haben. Unter Bezugnahme auf die 1a ist eine alternative Ausführungsform dargestellt, bei der das Dielektrikum bei 12' und 14' dargestellt ist, wobei sich die entsprechenden Erdungsebenen bei 13' und 15' befinden. In dieser Ausführungsform erstrecken sich die Leiter 26' und 28' entsprechend von den dielektrischen Schichten 12' und 14' aber die Leiter 26' und 28' berühren sich eher per Seite an Seite als Kante an Kante. Ein Beispiel eines praktischen elektrischen und mechanischen I-Stab-Designs für einen Verbinder mit einem Raster von 0,63 mm (0.025 inch) verwendet 0,2 × 0,2 mm (8 × 8 mil) Stäbe 26'' und 0,2 × 0,2 mm (8 × 8 mil) Klingen 28', die wenn sie miteinander in Eingriff stehen, einen 0,2 × 0,4 mm (8 × 16 mil) Signalkontakt bilden und der Kontaktquerschnitt ist in 2 dargestellt. Die dielektrische Dicke t beträgt 0,3 mm (12 mil). Die Spannungsäquipotentiale für diese Geometrie sind in 3 dargestellt, wobei virtuelle Erdungen an den benachbarten Kontaktbereichen vorhanden sind und nun etwas Kopplung zwischen benachbarten Kontakten besteht.
Unter Bezugnahme auf 2, wird die I-Stab-Übertragungsgeometrie dargestellt, wenn sie auf ein weniger als ideal proportioniertes Multileitersystem angewandt wird. Signalleiter 40, 42, 44, 46 und 48 erstrecken sich rechtwinklig zwischen zwei dielektrischen und horizontalen Erdungsebenen 50 und 52, die eine Dielektrizitätskonstante ε aufweisen. An den Seiten der Leiter befinden sich Luftspalte 54, 56, 58, 60, 62 und 64.
Unter Bezugnahme auf 3 ist ein anderer Mehrleiterverbinder dargestellt, worin parallele Leiter 66, 68 und 70 vorhanden sind, die sich rechtwinklig zwi schen zwei dielektrischen und horizontalen Erdungsebenen 72 und 74 erstrecken. An den Seiten der Leiter befinden sich Luftspalte 76, 78, 80 und 82.
Elektrischer Verbinder
Unter Bezugnahme nun auf die 4 bis 12 wird man erkennen, dass der Verbinder der vorliegenden Erfindung im Allgemeinen aus einem Stecker besteht, der im Allgemeinen mit dem Bezugszeichen 90 bezeichnet ist und aus einer Buchse, die im Allgemeinen mit dem Bezugszeichen 92 bezeichnet ist. Der Stecker besteht aus einem vorzugsweise metallischen Steckergehäuse, das einen engen Frontabschnitt 96 und einen breiten hinteren Abschnitt 98 aufweist. Der Frontabschnitt hat eine obere Seite 100 und eine untere Seite 102. Der breitere hintere Abschnitt hat eine obere Seite 104 und eine untere Seite 106. Der Stecker hat auch Endoberflächen 108 und 110. An der oberen Seite sowohl des vorderen als auch hinteren Abschnitts befinden sich längsverlaufende Nuten 112, 114, 116, 118 und 119. In diesen Nuten befinden sich auch Öffnungen 120, 122, 124, 126 und 128. Auf ähnliche Weise befinden sich an den unteren Seiten sowohl des vorderen als auch des hinteren Abschnitts längsverlaufende Nuten, wie bei dem Bezugszeichen 129, die jeweils Öffnungen bei dem Bezugszeichen 130 aufweisen. An den oberen Seiten befindet sich auch eine obere querverlaufende Nut 132, wobei an der unteren. Seite eine ähnlich positionierte untere querverlaufende Nut 134 ist. Der Stecker hat auch hintere Vorsprünge 136 und 138. Unter spezieller Bezugnahme auf 9 kann man erkennen, dass der Stecker ein dielektrisches Element 140 aufweist, das einen hinteren nach oben gerichteten Vorsprung 142 und einen hinteren nach unten gerichteten Vorsprung 144 aufweist, genauso wie einen nach vorne gerichteten Hauptvorsprung 146 und einen nach vorne gerichteten Untervorsprung 148. Das Gehäuse umfasst auch gegenüberliegende nach unten gerichtete Vorsprünge 150 und nach oben gerichtete Vorsprünge 152, die dazu dienen das Dielektrikum in seiner Position zu halten. In den Längsnuten an der Oberseite des Steckers befinden sich obere axiale Erdungsfedern 154, 156, 158, 160 und 162. In der querverlaufenden Nut gibt es auch eine obere querverlaufende Erdungsfeder 164. Diese querverlaufende Erdungsfeder ist mittels Erdungsfederbefestigern 166, 168, 170 und 172 an dem Gehäuse befestigt. An dem hinteren Anschlussende der längsverlaufenden Erdungsfedern befinden sich obere Erdungskontakte 176, 178, 180, 182 und 184. Auf ähnliche Weise befinden sich in den Nuten an der unteren Seite des Steckers untere längsverlaufende Erdungsfedern 186, 188, 190, 192 und 194. In der unteren querverlaufenden Nut befindet sich eine untere querverlaufende Erdungsfeder 196. Genauso wie die obere querverlaufende Erdungsfeder ist diese Feder in dem Gehäuse mittels Erdungsfederbefestigern 198, 200, 202, 204 und 206 befestigt. An dem hinteren Anschlußende der Erdungsfedern befinden sich untere Erdungskontakte 208, 210, 212, 214 und 216. Der Stecker umfasst auch einen metallischen Kontaktabschnitt der im Allgemeinen mit 218 bezeichnet ist, der einen vorderen ausgesparten Bereich 220, einen mittleren Kontaktbereich 222 und einen hinteren Signalstift 224 umfasst. Ein benachbarter Signalstift ist bei 226 dargestellt. Andere Signalstifte sind zum Beispiel in 7 mit dem Bezugszeichen 228, 230, 232, 234 und 236 dargestellt. Diese Stifte erstrecken sich durch Schlitze in dem Dielektrikum bei dem Bezugszeichen 238, 240, 242, 244, 246, 248 und 250. Das Dielektrikum wird an Ort und Stelle mittels Verriegelungen 252, 254, 256 und 258 verriegelt, die von dem Metallgehäuse abstehen. Unter Bezugnahme wiederum im Speziellen auf 9, umfasst der Stecker eine vordere Steckeröffnung 260 und obere und untere innere Steckerwände 262 und 264. aus 9 kann man auch erkennen, dass ein konvexer Abschnitt der Erdungsfedern bei dem Bezugszeichen 266 und 268 sich durch die Öffnungen in den längsverlaufenden Nuten erstreckt. Unter Bezugnahme im Speziellen auf die 10 bis 12 kann man erkennen, dass die Buchse ein bevorzugt metallisches Buchsengehäuse 270 aufweist, mit einem engen vorderen Abschnitt 277 und einem breiteren hinteren Abschnitt 274. Der vordere Abschnitt hat eine Oberseite 276 und eine Unterseite 278 und der hintere Abschnitt hat eine Oberseite 280 und 282. Die Buchse hat auch gegenüberliegende Enden 284 und 286. An den oberen Seiten der Buchse befinden sich längsverlaufende Nuten 288, 290 und 292. Auf ähnliche Weise gibt es an der unteren Oberfläche längsverlaufende Nuten bei dem Bezugszeichen 294, 296 und 298. An der oberen Oberfläche gibt es weiterhin auch Öffnungen. An der unteren Oberfläche gibt es einige Öffnungen wie bei 306, 308 und 310. Die Buchse umfasst auch hintere Abstandshalter 312 und 314. Unter Bezugnahme insbesondere auf die 12 umfasst die Buchse ein dielektrisches Element, das im Allgemeinen mit dem Bezugszeichen 316 bezeichnet wird, das einen hinteren nach oben gerichteten Vorsprung 318, einen hinteren nach unten gerichteten Vorsprung 320, einen vorderen Hauptvorsprung 322 und einen vorderen Untervorsprung 324 aufweist. Das Dielektrikum wird an seiner Position gehalten mittels eines nach unten gerichteten Vorsprungs des Gehäuses und einem nach oben gerichteten Vorsprung innerhalb des Gehäuses zusammen mit einer hinteren Rückhalteplatte. Innerhalb jeder dieser Öffnungen wird eine Erdungsfeder wie beispielsweise bei 332 gehalten, die mit einem oberen Erdungsstift 334 verbunden ist. Andere obere Erdungsstifte, wie bei 336 und 338 sind ähnlich positioniert. Untere Erdungsfedern, wie beispielsweise bei 340 sind mit Erdungstiften, wie bei 342 verbunden, wobei andere Erdungsstifte wie bei 344 und 346 benachbart zu ähnlichen Erdungsfedern angeordnet sind. Unter Bezugnahme auf 12 umfasst die Buchse auch einen metallischen Kontaktbereich, der im Allgemeinen mit dem Bezugszeichen 348 bezeichnet ist, der einen vorderen ausgesparten Bereich 350, einen mittleren Kontaktbereich 352 und einen hinteren Signalstift 354 aufweist. Ein benachbarter Stift ist bei 356 dargestellt. Diese Stifte erstrecken sich nach hinten durch Schlitze, wie bei 358 und 360. Das Dielektrikum wird weiterhin durch dielektrische Verriegelungen wie bei 362 und 364 in dem Gehäuse gehalten. Die Buchse umfasst auch eine vordere Öffnung 365 und eine innere Gehäuseoberfläche 366. Unter Bezugnahme insbesondere auf 13 zeigt diese perspektivische Ansicht der Buchse die Struktur des metallischen Kontaktbereichs 350 in größeren Detail, um eine Mehrzahl von alternierenden längsverlaufende n Rippen wie bei 367 und Nuten 368 zu zeigen, die ähnliche Strukturen an dem metallischen Kontakt 218 der Buchse ergreifen.
Unter Bezugnahme insbesondere auf die 14 und 15 ist der Stecker und die Buchse jeweils in einer getrennten und in einer zusammengesteckten Konfiguration gezeigt. Es wird erkannt werden, dass der vordere Hauptvorsprung 146 des Dielektrikumbereichs des Steckers an dem vorderen Untervorsprung des Die lektrikumbereichs der Buchse Ende an Ende ansteht. Der vordere Hauptvorsprung des Dielektrikumbereichs der Buchse steht an den vorderen Untervorsprung des Dielektrikumbereichs des Steckers Ende an Ende an. Es wird auch erkannt werden, dass an dem metallischen Bereich des Steckers die Anschlussausparung das metallische Element der Buchse in einer Seite an Seite anstehenden Beziehung aufnimmt. Die Anschlussaussparung des metallischen Kontaktelements der Buchse empfängt das metallische Kontaktelement des Steckers in einer Seite an Seite angrenzenden Beziehung. Das vordere Ende des Anschlussgehäuses steht an der inneren Wand des Steckers an. Die Erdungsfedern des Steckers berühren ebenfalls die freien Frontseitenwände des Steckers und stellen einen elektrischen Kontakt mit diesen her. Es sollte erwähnt werden, dass wenn der Verbinder, der in 15 dargestellt ist, wo das Stecker- und das Buchsengehäuse axial miteinander im Eingriff stehen, der metallische Kontakt des Steckers und der metallische Kontakt der Buchse sich sowohl von dem dielektrischen Element des Steckers als auch dem dielektrischen Element der Buchse axial nach innen erstrecken, sodass sie aneinander anstehen. Es sollte auch erwähnt werden, dass die dielektrischen Elemente des Steckers und der Buchse sich mit Bezug auf die metallischen Kontaktelemente des Steckers und der Buchse radial nach außen erstrecken.
Unter Bezugnahme auf 16 wird erkannt werden, dass eine alternative Ausführungsform des Verbinders der vorliegenden Erfindung aus einem Stecker besteht, der im Allgemeinen mit dem Bezugszeichen 590 bezeichnet ist und einer Buchse die im Allgemeinen mit dem Bezugszeichen 592 bezeichnet ist. Der Stecker besteht aus einem Steckergehäuse 594. Weiterhin gibt es einen Steckererdungskontakt 596, eine Steckererdungsfeder 598, Steckersignalstifte 600 und 602, einen Steckerkontakt 606 und einen dielektrischen Einsatz 608. Die Buchse besteht aus einem Buchsengehäuse 610, einem Buchsenerdungskontakt 612, Buchsenerdungsfedern 614 und einem Buchsenkontakt 616. Ein Ausrichtungsrahmen 618 und Buchsensignalstifte 620, 622 werden auch bereitgestellt. Es wird erkannt werden, dass diese Anordnung die gleiche I-Stab-Geometrie aufweist, wie sie oben beschrieben wurde.
Vergleichstest
In 17 ist das gemessene Übersprechen für das nahe Ende (near and cross talk (NEXT)) und das Übersprechen für das entfernte Ende (far and cross talk (FEXT)) bei einer Anstiegszeit von 35ps dargestellt für ein Modell eines Verbinders mit einem Rasterabstand von 1,27 mm (0,05'') hergestellt gemäß der oben zuerst beschriebenen Ausführungsform. Das Tal in der NEXT-Wellenform von ungefähr 7 %, ist das Übersprechen für das nahe Ende, das in dem I-Stab-Abschnitt des Verbinders entsteht. Die führenden und die nachlaufenden Spitzen kommen von dem Übersprechen bei den Eingabe- und Ausgabebereichen des Verbinders, wo die I-Stab-Geometrie aufgrund von mechanischen Randbedingungen nicht beibehalten werden kann.
Die Übersprechperformance für einen Bereich von Anstiegszeiten, die größer sind als 2 mal die Verzögerung durch den Verbinder, des Verbinders relativ zu anderen Verbindersystemen, ist am Besten durch eine Graphik der gemessenen Anstiegszeit-Übersprech-Produkte (in Nanosekundenprozent) über der Signaldichte (Signale pro Inch) illustriert. Die unterschiedlichen Signaldichten entsprechen Verbindern mit unterschiedlichem Signal -zu-Erde-Verhältnissen in den Verbinder. Das gemessene Anstiegszeit-Übersprech-Produkt des hochskalierten Modells eines I-Stab-Verbinders mit einem Rasterabstand von 1,27 mm (0,05'') ist in 18 für drei Signal-zu-Erde-Verhältnissen dargestellt. 1 zu 1, 2 zu 1 und alle Signale. Da das Übersprechen des hochskalierten Modells 2 mal so groß ist, wie jenes eines Designs mit einem Rasterabstand von 0,63 mm (0,025 Inch) kann die Leistungsfähigkeit des Einzelreihendesigns mit 0,025 Inch Rasterabstand einfach auf das Doppelte der Dichte und die Hälfte des Übersprechens des Modells extrapoliert werden. Für das Zweireihendesign liegt die Dichte bei 4-mal jener des Models und das Übersprechen ist wiederum die Hälfte. Die extrapolierte Leistungsfähigkeit der Einreihen- und der Zweireihenverbinder mit einem Rasterabstand von 0,63 mm (0,025 Inch) werden auch in 18 relativ zu einer Anzahl von konventionellen Verbindern dargestellt, die in dieser Figur gezeigt sind. Das An stiegszeit-Übersprech-Produkt des I-Stab-Verbinders mit einem Rasterabstand von 0,63 mm (0,025 Inch) liegt für alle Signale bei 0,75 und ist viel weniger als jenes der anderen Verbindungen bei entsprechend hohen Signal-zu-Erde-Verhältnissen. Unter Bezugnahme insbesondere auf die Kurve für ein Modell mit einem Rasterabstand von 1,27 mm (0,05 Inch) in 18, wird 18 relativ zu einer Anzahl von konventionellen Verbindern sein, die in dieser Figur dargestellt sind. Das Anstiegszeit-Übersprech-Produkt des I-Stab-Verbinders mit einem Rasterabstand von 0,63 mm (0,025 Inch) für alle Signale liegt bei 0,75 und ist daher viel geringer als jenes der anderen Verbindungen bei entsprechend hohen Signal-zu-Erde-Verhältnissen. Unter Bezugnahme insbesondere auf die Kurve für das Modell mit einem Rasterabstand von 1,27 mm (0,05 Inch) in 18 wird erkannt werden, dass das Anstiegszeit-Übersprech-Produkt unabhängig der Signaldichte für Signal-zu-Erde-Verhältnissen größer als 1 zu 1 ist.
Elektrische Kabelanordnung
Unter Bezugnahme auf die 19 und 20 wird erkannt werden, dass die vorteilhaften Ergebnisse, die mit dem Verbinder gemäß der vorliegenden Erfindung erzielt werden können, auch in einer Kabelanordnung erzielt werden.
Dies liegt daran, dass ein Dielektrikum in eine I-Stab-Form extrudiert werden kann und ein Leiter kann an diesem I-Stab an der Rippe und an den horizontalen Flanschen angeordnet werden, um, wie es oben beschrieben wurde, ein niedriges Übersprechen zu erzielen. Die I-Stab-Extrusionen des Dielektrikums sind mit dem Bezugszeichen 369 und 370 dargestellt. Jedes dieser Extrusionen hat eine Rippe 371, die rechtwinklig zwischen ihren oberen und unteren Kanten zwischen Flanschen bei 372 und 373 angeordnet ist. Die Flansche haben nach innen zeigende innere Oberflächen und nach außen zeigende äußere Oberflächen, die metallisierte obere Erdungsebenenbereiche 374 und 376 und metallisierte untere Erdungsebenenbereiche entsprechend bei 378 und 380 aufweisen. Die Rippen haben ebenfalls leitende Schichten an ihren seitlichen Seiten. Die I-Stab-Extrusion 370 hat vertikale Signallinien 382 und 384 und die I-Stab- Extrusion 374 hat vertikale Signal linien 368 und 388. Diese vertikalen Signallinien und Erdungsebenenbereiche werden wie beispielsweise mit einem Metallband bevorzugt metallisiert. Es sollte verstanden werden, dass das Paar von vertikalen metallisierten Abschnitten an jeder Extrusion eine Signallinie bilden wird. Die Eigenschaft der I-Stab-Geometrie in Bezug auf die Einstellung der Impedanz und des Übersprechens wird im Allgemeinen die gleiche sein, wie sie oben in Verbindung mit dem Verbinder der vorliegenden Erfindung diskutiert wurde. Unter Bezugnahme insbesondere auf 20 wird erkannt werden, dass die I-Stab-Extrusionen ineinandergreifende Stufen wie bei 390 und 392 aufweisen, um eine Ausrichtung jedes I-Stab-Elements in der Anordnung beizubehalten. Unter Bezugnahme auf 21 können die I-Stab-Elemente, die im Allgemeinen bei 394, 396 und 398 dargestellt sind, wie oben beschrieben metallisiert sein (nicht dargestellt) und können in einer Folie und einer elastischen isolierenden Hülle, wie sie in Allgemeinen beim Bezugszeichen 400 dargestellt ist, eingehüllt sein. Aufgrund der regelmäßigen Anordnung der I-Stab-Elemente in einem kolinearen Array kann die I-Stab-Kabelanordnung direkt in eine Buchse eingesteckt werden, ohne eine Befestigung des Kabels außer zum Entfernen des äußeren Mantels der Folie an dem steckbaren Ende. Die Buchse kann Kontaktstäbe aufweisen, die mit Klingenelementen eine Paarung bilden, die aus den Erdungs- und Signalmetallisierungen hergestellt sind. Unter Bezugnahme insbesondere auf 23 kann erkannt werden, das beispielsweise die Buchse, die im Allgemeinen mit dem Bezugszeichen 402 bezeichnet wird, Signalkontakte 404 und 406 aufweist, die in entsprechenden vertikalen Abschnitten der I-Stab-Elemente 408 und 410 aufgenommen sind. Unter Bezugnahme auf die 22, umfasst die Buchse auch Erdungskontakte 412 und 414, die entsprechende metallisierte obere Erdungsebenenbereiche 416 und 418 kontaktieren. Es wird angenommen, dass für die Kabelanordnung, die oben beschriebenen Anstiegszeit-Übersprech-Produkte unabhängig von der Signaldichte sein werden, für Signal zu Erdeverhältnissen größer als 1 zu 1.
Kugel-Gitterarray-Verbinder
Die Anordnung des Dielektrikums und die Leiterelemente der I-Stab-Geometrie die hierin beschrieben wurde, können auch für die Verwendung in einem elektrischen Verbinder mit einem Kugelgitteranordnung (ball grid array connector) angepasst werden. Ein Stecker für eine derartige Verwendung in so einer Verbindung ist in den 24 bis 27 dargestellt. Unter Bezugnahme auf diese Figuren wird der Stecker im Allgemeinen mit dem Bezugszeichen 420 dargestellt. Der Stecker umfasst einen dielektrischen Basisbereich 422, eine dielektrische umlaufende Wand 424, metallische Signalstifte wie bei 426, 428, 430, 432 und 434, die in einer Mehrzahl von Reihen angeordnet sind und sich rechtwinklig nach oben von dem Basisbereich aus erstrecken. Sich längserstreckende metallische Erdungs- oder Leistungselemente 436, 438, 440, 442, 444 und 446 sind zwischen den Reihen der Signalstifte angeordnet und erstrecken sich rechtwinklig von dem Basisabschnitt. Der Stecker umfasst auch Ausrichtungs- und Befestigungsstifte 448 und 450. An seiner unteren Seite umfasst der Stecker auch eine Mehrzahl von Reihen von leitenden Lotpunkten, wie bei 452 und 454.
Unter Bezugnahme auf die 28 bis 31, ist eine Buchse, die mit dem Stecker 420 eine Verbindung eingehen kann, im Allgemeinen mit dem Bezugszeichen 456 dargestellt. Die Buchse umfasst ein Basisabschnitt-Dielekrikum 458, eine umlaufende Vertiefung 460 und Reihen von Ausnehmungen, die metallische Stifte aufnehmen, wie bei 462, 464, 466, 468 und 470. Metallische Erdungs- oder Leistungselemente aufnehmende Strukturen 472, 474, 476, 478, 480 und 482 sind zwischen den Reihen der stiftaufnehmenden Ausnehmungen angeordnet. An ihrer Unterseite umfasst die Buchse auch Ausrichtungs- und Montagestifte 484 und 486.
Es wird erkannt werden, dass der elektrische Verbinder, der beschrieben wurde, aufgrund seiner I-Stab-förmigen Geometrie niedriges Übersprechen und eine Steuerung der Impedanz ermöglicht. Es wird auch erkannt werden, dass ein elekt risches Kabel auch beschrieben wurde, das aufgrund dieser gleichen Geometrie ein niedriges Übersprechen und eine Einstellung der Impedanz ermöglicht.
Obwohl die vorliegende Erfindung in Verbindung mit den bevorzugten Ausführungsformen der 4 bis 18 beschrieben wurde, sollte es verstanden werden, dass andere ähnliche Ausführungsformen verwendet werden können oder Modifikationen und Hinzufügungen zu den beschriebenen Ausführungsformen gemacht werden können, um die gleiche Funktion der vorliegenden Erfindung durchzuführen, ohne von ihr abzuweichen. Daher sollte die vorliegende Erfindung nicht auf eine einzige Ausführungsform beschränkt werden, sondern im Umfang der beigefügten Ansprüche interpretiert werden.

Claims

Elektrischer Verbinder aufweisend a) ein Stecker (90) aufweisend eine Mehrzahl von ersten metallischen Kontaktmitteln (218) und ein erstes dielektrisches Basismittel (140), wobei die Mehrzahl von ersten metallischen Kontaktmitteln (218) in einer beabstandeten parallelen Beziehung im Wesentlichen rechtwinklig von dem ersten dielektrischen Basismittel (140) absteht, und b) eine Buchse (92), aufweisend eine Mehrzahl von zweiten metallischen Kontaktmitteln (348) und ein zweites dielektrisches Basismittel (316), wobei die Mehrzahl von zweiten metallischen Kontaktmitteln (348) im Allgemeinen rechtwinklig von dem zweiten dielektrischen Basismittel absteht, um in elektrischem Kontakt mit der Mehrzahl der ersten metallischen Kontaktmittel des Steckers (90) zu stehen, und c) ein Steckergehäuse (96, 98), das die Mehrzahl der ersten metallischen Kontaktmittel (218) und das erste dielektrische Basismittel (140) umgibt, dadurch gekennzeichnet dass d) das erste dielektrische Basismittel (140) des Steckers (90) einen vorderen Vorsprung (146, 148) aufweist, der eine Mehrzahl von beabstandeten parallelen Nuten (238, 240, 242, ..., 250) aufweist und wobei jedes der Mehrzahl der ersten metallischen Kontaktmittel (218) in einer der Mehrzahl der beabstandeten parallelen Nuten (238, 240, 242, ..., 250) angeordnet ist.
Elektrischer Verbinder gemäß Anspruch 1, wobei das erste dielektrische Basismittel (140) des Steckers (90) einen vorderen Hauptvorsprung (146) aufweist, der an einem vorderen Untervorsprung (324) des zweiten dielektrischen Basismittels (316) der Buchse (92) ansteht, und ein vorderer Hauptvorsprung (322) des zweiten dielektrischen Basismittels (316) der Buchse (92) an einem vorderen Untervorsprung (148) des ersten dielektrischen Basismittels (140) des Steckers (90) ansteht.
Elektrischer Verbinder gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die dielektrischen Basismittel (140) des Steckers (90) und der Buchse (92) Erdungsmittel (154, 156, ..., 162; 186, 188, ..., 194) aufweisen.
Elektrischer Verbinder gemäß Anspruch 1 bis 3, wobei das Steckergehäuse (94) ein hinteres offenes Ende aufweist, um das erste dielektrische Basismittel (140) freizulegen, wobei die Mehrzahl der ersten metallischen Kontaktmittel (218) sich von hinten durch das erste dielektrische Basismittel (140) zu hinteren Anschlusskontakten erstrecken, und wobei das Steckergehäuse eine äußere Seite (100, 104; 102, 106) aufweist und das Erdungsmittel eine Feder (154, 156, ..., 162; 186, 188, ..., 194) ist, die sich entlang der äußeren Seite des Steckergehäuses (94) und davon nach hinten erstreckt.
Elektrischer Verbinder gemäß den Ansprüchen 1 bis 4, wobei die Buchse (92) ein Gehäuse (270) umfasst, das die Mehrzahl der zweiten metallischen Kontaktmittel (348) und das zweite dielektrische Basismittel (316) umgibt.
Elektrischer Verbinder gemäß den Ansprüchen 1 bis 5, wobei das zweite dielektrische Basismittel (348) einen vorderen Vorsprung (322, 324) aufweist, der eine Mehrzahl von beabstandeten parallelen Nuten (358, 360) aufweist und jedes der Mehrzahl der zweiten metallischen Kontaktmittel (348) in einer der Mehrzahl der beabstandeten parallelen Nuten (358, 360) angeordnet ist.
Elektrischer Verbinder gemäß Anspruch 5 oder 6, wobei das Buchsengehäuse (270) ein hinteres offenes Ende aufweist, um das zweite dielektrische Basismittel (348) freizulegen, wobei die Mehrzahl der zweiten metallischen Kontaktmittel (348) sich nach hinten durch das zweite dielektrische Basismittel (348) zu hinteren Anschlusskontakten erstreckt.
Elektrischer Verbinder gemäß Anspruch 7, wobei das Buchsengehäuse (270) eine äußere Seite aufweist und das Erdungsmittel eine Feder (332, 340) ist, die sich entlang der äußeren Seite des Buchsengehäuses (270) und davon nach hinten erstreckt.
Elektrischer Verbinder gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Mehrzahl der ersten metallischen Kontaktmittel (218) sich axial nach innen von dem ersten dielektrischen Basismittel (140) erstrecken und das erste dielektrische Basismittel (140) sich radial nach außen in zumindest eine Richtung der Mehrzahl der ersten metallischen Kontaktmitteln (218) erstreckt und wobei die Mehrzahl der zweiten metallischen Kontaktmittel (348) sich axial nach innen von dem zweiten dielektrischen Basismittel (316) erstreckt und wobei das zweite dielektrische Basismittel (316) sich radial nach außen in zumindest eine Richtung der Mehrzahl der zweiten metallischen Kontaktmitteln (348) erstreckt und wobei das Buchsengehäuse axial das Steckergehäuse ergreift und die Mehrzahl der zweiten metallischen Kontaktmittel (348) an der Mehrzahl der ersten metallischen Kontaktmittel (218) anstehen.
Elektrischer Verbinder gemäß den Ansprüchen 5 bis 9, wobei das Steckergehäuse (94) und das Buchsengehäuse (270) metallisch sind und wobei die Mehrzahl der ersten metallischen Kontaktmittel (218) und die Mehrzahl der zweiten metallischen Kontaktmittel (348) sich axial nach außen durch jeweils das erste dielektrische Basismittel (140) und das zweite dielektrische Basismittel (316) erstrecken, um in zumindest einem Steckersignalstift (224, 226) und in zumindest einem Buchsensignalstift (354, 356) zu enden.
Elektrischer Verbinder gemäß einem der vorherigen Ansprüche in dem das Anstiegszeit-Übersprech-Produkt unabhängig von der Signaldichte ist, für Signal-zu-Erde-Verhältnissen größer als 1:1.
Verfahren zum Verringern des Übersprechens und zum Einstellen der Impedanz in einem elektrischen Verbinder gemäß einem der vorherigen Ansprüche, aufweisend die Schritte des Bereitstellens eines ersten und eines zweiten dielektrischen Basismittels, Verbinden des ersten und zweiten dielektrischen Basismittels mit metallischen Kontaktmitteln, die in rechtwinkliger Beziehung zu den ersten und zweiten dielektrischen Basismitteln orientiert sind und Erden der ersten und zweiten dielektrischen Basismittel.