DE3883643T2 - Flachkabelverbinder. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft einen elektrischen Verbinder für Flachkabel nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Insbesondere betrifft die Erfindung Verbinder mit kleinsten Abständen zwischen Leitern, wobei abwechselnde Leiter als Signalleiter und Masseleiter verwendet werden, um auf diese Weise Kabel mit höherer Dichte für elektronische Hochgeschwindigkeitssignale zu ermöglichen. Masseleiter sind mit dem Gehäuse des Verbinders verbunden.
• Die Miniaturisierung in der elektronischen Industrie hat zusätzlich zu der Erhöhung der Anzahl von Elementen, die sich auf einem Schaltungs-Chip unterbringen lassen, den Bedarf an Verbindungsmethoden geschaffen, welche ebenfalls miniaturisiert sind. Zusätzlich zu der Miniaturisierung und der erhöhten Menge von miteinander zu verbindenden Elementen erfordern Schaltungen mit höheren Geschwindigkeiten verbesserte elektrische Eigenschaften der Verbindungsmittel. Um diesem Bedarf gerecht zu werden, wurden mit Präzision beabstandete Leiter in Flachkabeln und miniaturisierte Koaxialkabel entwickelt. Ein Verbinder ist in der einfachsten Form ein Bauelement, welches dazu dient, eine rasche, effiziente Verbindungs-Löse-Handhabung für elektrische Draht- und Kabelanschlüsse zu schaffen.
• Verbesserungen zur Erzielung qualitativ höherstehender Kabel für elektronische Einrichtungen mit höherer Geschwindigkeit konzentrierten sich auf Koaxialkabel, bei denen der Abstand zwischen den Leitern von (0,1 Zoll) 0,25 cm auf etwa (0,05 Zoll) 0,13 cm reduziert wurde. Die derzeitige Technologie liefert Koaxialkabel mit individueller Masse für jeden einzelnen Signalleiter, der im allgemeinen so abgeschlossen ist, daß durchgehend durch den Verbinder die Abschirmung intakt gehalten wird.
• Nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 offenbart die FR-A 2 066 671 einen elektrischen Verbinder für Flachkabel, bei dem zwei Reihen von Leitern vorgesehen sind, von denen die obere Reihe Signalleiter umfaßt und die andere Reihe Masseleiter enthält. Die Buchsenanordnung enthält mehrere Blattfederkontaktelemente, und jede Buchse besteht aus zwei Blattfedern, von denen die eine mit einem Signalleiter und die andere mit einem Masseleiter verbunden ist. Die Enden der Blattfedern weisen von dem Flachkabel weg und sind derart geformt, daß sie zwischen sich einen Kontaktstift aufnehmen können.
• Die US-A 4 662 700 offenbart einen elektrischen Verbinder für Flachkabel, bei dem eine Buchsenanordnung ein Feld aus Signalkontaktbuchsen und eine Stützhülse für den Abschluß mit einem Bandkabel aufweist. Eine Kabelabschirmung und ein Gehäuse befinden sich auf der Rückseite der Stützhülse. Zwischen den Masseleitern des Kabels und der Hülse befindet sich keine Masseverbindung.
• Die GB-A 2 098 412 offenbart einen Stecker mit einer elektrisch leitenden Hülse, einem Isolierkörper, Stiften und Streifen aus elastischem elektrisch leitendem Material mit Montageabschnitten und einem Kontaktabschnitt. Wenn die zugehörige Buchse mit dem Stecker gekoppelt wird, wird ein Kontaktgabeabschnitt gegen die Hülsenwand gedrückt und liefert eine elektrische Verbindung zwischen der Hülse und einer leitenden Hülse der Buchse, um auf diese Weise die gewunschte HF-Abschirmung zu erreichen.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Verbinder für Flachkabel anzugeben, bei dem eine große Anzahl von Signalkontakten vorgesehen ist, die innerhalb einer begrenzten Zone verwendbar sind, ohne daß die elektrische Eigenschaft beeinträchtigt wird.
• Bei einem elektrischen Verbinder für Flachkabel der oben genannten Art wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
• Ein wichtiges Merkmal der Erfindung liegt in dem Umstand, daß die Signalleiter des Kabels mit Signalkontaktstiften der Buchsenanordnung (diese ist im Handel erhältlich) befestigt sind, während die Masseleiter des Kabels von dem Kabel weggebogen und an der erdenden Hülse befestigt sind.
• Die Erfindung wird speziell beschrieben anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen. Es zeigen:
• Fig. 1 eine auseinandergezogene Darstellung eines Flachkabelverbinders gemäß der Erfindung;
• Fig. 2 die Vorderseite einer Buchsenanordnung, die Teil des Verbinders nach Fig. 1 ist;
• Fig. 3 eine Seitenansicht eines Signalleiters, der an einem Signalkontaktstift des Verbinders angebracht ist,
• Fig. 4 eine perspektivische Ansicht der festen Verbinderhälfte und der beweglichen Verbinderhälfte des Verbinders;
• Fig. 5a eine Seitenansicht der festen Verbinderhälfte mit einem einzelnen federelastischen Finger;
• Fig. 5b eine Seitenansicht der festen Verbinderhälfte mit zwei federelastischen Fingern;
• Fig. 6 eine Querschnittansicht der passenden Kontakte des Verbinders, zusammengefügt in den Buchsen der beweglichen Verbinderhälfte;
• Fig. 7 Datenaufzeichnungen von Übersprechen und
• Fig. 8 eine Reflektometerspur im Zeitbereich.
• Die Erfindung betrifft Draht- und Kabelverbinderanordnungen, die vorab festgelegte regelmäßige Abstandsausbildungen und eine Erdungsleiterbefestigung mit Gehäusehülsen aufweisen, um dadurch die Verwendung von Kabeln hoher Dichte für Hochgeschwindigkeits-Elektronikeinrichtungen zu ermöglichen. Die Abstandsanordnungen gestatten eine Miniaturisierung und die Möglichkeit, die Anzahl von miteinander zu verbindenen Elementen heraufzusetzen, ohne die elektrischen Eigenschaften zu beeinträchtigen.
• Die im folgenden zu beschreibenden Ausführungsformen der Erfindung sind speziell ausgelegt zur Verwendung bei einem Flachbandkabel 10, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, und das mehrere Leiter in seitlicher paralleler Anordnung zueinander aufweist, wobei abwechselnde Leiter als Signalleiter 14 und als Masseleiter 12 dienen.
• Die Verbinder nach dieser Ausführungsform bestehen aus zwei Hälften, von denen eine als bewegliche Verbinderhälfte 1 und die andere als entweder die ortsfeste Hälfte des Verbinders oder der Kopfteil 1 identifiziert wird.
• Die bewegliche Verbinderhälfte 1 besteht weiterhin aus einer Buchsenanordnung 2, Erdungshülsen 16 und 18 und einem Flachbandkabel 10, welches mit der Buchsenanordnung 20 und der Hülse 16 in einer im folgenden zu beschreibenden, vorab angeordneten Abstandskonfiguration befestigt ist. Das Flachbandkabel 10 besteht aus mehreren isolierten Signalleitern 14, die derart positioniert sind, daß mindestens ein Masseleiter 12 zwischen zwei benachbarten Signalleitern 14 liegt.
• Um das Ende des Bandkabels für den Anschluß an die bewegliche Hälfte 1 vorzubereiten, wird die Isolierung abgestreift, es werden abwechselnde Signalleiter 14 in eine Richtung in eine versetzte Lage für den Eingriff mit Kontaktstiften einer Reihe gebogen, und dazwischenliegende Signalleiter 14 werden in die entgegengesetzte Richtung in eine versetzte Position für den Eingriff mit den Kontaktstiften einer zweiten Reihe, die von der ersten Reihe parallel beabstandet ist, gebogen.
• Die Masseleiter 12, die zwischen den Signalleitern 14 liegen, sind entlang dem Kabel zurückgefaltet, und die Enden der Masseleiter sind von dem Kabel nach außen weggebogen, vorzugsweise sämtlich auf einer Seite des Kabels.
• In einem bevorzugten Kabel befinden sich sämtliche Leiter des Kabels 10 auf (0,0125 Zoll) 0,032 cm beabstandeten Mittellinie. Die Signalleiter 14 haben daher in ihrer zusammengebauten Anordnung mindestens einen Abstand von (0,025 Zoll) 0,064 cm zwischen sich.
• Die Buchsenanordnung 2 ist im Handel erhältlich von E.I. DuPont Nemours, Inc., AMP, Inc. oder ITT Cannon. Die Buchsenanordnung 2 umfaßt ein Kunststoffgehäuse 19 mit einer Vorderseite 4 und einer Rückseite 6. Ein Feld von leitenden Buchsen 20, das in dem Gehäuse 19 festgelegt ist, ist von der Vorderseite 4 her zugänglich, und aus der Rückseite 6 steht ein entsprechendes Feld von Signalkontaktstiften 8 ab, die jeweils einstückig mit einer Buchse 20 ausgebildet sind. Vorzugsweise besitzen die Signalkontaktstifte 8 zwischen sich und zwischen benachbarten Reihen von Stiften einen Abstand von (0,050 Zoll), 0,127 cm, was dem Abstand der oben diskutierten Signalleiter entspricht. In Fig. 2 zeigt die bevorzugte Ausgestaltung der Abstand, wie sie durch den Buchstaben "A" gekennzeichnet ist.
• Fig. 3 zeigt die Signalleiter 14 an den Signalkontaktstiften 8 angebracht, vorzugsweise durch Löten. Sie können auch durch einen mit Metall gefüllten Klebstoff oder durch andere Materialien angebracht werden, so daß die elektrische Leitfähigkeit und die mechanische Festigkeit beibehalten werden.
• Der Isolierüberzug der Leiter des Flachbandkabels 10 ist minimiert und wird vorzugsweise bei einer Dicke von annähernd (0,01 Zoll) 0,025 cm gehalten.
• Die nach außen gebogenen Masseleiter 12 des Bandkabels 10 sind direkt mit der oberen Hälfte 16 der Erdungshülse verbunden, welche die Zone der Befestigung zwischen der Buchsenanordnung 2 und dem Flachbandkabel 10 umgibt. Die Verwendung dieser Erdungsstruktur gestattet die Verwendung der Buchsen 20 lediglich für die Signalleiter 14, wodurch die Gesamt-Signalkapazität des Verbinders heraufgesetzt wird. Ein zusätzliches Merkmal dieses Aufbaus besteht in der verbesserten elektrischen Signalübertragung.
• Die Masseleiter 12 werden vorzugsweise mit der Erdungshülse 16 durch Löten verbunden. Andere Mittel zum Befestigen der Masseleiter 12 an der Erdungshülse 16 umfassen die Punktschweißung und den Einsatz von leitendem Klebstoff, beispielsweise metallgefülltem Epoxy.
• Eine untere Erdungshülse 18 deckt die obere Hälfte des beweglichen Verbinders 1 ab und schließt somit die Signalleiter 14 und die Kontaktstifte 8 ein und schafft eine verbesserte Zugentlastung für den Verbinder. Beide Erdungshülsen 16 und 18 sind aus einem dünnen Metallblech gebildet und derart ausgelegt, daß sie eng um die Buchsenanordnung 2 anliegen und den Bereich des Flachbandkabels 10 abschließen, wie in Fig. 1 dargestellt ist. Die Erdungshülsen 16 und 18 können entweder satt zusammenpassen oder Enden besitzen, die einander überlappen, um eine Trennung der Hülsen zu vermeiden und die elektrische Kontinuität zwischen den beiden Hülsen zu gewährleisten. Andere Mittel zum Befestigen der Hülse aneinander umfassen den Einsatz eines Klebstoffes. Der durch die Hülsen gebildete Einschluß kann wahlweise mit einem Material verfüllt werden, beispielsweise Kunststoff, um einen Schutz gegenüber der Umwelt zu erreichen.
• Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht des beweglichen Verbinderteiles 1 im vollständig zusammengebauten Zustand und des ortsfesten Verbinderteils 3. Die untere Erdungshülse 18 trifft sich mit der oberen Hülse 16 derart, daß die Buchsenanordnung 2 und die Zone des Flachbandkabels, welche die Leiter-Kontakt-Verbindung enthält, vollständig umgibt Fig. 3 zeigt außerdem die Buchsen 20 der Buchsenanordnung 2, die verwendet werden, um zu den passenden Kontakten 32 des Kopfteils 3 zu passen.
• Fig. 1 zeigt außerdem die auseinandergezogene Darstellung der festen Hälfte des Verbinders, die auch als der Kopfteil 3 bezeichnet wird. Der Kopfteil 3 umfaßt ein Isoliergehäuse 30, in welchem ein Feld von zwei parallelen Reihen von Paßkontakten 32 angeordnet ist. Die Paßkontakte 32 sind so beabstandet, daß sie in die Buchsen 20 des beweglichen Verbinderteils 1 passen, wenn der Verbinder vollständig zusammengefügt ist.
• Fig. 1 und 6 zeigen eine Reihe von federelastischen Fingern 34, die in dem Isoliergehäuse 30 enthalten sind und oberhalb des Feldes der Paßkontakte 32 liegen. Die einzelne Reihe von federelastischen Fingern 34 und das Feld von Paßkontakten 32 sind vorzugsweise so angeordnet, daß zwischen jeder Reihe ein Abstand von 50 Millizoll bleibt. Die federelastischen Finger haben den Zweck, mit den Erdungshülsen 16 und 18 elektrisch und mechanisch in Kontakt zu stehen. Fig. 5a zeigt eine Querschnittansicht eines einzelnen federelastischen Fingers 34 (Teil einer Reihe der federelastischen Finger), die oberhalb der Paßkontakte 32 innerhalb des Gehäuses 30 dargestellt sind.
• Das Isoliergehäuse 30 nach Fig. 1 und 3 ist vorzugsweise aus einem thermoplastischen Material gebildet und besitzt eine Gesamtbreite von annahernd (0,2 Zoll) 0,5 cm.
• Kombiniert mit dem bevorzugten Abstand von (0,050 Zoll), 0,127 cm für jede der zwei Signalkontaktreihen wird eine Kapazität von vierzig Signalpositionen pro (Zoll) 2,54 cm erreicht. Dadurch erhält man eine Kabelanordnung mit zweihundert Signalkontakten für jeweils (1 Quadratzoll) 6,45 cm² Fläche, die auf dem Substrat belegt wird, an welchen die ortsfeste Hälfte 3 des Verbinders gelagert ist.
• Eine alternative Ausführungsform der eine Reihe bildenden federelastischen Finger 34 sieht eine zweite Reihe federelastischer Finger 36 ebenfalls innerhalb des Isolierstoffgehäuses 3 vor, wobei letztere unterhalb des Feldes der Paßkontakte angeordnet sind, die aus Fig. 5b hervorgeht. Es können auch andere Ausgestaltungen gewählt werden, bei denen der Abstand möglicherweise nicht kritisch ist.
• Fig. 6 ist eine Querschnittansicht des zugehörigen Verbindungsteils des Kopfteils 3 und der beweglichen Verbinderhälfte 1, wobei die Paßkontakte 32 des Kopfteils 3 in die Buchsen 20 der beweglichen Verbinderhälfte passen, wodurch der elektrische Kontakt mit den Kontaktstiften 8 hergestellt wird.
• Das folgende Beispiels wird für einen Verbinder und dessen Verwendungsmöglichkeit angegeben. Es soll lediglich beispielhaften Charakter haben und den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung keineswegs beschränken.
Beispiel 1
• Es wurde ein Verbinder gemäß der Erfindung unter Verwendung eines Kabels hergestellt, welches Leiter mit Durchmessern von (0,008 Zoll) 0,02 cm besaß. Es gab vierzig Signalleiter, einundvierzig Masseleiter in dem Kabel, wobei jeder Signalleiter zwischen zwei Masseleitern gelegen war. Der Leiterabstand betrug (0,0125 Zoll) 0,032 cm von Mitte zu Mitte. Die vierzig Signalleiter waren abgeschlossen mit vierzig Signalkontakten. Die vierzig Signalkontakte wurden dann mit vierzig passenden Buchsenkontakten verbunden, um so insgesamt etwa zweihundert Signalkontakte pro ( 1 Quadratzoll ), 6,45 cm² als festen Verbinderteil zu schaffen, dessen Abmessungen etwa (0,2 Zoll) 0,5 cm mal (1,0 Zoll) 2,54 cm betrugen. Neun federelastische Finger dienten zum Verbinden mit den Masseleitern.
• Diese Verbinderanordnung wurde dadurch geprüft, daß zunächst ein Signal mit einer Anstiegszeit von 150 Pikosekunden durch das System geführt wurde. Die Diskontinuität an der Verbinder-Schnittstelle betrug annähernd 150 Milliroh. Eine zweite elektrische Prüfung für denselben Verbinder wurde dadurch vorgenommen, daß ein Signal mit einer Anstiegszeit von 0,25 Nanosekunden durch die gesamte Anordnung gesendet wurde. Dieses Signal hatte einen Pegel von 250 Millivolt. Eine Signalleitung wurde getrieben, während die benachbarte Leitung bezüglich Nebensprechen abgehört wurde, wobei die Messung des Nebensprechend am nahen Ende etwa 12 Millivolt und die Messung des Nebensprechend am fernen Ende etwa 10 Millivolt betrug. Fig. 7 zeigt die Ergebnisse des Übersprechens am nahen und am fernen Ende. Fig. 8 zeigt die Reflektometerspuren im Zeitbereich.

Claims (10)

1. Elektrischer Verbinder für Flachkabel (10) mit mehreren Signal- und Masseleitern (14, 12), umfassend:

(a) ein bewegliches Verbinderteil (1), beinhaltend eine Buchsenanordnung (2) mit einer Vorder- und Rückseite (4, 6), die mindestens eine Reihe beabstandeter Signalkontaktbuchsen (20), die von der Vorderseite (4) her zugänglich sind, und ein entsprechendes Feld von Signalkontaktstiften (8) aufweisen, die sich von den Buchsen (20) aus nach hinten erstrecken, wobei die Signalleiter (14) und Masseleiter (12) eine solche Beabstandung aufweisen, daß die Signalleiter (14) jeweils an den Buchsen (20) durch Eingriff mit den zugehörigen Signalkontaktstiften (8) befestigt sind;

(b) gekennzeichnet durch eine obere und eine untere leitende Hülse (16, 18), an mindestens einer von denen die Masseleiter (12) befestigt sind, die von dem Kabel (10) weggebogen sind, wobei sich die Hülsen (16, 18) um den beweglichen Verbinder (1) herum erstrecken, und

(c) ein zweites Verbinderteil (3) mit einem isolierten Gehäuse (30), welches ein Feld von passenden Kontakten (32) und mindestens einer Reihe von federelastischen Fingern (34) aufweist, wobei das zweite Verbinderteil (3) mit dem beweglichen Verbinderteil (1) dadurch in Eingriff gebracht wird, daß die passenden Kontakte (32) in die Buchsen (20) eingebracht und die eine Hülse (16) mit den federelastischen Fingern (34) in Eingriff gebracht wird.

2. Elektrischer Verbinder nach Anspruch 1, bei dem ein Masseleiter (12) benachbart zu jedem Signalleiter (14) angeordnet ist.

3. Elektrischer Verbinder nach Anspruch 1, bei dem die Masseleiter (12) an der einen Hülse (16) durch Löten oder durch ein elektrisch leitendes Klebemittel befestigt sind.

4. Elektrischer Verbinder nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Signalleiter (14) an den Signalkontakten (8) durch Löten oder durch ein elektrisch leitendes Klebemittel befestigt sind.

5. Elektrischer Verbinder nach Anspruch 1, bei dem der zweite Verbinder (30) eine zweite Reihe von federelastischen Fingern (36) besitzt, die mit der anderen der Hülsen (18) in Eingriff bringbar sind.

6. Elektrischer Verbinder nach Anspruch 1, bei dem der Raum zwischen den das bewegliche Verbinderteil (1) einschließenden Hülsen (16, 18) mit einem Material gefüllt ist, um einen Schutz gegenüber der Umgebung zu schaffen.

7. Elektrischer Verbinder nach Anspruch 6, bei dem das zwischen die Hülsen eingefüllte Material Kunststoff ist.

8. Elektrischer Verbinder nach Anspruch 1, bei dem die Buchsenanordnung (2) zwei parallel beabstandete Reihen regelmäßig beabstandeter Buchsen (20) umfaßt.

9. Elektrischer Verbinder nach Anspruch 8, bei dem der Abstand zwischen den Buchsen (20) etwa (0,05 Zoll) 0,127 cm sowohl in den Reihen als auch zwischen den Reihen beträgt.

10. Elektrischer Verbinder nach Anspruch 9, bei dem die Gesamtabmessungen des zweiten Verbinderteils (3) etwa (0,2 Zoll) 0,5 cm mal (1,0 Zoll) 2,45 cm betragen.