JP4578522B2 - 低インダクタンスシールドコネクタ - Google Patents

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Description

本発明は、電気コネクタに関し、特に、電気信号伝送ケーブルをプリント回路基板に取り付けるための低インダクタンス高速電気コネクタに関する。
高周波信号および大きな電流を伝える導体は、高周波信号および大きな電流を伝えている他の導体の近傍に配置されると干渉およびクロストークを受ける。この干渉およびクロストークは、信号の劣化および信号受信時のエラーを生じさせる。シールドケーブルは、信号を送信点から受信点まで伝えるために利用することができ、あるシールドケーブルまたは同軸ケーブルで伝えられている信号が、近傍にある別のシールドケーブルまたは同軸ケーブルで伝えられている信号に干渉する危険性を低減する。しかし、プリント回路基板への接続等の接続点で、多くの場合に信号のシールドが失われ、それによって信号間の干渉およびクロストークが発生する。個々のシールド配線およびケーブルを使用することは、多くの場合、多数の接続を非常に小さなスペースで行う必要性から接続点では望ましくない。こういった状況では、シールド導電路を含む二部高速電気コネクタ(two-part high-speed electrical connectors)が使用される。
シールド導電路を含む高速電気コネクタでは、コネクタ内の各信号線に安定したインピーダンス特性を提供することが望ましい。不安定なインピーダンス特性は送信信号に望ましくない歪みを生じさせ、安定したインピーダンス特性は、周波数が高くなるにつれ、かつ電流が増えるにつれてその重要度を増す。不安定なインピーダンス特性は、たとえば、信号線に連結された接地路が故障していること、または2本の信号線間の接地路が不十分であることによって生じる。高周波信号および大きな電流の遮蔽信頼性を高めた高速電気コネクタが必要とされる。
本明細書に記載する発明は、電気信号伝送ケーブルをプリント回路基板に取り付けるための高速電気コネクタを提供する。本発明による一実施形態では、コネクタは、ケーブルの第1の信号線に電気的に接続するように構成された第1の端子、およびケーブルの第2の信号線に電気的に接続するように構成された第2の端子を備える。電気的絶縁性内部筐体が、第1および第2の端子を互いに電気的に絶縁した状態に保つように構成され、その中に第1の相手方接地接触子(first mating ground contact)を受けるためのキャビティも含む。導電性外部筐体は、内部筐体、第1の端子、および第2の端子を受けるとともに、ケーブルのシールドと電気的に結合する。外部筐体は、内部筐体のキャビティで受ける第1の相手方接地接触子と電気的に結合するための接点を含む。
本発明による別の実施形態では、電気ソケットコネクタが、ヘッダコネクタと係合するように構成された絶縁性キャリアを備える。キャリア内には、対応するケーブルを終端させる少なくとも1つのケーブルコネクタが位置決めされる。各ケーブルコネクタは、対応するケーブルのシールドに電気的に接続された導電性外部筐体を備える。外部筐体は、第1および第2の導電性端子を互いに、かつ外部筐体から電気的に絶縁した状態に保つ絶縁性内部筐体を内部に有する。端子の一端は、対応するケーブルの信号線に接続される。内部筐体は、シールドブレードを第1の端子と第2の端子との間で受けるように構成される。外部筐体は、第1の端子と第2の端子との間で受けたシールドブレードと電気的に結合するための第1の接点、外部筐体の外面にある第2のシールドブレードと電気的に結合するための第2の接点、および外部筐体の外面にある第3のシールドブレードと電気的に結合するための第3の接点を含む。
本発明による別の実施形態では、電気コネクタシステムが、複数の信号ピンおよび複数のシールドブレードがそこから突出したヘッダ本体を有するヘッダコネクタを備える。電気的絶縁性キャリアを備えたソケットコネクタが、ヘッダ本体と係合するように構成される。キャリアは、複数の電気ケーブルコネクタを収容する。複数のケーブルコネクタはそれぞれ、電気的絶縁性内部筐体を収容した導電性外部筐体を備える。内部筐体は、少なくとも1つの導電性端子を外部筐体から電気的に絶縁させた状態に保つ。内部筐体は、ヘッダコネクタの複数のシールドブレードのうちの1つを受けるキャビティを含み、外部筐体は、シールドブレードと電気的に結合するための接点を含む。
本発明による別の実施形態では、電気コネクタアセンブリが、少なくとも1つの信号線を有する少なくとも1つの電気信号伝送ケーブルを備える。絶縁性キャリアを備えたソケットコネクタが、少なくとも1つのケーブルコネクタを収容する。少なくとも1つのケーブルコネクタは、内部に絶縁性内部筐体を有する導電性外部筐体を含む。内部筐体は、第1の導電性端子が外部筐体から電気的に絶縁された状態に保つ。第1の端子の一端は、少なくとも1つのケーブルの第1の信号線に接続され、他端に第1の接点を有する。内部筐体は、その中にシールドブレードを受けるキャビティを含み、外部筐体は、内部筐体に収容されるシールドブレードと電気的に結合するための第1の接点を含む。
以下の好ましい実施形態の詳細な説明では、本発明の一部をなし、本発明を実施することができる特定の実施形態を例として示す添付図面を参照する。他の実施形態を利用することも可能であり、構造的または論理的な変更を、本発明の範囲から逸脱することなく行うことが可能なことを理解されたい。したがって、以下の詳細な説明は限定の意味で解釈されるべきではなく、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によって規定される。
図1、図2、および図3は、本発明による低インダクタンスシールドコネクタと併せて使用されるヘッダコネクタ100を示す。ヘッダコネクタ100は、プリント回路基板30に取り付けられ、相手方ソケットコネクタ200(図4に示す)に接続するように構成される。ヘッダコネクタ100は、ヘッダ本体102、複数の信号ピン104、およびその中に複数のシールドブレード106が形成された材料の連続ストリップを含む。ヘッダ本体102は、垂直前壁110ならびに上部および下部において横方向に延在し、ヘッダ本体102から垂直に突出する水平壁112および114を含むように形成される。前壁110は、複数の第1の信号ピン受け開口部116および複数の第2のシールドブレード受け開口部118を含むように形成され、これらはすべて前壁110の内面122と外面124との間に延在する。複数の第2のシールドブレード受け開口部118は、略直角の断面を有するように形成される。開口部116、118は、内面122および外面124のうちの一方または両方に面取りした入口を備えて、ピン104およびシールドブレード106の挿入を助けることができる。
複数の信号ピン104は、ヘッダコネクタ100の複数の第1の信号ピン受け開口部116に挿入されて信号ピン104のアレイを形成するように構成され、信号ピン104は、相手方ソケットコネクタ200(図6に示す)がヘッドコネクタ100に挿入されるときに、相手方ソケットコネクタ200の信号ピン挿入窓250のアレイに収容されるように構成される。各信号ピン104は、ヘッダコネクタ100の前壁110を超えて延在する第1の端部152、および第1の端部152から離れ、プリント回路基板30の開口部32に挿入するように構成される第2の端部154を含む。
複数のシールドブレード106はそれぞれ、複数の第2の、略直角のシールドブレード受け開口部118に挿入されるように構成される略直角シールド部128を含むように構成される。複数のシールドブレード106のそれぞれの略直角シールド部128は、略垂直になった第1の脚部130および第2の脚部132を含む。各シールドブレード106は第1の端部162を含む。好ましくは、略直角シールド部128は、前壁の内面122まで延在する。ヘッダ本体102に挿入されると、シールドブレード106の第1の端部162は、信号ピン104に隣接して、ヘッダコネクタ100の前壁110の内面122の平面を超えて延在する。シールドブレード106の各ストリップは、少なくとも1つのシールドテール148も含む。シールドテール148の数は、シールドブレード106の数と同じであっても異なってもよい。各シールドテール148の第2の端部164は第1の端部162から離れ、信号ピン104の第2の端部154に隣接してプリント回路基板30の穴34に挿入されるように構成される。一実施形態では、シールドブレード106のテール148は、プリント回路基板30内の接地板40に電気的に接続される。好ましい実施形態では、シールドブレード106は共通に接地される。代替の実施形態では、シールドブレードは共通に接地されない。別の代替の実施形態では、少なくとも1つの信号ピン104が接地板40に電気的に接続され、接地板を介して少なくともシールドブレード106と共通に接地される。
図3に示すように、第1の信号ピン受け開口部116および第2のシールドブレード受け開口部118は、シールドブレード106の略直角シールド部128が、信号ピン104を実質的に囲って複数の信号ピン104のそれぞれの周囲に同軸シールドを形成するように、ヘッダ本体102の前壁110に対称に配置される。複数の第2の、略直角のシールドブレード受け開口部118はそれぞれ、第1および第2の狭スロート部140および142により第1および第2の端部136および138に結合された中央部134を含む。第1および第2の狭スロート部140および142は、シールドブレード106の第1および第2の脚部130および132に摩擦係合して、シールドブレード106を定位置に保持するような寸法を有する。複数の第2の略直角開口部118のそれぞれの中央部134、第1の端部136、および第2の端部138は、シールドブレード106の略直角シールド部128を囲むエアギャップ144を提供するように形成される。エアギャップ144の幾何学的形状および寸法、直角シールド部128の幾何学的形状、寸法、および材料、ならびに、エアギャップ144を囲むヘッダ本体102の幾何学的形状、寸法、および材料は、指定されたインピーダンス(たとえば、50オーム)に合うようにヘッダコネクタ100を調整するように構成される。直角シールドブレード106の構成は、材料の使用量を節減する様式で連続ストリップにて大量生産するのに適している。
複数の信号ピン104はそれぞれピンテール146を含み、シールドブレード106の各ストリップは少なくとも1つのシールドテール148を含む。シールドテール148の数は、シールドブレード106の数と同じであっても異なってもよい。好ましい実施形態では、シールドブレード106の各ストリップは、2つのシールドブレード106毎に1つずつ、複数のシールドテール148を有し、この場合、シールドテール148は互い違いに、シールドブレード106のストリップに沿って1つ置きのシールドブレード106に位置合わせされる。代替の実施形態では、シールドテール148がシールドブレード106のストリップの長さに沿って均等にまたは非均等に離間された状態で、他の比のシールドテール148対シールドブレード106を設けてもよい。シールドブレード106上に互い違いになったシールドテール148を有する実施形態は、プリント回路基板上のヘッダコネクタ100を背面装着する際に特に有用であり、これは、互い違いになったシールドテール148により、対向したヘッダコネクタ100のシールドテール148間に邪魔がない状態でヘッダコネクタ100同士を背面装着できるためである。好ましい実施形態では、ピンテール146およびシールドテール148は、背面装着されたヘッダコネクタを互いに直交するように取り付けることができるように等間隔の行列に位置決めされる。信号ピン104およびシールドブレード106がヘッダ本体102の前壁110に挿入されると、ピンテール146およびシールドテール148は、前壁110の外面124から外側に向けて延在する。ヘッダ100のピンテール146およびシールドテール148は、プリント回路基板30の穴32、34に圧入させるか、または穴32、34にハンダ付けすることができる。別法として、ピンテール146およびシールドテール148は代わりにプリント回路基板30に表面実装してもよい。
ソケットコネクタ200の一実施形態を、ソケットコネクタ200がヘッダ100と嵌合した状態で図4に示す。ソケットコネクタ200は、ヘッダ本体102と嵌合するように構成される絶縁性キャリア210を備える。図6および図7に最もよく見られるように、絶縁性キャリア210は、前壁212および横方向に延在し、絶縁性キャリア210から垂直に突出した4つの側壁214a、214b、214c、214dを含む。前壁212および側壁214a、214b、214c、214dは、キャリア210の内部216を画定する。本発明による一実施形態では、ヘッダ100およびソケットコネクタ200は、業界規格IEC61076−4−101に従って構成される。各実施形態では、少なくとも1つ、通常は複数の個々に交換可能なケーブルコネクタ220が、キャリア210の内部に配置され、各ケーブルコネクタ220は対応する信号伝送ケーブル270を終端する。ケーブル270は、たとえば同軸ケーブルまたは二軸ケーブルであってよい。性能向上のために、ケーブルは好ましくはシールドケーブルである。しかし、ケーブルコネクタ220はシールドの付いていないケーブル270との併用にも適している。
図5aおよび図5bにおいて最もよく見られるように、ケーブルコネクタ220はそれぞれ、導電性外部筐体222を含む。シールドケーブルと使用する場合、導電性外部筐体222は、外部筐体222のハンダ穴224を使用して外部筐体222をケーブルのシールドブレードにハンダ付けすることなどにより、対応するケーブル270のシールド272に電気的に接続される。外部筐体は、第1の導電性端子228および第2の導電性端子230を互いに、かつ外部筐体222から電気的に絶縁された状態に保つように構成される絶縁性内部筐体226を収容する。図示の実施形態は第1および第2の導電性端子228、230のみを含むが、本発明から逸脱することなく追加の導電性端子を含めてもよいことが理解されるであろう。たとえば、他の実施形態では、各ケーブルコネクタは3、4、5、または6以上の導電性端子を含み得る。別法として、絶縁性キャリア210に収容されるケーブルコネクタ220は異なる数の導電性端子を有してよい。各端子228、230は、第1の端部232(コネクタ220の隣接する前端すなわち係合端)に構成されて、ヘッダ100の信号ピン104と電気的に接続する。第1の端部232は、ビーム、バンプ、ディンプルまたは他の弾性的に屈折可能な構造を含む、ピン104に接続する任意適当な様式で構成することができる。各端子228、230が、第2の端部234(第1の端部232に対向し、コネクタ220の後端付近にある)に構成されて、対応するケーブル270の導体235と電気的に接続する。第2の端部234は、ハンダ付けまたはクリンプ加工等によってケーブル270の導体235に接続するように任意適当な様式で構成することができる。対応するケーブル270の導体は、特定の用途に応じて信号線または接地線であってよい。図5aおよび図5bに示す実施形態では、端子228、230は、ケーブル270の信号線235に接続された後、内部筐体226に挿入され、内部筐体226は、内部筐体226および外部筐体222のそれぞれが、内部筐体226の突起236と外部筐体222の穴237との相互作用によってスナップ嵌め係合して固定されるまで外部筐体222の後端に摺動して挿入される。
内部筐体226は、ケーブルコネクタ220の前端に隣接して開口部238を含む。開口部238は、ヘッダ100のシールドブレード106を第1の端子228と第2の端子230との間で受けるように構成される。導電性外部筐体222は、第1の端子228と第2の端子230との間の開口部238で受けたシールドブレード106と電気的に結合するための第1の接点240を含む。他の実施形態では、外部筐体222は、ヘッダ100の別のシールドブレード106と電気的に結合するための、外部筐体222の外面244にある少なくとも1つの接点242を含む。図6に示す実施形態では、ヘッダ100の第2および第3のシールドブレード106と電気的に結合するための第2の接点242aおよび第3の接点242bが、外部筐体222の外面244に設けられる。好ましくは、外部筐体222の外面244にある接点242a、242bは、外部筐体222の最外周からわずかに窪み、直接隣接したケーブルコネクタ220同士の間にシールドブレード106のためのスペースを提供する。外部筐体222の接点は、ビーム、バンプ、ディンプル、または他の弾性的に屈折可能な構造を含む任意適当な設計のものであってよい。3つ以上の端子を有する代替の実施形態では、接地ブレード106を受けるための開口部238がすべての隣接端子間に設けられるように、内部筐体226に追加の開口部238が設けられる。たとえば、3つの端子を有するケーブルコネクタは2つの開口部を有することになり、4つの端子を有するケーブルコネクタは3つの開口部を有することになり、以下同様である。
個々のケーブルコネクタ220は、図6および図7に最もよく示されるように、絶縁性キャリア210の内部216内に位置決めされて保持される。キャリア210の前壁212は、複数の信号ピン受け開口部250および複数のシールドブレード受け開口部252を含むように形成され、これら開口部250および252はすべて、前壁212の外面254と内面256との間に延在する。開口部250、252は、ケーブルコネクタ220がキャリア210に位置決めされたときに、ケーブルコネクタ220の端子228、230および接地端子242、242a、242bの位置に対応するように位置決めされる。複数の信号ピン受け開口部250は略円形の断面を有するように構成され、その一方で複数のシールドブレード受け開口部252は略矩形の断面を有するように形成される。開口部250、252は、相手方の信号ピンおよびシールドブレード106の断面形状に応じて他の断面形を有してよい。開口部250、252は、ピン104およびシールドブレード106の挿入を助けるために外面254に面取りした入口を備えてよい。
位置決めポスト260が前壁212の内面256から延在し、位置決めポスト260は、個々のケーブルコネクタ220(図7に破線で示す)がキャリア210内に脱着自在に保持されるような形状を有するとともに互いに離間される。追加の位置決め機構262を1つまたは複数の側壁214a、214b、214c、214dの内面に設けて、ケーブルコネクタ220の位置決めおよび保持を支援してよい。すべてのケーブルコネクタ220は、キャリア210に装填された後、保持クリップ266によりキャリア210に固定される。保持クリップ266は、キャリア210の側壁214a、214bの開口部268を通して、ケーブルコネクタ220の挿入方向を横切る方向に挿入されて、ケーブルコネクタ220の背後に位置決めされる。保持クリップ266は好ましくは、弾性ラッチアーム等によりキャリア210に着脱自在に固定され、したがって必要であれば、1つまたは複数のケーブルコネクタ220の修理または交換のために保持クリップ266を取り外すことが可能である。
図4に示すように、キャリア210にはケーブルシュラウド269も係合することが好ましい。ケーブルシュラウド269は、ケーブル270がキャリア210から出るに際してケーブル270を保護しガイドする。一実施形態では、ケーブルシュラウド268は、ロープロファイル接続が提供されるようにケーブル270をソケットコネクタ200の係合方向に対して角度をなしてガイドする。あるロープロファイルシステムでは、ケーブルシュラウド269はケーブル270を直角に曲がるようにガイドし、ここで、曲げ半径はケーブル直径のおよそ10倍以下である。
ヘッダ100とソケット200が係合したときに生じる、個々のケーブルコネクタ220とヘッダ100の信号ピン104およびシールドブレード106との相互作用は、ケーブルコネクタ、信号ピン104、およびシールドブレード106のみが示される図8において最もよく見られる。図8において明確に見て取れるように、信号ピン104はケーブルコネクタ220内の端子228、230で受けられ、その一方でシールドブレード106は、各コネクタ220内の隣接する端子間の開口部238、および隣接するケーブルコネクタ220間の窪み領域で受けられる。隣接するケーブルコネクタ220間の窪み領域内のシールドブレード106は、両方のケーブルコネクタ220と電気的に係合する。図示の実施形態では、隣接する端子/接地ピンはそれぞれ接地路によって隔てられる。しかし、本発明による他の実施形態では、接地路に隣接するあらゆる端子/接地ピンの間に設ける必要はない。複数の接地路をコネクタシステムに設けることで、コネクタシステムに安定したインピーダンス特性がもたらされる。特に、コネクタシステムに複数の接地路があることにより、単一の接地路の故障に起因するコネクタ全体および個々の信号線のインピーダンス特性への影響が小さくなる、または最小限に抑えられる。
ヘッダコネクタ100およびソケットコネクタ200のプラスチックパーツはすべて、液晶ポリマー(「LCP」)等の適した熱可塑性材料から、意図する用途に所望の機械的特性および電気的特性を有して成形される。導電性金属パーツは、たとえばメッキを施した銅合金材料から作られるが、他の適した材料も当業者には認められるであろう。コネクタの材料、幾何学的形状、および寸法はすべて、パーツ全体を通して指定されたインピーダンスを保つように設計される。
好ましい実施形態の説明を目的として本明細書において特定の実施形態を図示し説明したが、本発明の範囲から逸脱せずに、同じ目的を達成するように計算された様々な代替および/または等価の実施態様で、図示し説明した特定の実施形態を置き換えられることが当業者に理解されるであろう。機械分野、電気機械分野、および電気分野での当業者は、本発明を非常に広く様々な実施形態で実施可能なことを容易に理解するであろう。本願は、本明細書において考察した好ましい実施形態の適応または変形をすべて包含するものである。したがって、明らかに、本発明は特許請求の範囲およびその均等物によってのみ限定されるものである。
オスピン接点およびシールドブレードのアレイを有する、本発明によるヘッダコネクタの分解組立斜視図である。 図1のシールドブレードの連続ストリップの斜視図である。 各信号ピンの周囲に同軸シールドを形成するシールドブレード直角部で囲まれた信号ピンを示す、ヘッダコネクタの前壁の断面図である。 図1〜図3のヘッダコネクタと嵌合した、本発明によるソケットコネクタを示す斜視図である。 図4のソケットコネクタで使用される個々のケーブルコネクタを示す斜視図である。 外部筐体および内部筐体が取り外された状態の、図5aのケーブルコネクタの斜視図である。 図4のソケットコネクタの嵌合面を示す斜視図である。 ケーブルコネクタがキャリアから取り外された状態の、図6のソケットキャリアの上面図である。 図4の嵌合したソケットコネクタとヘッダコネクタのケーブルコネクタ、信号ピン、およびシールドブレードの図である。
符号の説明
106 シールドブレード
210 絶縁キャリア
220 ケーブルコネクタ
222 導電性外部筐体
226 内部筐体
228 第1の端子
230 第2の端子
240 第1の接点

Claims (4)

  1. ヘッダコネクタ(100)と係合するように構成される絶縁性キャリア(210)と、
    該キャリア(210)に位置決めされた少なくとも1つのケーブルコネクタ(220)と
    を備える電気コネクタであって、
    各ケーブルコネクタ(220)は、対応するケーブル(270)を終端し、各ケーブルコネクタ(220)は、前記対応するケーブル(270)のシールド(272)に電気的に接続される導電性外部筐体(222)を備え、前記外部筐体(222)は、絶縁性内部筐体(226)を内部に有し、前記内部筐体(226)は、第1および第2の導電性端子(228、230)を互いに、かつ前記外部筐体(222)から電気的に絶縁させた状態に保ち、前記第1の端子(228)は、一端が前記対応するケーブル(270)の第1の信号線(235)に接続され、前記第2の端子(230)は、一端が前記対応するケーブル(270)の第2の信号線(235)に接続され、前記内部筐体(226)は、前記第1の端子(228)と第2の端子(230)との間でシールドブレード(106)を受けるように構成され、前記外部筐体(222)は、前記第1の端子(228)と第2の端子(230)との間で受けた前記シールドブレード(106)と電気的に結合するための第1の接点(240)と、該外部筐体(222)の外面にある第2のシールドブレード(106)と電気的に結合するための第2の接点(242a)と、該外部筐体(222)の外面にある第3のシールドブレード(106)と電気的に結合するための第3の接点(242b)を含む、電気コネクタ。
  2. 前記少なくとも1つのケーブルコネクタ(220)を前記キャリア(210)に固定するための保持クリップ(26)をさらに備える、請求項1に記載の電気コネクタ。
  3. 前記キャリア(210)と係合して、前記ケーブル(270)を該コネクタの係合方向に対して角度をなすようにガイドするケーブルシュラウド(269)をさらに備える、請求項1及び2のいずれかに記載の電気コネクタ。
  4. 突出した複数の信号ピン(104)および複数のシールドブレード(106)を有するヘッダ本体(102)を備えるヘッダコネクタ(100)をさらに備え、前記絶縁性キャリア(210)は前記ヘッダコネクタ(100)と係合するように構成される、請求項1から3までのいずれかに記載の電気コネクタ。
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