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Die
Erfindung betrifft ein Steckverbindersystem mit den Merkmalen des
Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
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Bei
der Signalübermittlung
mittels mehrpoliger Steckverbinder im Allgemeinen und mittels Steckverbindern
zur Datenübertragung
im Besonderen, beispielsweise mit Steckverbindern, die dem RJ45-Standard
genügen,
besteht das Problem, dass es wegen kapazitiver und induktiver Kopplung
zum Übersprechen
von Signalen zwischen den einzelnen Signalleitungen kommen kann.
Beide Arten der Kopplung basieren auf dem Effekt, dass eine an einem
Leiter angelegte Wechselspannung zu elektrischen (kapazitive Kopplung)
bzw. magnetischen (induktive Kopplung) Streufeldern in der Umgebung
des Leiters führen,
die insbesondere in einem räumlich eng
benachbarten zweiten Leiter zum Auftreten einer Wechselspannung
führen,
die als Signal auf diesem Leiter fehlinterpretiert werden kann.
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Im
Allgemeinen werden kapazitive und induktive Kopplung stärker, wenn
die Signalübermittlung
bei höheren
Frequenzen erfolgt. Dabei wird die induktive Kopplung durch parallelen
Verlauf von Leiterbahnen besonders gefördert, während die kapazitive Kopplung
beim Auftreten von parallel zueinander angeordneten Flächen der
Leiterbahnen bevorzugt auftritt.
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Da
bei der Signalübermittlung
und insbesondere innerhalb von Steckverbindern oft Sende- und Empfangssignale
in benachbarten Aderpaaren übertragen
werden, kommt es bei durch Übersprechen
erzeugten Störsignalen
zu einer unerwünschten
und für
eine Vielzahl von Anwendungen auch inakzeptablen Verfälschung
insbesondere des Empfangssignals.
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Um
diesen Effekt für
einen gegebenen Steckverbinder zu charakterisieren und zu quantifizieren,
verwendet man die Größe Nahnebensprechen
bzw. Nahnebensprechdämpfung
(NEXT). Das Nahnebensprechen ist definiert als Verhältnis der
Pegel von Nutzsignal zum Pegel des eingestreuten Signals der Störung, gemessen
am gleichen Ende des Kabels, angegeben in Dezibel (dB). Diese, zum
Teil auch Querdämpfung
genannte, Größe ist ein
Maß für die Unterdrückung des Übersprechens
zwischen zwei benachbarten Aderpaaren. Je stärker das Übersprechen unterdrückt ist,
desto besser ist das Nahnebensprechen.
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Es
gibt eine Reihe bekannter Maßnahmen gegen
das Auftreten von Übersprechern
und somit zur Verbesserung des Nahnebensprechens. Die wohl elementarste
dieser Maßnahmen
besteht in dem Versuch, das Einkoppeln von Störsignalen effektiv zu verhindern.
Dieser Ansatz wird beispielsweise bei der Verwendung von twisted
pair-Leitungen, bei denen die Adern einzelner Aderpaare miteinander
verdrillt sind und unterschiedliche Aderpaare mit unterschiedlicher
Schlaglänge
miteinander verseilt sind, verfolgt. Durch diese Anordnung wird
die Einkopplung von störenden
Signalen durch induktive Kopplungen erheblich erschwert.
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Ebenfalls
bekannt ist es, gezielt eine Gegenkopplung vorzusehen, mit der der
Pegel des durch Übersprecher
hervorgerufenen Störsignals
effizient reduziert werden kann. Bei dieser Vorgehensweise wird
bewusst eine kapazitive bzw. induktive Kopplung herbeigeführt. Eine
kapazitive Kopplung wird dabei realisiert, indem man z. B. Leiterbahnen,
zwischen denen die kapazitive Kopplung herbeigeführt werden soll, mit Flächen, die
in unter schiedlichen Lagen parallel übereinander angeordnet sind,
versieht. Die induktive Kopplung zwischen zwei Leiterbahnen wird
herbeigeführt,
indem die betreffenden Bahnen über
eine Strecke gezielt in einem geringen räumlichen Abstand parallel zueinander
verlaufend geführt werden.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Steckverbindersystem zur
Signalübertragung
mit verbessertem Nahnebensprechen bei hohen Übertragungsfrequenzen bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
ein Steckverbindersystem den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Das
erfindungsgemäße Steckverbindersystem
für die Übertragung
hochfrequenter Signale, insbesondere auf twisted-pair Leitungen,
weist eine Buchse zur Aufnahme eines Steckers, eine Anschlussklemme
zum Anschluss eines mindestens zweiadrigen Kabels und eine Leiterplatte
mit mindestens zwei elektrischen Signalleitern zur Verbindung der
Buchse mit der Anschlussklemme auf, die beispielsweise als Leiterbahnen
auf der Leiterplatte ausgeführt
sein können.
Dabei zeichnet sich das erfindungsgemäße Steckverbindersystem dadurch
aus, dass im Bereich der Leiterplatte mindestens ein Leiterbahnabschnitt
mit frei floatendem Potential vorgesehen ist, der kapazitiv und/oder
induktiv mit mindestens zwei verschiedenen der Signalleiter gekoppelt ist.
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Die
Bedingung, dass das Potential frei floatend ist, bedeutet dabei,
dass keine leitfähige
Verbindung zu einem definiert angelegten Potential besteht, wie
es beispielsweise Masse oder die Verbindung mit einem Signalleiter,
dem eine zeitabhängige
Spannung aufgeprägt
wird, darstellen würden.
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Damit
eine kapazitive Kopplung zwischen Leiterbahnabschnitten oder Signalleitungen
entstehen kann, reicht es aus, in geringem Abstand und im wesentlichen
parallel zueinander angeordnet Koppelflächen vorzusehen. Zusätzlich können bei
geeigneter Führung
von Leiterbahnabschnitten von Signalleitern auch eine oder mehrere
induktive Kopplungen hergestellt werden. Selbstverständlich kann
die kapazitive Kopplung mit einem Signalleiter auch über einen
Leiterbahnabschnitt erfolgen, der nicht zur direkten Verbindung
zwischen Anfangs- und Endpunkt des Signalleiters notwendig ist,
solange dieser Leiterbahnabschnitt nur in leitender Verbindung mit
dem eigentlichen, diese Punkte verbindenden Signalleiter steht.
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Der
Vorteil des erfindungsgemäßen Vorsehens
eines frei floatenden Leiterbahnabschnitts, der zumindest über eine
kapazitive Kopplung mit unterschiedlichen Signalleitungen gekoppelt
ist, besteht darin, dass auf einfache und kostengünstige Weise ein
verbesserter Abgleich zwischen den derart verbundenen Signalleitungen
sichergestellt wird, der sich insbesondere bei hohen Signalübertragungsfrequenzen
positiv auf das Nebensprechen auswirkt.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist mindestens einer
der Leiterbahnabschnitte mit frei floatendem Potential als Potentialring ausgebildet
ist, der einige oder alle Signalleiter umschließt. Durch diese Ausgestaltung
lässt sich
eine besonders effiziente Anpassung und damit weiter verbessertes
Nebensprechverhalten sicherstellen.
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Besonders
geeignet ist die Erfindung für
die Verwendung gemäß dem RJ45-Standard.
Dazu ist es vorteilhaft, eine RJ45-Buchse vorzusehen. Als besonders
effektiv hinsichtlich des gewünsch ten
Nebensprechverhaltens hat es sich insbesondere bei diesem Standard
erwiesen, wenn der oder einer der Leiterbahnabschnitte mit frei
floatendem Potential kapazitiv mit drei Signalleitern, insbesondere
den Signalleitern der Signale 3, 5 und 6 gemäß Standardbelegung der RJ45-Buchse
verbunden ist. Weiter optimiert werden kann das Hochfrequenzverhalten
dadurch, dass die kapazitive Kopplung zum Signalleiter des Signals
3 bei der Anschlussklemme vorgesehen ist und die kapazitiven Kopplungen
zum Signalleiter des Signals 5 und zum Signalleiter des Signals
6 bei der Buchse vorgesehen sind.
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Noch
weiter verbessern lässt
sich das Nebensprechen in einer Ausführungsform, in der mindestens
einer der Leiterbahnabschnitte mit frei floatendem Potential sowohl
eine kapazitive als auch eine induktive Kopplung an denselben Signalleitern aufweist.
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Besonders
praktisch einzusetzen ist eine Ausgestaltung des Steckverbindersystems,
bei der die Anschlussklemme als Schneidklemme ausgeführt wird.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren ausführlich erläutert. Es
zeigen:
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1 den
vorbekannten prinzipiellen Aufbau eines Steckverbindersystems für die Datenübertragung,
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2 eine
Prinzipschaltung für
ein Steckverbindersystem mit einer Schaltungsanordnung gemäß Stand
der Technik
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3 eine
Prinzipschaltung eines Ausführungsbeispiels
für ein
Steckverbindersystem mit einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,
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4 eine
Aufsicht auf die beiden untersten Leiterbahnebenen einer in einem
erfindungsgemäßen Steckverbindersystem
verwendbare Leiterplatte
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4a eine Übersicht über die
vier Leiterbahnebenen einer Ausführungsform
einer in einem erfindungsgemäßen Steckverbindersystem
verwendbaren Leiterplatte
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5 eine
Vergleichsmessung des Nahnebensprechens nach Stand der Technik und
gemäß des in 3 und 4 dargestellten
Ausführungsbeispiels
der Erfindung sowie den Grenzwert gemäß dem NEXT-Standard gemäß Kategorie
6a für
eine RJ45-Komponente mit Belegung 36/45 und
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6 eine
Prinzipschaltung einer alternativen Ausführungsform der Erfindung.
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1 zeigt
den vorbekannten mechanischen Aufbau eines Steckverbindersystems 10 für die Datenübertragung,
das in der Regel ein Bestandteil eines nicht dargestellten elektrischen
Gerätes
ist. Das Steckverbindersystem 10 weist eine Buchse 1, eine
Anschlussklemme 2 und eine Leiterplatte 3 auf. In
die Buchse 1 ist ein nicht gezeigtes, mehrere Signalleiter
zusammenfassendes Signalverbindungskabel einführbar, das der Weiterleitung
von durch das Gerät
gesendeten oder der Zuführung
von vom Gerät zu
empfangenden Signalen dient. An der Anschlussklemme 2,
welche vorzugsweise Schneidklemmkontakte aufweist, sind Signalleiter
anschließbar,
die die Signale innerhalb des Gerätes den entsprechenden Komponenten
zuführen.
Eine Beeinflussung des Nahnebensprechens erfolgt durch die Führung von auf
der Leiterplatte 3 ausgebildeten Leiterbahnen; bei ei ner
direkten Anordnung der Anschlussklemme 2 an der Buchse 1 wäre diese
erwünschte
Beeinflussung nicht möglich.
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2 zeigt
eine Prinzipschaltung für
ein Steckverbindersystem 200 mit einer Schaltungsanordnung
gemäß Stand
der Technik. Man erkennt in 2 einen
Buchsenabschnitt 210, einen Leiterplattenabschnitt 220 und
eine Anschlussklemme 240, durch die jeweils 8 Signalleiter 201, 202, 203, 204, 205, 206, 207, 208 geführt sind.
Im Bereich der Anschlussklemme 240 sind dabei von links
nach rechts die Signalleiter 202 und 201, 205 und 204, 203 und 206 sowie 208 und 207 zu
Paaren zusammengefasst. Durch eine im Leiterplattenabschnitt 220 angeordnete Überkreuzungsstelle 230 der
Signalleiter 203 und 204 sowie eine weitere im
Leiterplattenabschnitt 220 angeordnete Überkreuzungsstelle 231 der
Signalleiter 203 und 205 wird in Verbindung mit weiteren,
im Buchsenabschnitt 210 angeordneten Überkreuzungsstellen 211 zwischen
Signalleitern 202 und 201, 212 zwischen
Signalleitern 205 und 204 sowie 213 zwischen
Signalleitern 208 und 207 sichergestellt, dass
an den in 2 verdickt dargestellten Kontaktbereichen
der Signalleiter 201, 202, 203, 204, 205, 206, 207 und 208 im
Buchsenabschnitt 210 die Anordnung der Kontaktbereiche
an die Pin-Belegung des Signalkabels angepasst ist.
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Um
das Nahnebensprechen dieses Steckverbindersystems 200 zu
verbessern, sind zusätzlich im
Leiterplattenabschnitt zwischen den Signalleitern 205 und 204 sowie
zwischen den Signalleitern 203 und 206 induktive
Kopplungen 228 bzw. 229 vorgesehen, die schematisch
als Spulen dargestellt sind, allerdings in der tatsächlichen
Ausgestaltung nicht unbedingt eine Ausführung der entsprechenden Signalleiter
als Spule voraussetzen.
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Darüber hinaus
sind kapazitive Kopplungen 221, 222, 223, 224, 225, 226 und 227 vorgesehen, wobei
die kapazitive Kopplung 221 zwischen Signalleitern 201 und 203,
die kapazitive Kopplung 222 zwischen Signalleitern 201 und 204,
die kapazitive Kopplung 223 zwischen Signalleitern 203 und 205, die
kapazitive Kopplung 224 zwischen Signalleitern 205 und 208,
die kapazitive Kopplung 225 zwischen Signalleitern 206 und 207,
die kapazitive Kopplung 226 zwischen Signalleitern 201 und 205 und
die kapazitive Kopplung 227 zwischen Signalleitern 206 und 207 erfolgt.
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Auch
im Fall der kapazitiven Kopplungen 221, 222, 223, 224, 225, 226 und 227 ist
die Darstellung der kapazitiven Kopplung als Kondensator schematisch
zu interpretieren; in der tatsächlichen
Ausgestaltung kann es z. B. ausreichen, entsprechende Koppelflächen an
den die Signalleiter 201, 202, 203, 204, 205, 206, 207 und 208 ausbildenden
Leiterbahnen vorzusehen.
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Ebenfalls
erkennbar sind weitere kapazitive Kopplungen 232–237,
die aber bereits aus dem Stand der Technik bekannt sind.
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3 zeigt
eine Prinzipschaltung eines Ausführungsbeispiels
für ein
Steckverbindersystem mit einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 300,
die eine Erweiterung der aus dem Stand der Technik bekannten und
oben beschriebenen Schaltungsanordnung 200 darstellt. Man
erkennt in 3 einen Buchsenabschnitt 310,
einen Leiterplattenabschnitt 320 und eine Anschlussklemme 340,
durch die jeweils 8 Signalleiter 301, 302, 303, 304, 305, 306, 307, 308 geführt sind.
Im Bereich der Anschlussklemme 340 sind dabei von links
nach rechts die Signalleiter 302 und 301, 305 und 304, 303 und 306 sowie 308 und 307 zu
Paaren zusammengefasst. Durch eine im Leiterplattenabschnitt 320 angeordnete Überkreuzungsstelle 330 der
Signallei ter 303 und 304 sowie eine weitere im
Leiterplattenabschnitt 320 angeordnete Überkreuzungsstelle 331 der
Signalleiter 303 und 305 wird in Verbindung mit weiteren,
im Buchsenabschnitt 310 angeordneten Überkreuzungsstellen 311 zwischen
Signalleitern 302 und 301, 312 zwischen
Signalleitern 305 und 304 sowie 313 zwischen
Signalleitern 308 und 307 sichergestellt, dass
an den in 3 verdickt dargestellten Kontaktbereichen
der Signalleiter 301, 302, 303, 304, 305, 306, 307 und 308 die
Anordnung der Kontaktbereiche an die Pin-Belegung des Signalkabels angepasst
ist.
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Um
das Nahnebensprechen dieses Steckverbindersystems 300 zu
verbessern, sind zusätzlich im
Leiterplattenabschnitt zwischen den Signalleitern 305 und 304 sowie
zwischen den Signalleitern 303 und 306 induktive
Kopplungen 328 bzw. 329 vorgesehen, die schematisch
als Spulen dargestellt sind, allerdings in der tatsächlichen
Ausgestaltung nicht unbedingt eine Ausführung der entsprechenden Signalleiter
als Spule voraussetzen.
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Darüber hinaus
sind kapazitive Kopplungen 321, 322, 323, 324, 325, 326 und 327 vorgesehen, wobei
die kapazitive Kopplung 321 zwischen Signalleitern 301 und 303,
die kapazitive Kopplung 322 zwischen Signalleitern 301 und 304,
die kapazitive Kopplung 323 zwischen Signalleitern 303 und 305, die
kapazitive Kopplung 324 zwischen Signalleitern 305 und 308,
die kapazitive Kopplung 325 zwischen Signalleitern 306 und 307,
die kapazitive Kopplung 326 zwischen Signalleitern 301 und 305 und
die kapazitive Kopplung 327 zwischen Signalleitern 306 und 307 erfolgt.
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Auch
im Fall der kapazitiven Kopplungen 321, 322, 323, 324, 325, 326 und 327 ist
die Darstellung der kapazitiven Kopplung als Kondensator schematisch
zu interpretieren; in der tatsäch lichen
Ausgestaltung kann es z. B. ausreichen, entsprechende Koppelflächen an
den die Signalleiter 301, 302, 303, 304, 305, 306, 307 und 308 ausbildenden
Leiterbahnen vorzusehen.
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Ebenfalls
erkennbar sind kapazitive Kopplungen 332–337,
die aber bereits aus dem Stand der Technik bekannt sind.
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Neben
diesen aus dem Stand der Technik bekannten Maßnahmen zur Verbesserung des Nahnebensprechens
ist erfindungsgemäß ein weiterer
Leiterbahnabschnitt, hier in Form des Potentialrings 350 vorgesehen,
der weder mit einem Kontaktelement des Buchsenabschnitts 310 noch
mit einem Kontaktelement der Anschlussklemme 340 in leitender
Verbindung steht.
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Ferner
bestehen eine zusätzliche
induktive Kopplung 351 zwischen dem Potentialring 350 und dem
Signalleiter 304 sowie zusätzliche kapazitive Kopplungen 352 zwischen
dem Potentialring 350 und dem Signalleiter 304, 353 zwischen
dem Potentialring 350 und dem Signalleiter 306 und 354 zwischen dem
Potentialring 350 und dem Signalleiter 303. Demzufolge
basiert das vom Potentialring 350 in die jeweils mit diesem
gekoppelten Signalleiter 303, 304, und 306 eingekoppelte
Signal auf einer Überlagerung
der in den Potentialring 350 eingekoppelten Signale, was
zu einem „Verwischen” bzw. einer
Nivellierung der Koppelsignale führt
und das unerwünschte
Aufprägen
eines Signals reduziert. Der Bereich des Potentialrings 350 außerhalb
der induktiven Kopplung dient im wesentlichen der Verbindung der einzelnen
kapazitiven Kopplungen. Falls erforderlich können auch andere Belegungen über einen
Kondensator bzw. kapazitiv an den Potentialring 350 angeschlossen
werden.
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4 zeigt
eine Aufsicht auf die beiden unteren Leiterbahnebenen einer Leiterplatte 400,
wie sie in einem erfindungsge mäßen Steckverbindersystem
verwendbar ist. Insgesamt besteht die Leiterplatte 400 aus
vier Leiterbahnebenen, die übereinander angeordnet
sind. Das Layout von Leiterbahnebenen Top, Mid1, Mid2 und Bott ist
in 4a dargestellt; die Reihenfolge der Anordnung
der Ebenen von Leiterbahnen in der Leiterplatte 400 ist
von oben nach unten Top, Mid1, Mid2 und Bott. Die durch das Layout herbeigeführten kapazitiven
Kopplungen finden mit Ausnahme einer Kopplung zwischen einer in
der Leiterbahnebene Top angeordneten Koppelfläche 466 und einer
in der Leiterbahnebene Mid1 angeordneten Koppelfläche 467 zwischen
den Leiterbahnebenen Mid2 und Bott statt und werden weiter unten
beschrieben. Ferner erkennt man in der Leiterbahnebene Top Signalleiter 421, 428,
deren Verlauf ebenfalls weiter unten genauer erläutert ist.
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Dementsprechend
zeigt 4 eine Aufsicht auf die Leiterbahnebenen Mid2
und Bott, die in zwei verschiedenen Höhen angeordnet sind. Dabei
ist die in Blickrichtung der 4 weiter
oben liegenden Lage Mid2 zur Verdeutlichung mit einer Schraffur
von links unten nach rechts oben gekennzeichnet ist und die weiter
unten liegende Lage Bott mit einer Schraffur von links oben nach
rechts unten. An Stellen der 4, an denen
ein Überlapp
zwischen den Leiterbahnebenen Mid2 und Bott besteht, führen die
beiden einander überlappenden
Schraffuren jeweils zu einer Kreuzschraffur.
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Durch
die Anordnung der Leiterbahnen in mehreren Lagen kann insbesondere
leicht eine kapazitive Kopplung herbeigeführt werden. Dazu ist es lediglich
notwendig, übereinander
angeordnete Koppelflächen
in einer Größe, die
der gewünschten
Stärke
der kapazitiven Kopplung entspricht, an einer geeigneten Stelle
der übereinander
geführten
Leiterbahnen vorzusehen. Dement sprechend liegt an Stellen, an denen
in 4 eine Kreuzschraffur auftaucht, jeweils kapazitive
Kopplung vor.
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In 4 erkennt
man Kontaktpunkte 401, 402, 403, 404, 405, 406, 407 und 408,
an denen ein elektrischer Kontakt zur nicht dargestellten Anschlussklemme
herstellbar ist und Kontaktpunkte 411, 412, 413, 414, 415, 416, 417 und 418,
an denen ein elektrischer Kontakt zur ebenfalls nicht dargestellten
Buchse herstellbar ist.
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Zwischen
den Kontaktpunkten 401 und 411 verläuft ein
in 4a gezeigter, der Leiterbahnebene Top zugehöriger Signalleiter 421,
zwischen den Kontaktpunkten 402 und 412 verläuft ein
Signalleiter 422, zwischen den Kontaktpunkten 403 und 413 verläuft ein
Signalleiter 423, zwischen den Kontaktpunkten 404 und 414 verläuft ein
Signalleiter 424, zwischen den Kontaktpunkten 405 und 415 verläuft ein
Signalleiter 425, zwischen den Kontaktpunkten 406 und 416 verläuft ein
Signalleiter 426, zwischen den Kontaktpunkten 407 und 417 verläuft ein
Signalleiter 427 und zwischen den Kontaktpunkten 408 und 418 verläuft ein
in 4a gezeigter, in der Leiterbahnebene Top verlaufender
Signalleiter 428. Die Signalleiter 421, 422, 423, 424, 425, 426, 427, 428 sind
in der Regel als Leiterbahnen ausgeführt, es ist aber auch eine andere
Ausgestaltung denkbar.
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Im
Abschnitt A der Leiterplatte 400 sind die Signalleiter 424, 425 und 426 bewusst
in geringem Abstand zueinander parallel geführt. Dadurch wird in diesem
Bereich eine induktive Kopplung zwischen diesen Leiterbahnen erzielt.
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Die
in 4 dargestellte Leiterplatte 400 zeigt
auch einen Potentialring, wie er gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung vorgesehen ist. Der Potentialring ist in 4 aus
zwei Leiterbahnabschnitten 448 und 449 zusammengesetzt, die
auf unterschiedlichen Ebenen verlaufen und mit Leiterbahnabschnitten 446, 447,
die von der einen Ebene in die andere Ebene führen, zusammengefügt sind.
Dabei ist ein Teil des Leiterbahnabschnittes 449 derart
geführt,
dass im Abschnitt A der Leiterplatte 400 ebenfalls ein
paralleler und eng benachbarter Verlauf zu den Signalleitern 424, 425 und 426 vorliegt,
so dass eine induktive Kopplung des Potentialrings vorliegt.
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Darüber hinaus
weist der Potentialring Koppelflächen 445, 451 und 459 auf, über die
eine kapazitive Kopplung zu Signalverbindungen hergestellt wird.
Im Einzelnen wird über
die Koppelfläche 445, die
Koppelfläche 444 und
den Kontaktpunkt 403 eine kapazitive Kopplung zum Signalleiter 423 hergestellt, über die
Koppelfläche 451,
die Koppelfläche 450 und den
Kontaktpunkt 414 eine kapazitive Kopplung zum Signalleiter 424 hergestellt
und über
die Koppelfläche 459,
die Koppelfläche 458 und
den Kontaktpunkt 416 eine kapazitive Kopplung zum Signalleiter 426 hergestellt.
Wie bereits vorstehend ausgeführt
wurde, ist eine kapazitive Kopplung zu einem Signalleiter bereits
hergestellt, wenn eine kapazitive Ankopplung an eine mit einem Signalleiter
in leitender Verbindung stehenden Koppelfläche erfolgt.
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Neben
dem Potentialring mit frei floatendem Potential zeigt die in 4 dargestellte
Leiterplatte 400 aber auch eine allgemeinere Ausgestaltung
des Erfindungsgedankens in Form eines frei floatenden Leiterbahnabschnitts 437,
der zumindest kapazitiv mit mindestens zwei verschiedenen Signalleitern
gekoppelt ist, nämlich über die
Koppelflächen 436 und 435 sowie
den Kontaktpunkt 405 mit dem Signalleiter 425 und über die Koppelflächen 440 und 441 und
den Kontaktpunkt 404 mit dem Signalleiter 424.
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Zusätzlich sind
auf der Leiterplatte eine Vielzahl weiterer Leiterbahnen mit jeweils
größenmäßig an die
gewünschte
Kopplungsstärke
angepassten Koppelflächen
vorgesehen, durch welche gezielte kapazitive Kopplung zwischen den
Signalleitern 421, 422, 423, 424, 425, 426, 427 und 428 herbeigeführt werden
kann. Kapazitiv miteinander gekoppelt sind:
- • Signalleiter 421 über eine
Koppelfläche 431 und eine
Koppelfläche 432 mit
Signalleiter 422,
- • Signalleiter 421 über eine
Koppelfläche 433 und eine
Koppelfläche 434 mit
Signalleiter 425,
- • Signalleiter 422 über eine
Koppelfläche 438 und eine
Koppelfläche 439 mit
Signalleiter 424,
- • Signalleiter 425 über eine
Koppelfläche 442 und eine
Koppelfläche 443 mit
Signalleiter 424,
- • Signalleiter 426 über eine
Koppelfläche 464 und eine
Koppelfläche 465 mit
Signalleiter 427,
- • Signalleiter 421 über eine
Koppelfläche 454 und eine
Koppelfläche 455 mit
Signalleiter 422,
- • Signalleiter 421 über eine
Koppelfläche 453 und eine
Koppelfläche 452 mit
Signalleiter 423,
- • Signalleiter 423 über eine
Koppelfläche 456 und eine
Koppelfläche 457 mit
Signalleiter 425,
- • Signalleiter 425 über eine
Koppelfläche 462 und eine
Koppelfläche 463 mit
Signalleiter 428,
- • Signalleiter 426 über eine
Koppelfläche 460 und eine
Koppelfläche 461 mit
Signalleiter 428.
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Dabei
sind die jeweiligen Koppelflächen
in der Regel nicht Bestandteil der eigentlichen Signalleiter, sondern
elektrisch leitend mit ihr verbunden.
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5 zeigt
eine Vergleichsmessung des Nahnebensprechens von Schaltungsanordnungen nach
Stand der Technik und gemäß der Erfindung
sowie den Grenzwert gemäß dem NEXT-Standard
gemäß Kategorie
6a für
eine RJ45-Komponente mit Belegung 36/45. Aufgetragen ist das Nebensprechen
in Dezibel gegen die Frequenz des Signals in Megahertz. Dargestellt
in 5 sind eine durchgezogene Kurve 510,
eine gepunktet dargestellte Kurve 520 und eine strichliert
dargestellte Kurve 530.
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Die
durchgezogene Kurve 510 gibt den für Signalverbindungen der Kategorie
6a vorgeschriebenen Standard vor. Der Wert auf dieser Kurve stellt den
höchsten
akzeptablen Wert des Nebensprechens bei einer gegebenen Betriebsfrequenz
dar, er darf von einer dem Standard genügenden Signalleiter nicht überschritten
werden; je stärker
er unterschritten wird, desto stärker
werden Übersprecher gedämpft, was
zu einer besseren Signalleiterführt.
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Die
gepunktet dargestellte Kurve 520 beschreibt die gemessene
Frequenzabhängigkeit
des Nahnebensprechens einer Schaltungsanordnung nach dem Stand der
Technik. Man erkennt unmittelbar, dass diese Schaltungsanordnung
oberhalb einer Frequenz von ca. 250 MHz nicht mehr dem Kategorie 6a-Standard
für Nahnebensprechen
entspricht, sondern diesen überschreitet.
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Die
strichliert dargestellte Kurve 530 beschreibt die gemessene
Frequenzabhängigkeit
des Nahnebensprechens für
eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung.
Man erkennt unmittelbar, dass diese Kurve über den gesamten Frequenzbereich,
für den
der Standard definiert ist, diesen Standard klar übererfüllt, womit
die hervorragende Eignung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung für die hochfrequente
Signalübermittlung
klar belegt wird.
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6 zeigt
eine Prinzipschaltung eines zweiten Ausführungsbeispiels für ein Steckverbindersystem
mit einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 600,
die eine Erweiterung der aus dem Stand der Technik bekannten und
im Zusammenhang mit 2 detailliert beschriebenen
Schaltungsanordnung darstellt. Man erkennt in 6 einen Buchsenabschnitt 610,
einen Leiterplattenabschnitt 620 und eine Anschlussklemme 640,
durch die jeweils 8 Signalleiter 601, 602, 603, 604, 605, 606, 607, 608 geführt sind.
Im Bereich der Anschlussklemme 640 sind dabei von links
nach rechts die Signalleiter 602 und 601, 605 und 604, 603 und 606 sowie 608 und 607 zu
Paaren zusammengefasst. Durch eine im Leiterplattenabschnitt 620 angeordnete Überkreuzungsstelle 630 der
Signalleiter 603 und 604 sowie eine weitere im
Leiterplattenabschnitt 620 angeordnete Überkreuzungsstelle 631 der
Signalleiter 603 und 605 wird in Verbindung mit
weiteren, im Buchsenabschnitt 610 angeordneten Überkreuzungsstellen 611 zwischen
Signalleitern 602 und 601, 612 zwischen
Signalleitern 605 und 604 sowie 613 zwischen Signalleitern 608 und 607 sichergestellt,
dass an den in 6 verdickt dargestellten Kontaktbereichen
der Signalleiter 601, 602, 603, 604, 605, 606, 607 und 608 die
Anordnung der Kontaktbereiche an die Pin-Belegung des Signalkabels
angepasst ist.
-
Um
das Nahnebensprechen dieses Steckverbindersystems 600 zu
verbessern, sind zusätzlich im
Leiterplattenabschnitt zwischen den Signalleitern 605 und 604 sowie
zwischen den Signalleitern 603 und 606 induktive
Kopplungen 628 bzw. 629 vorgesehen, die schematisch
als Spulen dargestellt sind, allerdings in der tatsächlichen
Ausgestaltung nicht unbedingt eine Ausführung der entsprechenden Signalleiter
als Spule voraussetzen.
-
Darüber hinaus
sind kapazitive Kopplungen 621, 622, 623, 624, 625, 626 und 627 vorgesehen, wobei
die kapazitive Kopplung 621 zwischen Signalleitern 601 und 603,
die kapazitive Kopplung 622 zwischen Signalleitern 601 und 604,
die kapazitive Kopplung 623 zwischen Signalleitern 603 und 605, die
kapazitive Kopplung 624 zwischen Signalleitern 605 und 608,
die kapazitive Kopplung 625 zwischen Signalleitern 606 und 607,
die kapazitive Kopplung 626 zwischen Signalleitern 601 und 605 und
die kapazitive Kopplung 627 zwischen Signalleitern 606 und 607 erfolgt.
-
Auch
im Fall der kapazitiven Kopplungen 621, 622, 623, 624, 625, 626 und 627 ist
die Darstellung der kapazitiven Kopplung als Kondensator schematisch
zu interpretieren; in der tatsächlichen
Ausgestaltung kann es z. B. ausreichen, entsprechende Koppelflächen an
den die Signalleiter 601, 602, 603, 604, 605, 606, 607 und 608 ausbildenden
Leiterbahnen vorzusehen.
-
Ebenfalls
erkennbar sind weitere kapazitive Kopplungen 632–637,
die aber bereits aus dem Stand der Technik bekannt sind.
-
Neben
diesen aus dem Stand der Technik bekannten Maßnahmen zur Verbesserung des Nahnebensprechens
sind erfindungsgemäß weitere Leiterbahnabschnitte
vorgesehen, die jeweils weder mit einem Kontaktelement des Buchsenabschnitts 610 noch
mit einem Kontaktelement der Anschlussklemme 640 in leitender
Verbindung stehen. In dem in 6 dargestellten
Ausführungsbeispiel
erkennt man drei solche Leiterbahnabschnitte.
-
Der
erste Leiterbahnabschnitt ist durch eine kapazitive Kopplung 651 mit
dem Signalleiter 603 und durch eine induktive Kopplung 652 sowie
eine weitere kapazitive Kopplung 653 mit dem Signalleiter 604 gekoppelt.
In einer konkreten Ausführung
weist dieser erste Leiterbahnabschnitt also eine Koppelfläche zum
Signalleiter 603, einen parallel zum Signalleiter 604 verlaufenden
Abschnitt und eine Koppelfläche
zum Signalleiter 604 auf, die miteinander in leitfähiger Verbindung
stehen, deren Potential aber frei floaten kann, also nicht durch
leitenden Kontakt zu einem definiert vorgegebenen Potential, beispielsweise
Masse oder einer Spannungsquelle, vorgegeben ist. Durch diese Anordnung
wird eine Kompensation des Signalleiters 603 mit dem Signalleiter 605 erzielt.
-
Der
zweite Leiterbahnabschnitt ist durch eine kapazitive Kopplung 654 mit
dem Signalleiter 603, durch eine induktive Kopplung 655 mit
dem Signalleiter 604 und durch eine weitere kapazitive
Kopplung 656 mit dem Signalleiter 606 gekoppelt
und verbessert im durch die Signalleiter 603 und 606 gebildeten Aderpaar
den Abgleich.
-
Der
dritte Leiterbahnabschnitt verbessert durch eine Reihenschaltung
zweier kapazitiver Kopplungen 657, 658 die Kompensation
zwischen den Signalleiter 605 und 606.
-
- 1
- Buchse
- 2
- Anschlussklemme
- 3
- Leiterplatte
- 10
- Steckverbindersystem
- 200
- Steckverbindersystem
- 201–208
- Signalleiter
- 210
- Buchsenabschnitt
- 211–213
- Überkreuzungsstelle
- 220
- Leiterplattenabschnitt
- 221–227
- kapazitive
Kopplung
- 232–237
- kapazitive
Kopplung
- 228
- induktive
Kopplung
- 229
- induktive
Kopplung
- 230
- Überkreuzungsstelle
- 231
- Überkreuzungsstelle
- 240
- Anschlussklemme
- 300
- Steckverbindersystem
- 301–308
- Signalleiter
- 310
- Buchsenabschnitt
- 311–313
- Überkreuzungsstelle
- 320
- Leiterplattenabschnitt
- 321–327
- kapazitive
Kopplung
- 332–337
- kapazitive
Kopplung
- 328
- induktive
Kopplung
- 329
- induktive
Kopplung
- 330
- Überkreuzungsstelle
- 331
- Überkreuzungsstelle
- 340
- Anschlussklemme
- 350
- Potentialring
- 351
- induktive
Kopplung
- 352
- kapazitive
Kopplung
- 353
- kapazitive
Kopplung
- 400
- Leiterplatte
- 401–408
- Kontaktpunkt
- 411–418
- Kontaktpunkt
- 421–428
- Signalleiter
- 431–436
- Koppelfläche
- 437
- frei
floatender Leiterabschnitt
- 438–445
- Koppelfläche
- 446
- senkrechter
Leiterabschnitt
- 447
- senkrechter
Leiterabschnitt
- 448
- Leiterabschnitt
- 449
- Leiterabschnitt
- 450–467
- Koppelfläche
- 510
- durchgezogene
Kurve
- 520
- gepunktete
Kurve
- 530
- strichlierte
Kurve
- 600
- Steckverbindersystem
- 601–608
- Signalleiter
- 610
- Buchsenabschnitt
- 611–613
- Überkreuzungsstelle
- 620
- Leiterplattenabschnitt
- 621–627
- kapazitive
Kopplung
- 632–637
- kapazitive
Kopplung
- 628
- induktive
Kopplung
- 629
- induktive
Kopplung
- 630
- Überkreuzungsstelle
- 631
- Überkreuzungsstelle
- 640
- Anschlussklemme
- 651
- kapazitive
Kopplung
- 652
- induktive
Kopplung
- 653
- kapazitive
Kopplung
- 654
- kapazitive
Kopplung
- 655
- induktive
Kopplung
- 656–658
- kapazitive
Kopplung
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