JP3987493B2 - インピーダンス調整されたコネクタ - Google Patents

Description

本発明は、一般にコネクタに関し、特に、信号ケーブルをプリント回路基板へ接続するのに使用される、改善されたインピーダンス特性を有するコネクタに関する。

多くの電子装置は、関連する装置間又はコンピュータの周辺装置と回路基板との間で信号を伝送するのに伝送ラインに依存している。これらの伝送ラインは、高速データ伝送が可能な信号ケーブルを含んでいる。

これらの信号ケーブルは、ツイストペア線として知られている、電線をケーブルの長手方向に沿って撚（よ）り合わせたものを一対以上使用しており、各ツイストペアは関連する接地シールドによって取り囲まれている。これらのツイストペアは、通常、相補的な信号電圧を受け取る。すなわち、ペアの一方の電線は＋１．０〔ボルト〕の信号を受け取り、ペアの他方の電線は−１．０〔ボルト〕の信号を受け取る。したがって、これらの電線は、それらが運ぶ異なる信号を表わす言葉である「差動」ペアと呼ばれることもある。信号ケーブルは、経路沿いに電子装置まで延ばされるとき、電界を放出する他の電子装置の側方又は近傍を通ることがある。これらの他の装置は、前述の信号ケーブル等の伝送ラインに対して電磁干渉を引き起こす可能性を有する。しかしながら、このツイストペア構造は、誘導電界を最小限に抑えるか又は減少させ、それにより、電磁干渉を除去する。

このような伝送ライン、すなわち、ケーブルから関連する電子装置の回路までの間で電気的性能を損なうことなく維持するために、伝送ライン全体に亘（わた）って（すなわち、ケーブル、そのコネクタ、及び、回路に到るまで）略一定のインピーダンスを得ることによって、伝送経路のインピーダンスに大きな不連続性を生じることを避けることが望ましい。良く知られているように、コネクタ嵌（かん）合面でのコネクタのインピーダンスを制御することは困難である。何故なら、従来のコネクタのインピーダンスは、通常、コネクタを通して、又は、嵌合する二つのコネクタ構成要素の境界面を横切って変化するためである。ケーブル等の電気的伝送ラインでは、信号導体と接地シールドの特定の構造、すなわち、物理的配置を維持することで、伝送ライン全体に亘って所望のインピーダンスを比較的容易に維持することができるが、通常、ケーブルが係合するコネクタがプリント回路基板に出会う領域ではインピーダンスの変化が起こる。したがって、コネクタ及びコネクタのケーブルへの接続部の全体に亘って所望のインピーダンスを維持することが望ましい。
ＷＩＰＯ発行公報ＷＯ０１／０６６０２Ａ１に開示された差動信号コネクタにおいては、差動信号端子対がコネクタのある高さに配設され、各差動信号対のための関連する接地がコネクタの別の高さに位置決めされている。この配置によってコネクタの接触部におけるインピーダンスを制御することができるかもしれないが、このコネクタの本体部では、差動信号端子の幅が接触部及び取り付け部の幅と同一である。したがって、このコネクタのこれらの領域におけるインピーダンスは間隔によって調整しなければならない。
米国特許第６，０５９，５８１号に記載のコネクタは、差動信号のアプリケーションに用いられるものでなく、接地端子が一対の差動信号端子と関連付けられた、分離した端子群を有していない。一見すると、このコネクタで使用されている端子は非対称であるように見えるが、それらの幅は、端子の中心軸の回りに非対称に変化しておらず、幅広となった後、均一なテール部の幅に漸減しているだけである。このテール部の幅は端子の本体部及びコネクタハウジング内まで続いている。Ｉ／Ｏコネクタのアプリケーションにおいて本体部における信号端子の構造を変更して、この特定のコネクタ領域でのコネクタのインピーダンスを更に「調整」する必要性が存在することは明らかである。
本発明は、コネクタのインピーダンスを調整するために、端子の本体部の形状を変化させたコネクタ構造に関するものである。

したがって、本発明は、高い性能を提供するとともに、コネクタを介して回路基板に到るまで伝送経路の電気的特性を維持するコネクタ構造に関するものである。

本発明の全般的な目的は、伝送ラインのインピーダンスへの適合をより良好に行うためにコネクタでのインピーダンスの不連続性を最小にした、高速データ転送接続のための改良されたコネクタを提供することである。

本発明の他の目的は、伝送ラインの端に接続された相手側コネクタと回路基板との間で高性能な接続を行うための改善されたコネクタを提供するものであり、伝送ラインは少なくとも一対の差動信号線及び関連する接地とを有し、相手側コネクタは少なくとも二個の信号端子と一個の接地端子とを有し、コネクタ内に一対の信号端子とこれに関連する接地端子とが設けられ、コネクタの信号及び接地端子は、コネクタが相手側コネクタに嵌合された時に生じるインピーダンスの不連続性を減少させるように配設されている。

本発明の更なる目的は、接地端子の寸法、及び、それに関連する二本の信号線に対する位置を変更することによってコネクタのインピーダンスを「調整」し、コネクタ全体を通してあらかじめ選択されたインピーダンスが得られるようにしたコネクタを提供することである。

本発明の更に他の目的は、ＩＥＥＥ１３９４型等のケーブルを電子装置の回路基板に接続するためのコネクタを提供するものであり、該コネクタは、ケーブル内における数と同数の多数の分離した差動信号線及び関連する接地を有し、コネクタでのインピーダンスの低下を最小にするように該コネクタの接地端子の寸法とコネクタの信号端子に対する位置が決められている。

本発明の更に他の目的は、信号ケーブルに結合されたコネクタと回路基板との間の接続を提供するコネクタを提供するものであり、このコネクタは、一対の差動信号端子とこの一対の信号端子に関連する接地端子とを有し、コネクタでのインピーダンスを制御するために接地端子の寸法が決められており、コネクタの接地端子は、コネクタの本体部全体に亘って、一対の信号端子から離間されるとともに、三個の端子の間に所望の電気的関係を確立して維持するために、端子の接触部と本体部とを備えている。

本発明の更に他の目的は、相手側コネクタに嵌合させるための改善された性能のコネクタを提供することであり、該コネクタは、ハウジングと、このコネクタハウジング内に位置決めされるとともに二個の関連する信号端子から離間された接地端子とを有し、該接地端子の本体部は、二個の信号端子の対応する本体部よりも大きく、コネクタが相手側ケーブルコネクタに嵌合されたときにコネクタにおいて生じるインピーダンスの変動レベルを低減するために、接地端子と二個の信号端子がコネクタの接触及び本体部内において三角形状に配設されるとともに維持されている。

上記の目的を達成するため、一実施形態によって例示された本発明の一つの主要な様相は、回路基板用のコネクタを含み、該コネクタは、結合する信号ケーブル内の各ツイストペア線のために、三個の導電端子を三つ組（triplet ）の独特なパターンで支持するハウジングを有し、それらの端子の内の二個の端子が差動信号を伝送し、残りの端子は、差動信号線対に対して接地面又は接地リターンとして働く接地端子である。基板コネクタ内における二個の差動信号端子とそれらの関連する接地端子の配置によって、ケーブルコネクタの嵌合領域から、コネクタの本体部を通って、回路基板に取り付けられるコネクタ端子のテール部に到るまで、コネクタのインピーダンスをより効果的に制御することができる。

このようにして、各三つ組は、並んだ状態で整列されるとともに、所定の距離だけ互いに離間された一対の信号端子を有する。各差動信号端子対のための接地端子は二個の信号端子から離間されており、コネクタの嵌合領域には二列の端子列が存在している。接地端子は、信号端子の接触部から離間した接触部を備え、接地端子の本体部は信号端子の対応する本体部から離間される。これに関連し、接地端子は、端子の本体部が延在している垂直面内において二個の信号端子から離間されており、接地端子を少なくとも部分的に差動信号端子との結合のない状態にし、嵌合領域におけるインピーダンスを補正のために増加させる。

コネクタのインピーダンスに影響する、容量、インダクタンス等の特定の電気的特性を得るために接地端子の幅とその信号端子からの間隔が選択される。接地端子の幅が端子の接触部に沿う嵌合領域において増大されるとともに、端子の接触部とテール部との間の遷移部、すなわち、本体部の一部において増大される。接地端子の本体部は信号端子の本体部から離間されるとともに、信号端子の本体部とは異なる平面内に横たわっており、これにより、接地端子の幅がその本体部で増加していても、端子のテール部の併置間隔に悪影響を及ぼさない。

このインピーダンス調整端子構造によって、差動信号端子のピッチや嵌合位置を変更することなく、コネクタにおいて生じるインピーダンスの不連続性を低減することができる可能性が増える。したがって、本発明のこの様相は、ケーブルや他の回路で見られる各差動信号線対及び関連する接地線の配置のための「調整可能な」端子配置を提供することであると特徴付けるのが適切である。接地端子の幅は、接地端子の本体部内において第１の幅から第２の幅に減少する。接地端子の本体部は一対の関連する差動信号端子から離間されており、これらの差動信号端子の幅は、その本体部に沿って第１の幅から第２の幅に減少する。接地端子は対称の形状を有し、差動信号端子の本体部の間に整列されていることが好ましい。信号端子の本体部はその延在方向に沿って非対称であるが、コネクタを背面から見たとき、信号端子は接地端子の両側に位置し、接地端子が差動信号端子対から平面外に持ち上げられるように信号端子の本体部は対称に配設されている。

本発明の他の主要な様相においては、コネクタは接地及び信号端子を有しており、これらの端子は、基板コネクタの嵌合領域においてこれら三個の端子の間で生じる所定の空間関係を維持するために三関形状に配設されている。非対称信号端子を使用することによって、接地端子の幅が減少する位置の下側の領域において差動信号端子は主にそれら相互間で結合するようになる。本体部に沿って信号端子の幅を広くすることによって、同一の領域内の接地端子、すなわち、本体部に沿う接地端子の幅を、差動信号端子の本体部に最も近い領域で減少することができる。このようにして、接地端子と信号端子との間に、それらの接触部において結合が生じるとともに、接地端子の幅が減少するまで、それらの本体部に沿って結合が生じる。この点において、信号端子は、接地端子に対して更に「非結合」となり、正しい全体的なインピーダンスをもたらす三個の端子の電気的な関係を維持するために、信号端子は主にそれらの端子相互の間で結合しなければならない。三個の端子はすべて、接地及び信号端子のテール部において最終的に再結合し、ここで接地端子のテール部は二個の関連する信号端子のテール部の間に横たわる。

本発明の上記及びその他の目的、特徴及び利点は、以下の詳細な説明を考慮することにより明確に理解することができるであろう。

以下の詳細な説明において添付図面を参照するが、図面において同じ参照符号は同じ部分を示す。

本発明は、特に、入出力（Ｉ／Ｏ）アプリケーションやその他のアプリケーションにおいて利用される高速ケーブルの性能を高めるのに特に有用な改良されたコネクタに関する。本発明は、コネクタの終端領域が機械的、かつ、電気的に均一になるような手段を講じることによってコネクタ単体での性能、及び、相手側コネクタと組み合わせた場合における性能を向上させることを試みるものである。

ビデオカメラ、すなわち、キャムコーダ等の電子装置に接続される多くの周辺装置は様々な周波数でデジタル信号やその他の信号を伝送する。コンピュータに接続されるその他の装置（例えば、コンピュータ内のＣＰＵ部分に接続される装置）はデータ伝送のために高速で動作する。高速ケーブルは、これらの周辺装置とＣＰＵとを接続するのに使われる。また、アプリケーションによっては、二個以上のＣＰＵ同士を接続するのに使われることもある。特定のケーブルはこれらの高速信号を伝搬するのに充分な構成とされ、典型的には、ツイストペア線あるいは独立したペア線の形態の差動信号線対を含んでいる。

高速データ伝送において考慮すべき点の一つに信号劣化が挙げられる。これには、ケーブルやコネクタのインピーダンスの影響を受けるクロストーク及び信号反射が関与している。ケーブル内におけるクロストーク及び信号反射は、被覆（シールド）を設けることや信号線の差動ペアを使うことで容易に制御することができるが、コネクタ内におけるクロストーク及び信号反射の制御は、コネクタ内で使用されている材料の種類が多岐にわたること等によってさらに困難になっている。高速アプリケーションに用いられるコネクタの物理的な寸法によって、特定の電気的性能を得るためにコネクタや端子の構造を変更することができる範囲が限定される。

伝送経路におけるインピーダンスの不整合は、信号の損失や消失等を引き起こすことが多い信号反射の原因となる。したがって、伝送される信号の完全性を維持するためには信号路全体に亘ってインピーダンスを一定に保つことが求められる。コネクタはケーブルの終端となり、装置のプリント回路基板上の回路へ伝送された信号を伝える手段を提供するものであるが、このようなコネクタにおいては、通常、インピーダンスについての制御があまり上手く行われておらず、ケーブルのインピーダンスから大幅に変化してしまう。コネクタとケーブルとの間におけるインピーダンス不整合は伝送エラーや帯域が制限される等の結果をもたらす。

図１７は信号ケーブルに使用される従来のプラグ・レセプタクルコネクタ組み立て体で発生するインピーダンスの不連続性を示す。信号ケーブルでのインピーダンスは、図１７に５１で示すように一定の値、すなわち、基準値に接近している。この基準値からの偏移を、太実線５０に示す。ケーブルのインピーダンスは、図１７の左側で、かつ、「プリント回路基板終端」を示す軸の左側に示されている回路基板５２のインピーダンスに略一致している。縦軸「Ｍ」はソケット、すなわち、レセプタクルコネクタとプリント回路基板との間にある終端点を表す。また、縦軸「Ｎ」は二個の嵌（は）め合いコネクタ、すなわち、プラグコネクタとソケットコネクタとの間の境界面を表す。縦軸「Ｐ」はプラグコネクタがケーブルに終端されている点を表す。

図１７の曲線５０は従来のコネクタについての代表的なインピーダンスの「不連続性」を示し、ピークと谷が三個発生しており、図示のように、これらピークあるいは谷は基線からの距離（又は値）Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３を有している。これらの距離は、水平「距離」軸と交差する縦軸の基点を零（０）〔オーム〕としてオームの単位で測定される。これらの従来のコネクタ組み立て体においては、Ｈ１で示される高インピーダンスは通常約１５０〔オーム〕に達する。また、Ｈ２で示される低インピーダンスは通常約６０〔オーム〕まで減少する。このＨ１とＨ２間の約９０〔オーム〕の大きな不連続性は、プリント回路基板やケーブルに対してのコネクタの電気的性能に影響を与える。

本発明は、Ｉ／Ｏ（入出力）アプリケーションに特に有用な基板コネクタに関する。該コネクタは改良された構造を有し、これにより、コネクタが接続されるケーブルを模倣してコネクタのインピーダンスを設定することができるようにし、これにより、上記不連続性を減少させるようにした。本発明のコネクタでは、コネクタの電気的な性能を改善するための設計によって「調整」を行うことができる。

図１６Ａを参照すると、本発明が特に有用となる「内部」環境の例が描かれている。この環境では、本発明のコネクタは、コンピュータ１０１等の電子装置の外壁１０８の内側に配設されている。したがって、「内部」と呼ぶ。また、本発明のコネクタは、図１６Ｂに示すように、「外部」のアプリケーションにも使用することができる。この「外部」のアプリケーションでは、一方のコネクタ１１０が回路基板１０２に取り付けられているが、その一部が装置１０１の外壁１０８を貫通するように延び、その結果、使用者は装置１０１の外側からコネクタ１１０を利用することができる。コネクタ組み立て体１００は、一対の第１及び第２の相互係合するコネクタを含み、本明細書では、これらのコネクタをレセプタクル（又はソケット）コネクタ１１０及びプラグコネクタ１０４として記載する。これら二つのコネクタの内の一方のコネクタ１１０は、装置１０１のプリント回路基板１０２に取り付けられており、他方のコネクタ１０４は、通常、周辺装置に延びたケーブル１０５の端に接続されている。

図１は、２００１年８月２８日に発行され、本発明の譲受人が所有している米国特許第６，２８０，２０９号に記載された形式のレセプタクル、すなわち、ソケットコネクタ２００の後端部の斜視図である。図を見やすくするため、通常はコネクタハウジングを形成している絶縁材料は取り除いてある。この種のソケット、すなわち、レセプタクルコネクタは、通常、絶縁性ハウジング（図示せず）によって支持された複数の端子２０４を有し、ハウジングの一部は導電性の金属シールド２０３によって包囲されている。金属シールドからの端子とリードがコネクタの背部において下方に延ばされ、テール部２０５で終わっている。該テール部２０５はプリント回路基板２０８上に配設された導電性トレース、すなわち、パッド２０７に取り付けられる。

この種の構成では、端子が二つの群を成すように配設されており、コネクタハウジングの下部に支持された下側端子群は、１チャンネル又はそれ以上のチャンネル数の差動信号端子（一方の線が正の電圧信号を伝送し、他方の線が負の電圧信号を伝送することを意味する）を含んでいる。コネクタハウジングの上部は、各信号チャンネルと関連付けられた接地端子、並びに、補助及びステータス端子だけでなく電源出力、電源戻り等の他の端子を有し、これらを支持している。この構成では、図１及び２に示すように、端子２０４は、コネクタハウジングによって支持されるとともに相手側コネクタ１０４の接触部と嵌合する接触部２０６ａと、表面取り付け又はスルーホール取り付けによって回路基板上に取り付けられるテール部２０６ｃと、接触部とテール部を互いに接続する本体部２０６ｂとを備えている。

図１から分かるように、上側及び下側端子群の端子２０４の本体部２０６ｂは、回路基板に到る範囲において同一の略垂直の平面内に維持されている。従来は、各接地端子及びそれに関連する二個の差動信号端子の間において所望の寸法関係を維持することで、本体部が同一平面内に維持されていた。しかし、場合によっては、このように端子を成形すること、及び、端子を単一の平面内に維持することが困難となる。また、図示のように端子本体部を単一の平面内に維持する場合、各信号チャンネルの接地端子の寸法、すなわち、幅と表面積を増加させようと試みると、コネクタ１００の総幅Ｗが増加する結果となる。

本発明はこのような問題に対する解決策を提供する。図３は、本発明の原理に従って構成したレセプタクルコネクタ３００を示す。このコネクタの最良の用途は回路基板アプリケーションで、該回路基板アプリケーションでは、コネクタは、ケーブルを回路基板３０２上の回路３０１に接続する手段を提供する。このコネクタは、二つの別個の端子群３０５、３０６を有し、これらの端子は、二列の別個の列、典型的にはコネクタ３００の上側の列と下側の列に配設され、コネクタハウジングの二つの別個の片持ちリーフ部上に支持されている。コネクタハウジングは、導電性の金属シールド３１０によって包囲されていることが好ましく、この金属シールド３１０はコネクタ３００の嵌合領域において接触部の回りに延在しており、電気的なシールドを提供するとともに、相手側コネクタのシールドと電気的に係合可能な導電面を提供する。

図３〜図５のコネクタ３００においては、二つの信号チャンネルが示されている。各信号チャンネルは一対の信号端子を有している。これらの信号端子は、それらのテール部によって、回路基板３０２上の差動信号回路トレースに接続されるとともに、相手側コネクタ１０４の端子に接続される。この相手側コネクタ１０４の端子は、ケーブル１０５（図１６Ｂの差動信号線に終端されている。一方の信号チャンネル「Ａ」は二個の信号端子ＳＡ１及びＳＡ２と、これに関連した接地端子ＧＡを含み、他方の信号チャンネル「Ｂ」は二個の信号端子ＳＢ１及びＳＢ２と、これに関連した接地端子ＧＢとを含む。本コネクタの信号端子はコネクタハウジングの下側リーフに図に示されるように配設され、接地端子はコネクタハウジングの上側リーフに配設されることが好ましい。電源出力及び戻り端子３１０、３１２、ステータス又は追加端子３１４等の他の端子もコネクタハウジングの上側リーフ上に配設することが好ましい。

図７〜１２は、本発明のコネクタがどの様に組み立てられるかを示す。図７は、本体部３２１とこの本体部から前方へ突出するリーフ部３２２とを備えた第１端子モジュール、すなわち、上側端子モジュール３２０を示す。リーフ部３２２は複数のチャンネル、すなわち、溝３２３を備えており、この溝３２３内に、接地端子、電源端子及び追加端子が収容されている。前記溝３２３は、典型的には、本体及びリーフ部と同じ材料、すなわち、典型的には絶縁性誘電材料から作られた中間壁３２４によって互いに離間されている。図９は、同様に本体部３３１とこの本体部から突出するリーフ部３３２とを備えた第２端子モジュール、すなわち、下側端子モジュール３３０を示す。リーフ部３３２は、第２の別個の端子群、すなわち、信号端子ＳＡ１−２とＳＢ１−２を、第１の端子群、すなわち、接地端子が存在する平面から離間した平面内で支持している。

また、第２端子モジュール３３０は、第２の端子群、すなわち、信号端子を収容する一連の溝３３３を備えるとともに、リーフ部３３２は、溝３３３を互いに離間させる一連の起立壁３３４を備えている。また、リーフ３３２は、各チャンネルの信号端子を分離するとともに、コネクタに方向性を持たせる起立キー部３３５を備えていてもよい。

二個の端子モジュール３２０、３３０は図１１に示すように組み立てられる。この点に関し、下側端子モジュール３３０は、上側端子モジュール３２０の対応する位置合わせされた突起３２６を受け入れる空洞３３６を備えていてもよい。組み立てが完了すると、二個の端子モジュールは相互に組み立てられて、図１１に示すコネクタサブアセンブリ３４０を構成する。二個の端子モジュール３２０、３３０の端子支持リーフ部３３２、３２２の周囲に延在するように、導電シールド３１０をサブアセンブリ３４０に取り付けてもよい。該サブアセンブリ３４０の所定の位置にシールド３１０を保持するために、絶縁性の本体部３８０を、二個の端子モジュール３２０、３３０及びシールド３１０の一部（例えば、シールドの保持タブ３１１）を覆うように成形してもよい。この本体部３８０は図６において仮想線で示されている。本体部３８０は絶縁性材料から作られることが好ましく、この絶縁性材料が接地及び信号端子の間の空間を満たす。必要であれば、本体部３８０は端子のテール部３５１、３６１の一部分まで該部分を覆うように延在させてもよい。

前述されたように、両端子群は、各端子モジュール３２０、３３０によって収容される定義された接触部３５０、３６０と、図３に示すような表面取り付け、又は、図１６Ａに示すようなスルーホール取り付けによって回路トレースに取り付けられるテール部３５１、３６１と、端子の接触部とテール部とを互いに接続する端子本体部３５２、３６２とを備えている。二つの端子群のテール部３５１、３６１は互い違いに配設されている。これは、信号端子のテール部３６１が互いに離間されて、上側端子群のテール部３５１を受け入れる一連の介在空間Ｓ（図９）を定義することを意味し、これによりテール部３５１、３６１のすべてが、図１１において水平面として示されている同一の取り付け面に並ぶことが好ましく、テール部３５１、３６１がスルーホール取り付けテール部である場合には、取り付け面は垂直面になる。

本発明の重要な様相においては、信号チャンネルの信号端子と接地端子は、それらの接触部と本体部の両方において三角形の関係に維持されており、したがって、一つの信号チャンネルを構成する各端子群を「三つ組（"triad" or "triplet"）」と呼ぶ。この関係が図１２に示されており、接地端子ＧＢが仮想三角形Ｔの上側の頂点に位置しており、このチャンネルの信号端子ＳＢ１とＳＢ２が三角形の下側の二頂点に位置している。この三角形の関係は、端子群の間の容量結合及び誘導結合を増加させるために、信号及び接地端子の間の寸法が、信号チャンネルの接地端子の寸法とともに変更される可能性があるため重要である。容量が増加すると信号チャンネルのインピーダンスが低下する。同様に、端子相互間及びそれらの相対的な寸法が操作されると、信号チャンネルのインダクタンスに影響を及ぼし、これは信号チャンネルのインピーダンスにも影響を及ぼす。

接地端子の寸法、特に、その幅を増加させると接地端子の表面積が増加し、二個の差動信号端子と接地端子との間で生じる容量結合のために信号チャンネルの容量が増加することが分った。図１及び２に示す従来技術によるコネクタでは、増加させた幅を接地端子の垂直本体部３５２で維持することができなかった。本発明のコネクタでは、接地端子の本体部２０６ｂが、それに関連する信号端子の本体部３６２からオフセット、すなわち、後方に移動されて、好ましくはそれら自身の平面内に位置している。したがって、本体部領域において、信号端子の幅ＷＳよりも接地端子の幅ＷＧを広くして表面積を増大することができる。この増大した表面積により信号チャンネルの容量が増加し、コネクタのその領域における全体的なインピーダンスが低下する。

さらに、接地端子を信号端子の平面から離間させる（すなわち、接地端子を、信号端子が位置する平面から離間した垂直平面内に位置決めさせる）ことによって、図５において仮想三角形Ｔによって示されているように三角形の関係が維持され、信号端子及び接地端子は三角形の頂点となる。このようにして、図４に示すようにコネクタを背面から見たとき、接地端子ＧＢは二個の信号端子ＳＢ１、ＳＢ２の間に展開していると考えることができるが、接地端子ＧＢの外側縁ＯＥは、それに関連する信号端子の内側縁ＩＥと重なっているのが好ましい。この寸法差は、嵌合領域、すなわち、コネクタの接触部の範囲で見られるように、同一の要素配置を維持する。この物理的関係によって、図１８の線Ｍに沿うインピーダンス増加をＨ１からＨ１１に低減することができる。

また、接地端子の平面外配置における位置により、予想以上に本発明のコネクタの製造が容易になった。二つの端子群は対応する支持端子モジュール３２０、３３０内にインサート成形し、その後に成形が行われ、第１の端子群、すなわち、接地及び電源端子をそれらの第２平面に曲げる加工がより高い信頼性で行われる。この成形プロセスを容易にするために、図１１に示すように、第１端子は、端子上にモールド成形された支持部材３７０を有していてもよい。この支持部材３７０は、端子を離間させた配置に維持するとともに、成形部材のための接触点を提供する。この成形部材は、第１端子群に組み立て体全体として接触して、それを第１端子群からオフセットした最終位置に成形する。さらに、信号チャンネルの容量を画定するために、上側の端子群、すなわち、第２端子群内の隣接する端子間の介在空間「Ｘ」が絶縁性材料、典型的には第１端子モジュール３２０を成形するのに使用する材料と同じ材料で満たされていてもよい。この材料の誘電率は、各三つ組の三個の端子間に特定の容量を付与するように選択される。コネクタの本体部３８０はこれらの端子の上にモールド成形され、その材料が、接地及び信号端子３５２、３６２の間の垂直方向の空間を満たす。本体部３８０の成形に使用される絶縁性材料は、この領域（図１５の「Ｆ」の部分が最もよく分かる）において必要とされる誘電率に基づいて選択される。

さらに、コネクタの信号及び接地端子のテール部は、特に、表面取り付けのアプリケーションのために、単一の平面内に維持されている（スルーホール取り付けのアプリケーションでは、端子のテール部と本体部が一致している、すなわち、同一の平面内に存在することが分かるであろう）。この平面はそれらの対応する接触ブレード部３５０、３６０の平面と略平行である。したがって、本発明は、信号チャンネル端子の本体部とテール部を二つの異なった面内に維持し、図１及び２に示すように端子の本体部のすべてが同一の平面内に維持されているコネクタに比べ、コネクタの密度を向上させる手段を提供する。

この構造により、ケーブル又は回路の各差動信号端子対は、それらに関連した独立した接地端子を有し、該接地端子がコネクタを通して延在することによって、電気的性能の面から見て、ケーブルとそれに結合されたプラグコネクタにより近付けることができる。このような構造により、ケーブルの信号線から見たアースの位置が、ケーブルの全長に亘って同一になり、また、レセプタクルコネクタの境界面を通って回路基板上まで略同一になる。このコネクタ境界面は、図１８に模式的に示されており、接続組み立て体又はシステム全体のインピーダンス及び電気的性能の観点から、四つの異なる領域Ｉ〜IVに分割されると考えられる。領域Ｉは、ケーブル１０５及びその構造を示し、領域IIは、ケーブルをコネクタで終端させたときのケーブルコネクタ１０４とケーブル１０５との間の終端領域を示す。領域III は、ケーブルコネクタと基板コネクタ１１０との間に存在する嵌合領域を示すが、該嵌合領域にはコネクタ１０４、１１０の嵌合本体部が含まれる。領域IVは、基板コネクタ１１０と回路基板１０３との間の終端を含む領域を示す。図１７の線「Ｐ」、「Ｎ」及び「Ｍ」が図１８上に重ね合わされており、両方の図を容易に関連付けることができる。

信号端子と関連付けられた接地の存在によって三つの端子間に容量結合を与えられることは重要なことである。この結合は、コネクタの端子の最終的な総インピーダンスに影響を及ぼす一つの要因となる。また、端子が三つ組である場合には、抵抗、端子材料及び自己インダクタンスもコネクタの全体的な特性インピーダンスに影響を及ぼす要素となる。上で議論したように、また、図４及び５に示すように、接地端子本体部３５２の幅は充分に大きく、その結果、接地端子本体部は、信号端子本体部３６２の一部を覆うか、少なくとも部分的にオーバーラップするように延在している。接地端子の一部が、その特定の信号チャンネルに関連した信号端子の少なくとも一方の一部の上に常に展開している、すなわち、オーバーラップしているのが好ましい。他の例では、接地端子は、信号端子の側縁から上方に引いた仮想線の間に横たわるか、あるいは接していてもよい。接地端子の本体部は、幅が広いために、対応する信号端子本体部の表面積に比べて大きな表面積を有しており、接地端子本体部は信号端子本体部の上方の領域において、より大きく、かつ、オーバーラップする接触嵌合領域を提供する。さらに、接地端子の幅が本体部において増大しているため、接地端子をより頑丈にでき、それらの成形を容易に行うことができるという追加の利点も提供する。

図１８の領域III の嵌合境界に位置する接地及び信号端子の接触部３５０、３６０の領域では、接地端子の全体的な板寸法が、それらに関連する信号端子の板寸法に比べて増大されており、それにより、コネクタのインピーダンスが好適に低下される。同様に、離間された信号及び接地端子の本体部３５２、３６２が存在する第２の平面では、接地端子と信号端子との間の間隔が増大されているが、接地端子の寸法が増大されており、図１及び２に示すタイプのコネクタと比較した場合、コネクタの電気的な影響、すなわち、コネクタの容量が増加され、インピーダンスが減少された影響が維持される。

この調整可能性の効果は、コネクタ組み立て体で生じる全体的なインピーダンスの不連続性が減少することを示す図１７において説明されている。本発明のコネクタで発生することが予想されるインピーダンスの不連続性は図１７の破線６０で示されている。図１７の実線は、図３のコネクタシステムにおいて発生することが予想される典型的なインピーダンスの不連続性を表す。破線と実線とを比較すると、この不連続性のピークと谷の大きさＨ１１、Ｈ２２及びＨ３３が大幅に減少している。本発明は、従来のコネクタ組み立て体で生じていた全体的な不連続性を大幅に減少することができるものと考えられる。あるアプリケーションにおいては、不連続の最大レベルは約１３５〔オーム〕（Ｈ１１）となり、不連続性の最小レベルは約８５〔オーム〕（Ｈ２２）となるであろうと考えられる。本発明のコネクタの目標基準インピーダンスは約１１０〔オーム〕で、許容誤差が約＋／−２５〔オーム〕であろう。したがって、本発明のコネクタは、全体として約５０〔オーム〕の不連続性（Ｈ１１とＨ２２との差）を有し、前述された従来の不連続性（約９０〔オーム〕）に対し５０〔％〕近く減少する。

図１９は、本発明のコネクタにおいて利用することができる端子構造の他の実施形態４００を示す。この実施形態４００は、非対称の信号端子の配置を使用している点が先に述べた実施形態と異なる。図３〜１６のコネクタでは、信号端子の幅は、その接触部３６０及び本体部３６２の両方において実質的に全長に亘って一定である。信号端子をその長さ方向に沿って非対称とすることによって、コネクタのインピーダンスを更に制御することができることが分かった。この非対称性が図１９及び２０に示されており、信号端子４０５が、接触部４０６、テール部４０７、及び、接触部４０６とテール部４０７とを相互接続する本体部又は遷移部４０８を備えているのが分かる。信号端子の接触部４０６と本体部４０８は互いに離間しているとともに、関連する接地端子４２０の接触部及び本体部から離間されている。信号端子４０５の接触部４０６の実質的に全長に亘って信号端子４０５の幅を第１の所定幅Ｑにすることで非対称性が付与されている。図１９に最も良く示されているように、この幅は、減少し、又は、テーパが付けられ、又は、細く絞られて別の幅になる。その本体部４０８において、幅Ｑは別のより狭い幅Ｇ、すなわち、第２の幅に減少されており、この幅は、幅Ｇから信号端子のテール部４０７に対して使用されている典型的な幅である、より狭い幅Ｙに更に減少されてもよい。

図２０は、端子構造の背面側から見た非対称性を示し、最初の幅の変化（ＱからＧ）が接触部領域４０６で生じており、二番目の幅の変化（ＧからＹ）が端子の垂直本体部４０８で生じていることが分かる。本明細書で使用される「非対称な」又は「非対称性」という用語には、通常の定義が適用される。すなわち、仮想中心線を端子の長手方向に引いた場合、その仮想中心線の両側に位置する端子の部分が互いに相違し、鏡像関係にないことを意味する。これらの信号端子は、信号端子の本体部４０８により多くの材料が存在し、（コモンモードでの）信号端子とそれらの接地端子との間のインピーダンスとは対照的に、（差動インピーダンスモードでの）信号端子間におけるコネクタ構造のインピーダンスに影響を与える点で、他の実施形態の信号端子と相違している。

本発明のコネクタにおける非対称信号端子の使用によって、有利な予期しなかった結果が得られた。差動信号端子は、それらの本体部の一部に沿って、主には接地端子の幅が減少する位置の真下に配設された領域内において相互に結合する。これが図２０に示されている。接地端子は接触部において幅広となっているとともに信号端子の平面から持ち上げられており、これにより、接地端子の接触部と二個の差動信号端子の接触部との間で生じる容量結合が減少され、制御される。これが、図２０の「結合」と表示されている上側の領域に示されている。接地端子の幅はそれらの本体部で減少され、この点までは、接地端子とそれらの関連する差動信号端子との間で主に結合が生じる。

しかし、接地端子の本体部の幅は、本体部内のある位置で第２の幅に減少される。図１９及び２０に示す実施形態では、その位置は、信号端子の接触部の上側で、かつ、信号端子の幅がＱからＧへ減少した位置、典型的には、端子の接触部が本体部へ変化する位置の上側である。信号端子の幅をそれらの本体部に沿って広くすることによって、同じ領域内の接地端子、すなわち、本体部に沿う接地端子の幅を、差動信号端子の本体部に最も近い領域で減少することができる。このようにして、接地端子と信号端子との間に、それらの接触部において結合が生じるとともに、接地端子の幅が減少するまで、それらの本体部に沿って結合が生じる。この点において、信号端子は、接地端子に対して「非結合」となり、主に相互の間で結合する。これが、図２０において「非結合」として表示されている。三個の端子はすべて、接地及び信号端子のテール部において最終的に再び結合し、接地端子のテール部は二個の関連する信号端子のテール部の間に横たわっており、この領域が図２０において「結合」と表示されている。

接地端子を信号端子と同じ取り付け平面、すなわち、テール部の領域に戻すことによって、接地端子は、インダクタンスが通常増加するテール部領域において、その二個の関連する差動信号端子と「再結合」される。これにより、信号チャンネル内の結合が増加し、通常はインダクタンスによって生じるインピーダンスの増大を低減することができる。

本発明の好ましい実施形態を示し、記載してきたが、添付の特許請求の範囲によって範囲が画定された本発明の精神から逸脱することなしに変更及び変形が可能であることは、当業者にとって明らかであろう。

基板コネクタのインピーダンスを制御するための既知の端子配置を示す斜視図である。 図１の基板コネクタの端子配置を示す背面図である。 本発明の原理に従って構成された、基板コネクタでの使用を意図した端子及びシールド構造の一実施形態を示す斜視図である。 図３の端子及びシールド構造の背面図である。 図３の端子及びシールド構造の平面図である。 本発明の原理に従って構成されたコネクタの斜視図であり、図を見やすくするためにコネクタの後部本体部が仮想線で示されている。 コネクタの接地端子を含むコネクタの第１端子群を支持する第１端子ハウジング要素の斜視図である。 図７の端子ハウジング要素の正面図である。 コネクタの差動信号端子を含む第２端子群を支持し、図７の第１端子ハウジング要素と係合可能な第２端子ハウジング要素の斜視図である。 図９の第２端子ハウジング要素の正面図である。 第１及び第２の端子ハウジング要素が相互に係合され、それらの端子が最終形状に成形された状態のコネクタ組み立て体の斜視図である。 図１１のコネクタ組み立て体の正面図である。 図１１のコネクタ組み立て体の斜視図で、組み立て体の一部に第１導電シールドが設けられた状態を示す。 図１３のコネクタの背面側から見た斜視図で、その端子モジュールとコネクタ内部シールドの一部を覆うように本体部が成形された状態を示す。 図１４のコネクタの１５−１５線に沿った断面図である。 本発明のコネクタの「内部」アプリケーションを示す、電子装置の縦断面図である。 本発明のコネクタの「外部」アプリケーションを示す、電子装置の縦断面図である。 ケーブル基板コネクタ内で生じる典型的なインピーダンス不連続性、及び、本発明のコネクタを用いたシステム内でのインピーダンス不連続性を示す表である。 ケーブル基板コネクタ組み立て体の図で、組み立て体の種々の領域が図１７の表に関連付けて示されている。 本発明のコネクタにおいて使用される代替の端子構造の斜視図である。 図１９の端子構造の背面の平面図であり、図面を見やすくするために端子モジュールから端子を取り出し、シールドが端子を取り囲むように所定の位置に位置決めされた状態を示す。

Claims (12)

1. 各々が少なくとも一対の差動信号回路と関連する接地回路とを備える第１の電子部品と第２の電子部品との間で接続を行うコネクタ組み立て体であって、該コネクタ組み立て体は、
   第１及び第２のコネクタを有し、該第１及び第２のコネクタは、前記第１の電子部品と前記第２の電子部品との間で接続を行うように、それらの嵌合部において係合可能であり、
   前記第１及び第２のコネクタは、該第１及び第２のコネクタ同士が係合されたときに互いに係合するそれぞれの第１導電性差動信号端子対（４０５）を含み、さらに、前記第１及び第２のコネクタは、前記第１差動信号端子対（４０５）のそれぞれに関連付けられたそれぞれの接地端子（４２０）を含み、該それぞれの接地端子（４２０）は、前記第１及び第２のコネクタ同士が係合されたときに互いに係合し、
   前記第１のコネクタの前記接地及び差動信号端子（４２０、４０５）の各々は接触部（４０６）、取り付け部（４０７）、及び、前記接触部（４０６）と取り付け部（４０７）とを相互接続する本体部（４０８）を備え、前記接地及び信号端子の接触部（４０６）は互いに離間されるとともに第１及び第２の別個の平面内において延在しているコネクタ組み立て体であって、
   前記接地及び信号端子の本体部は、互いに離間されるとともに、前記接地及び差動信号端子の接触部と本体部が互いにある角度を成して延在するように前記第１及び第２の平面と交差する、第３及び第４の別個の平面内において延在し、前記差動信号端子は、それぞれ、前記信号端子の本体部全体を通して非対称な形状を有していることを特徴とするコネクタ組み立て体。
2. 前記差動信号端子の接触部（４０６）の各々は第１の幅（Ｑ）を備え、前記差動信号端子の本体部（４０８）の各々は第２の幅（Ｇ）を備え、前記差動信号端子の取り付け部（４０７）の各々は第３の幅（Ｙ）を備える請求項１に記載のコネクタ組み立て体。
3. 前記第１の幅（Ｑ）は前記第２の幅（Ｇ）よりも大きく、該第２の幅（Ｇ）は前記第３の幅（Ｙ）よりも大きい、請求項２に記載のコネクタ組み立て体。
4. 前記第１の幅（Ｑ）は前記接触部（４０６）の各々において前記第２の幅（Ｇ）に漸減し、該第２の幅（Ｇ）は前記本体部（Ｙ）の各々において前記第３の幅（Ｙ）に漸減する、請求項３に記載のコネクタ組み立て体。
5. 前記接地端子の接触部（４０６）は第１の幅（Ｇ）を備え、該第１の幅は、前記第２の平面より上の高さ位置で前記接地端子の本体部（４０８）において第２の幅（Ｑ）に減少する、請求項１に記載のコネクタ組み立て体。
6. 前記第１及び第２の平面が平行で、かつ、前記第３及び第４の平面が平行である、請求項１に記載のコネクタ組み立て体。
7. 前記接地端子の接触部は連続的である、請求項１に記載のコネクタ組み立て体。
8. 前記差動信号端子の接触部の第１の幅（Ｑ）は前記第２の平面内において前記第２の幅（Ｇ）に漸減し、前記差動信号端子の本体部の第２の幅（Ｇ）は前記第３の平面内において前記第３の幅（Ｙ）に漸減する、請求項２に記載のコネクタ組み立て体。
9. 少なくとも一対の差動信号回路と関連する接地回路とを含む電子部品のコネクタ（３００）であって、該コネクタ（３００）は、少なくとも一対（Ａ）の導電性差動信号端子（ＳＡ１、ＳＡ２）と、少なくとも一個の接地端子（ＧＡ）とを有し、
   前記差動信号端子（ＳＡ１、ＳＡ２）の各々は接触部（３６０）、取り付け部（３６１）、及び、前記接触部（３６０）と取り付け部（３６１）とを相互接続する本体部（３６２）を備え、前記差動信号端子の接触部（３６０）は第１の平面内で延在し、前記差動信号端子の本体部（３６２）は、前記第１の平面に対して実質的に直交する第２の平面内で延在しており、
   前記接地端子（ＧＡ）は前記一対の差動信号端子（ＳＡ１、ＳＡ２）と関連付けられ、前記接地端子（ＧＡ）は接触部（３５０）、取り付け部（３５１）、及び、前記接触部と取り付け部（３５１）とを相互接続する本体部（３５２）を備え、前記接地端子の接触部（３５０）は第３の平面内で延在し、前記接地端子の本体部（３５２）は、前記第３の平面に対して実質的に直交する第４の平面内で延在しており、
   前記第１の平面は前記第３の平面と実質的に平行で、かつ、前記第３の平面から離間しており、前記第２の平面は前記第４の平面と実質的に平行で、かつ、前記第４の平面から離間しており、前記接地端子の接触部（３５０）は第１の幅を備え、該第１の幅は前記第１平面より上の高さ位置で前記接地端子の本体部（３５２）において第２の幅に漸減しており、前記差動信号端子の接触部（３６０）の各々は、前記信号端子の本体部（３６２）の各々の幅よりも大きな幅を備え、前記本体部の幅は前記差動信号端子の取り付け部（３６１）の各々の幅よりも大きい、コネクタ。
10. 前記差動信号端子の本体部（３６２）は、互いに非対称な関係を維持している、請求項９に記載のコネクタ。
11. 前記接触部の幅は前記差動信号端子の接触部（３６０）の各々において前記本体の幅に漸減している、請求項９に記載のコネクタ。
12. 前記本体部の幅は前記差動信号端子の本体部（３６０）の各々において前記取り付け部の幅に漸減している、請求項９に記載のコネクタ。

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