DE69424975T2

DE69424975T2 - Elektrischer Steckverbinder

Info

Publication number: DE69424975T2
Application number: DE69424975T
Authority: DE
Inventors: David L. Brunker; Richard A. Nelson
Original assignee: Molex LLC
Current assignee: Molex LLC
Priority date: 1993-07-22
Filing date: 1994-07-08
Publication date: 2001-01-11
Anticipated expiration: 2014-07-09
Also published as: EP0635910A2; SG45296A1; JP3011824U; US5344327A; KR950004858U; EP0635910A3; KR0129984Y1; EP0635910B1; DE69424975D1

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen abgeschirmten elektrischen Verbinder gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und insbesondere einen elektrischen Hybridverbinder zum Handhaben von Hochfrequenzübertragungen sowie Niederfrequenzübertragungen.

Hintergrund der Erfindung

Elektrische Verbinder werden dazu benutzt, Signalübertragungsleitungen mit gedruckten Schaltungsplatinen, anderen elektronischen Einrichtungen oder mit anderen komplementären Verbindern zu verbinden. Die Übertragungsleitungen übertragen Signale über eine Vielzahl von Leitern, die vorzugsweise entlang ihrer Länge physikalisch getrennt und elektromagnetisch isoliert sind.
In der Elektronikindustrie, insbesondere in der Computerindustrie wird das vorherrschende System von einer Vielzahl von Verbindern vom Typ "Stecker" gebildet, die mit Steckdosen am Computer, dessen gedruckte Haupt- Schaltungsplatine oder anderen elektronischen Einrichtungen gekuppelt werden. Die Übertragungsleitungen umfassen typischerweise elektrische Koaxialkabel, entweder in runder oder flacher Form, wobei runde Kabel zur Zeit bei Anwendungen mit relativ hoher Frequenz zwischen verschiedenen Systemkomponenten bevorzugt verwendet werden.
Klassische Koaxialkonstruktionen leiten ihre charakteristische Impedanz von der Geometrie der inneren Signalleiter und des äußeren Abschirmungselements sowie der auftretenden dielektrischen Konstante des dazwischen angeordneten Dielektrikums ab. Für eine gegebene Impedanz, Signalleitergröße und dielektrisches Material wird die Gesamtabmessung der Außenseite bestimmt. Um die Signaldichte zu erhöhen und die Gesamtabmessung eines Übertragungsleitungs-Verbindersystems zu vermindern, sind alternative Geometrien und/oder dielektrische Materialien erforderlich.
Für Zwecke der Datenverarbeitung werden bei Kabeln üblicherweise sogenannte Twisted-Pair-Leiter (verdrillte Aderpaare) verwendet, um die erforderlichen Merkmale zu erreichen, insbesondere Beherrschung der Impedanz und des Nebensprechens. Koaxialkabel werden häufig bei einzelnen isolierten Leiterkonstruktionen bei Hochfrequenzanwendungen, z. B. hoch auflösende Hochgeschwindigkeitsvideoüberwachung für die Übertragung von roten, grünen und blauen Videosignalen benutzt.
Meistens sind die Datenübertragungsleitungen für niedrige Datenübertragung von den Übertragungsleitungen für Hochgeschwindigkeitssignale getrennt. Folglich werden häufig andere elektrische Verbinder für die Übertragungsleitungen für niedrige Datenübertragungsgeschwindigkeit verwendet als für Hochgeschwindigkeitsignalleitungen. Dies führt zu einem zusätzlichen Problem hinsichtlich der Anforderung an Mehrfachverbindern, bei der immer weiter schreitenden Miniaturisierung bzw. der hohen Dichte.
Aus der US-A-5,046,960 ist ein Verbinder bekannt, der Zwischenräume zwischen den Signalanschlußklemmen aufweist. In den Zwischenräumen sitzen Erdungsanschlußklemmen, die zum Einstellen der Impedanz der Verbinderanschlußklemmen dienen.
Jedoch offenbart die US-A-5,046,960 keinen Hybridverbinder oder Zwitterverbinder, d. h., er umfaßt keine zwei Bereiche mit Kontaktanschlußklemmen, sondern Anschlußklemmenpaare mit dazwischen angeordneten Abschirmungselementen.
Um derartige Probleme, wie sie unmittelbar vorstehend erörtert wurden, zu lösen, wurde ein verbesserter elektrischer Verbinder konstruiert, wie in der US-A-5,102,353 gezeigt. Das Patent zeigt einen elektrischen Verbinder, an den sowohl Hochgeschwindigkeitssignalübertragungsleitungen als auch langsamere Datenübertragungsleitungen in einer einzigartigen Weise angeschlossen sind, wobei ein gemeinsames Erdungssystem für alle Hochfrequenzleiter bereitgestellt wird, um die Anzahl der Verbindungen, wie sie beim Stand der Technik vorherrschen, zu verringern und um die Signalkontaktdichte zu erhöhen, während ein Sollimpedanzniveau erhalten bleibt.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung ist auf weitere Verbesserungen bei elektrischen Verbindern mit den vorstehend beschriebenen Eigenschaften und des in der US-A-5,102,353 gezeigten Typs gerichtet. Insbesondere ist die Erfindung auf die Verminderung kapazitiver Kopplung und Nebensprechen zwischen den Anordnungen für die Anschlußklemmen für die Signale mit hoher Übertragungsrate und die Anschlußklemmen für niedrige Datenübertragungsrate der Hochgeschwindigkeits- und Niedriggeschwindigkeitsübertragungsleitungen gerichtet.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen neuen und verbesserten elektrischen Verbinder für das Verbinden von Signalübertragungsleitungen in elektronischen Einrichtungen, z. B. in Computern oder dergleichen, bereitzustellen.
Die Erfindung wird in Anspruch 1 definiert.
Bei der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein elektrischer Verbinder als Schnittstelle zwischen einer Vielzahl von Übertragungsleitungen und einer elektronischen Einrichtung, z. B. einer gedruckten Schaltungsplatine der Einrichtung, bereitgestellt. Der Verbinder ist ein abgeschirmter elektrischer Verbinder zum Kuppeln mit einem anderen elektrischen Verbinder entlang einer Kupplungsachse, wobei der abgeschirmte Verbinder ein längliches dielektrisches Gehäuse mit einer Kupplungsseite umfaßt, die im wesentlichen senkrecht zur Kupplungsachse angeordnet ist. Ein leitfähiges äußeres Abschirmungselement umgibt im wesentlichen einen Abschnitt des dielektrischen Gehäuses zum Kuppeln mit dem anderen elektrischen Verbinder.
Ein erster Bereich des dielektrischen Gehäuses weist eine Vielzahl von Anschlußklemmen für niedrige Datenübertragungsrate einer ersten gegebenen Anordnung, die im Gehäuse für eine Verbindung mit einer Vielzahl von ersten Anschlußklemmen des anderen Verbinders untergebracht sind. Ein zweiter Bereich des Gehäuses weist eine Vielzahl von Anschlußklemmen für Signale mit hoher Übertragungsrate auf, die für eine zweite gegebene Anordnung für eine Verbindung mit einer Vielzahl von zweiten Anschlußklemmen der anderen Datenanschlußklemmen in dem Gehäuse angebracht sind. Im wesentlichen stellt der Luftspalt eine Unterbrechung im dielektrischen Zustand innerhalb des isolierenden Gehäuses in Form einer Lufttasche dar, die ohne Kunststoff ist. Diese Lufttasche bildet einen Bereich reduzierter elektrischer Permittivität (Durchlässigkeit) im Vergleich zu dem im allgemeinen verwendeten Gehäusematerial, wodurch die kapazitive Kopplung zwischen den elektrischen Leitern vermindert wird, die durch die Barriere der Lufttaschen getrennt werden und an gegenüberliegenden Seiten angeordnet sind. Diese verminderte kapazitive Kopplung vermindert die elektrische Feldkopplung der leitfähigen Elemente, die über die von der Lufttasche gebildete Barriere angeordnet sind, wodurch das Nebensprechen vermindert wird.
Wie hierin gezeigt, wird die Lufttasche durch einen Schlitz bereitgestellt, der sich quer zum länglichen Gehäuse zwischen den beiden Anschlußklemmenanordnungen erstreckt. Der Schlitz weist eine im wesentlichen gleichförmige Breite auf und erstreckt sich in die Kupplungsseite des dielektrischen Gehäuses.
Andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich.

Beschreibung der Zeichnungen

Die Merkmale der Erfindung, von denen angenommen wird, daß sie neu sind, werden insbesondere in den beigefügten Ansprüchen aufgezeigt. Die Erfindung mit ihren Aufgaben und Vorteilen ist am besten unter Bezugnahme auf die nachstehende Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verständlich, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente in den Figuren identifizieren.
Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht der Vorder- oder Kupplungsseite eines elektrischen Verbinders, der die Konzepte der Erfindung verwirklicht;
Fig. 2 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht mit Blick auf die Hinterseite des Verbinders; und
Fig. 3 einen vertikalen Schnitt durch das dielektrische Gehäuse des Verbinders im wesentlichen entlang der Linie 3-3 in Fig. 1.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Es wird auf die Zeichnungen im einzelnen und zuerst auf die Fig. 1 und 2 Bezug genommen. Die Erfindung wird in einem allgemein mit 10 bezeichneten elektrischen Hybridverbinder zum Anschließen von Leitern für niedrige Datenübertragungsrate und Leiter für Signale mit hoher Übertragungsrate verwirklicht. Insbesondere umfaßt der elektrische Verbinder 10 ein allgemein mit 12 bezeichnetes dielektrisches Gehäuse, eine allgemein mit 14 bezeichnete leitfähige Abschirmung, allgemein mit 16 bezeichnete Datenübertragungs-Anschlußklemmenanordnungen (Fig. 2), eine allgemein mit 18 bezeichnete Anschlußklemmenanordnung für Signale mit hoher Übertragungsrate und eine allgemein mit 20 bezeichnete Ausrichtungseinrichtung für die Lötfahnen. Die gesamte Konstruktion des dielektrischen Gehäuses 12 und der leitfähigen Abschirmung 14 bilden einen im wesentlichen rechteckförmigen elektrischen Verbinder.
Das dielektrische Gehäuse 12 umfaßt einen nach vorne gerichteten generell rechteckförmigen Kupplungsabschnitt 22, der nach vorne von einem etwas größeren quer nach außen hervorstehenden Flansch oder Abschnitt 24 hervorragt, wie am besten in Fig. 2 zu sehen. Zwei dreieckförmige Seitenflügel 26 ragen rückwärts von gegenüberliegenden Seiten des Flansches oder Abschnitts 24 hervor. Der Kupplungsabschnitt 22 bildet eine Kupplungsseite 28, wie am besten in Fig. 1 zu sehen. Das Gehäuse ist einheitlich aus dielektrischem Material, z. B. aus Kunststoff oder dergleichen, geformt und zwei rampenförmige Verriegelungsvorsprünge 30 sind integral angegossen und ragen nach außen sowohl von der Ober- als auch Unterseite des Flanschabschnitts 24 hervor, wie in Fig. 2 zu sehen, und zwar zum Verriegeln mit einer leitfähigen Abschirmung 14, wie nachstehend beschrieben. Wie in Fig. 2 zu sehen, umfaßt die Rückseite des dielektrischen Gehäuses 12 einen Kammerbereich 34 zum Aufnehmen von Datenübertragungs- Anschlußklemmenanordnungen 16 und eine Öffnung 36 zum Aufnehmen einer Anschlußklemmenanordnung 18 für Signale mit hoher Übertragungsrate. An der Innenseite der Seitenflügel 26 sind Nuten 38 angebracht, um die Ausrichtungseinrichtung 20 der Lötfahnen m Gleitsitz aufzunehmen. Schließlich weist, wie in Fig. 1 zu sehen, die Vorderseite 28 des Kupplungsabschnitts 22 des dielektrischen Gehäuses eine erste Anordnung von Kanälen 40 auf, um einen Vielzahl von Kontakten oder Anschlußklemmen für eine niedrige Datenübertragung vom komplementären Kupplungsverbinder aufzunehmen, und weist ferner eine zweite Anordnung von Kanälen 42 auf, um eine Vielzahl von Kontakten oder Anschlußklemmen für Signale mit hoher Übertragungsrate des komplementären Verbinders aufzunehmen.
Die leitfähige Abschirmung 14 weist einen nach vorne hervorragenden generell rechteckförmigen Mantelring 44 zum Umgeben des Kupplungsabschnitts 22 des dielektrischen Gehäuses 12 auf, der zusammen mit einer randständigen Vorderseitenplatte 46 im wesentlichen die Vorderseite des Flansches 24 des Gehäuses abdeckt. Die Abschirmung weist zwei nach rückwärts hervorragende Flansche 48 auf, wobei jeder Flansch zwei darin ausgebildete Verriegelungsöffnungen 50 aufweist. Zwei Schenkel 52 ragen rückwärts von den sich gegenüberliegenden Seiten der randständigen Vorderseitenplatte 46 hervor, wobei jeder Schenkel in einem gabelförmigen Rastfortsatz 54 endet, der in ein geeignetes Montageloch in einer gedruckten Schaltungsplatine einsetzbar ist und zum Verbinden mit dem Erdungsschaltkreis an der Platine oder in dem Loch geeignet ist. Die leitfähige Abschirmung ist aus gestanztem und geformtem Metallblech hergestellt und wird (wie in Fig. 1 gezeigt) in das dielektrische Gehäuse 12 eingebaut, wobei die rampenförmigen Verriegelungsvorsprünge 30 in die Verriegelungsöffnungen 50 der Abschirmung einschnappen.
Die Anschlußklemmenanordnungen 16 für Signale mit hoher Übertragungsrate weisen längliche dielektrische Blöcke 56 auf, in denen eine Vielzahl von Datenübertragungsanschlußklemmen eingebettet sind. Die Datenübertragungsanschlußklemmen umfassen Kontakt- oder Anschlußklemmenabschnitte 58 (Fig. 2), welche in die erste Anordnung der Kanäle 40 (Fig. 1) ragen. Die Datenübertragungsanschlußklemmen weisen Endabschnitte (Lötfahnen) 60 auf, die von der Rückseite der Blöcke 56 hervorragen und nach unten rechtwinklig abgewinkelt zur Kupplungsachse des Verbinders senkrecht zur Kupplungsseite 28 ragen.
Die Anschlußklemmenanordnung 18 für Signale mit hoher Übertragungsrate umfaßt im wesentlichen eine allgemein mit 62 bezeichnete Blockbaukonstruktion zum Befestigen einer Vielzahl von Anschlußklemmen für Signale mit hoher Übertragungsrate, die jeweils eine nach vorne ragenden Kontakt- oder Anschlußklemmenabschnitt 64 (Fig. 2) aufweisen, der in jeweils einer der zweiten Anordnung der Kanäle 42 (Fig. 1) in der Kupplungsseite 28 des dielektrischen Gehäuses hineinragt. Die Anschlußklemmen für Signale mit hoher Übertragungsrate weisen Endabschnitte (Lötfahnen) 66 auf, die nach hinten und unten in einem rechten Winkel zur Kupplungsachse des Verbinders ragen. Wie nachstehend im einzelnen beschrieben, umfaßt die Anschlußklemmenanordnung 18 für Signale mit hoher Übertragungsrate eine Erdungsplatte 68, die zwischen zwei Paaren der Anschlußklemmenenden 66 der Signalübertragungs-Anschlußklemmenanordnung angeordnet ist. Die Erdungsplatte weist selbst Enden (Lötfahnen) 70 auf, die nach unten hervorragen.
Die Enden 60 der Anschlußklemmen der Datenübertragungsanordnungen 16, die Enden 66 der Signalanschlußklemmen der Anschlußklemmenanordnung 18 für Signale mit hoher Datenrate und die Enden 70 der Erdungsplatte 68 sind alle zum Einsetzen in geeignete Löcher in einer gedruckten Schaltungsplatine geeignet, um mit den Leiterbahnen an der Platine oder in den Löchern verlötet zu werden. Deshalb umfaßt die Ausrichtungseinrichtung 20 der Lötfahnen eine erste Anordnung von Öffnungen 72 zum Aufnehmen der Enden 60 der Datenübertragungsanschlußklemmen und eine zweite Anordnung von Öffnungen 74 zum Aufnehmen der Enden 66 der Anschlußklemmen des Anschlußklemmenblocks 18 für Signale mit hoher Übertragungsrate.
Beim Zusammenbau wird die Ausrichtungseinrichtung 20 der Lötfahnen mit den Anschlußklemmenanordnungen 16 und 18 durch Einsetzen der Enden der Anschlußklemmen in die Öffnungen 72, 74 zusammengesetzt, wie vorstehend beschrieben und durch den Pfeil "A" in Fig. 2 gezeigt. Diese Unterbaugruppe wird dann mit dem dielektrischen Gehäuse 12 in Richtung des Pfeiles "B" durch Einsetzen der Anschlußklemmensätze 16 für die Datenübertragung in den Kammerbereich 34 und der Anschlußklemmensätze 18 für Signale mit hoher Übertragungsrate in die Öffnung 36 zusammengesetzt, wobei dann die Ausrichtungseinrichtung 20 der Lötfahnen in den Nuten 38 des dielektrischen Gehäuses gleitet.
Es wird auf Fig. 3 in Verbindung mit Fig. 1 Bezug genommen. Die Erfindung ist generell auf Einrichtungen zum Modifizieren der dielektrischen Konstante des dielektrischen Gehäuses 12 gerichtet, um die kapazitive Kopplung und das Nebensprechen zwischen den Anschlußklemmen für Signale mit hoher Übertragungsrate der Anschlußklemmenanordnung 18 für Signale mit hoher Übertragungsrate und den Anschlußklemmen für niedrige Datenübertragung der Datenübertragungsanschlußklemmenanordnung 16 zu vermindern. Insbesondere bilden die Kanäle 40 in der Kupplungsseite 28 (Fig. 1) des dielektrischen Gehäuses, wie oben beschrieben, eine erste gegebene Anordnung von Anschlußklemmen für niedrige Datenübertragung, wobei die Kanäle 42 eine zweite gegebene Anordnung der Anschlußklemmen für Signale mit hoher Übertragungsrate bilden. In Fig. 1 ist ersichtlich, daß die erste durch die Kanäle 40 gegebene Anordnung der Anschlußklemmen in Längsrichtung der zweiten gegebenen Anordnung der durch die Kanäle 42 gebildeten Anschlußklemmen beabstandet ist. Die Erfindung sieht vor, daß ein Schlitz oder eine Öffnung 80 zwischen den beiden Anschlußklemmenanordnungen in dem dielektrischen Gehäuse 12 ausgebildet oder geformt ist. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Schlitz in dem nach vorne hervorragenden Kupplungsabschnitt 22 des Gehäuses angeordnet, wie am besten in Fig. 3 zu sehen. Mit anderen Worten, diese Stelle liegt zwischen den Verbindungen der Kontakt- oder Anschlußklemmenabschnitte 58 und 62 (Fig. 2) der Anschlußklemmen und den Kontakten- oder Anschlußklemmen des komplementären Kupplungsverbinders. Der Schlitz erstreckt sich quer über den Kupplungsabschnitt 22 des Gehäuses nach innen von der Kupplungsseite 28 und weist eine im wesentlichen gleichförmige Breite auf.
Der Schlitz 80 bildet einen Luftspalt oder einen Luftraum, um die kapazitive Kopplung und das Nebensprechen zwischen den Anschlußklemmen für Signale mit hoher Übertragungsrate und den Anschlußklemmen für die Datenübertragung mit niedriger Rate zu vermindern. Der Luftspalt bildet im wesentlichen eine Unterbrechung in dem dielektrischen Material des Gehäuses, wodurch die dielektrische Konstante des Bereichs verkleinert und somit die kapazitive Kopplung der leitfähigen Anschlußklemmen, die über dem Luftspalt angeordnet sind, vermindert wird. Dies verringert das Nebensprechen zwischen den Anschlußklemmen der ersten Anordnung und der zweiten Anordnung der Anschlußklemmen.
Schließlich zeigt Fig. 3, daß das dielektrische Gehäuse 12 wenigstens einen Montagezapfen 82 umfaßt, um in einem geeigneten Montageloch in der gedruckten Schaltungsplatine befestigt zu werden. Mit einer Vielzahl von nach unten hervorragenden Abstandshaltern 84 wird der Abstand des Gehäuses bzw. Verbinders von der Platine bestimmt. Zwischenräume 85 ragen aufwärts von der Ausrichtungseinrichtung 20 der Lötfahnen an den sich gegenüberliegenden Seiten der Erdungsplatte 68 zwischen der Erdungsplatte und den Anschlußklemmenenden 66. Außerdem zeigt Fig. 1, daß eine Vielzahl von Löchern 86 einschließlich der Löcher 86a in Verbindung mit dem Schlitz 80 innerhalb der Kupplungsseite 28 des Gehäuses hervorragen. Diese Löcher sind Kernstiftlöcher, die wegen des Gießens des einheitlichen Gehäuses benötigt werden.

Claims

1. Abgeschirmter elektrischer Verbinder (10) zum Kuppeln mit einem anderen elektrischen Verbinder entlang einer Kupplungsachse, wobei der abgeschirmte Verbinder folgende Merkmale umfaßt:

ein dielektrisches Gehäuse (12);

ein äußeres leitfähiges Abschirmelement (14), das im wesentlichen einen Abschnitt (22) des Gehäuses zum Kuppeln mit einem anderen elektrischen Verbinder umgibt;

eine Vielzahl erster Anschlußklemmen (58, 60) in einer ersten gegebenen Anordnung (16), die in einem ersten Bereich (34) des Gehäuses angebracht ist und so konstruiert ist, daß eine elektrische Verbindung mit einer Vielzahl erster Anschlußklemmen eines anderen Verbinders möglich ist, um Daten mit niedriger Übertragungsrate zu übertragen;

eine Vielzahl zweiter Anschlußklemmen (64, 66) in einer zweiten gegebenen Anordnung (18), die in einem zweiten Bereich (36) des Gehäuses angebracht ist, und so konstruiert ist, daß eine Verbindung mit einer Vielzahl zweiter Anschlußklemmen eines anderen Verbinders möglich ist, um Signale mit hoher Übertragungsrate zu übertragen, wobei die zweite Anordnung (18) ein Erdungssystem (68, 70) umfaßt;

die erste gegebene Anordnung (16) ist von der zweiten gegebenen Anordnung (18) der Anschlußklemmen beabstandet,

dadurch gekennzeichnet,

daß eine Öffnung (80), die nur mit Luft gefüllt ist, in dem dielektrischen Gehäuse zwischen dem ersten Bereich (34) und dem zweiten Bereich (36) bereitgestellt wird, um einen Luftspeicher zu bilden, um die kapazitive Kopplung und Nebensprechen zwischen den Anschlußklemmen (58, 60) für niedrige Datenübertragungsrate der ersten Anordnung (16) und den Anschlußklemmen (64, 66) für hohe Signalübertragungsrate der zweiten Anordnung (18) zu vermindern.

2. Abgeschirmter elektrischer Verbinder nach Anspruch 1, bei dem die Öffnung (80) einen Schlitz umfaßt, der sich quer zwischen die beiden Anordnungen (16, 18) der Anschlußklemmen erstreckt.

3. Abgeschirmter elektrischer Verbinder nach Anspruch 2, bei dem der Schlitz (80) eine im wesentlichen gleichförmige Breite aufweist und sich in das Gehäuse (12) von dessen Kupplungsseite (28) her erstreckt.

4. Abgeschirmter elektrischer Verbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem das dielektrische Gehäuse (12) im wesentlichen länglich ist und das äußere leitfähige Abschirmungselement (14) eine im wesentlichen rechteckförmige Öffnung umfaßt, die um den Kupplungsabschnitt (22) des Gehäuses (12) angeordnet ist.