CN101142861A - 具有带自耦合导体的印刷接线板的通信插座 - Google Patents
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Abstract
通信插座(10)包括：具有插头口的插座框；多个接触导线(22a至28b)，接触导线具有延伸到插头口内的自由端，接触导线的自由端以并排关系连续布置；多个绝缘置换连接器(42a至48b)；介电安装基片，安装基片包括多个用于接触导线的安装位置(32a至38b)和多个用于绝缘置换连接器的安装位置(52a至58b)；和多个安装在基片上的导体(62a至68b)，导体的每个延伸，限定了路径且建立了接触导线安装位置和绝缘置换连接器安装位置之间的电连接。导体的至少一个(62a)包括两个相互紧邻且具有相同的瞬时电流方向(74、76)的自耦合部分(70、72)，使得该部分自耦合且导致电感的局部升高。
Description
相关申请
本申请要求了如下美国临时专利申请的优先权：2004年12月7日提交的名为“Communication Plug with Balanced Wiring to MinimizeDifferential to Common Mode Crosstalk”且转让的律师案号为No9457-26PR的美国临时专利申请No 60/633,787；2004年12月16日提交的名为“Improving Return Loss in Connector by ConductorSelf-coupling”且转让的律师案号为No 9457-29PR的美国临时专利申请60/636,590；2004年12月16日提交的名为“Crossover forSimultaneously Compensating Differential to Differential orDifferential to Common Mode Crosstalk”且转让的律师案号为No9457-27PR的美国临时专利申请60/636,595；和2005年1月28日提交的名为“Controlled Mode Conversion Plug for Reduced AlienCrosstalk”且转让的律师案号为No 9457-30PR的美国临时专利申请60/648,002，它们的披露在此通过参考完整地合并。
技术领域
本发明一般地涉及通信连接器，且更特定地涉及在高频通信连接器中的返回损失的改进。
背景技术
在电通信***中，有时有利的是将信息信号(视频、音频、数据)在一对导线(后文中称为“导线对”或“差动对”)上传输而非在单一的导线上传输，其中传输的信号包括导线之间的电压差而不考虑绝对电压的存在。导线对内的每个导线易于从例如闪电、汽车火花塞和无线电台等的源处拾取电噪声。因为此类噪声对导线对内的两个导线是相同的，差动信号典型地不被干扰。这是将差动对紧靠布置的基本原因。
然而，更关心的是从附近的导线或导线对拾取的电噪声，此附近的导线或导线对可能在相同的总体方向延伸一段距离且在受扰的导线对上不能以差动来去除。这称为“串扰”。特别地，在涉及联网计算机的通信***内，由级联插头、插座和电缆段形成通道。在这样的通道内，模块化插头经常与模块化插座匹配，且插座和/或插头内的电导线(导体)的布线也可能产生近端串扰(NEXT)(即对应于处于相同位置的源在输入位置处测量的串扰)。此串扰可能来自短距离内的紧邻定位的导线。在所有以上的情形中，在电导体内存在不希望的信号，它可能干扰信息信号。只要相同的噪声信号添加到导线对内的每个导线，则在导线之间的电压将保持为大约相同且不存在差动串扰。
授予Adriaenssens等人的美国专利No 5,997,358(后文中称为“专利′358”)描述了用于为插头-插座组合补偿差动到差动NEXT的两级方案(专利′358的完整内容在此通过参考合并，同样参考合并美国专利No5,915,898；No 6,042,427；No 6,050,843；和No 6,270,381)。在专利′358中描述的连接器可以通过通常在插座内在一级或更多级处添加制造的或人造的串扰而降低模块化插头内的电导线对之间的内部NEXT(原始串扰)，因此消除或降低了插头-插座组合的总串扰。制造的串扰在此称为补偿串扰。此想法经常可以通过将连接器内的差动对的一个的路径相对于连接器内的另一个差动对的路径两次交叉而实施，因此提供了两级NEXT补偿。此方案可以比其中在单一级处添加补偿的方案更有效地降低NEXT，特别是当第二级补偿和随后级的补偿包括时间延迟时，时间延迟考虑到冒犯串扰和补偿串扰之间的相位差来选择。此类布置可以包括引入了多极串扰补偿的容性和/或感性元件，且典型地使用在插座引线框内和插座内的PWB结构内。这些构造可以允许连接器满足在ANSI/EIA/TIA 568中规定的“类6”性能标准，该标准是关于匹配的插头和插座的对于直至250MHz传输频率的主要部件标准。
不幸的是，补偿串扰的引入可能负面地影响其他电特性。例如，“返回损失”测量了插头-插座组合或未屏蔽双绞线对(UTP)的输入阻抗与100欧姆的匹配程度。实现可接受的返回损失性能，特别是在八导体插座的导体对1和对3(如在TIA 568B中指明)上实现可接受的返回损失性能可能因这两个对所典型地要求的高串扰补偿而是特别具有挑战性的。对1返回损失可能由于其两个接触片(即其“尖端(tip)”和“环(ring)”)在插头内的紧靠性所导致的高的电容分流而进一步恶化。对于满足或超过类6性能参数的插头，在串扰补偿和返回损失之间达到可接受的折衷可能是很有挑战性的，特别是如果希望在1-500MHz的频率范围内在UTP上的数据传输速度为10Gb/s时。
发明内容
本发明可以解决在现有技术的连接器中出现的问题的一些。作为第一方面，本发明的实施例针对用于通信插座的接线板。接线板包括：介电安装基片，安装基片包括多个用于接触导线的安装位置和多个用于绝缘置换连接器的安装位置；和多个安装在基片上的导体，导体的每个延伸，限定了路径且建立了接触导线安装位置和绝缘置换连接器安装位置之间的电连接。导体的至少一个包括两个相互紧邻且具有相同的瞬时电流方向的自耦合部分，使得部分自耦合且导致电感的局部升高。电感的局部升高又导致对于通信插座的返回损失的升高。
作为第二方面，本发明的实施例针对通信插座，通信插座包括：具有插头口的插座框；多个接触导线，接触导线具有延伸到插头口内的自由端，接触导线的自由端以并排关系连续布置；多个绝缘置换连接器；介电安装基片，安装基片包括多个用于接触导线的安装位置和多个用于绝缘置换连接器的安装位置；和多个安装在基片上的导体，导体的每个延伸，限定了路径且建立了接触导线安装位置和绝缘置换连接器安装位置之间的电连接。导体的至少一个包括两个相互紧邻且具有相同的瞬时电流方向的自耦合部分，使得部分自耦合且导致电感的局部升高。
作为第三个方面，本发明的实施例针对通信连接器，通信连接器包括：安装基片；多个安装在安装基片上的导体；多个连接器，每个连接器电连接到多个导体的各一个；和多个触点，每个触点电连接到多个导体的各一个。多个导体的至少一个构造为使得它包括两个相互紧邻且具有相同的瞬时电流方向的自耦合部分，使得部分自耦合且导致电感的局部升高。
作为第四方面，本发明的实施例针对增加通信连接器内的返回损失的方法，连接器包括接线板和多个安装在其上的导体。方法包括相互紧邻且具有相同的瞬时电流方向的导体自耦合部分使得部分自耦合且导致电感的局部升高的步骤。
作为第五方面，本发明的实施例针对增加通信连接器的导体内的局部电感的方法，连接器包括接线板和多个安装在其上的导体。方法包括相互紧邻且具有相同的瞬时电流方向的导体自耦合部分使得部分自耦合且导致电感的局部升高的步骤。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的通信插座的分解透视图。
图1A是图1的通信插座的接线板的放大透视图。
图2是图1的插座的接线板的示意性俯视图，其中居于接线板的不同层上的导体以不同的阴影和/或断面线示出。
图3是图2的接线板的导体对的放大俯视图。
图4是图2的接线板的第二导体对的放大俯视图。
图5是描绘了常规和试验的插座的返回损失作为频率函数的曲线图。
具体实施方式
在后文中将参考伴随的附图更特定地描述本发明。本发明不意图于限制于图示的实施例；而是这些实施例意图于完全地和完整地为本领域技术人员披露本发明。在所有附图中，类似的数字指类似的元件。为清晰起见，一些部件的厚度和尺寸被夸大。
除非另外地限定，在此使用的所有技术术语和科学术语具有由本发明所隶属的领域的一般技术人员所通常理解的相同意义。在此用于本发明的说明书的术语仅为描述特定的实施例的目的且不意图于限制本发明。如在本发明的说明书和后附的权利要求书所使用，单数形式“a”、“an”和“the”意图于也包括复数形式，除非上下文中另外清晰地指出。在此使用的术语“和/或”包括相关的列出项目的一个或多个的任何组合和所有组合。当使用时，术语“接附”、“连接”、“互连”、“接触”、“安装”等可以意味着元件之间的直接或间接的接附或接触，除非另外地陈述。同样，当使用时，术语“耦合”、“感应”等可以意味着元件之间或相同的元件的不同部分之间的直接或间接的非传导性的电相互作用，除非另外地陈述。将进一步理解的是，术语“包括”、“包含”当在此说明书中使用时指出了所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除存在或添加一个或多个其他的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组。
另外，与空间相关的术语，例如“下面”、“下方”、“下”、“上方”、“上”等在此为易于描述可用于描述一个元件或特征与图中图示的另一个元件(多个元件)或特征(多个特征)的关系。将理解的是，与空间相关的术语意图于包括除图中描绘的定向外在使用或运行中的设备的不同的定向。例如，如果在图中的设备翻转，则描述为在其他元件或特征“下面”或“底下”的元件将定向为在其他元件或特征“上方”。因此，典型的术语“下面”可以包括上方和下面的定向。设备可以另外地定向(旋转90度或处于其他的定向)且在此使用的与空间相关的描述法被相应地解释。
现在参考附图，图1中图示了广泛地标识为10的典型的通信插座。图示的插座10是在本领域中已知为RJ11型或RJ45型的插座构造。插座10包括具有插头口14以用于接收匹配插头(未示出，典型的插头在授予Lin的美国专利No 6,250,949和2004年12月7日提交的名为“Communication Plug with Balanced Wiring to Reduce Differentialto Common Mode Crosstalk(律师案号No 9457-26PR)”的共同待决和共同转让的美国临时专利申请No XXX中阐明)的插座框12、盖16和端子壳体18。部件常规地形成且不需要在此详细描述；对于这些部件及其互连方式的进一步的描述，参见授予Arnett等人的美国专利No6,350,158，其披露在此通过参考完整地合并。本领域一般技术人员将认识到，也可以在本发明中使用插座框、盖和端子壳体的其他构造。典型的构造在授予Arnett等人的美国专利No 5,975,919和No 5,947,772以及授予Hashim等人的美国专利No 6,454,541中阐明，它们中的每个的披露在此通过参考完整地合并。
仍参考图1且也参考图1A和图2，插座10进一步包括由常规材料形成的接线板20。接线板20可以是单层板或如所图示可以具有多个层。接线板20可以大体上如所图示是平的或可以是非平的。
接触导线22a、22b、24a、24b、26a、26b、28a、28b接附到接线板20。如在以上参考的美国专利No 6,350,158中描述，接触导线22a、22b、24a、24b、26a、26b、28a、28b具有一般地相互平行布置且延伸到插座框12的插头口14内的自由端部，以形成与匹配插头的端子片的电接触。接触导线22a、22b、24a、24b、26a、26b、28a、28b按TIA 568B所限定成对布置，使得导线22a、22b(对1)相互邻近且在导线序列的中心，导线24a、24b(对2)相互邻近且占据序列的最左两个位置(从由插座10的后方向插头口14内的匹配插头观察的有利位置)，导线28a、28b(对4)相互邻近且占据序列的最右的两个位置(再次从以上所述的相同的有利位置观察)，且导线26a、26b(对3)分别定位在对1和对4之间和对1和对2之间。导线22a、22b、24a、24b、26a、26b、28a、28b通过***到相应的口32a、32b、34a、34b、36a、36b、38a、38b而安装到接线板20上，相应的口32a、32b、34a、34b、36a、36b、38a、38b在图示的实施例中布置为“双对角线”形式，如在授予Coodrich等人的美国专利No 6,196,880中描述，其披露在此通过参考完整地合并。
本领域一般技术人员将认识到，可以使用其他构造的接触导线或其他触点。作为一个例子，可以使用如在前述的授予Arnett等人的美国专利No 5,975,919中所描述地构造的接触导线。作为另一个例子，可以使用在2004年12月16日提交的名为“Crossover for SimultaneouslyCompensating Differential to Differential or Differential toCommon Mode Crosstalk”(律师案号为No 9457-27PR)的美国临时专利申请No XXX中构造的接触导线。本领域技术人员将认识到其他合适的替代构造。
将八个绝缘置换连接器(IDC)42a、42b、44a、44b、46a、46b、48a、48b***到八个相应的IDC口52a、52b、54a、54b、56a、56b、58a、58b内。IDC可以是常规构造的且在此不需要详细描述；典型的IDC在前述的授予Arnett等人的美国专利No 5,975,919中图示和描述。也可以使用与IDC不同的连接器。
现在参考图2，导线口32a、32b、34a、34b、36a、36b、38a、38b的每个与相应IDC口52a、52b、54a、54b、56a、56b、58a、58b通过相应导体62a、62b、64a、64b、66a、66b、68a、68b电连接，因此将接触导线22a、22b、24a、24b、26a、26b、28a、28b的每个互连到其相应的IDC 42a、42b、44a、44b、46a、46b、48a、48b。导体62a、62b、64a、64b、66a、66b、68a、68b由常规的传导材料形成且通过任何对于本领域一般技术人员已知的适合于施加导体的沉积方法沉积在接线板20上。一些导体图示为完全地存在于接线板20的单层(例如导体62a)上，而其他导体(例如导体62b)可以居于接线板20的多层上；导体可以通过包括过孔(也已知为镀覆的通孔)或其他对于本领域一般技术人员已知的层传递结构在层之间行进。
现在参考图3，可见将接触导线22a连接到IDC 42a的导体62a(即它连接了对1的“环”)包括相互紧邻的且在此实施例中具有大体上平行路径的部分70、72。也通过箭头74、76可见，段的极性相同，即在段内瞬时电流方向(且因此信号方向)相同。此布置的紧邻性导致在导体62a的部分70、72之间的自耦合，这又引起了局部电感的升高。类似地，将接触导线22b连接到IDC 42b的导体62b(由此连接对1的“尖端”)包括相互紧邻的且具有带相同的瞬时电流方向(见箭头79、81)的大体上平行路径的部分78、80。这些部分也自耦合且经历了局部电感升高。
已确定，对相互紧邻的带有相同瞬时电流方向的导体部的明智选择可以控制匹配的插头-插座组合的输入阻抗，且因此可以控制返回损失。因而，插座10可以抵抗在匹配的插头-插座组合内实现提高的频率信号传输可能必需的增加的串扰补偿，同时仍具有可接受的返回损失水平。典型地，可以使用相互紧邻的距离在大约0.05至0.2英寸之间的对1的导体，但此距离可以变化。紧邻的段之间的间隙可以在大约5至20毫英寸之间；在一些实施例中，紧邻的导体之间的最小间隙优选地至少为8毫英寸。在典型的插座中，在对1内导致局部电感的大约2至8纳亨之间的升高可以提供对返回损失的希望的改进(可以使用例如在H.Greenhouse，Design of Planer Rectangular Microelectric Inductor，IEEE Transaction on Parts，Hybrids，and Packaging，Vol.PHP-10，No 2(June 1974)，第103页中阐述的公式计算期望的电感水平)。
现在参考图4，图示了对于对3的导体66a、66b的类似的布置。导体66a包括紧邻的且大体上相互平行的带有相同的信号极性的部分82、84，且导体66b包括紧邻的且大体上相互平行的带有相同的信号极性的部分86、88。这些部分也自耦合且导致了电感局部升高，这有助于控制匹配的插座-插头组合的输入阻抗。典型地，可以使用相互紧邻的距离在0.05至0.20英寸之间的对3的导体，但此距离可以变化。紧邻的段之间的间隙可以为以上对于对1的描述。在典型的插座中，在对3内导致局部电感的大约2至8纳亨的升高可以提供对返回损失的希望的改进。
典型地且如图示，在对1和对3的导体内包括自耦合部分足以改进这些对的返回损失性能；然而，此构思可以只应用于导体的这些对的任一个和/或对2和对4的任一个对或二者，或应用于使用了不同个数的导体的插座(例如十六导体插座)的其他导体。同样，虽然在图示的实施例中导线对的两个自耦合导体安装在接线板的相同层上，但不必需这样；接线板的一个或多个层可以将导体的自耦合部分分开。此外，本领域技术人员将认识到，可以使用利用了本发明的构思的许多不同的导体路径。
本领域一般技术人员将认识到，以上描述的接线板的实施例可以使用在其中具有通信插座的其他环境中。例如，在接插板内或一系列接插板内的插座可以适合于与这样的接线板一起使用。其他环境也是可能的。
本领域技术人员将进一步认识到，通过利用金属引线框结构来替代印刷接线板而形成插座的导体引线，以上描述的导体自耦合部分可以实施，具有类似的对返回损失有益的影响，以实现要求的连接性和串扰补偿。在这样的构造中，接触导线和/或绝缘置换连接器可以与导体整体地形成为整体构件。
将在如下的非限制性例子中更详细地描述本发明。
例子
构建图1中图示的构造的通信插座。在一组插座中，接线板包括大体上与图4中图示的符合的对3的导体。在第二组插座中，接线板包括不具有自耦合部分的导体。然后在TIA/EIA-568-B.2-1 Annex E中阐明的条件下检测插座的对3上的返回损失。
检测结果在图5中示出。可见使用自耦合导体的试验插座在大约15MHz以上的频率处具有优于常规插座的增加的返回损失分贝级(即改进)。此外，与常规插座不同，试验插座的返回损失相对于TIA类6极限的裕量不随频率恶化。
前述是本发明的图示且不解释为限制本发明。虽然已描述的本发明的典型实施例，但本领域一般技术人员将容易地认识到在典型的实施例中许多修改是可以的而不实质上偏离本发明的新颖的教示和优点。因此，所有这些修改意图于包括在如在权利要求书中限定的本发明的范围内。本发明由如下包括权利要求的等价物的权利要求限定。
Claims (27)
1.一种用于通信插座的接线板，其包括：
介电安装基片，该安装基片包括多个用于接触导线的安装位置和多个用于绝缘置换连接器的安装位置；
多个安装在基片上的导体，导体的每个延伸，限定了路径且建立了接触导线安装位置和绝缘置换连接器安装位置之间的电连接；
其中导体的至少一个包括两个相互紧邻且具有相同的瞬时电流方向的自耦合部分，使得该部分自耦合且导致电感的局部升高。
2.根据权利要求1所述的接线板，其中自耦合部分大体上相互平行。
3.根据权利要求1所述的接线板，其中用于绝缘置换连接器的安装位置成对布置。
4.根据权利要求3所述的接线板，其中导体的第二个包括两个相互紧邻且具有相同的瞬时电流方向的自耦合部分，使得该部分自耦合且导致电感的局部升高，且其中第一导体和第二导体电连接到用于相同对的绝缘置换连接器的相应安装位置。
5.根据权利要求4所述的接线板，其中第三导体和第四导体的每个包括相互紧邻且具有相同的瞬时电流方向的自耦合部分，使得该部分自耦合且导致电感的局部升高，第三导体和第四导体电连接到用于相同对的绝缘置换连接器的相应安装位置。
6.根据权利要求1所述的接线板，其中用于绝缘置换连接器的安装位置包括在安装基片内的口。
7.根据权利要求1所述的接线板，其中用于接触导线的安装位置包括在安装基片内的口。
8.根据权利要求7所述的接线板，其中接触导线安装位置限定了两个一般地平行的线路。
9.根据权利要求1所述的接线板，其中自耦合部分以大约0.05至0.20英寸之间的距离相互紧邻地行进。
10.根据权利要求1所述的接线板，其中自耦合部分之间的间隙大约为8至15毫英寸之间。
11.根据权利要求1所述的接线板，其中自耦合部分导致大约2至8纳亨之间的电感的局部升高。
12.根据权利要求1所述的接线板，其中自耦合部分在100MHz以上导致至少大约3dB的返回损失增加。
13.一种通信插座，其包括：
具有插头口的插座框；
多个接触导线，接触导线具有延伸到插头口内的自由端，接触导线的自由端以并排关系连续布置；
多个绝缘置换连接器；
介电安装基片，该安装基片包括多个用于接触导线的安装位置和多个用于绝缘置换连接器的安装位置；
多个安装在基片上的导体，导体的每个延伸，限定了路径且建立了接触导线安装位置和绝缘置换连接器安装位置之间的电连接；
其中导体的至少一个包括两个相互紧邻且具有相同的瞬时电流方向的自耦合部分，使得该部分自耦合且导致电感的局部升高。
14.根据权利要求13所述的通信插座，其中自耦合部分大体上相互平行。
15.根据权利要求13所述的通信插座，其中用于绝缘置换连接器的安装位置成对布置。
16.根据权利要求15所述的通信插座，其中导体的第二个包括两个相互紧邻且具有相同的瞬时电流方向的自耦合部分，使得该部分自耦合且导致电感的局部升高，且其中第一导体和第二导体电连接到用于相同对的绝缘置换连接器的相应安装位置。
17.根据权利要求16所述的通信插座，其中第三导体和第四导体的每个包括相互紧邻且具有相同的瞬时电流方向的自耦合部分，使得该部分自耦合且导致电感的局部升高，第三导体和第四导体电连接到用于相同对的绝缘置换连接器的相应安装位置。
18.根据权利要求13所述的通信插座，其中用于绝缘置换连接器的安装位置包括在安装基片内的口。
19.根据权利要求13所述的通信插座，其中用于接触导线的安装位置包括在安装基片内的口。
20.根据权利要求17所述的通信插座，其中第一导体和第二导体与具有相互邻近的自由端的第一接触导线和第二接触导线电连接，且其中第三导体和第四导体与具有将第一接触导线和第二接触导线的自由端夹入中间的自由端的接触导线电连接。
21.根据权利要求13所述的通信插座，其中自耦合部分以大约0.05至0.20英寸之间的距离相互紧邻地行进。
22.根据权利要求13所述的通信插座，其中自耦合部分之间的间隙大约为8至15毫英寸之间。
23.根据权利要求13所述的通信插座，其中自耦合部分导致大约2至8纳亨之间的电感的局部升高。
24.根据权利要求13所述的通信插座，其中自耦合部分在100MHz以上导致至少大约3dB的返回损失增加。
25.一种通信连接器，其包括：
安装基片；
多个安装在安装基片上的导体；
多个连接器，每个连接器电连接到多个导体的相应一个；和
多个触点，每个触点电连接到多个导体的相应一个；
其中导体的至少一个构造为使得它包括两个相互紧邻且具有相同的瞬时电流方向的自耦合部分，使得该部分自耦合且导致电感的局部升高。
26.一种增加通信连接器内的返回损失的方法，该连接器包括接线板和多个安装在其上的导体，该方法包括相互紧邻且具有相同的瞬时电流方向的导体自耦合部分使得该部分自耦合且导致电感的局部升高的步骤。
27.一种增加通信连接器的导体内的局部电感的方法，该连接器包括接线板和多个安装在其上的导体，该方法包括相互紧邻且具有相同的瞬时电流方向的导体自耦合部分使得该部分自耦合且导致电感的局部升高的步骤。
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