改進的高頻電連接器的製作方法

2023-06-08 13:20:31

專利名稱：改進的高頻電連接器的製作方法
技術領域：
本發明主要涉及電連接器，尤其涉及一種在高頻信號傳輸中使用的電連接器。
背景技術：
正在發展的數據通信網絡能以越來越高的傳輸速率將信息流傳輸給日益增多的用戶。然而，當以高速率在多條包含多對數據通信電纜的線路上傳輸數據時，會產生一個問題。特別是，每條接線迴路(wiring circuit)本身以較高的傳輸速率發送並接收電磁輻射，從而流過某一線路或線對(「源線路(source circuit)」)的信號會與流過另一線對(「受擾線路(victim circuit)」)的信號耦合。不同電路的不同導體對之間的這種無意識的信號電磁耦合稱為串音，並且是經常對這些信號的處理產生不利影響的幹擾源。隨著傳輸信號頻率的增高，信息網中的串音問題越來越嚴重。
就使用電學性質不同的雙絞線(twisted wire pairs)的區域網(LAN)系統而言，當信號能量不當心從一個信號對串入另一信號對時，就會發生串音。信號從一套線路串入或耦合到另一套線路的地點可能發生在1)發送站的連接器或內部電路內，稱為「近端串音」，2)接收站的連接器或內部電路內，稱為「遠端串音」，或者3)在相互連接的電纜內。
在使用FCC部分68.550的子部分F中規定的、通常稱為模塊化連接器的電信連接器時，近端串音(「NEXT」)尤其麻煩。這種模塊化連接器包括模塊化插頭和模塊化插座。為了確保連接器本身不破壞LAN系統中通常使用的無屏蔽雙絞線互聯硬體的全部性能，美國國家標準協會(ANSI)的電子工業協會/遠程通信信息管理(EIA/TIA)已經頒布了關於網絡連接器近端串音隔離的電氣規範。EIA/TIA類5的電氣規範對在100歐姆無屏蔽雙絞線的Ethernet型互聯中100兆赫茲的速度下使用的連接器作了最小近端串音隔離的規定。
出於經濟、便利和標準化的理由，數據傳輸最好使用模塊化連接器，但在高頻操作時，模塊化插座的標準結構必然會導致相當大的遠端串音。特別是，常規的模塊化插座一般包含多條相同結構的觸點/端接線(contact/terminal wire)，這些觸點/端接線平行伸展，且相隔很近，因此在高頻時可能產生過量的近端串音。
高速數據傳輸電纜一般包含四條迴路，它們是安排成四對雙絞線的八條電線。電纜一般端接在具有八個觸點的模塊化插頭上，並且按照ANSI/EIA/TIA標準568，把四對插頭觸點的特定對分別端接至四對電纜線的特定對上。然後，四對插頭觸點與相應的四對插座觸點嚙合。具體地說，標準568為標號「1」的線對分配的觸點是位於4—5觸點位置的插頭和插座觸點對。根據標準568，標號「3」的電纜對端接至位於3—6位置的插頭和插座觸點上，這裡3—6位置跨在端接線對「1」的「4—5」插頭和插座觸點兩側。在依照標準568端接電纜的連接器中，已經發現高速數據傳輸期間線對「1」和「3」之間的近端串音特別麻煩。當相隔距離遠小於一個波長的電學性質不同的線路間發生串音時，信號能量通過電感耦合，或者通過電容耦合，或者通過這兩種耦合從一條線路傳遞至另一條線路。關於類5的互連，對應於100兆赫茲最高頻率的操作，有關的最短波長為3米。由於類5連接器中的連接器觸點間距遠小於3米，所以電容(電場)和/或電感(磁場)耦合將導致連接器內發生可測的串音。
電容耦合將在下述情況下佔有優勢
1)源線路非常快地切換大電壓(dv/dt大)且/或在相當高的阻抗級(＞＞1千歐姆)下運行；2)源線路和/或受擾線路具有大的表面積(寬、長的導體)；並且3)源線路和受擾線路相距很近且用增加源線路和受擾線路間互電容的電介質(非導體)隔開。
電感耦合將在下述情況下佔有優勢1)源線路非常快地切換大電流(di/dt大)且/或在相當高的阻抗級(＜＜100歐姆)下運行；2)源線路和/或受擾線路圍成大的迴路面積；並且3)源線路和受擾線路相距很近且具有沿平行軸定向的電流迴路。發明內容因此，本發明的一個目的是，提供新的用於高頻數據傳輸的改進型連接器。
本發明的另一個目的是，提供新的能減少近端串音的改進型高頻連接器。
本發明還有一個目的是，提供新的能減少近端串音的改進型模塊化連接器。
本發明再有一個目的是，提供新的能減少近端串音且結構簡單便宜的改進型高頻電連接器。
本發明還有一個目的是，提供新的改進型模塊化插座，當這種插座依照ANSI/EIA/TIA標準568接至端接高速數據傳輸電纜的模塊化插頭上時能減少近端串音。
簡單地說，可以通過改進模塊化插座的標準結構(一般包含多個相同結構的觸點/端接線)來實現上述種種目的，即至少為分別端接電纜線信號對的插座觸點/端接線對中的一對提供與其它端接電纜線信號對的觸點/端接線結構不同的幾何結構。用這種方式，可以通過減少能在觸點對之間存儲電荷的總表面積來降低電容耦合，並通過降低信號對間的磁場耦合來減少電感耦合，其中可用非對稱觸點對使觸點對迴路電流的軸傾斜來降低信號對間的磁場耦合，即傾斜或扭曲信號電流在其內流過觸點對的通道。
在一較佳實施例中，標準插座具有多個觸點/端接線，每個觸點/端接線確定一觸點、一針狀端子和一個使觸點和端子相互連接的導體部分。第一套觸點/端接線每個都具有一「後向」結構，即插座觸點的自由端面向插座的封閉端，相應的插座端子在插座的開口端區域與觸點相連，致使經觸點發送的信號流向插座的開口端。依照本發明，插座配有第二套觸點/端接線，每個觸點/端接線的結構都確定一「前向」插座觸點，即插座觸點的自由端面向插座的開口端，相應的插座端子在插座封閉端區域與觸點相連。通過第二套觸點發送的信號流向插座的封閉端，即方向大致與通過第一套觸點發送信號的流向相反。
就一個有八個觸點，八個位置的模塊化插座(該插座能按AN-SI/EIA/TIA標準568規定的導線觸點分配規範連接一端接八條電線(4個信號對)電纜的模塊化插頭)而言，可以通過給端接線對或信號對「1」和「3」的觸點/端接線對配備不對稱的結構，在一定程度上減少近端串音。具體地說，位置4和5處的、端接線對「1」的觸點/端接線具有不對稱結構，同時位於位置3和6的、端接線對「3」的觸點/端接線具有不對稱結構。附圖概述參看附圖閱讀下述詳細描述將更全面地理解本發明及其許多附帶優點，其中

圖1a以分解透視簡圖的方式顯示了本發明的一種插座連接器，該插座連接器通過端接在模塊化插頭上的通信電纜使高速通信設備與印刷電路板耦合；
圖1b是本發明一實施例插座連接器的前視圖，參照與那些插頭觸點嚙合的插座觸點，圖解了ANSI/EIA/TIA 568標準有關配對插頭分配導線-插頭插點的規定；圖2是圖1b所示的插座沿圖1b線2—2的縱剖圖；圖3是一俯視圖，示出了觸點外罩部分與圖1和圖2中所示插座之觸點/端接線的總裝；圖4是圖3所示總裝的側視圖；而圖5是圖3和4所示總裝的底視圖。本發明的最佳實施方式現參看附圖，幾個圖中類似的參考標記表示相同或相應的部件。圖1a示出了一本發明的插座10，其通過端接在模塊化插頭18上的高速通信電纜16使高速通信硬體12與一印刷電路板14耦合。插座10具有一插孔20，適用於容納模塊化插頭18。硬體12與印刷電路板14的耦合通過使用具有F.C.C部分68.500的子部分F規定的標準模塊化特性的連接器10和18而變得更為便利。連接器10通過端子22以機械方式固定在印刷電路板14上，其中端子22插在印刷電路板相應的開口23中。
如上所述，由於插座觸點與連接器其它電導體之間必須靠得很近，所以用常規的模塊化插座進行高速數據傳輸會出現問題。特別是，模塊化插座一般包括多個間距小、大致平行的導線觸點，它們適用於與模塊化插頭的片狀觸點嚙合。導線觸點一般通過公用觸點/端接線的長度部分與插座的針狀端子耦合，然後接至印刷電路。當把模塊化插頭插入模塊化插座的插孔中時，插頭接觸片與插座相應的導線觸點嚙合。在導線觸點和每個傳輸電路的針狀端子之間流動的信號會產生電磁感應場，這些場不受歡迎地與其他電路耦合，從而導致近端串音。
依照本發明描繪的實施例，非對稱地構造端接電纜信號對1和3的相應對的插座觸點/端接線，從而減小整個連接器的電容和電感耦合。
參看圖1b和圖2—5，依照本發明較佳實施例的插座10包含一絕緣外罩24和多個導電的觸點/端接線110a和110b。觸點/端接線110a有六個，它們構成第一套後向的觸點26a與相關的針狀端子25a，而觸點/端接線110b有2個，它們構成第二套前向的觸點26a與相關的針狀端子25b。換句話說，觸點26a的自由端27a靠近並且面向插座插孔20的封閉端，而觸點26b的自由端27b靠近並面向插孔20的入口21。觸點26a和26b大體平行，並且在靠近前入口21的較高位置和插孔後方較低位置之間斜向穿過插座插孔20。這裡，應該理解，「大體平行」一詞的含義很廣，它足以覆蓋這樣一種結構，即觸點26a和26b之間有一小角度α(圖2)。角度α可以在0°至大約10°之間變化。插座10包括八個觸點26(六個觸點26a和兩個觸點26b)，並且特地做成可與八個觸點的模塊化插頭一起使用的結構，其中模塊化插頭按ANSI/EIA/TIA標準568規定的導線觸點分配，端接四線對傳輸電纜。然而，應該理解，符合本發明原理的連接器的觸點可以大於或小於8個。
如下所述，定形觸點/端接線110a和110b，並使它們與插座外罩24相連，從而當模塊化插頭18的接觸片19(圖2)同觸點26a和26b嚙合時，信號通過第一後向觸點26a流向與其相連的端子25a，信號流向見圖2中箭頭29a的方向，該方向與信號通過第二前向觸點26b流向與其相連的端子25b的方向(如圖2中箭頭29b所指)相反。
後向觸點26a相對於前向觸點26b的定位應這樣安排，即當使插座10與一模塊化插頭(按ANSI/EIA/TIA標準568分配其觸點端接電纜線)耦合時，能大致隔離近端串音。一般用分配給「P3」和「P6」位置上的插頭/插座觸點的絞線或電纜信號對「3」來發送和接收該電纜中的信息，並且依照本發明，位於「P3」和「P6」位置上的插座觸點/端接線具有非對稱的前向和後向結構。類似地，位於「P4」和「P5」位置上的插座觸點與端接雙絞線「1」的相應插座觸點嚙合，它們是非對稱的、後向和前向觸點26a和26b。在說明的實施例中，位於「P1」和「P2」位置上的、與端接雙絞線「2」的相應插頭觸點嚙合的插座觸頭都是後向觸點26a，位於「P7」和「P8」位置上的、與端接雙絞線「4」的相應插頭觸點嚙合的插座觸頭也都是後向觸點26a。已經發現，用這種關於8個前向(F)和後向(R)插座觸頭的特定的位置安裝，即RRFRFRRR，可以在插座與八個位置的模塊化插頭(其觸點按ANSI/EIA/TIA標準568端接4對雙絞線電纜)耦合時獲得對源/受擾雙絞線「1」和「3」的最優化隔離(一般產生最大NEXT)。上述最優化隔離不會附帶引起與「P4」—「P5」(線對「1」)位置處的插座觸點和「P1」—「P2」(線對「2」)或「P7」—「P8」(線對「4」)位置處的插座觸點相關的NEXT失敗。
插座外罩24包含一觸點外殼部分28和一外層殼罩部分30，外層殼罩部分30由合適的塑料製成，它一同限定的插孔20用來容納圖1a中的標號18代表的模塊化插頭。觸點外殼部分28有一般L型結構，該結構包括一背部34和一框形頂部36，框形頂部36以懸壁形式從背部34的頂端伸出。第一套的四個錐形平行孔40穿過背部34的後部，而第二套的四個錐形平行孔40穿過背部34的前部。如圖2和3所示，在背部34前部的中央上方開一凹槽41，從而四個孔40中的兩個(用40′表示)通到約位於背部34半高度處的面向上的表面42，這裡兩孔40′穿過背部34前部的位置與觸點位置3和5對應。這樣，六個全高孔40通到背部34的上表面，而兩孔40′通到背部半高位處的表面42。如圖3最清楚地顯示，框形頂部36包括一對延伸的側部44和一橫向伸展的前部46，側部44從背部34的上端向前伸出，而前部46在側部44之間橫向延伸。導向通道48位於前部46的上表面，其位置相應於P1、P2、P4和P6—P8觸點的位置，即相應於後向觸點26a的位置，並繞著前部46的下表面彎曲，彎曲部分開在前部46前表面46′的後面。如圖2和3所示，橫向前部46有面向上的止動面50，止動面50的位置相應於P3和P5的觸點位置，即相應於前向觸點26b的位置。
六個「後向」觸點/端接線110a都由一種合適的彈性導電材料製成，如磷青銅，並且被加工成包括一限定後向觸點26a的長度部分、一限定相關針狀端子25a的長度部分和一限定導體112a的長度部分，其中導體112a連接觸點26a前端26a′和端子25a。將後向觸點/端接線110a裝入觸點外殼部分28的方法如下。使每個針狀端子25a定位於一個相應的全高孔40中，並且針狀端子25a的長度應使底部長度部分25a′從孔40的底部伸出與印刷電路相連。每一導體112a從相應端子25a的上端縱向延伸，穿過框形頂部36限定的開放空間，並且裝在形成於前部46內的相應導向通道48中。每個觸點26a沿向下方向從位於導向通道48內相應導體112a彎曲的前端向後延伸，並且端接於自由端27a。
兩個「前向」觸點/端接線110b也都由彈性導電材料製成，而且被加工成包括一限定前向觸點26b的長度部分、一限定相關針狀端子25b的長度部分和一限定導體112b的長度部分，其中導體112b連接觸點26b後端26b′和端子25b。將前向觸點/端接線110b裝入觸點外殼部分28的方法如下。使每個針狀端子25b定位於兩個較短孔40′中的一個相應孔中，並且針狀端子25b的長度應使底部長度部分25b′從孔40′的底部伸出與印刷電路相連。每一導體112b從相應端子25b的上端縱向延伸一相當短的距離。每個觸點26b沿向上方向從相應導體112b的前端向前延伸，並且端接於自由端27b，其中自由端被加工覆蓋在位於前部46中的一相應止動面50(圖2)上。
外層殼罩部分30包含一單一部件，該單一部件由相對的頂壁68和底壁70以及限定其間內部空間的相對側壁72構成。端子22從底壁70向下伸出，使插座與印刷電路板相連。一對法蘭74從側壁72側向伸出，如果需要將有利於將插座固定在底盤上。
壁76從底壁70向上延伸，並將外層殼罩部分30的內部分成一前空間和一後空間，前空間包括一內裝模塊化插頭的插孔20，而後空間容納觸點殼罩部分28的背部34。多個間隔分區78位於壁76的上端，壁76限定分區間的8條導向槽80，並且其端接的上端與外層殼罩部分30的頂壁68隔開一段距離。
裝配時，將觸點外罩部分28和相關的觸點/端接線110a和110b從外層殼罩部分30的後端插入其中。觸點外罩部分上的導軌裝在位於外層殼罩部分內相應的通道(未示出)中。插入期間，六個後向觸點26a對準並容納在相應於插座觸點位置1、2、4和6—8的導向槽80內，而二個前向觸點26b對準並容納在相應於插座觸點位置3和5的導向槽80內。分區78用來精確地定位後向和前向觸點26a和26b，防止它們在操作過程中相互接觸。在觸點外罩部分28背部34的每一側上有一鎖肩86，該銷肩與外層殼罩部分30中相應的肩部(未示出)卡合，從而使觸點外罩部分和相關的觸點與外層殼罩部分鎖住。
與原來位置上為兩個後向觸點/端子的情況相比，大大減少了存儲在非對稱結構的前向和後向插座觸點/端子26b和26a間的電荷，其中26b和26a位於「P3」和「P6」，端接信號對3。類似地，使流過非對稱觸點/端接線對的迴路電流的軸傾斜或彎曲，從而相對於原來觸點/端接線結構等同的情況，減少了信號對間的磁場耦合。用這種方法，可使電容和電感耦合都減少。
上述對前向和後向觸點的安排稱為RRFRFRRR，它將基本補償分離的雙絞線，其中通常的配對被分離，並且單個線路與另一對的線路配對。然而，本發明不限於這種安排，並且改變接線結構將確定前向和後向觸點最優化消除或補償的效果。例如，依照本發明，連接器中前向和後向觸點的其它安排包括RFRFRRRR和FRFR-RRRR。
顯然，本發明可能有許多符合上述原理的改進和變化。本發明可以適用於除了一種以外的連接器，與這種連接器配用的電纜線不按ANSI的EIA/TIA標準568規定的方式分配給觸點。比如，前向和後向觸點的安裝可以不用於上述所示和所述的，並且/或者信號可以沿某一方向流過前向觸點，並沿另一方向流過後向觸點。本發明的連接器可以不同於那種與印刷電路板相連的類型，並且本發明可用其它結構的導體、端子和觸點。因此，應該理解，本發明還有其它實施例可能符合上述原理。
權利要求
1.一種電連接器，其特徵在於，包括一外罩；和多個位於所述外罩內的觸點/端接線，每個所述的觸點/端接線具有一延伸的觸點和一端子，所述觸點大致相互平行地延伸，並且所述多個觸點/端接線至少包括一對幾何結構相互不同的非對稱的觸點/端接線。
2.如權利要求1所述的電連接器，其特徵在於，所述非對稱對的所述觸點/端接線位於所述外罩中，以端接一單迴路的線對。
3.如權利要求1所述的電連接器，其特徵在於，所述非對稱對的第一個所述觸點/端接線包括一前向觸點，而所述非對稱對的第二個所述觸點/端接線包括一後向觸點。
4.如權利要求3所述的電連接器，其特徵在於，所述前向和後向觸點大致相互平行。
5.如權利要求3所述的電連接器，其特徵在於，所述第一觸點/端接線的所述前向觸點包括一前自由端和一與所述第一觸點/端接線的所述端子電氣相連的後端，並且所述第二觸點/端接線的所述後向觸點包括一後自由端和一與所述第二觸點/端接線的所述端子電氣連接的前端。
6.如權利要求5所述的電連接器，其特徵在於，所述第一觸點/端接線包括一將所述前向觸點的所述後端與所述第一觸點/端接線的所述端子電氣連接的導線；並且所述第二觸點/端接線包括一將所述後向觸點的所述前端與所述第二觸點/端接線的所述端子電氣連接的導線。
7.如權利要求1所述的電連接器，其特徵在於，所述多個觸點/端接線包括兩對非對稱的觸點/端接線，每個非對稱對的所述觸點/端接線具有相互不同的幾何結構。
8.如權利要求7所述的電連接器，其特徵在於，所述每對非對稱觸點/端接線對的所述觸點/端接線位於所述外罩中，端接一單迴路的一個線對。
9.如權利要求1所述的電連接器，其特徵在於，所述電連接器至少包含八個所述觸點/端接線，而八個所述觸點/端接線至少包括兩對非對稱觸點/端接線。
10.如權利要求9所述的電連接器，其特徵在於，每一所述非對稱對的所述觸點/端接線位於所述外罩中，端接一相應單迴路的一線對。
11.如權利要求9所述的電連接器，其特徵在於，至少有六個所述觸點/端接線包含前向觸點，而且至少有二個所述觸點/端接線包含後向觸點。
12.如權利要求9所述的電連接器，其特徵在於，至少有八個觸點/端接線佔據著所述外罩中1至8表示的位置，其中六個所述觸點/端接線都包含一個前向和後向觸點，兩個所述觸點/端接線都包含另一個前向和後向觸點，所述六個觸點/端接線位於1、2、4、6、7和8的位置，並且所述兩個觸點/端接線位於3和5的位置。
13.如權利要求9所述的電連接器，其特徵在於，至少有八個觸點/端接線佔據著所述外罩中1至8表示的位置；所述至少兩對非對稱觸點/端接線的第一對所述觸點/端接線位於3和6的位置；並且所述至少兩對非對稱觸點/端接線的第二對所述觸點/端接線位於4和5的位置。
全文摘要
一種高頻電連接器(10)，其包括多個平行觸點(26a，26b)，多個端子(25a)和使連接觸點(26a，26b)與端子(25a)相互連接的導體(110a，110b)。連接的方式要使流過鄰近觸點的信號沿相反方向傳輸，從而減少近端串音。
文檔編號H01R24/00GK1122170SQ95190018
公開日1996年5月8日 申請日期1995年1月6日 優先權日1994年1月11日
發明者阿尼拉·佩泰爾 申請人:斯圖爾特連接器系統股份有限公司