CN101331653A - 电缆连接器组件的板安装式接头 - Google Patents

Abstract

传输高速电信号的电连接器组件，包括接头和载体。所述接头具有多根信号针、多根接地针和辅助接地触点。所述载体被构造为与所述接头配合。由所述载体保持多个电缆端子，并且所述接头和电缆端子被构造为在所述接头和载体处于配合状态时，所述多个电缆端子中的每一个都与一根或多根所述信号针、接地针和辅助接地触点形成电接触。

Description

电缆连接器组件的板安装式接头

背景技术

本发明整体涉及印刷电路板与一条或多条电缆之间的互连，这些电缆携带着进入或来自电路板的信号。

印刷电路板与其它电路板、电缆或其它电子装置的互连在本领域中已为人们所熟知。这种互连通常不难形成，尤其是在与信号通过印刷电路板上互连器的导体传播所需的时长相比，电路切换速度(也称为信号跃迁次数)缓慢。然而，由于电路切换速度随着现代集成电路和相关计算机技术的发展而不断增大，因此设计和制造令人满意的互连器已变得更加困难。

具体地讲，在利用精密控制的电特性在信号通过互连器传输至印刷电路板或从印刷电路板输出时获得令人满意的信号完整性控制，以设计和制造印刷电路板及其附随的互连器方面存在持续增长的需求。必须控制的互连器电特性(例如阻抗)的范围在很大程度上取决于电路切换速度。即，电路切换速度越快，在互连器内提供精确控制的阻抗就越重要。

在本领域中，针对板对板和板对电缆的高速互连器应用而开发的连接器***已非常完善。一般来讲，本领域提出，最佳的印刷电路板互连器设计可通过最小化印刷电路板与连接器之间的物理间隔来最小化最低限度控制的信号线路特征阻抗的长度。本领域还提出，涉及相对较大的针及具有多根用于电源和接地触点的针的接插件的连接器设计只能提供最低限度接受的高速印刷电路板性能。

遗憾的是，当前可用的针对板对电缆的高速互连器解决方案通常比较复杂，需要极其精确的元件设计，这些元件对即使很小的制造变化都十分敏感，因此昂贵而难于制造。尽管如此，随着切换速度不断增大，可用的板对电缆互连器***的性能变得只能最低限度接受。所需要的是能为高速集成电路提供必要阻抗控制的印刷电路板对电缆互连***，同时该***还要成本低廉且易于制造。

发明内容

本文所述发明的一个方面提供了用于传输高速电信号的电连接器组件。在一个实施例中，所述组件包括：具有多根信号针、多根接地针和辅助接地触点的接头；被构造为与接头配合的载体；以及多个由载体保持的电缆端子，其中接头和电缆端子被构造为在接头和载体处于配合状态时，多个电缆端子中的每一个都可与一根或多根信号针、接地针和辅助接地触点形成电接触。

在另一个实施例中，组件包括：具有多条信号线和至少一条地线的印刷电路板；安装在印刷电路板上的接头主体，该接头主体支承着多根信号针、多根接地针和辅助接地触点，其中多根信号针电连接到多条信号线上，并且其中多根接地针和辅助接地触点电连接到至少一条地线上；被构造为与接头主体配合的载体；以及多个保持在载体主体内的电缆端子；其中接头和电缆端子被构造为在接头和载体处于配合状态时，多个电缆端子中的每一个都可与一根或多根信号针、接地针和辅助接地触点形成电接触。

本文所述发明的另一个方面提供了在电缆与印刷电路板之间传输高速电信号的方法，该类型的电缆具有多条信号线和至少一条地线。在一个实施例中，该方法包括：将排针连接到印刷电路板上，其中排针包括电连接到多条信号线中对应信号线的多根信号针，以及电连接到至少一条地线的多根接地针和辅助接地触点；用对应的多个电缆端子端接多条电缆，该类型的电缆具有信号导体和接地导体，电缆端子中的每一个都被构造为可在其中容纳多根信号针中的一根和多根接地针中的一根，并且其中多个电缆端子中的每一个都包括从其外表面延伸的接触元件，该接触元件被构造为与辅助接地触点形成电接触；将多个电缆端子***载体，其中载体被构造为与排针配合，并可让信号针和接地针通过载体的前边缘进入对应电缆端子，并且其中载体包括在其侧面的开口，该开口被构造为露出从电缆端子延伸的接触元件；以及使载体配合排针，以在多个电缆端子与其对应的信号针、接地针和辅助接地触点之间形成电接触。

附图说明

结合以下附图可更好地理解本发明的实施例。附图中的元件未必相对于彼此按比例绘制。类似的附图标记指示对应的类似部件。

图1为根据本发明实施例的连接器组件的透视图，示出了载体的后边缘和顶部侧面。

图2为图1中连接器组件所用电缆端子的实施例的多倍放大透视图。

图3为沿图1中线3-3截取的剖视图，示出了处于未配合状态的连接器组件接头和载体。

图4为图1中连接器组件的透视图，示出了载体的前边缘和顶部侧面。

图5为图1中连接器组件的透视图，示出了载体的前边缘和底部侧面。

图6为图1中连接器组件的剖视图，示出了处于配合状态的连接器组件接头和载体。

图7为根据本发明的连接器组件接头的另一个实施例的透视图。

具体实施方式

在以下具体实施方式中，参考了作为本文组成部分的附图，附图以举例说明的方式示出了可实践本发明的具体实施例。图示的实施例并不旨在完全涵盖本发明的所有实施例。应当理解，在不脱离本发明范围的前提下，可以利用其它实施例，并且可以进行结构或逻辑上的更改。因此，以下具体实施方式并不应理解为限制含义，本发明的范围由附加权利要求限定。

参见图1，所示根据本发明一个实施例的连接器组件10在印刷电路板12与多条电缆14之间形成互连。连接器组件10包括保持单条电缆14的端子18的载体16，以及被构造为可安装在印刷电路板12上的接头20。载体16被构造为与接头20配合，从而在电缆14与印刷电路板12之间形成电连接。

为了清楚起见，本文所述和所示的发明采用了同轴电缆和同轴电缆端子。然而，这样的举例说明仅为示例，应当理解和预期，本发明同样适合与其它类型的电缆14及其相关端子18一起使用，包括但不限于，举例来说，双轴电缆及其它具有信号和接地元件的电缆构造。还应当理解和预期，不同类型和构造的电缆14和端子18可以同时与连接器组件10一起使用。例如，由载体16保持的端子18的一部分可以是同轴电缆端子，而由载体16保持的端子18的另一部分可以是双轴电缆(或其它)端子。

除了本文所谈到的方面之外，电缆端子18基本上是常规设计，并且在一个实施例中，电缆端子被构造为基本上类似于美国专利No.5,184,965中所描述的同轴电缆屏蔽可控阻抗(SCI)连接器，该专利以引用的方式并入本文。具体地讲，结合图2，电缆端子18具有导电外壳22，外壳上安装有信号触点23a和接地触点23b。内部信号触点23a电连接到电缆14的信号导体，并与导电外壳22电绝缘。内部接地触点23b电连接到电缆14的接地导体(即屏蔽)和/或导电外壳22。内部信号触点23a和内部接地触点23b被构造为可容纳配对连接器接头20中各自的信号针和接地针并与其形成电连接。

本发明的电缆端子18不同于例如在美国专利No.5,184,965中所示和所述的端子，在该专利中，每个端子18的导电外壳22还包括从导电外壳22外表面延伸的附加接地触点24。在所示实施例中，外部接地触点24是从外壳22延伸的弹性梁。在其它实施例中，外部接地触点24可采用所示形式的替代形式，并且可以包括，例如从电缆端子18的导电外壳22延伸的赫兹凸耳。正如将在下文中所详述的那样，外部接地触点24被构造为在载体16的啮合接头20时与接头20上的辅助接地触点58形成电接触。

参见图1和图3至图6，载体16包括绝缘主体26，该绝缘主体具有后边缘28、前边缘或配合边缘30、顶部侧面32、底部侧面34及相对的侧边缘36、38。沿后边缘28布置的多个腔体40被构造为可容纳并定位载体16内的单个电缆端子18。每个电缆端子18都被每个腔体40内的弹性保持闩锁42保持在其各自的腔体40内(在图3和图6的剖视图中可清楚地看到)。当电缆端子18***其各自的腔体40时，端子18的前边缘44会啮合闩锁的引入面46，并使保持闩锁42偏斜出端子18的通道。当电缆端子18完全***时，保持闩锁42返回其初始(未偏斜)位置，并且锁钩件48啮合电缆端子18的后边缘50，从而防止端子18被拉出载体16。要注意的是，可从载体16上移除单个电缆端子18，方法是在轻拉相连电缆14的同时仅使保持闩锁42偏斜(例如用小工具或手指甲)，以使锁钩件48与端子18的后边缘50分离。能够移除和更换单个端子18是非常有用的，例如在更换损坏或有缺陷的端子18或电缆14时。

在其它实施例中，电缆端子18可以通过任何适合的方式保持在载体16内，这些方式包括但不限于扣合、摩擦配合、压力配合、机械夹持和粘合。此外，用于将电缆端子18保持在载体16内的方式可以允许移除电缆端子18(例如如上所述)，或者用于将电缆端子18保持在载体16内的方式可以将电缆端子18永久固定在载体16内。在其它实施例中，载体16后边缘28上的腔体40可以被构造为可容纳一个以上或所有电缆端子18。

正如在图4和图5中清楚看到的那样，载体16的前边缘30和顶部侧面32包括开口52，这些开口可让接头20的触点56、58通过(如下所述)。正如在图3和图6的剖视图中清楚看到的那样，电缆端子18布置在载体16内，因此可通过载体16前边缘30上的开口52a、52b接触每个端子18的内部接地触点23b和内部信号触点23a，而外部接地触点24可通过载体16顶部侧面32上的开口52c露出并接触。

再次参见图1，接头20包括包含多个触点56的绝缘外壳54，这些触点56被布置成与内部信号触点和内部接地触点以及载体16的电缆端子18的触点配合。除了增加一个或多个与电缆端子18的外部接地触点24配合的辅助接地触点58之外，接头20基本上为常规设计。沿接头20的内部侧壁60布置辅助接地触点58，以通过载体16的顶部侧面32接触电缆端子18的外部接地触点24。

在所示实施例中，触点56、58是导电针。正如在图3和图6的剖视图中清楚看到的那样，导电针被布置为形成第一接地针列56a(用于与电缆端子18的内部接地触点配合)、信号针列56b(用于与电缆端子18的内部信号触点配合)以及第二或辅助接地针列58a(用于与电缆端子18的外部接地触点24配合)。信号针列56b布置在第一接地针列56a与辅助接地针列58a之间，从而形成接地-信号-接地(GSG)的配置，通过互连来改善阻抗控制。

在所示实施例中，接头20包含完整的触点针阵列56a、56b、58a，因此电缆端子18的每个内部信号触点23a、内部接地触点23b及外部接地触点24分别与接头20上对应的接地针56a、信号针56b及辅助接地针58a形成电接触。在另一个实施例中，接头20中没有完整的触电针阵列56a、56b、58a，因此电缆端子18中不是每个内部信号触点23a、内部接地触点23b及外部接地触点24都可与接头20上对应的针形成电接触。在一个实施例中，接头20的触点针阵列56a、56b、58a被构造为使载体16多个电缆端子18中的每一个都可与接头20的信号针56b、接地针56a及辅助接地触点针58a中的一个或多个形成电接触。

参见图7，在根据本发明的另一个实施例中，形成辅助接地触点58的接地针列58a被沿接头20的内部侧壁60延伸的导电带62所取代。在一个实施例中，导电带62沿接头20的内部侧壁60继续延伸，以使得端子18的所有外部接地触点24均连接到公用地。在另一个实施例中，导电带62沿内部侧壁60的部分延伸。在又一个实施例中，导电带62被分成两个或多个单独的段，因此在电缆端子18的外部接地触点24中，只有所选触点才能连接到导电带62上以形成辅助接地触点58。导电带62的全部或部分可以包括与端子18外部接地触点24的位置相对应的凸起部分64，以使得外部接地触点24可保持凹进在载体16的顶部侧面32下方。作为另外一种选择，导电带62可以是基本上平坦的，并且端子18的外部接地触点24可以被构造为在载体16的顶部侧面32上方延伸，以在载体16和接头20配合时与导电带62接触。

正如在本领域中已知的那样，接头20的触点56、58与印刷电路板12相连。信号针56b被构造为电连接到印刷电路板12上多条信号线66中的一条或多条，而接地针56a和辅助接地针58a被构造为电连接到印刷电路板12的至少一条地线68或地面。接地针56a和辅助接地针58a可以连接到公用电路板地线68或地面，或可以针对具体应用的需要连接到分离的地面。另外，尽管本文所示和所述的接头20为通孔排针，但接头20也可以为表面安装型排针或本领域中已知的任何其它类型接头。接头20的触点56、58可以通过焊接、压力配合或任何其它适合的方式连接到印刷电路板12。在一个实施例中，接头20仅通过接头20的触点56、58与印刷电路板12之间的连接固定到印刷电路板12上。

在另一个实施例中，接头外壳54包括将接头20固定在电路板12上的附加装置。例如，如图4和图5所示，接头外壳54可以包括被构造为可***印刷电路板12上的孔(未示出)的柱子70。柱子70可以通过压力配合、粘合或其它适合的方式保留在电路板12的孔中。

在一个实施例中，接头20和载体16还包括闩锁装置80，该装置被构造为可使接头20和载体16保持配合状态。在所示实施例中，接头20包括锁臂82，该锁臂可旋转以啮合位于载体16相对侧边缘36、38上的锁定块84。当载体16与接头20配合时，锁臂82可以被构造为自动旋转与锁定块84啮合，或者可以选择被构造为需要使用者手动锁定。应当理解和预期，在适合预期应用的前提下，可以提供不同和/或附加的闩锁装置80。

在一个实施例中，接头20和载体16还包括楔紧装置90，该装置被构造为可防止接头20和载体16误对准。在所示实施例中，载体16包括凸起部分92，而接头20包括狭槽94。凸起部分92和狭槽94被构造为使载体16仅在凸起部分92与狭槽94正确对准时才能与接头20配合。应当理解和预期，在适合预期应用的前提下，可以提供不同和/或附加的楔紧装置90。

通过在接头20上提供辅助接地触点58和在电缆端子18上提供配对的外部接地触点24获得的电性能改善非常明显，并可通过表1中列出的数据看出。表1中的数据是根据ANSI/EIA-364-90中提出的标准测试程序得到的，并将本文所述接头20上有辅助接地触点58及电缆端子上有外部接地触点24的互连产生的串扰(在表1中标记为“新”)与接头上没有辅助接地触点及电缆端子上没有外部接地触点的传统互连产生的串扰(在表1中标记为“传统”)相比较。可以看出，利用了根据本发明一个方面的连接器组件时，串扰显著降低。

表1

与传统互连***约1.2GHz的限制相比，本文所述连接器组件可提供最高约3.6GHz(千兆赫)的良好性能。这显然是超越传统互连***显著而意外的改善。

在本文所述的每个实施例和具体实施中，连接器组件及其构件的各种元件均由任意适用材料制成。材料的选择取决于预期应用，并可以同时包含聚合物和金属。在一个实施例中，载体主体26和接头外壳54是通过诸如注塑成型、挤压、浇注、机械加工等方法由聚合材料制成的，而导电元件则是通过诸如模铸、浇注、冲压、机械加工等方法由金属制成的。材料选择所取决的因素包括但不限于，例如，化学暴露条件、环境暴露条件(包括温度和湿度条件)、阻燃性要求、材料强度和刚度。

如此，已对用于高速***的经济型印刷电路板的接头对电缆连接器组件进行了举例说明。该连接器组件使用易得的低成本元件，并可在高速***中提供卓越性能。尽管出于说明目的，本文已图示和描述了具体实施例，但本领域中的普通技术人员应当认识到，在不脱离本发明范围的前提下，可以用各种可供选择或等同的具体实施取代所示和所述的具体实施例。本领域中的技术人员将容易认识到，可以通过众多实施例来实施本发明。本专利申请旨在涵盖本文中所讨论的实施例的任何改型或变型。因此，显而易见，要达到的目的是本发明仅受到权利要求及其等同物的限制。

Claims (20)

1.一种传输高速电信号的电连接器组件，所述组件包括：

接头，具有多根信号针、多根接地针和辅助接地触点；

载体，被构造为与所述接头配合；以及

多个由所述载体保持的电缆端子，其中所述接头和电缆端子被构造为在所述接头和载体处于配合状态时，所述多个电缆端子中的每一个都与一根或多根所述信号针、接地针和辅助接地触点形成电接触。

2.根据权利要求1所述的电连接器组件，其中所述接头和电缆端子被构造为在所述接头和载体处于配合状态时，所述多个电缆端子中的每一个都与所述多根信号针中的一根、所述多根接地针中的一根以及所述辅助接地触点形成电接触。

3.根据权利要求1所述的电连接器组件，其中所述辅助接地触点包括多根辅助接地针，并且其中所述多个电缆端子中的每一个都被构造为在所述接头和载体处于配合状态时，可与所述多根辅助接地针中的一根形成电接触。

4.根据权利要求1所述的电连接器组件，其中所述辅助接地触点包括导电带，并且其中所述多个电缆端子中的每一个都被构造为在所述接头和载体处于配合状态时与所述导电带形成电接触。

5.根据权利要求1所述的电连接器组件，其中所述多个电缆端子中的每一个包括外壳内的内部信号触点和内部接地触点以及所述外壳外的外部接地触点，其中所述内部信号触点被构造为在所述接头和载体处于配合状态时与所述多根信号针中的一根形成电接触，所述内部接地触点被构造为在所述接头和载体处于配合状态时与所述多根接地针中的一根形成电接触，并且所述外部接地触点被构造为在所述接头和载体处于配合状态时与所述辅助接地触点形成电接触。

6.根据权利要求5所述的电连接器组件，其中所述外部接地触点包括从所述外壳延伸的弹性梁。

7.根据权利要求5所述的电连接器组件，其中所述外部接地触点包括从所述外壳延伸的赫兹凸耳。

8.根据权利要求5所述的电连接器组件，其中所述内部信号触点和内部接地触点可通过所述载体的前边缘进行接触，并且其中所述外部接地触点可通过所述载体的侧面进行接触。

9.根据权利要求1所述的电连接器组件，其中由所述载体通过使用扣合、摩擦配合、压力配合、机械夹持和粘合中的一种方式来保持所述多个电缆端子。

10.根据权利要求1所述的电连接器组件，其中所述多个电缆端子可单独从所述载体上移除。

11.根据权利要求1所述的电连接器组件，其中所述多个电缆端子选自由同轴电缆端子和双轴电缆端子组成的组。

12.根据权利要求1所述的电连接器组件，其中所述接头包括表面安装型排针和通孔排针中的一种。

13.一种在印刷电路板与电缆之间传输高速电信号的电连接器组件，所述组件包括：

印刷电路板，具有多条信号线和至少一条地线；

接头主体，安装在所述印刷电路板上，所述接头主体支承多根信号针、多根接地针和辅助接地触点，其中所述多根信号针电连接到所述多条信号线，并且其中所述多根接地针和辅助接地触点电连接到所述至少一条地线；

载体主体，被构造为与所述接头主体配合；以及

多个电缆端子，保持在所述载体主体内；

其中所述接头和电缆端子被构造为在所述接头和载体处于配合状态时，所述多个电缆端子中的每一个都与一根或多根所述信号针、接地针和辅助接地触点形成电接触。

14.根据权利要求13所述的电连接器组件，其中所述接头和电缆端子被构造为在所述接头和载体处于配合状态时，所述多个电缆端子中的每一个都可与所述多根信号针中的一根、所述多根接地针中的一根以及所述辅助接地触点形成电接触。

15.根据权利要求13所述的电连接器组件，其中所述电缆端子中的每一个包括具有从其外表面延伸的触点的导电外壳，所述外部触点被构造为在所述接头和载体处于配合状态时与所述辅助接地触点形成电接触。

16.根据权利要求15所述的电连接器组件，其中所述外部触点延伸进入所述载体主体的侧壁中的贯穿开口内。

17.根据权利要求13所述的电连接器组件，其中所述接头主体和所述载体主体还包括协同闩锁装置，所述装置被构造为使所述接头主体和所述载体主体保持在配合状态。

18.一种在电缆和印刷电路板之间传输高速电信号的方法，所述类型的印刷电路板具有多条信号线和至少一条地线，所述方法包括：

将排针连接到所述印刷电路板上，其中所述排针包括电连接到所述多条信号线中对应信号线的多根信号针以及电连接到所述至少一条地线的多根接地针和辅助接地触点；

用对应的多个电缆端子端接多条电缆，所述类型的电缆具有信号导体和接地导体，所述电缆端子的每一个都被构造为可在其中容纳所述多根信号针中的一根和所述多根接地针中的一根，并且其中所述多个电缆端子中的每一个包括从其外表面延伸的接触元件，并且所述接触元件被构造为与所述辅助接地触点形成电接触；

将所述多个电缆端子***载体，其中所述载体被构造为与所述排针配合，并且可让所述信号针和接地针通过所述载体的前边缘进入对应电缆端子，并且其中所述载体包括在其侧面的开口，所述开口被构造为露出从所述电缆端子延伸的所述接触元件；以及

使所述载体配合所述排针，以在所述多个电缆端子和与其对应的信号针、接地针和辅助接地触点之间形成电接触。

19.根据权利要求18所述的方法，其中使所述载体配合所述排针以在所述多个电缆端子和与其对应的信号针、接地针和辅助接地触点之间形成电接触的步骤包括：通过所述载体的所述前边缘接纳所述多根信号针和接地针，以及使所述辅助接地触点通过所述载体的所述侧面上的所述开口与所述电缆端子的接触元件接触。

20.根据权利要求18所述的方法，其中将所述多个电缆端子***所述载体包括：通过扣合、摩擦配合、压力配合、机械夹持和粘合中的一种方式将所述电缆端子保持在所述载体内。

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