专利名称：高速连接器的触头的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有触头的电连接器，该触头可以传送高速数据信号。
背景技术：
近来，接口连接器已经得到了发展，其能够满足多源应用的通用规范，比如在电信领域、数据通信应用、存储区域网以及类似的应用。这种连接器以高数据速率输送数据，并且能够满足很严格的信号品质标准。这种连接器用于具有非常严格空间限制的应用中，进而发展成满足各种形状因数。
这些连接器使多种元件互连，比如携载无线收发机ASICs及类似装置的主板和子板。在某些应用中，这种连接器可以为20到70位置的可插入无线收发机(PT)连接器，其可以以高数据速率传送数字式数据信号，比如2.5、5和10Gbps(千兆位每秒)或更高。
然而，当数据速率增加时，传统连接器的信号性能下降。信号性能可以由抖动、回波损耗、插入损耗、衰减、反射系数、信噪比等参量来表示其特性。连接器的性能受几个因素的影响，其中一个因素就是将数据信号传送通过连接器的触头的形状和配置。已经发现，当数据速率达到、超过5或10Gbps或者更高时，用传统方法设计的连接器的触头的性能会下降。
图9示出了一个设计用于小形状因数的可插入连接器的传统触头310，其传送数字信号的数据速率可达2.5Gbps。触头310被固定在连接器305的壳体内。触头310包括连接中间部分320一端的连接横梁312。中间部分320的另一端连接尾形部332。连接横梁312和尾形部332分别限定了接口，通过这些接口，数据信号被分别传送到模板358和主板354上的配合衬垫357和355。触头310包括保持销322，保持销322将触头310保持在连接器305里。保持销322有基端，该基端连接到沿着中间部分320长度的某个位置。保持销322与中间部分320成直角地伸出，并带有外部端324，外部端324终止于远离触头310的某点。
触头310在数据速率至少为每秒2.5Gb时表现出令人满意的性能。然而，当数据速率上升到接近每秒10Gb或者更高时，保持销322开始起到电抽头的作用，这会引起信号性能恶化，例如抖动增强、插入损耗、回波损耗增加等。
因此，需要一种带有改进配置的触头的电连接器，来克服上述问题。
发明内容
该发明提供一种电连接器，其包括至少保持一个触头的壳体。这个触头在其相对两端具有接触横梁和尾形部，用来与对应的匹配组件形成电连接。接触横梁和尾形部通过中间部分连接起来。中间部分有保持部分，该保持部分与壳体结合以将触头固定在壳体上。这个保持部分构成了从接触横梁延伸到尾形部的连续信号传输路径。
图1是本发明触头的立体图；图2是本发明的置于连接器内部的触头的剖视图；图3是曲线图，示出图1所示触头和图9所示传统触头在不同数据速率下各自的插入损耗情况；图4是图表，示出图1所示触头和图9所示传统触头在不同数据速率下的各自回波损耗情况；图5是眼图，该图表示参考电缆在数据信号传输速率为每秒10Gb的条件下的性能状况；图6是眼图，该图表示图9所示传统触头在数据信号传输速率为每秒10Gb的条件下的性能状况；图7是眼图，该图表示参考电缆在数据信号传输速度为每秒10Gb的条件下的性能状况；图8是眼图，该图表示图1所示触头在数据信号传输速率为每秒10Gb的条件下的性能状况；和图9是固定在连接器内部的现有技术的触头的剖视图。
具体实施例方式
图1示出根据本发明实施例形成的触头10。触头10可以固定在连接器的壳体内，所述连接起例如小形状因数可插入连接器。触头10可以用在其它各种以高数据速率和所希望的高品质信号性能传送信号的连接器和应用中。例如，触头10可以传送基频为5GHz、数据速率为10Gbps或者更高的数字数据，同时显示出较小的抖动、插入损耗和回波损耗。
触头10包括具有外端部的接触横梁12，这个外端部具有与匹配表面16相连的可选择的导入表面14。导入表面14向上弯曲，这有利于安装另一个组件，例如主板、子板等。当触头完全插入主板或者其它组件时，主板上的接触(匹配)垫沿切线牢固地与匹配表面16配合。可选地，将匹配表面16设置在接触横梁12的顶部或外端部，或者构成可插入相邻触头的销。
触头10还包括中间部分20，中间部分20的一个端部在弯曲部分18处与接触横梁12相连。中间部分20的相对端与尾形部32相连，尾形部32可以延伸超过连接器50的背面60。如图2所示，尾形部32延伸超过连接器50的背面60，触头10安装在该连接器50内。尾形部32弯曲伸展到触头10以外，尾形部32可选择地为1)在触头10下方沿反方向弯曲；2)缩短到与背面60一致；3)向下弯转作为销或其它方式。把尾形部32与匹配组件上的接触垫相连，所述匹配组件例如主板54等等。可选择地，尾形部32可以焊接、表面安装或者作为可插入的销与主板54相接合。
中间部分20包括支撑段34，该支撑段34上端部与接触横梁12相连，它们通常构成直角。支撑段34的下端部在弯曲部28处形成保持段22。保持段22被形成可以确保将触头10固定在连接器50(图2)壳体内的通道里的形状。支撑段34将接触横梁12和保持段22间隔开，其间距足以在它们中间限定出匹配区30。模件58(图2)插入到这个匹配区中。保持段22定位成与接触横梁12平行且沿该方向延伸。保持段22一般为U形，而且分别包括第一杆和第二杆26、27。第一和第二杆26、27的前端靠近接触横梁12彼此接合，同时第一和第二杆26、28的相对后端38打开。第二杆27的后端38与尾形部32结合，尾形部32阶梯式向下且向后延伸。
可选择地，保持段22可以沿与接触横梁12相反的方向延伸。换句话说，保持段22可以定向为与接触横梁12形成锐角或钝角。保持段22也可以为其它形状，例如C形、S形、方形、弧形、三角形以及类似的形状。
第一和第二杆26、27在后端38提供开口以限定出贯通整个保持段22(以箭头A表示)的信号传输路径，这个路径是连续、不间断且没有终点。当数据信号通过触头10传送时，它们从匹配表面16开始沿接触横梁12、通过支撑段34并绕过第一杆26和第二杆27，直到到达尾形部32。当然，数据信号也可以沿相反方向传送，在尾形部32开始并传送到接触横梁12。
保持段22加工成具有与连接器壳体内通道干涉配合的尺寸。第一杆26包括形成在其外边缘的凸起36。第一杆26的凸起26和第二杆27的下边缘29插入壳体内通道的侧壁之间。
图2示出了连接器50的侧剖视图，连接器50与这个触头10配合使用。连接器50包括安装在主板54上的壳体52和容纳模件58的前端面56。连接器50包括具有通道62的后端面60，通道62延伸到前端面56处。接触横梁12伸入通道62中靠近前端面56的某一深度。后端面60还包括通道64，其加工成可以牢固地容纳该保持段22的尺寸。将尾形部32安装到主板54上的接触垫55上，同时接触横梁12上的匹配表面16抵靠模件58上的接触垫57。可选地，可以将销66安装到主板54中，以便将连接器50保持在主板上。
图3是曲线图，其中，纵坐标上以分贝(dB)表示插入损耗，横坐标以千兆赫每秒(GHz)表示频率。插入损耗表示向具有传输线特征的系统中添加设备而引起的数据信号衰减。插入损耗表示下面两者之间的比率的倒数1)传递到传输线上增加设备某一点上的信号功率；2)在添加设备前，在传输线同一点处的信号功率。
图3中，曲线80表示当以大约每秒10千兆位(Gbps)速率传送数据时，由触头10(图2)引入数据信号的插入损耗。触头10的插入损耗在模件58(图2)上的接触垫57和主板54上的接触垫55处测得。曲线82表示当以大约每秒10千兆位(Gbps)速率传送数据时，由触头310(图9)引入数据信号的插入损耗。触头310的插入损耗分别在模块板358和主板354上的接触垫357、355处测得。
众所周知，数据信号包括宽频率范围的频率成分。每一种频率成分表现出不同程度的插入损耗。图3显示了频率为0到16GHz范围里各频率成分的插入损耗，这些频率成分包含在每秒10Gb数据速率的数据信号里。例如，2GHz的频率成分通过触头10和触头310时表现出非常小的插入损耗。频率在7到8GHz的频率成分在通过触头10和触头310时的插入损耗约为1dB。值得关注的是，对于任何高至12.5GHz的频率，由触头10引入的插入损耗基本不超过-2.5dB，并对于任何高至16GHz的频率，其插入损耗基本不超过-3dB。应该注意的是，10GHz和15GHz的频率成分是数据信号基频(5GHz)的二次和三次谐波。从图3可以明显看出，与触头10相比，传统触头310在频率超过10GHz时表现出实质上更多的插入损耗。
图4是图表，其中，纵轴以dB表示回波损耗，横轴以GHz表示频率。回波损耗表示朝传输线端部往回返的反射信号能量的总和，而信号源自该端部(例如，回波信号)。例如，在双向信号应用中，无线收发机可以设置在传输线的两端。每个收发机中的发射机通过传输线发出数据信号，随后通过这条线开始“接听”从相对端传输过来的信号。反射或回波信号干扰所希望得到的数据信号。回波损耗可能是由传输线中的不连续及阻抗失配而引起的。对这个示范性实施例的目的来说，可以假定模件58、触头10和主板54之间的数据通道形成了一个传输线。传输线内部的不连续出现在连接点处，比如在接触垫57和接触垫55处。阻抗失配可能出现在传输线内的元件之间，或者单个组件、装置或电缆的元件之间。
在传统的触头310(图9)中，保持销322起到电抽头的作用，用于数据信号的高频分量。随着保持销322越来越起到电抽头的作用，它将改变触头310的电特性，其中包括它的阻抗。随着触头310的电特性(例如但不限于阻抗)改变，插入损耗、回波损耗等增加。线90(图4中)表示触头10(图1)的回波损耗，当以大约10Gbps(例如9.9-10.7Gbps)的速率传输数字数据信号时，在模件58上的接触垫57处并包括这个接触垫57以及在主板54上的接触垫55处并包括这个接触垫55测出上述回波损耗值。线92表示触头310(图9)的回波损耗，其是在接触垫357和355处测出的。
图4示出了0到16GHz之间的频率成分，其构成具有10Gbps数据速率的数据信号。用于5GHz频率成分的触头10的回波损耗并不大于-15dB。用于10GHz和15GHz频率成分的触头10的回波损耗分别没有超过-5dB和-2.5dB。在5GHz、10GHz和15GHz时的频率成分表示该示例性数据信号的基波、二次谐波以及三次谐波频率。
图3和4中的测量结果是在接触垫55、355、57和357处得到的，所述接触垫用以实现尾形部32、322和匹配表面16、316的互连。接触垫55和355可以代表焊接垫，同时接触垫57和357可以代表匹配垫。
图5-8示出了参考电缆(图5和7)、传统触头310(图6)、触头10(图8)在接触垫55或57和355或357处的眼图。图5和7中的眼图表示在接触垫55或57和355或357处输入触头310和10中的数据信号。眼图表示示波器，其中对来自接收机的伪随机数字式数据信号分别进行采样，并且输送到示波器的垂直输入端，同时数据速率用于控制示波器的水平扫描。在图5-8的例子中，数据速率为5Gbps。参考信号包括含有伪随机地产生的数据字的数据流，这里每个数据字含有127位(27-1PRBS)。数据信号由5GHz的时钟驱动以产生10Gbps的数据速率。如图5和7中所示，参考电缆(没有任何触头与之接触)显示出9ps(皮秒)的抖动并具有887mV的眼图振幅。
参考图5，眼图500分别包括顶部和底部带(rail)502和504。顶部和底部带502和504中心之间的距离506对应于信号振幅。每个顶部和底部带502和504的厚度或宽度对应于噪音振幅。眼图开度508表示顶部和底部导轨502和504之间的距离。交叉部分510的暂时宽度(沿着水平轴方向)表示信号中的抖动量。在图5中的参考电缆中，眼图开度508具有887mV的值，同时抖动510具有9ps的值。
图5中的参考电缆的上升沿512以大约45ps(水平轴上的分度为15ps每分度，在垂直轴上为200mV每分度)的完成大约800mV的状态转换。图7示出了参考电缆的性能，其实质上类似于图5中的性能，但是其与触头10连接(图1中示出)。图7中参考电缆的信号性能显示出了887mV的眼图开度以及9ps的抖动。数据信号的上升沿712没有传统触头310的上升沿612(图6)圆。
参考图6，传统触头310显示出的眼图开度具有808mV的值和12ps的抖动。另外，图6示出了通过传统触头310传送的数据信号的上升沿612。通过触头310的数据信号的上升沿612需要超过75ps以完成大约800mV的状态转换。
图8中，触头10(图1)显示出的信号特性具有756mV的眼图开度以及大约10ps的抖动。另外，数据信号的上升沿812与传统触头310的上升沿612(图6)相比更加不圆。通过触头10的数据信号的上升沿812完成状态转换只是需要不超过60ps。通过触头10传送的数据信号同传统触头310传输的信号相比，显示出更陡或更快的上升/下降时间以在状态之间转换。更陡的上升时间提供了更多的时间用于收发机电路选通(gate)或获得数据信号中的每个数据值(例如逻辑0或逻辑1)。上升时间的改进部分地归因于利用触头10而使插入和回波损耗减小了。通过降低插入和回波损耗，信号质量得到提高，其进一步提供了更陡或更快的上升/下降时间，减少了抖动以及引起更少的失真。
如前所示，通过提供具有覆盖更宽频率范围的更稳定电特性的电触头，降低了插入和回波损耗。例如，触头10沿其长度及覆盖很大频率范围情况下显示出实质上均等的阻抗，所述频率范围达到数据传输速率的基本频率的三次谐波。例如，由以5GHz每秒工作的时钟驱动的10Gbps数据速率具有大约15GHz的三次谐波。如图3和4所示，与传统触头310表现出的插入和回波损耗(82和92)相比，触头10的插入和回波损耗(线80和90)可在5GHz和更高频率以上维持更稳定和更均衡的特性。当频率超过5和10GHz时，传统触头310的保持销322(图9)开始起到电抽头的作用。作为电抽头，保持销322开始以平行传输线的方式进行工作，其中该传输线对更高频组件的特性的干扰逐渐增大。例如，当保持销322的长度等于波长的1/4时，保持销322形成短路，其剧烈地恶化触头310的操作。
触头10(图1)避免了抽头或其他结构，否则这些结构将起到电抽头的作用，因此避免了传统触头310遇到的问题。触头10的结构支持高频率(如图3和4所示)且低插入和回波损耗的数据传输，因此改进了信号质量并且提供了更陡/更快的上升/上升时间用于状态之间数据信号的转换，以及减少了抖动并引入更少的失真。
权利要求
1.一种电连接器，包括至少保持一个触头的壳体，所述触头在其相对两端分别具有接触横梁和尾形部，用于与对应的匹配组件形成电连接，所述接触横梁和所述尾形部通过中间部分结合，所述中间部分具有保持段，其与所述壳体结合以便将所述触头固定到所述壳体上，其特征在于所述保持段形成了从所述接触横梁延伸到所述尾形部的连续信号传输路径。
2.如权利要求1所述的电连接器，其中，所述触头由薄板材料冲压形成，并且所述接触横梁、所述尾形部和所述中间部分排列在公共面内。
3.如权利要求1所述的电连接器，其中，所述接触横梁形成为与插入到所述接触横梁和所述保持段之间的电路板的边缘向配合。
4.如权利要求1所述的电连接器，其中，所述保持段为U型，并且包括第一和第二杆，它们在一端接合而在相对一端打开，所述信号传输路径沿着所述U型连续地延伸穿过所述第一和第二杆。
5.如权利要求4所述的电连接器，其中，所述U型保持段干涉配合地插入所述壳体中的通道内。
全文摘要
本发明公开一种电连接器，其包括保持至少一个触头(10)的壳体(52)。触头在所述触头的相对两端分别具有接触横梁(12)和尾形部(32)，用以与对应的匹配元件形成电连接。接触横梁和尾形部通过中间部分(20)接合。中间部分具有保持段(22)，其与壳体结合以便将触头固定到壳体上。该保持段形成了从接触横梁延伸到尾形部的连续信号传输路径(A)。
文档编号H01R12/55GK1505211SQ200310122290
公开日2004年6月16日 申请日期2003年11月6日 优先权日2002年11月6日
发明者迈克尔·W·福格, 迈克尔 W 福格 申请人:蒂科电子公司