专利名称：高效能电气接插件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种为减少串音并提供改进的信号传输质量通过利用影响接插件平衡的容性耦合，满足或超过关于接插件硬件的第五类要求的高效能电气接插件。减小串音是在最接近接插件端部的地方，通过采用插入，利用容性耦合能量来达到的，这样插入包括同所述端部非欧姆接触的不连续传导路径。
串音可以简单定义为这样一种情况，即当两个信号传输回路紧紧靠在一起延伸时，在一个回路中信号电流的存在将容易造成在另一个回路中建立起相应的电流。随着目前有增加电气接触器件传输速率的趋势，就有增加提高性能的要求，特别在频率高达100兆赫的情况下要求减小串音。由于这个要求，远程通信工业协会(TIA)与电子工业协会(EIA)合作最近对第五类元件制定出一个推荐标准。在那里，这些元件的传输要求在高至100兆赫的特性和对于显现出的应用，典型的意图是传输速率高达100兆位/秒，这个标准于1992年8月最初标记为TSB40，虽本发明同硬件有关，但是注意到硬件仅是通信系统的一个主要元件是重要的，而另一个主要元件是传输电缆。所以，重要的是保证使用正确的接插元件或硬件，该硬件是同电缆的传输特性一致的。这种电缆是典型的高性能、非屏蔽的双股线(UTP)电缆，这种电缆的性能、特征刊登在电子工业协会/远程通信工业协会公报TSB-36。
现在回到传输系统的元件方面，对于高性能电气接插硬件，也就是第五类的更重要的试验参数之一，是接近端点的串音(NEXT)损耗。这也可以进一步定义为在一个接插件内，对一个回路到另一个回路信号耦合的度量，并且可从100欧姆的双股试验引线的短线接到接插件的试验条件下扫频电压测量得到。一个平衡输入信号加到接插件的干扰双股线上，同时在试验引线的近端测量干扰双股线的感应信号。换句话说，近端串音(NEXT)损耗是描述信号耦合，即在一个双股线上引起部份信号作为不希望的噪声呈现在另一个双股线上的信号耦合影响的方式。无论如何，对任何干扰和被干扰双股线的组合，参看表1下的数值，最坏情况下近端串音(NEXT)损耗由下面公式决定NEXT(F)≥NEXT(16)-20Log(F/16)式中，NEXT(16)是在16兆赫时的最小NEXT损耗，F是从1兆赫到最高参考频率的范围内的频率(用兆赫表示)，以及NEXT(F)是在这个频率下的特性。
表1如同在电子工业协会/远程通信工业协会文件TSB-40所说明的非屏蔽双股线接插硬件NEXT损耗极限值频率第五类(MHz) (dB)1.0＞654.0＞658.06210.0 60
16.0 5620.0 5425 5231.255062.5 4410040虽然同串音有关的问题已得知多年，如美国专利1，995，454和2，080217可以作证，最近的主要关注仅仅是为提高性能和更高信号传输质量的现行要求而提到前沿。最近的研究以Denkmann等人公开的美国专利5，186，647为代表。该专利的主要目的是减小在接插件中特定导体之间的串音。一种优选的实施方案是壁式引出标准组合插口(pan-el mount modular jack)，这个插口包括一对引线支架，每一个包含4个平的细长的导体，引线支架彼此叠合安装并且它们的导体在整个导体长度的一部分彼此靠近和完全平行。在串音性能方面所提出的改进是用选择导体的跨接线的结构来获得，因为在跨接线区域导体的凹腔弯曲(reentrant bend)形成了没有电的接触。
本发明用电容耦合的非欧姆接触，大大减小了串音，以达到第五类特性。这种特性，以及获取这种特性的方法，将在以下的描述中。特别是阅读到相关附图时变得更明显。
本发明的第一实施例涉及高性能电气接插件、该接插件减小了串音并提供改进的信号传输质量以满足或超过第五类要求。被本发明仔细考虑过的那种未改进的接插件公开于美国专利NO.3，760，335，这种接插件包括一对能够互相配合的接插组件，接插组件中的每一个适于端接到多个导体。每个接插件包括有导体接纳面和啮合面、由绝缘材料构成的外壳，以及许多个从导体接纳面伸展到啮合面的接点接纳腔。腔体以一定距离间隔的平行轴排列成排，在那里，邻近排由绝缘外壳壁隔开。一排电气接触端子被置于腔体内，每一个接触端子包括有在其前端接近于啮合面的接触装置，并且导体端接装置接近于导体的接纳面。本发明的改进特性是提供绝缘外壳壁、具有一个细长的腔体，基本上与接触端子排共同延伸的中间排列端子。配置于细长腔内的是一个平面电子器件，沿其平面表面具有不连续电气回路路径、藉助于这种路径的排列和调整，通过某些成对导体之间能量的电容耦合来达到改进特性。
本发明的第二实施例利用一个柔性膜片，在那里，沿其第一表面有一个不连续电气回路路径的图案，柔性膜片直接放置于接触端部的下面，膜片接触面是相对于没有这样路径的表面。按照这种排列，没有欧姆，也就是接触端部和膜片上的路径之间金属同金属的接触，由此可知，能量是以从一个或一对端子到第二或不同对端子的容性耦合的方法进行，以致减少了不同模式的串音。
图1是为改进接插件特性、利用电容耦合通过非欧姆接触的电气接插件支架的透视图，并从这里插入部件分解图;
图2是由图1实施例经变更后的一对互相配合的接插件支架组件的纵向截面图，以如下文解释满足或超过第五娄要求。
图3至图5是说明电子耦合装置或插片的交替路径式样的平面图，正如在图1和图2所说明的，从一个或一对导体到第二个或导体对通过非欧姆接触耦合能量;
图6是由本发明的第二实施例所阐述的通过非欧姆接触利用电容耦合、一种电气接插件支架同接触端子的投影图。在那里，薄的插片分解，例如柔性膜片，沿着其第一个表面具有不连续电气路径的图样，直接放置于接触端子的下面，如箭头方向所指示的那样。
图7是一对能够互相配合的接插件支架组件的纵向截面图，类似于图2，但是经对第二实施例的插片变化而满足或超过第五类要求。
图8是类似于图6具有接触端子的电气接插件支架的透视图，在那里，采用单个柔性膜片插入，同端子置于非欧姆接触以达到改进特性;
图9是图8接插件取横向的单个接插支架组件的纵向截面视图;
图10-12是用于图6和图7实施例中，薄电容插片的平面视图，在那里，图12表示一个插片重叠于第二个插片上，如同用于图6的实施例中，以及图13是用于图8和图9的实施例中，单个柔性膜插片，在折叠成U字型结构之前的平面视图。
本发明目的在于利用一种电子器件，最好是一种平面器件，例如印刷电路板(PCB)、或柔性膜片，沿表面具有多重不连续回路路径的电气接插件。这种器件在这种接插件内插在以非接触的关系同众多排列的电气接触之间，以达到增强特性满足和超过第五类要求。
图1和图2表示一种典型的多个接触电气接插件10，它利用特定设计的电子器件13以达到所希望的高性能。
现在更详细地参看附图，按照本发明的优选实施例是多接点电气接插件，如本领域已知的，接插件10典型地包括一对相互配合的接插构件12，14如插销和插座。从以下的说明中将会明白，这些接插构件包含有众多个接触端子，它们电气地和机械地连接到个别的导体或包含在电缆16，18中的导线。当接插构件12，14彼此耦合时，在电缆中的导体也将彼此连接，虽然将详细描述仅仅是一个接插构件，但应理解到，附加的接插构件也以类似方式工作。
在诸附图中所示的接插件支架构件12，除了在图1中没有电缆16外，包括有一个适当的塑料介质支架，有众多个排列的腔体20从导体的接纳面22，延伸到接插件的啮合面24，对于接插支架构件12，包括一个环形套管26作为相配的其内接纳接插支架构件14。
图示实施例说明接插件10具有众多个腔体20，排列成二个平行排并且彼此相同，虽然下面的一排腔相对于上面的一排腔是相反的。在这种并行排列腔之间，设有一个电介质壁30，这种壁最好包括一个连续的，细长槽32，在宽度上向着各自的排列腔共同延伸。在以后的进一步说明中，这种槽的目的将变得明显。
每个腔体20包括一个预-加载的电气接触端子34，后者包含一个向后的导体连接段36，柱体段38，以及一个接触段40。导体连接部份36是普通的U型并且有一个开口42延伸到U形的凹部。这个开口同每个U形腿中的槽44连通，U形腿的宽度稍小于导体的导电芯子的直径，这个导体要和端子相连接。众所周知，电缆16中的各个导体同接触端子34连接的方法。特别是导体连接段36是绝缘位移或IDC。在图2的实施例中，接触部份40如图所示的弯曲端接到闩锁倒钩46，它适于在电介质壁30的啮合端50啮合附加的凸端48。根据这种排列，特别当同附加的支架组件配合期间接触端被固定在支架组件内。
现在回到按照本发明的改进特性，我们记得在优选实施例中，一个细长槽32已在电介质壁30中形成。按照先前的实践和结构，这种壁典型地同多个距离间隔垂直定向筋而形成。然而，根据这个新设计，槽32连续的界于中间并且同两排接触端子34横向地延伸。所以，深度52足够覆盖至少端部接触的轴柄段38。在一个优选的实施例中，本发明的接插件，整个壁的高度约为0.135英寸，槽的高度约为0.095英寸，上下各留下一个薄壁62，64，每个厚度约为0.020英寸，根据这种排列，这个槽能够很容易地接纳厚度约为0.093英寸的印刷电路板。最好选取薄壁的厚度，其最大厚度将取决于铸模材料和铸模技术。
为按照本发明得到改进的特性，正如最好由图1所见，一个电子器件12，例如设有一块印刷电路板，以插进槽32中，沿着每一个主要表面，印刷电路板装有众多个分立的路径或通道68，在那里，这种通道是一系列交错的，相互配合成“U形”。每一个通道68包括一对轴向排列臂70同横向臂72连接在一起，给定通道68的各个臂70定位于交替的接触端子34的下方或是上方。在工作时，由于薄壁62或64的作用，即非欧姆接触虽然通道68同接触端子34在电气上是绝缘的，不连续路径68被定向以接纳到从各自接触端子34来的感应电动势EMF。
图3-5是对于插入或耦合器件74，76，78三种不同路线图样的平面图，而产生所述图样的优选方法是刻蚀和电镀，正如本领域已知的，还有其它工艺技术。这就是说，耦合器件也许是某些不同于在印刷电路板上刻蚀和电镀的路径。所述器件的一种确切定义是它必须包含位于在接插件的导电材料和信号传送导体之间的电介质材料的导电材料并在其间希望有附加的耦合。另一种形式可能是在现存的印刷电路板上压上金属陈列，特殊形状的导线或附加的路径。现有的印刷电路板可以是计算机母板，作为例子，或者是用于其它连接器件中的板。注意到这点是重要的，即，这个技术与其它先有方法不同的是附加的路径是从信号传送路径下分出的分支。在本发明中，路径也许不是现存信号传送路径的一部分，也就是说，它也许不是欧姆连接。
从几个图示例子的耦合器件，插片或印刷电路板中可以看出，路径通常是不连续路径，路径定位成这样，致使能量以不平衡补倘耦合方式从一对导线中的一个耦合到第二对导体中的另一导体，而这种耦合在现存的接插件中是固有的。
在任何情况下，如图2所示的电容耦合可以在插销，插座或两者之间完成。该方案能够选择得这样，以致能量从一对双导体耦合到第二对双导体。如图3和图5所示。或者能量也可以仅从一对导体中的一个导体耦合到第二对导体中的一个导体，如图4所示，或者这两种技术的任何结合。当可能获得较好的平衡时，第一种技术代表了优选的方法。
本发明接插件的改进特性最好用带筋的中间壁的先前工艺技术的接插件亦即没有印刷的电路板，同具有印刷电路板并在中间壁内配置一个槽相比较而展示出来。对先有技术和本发明的各个接插件的识别结果如表所示。这个数据是从邻近于单个监测对的九对得到的功率总和数据。该数据是从最接近于监测对端口的每一个九对端口分别测量串音获得的，然后把串音进行数学相加以获得一个总数。
表频率(MHz) 接近端的串音(dB)先有技术本发明1.000-75.234 -78.3864.000-64.977 -67.8308.000-59.196 -62.42210.000 -57.325 -60.65916.000 -53.184 -56.81520.000 -51.289 -54.86725.000 -49.319 -52.80131.250 -47.453 -51.02362.500 -41.422 -44.737100.000-37.521 -40.944注意这些数据是负数，所以，数值越大在给定频率下的特性就越好，现在重新回到最初的讨论关于需要40到100兆赫的值的第五类产品特性要求。由于在先有技术接插件中包含特殊设计的电子器件，其改进的特性特别在临界频率100兆赫的情况下胜过第五类要求。
本发明的第二个优选实施例如图6到13所示，在那里，这类实施例最好采用沿其表面具有多重不连续回路路径的柔性膜片，该膜片置于靠近接插件内多个排列的电气接点附近。在膜片表面上的路径不与电接点接触，也就是，膜片体与接点是隔离的，以达到满足或超过第五类要求的增强特性。
适用于实施本发明的典型多接点电气接插件10′示于图6至图9，同第一实施例明显不同是省略了支架槽，如所描绘的那样安放一个平面插片，因此，可以从上面找到有关接插件支架和接点的参考资料。
再回到第二实施例的独特的特性。参看图7，配置于电介质壁80和接触端部排列之间的是一对电子器件82，以薄的柔性膜片84的形式沿表面88具有不连续电气回路的路径86，表面88靠近电介质壁80的壁90附近，在那里，该优选系统包括一个具有沿一个或二个主边缘横向延伸的多个指形的连续膜片部份。根据这种排列，不连续路径极靠近于接触端子，而不是处于欧姆接触。正如图7和图10-12的实施例所图示的，不连续路径86是一系列相邻的“U′s”从所述一指延伸到另一指。每一个路径包括一对轴向排列的臂92与横向臂94连接在一起。给定路径86中的各个臂92定位于交替接触端子34′的下面。在工作时，由于膜片体的存在，路径86同接触端子34′在电气上是绝缘的，也就是处于非欧姆接触，不连续路径86被定位于从各个接触端子34′接收一个感应电动势EMF。
本发明所予期的一种柔性膜片包含一层薄的柔性聚酰胺薄膜，在上面形成路径，如刻蚀的铜路径，实际应用本发明的合适薄膜厚度约为10到12密耳的数量级。然而有其它已知的在柔性薄膜上形成这种路径的工艺程序。
图8和图9表示了另一个实施例，在那里，单个电子器件100，以单个的U形膜片形式具有其配置在靠近接触端子34′的腔20′内的各自端点102，104。正如在图8所见到的，路径106从端点102延伸到端点104，具有一种非接触式的交叉截面108。例如，根据这种排列，较上面的接触端子同较下面的接触端子是非-欧姆式耦合。
无论选择图8，9和13的单个电子器件，还是选择图6，7和10-12的多个器件，一个共同的特点是在电介质材料上放置一种导电材料，在那里，电介质材料是位于导电材料和接插件的信号传送导体之间，而在它们之间附加的耦合是希望得到的。无论如何，注意到这一点是重要的，即这个技术同先有技术的其他方法不同的是附加的路径是从信号传导路径分出的分支。在本发明中，路径不会是现存信号传导路径的一部分，也就是说，它不会是欧姆型连接。
正如图10-13的平面视图所显示的，路径通常为不连续路径，这些路径被如此定位，以致能量以补倘在现有接插件中固有的耦合不平衡方式从一对导体中的一个耦合到第二对导体中的一个导体。对于任何一个实施例，补倘的方法可以对通过耦合信号的较好平衡，或者通过如1994年8月23日授予本发明人的美国专利NO.5，341，419中所描述的故意不平衡来达到，该发明的说明作为参考纳入本文中。
在任何情况下，如图7和图9所示的电容耦合可以通过插销，插座或二者来完成。在电子器件82，100上的路径式样可如此选择，以使能量从一排中一对的单个导体耦合到第二对的单个导体，或者在不同排的接触端子中的二个导体之间的耦合。图13示出了一个平面电子器件100，为了从上排端口到下排端口耦合导体，沿线110，112的折叠可以插入接插件12′中。
藉助于采用同接触端子的非欧姆接触的电子器件，我们能够平衡电容而不需要从端子重新设定路径或分支。
权利要求
1.一种多接点电气接插件(10，10′)包括一对相互能够配合的接插件组件(12，12′，14，14′)，每一个所述接插件组件适合于端接到多个导体，还包括由绝缘材料形成并具有导体接纳面和啮合面的支架，一种多个接点接纳腔体从所述的导体接纳面延伸到所述啮合面，所述腔体以一定距离-间隔平行排列成排，在那里，相邻排用一种绝缘支架壁(30，80)隔开，以及在所述腔体中，一排电气接触端子(42)，每一个所述接触端子(42)具有在其前端接近所述导体啮合面的连接装置和接近于所述导体接纳面的导体端接装置，其特征在于提供的电子器件(13，82，100)沿其表面有不连续的电气回路路径(70，86)，在那里，所述器件置于最靠近所述接触端子排(42)，以及所述的路径(70，86)同所述的接触端子(42)是非欧姆接触，通过某些对导体之间能量的容性耦合，从而改善了接插件特性。
全文摘要
一种为在电气接插件中减小串音的改进系统，典型的接插件包括由绝缘材料形成的支架，具有导体接纳面，啮合面，以及从导体接纳面伸到所述啮合面的多个接点接纳腔。腔体以一定间隔并行排列成排，邻近排通过绝缘支架壁隔开。腔体中设有一排电气接触端(42)，每个端子有一接触装置，在其前端靠近啮合端，以及接近导体接纳面的导体端接装置。电子器件(13，82，100)，设有沿其表面具有不连续电气回路路径(68，86，106)，该器件置于最接近接触端排，但又不是欧姆接触。
文档编号H01R13/658GK1109642SQ95100140
公开日1995年10月4日 申请日期1995年1月20日 优先权日1994年1月21日
发明者J·J·费里 申请人:惠特克公司