DE69227597T2 - Elektrische Verbinderanordnung - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Verbinder gemäß Oberbegriff des Anspruches 1 und insbesondere auf einen hybriden elektrischen Verbinder zur Aufnahme sowohl der Hochfrequenzübertragung als auch niedrigerer Frequenzübertragungen.
• Elektrische Verbinder werden zur Verbindung von Signalübertragungsleitungen an gedruckte Schaltungsplatinen, anderen elektronischen Einrichtungen oder zu anderen komplementären Verbindern verwendet. Die Übertragungsleitungen übertragen Signale über eine Mehrzahl von Leiter, die vorzugsweise physikalisch voneinander getrennt und elektromagnetisch entlang ihrer Erstreckung voneinander isoliert sind.
• In der elektronischen Industrie und insbesondere in der Computerindustrie verkörpert das vorherrschende System eine Mehrzahl von Steckverbindern im Kupplungseingriff mit Steckdosenverbindern am Computer, dessen, gedruckte Schaltungshauptplatte oder andere elektronische Vorrichtungen. Die Übertragungsleitungen umfassen typischer Weise koaxiale elektrische Kabel entweder in runder oder flacher Form, wobei Rundkabel zur Zeit vorwiegend bei Anwendungen mit relativ hoher Frequenz zwischen den verschiedenen Systemkomponenten bevorzugt werden.
• Klassische Koaxialausbildungen leiten ihre charakteristische Impedanz von den geometrischen Verhältnissen zwischen den inneren Signalleitern und den äußeren Abschirmteilen sowie dem dazwischen angeordneten Dielektrikum ab.
• Für eine gegebene Impedanz, Signalleitergröße und dielektrisches Material wird eine Gesamtaußendimension bestimmt. Um die Signaldichte zu erhöhen und die Gesamtaußendimensionen eines Systemes aus Übertragungsleitung und Verbinder zu reduzieren, sind alternative Geometrien und/oder dielektrische Materialien erforderlich. Für Datenübertragungszwecke werden bei Kabel gewöhnlich verdrillte Leitungspaare verwendet, um die notwendigen Eigenschaften, insbesondere Impedanzsteuerung und Übersprechdämpfung zu erzielen. Koaxialkabel werden bei Hochfrequenzanwendungen in Konfigurationen mit einzelnen Leiter verwendet, beispielsweise einem Hochgeschwindigkeits-Video-Monitor. Sehr häufig werden die Datenübertragungsleitungen niederer Geschwindigkeit von den Signalübertragungsleitungen hoher Geschwindigkeit getrennt. Demgemäß werden unterschiedliche elektrische Verbindungen für die Niedergeschwindigkeit-Datenübertragungsleitungen gegenüber den Hochgeschwindigkeits-Signalleitungen verwendet. Dies führt zu dem Problem, verschiedene, Stecker in den immer zunehmend miniaturiesierten und hochdichten Anwendungen erforderlich zu machen.
• Ein elektrischer Stecker gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 ist bereits aus FR-A 1 107 754 = US A 2 804 601 bekannt, der buchsenartige Kopplungsvorrichtungen für elektrische Kabel zur Anwendung mit einer Fernsehkamera zeigt. Eine Mehrzahl von Leitern ist symmetrisch um die Buchsenachse angeordnet und bildet eine innere Gruppe mit Drähten in Paaren, eine Zwischengruppe und eine äußere Gruppe von Drähten. Eine Abschirmvorrichtung weist einen Metallzylinder und drei speichenartige Wände auf, um Kammern zu bilden, in denen jeweils ein getrenntes Paar von inneren Drähten sich erstreckt.
• Ein generell rechteckförmiger abgeschirmter elektrischer Verbinder mit einer ersten Gruppe von Klemmen bekannter Stiftausbildung und einer zweiten Gruppe von Klemmen mit einer geschlitzten äußeren Hülse als Leiter und einem mittleren Kontaktstift ist aus US A 4 846 711 bekannt. Die zweiten Klemmen werden durch drei koaxiale Verbinder gebildet, die nebeneinander angeordnet sind. Eine derartige Anordnung verbraucht jedoch einen beträchtlichen Raum und macht getrennte Anschlüsse erforderlich.
• Die Erfindung ist auf die Lösung derartiger Raumprobleme gerichtet, indem ein elektrischer Verbinder geschaffen wird, bei dem sowohl Hochgeschwindigkeits-Signalübertragungsleitungen und langsamere Datenübertragungsleitungen in einzigartiger Weise angeschlossen werden, wobei eine gemeinsame Masse für die Signalübertragungsleitungen vorgesehen ist.
• Eine Zielrichtung der Erfindung besteht deshalb darin, ein neues und verbessertes System wie auch einen elektrischen Verbinder zur Verbindung von Signalübertragungsleitungen in elektronischen Vorrichtungen wie Computern oder dergleichen zu schaffen.
• Die Erfindung wird in Anspruch 1 definiert.
• Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist ein elektrischer Verbinder als Schnittstelle zwischen einer Mehrzahl von Hochgeschwindigkeits-Übertragungsleitungen und solchen Leitungen einer elektronischen Vorrichtung, insbesondere einer gedruckten Schaltungslatte der Vorrichtung vorgesehen.
• Der Verbinder umfaßt ein gemeinsames Erdungssystem für alle Hochfrequenzleiter, um die Anzahl der Verbindungen zu reduzieren, wie sie bei dem vorbekannten Stand der Technik vorwiegend waren, und um die Signaldichte zu erhöhen, während ein erwünschter Impedanzpegel aufrecht erhalten bleibt. Wie hierin offenbart, wird die Verbindung mit den Hochfrequenzleitern mit Klemmen zur Verbindung mit einer Mehrzahl von langsameren Datenübertragungsleitungen kombiniert, um einen hybriden Verbinder vom Matrixtyp zu schaffen.
• Andere Zielrichtungen, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Einzelbeschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen ersichtlich.
• Die Merkmale der Erfindung, die für neu gehalten werden, sind insbesondere in den angefügten Ansprüchen enthalten. Die Erfindung wird zusammen mit ihren Zielrichtungen und Vorteilen am besten mit Bezug auf die nachfolgende Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung verstanden, bei welcher gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente in den Abbildungen identifizieren. Dabei zeigt:
• Fig. 1 eine Ansicht von vorne auf einen Steckdosenverbinder;
• Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Isolators, des in Fig. 1 verwendeten Verbinders;
• Fig. 3 einen vertikalen Schnitt durch einen der in Fig. 2. gezeigten Isolatoren, nämlich den unteren rechten Isolator der Fig. 2;
• Fig. 4 eine perspektivische Ansicht ähnlich zu der der Fig. 3 mit einem in den Isolator eingefügten Kontakt;
• Fig. 5 ein vertikaler Schnitt entlang der Linie 5/5 der Fig. 1;
• Fig. 6 eine Einzelheit in Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform des Steckdosenverbinders;
• Fig. 7 eine perspektivische Ansicht des Gehäuses wie in Fig. 6 verwendet;
• Fig. 8 eine perspektivische Ansicht einer Lötfahnen- Ausrichteinrichtung, die in dem Gehäuse der Fig. 7 oder dem Verbinder nach Fig. 1 verwendet werden könnte;
• Fig. 9 eine perspektivische Ansicht eines Erdungselementes, das in Fig. 6 verwendet wird;
• Fig. 10 eine perspektivische Ansicht, die eine dritte Ausführungsform des Steckdosenverbinders zeigt; und
• Fig. 11 eine Seitenansicht einer vierten Ausführungsform des Steckdosenverbinders.
• Mit Bezug auf die Zeichnungen im einzelnen und zunächst zu Fig. 1 wird gemäß Erfindung ein hybrider elektrischer Verbinder in Betracht gezogen, der sowohl die Leiter für Datenübertragungsleitungen als auch die Leiter für Hochfrequenz-Übertragungsleitungen anschließt. Insbesondere umfaßt der elektrische Dosenverbinder 10 ein Dosenteil 12 mit Kontaktteilen 14, eine Mehrzahl von darin untergebrachten Klemmen, die zum Eingriff mit geeigneten Kontakten eines komplementär zu kuppelnden Steckverbinders frei liegen. Der linke Teil oder Abschnitt des elektrischen Verbinders 10 nach Fig. 1 bildet einen standardmäßigen Datenverbinder. Der rechte Teil oder Abschnitt des Verbinders 10 schafft jedoch einen Hochfrequenzverbinder.
• Unter weiterem Bezug auf Fig. 1 umfaßt der Verbinder 10 ein dielektrisches Gehäuse 16, das von einer leitenden Abschirmung 18 umgeben wird, welche im wesentlichen die gesamte Länge des Verbinders überspannt. Ein einzelnes oder gemeinsames Erdungsteil 20 aus druckgegossenem Metall oder dergleichen umgibt vier Quadranten, die durch getrennte Isolationsteile 22 ausgefüllt werden. Jeder Isolator 22 weist einen Kanal 24 zur Aufnahme der Signalkontakte oder Klemmen 26 auf. Jeder Kanal 24 kann innerhalb des Isolators 22 und mit Bezug auf das Erdungsteil 20 positioniert werden, um eine gesteuerte Impedanz zu bilden. Das Erdungsteil 20 weist einen mittigen kreisförmigen Teil 28 auf, der einen Kanal 30 umgibt, um einen Erdungskontakt oder eine Klemme 32 aufzunehmen. Das Erdungsteil 20 ist mit Speichen oder Wänden 34 ausgebildet, welche das Innere des Erdungsteils in vier Quadranten aufteilen. Deshalb ist aus Fig. 1 ersichtlich, daß alle Signalkontakte 26 und der Erdungskontakt 32 von dem einzigen Erdungsteil 20 umgeben werden. Dies ist in auffälligem Gegensatz zu vorbekannten Systemen, bei welchen typische Koaxial- Schnittstellenausbildungen mit getrennten oder diskreten Erdungsverbindungen verwendet werden, welche jedoch einen beträchtlichen Raum verbrauchen und getrennte Anschlüsse erforderlich machen. Mit dem einzelnen Erdungsteil 20, welches alle Kontakte umgibt, ist eine gemeinsame Erdungsebene vorgesehen, um die Impedanz, die Emission von Strahlung und das Übersprechen zwischen den Kontakten des Verbinders zu steuern.
• Fig. 2 zeigt alle vier Isolatoren 22 in perspektivischer Darstellung, wie sie innerhalb des Erdungsteiles 20 angeordnet sind. Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch einen der Isolatoren 22, um die Ausbildung des Kanals 24 darzustellen. Es ist ersichtlich, daß der Kanal ein Eintrittsende 40 zur Aufnahme eines Kontakts eines komplementären Paarungsverbindres, eine Rückwand 42, einen Durchgangskanalabschnitt 44 und eine Schulter 46 aufweist.
• Mit der oben beschriebenen Ausbildung der inneren Kanäle des jeweiligen Isolators 22 in Beziehung zu Fig. 3 wird Bezug auf Fig. 4 und 5 genommen, worin ein Signalkontakt 26 in den Kanälen 24 angeordnet gezeigt ist. Jeder Kontakt 26 umfaßt ein Kontaktende 50 und eine Lötfahne 52. Das Kontaktende 50 ist im Kanal 24 gelegen und die. Lötfahne 52 ist zur Verbindung mit einer Schaltungsbahn auf einer gedruckten Schaltungsplatte vorgesehen, wie es bekannt ist. Das Kontaktende 50 ist mit einer Mehrzahl von Kontaktfederarmen hergestellt, die für den komplementären Steckverbinder kronenartig ausgebildet sind.
• Jeder Kontakt 26 ist an richtiger Stelle innerhalb des jeweiligen Isolators 22 mittels eines Basisteiles 54 an der Rückwand 42 des Isolators sicher festgehalten und das Basisteil ist mit einem Verriegelungszahn oder -lappen 56 versehen, um hinter einer Schulter 46 des Isolators einzuschnappen. Beim Zusammenbau der Kontakte 26 im Isolator 22 erstrecken sich die Lötfahnen 52 zunächst parallel zur Achse des Kontaktendes 50, so daß die Kontakte in die Isolatoren 22 in Richtung der Pfeile A in Fig. 5 eingeführt werden können. Wenn die Basisteile 54 der Kontakte an den Rückwänden 42 der Isolatoren anliegen, fallen die Verriegelungslappen 56 hinter die Schulter 44 der Isolatoren ein. Die Lötfahnen 52 werden dann nach unten gebogen, wie in den Fig. 4 und 5 dargestellt. Fig. 5 zeigt auch die Lage der Abschirmung 18 und wie sie das Gehäuse 16 und das gemeinsame Erdungsteil 20 umgibt. Die Abschirmung 18 umfaßt Verriegelungsvorsprünge 59, die sich durch Öffnungen im dielektrischen Gehäuse 16 in das Erdungsteil 20 und in das Abschirmteil 64 des Rückwanddeckels hinein erstrecken, um in Öffnungen ähnlich zu den Öffnungen 60 in Fig. 7 im dielektrischen Gehäuse 16' einzugreifen. Das Rückwanddeckel- Abschirmteil 64 besteht aus leitendem Material. Diese Bauteile sind so dimensioniert, daß die Abschirmung 18, das Erdungsteil 20 und der Rückwanddeckel 64 mechanisch und elektrisch so miteinander verbunden sind, daß die Erdungsschaltung zwischen ihnen komplettiert wird. Der Rückwanddeckel 64 bedeckt und schirmt den rückwärtigen Teil des Verbinders und die Lötfahnenteile der Anschlüsse ab.
• Die Lötfahnen 52 erstrecken sich durch Kanäle in dem Lötfahnenausrichter 66 hindurch. Die Lötfahnen 52 der Klemmen 26, 32 haben unterschiedliche Längen. Die längsten Lötfahnen sind mit den oberen Klemmen 26 verbunden und erstrecken sich durch Bohrungen 68 in den Lötfahnenausrichter 66 (Fig. 5 und 8). Die kürzesten Lötfahnen sind mit den unteren Klemmen 26 verbunden und erstrecken sich durch Bohrungen 70 in dem Lötfahnenausrichter 66. Die Lötfahne des Erdungsanschlusses 32 weist eine Länge auf, die zwischen den oberen Klemmen und unteren Klemmen liegt und sich durch die Bohrung 72 in dem Lötfahnenausrichter 66 erstreckt. Um die sich ergebende Differenz in den Wegstrecken zu kompensieren, kann der Lötfahnenausrichter (Fig. 5 und 8) ein Stufenteil 67 aufweisen. Der gestufte Lötfahnenausrichter 66 ist so dimensioniert, daß die Impedanz der jeweiligen Leitung auf einen gewünschten Wert balanciert werden kann.
• Fig. 6 zeigt eine alternative Ausführungsform des Steckdosenverbinders mit Bezug auf den rechts dargestellten Hochfrequenzteil. In Fig. 6 ist der Verbinder mit 10' bezeichnet und entsprechende, aber nicht identische Teile sind mit einem Strich versehen worden.
• Im einzelnen umfaßt der elektrische Verbinder 10 ebenfalls ein gemeinsames Erdungsteil 20', um den Erdkontakt 32 zu umgeben und die Kontakte 26 elektrisch zu isolieren. Das Erdungsteil 20' sorgt wieder für eine gemeinsame Erdungsebene zur Steuerung der Impedanz, der Emissionen von Strahlung und dem Übersprechen zwischen den Kontakten des Verbinders. In dieser Ausführungsform ist ersichtlich, daß die getrennten Isolatoren 22 der Ausführungsform nach Fig. 1 fortgelassen worden sind und das haupt-dielektrische Gehäuse 16' sich gänzlich um die Signalkontakte 26 herum erstreckt. Eine perspektivische Ansicht des gesamten Gehäuses 16' ist in Fig. 7 gezeigt. Das Gehäuse hat vier Kanäle 24' zur Aufnahme der Signalkontakte 26. Das Innere der Kanäle kann ähnlich zu der Ausbildung der Kanäle 24 (Fig. 3) in den Isolatoren 22 sein. In der Ausführungsform der Fig. 3 umfaßt das gemeinsame Erdungsteil 20' einen mittigen kreisförmigen Teil 28 (Fig. 9), der den Erdungskontakt 32 umgibt, und vier speichenartige Teile 34, die nach außen von dem kreisförmigen Teil 28 zwischen den Signalkontakten 26 streben. Öffnungen 62 (Fig. 9) im Teil 20' dienen zur Kooperation mit Verriegelungsvorsprüngen auf der äußeren Abschirmung 18 ähnlich zu den Vorsprüngen 59 der Ausführungsform nach Fig. 1 bis 5. Wie aus Fig. 7 ersichtlich, weist das Gehäuse 16' eine als interner Kanal ausgebildete Einrichtung 76 von einer Gestalt auf, die dem Querschnitt des Speichenteils des gemeinsamen Erdungsteils 20' entspricht. Obzwar das Erdungsteil 20' in der Ausführungsform nach Fig. 6 die Signalkontakte 26 nicht gänzlich umgibt, wie dies im Falle des Erdungsteils 20 (Fig. 1) der Fall ist, stellt das Erdungsteil 20' den nächsten Leiter zu jeder Signalklemme 26 dar und wirkt deshalb als erster Erdungsbezug im Hinblick auf Steuerung der Impedanz. Es isoliert ferner die jeweiligen Signalkontakte von den äußeren Signalkontakten. Zusätzlich hat diese Ausführungsform den Vorteil der Verwendung des Hauptgehäuses 16' als Isolationseinrichtung, die die Signalkontakte 26 umgibt, was den Zusammenbau der Leiter vereinfacht.
• Es versteht sich, daß in vielen Anwendungen nur drei Signalkontakte 26 vorgesehen sind, beispielsweise für die sogenannten roten, grünen und blauen Signale an einem Video- Monitor. Der Kanal im vierten Quadrant könnte für derartige Anwendungen für andere Funktionen belegt werden, beispielsweise als Schaltdose 80 (17). Dieser Kanal könnte entweder in dem Erdungsteil 20' oder in dem dielektrischen Gehäuse 16' gebildet werden. Ein nicht gezeigter Stecker ist so dimensioniert, daß er nur mit der Schaltdose zusammen paßt und ist auf dem Steckerverbinder vorgesehen, der mit dem Steckdosenverbinder 10' gepaart wird.
• Fig. 11 zeigt eine weitere Ausführungsform, worin der elektrische Steckdosenverbinder 10 " (entsprechend den Verbindern 10 und 10') drei Hochfrequenzsignalkontakte 26 aufweist, die in einer vertikal übereinander liegenden Anordnung vorgesehen sind. Jeder Kontakt wird von einem zylindrischen Isolator 82 umgeben, der wiederum von einem gemeinsamen Erdungsteil 84 umgeben wird, dessen Funktion den Erdungsteil in 20 und 20' in den Ausführungsformen nach Fig. 1 bzw. 8 entspricht. Es ist ersichtlich, daß kein getrennter Grundkontakt (32 in Fig. 1 und 6) bei dieser Ausführungsform mit einbezogen ist.
• Es versteht sich für Fachleute, daß die Verbinder 10, 10' und 10" mit ähnlich konfigurierten Steckerverbinder verwendet werden, die hier nicht beschrieben werden.
• Es versteht sich ferner, daß die Erfindung in anderen speziellen Ausführungsformen von Stecker und Steckdosenverbinder verkörpert sein kann, ohne von dem Erfindungsgedanken abzuweichen, wie er durch die Ansprüche definiert wird.

Claims (10)

1. Elektrische Verbinderbaugruppe mit:

einem ersten Verbinder mit Anschlußklemmenstecker und

einem zweiten Verbinder mit Anschlußklemmenbuchsen, wobei die Anschlußklemmenstecker und -buchsen Paarungsabschnitte besitzen,

Verbinder (10,10',10"), die jeweils ein dielektrisches Gehäuse (16, 16') besitzen,

Anschlußklemmengruppen, wobei eine der Gruppen wenigstens drei Hochfrequenzanschlußklemmen (26) und eine Erdungsanschlußklemmeneinrichtung (20,20') zum Abschirmen der Hochfrequenzanschlußklemmen besitzt,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Anschlußklemmengruppen eine erste und eine zweite Gruppe umfassen, die Seite an Seite in einem im wesentlichen rechteckförmigen Feld angeordnet sind, daß die erste Gruppe der Anschlußklemmen (14) einen ersten Abschnitt (12) des Gehäuses (16, 16') einnimmt, daß die zweite Gruppe mit wenigstens drei einzelnen Hochfrequenzanschlußklemmen (26) einen zweiten Abschnitt des Gehäuses einnimmt,

daß im zusammengefügten Zustand der Verbinder die Erdungsanschlußklemmeneinrichtung (20,20') einen Kreisbogen mit wenigstens drei Quadranten bildet, der eine mittlere Achse bestimmt, und

daß jede der einzelnen Hochfrequenzanschlußklemmen (26) von der mittleren Achse in einem ihr zugeordneten Quadranten und am Kreisbogen mit den wenigstens drei Quadranten in nächster Nähe zu der Erdungsanschlußklemmeneinrichtung (20,20') angeordnet ist.

2. Verbinderbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erdungsanschlußklemmeneinrichtung (20,20') einen im wesentlichen mittigen Kreisabschnitt (28) umfaßt.

3. Verbinderbaugruppe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der im wesentlichen mittige kreisförmige Abschnitt (28) noch Sprossen (34) umfaßt, die sich radial von dem kreisförmigen Abschnitt (28) erstrecken.

4. Verbinderbaugruppe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprossen (34) in eine im wesentlichen geschlossene Form übergehen, die um die mittlere Achse angeordnet ist.

5. Verbinderbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochfrequenzanschlußklemmen (26) in Quadranten angeordnet sind, die durch Abschnitte der Erdungsanschlußklemmeneinrichtung (20, 20') gebildet werden.

6. Verbinderbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Erdungskontakt (32) koaxial zur mittigen Achse angeordnet ist.

7. Verbinderbaugruppe nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (16') mit einem Kanal (76) ausgebildet ist, um die Erdungsanschlußklemmeneinrichtung (20') aufzunehmen.

8. Verbinderbaugruppe nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (16) mit einem Abschnitt versehen ist, um die Erdungsanschlußklemmeneinrichtung (20) und Quadrantenisolatoren (22) aufzunehmen, die Kanäle (24) besitzen, um die Hochfrequenzanschlußklemmen (26) aufzunehmen.

9. Verbinderbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das dielektrische Gehäuse (16, 16') von einer elektrisch leitfähigen Abschirmung (18) umgeben ist, welche mit der Erdungsanschlußklemmeneinrichtung (20, 20') elektrisch verbunden ist.

10. Verbinderbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Hochfrequenzanschlußklemmen (26) vier beträgt.