JP5654132B2 - 改善されたクロストークを伴う通信プラグ - Google Patents

Description

本開示は、改善されたクロストークを伴う通信プラグに一般に関連するものであり、より詳細には、バランスの取れたクロストークを伴う通信プラグに関連するものである。

現行のＡＮＳＩ／ＴＩＡ‐５６８‐Ｃ．２構内配線規格は、構成要素およびカテゴリ５ｅ（ＣＡＴ５Ｅ）からカテゴリ６Ａ（ＣＡＴ６Ａ）へのチャネル操作についての要求を規定し、通信ネットワークに通常使用されるようなＲＪ４５タイププラグについての要求を含む。そのようなプラグは、典型的には、それぞれの４つのツイストペア通信ケーブルに接続され、例えばパッチパネル、ウォールジャック（ｗａｌｌ ｊａｃｋ）、イーサネット（登録商標）スイッチ、ルータ、サーバ、物理層管理システム、パワー・オーバー・イーサネット（登録商標）機器、（カメラやセンサーを含む）セキュリティ機器、およびドアアクセス機器などの様々なネットワーク機器においてＲＪ４５ジャックと結合することができる。ＲＪ４５プラグはまた、例えば電話機、ファックス機器、コンピュータ、プリンタ、コピー機、および他の機器などのワークステーション周辺機器においてＲＪ４５ジャックと結合することもできる。プラグは、チャネルがユーザのコンピュータをルータに接続することができる対応チャネルにおける構成要素であり、例えば、インターネット、または他のローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）機器への接続を提供する。

内配線環境は、ＬＡＮに、ならびに、パッチパネル、ウォールジャック、イーサネット（登録商標）スイッチ、ルータ、サーバ、および／または物理層管理システム経由でインターネットに接続されるコンピュータワークステーションを伴うオフィス／ワークエリアを有する商業用建物を含むことができる。例えばパッチコード、ゾーンコード、幹線配線、および水平配線などの様々な配線／コードは、前記の機器を互いに接続するために建物の至るところに使用される。キャビネット、ラック、ケーブル管理、オーバーヘッドルーティングシステム、および他のそのような機器は、管理可能なシステムに機器や配線を編成するために使用されることができる。

複雑性、データ率および操作の頻度がそのような通信ネットワークについて増加するので、例えばプラグ、ジャックおよびケーブルなどの異なるチャネル構成要素間の望ましくない相互作用の潜在性は増加する。任意の通信システムのように、これらの通信ネットワークは、チャネルを通して送信された情報を確実に伝送し受信するために最小限の信号対雑音要件を有する。そのようなシステムにおけるチャネルは、全二重通信モードにおいて動作する４つのツイストペア（４つの伝送線路）伝送媒体を含む。１０ギガビットイーサネット（登録商標）（ＣＡＴ６Ａ）の場合、例えば、各ツイストペア（回線）は、対応チャネルに全１０ギガビット容量を与えるために２．５ギガビット／秒で動作している。そのようなチャネルにおける雑音の一形態はクロストークであり、そのクロストークは、隣接回線（ケーブルペア）内の信号によって引き起こされた回線（またはケーブルペア）信号内の障害である。

クロストークは、チャネル（内部ＮＥＸＴおよび内部ＦＥＸＴと呼ばれる）内の差動導電経路ペア間の伝送線路の近端（ＮＥＸＴ）および遠端（ＦＥＸＴ）で生じるものと特徴付けられることができるか、あるいは、隣接チャネル（異種ＮＥＸＴおよび異種ＦＥＸＴと呼ばれる）において差動導電経路ペアに結合することができる。そのような通信システムにおいて典型的に使用される差動信号が原因で、同じ雑音信号（コモンモード雑音）が導電経路ペアにおける各導電経路に加えられる限り、その場合には、導電経路間の電圧差は同じままであり、そのようなコモンモードクロストークは、所与のツイストペアについて、差動信号に何の影響も及ぼさない。

データ伝送速度は着実に増加しているので、プラグおよび／またはジャック内の密間隔平行導体の間で、容量性および誘導性結合に起因し、少なくとも一部は様々な回線構成要素の分布型電気的パラメータに起因するクロストークは、ますます問題となっている。チャネルの４つのペア間の容量性および誘導性結合が等しくない場合、アンバランスが存在し、そのようなアンバランスの結果は、モード変換と呼ばれる現象である。モード変換では、コモンモード雑音は差動信号に変換され、差動信号は、コモンモード信号に変換され得る。被害チャネルにおける回線アンバランスの存在下で、近くのチャネルから比較的無害のコモンモード信号であり得たものは、被害チャネルにおいて差動信号に変換され、それによって、被害チャネルの信号対雑音比を不利益に低減する。図１Ａおよび図１Ｂは、内部ワイヤおよび接触子を例示するために半透明に図示されたプラグ本体を伴う、典型的な通信プラグを示す。図１Ａは、上部右側斜視図であり、図１Ｂは上部平面図である。プラグ１００は、ＲＪ４５プラグ本体１０２およびひずみ緩和ブーツ１１４を含む。４つの差動ワイヤペア１０８（１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ、および１０８ｄ）は、プラグ本体内に配置される。

典型的な装着の間、ペア１０８がプラグの突出部で絶縁貫通接触子（ＩＰＣ）１０９と接触するように、ペア１０８は、ツイストされておらず、プラグ本体１０２に整列され、手持ち式器具と圧着される。ＩＰＣは、プラグ１００がＲＪ４５ジャックに挿入されるときに、接続点を提供する。この設計はＡＮＳＩ／ＴＩＡ‐５６８‐Ｃ．２構内配線規格に従うが、この設計は、ＩＰＣ領域におけるおよびプラグ本体１０２内のワイヤのツイストされていない平行部分に沿った隣接導体間にアンバランスな容量性および誘導性結合を結果としてもたらす。相互運用性および下位互換性のために、ＡＮＳＩ／ＴＩＡ‐５６８‐Ｃ．２は、プラグが非埋め込み範囲内で内部クロストークを有すること、および、接触子１から８までが、接触子１が接触子２に隣接し、接触子２が接触子３に隣接する等の順に配列されることを要求する。この接触子の配置は、各ペアの導体間に本質的に等しくない量の結合を結果として生じる。隣接回線間の容量性および誘導性結合は、近接さに極めて依存し、すなわち、被害回線が攻撃回線に近ければ近いほど、結合は強くなり、その結果として、被害回線において結合された信号が大きくなる。ペア３‐６の導体３とペア１‐２の導体２との間の容量性および誘導性結合は、ペア１‐２の導体２とペア３‐６の導体３との間のより近い近接さに起因して、ペア３‐６の導体３とペア１‐２の導体１との間の容量性および誘導性結合よりもはるかに強い。このバランスの悪さはモード変換を引き起こし、そのモード変換は、ペア１‐２上のコモンモード信号に変換されるペア１‐２上のプラグを通して伝搬する差動信号の一部をもたらす。モード変換の相互性に起因して、ペア１‐２上のプラグを通して伝搬する任意のコモンモード信号の一部は、ペア１‐２上の差動信号に変換されることになる。バランスの悪さからの悪影響およびＲＪ４５プラグ１００における関連付けられたモード変換は、異種クロストークパラメータ（例えば電力和異種近端クロストーク（ＰＳＡＮＥＸＴ）および電力和異種減衰対クロストーク比、遠端（ＰＳＡＡＣＲＦ））およびバランスパラメータ（例えば横方向変換損（ＴＣＬ）や横方向変換伝達損（ＴＣＴＬ））などのカテゴリ６Ａチャネル上で得られる測定値の多くに見られ得る。上記した手動でツイストをほどくプロセスの製造不一致はまた、性能変動性をも引き起こし得る。

プラグ１００におけるバランスの悪さおよび対応するモード変換はまた、カテゴリ６Ａチャネルについての電磁干渉／電磁整合性（ＥＭＩ／ＥＭＣ）性能の低下をも引き起こし得る。アンバランスなプラグ１００を通過する差動信号から生成されるコモンモード信号は、周囲環境に放射されることになる。より大きなモード変換はより大きな放射エネルギーに対応する。逆に、チャネルが、例えばウォーキートーキー、携帯電話等の外部ソースからの電磁干渉にさらされると、コモンモード信号はチャネルに誘発される。そのコモンモード信号がアンバランスなプラグ１００を通過すると、その信号の一部は差動信号に変換され、その差動信号はチャネル内の全雑音に寄与することになる。より大きなモード変換は、比例的に大きな差動雑音を結果としてもたらす。

典型的なＲＪ４５プラグ１００の別の欠点は、「スーパーペア（ｓｕｐｅｒ ｐａｉｒ）現象に関連する。業界標準は、プラグ接触子が、接触子４および５の周りに分割された接触子３および６を有することを要求する。プラグ１００では、ワイヤペア３‐６（参照数字１０８ｂ）はまた、ワイヤペア４‐５（参照数字１０８ｃ）の周りに分割される。このワイヤペア３‐６の分割は、ペア１‐２（参照数字１０８ａ）に導体６よりも更に強く結合する導体３、および、ペア７‐８（参照数字１０８ｄ）に導体３よりも更に強く結合する導体６を結果として生じる。導体３上の信号は導体６上の信号の異極性にあるので、ペア１‐２は、ペア７‐８の異極性にあることになる。接続ハードウェアおよび配線の設計次第で、ペア１‐２およびペア７‐８は、差動「スーパーペア」として機能し、チャネル経由でペア３‐６からクロストークを伝搬してもよい。「スーパーペア」信号は、カテゴリ６ＡチャネルのＰＳＡＮＥＸＴおよびＰＳＡＡＣＲＦ性能を低下し得る。

当技術分野に必要とされるものは、４つのペア間でバランスの取れたクロストークを結果としてもたらすペア間のバランスの取れた結合を有する通信プラグであり、その通信プラグは、電磁放射の低下および干渉源からの電磁場レベルのより大きな許容範囲によって生じた強化されたＥＭＩ／ＥＭＣ性能のみならず、改善されたＰＳＡＮＥＸＴ、ＰＳＡＡＣＲＦ、ＴＣＬ、および／またはＴＣＴＬ性能を提供することができる。

本発明は、その一形態において、通信ケーブルと通信ジャックとを電気的に接触させる通信プラグを備える。プラグは、プラグ本体と、回路基板と、ケーブル用接触子と、ジャック用接触子とを含む。プラグ本体は、軸に沿って当該プラグ本体に入る通信ケーブルを収容するための空洞を有する。回路基板は、空洞内に位置しており、複数のトレースのうちの少なくとも２つの間に結合を提供するように配列された当該複数のトレースを有する。回路基板は、軸に対して角度が付いた少なくとも１つの表面を有する。

回路基板の角度が付いた表面は、例えば、回路基板をある角度をもたせてプラグ本体の空洞内に取り付けることによって実装されてもよい。あるいは、回路基板は、軸に対して角度が付いた表面を有する成型本体上に配設されてもよい。例えば、回路基板は、成型本体の周りに巻き付けられたフレキシブルプリント回路基板であってもよい。

コモンモードチョークは、各ワイヤペアについて回路基板上に含まれてもよい。このことは、差動信号を著しく減衰することなく、ワイヤペア上を伝搬している可能性があるコモンモード信号を減衰するために役立つことができる。

発明は、その別の形態において、複数のケーブル導体ペアを伴う通信ケーブルと通信ジャックとを電気的に接触させるための通信プラグであって、通信ケーブルを収容するための空洞を有するプラグ本体と、少なくとも部分的にプラグ本体内にある複数の接触子ペアとを含む、通信プラグを備える。複数の接触子ペアは、対応するケーブル導体ペアと電気的に接触し、接触子ペアの少なくとも１つの接触子は、接触子ペアの別の接触子の両方とほぼ等距離にある。

発明は、その別の形態において、プラグ本体と、少なくとも部分的にプラグ本体内にある複数の接触子ペアとを有する通信プラグであって、接触子ペアが、接触子ペアのうちの１つの個別の接触子と接触子ペアの別の他の個別の接触子との間に固有の非対称的な結合を含む、通信プラグを備える。第２の非対称的な結合要素は、接触子ペアのうちの１つの個別の接触子と接触子ペアの別の他の個別の接触子との間に接続される。第２の非対称的な結合要素は、固有の非対称的な結合と組み合わされるとき、接触子ペアのうちの１つの個別の接触子と接触子ペアの別の他の個別の接触子との間にバランスの取れた対称的な結合を提供する。

発明は、その別の形態において、通信ケーブルおよび／または通信機器を含む通信システムを備える。通信プラグは、通信ケーブルおよび／または通信機器に接続される。通信プラグは、プラグ本体と、少なくとも部分的にプラグ本体内にある複数の接触子ペアとを含み、接触子ペアは、接触子ペアのうちの１つの個別の接触子と接触子ペアの別の他の個別の接触子との間に固有の非対称的な結合を有する。第２の非対称的な結合要素は、接触子ペアのうちの１つの個別の接触子と接触子ペアの別の他の個別の接触子との間に接続される。第２の非対称的な結合要素は、固有の非対称的な結合と組み合わされるとき、接触子ペアのうちの１つの個別の接触子と接触子ペアの別の他の個別の接触子との間にバランスの取れた対称的な結合を提供する。

発明は、その別の形態において、空洞を有するプラグ本体を伴う通信プラグと、空洞内に位置し、複数の導体ペアを画定する複数のトレースを有する回路基板と、そのペアのうちの１つを画定するトレースのうちの２つの間に接続されたコモンモードチョークとを備える。

発明は、その別の形態において、プラグにおける固有の非対称的なクロストークを低減するステップと、プラグにおいて対称的なクロストークを生成するためにプラグにおいて別の非対称的なクロストークを追加するステップとを含む、通信プラグを設計する方法を備える。

発明は、その別の形態において、通信ケーブルと通信ジャックとを電気的に接触させるための通信プラグであって、軸に沿ってプラグ本体に入る通信ケーブルを収容するための空洞を有する当該プラグ本体を含む、通信プラグを備える。回路基板は、空洞内に位置し、複数のトレースを有する。接触子は、回路基板上のトレースとジャックとを電気的に接触させるために含まれており、その接触子は、軸に平行した表面積をそれぞれ有し、その表面積は所定の値よりも小さい。

上記や他の特徴および利点、ならびにそれらを得る手法は、より明白になるであろうし、開示は、添付の図面と共に用いられる以下の記載を参照することによって、より良く理解されることになる。

内部のワイヤおよび接触子を例示するために半透明に図示されたプラグ本体を伴う、典型的な通信プラグの斜視図である。 内部のワイヤおよび接触子を例示するために半透明に図示されたプラグ本体を伴う、図１Ａの典型的な通信プラグの別の斜視図である。 内部の構成要素を例示するために半透明に図示されたプラグ本体を伴う、本発明に係る通信プラグの実施形態の斜視図である。 内部の構成要素を例示するために半透明に図示されたプラグ本体を伴う、図２Ａの通信プラグの別の斜視図である。 図２Ａおよび図２Ｂの構成に従って、回路基板と係合されたワイヤのアセンブリの側面図である。 図３Ａのアセンブリの斜視図である。 本発明に係る回路基板の一実施形態の部分的にバランスの取れたＩＤＣレイアウトの概略図である。 本発明に係る回路基板の一実施形態のバランスの取れたＩＤＣレイアウトの概略図である。 内部の構成要素を例示するために半透明に図示されたプラグ本体を伴う、図２Ａおよび図２Ｂの通信プラグの側面図である。 図２Ａおよび図２Ｂのプラグの回路基板の実施形態の分解斜視図であり、本発明の一実施形態に従って、どのようにプラグ接触子が挿入されるかを示す。 本発明の一実施形態に従って、図６に示されるように使用される第１の接触子タイプおよび第２の接触子タイプの斜視図である。 本発明の一実施形態に従って、内部の構成要素を例示するために半透明に図示されたプラグ本体を伴う、別の通信プラグの斜視図である。 内部の構成要素を例示するために半透明に図示されたプラグ本体を伴う、図８Ａの通信プラグの別の側の斜視図である。 図８Ａおよび図８Ｂの通信プラグに使用するための回路基板、本体、およびＩＤＣを備えるアセンブリの斜視図である。 図９Ａのアセンブリのクローズアップの斜視切り取り図であり、構造の詳細を例示する。 回路基板と、本体と、ＩＤＣと、ワイヤと、ジャック接触子アセンブリを伴うワイヤガイドインターフェースとを備えるアセンブリの部分側面図である。 プラグ本体内側の図１０Ａのアセンブリを示す付加的な側面図である。 図９Ａのアセンブリの斜視図であり、ＩＤＣの装着を示す。 図１１Ａに示されるアセンブリに類似のアセンブリの斜視図であり、別の構成におけるＩＤＣの装着を示す。 図１１Ｂに示されるアセンブリに類似のアセンブリの下側の斜視図であり、接触子パッドを例示する。 内部の構成要素を例示するために半透明に図示されたプラグ本体を伴う、コモンモードチョークを有する通信プラグの斜視図である。 図１３の回路基板と係合されたワイヤのアセンブリの斜視図である。 チョークを有するプラグの一部の断面側面図である。 チョークを有するプラグの一部の斜視図である。 図２Ａおよび図２Ｂのプラグに使用されるＰＣＢの２層のＰＣＢレイアウトである。 図２Ａおよび図２Ｂのプラグに使用されるＰＣＢの他の２層のＰＣＢレイアウトである。 図１６および図１７からの４層全てのＰＣＢレイアウトである。 対応する参照記号は、いくつかの図面にわたって対応する部分を示す。本明細書に既定された実例は、１つの形態において、本発明の１つの好適な実施形態を例示するものであり、そのような実例は、いかなる手法でも本発明の範囲を限定するものと解釈されるものではない。

図面を参照にすると、図２Ａ〜図７は第１の実施形態に関連する一方で、図８Ａ〜図１５Ｂは第２の実施形態に関連する。例示された実施形態は、例を用いて記載されるものであり、特許請求された発明の範囲を決して限定するように意図されるものではない。例えば、２つの例示された実施形態の１つ以上の組み合わせ、またはサブの組み合わせは、特許請求された発明の範囲内にあってもよいし、保護範囲内に含まれることが意図される。この明細書に添付された特許請求の範囲は、発明の意図された範囲を規定する。

図２Ａおよび図２Ｂは、内部の構成要素を例示するために半透明に図示されたプラグ本体２０２を伴う、通信プラグ２００の等角図である。プラグ２００は、回路基板２１２でプラグ本体２０２におけるワイヤガイド２１０を通って終端するワイヤペア２０８を取り囲む外部絶縁被覆２０６を備えるケーブル２０４にひずみ緩和ブーツ２１４を通して接続される。ワイヤペア２０８、ワイヤガイド２１０、および回路基板２１２は、図３Ａ〜図７に更に詳細に例示される。

回路基板２１２の１つの機能は、ＴＩＡ‐５６８‐Ｂ．２‐１０規格によって要求されるように、適切な量のクロストークを提供するためにデータ経路に結合を導入する手段を提供することである。回路基板２１２は、好適には、所望のバランスやクロストーク性能を実現するような手法で配列された埋め込み型コンデンサおよび／またはインダクタを含むプリント回路基板（ＰＣＢ）である。これらのコンデンサおよび／またはインダクタの正確な値や配列は、特定のプラグ２００の電気的特徴およびそのプラグの意図された用途に依存することになる。

図３Ａおよび図３Ｂは、図２Ａおよび図２Ｂの構成に従って、回路基板と係合されたワイヤのアセンブリ３００を示す。図３Ａは正面図である一方で、図３Ｂは等角図である。アセンブリ３００は、プラグ本体２０２およびひずみ緩和ブーツ２１４が取り外された場合にどのようにプラグ２００が見えるかを例示する。

アセンブリ３００は、外部絶縁被覆２０６、ワイヤペア２０８、および回路基板２１２を含む。回路基板２１２は、対応するジャック（図示しない）内のプラグインターフェース接触子（ＰＩＣ）と電気的に接触するための接触子３０４を含む。回路基板２１２はまた、回路基板２１２上のトレース（図示しない）と差動ワイヤペア２０８とを電気的に接続するための絶縁変位接触子（ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｃｏｎｔａｃｔ）（ＩＤＣ）３０２ａ〜ｂも含む。ＩＤＣ３０２ａ〜ｂは、好適には、上部（３０２ａ）および底部（３０２ｂ）側の両方の上で回路基板２１２に圧入される。

図４Ａおよび図４Ｂは、回路基板２１２のＩＤＣのための２つの代替の概念構成（４１２ａ〜ｂ）の平面図である。両方の構成は、隣接ペア間にバランスの取れた結合を実現するために隣接接触子間で実質的に等しい距離で、ＩＤＣを千鳥状の配向に配設する。第１の実施形態（図４Ａ）では、回路基板４１２ａにおけるＩＤＣ圧入孔４１６ａは、回路基板４１６ａの長さに関して斜め方向に配置される。そのように、よりバランスの取れた結合が隣接ＩＤＣペア間に提供されるように、異なるワイヤペア用の任意の他の孔に最も近い特定のワイヤペア用のＩＤＣ圧入孔は、その異なるワイヤペア用の両方の孔に等距離にあるように配列される。従って、回路基板４１２ａにおいて、距離Ｄ１は距離Ｄ２に等しく、距離Ｄ３は距離Ｄ４に等しく、距離Ｄ５は距離Ｄ６に等しい。同様に、第２の実施形態（図４Ｂ）では、同様の種類のバランスの取れた結合を提供するために、距離Ｄ１が距離Ｄ２に等しくかつ距離Ｄ３が距離Ｄ４に等しいように、圧入孔４１６ｂは、正方形の形態に斜めに配列される。

ＩＤＣ圧入孔４１６ａ〜ｂのように、接触子圧入孔４１４もまた、隣接接触子間のクロストークおよび対応するアンバランスを最小限にするために、千鳥構成に位置付けられる。接触子およびそれらの接触子の構成に関する更なる詳細は、図６に関して提供されることになる。

図５は、内部の構成要素を例示するために半透明に図示されたプラグ本体２０２を伴う、通信プラグ２００の正面図である。プラグ２００は、プラグ本体２０２、回路基板２１２、ＩＤＣ３０２ａ〜ｂ、およびワイヤガイド２１０を備え、外部絶縁性被覆２０６によって取り囲まれたワイヤペア２０８を含むケーブル２０４に接続される。ワイヤガイド２１０は、ＩＤＣ３０２ａ〜ｂとの適切な係合のためにワイヤペア２０８を位置付ける。

本開示の特徴は、プラグ本体２０２内における回路基板２１２の角度が付いた構成である。側面から見られるように（図５）、回路基板２１２は、入ってくるケーブル２０４に対してある角度５０２で角度が付けられている。角度５０２はまた、例えば、プラグ本体２０２の上部および／または下部表面によって形成される水平面などの、プラグ２００内の他の対象に対して規定されてもよい。好適な実施形態によれば、角度５０２は、０度よりも大きく２０度までの範囲、１度から１０度までの範囲、３度から７度までの範囲にあることができるし、または約５度であることができる。他の角度は、同様に可能であり、プラグ本体２０２内の利用可能な空間に依存することになる。一般に、角度５０２は、０度よりも大きいが、その正接がｙ／ｘである角度よりも小さく、ここで、ｙおよびｘは、プラグ本体２０２の概ね矩形の内部断面の内部高さおよび長さをそれぞれ表わす。角度５０２の上限は、好適な実施形態に従って、回路基板２１２の厚さ、ワイヤペア２０８における絶縁ワイヤの半径、ならびに接触子３０４およびＩＤＣ３０２ａ〜ｂの形状（図３Ａ〜図３Ｂを参照）を含むばかりではなく、プラグ本体２０２の内部形状以外のいくつかの要因によって決定されることになる。

回路基板２１２を斜めに配設することは、プラグ本体２０２内、特にプラグ本体のＩＤＣ端内により多くの空間を生み出し、そのため、ＩＤＣ３０２ａ〜ｂは、プラグ本体２０２と干渉することなく、かつ、プラグ本体２０２のサイズを増加させる必要なく、回路基板２１２の上部および底部の両方の上に実装されることができる。角度５０２はまた、（好適な実施形態では）８つの金属接触子が、回路基板２１２がそうではなくて水平であった場合にそれらに必要とされるよりも少ないことを可能にする。このことは、更には、隣接接触子間の固有の結合およびそれらから結果として生じる関連付けられたアンバランスを最小限にする。

ＩＤＣ３０２ａ〜ｂを回路基板２１２の上部および底部側上に配設することは、回路基板２１２の反対側上の隣接ワイヤペアを分離することによって、差動ペア間のクロストークを最小限にする。図１Ａ〜図１Ｂに示される典型的な設計についての別の利点は、ワイヤペア３‐６がワイヤペア４‐５の周りに分割される必要がもはやないことである。ペア３‐６の要求された分割は、その代わりに、回路基板２１２上のトレースを用いる更に制御された手法で達成されることができる。このことは、プラグ２００に生成される更により小さな「スーパーペア」信号を結果としてもたらすことができ、ワイヤ終端／ＩＤＣ３０２ａ〜ｂ領域におけるクロストーク複雑性の主な原因を回避する。

図６は、一実施形態に従って、接触子３０４ａ〜ｂが挿入されるところを示す回路基板４１２ｂの等角図である。回路基板４１２ｂは、例えば、図２Ａ〜Ｂ、図３Ａ〜Ｂ、および図５に示される回路基板２１２として機能することができる。ＩＤＣ孔パターン４１６ｂは、図４Ｂに示されるものと一致する。

回路基板４１２ｂは、８つの金属接触子３０４ａ〜ｂを収容するための８つの千鳥状の孔４１４を含む。これらの接触子３０４ａ〜ｂは、例えば、回路基板４１２ｂに圧入されるか、あるいは半田付けされることができる。千鳥構成は、隣接接触子３０４ａ〜ｂ間のクロストークおよび対応するアンバランスを最小限にする。

任意の業界標準ＲＪ４５ジャックと結合するように準拠した接触子位置を確保するために、図７に示されるように、２つの異なる形状／サイズが、千鳥状の接触子３０４ａ〜ｂに備えられる。より短い接触子３０４ａは、回路基板４１６ｂのジャック端の縁により近い孔４１４のために使用される一方で、より長い接触子３０４ｂは、その縁から更に離れた孔４１４のために使用される。例示されるように、ペア３‐６は、より長い接触子３０４ｂで示される一方で、他のペアはより短い接触子３０４ａで示される。接触子３０４ａ〜ｂの位置および半径は、０．０２０インチの接触子半径を指定する業界標準ＩＥＣ６０６０３‐７に準拠するように設計される。

図８Ａおよび図８Ｂは、内部の構成要素を例示するために半透明に図示されたプラグ本体１２０２を伴う、代替の通信プラグ１２００の等角図である。プラグ１２００は、複数のワイヤペア１２０８上を覆って位置する外部絶縁被覆１２０６を備えるケーブル１２０４にひずみ緩和ブーツ１２１４を通して接続されるプラグ本体１２０２を含む。

ワイヤガイド１２１０はワイヤペア１２０８のワイヤを位置付け、それによって、そのワイヤは、（図８Ａおよび図８Ｂには図示されていないＩＤＣ経由で）本体１２１０上の回路基板１２１２と電気的に接触してもよい。本体１２１０は、好適には、回路基板１２１２がその上に位置する成型プラスチック本体である。回路基板１２１２は、好適には、本体１２１０に取り付けられたフレキシブルプリント回路基板である。他の実装は可能であり得るが、図８Ａ〜図１２に例示された例は、成型プラスチック本体に取り付けられたフレキシブルプリント回路基板に関して記載される。

回路基板１２１２は、ＴＩＡ‐５６８‐Ｂ．２‐１０規格によって要求されるような適切な量のクロストークを提供するために（図１２を参照、ワイヤペア１２０８から接触子１６００への）データ経路に結合を導入するように設計される。回路基板１２１２は、所望のバランスおよびクロストーク性能を実現するように配列された埋め込み型コンデンサおよびインダクタなどの電気的特徴を含んでもよい。電気的特徴の正確な値および配列は、所望の用途やその用途の付随する電気的および／または機械的制約に依存することになる。

図９Ａおよび図９Ｂは、図８Ａおよび図８Ｂの代替の通信プラグに使用するためのフレキシブル回路基板１２１２、本体１２１６、およびＩＤＣ１３０２を備えるアセンブリの斜視図である。ＩＤＣ１３０２は、好適には、本体１２１６の後端において適切なサイズの孔またはポケット１３０６に圧入される。ケーブル１２０４からの各差動ペアは、ＩＤＣ１３０２のうちの１つを通して回路基板１２１２と接触する。

回路基板１２１２（例示された例においては、フレキシブルプリント回路基板）は、好適には、図９Ａおよび図９Ｂに示されるように、本体１２１６の後端にわたって曲げられたスズめっきの接触子パッドを含む。孔は、本体１２１６内の孔またはポケット１３０６に対応するように回路基板１２１２に配設されてもよい。次いで、ＩＤＣ１３０２が孔またはポケット１３０６に圧入されると、固有の力が、ＩＤＣ１３０２と回路基板１２１２との間に気密性の接続を生み出し、対応する電気的な接続を生み出す。この形態はまた、回路基板１２１２を本体１２１６に固定することにも役に立つ。

図９Ａ、図９Ｂ、および図１０Ａに示されるように、例示された例では、ＩＤＣ１３０２は、本体１２１６の上部および底部縁１３０８に向かって、回路基板１２１２の両端に位置する。このことは、ワイヤペア１２０８ａ〜ｂ（図９Ａおよび図９Ｂには図示されない）における個々のワイヤが、ＩＤＣ１３０２を通して回路基板１２１２と接触するときに相対的に分離されることを可能にする。この隣接ワイヤの分離は、差動ペア１２０８ａ〜ｂ間のクロストークを低減する。

また、図１０Ａおよび／または図１０Ｂに例示されるものは、プラグ本体１２０２、ケーブル１２０４、ワイヤガイド１２１０、および典型的なＲＪ４５通信ジャックからのジャック接触子アセンブリ１０５０である。ワイヤガイド１２１０は、ＩＤＣ１３０２との適切かつ繰り返し可能な係合のためにワイヤペア１２０８ａ〜ｂにワイヤを位置付けるために使用される。例えば、ワイヤガイド１２１０は、ＩＤＣ１３０２の位置に対応する場所において個々のワイヤを支えるように構成された複数のスロットおよび／または保持部材を含むことができる。

図１１Ａおよび図１１Ｂは、図９Ａのアセンブリの斜視図であり、２つの代替形態に装着されたＩＤＣ１３０２を示す。図１１Ａでは、上部ＩＤＣ１３０２ａおよび下部ＩＤＣ１３０２ｂは、本体１２１６上の回路基板１２１２の各端部で整列されたそれぞれの直線列に装着される。図１１Ｂでは、上部ＩＤＣ１３０２ｃは、本体１２１６の後ろ向きの上部角部に対応する位置において回路基板１２１２の一端部で装着される。下部ＩＤＣ１３０２ｄは、本体１２１６の後向きの下部角部に対応する位置において回路基板１２１２の他の端部で装着される。

図８Ａから図１１Ｂまでに示される設計は、図１Ａおよび図１Ｂに示される典型的なプラグの場合のようにワイヤペア３‐６がワイヤペア４‐５の周りに分割されることを要求しない。分割することは、その代わりに、更に制御された手法で回路基板１２１２上に実施されることができ、そのことは、プラグに生成されるより小さな「スーパーペア」信号を結果としてもたらすことができる。このことは、ワイヤ終端／ＩＤＣ１３０２領域におけるクロストーク複雑性の主な原因を回避する。

図１２は、図１１Ｂに示されるアセンブリに類似のアセンブリの下側の斜視図であり、業界標準ＲＪ４５ジャックと電気的に接触するための接触子パッド１６００を例示する。接触子１６００は、好適には、ＩＤＣ１３０２とは反対の本体１２１６の端部で回路基板１２１２上に位置する８つの金属接触子パッドである。例示された例では、ＩＤＣ１３０２は回路基板１２１２の両端に位置する一方で、接触子パッドは、回路基板１２１２の長さの中間にまたはその中間あたりに位置する。接触子パッド１６００は、好適には、業界標準ＩＥＣ６０６０３‐７（０．０２０インチ）に準拠する縁半径を示すように構成される。

接触子パッド１６００は、回路基板１２１２が（フレキシブル回路基板の場合には）本体１２１６の周りに巻き付けられ、その本体１２１６に取り付けられた後に、回路基板１２１２上で銅を露出すること、ならびに、銅をニッケルおよび金でめっきすることによって生成されることができる。本体１２１６の形状は、接触子が準拠した業界標準寸法を有することになることを確実にするために役に立つ。８つの接触子パッド１６００は、好適には回路基板１２１２上のトレースから生成されるので、それらのパッドは本質的に薄く（高さ方向に）、ペア導体間に比較的少ない量の容量性および誘導性の結合をもたらし、その結果として、隣接接触子パッド１６００間に非常に少ない結合を導入する。このことは、プラグについてのバランス性能を改善することができる。

図１３〜図１５Ｂは、上記実施形態に含まれ得る付加的な特徴を例示する。プラグにおける特定のワイヤペア上を伝搬し得る任意のコモンモード信号を減衰することに役立つために、表面実装チョークなどのチョーク（ｃｈｏｋｅ）は、回路基板上に含まれてもよい。好適には、１つのチョークがワイヤペアのそれぞれについて含まれる。コモンモードチョークをプラグ設計に組み込むことによって、いくつかのカテゴリ６Ａチャネルは、かなり高いレベルの電磁干渉に耐性を有することができる可能性がある。コモンモードチョークは、干渉源によって生じたコモンモード信号を減衰することになり、チャネルにおいてより低い雑音レベルを結果としてもたらす。

図１３および図１４は、図２Ａ〜図７の実施形態において実施されるようなチョークの特徴を例示する。図１３は、ジャック接触子アセンブリ１０５０とインターフェースを形成する（プラグ本体２０２と、ワイヤガイド２１０と、ケーブル２０４に接続されたひずみ緩和ブーツ２１４とを有する）プラグを示す一方で、図１４は、ワイヤペア２０８を有するケーブル２０４に接続された、プラグの内部の構成要素（例えば、回路基板２１２）のうちのいくつかを示す。回路基板２１２は、上部側上に２つのコモンモードチョーク１８０２ａを有するとともに、底部側上に２つのコモンモードチョーク１８０２ｂを有する。従って、４つのワイヤペア２０８のそれぞれの上にコモンモード信号を減衰するための合計４つのチョークがある。

図１５Ａおよび図１５Ｂは、図８Ａ〜図１２の実施形態において実施されるようなチョークの特徴を例示し、回路基板１２１２は、２組のＩＤＣ１３０２ａ〜ｂ間で成型本体１２１６の周りに巻き付けられたフレキシブルプリント回路基板である。コモンモードチョーク１８０２ｃ〜ｄは、回路基板１２１２の底部側に取り付けられる。回路基板１２１２が本体１２１６の周りに巻き付けられると、チョーク１８０２ｃ〜ｄは、本体１２１６におけるポケット１２１８内に位置付けられることになる。このことは、本体１２１６のサイズを大きくすることを可能にする一方で、プラグ全体の寸法を依然として維持する。

図１６は、図２Ａおよび図２Ｂのプラグに使用されるＰＣＢの２層のレイアウトである。図１７は、図２Ａおよび図２Ｂのプラグに使用されるＰＣＢの他の２層のレイアウトである。図１７は、図１６および図１７からの４層全てのＰＣＢレイアウトである。図１６〜図１８は、追加されたクロストーク要素（Ｃ’’’１５、Ｃ’’’１６、Ｃ’’’８３、およびＣ’’’８４）、ならびにコモンモードチョークの位置のための実施形態を例示する。クロストーク要素は、コンデンサの一方側がＰＣＢの１つの層上にあり、かつコンデンサの他方側がＰＣＢの別の層上にある、パッドコンデンサである。コモンモードチョークは、差動信号用途のために設計されており、それぞれのＰＣＢトレースと直列であるコイルを伴う、コアの周りに巻き付けられた２つの差動コイル／導体のそれぞれを有する単一のフェライトコアを含む。差動信号がチョークを通して伝搬すると、差動導体を通じて同等および反対の電流の流れが存在する。このことは、差動信号のための低インピーダンス経路を結果として生じるフェライトコア内の磁束の取り消しをもたらす。コモンモード信号がチョークを通して伝搬すると、導体を通じる電流の流れは、等しく、伝搬の方向と同じである。このことは、コモンモード信号によって見られるインピーダンスの増加を結果として生じるフェライトコア内の累積的な磁束を生みだす。

図１Ａおよび図１Ｂの先行技術のプラグにおいて８つのプラグ接触子および導体の配列を仮定すると、差動ペア間の結合に固有量のアンバランスが存在する。ＩＰＣ接触領域では、差動ペア１‐２の導体２ＩＰＣは、差動ペア１‐２の導体１ＩＰＣよりも差動ペア３‐６の導体３ＩＰＣの更に近くに近接する（そのことは、図１Ａおよび図１Ｂにおいて明白である）。このことは、差動ペア１‐２の導体１および導体２上の同等でない容量性負荷に起因するモード変換を引き起こすペア１‐２とペア３‐６との間の非対称的なクロストーク関係を結果としてもたらす。ペア１‐２とペア３‐６との間の容量性クロストークは、ＩＰＣ接触領域におけるこの結合によって支配される。

図１Ａおよび図１Ｂのプラグ接触子に比較して図６及び図７に示されるようにプラグ接触子の表面積を縮小することによって、接触子間の容量性結合は低減され、それによって、ペア１‐２とペア３‐６との間の固有の非対称的なクロストークは低減される。更には、ペア間の全体的なクロストークもまた、表面積の縮小に起因して低減される。ＡＮＳＩ／ＴＩＡ‐５６８‐Ｃ．２におけるプラグの差動クロストーク要求に従ったままでいるために、追加的なクロストークが、図１６〜図１８に示されるように埋め込み型コンデンサの形態でプリント回路基板（ＰＣＢ）に追加される。ペア１‐２の導体１とペア３‐６の導体６との間に導入されるコンデンサは、ＰＣＢ上のペア１‐２とペア３‐６との間に非対称的なクロストーク関係を結果としてもたらす。このＰＣＢにおける非対称性は、接触領域の非対称性に関して鏡映される。接触領域内の容量性結合におけるアンバランスにより導入されるモード変換は、ＰＣＢ上の容量性結合におけるアンバランスにより導入されるモード変換によって相殺される。プラグにおけるペア１‐２とペア３‐６との間の最終的な容量性クロストークは、その時にはバランスが取れており、全てのモード変換は、ペア１‐２の導体１および導体２上の同等の容量性負荷に起因して最小限にされる。

図１Ａおよび図１Ｂの先行技術のプラグにおけるクロストークは、プラグ接触子およびその接触子に接続されたケーブルワイヤの分布型電気的パラメータであって、特に、これらの構成要素の分布インダクタンスおよび容量、ならびにそれらに関連付けられた対応する容量性および誘導性結合を含むパラメータの相関関係にある。しかしながら、結合の支配的なモードは、プラグ接触子に起因して主として容量性であり、そのプラグ接触子は、平板（接触子）の領域に比例するとともにコンデンサ平板（接触子）間の距離に逆比例する静電容量を有する平板コンデンサとしてほぼ考えられることができる。更に、ペア導体間のクロストークは、ペア導体間の静電容量にほぼ比例する。ＣＸＹを導体ＸとＹとの間の（接触子間の静電容量に概ね比例する）クロストークと仮定すると、ペア１‐２、３‐６について、ペア１‐２、３‐６の導体間の相対的な距離のために、
ＡＮＳＩ／ＴＩＡ‐５６８‐Ｃ．２の非埋め込みＸＴＬＫ範囲内にあるＣ２３−Ｃ１３＋Ｃ１６−Ｃ２６（要求１）
および
Ｃ２３＞＞Ｃ１３＞＞Ｃ２６＞＞Ｃ１６ （関係１）
を得る。Ｃ２３、Ｃ１３、Ｃ２６、およびＣ１６のいずれも等しくないので、関係１（関係１）は非対称的なクロストーク（結合）を示し、ＡＮＳＩ／ＴＩＡ‐５６８‐Ｃ．２の要求を満たす任意のプラグは、要求１（要求１）に適合しなければならない。また、以下の考察のために、ならびに、接触子２と３との間の結合が、比較的近いことに起因して支配的であるので、
Ｃ２３−Ｃ１３＋Ｃ１６−Ｃ２６＝Ｃ’２３ （式１）
と仮定する。

対称的に、本発明は、接触領域の縮小に起因してプラグ接触領域におけるクロストークが低減され、また、ＰＣＢに接続される分離した、新規のＩＤＣ要素にプラグ接触子の絶縁貫通の特徴を分離することに起因してクロストークが低減されており、ＩＤＣ要素は、前記したように、部分的にバランスの取れたまたはバランスの取れた方向に編成されることができる。本発明において、新規のプラグ接触子のクロストーク結合Ｃ”２３、Ｃ”１３、Ｃ”１６、Ｃ”２６のそれぞれは、先行技術のプラグにおけるそれらの相対物Ｃ２３、Ｃ１３、Ｃ１６、Ｃ２６のそれぞれよりも個々に小さい。その結果として、Ｃ”２３、Ｃ”１３、Ｃ”１６、Ｃ”２６は式１（式１）に代入され、その式の左辺は、そのＣ’２３よりも小さく、要求１はまた満たされず、すなわち、Ｃ”２３−Ｃ”１３＋Ｃ”１６−Ｃ”２６は、ＡＮＳＩ／ＴＩＡ‐５６８‐Ｃ．２の非埋め込みＸＴＬＫ範囲の外側にあることができる。Ｃ”２３、Ｃ”１３、Ｃ”１６、Ｃ”２６は、それらが全て等しくないので、依然として非対称的なクロストーク（結合）を含む。新規のプラグ接触子のクロストークＣ”２３、Ｃ”１３、Ｃ”１６、Ｃ”２６の低減は、本発明において有利に使用される少なくとも１つの設計自由度を与える。

本発明は、Ｃ”２３−Ｃ”１３＋Ｃ”１６−Ｃ”２６＋Ｃ’’’１６がＡＮＳＩ／ＴＩＡ‐５６８‐Ｃ．２の非埋め込みＸＴＬＫ範囲内にあるように、非対称的なクロストークにおいてＰＣＢ内に要素Ｃ’’’１６を追加する。更に、Ｃ’’’１６の値は、
Ｃ”２３−Ｃ”１３＋Ｃ”１６−Ｃ”２６＝Ｃ’’’２３（効果的なプラグ接触子クロストーク）＝Ｃ’’’１６（式２）
であるように選択される。接触導体（２‐３）に比較して新規の効果的なプラグ接触子クロストークＣ’’’２３が間で効果的である場合、Ｃ’’’１６が反対の接触導体（１‐６）間に配設されるので、Ｃ’’’１６は、鏡映されたクロストーク要素である。Ｃ’’’１６は、このペアの組み合わせについての他の固有のプラグＰＣＢ結合要素という点で第２の非対称的な結合要素であり、そのＰＣＢ結合要素は、ＰＣＢ伝送線路の分布型電気的パラメータに起因し、Ｃ’’’１６よりも非常に低い値を有する。Ｃ’’’１６が固有の非対称的な結合Ｃ’’’２３と組み合わされると、式２の同等性、またはほぼ同等性のために、バランスの取れた対称的な結合が、このペアの組み合わせの個別の接触子間に存在する。本発明には、ペア１‐２の各導体上の同等の容量性負荷に起因するモード変換を最小限にすることをもたらすこのペアの組み合わせについて個別の接触子間にバランスの取れた対称的な結合が存在する。

同じ技術は、ペア１‐２およびペア４‐５（構成要素Ｃ’’’１５を参照）、ペア３‐６およびペア７‐８（構成要素Ｃ’’’８３を参照）、ならびにペア４‐５およびペア７‐８（構成要素Ｃ’’’８４を参照）に関してＰＣＢ上で適用される。ペアの組み合わせ３‐６、４‐５の場合、その組み合せは、ペア４‐５の周りの分割ペア３‐６のために自然にバランスの取れた対称的な結合であるが、このペアの組み合わせについてのクロストークのレベルが非埋め込み範囲内に上げられる必要がある場合、結合は、ほぼ同等の量で３‐４と５‐６との間に追加されることができる。これらのペア間の分離および対応する低レベルのクロストークのために、ペアの組み合わせ１‐２、７‐８は重要ではない。ＩＤＣのバランスの取れた特徴は、前記したようなＩＤＣレイアウトもプラグの固有の非対称的な結合を低減するという点において、本発明に有利に使用される少なくとも１つの設計自由度を与える。

本発明は好適な設計を有するように記載されたが、本発明は、この開示の趣旨および範囲内で更に改変されることができる。従って、本出願は、本発明の一般原理を用いて本発明のいかなる変形、使用、または改造を包含することが意図される。更に、この出願は、本発明が属するおよび添付の特許請求の範囲内にある当技術分野における周知または通例の慣行の範疇にあるような本開示からの逸脱を包含することが意図される。

１０８ ２０８ （ワイヤ）ペア
２００ 通信プラグ
２０２ プラグ本体
２０４ ケーブル
２０６ 外部絶縁被覆
２１０ ワイヤガイド
２１２ 回路基板
２１４ 緩和ブーツ。
３００ アセンブリ
３０４ 接触子

Claims (14)

1. 通信ケーブルと通信ジャックとの間を電気的に接触させるための通信プラグであって、
   軸に沿ってプラグ本体に入る前記通信ケーブルを収容するための空洞を有する当該プラグ本体と、
   前記空洞内に位置し、複数のトレースを有し、前記軸に対して角度が付いた少なくとも１つの表面を有する回路基板と、
   前記回路基板上のトレースと前記通信ケーブルとを電気的に接触させるための第１の接触子であって、特定のワイヤペアの接触子が複数の別のワイヤペアの接触子の両方と等距離になるように前記第１の接触子は千鳥状に配置される、第１の接触子と、
   前記回路基板上の前記トレースと前記プラグがインターフェースを形成するジャック上の接触子とを電気的に接触させるための第２の接触子と、
   を備える、通信プラグ。
2. 前記複数のトレースは、前記複数のトレースのうちの少なくとも２つの間に結合を提供するように配列される、請求項１に記載の通信プラグ。
3. 前記通信ケーブルは、４つのペアに配列された８つのワイヤを有し、前記第１の接触子は、前記８つのワイヤのうちの対応する１つと電気的に接触させるための４つのＩＤＣペアに配列された８つの絶縁変位接触子（ＩＤＣ）であり、前記第２の接触子は８つの接触子であり、前記回路基板は、前記ＩＤＣと前記８つの接触子との間に延びる８つのトレースを有する、請求項１に記載の通信プラグ。
4. 前記ＩＤＣは、前記回路基板の孔に圧入される、請求項３に記載の通信プラグ。
5. 前記ＩＤＣの第１のサブセットは、前記回路基板の上部側に圧入され、前記ＩＤＣの第２のサブセットは、前記回路基板の底部側に圧入される、請求項４に記載の通信プラグ。
6. 前記孔は、バランスの取れた結合を隣接ＩＤＣペアに提供するように千鳥構成で配列される、請求項３に記載の通信プラグ。
7. 前記第２の接触子は、前記回路基板上の孔に圧入される、請求項１に記載の通信プラグ。
8. 前記第２の接触子のための前記孔のサブセットは、千鳥状である、請求項７に記載の通信プラグ。
9. 前記第２の接触子の第１のサブセットは、前記第２の接触子の第２のサブセットの形状と異なる形状を有する、請求項８に記載の通信プラグ。
10. 前記少なくとも１つの表面は、前記軸に対して約１度から１０度までの範囲で角度が付けられている、請求項１に記載の通信プラグ。
11. 前記回路基板は長さを有し、前記空洞は長さ、幅、および高さを有し、前記空洞の長さ、幅、および高さのそれぞれは、前記回路基板の前記長さよりも短い、請求項１に記載の通信プラグ。
12. 前記回路基板は複数の層を含み、前記複数のトレースは前記複数の層上に配列され、前記回路基板は前記複数のトレースのうちの少なくとも２つのクロスオーバーを含む、請求項１に記載の通信プラグ。
13. 前記回路基板は、前記回路基板上の前記トレースの各ペアのためのコモンモードチョークを含む、請求項１に記載の通信プラグ。
14. 前記コモンモードチョークは表面実装チョークである、請求項１３に記載の通信プラグ。

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