СОЕДИНИТЕЛЬ С УМЕНЬШЕННЫМИ ПЕРЕКРЕСТНЫМИ ПОМЕХАМИ Российский патент 1998 года по МПК H01R13/719 H04B3/32 

Изобретение относится к электрическому соединителю, в котором уменьшены перекрестные помехи между двумя или более парами контактов, пропускающих сигналы.

При разработке соединителей, предназначенных для соединения нескольких пар проводников, каждая из которых пропускает отдельный сигнал, возникает проблема, заключающаяся в наличии нежелательной электромагнитной связи между сигналами вследствие электростатической (емкостной) или магнитной (индуктивной) связи. Такая связь между сигналами называется перекрестными помехами, они увеличиваются при возрастании частоты сигналов. Перекрестные помехи возникают в результате емкостной и индуктивной связи между ближайшими линиями пары. Эта связь преобладает над наводками с противоположной фазой от более дальних линий другой пары симметричной двухпроводной системы, вследствие чего не происходит взаимной компенсации. Фактически это выражается в разной емкости между линией каждой пары и линиями другой пары. Проблема иногда усложняется соглашениями о разводке, например, практикой расположения проводов по рекомендации стандарта EIA/TIA 568B для соединителя с восемью контактами, расположенными в один ряд. В таком соединителе к контактам 1 и 2 подключают оранжевую пару проводов, к контактам 3 и 6 - зеленую, к контактам 4 и 5 - голубую, а к контактам 7 и 8 - коричневую. Понятно, что в такой конфигурации главной проблемой являются перекрестные помехи между парами контактов, к которым подключены голубые и зеленые пары проводов, так как каждый контакт каждой пары расположен по соседству с контактом другой пары и между ними имеется электростатическая и электромагнитная связь. Связь между контактами зеленой пары и контактами оранжевой и коричневой пар проявляется в меньшей степени, так как каждый контакт каждой пары расположен по соседству с контактом другой пары.

Были сделаны попытки уменьшить перекрестные помехи между соседними контактами электрических соединителей. Например, в заявке на европейский патент N 93301116.5 (0558225A1) описано устройство, в котором соседние контакты соединителя перекрещиваются посредством повторного изгиба на середине между их концами, так что они проходят половину пути при одном расположении в пространстве и половину пути при противоположном расположении. Таким образом, перекрестные помехи наводятся в противоположных половинах контактов в противофазе, в результате чего происходит их взаимное уничтожение. Изготовление такого устройства затруднено ввиду необходимости соединения с помощью повторных изгибов, а точка пересечения является крайне критичной.

Другой подход описан в заявке на европейский патент N 92112808.8 (0525703A1), согласно которой в соединителе используется выполненное на печатной плате соединение с двойным пересечением взаимно влияющих контактов, так что имеется противофазная перекрестная связь с целью взаимного уничтожения перекрестных помех, как и в предыдущем случае. Это устройство требует как печатной платы, так и множества пересекающихся соединений на ней. Описаны также альтернативные устройства, в которых с целью ввода противофазной составляющей перекрестной помехи обеспечивается связь с помощью дискретных емкостей или индуктивностей между не создающими помех контактами пары и линией, подвергающейся действию перекрестных помех. Использовать дискретные компоненты неудобно и дорого.

Целью настоящего изобретения является создание электрического соединителя с компенсацией перекрестных помех, который является надежным и относительно простым в производстве, без использования дискретных компонентов.

В соответствии с изобретением предлагается электрический соединитель, содержащий по меньшей мере четыре контакта, которые проходят между входными и выходными выводами, отличающийся тем, что с целью уменьшения общих перекрестных помех выполняется перекрытие взаимно наиболее удаленных контактов из разных пар контактов, предназначенных для передачи определенных сигналов, чтобы навести перекрестные помехи в противофазе к перекрестным помехам, наводимым между взаимно наиболее близкими контактами из разных пар контактов, предназначенных для передачи определенных сигналов.

Один из каждых наиболее удаленных контактов может быть снабжен боковым выступом, который перекрывает взаимодействующий контакт другой пары, чтобы обеспечить между контактами перекрытие и емкостную связь. Другой из упомянутых наиболее удаленных контактов может иметь часть с увеличенной площадью поверхности, на которую накладывается боковой выступ, посредством чего между контактами увеличивается емкостная связь. Таким путем разность емкостей между взаимодействующим контактом и каждым из контактов другой пары уменьшается или, в идеальном случае, становится равной нулю. Контакты могут быть расположены поперек соединителя на расстоянии друг от друга, взаимно наиболее удаленные из контактов назначаются в качестве одной пары, пропускающей сигнал, а боковой выступ может быть направлен внутрь.

Электрический соединитель может содержать множество дополнительных контактов и любые четыре или более из них, разделенные на пары, могут быть выполнены с перекрытием взаимно наиболее удаленных контактов другой пары или пар, чтобы обеспечить емкостную связь между ними и индуцировать перекрестные помехи в противофазе к перекрестным помехам, наводимым между взаимно наиболее близкими контактами другой пары или пар.

В другой форме осуществления изобретения две дополнительные пары контактов, пропускающие сигналы, располагаются по одной по обе стороны от упомянутых четырех контактов, а внешние контакты из этих четырех контактов размещаются так, чтобы перекрыть наиболее удаленный контакт ближайшей дополнительной пары и обеспечить между ними связь для наведения перекрестных помех в противофазе к перекрестным помехам, наводимым между этими внешними контактами и ближайшим контактом этой дополнительной пары.

Контакты могут быть выполнены по несколько штук с каждой стороны изоляционной прокладки, которая образует слой диэлектрика между перекрывающимися контактами. Прокладкой может являться полиимидная пленка.

Для лучшего понимания изобретения и его преимуществ ниже приводится подробное описание примеров осуществления изобретения со ссылкой на приложенные чертежи.

Фиг. 1 представляет собой схему, поясняющую основную проблему перекрестных помех, возникающих в восьмиконтактном соединителе.

На фиг.2 показан вид сверху рамки с выводами для получения шести контактов соединителя, сконструированного в соответствии с изобретением.

На фиг. 3 показан вид сверху второй рамки с выводами для получения двух дополнительных контактов соединителя, сконструированного в соответствии с изобретением.

Фиг. 4 представляет собой вид сверху, показывающий расположение рамок с выводами, показанных на фиг.3 и 4 и смонтированных по обе стороны изолирующей диэлектрической пленки.

На фиг. 5 показано перспективное изображение с пространственным разделением деталей всего соединителя, включающего показанную на фиг.4 конструкцию и выполненного согласно изобретению.

На фиг.6 показаны детали соединителя, изображенного на фиг.5, собранного и готового к подключению изолированных проводов.

Обратимся к фиг. 1, на которой показан соединитель с расположенными в один ряд восемью выводами, предназначенный для использования в соответствии с нормами стандарта EIA/TIA 568B. Как видно из фиг. 1, контакты 4, 5 и 3, 6 близки друг к другу и перекрестные помехи наводятся между ними посредством электромагнитной связи, емкостной элемент которой моделируется конденсаторами C₁ и C₂. Чтобы компенсировать такие перекрестные помехи, настоящее изобретение вводит между 3, 5 и 4, 6 перекрестные помехи, которые находятся в противофазе с нежелательными перекрестными помехами, наводимыми между соседними линиями. Это может быть сделано путем увеличения емкостной связи между 3 и 5, 4 и 6, как показано штриховыми линиями и обозначено с помощью соответственно. Существуют также перекрестные помехи между контактами 2 и 3, 6 и 7 соседних пар контактов, что представлено емкостями C₃ и C₄, они могут аналогично компенсироваться увеличением емкостной связи между 1 и 3, 6 и 7, как показано штриховыми линиями и обозначено с помощью соответственно. Настоящее изобретение касается обеспечения такой компенсации в соединителе, имеющем четыре или более контактов. Обратимся теперь к фиг.2, где показан вид сверху рамки 10 с выводами, изготовленной штамповкой из тонкого листа металла, например из бериллиевой бронзы, чтобы сформировать шесть контактов, пронумерованных 1, 2, 4, 5, 7, 8. На фиг.3 показан вид сверху другой рамки 11 с выводами, выполненной аналогичным образом для формирования двух контактов 3 и 6. В обеих рамках один конец каждого контакта формируется как удлиненный хвостовик 12, причем хвостовики проходят по существу взаимно параллельно, а другой конец выполняется с удлиненным вырезом 13, который после отделения от боковой полосы 14 образует вилку соединителя, работающего по принципу изоляции. Концы контакта с хвостовиком 12 и вырезом 13 представляют собой соответственно входной и выходной выводы контакта. На фиг.2 можно видеть, что контакты 1, 4, 5 и 8 имеют соответственно части 15A, 15B, 15C и 15D с большей шириной и площадью поверхности, которые предназначены для взаимодействия с боковыми выступами 16A, 16B и 16C, 16D, выполненными на контактах 3 и 6 соответственно, как можно видеть на фиг.3.

Обратимся теперь к фиг. 4, на которой показано (вид сверху), как две рамки с выводами смонтированы одна поверх другой с разделением изолирующей пленкой 17. На иллюстрации рамка 10 с выводами показана внизу и отделена от рамки 11 с выводами, для упрощения пояснения, прозрачной пленкой. Пленка может быть выполнена из любого подходящего диэлектрического материала, например из полиимида, такого как поставляемый на рынок под торговым названием Kapton. Пленка может иметь толщину 75 мкм (0,003 дюйма). Точно выдержанные толщина, диэлектрическая постоянная и контроль перекрытия очень существенны, если требуется выполнить эффективное устранение перекрестных помех. Рамки закреплены на пленке клеем, например, путем нанесения на обе стороны пленки акрилового покрытия и прикрепления рамки термосклеиванием. На чертеже можно видеть, что боковые выступы 16A, 16B и 16C, 16D там, где они накладываются на части 15A, 15B, 15C и 15D, соответственно, заштрихованы для облегчения их идентификации. Далее центральная часть, присоединенная к изолирующей пленке, заключается в пластмассовую капсулу, которая, как можно видеть на фиг. 5, где она обозначена номером 20, имеет в основном форму прямоугольного блока, снабженного восемью параллельными удлиненными пазами 21. Эти пазы являются глухими на одном конце и предназначены для размещения изолированных жил подключаемого кабеля. После заключения центральной части в пластмассу боковые полосы рамки отрезаются, чтобы освободить хвостовики 12 и открыть конец выреза 13, который образует вилку 22 соединителя со смещением изоляции. Конец вилки загибается вверх под прямым углом, как показано на чертеже, а хвостовики загибаются вниз и назад так, чтобы они были направлены наклонно вниз относительно низа блока 20. На фиг.2 можно видеть, что вырезы 13 смещены относительно друг друга вдоль контактов так, что при соответствующем отрезании от боковой полосы рамки они формируют вилки, которые выступают на разные расстояния. Поэтому после загибания получаются ряды вилок с различной высотой, что облегчает присоединение изолированных проводов, как будет описано ниже.

Ниже со ссылкой на показанное на фиг.5 перспективное изображение с пространственным разделением деталей будут описаны различные дополнительные детали и их взаимосвязь. Для размещения и поддержки вилок 22 соединителя со смещением изоляции и изолированных проводов предусмотрен изолирующий элемент 23, снимающий механическое усилие с контактов и имеющий форму, сходную с формой прямоугольного блока. Эта деталь имеет пазы 24A, сходные с пазами 21. Как можно видеть, элемент, снимающий усилие, когда в его пазы помещены вилки для смещения изоляции, фактически образует продолжение блока.

Литой пластмассовый корпус 24 имеет верхнюю часть, снабженную с одной стороны углублением 25, которому придана такая форма, чтобы сделать возможным скользящее вставление блока 20 в изолирующий элемент 23, снимающий усилие. В дне углубления выполнены восемь параллельных пазов 26, которые идут вдоль углубления от того конца, со стороны которого вставляют блок 20, и расположены на расстоянии друг от друга аналогично расположению хвостовиков 12 там, где они выходят из блока 20. Пазы проходят насквозь в углубление внизу корпуса, которое на другой стороне корпуса имеет вход для приема взаимодействующего соединителя. Пазы 26 служат для размещения в каждом из них хвостовика 12, когда торец блока 20 со стороны хвостовиков вставлен в углубление 25, и для направления и разделения хвостовиков во время вставления и после него таким образом, чтобы хвостовики удерживались в наклонном положении в углублении в дне корпуса в качестве контактов для взаимодействия с сопрягаемым соединителем. Каждая из расположенных напротив друг друга стенок углубления 25 и элемента 23, снимающего усилие, снабжена взаимно сцепляющимися фиксирующими элементами, которые в описываемой форме осуществления изобретения содержат выступы 27 с обратным скосом на расположенных напротив друг друга стенках углубления 25 и выемки 28 на противоположных сторонах элемента, снимающего усилие. Концы выступов сцепляются с этими выемками 28 при защелкивании во время завершения вставления в углубление 25. Вместо выполнения взаимодействующих фиксирующих элементов 28 на элементе 23, снимающем усилие, они могут быть выполнены на боковых сторонах блока 20.

Корпус 24 снабжен также откидываемой вверх крышкой 29, которая формируется во время его отливки, шарнирно соединяется с верхом корпуса гибкой перемычкой 30 и закрепляется в открытом положении соединительным элементом 31, отрезаемым перед закрыванием крышки. Крышка снабжена восемью удлиненными выступами 32, которые точно соответствуют пазам 21, 24A и служат для вдавливания, когда входят в пазы, изолированных проводов в вилки 22 соединителя со смещением изоляции, а также для зажима изолированных проводов, когда крышка полностью закрыта.

Предусмотрен также наружный кожух 33 из металла или пластмассы, которому придана форма, позволяющая устанавливать с плотной посадкой шарнирный торец корпуса 24. Этот кожух действует так, что вызывает подключение проводов к соединителю со смещением изоляции. После укладки проводов в пазы 21 блока 20 и пазы 24A элемента, снимающего усилие, и после вставления в корпус 24 именно вталкивание корпуса 24 в кожух заставляет крышку закрываться, а ее выступы 32 вдавливать изолированные провода в вилки 22, которые смещают изоляцию и выполняют подключение к проводам. Кроме того, это заставляет изоляцию проводов вдавливаться в пазы 24A элемента, снимающего усилие, что способствует закреплению проводов. Вследствие разной высоты вилок соединителей со смещением изоляции некоторые провода вдавливаются в свой соединитель раньше, чем остальные; таким образом достигается уменьшение усилия, необходимого для закрывания крышки, и смещение изоляции происходит по мере продвижения. Кожух действует как электрический экран для соединителя, экранирование дополнительно улучшается металлическим экраном 34 для конца кабеля и удерживающим зажимом 35.

Детали соединителя, собранного до состояния готовности к установке изолированных проводов, показаны на фиг. 6. Было установлено, что наилучшая компенсация перекрестных помех может быть получена, если перекрывающиеся боковые выступы 16A-16D и широкие участки 15A-15D выполняются как можно ближе к хвостовикам 12.

Хотя описанная форма осуществления изобретения использует четыре пары проводов, понятно, что изобретение эффективно для любых соединителей, которые содержат две или более пары, такие как 3 и 6, 4 и 5, где перекрестные помехи должны быть уменьшены, и может быть использовано в соединителях, имеющих большое число пар.

В этом отношении перекрестные помехи могут представлять проблему в любой конфигурации с парными контактами. Для простоты рассмотрим соединитель с четырьмя контактами в ряд, контакты пронумерованы от 1 до 4 по порядку. В таком случае пары могут быть назначены как 1 и 4, 2 и 3 (аналогично 3 и 6, 4 и 5 в ранее описанной форме осуществления изобретения), что является наихудшим случаем, но могут быть назначены 1 и 2, 3 и 4 или 1 и 3, 2 и 4. В каждом случае имеются провода, близкие друг к другу и относящиеся к разным парам, и может быть выполнено уменьшение или устранение перекрестных помех в соответствии с данным изобретением. Такие конфигурации попадают в рамки данного изобретения.

Принципы изобретения применимы к соединителям, имеющим большое число контактов, и должно быть понятно, что существует возможность перекрестных помех между любой парой контактов и всеми другими парами контактов и что принципы этого изобретения могут быть применены для подавления перекрестных помех между каждой парой и одной или большим числом других пар контактов.

Хотя в описанном изобретении используются рамки с выводами, смонтированные на диэлектрической пленке, должно быть понятно, что могут быть использованы и альтернативные конструкции. Например, контакты могут быть сформированы на противоположных сторонах печатной платы с помощью травления или же контакты могут быть напечатаны на диэлектрической пленке или плате, например, методом трафаретной печати металлического рисунка. Такие конфигурации рассматриваются как находящиеся в рамках данного изобретения.

Электрический соединитель предназначен для соединения нескольких пар проводников и имеет четыре контакта, которые проходят между входными выводами и выходными выводами. Чтобы уменьшить перекрестные помехи между парами контактов, выполняется перекрытие наиболее удаленных друг от друга выводов различных пар контактов, назначенных для передачи отдельных сигналов. Это перекрытие обеспечивает емкостную связь, предназначенную для наведения перекрестных помех в противофазе к перекрестным помехам, наводимым между наиболее близкими друг к другу выводами. Технический результат - компенсация перекрестных помех, повышение надежности и упрощение изготовления. 21 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Электрический соединитель, содержащий по меньшей мере четыре контакта, которые проходят между входными и выходными выводами, отличающийся тем, что выполнено перекрытие взаимно наиболее удаленных контактов разных пар контактов, названных для определения сигналов, создающее между ними емкостную связь для наведения перекрестной помехи, противоположной перекрестной помехе, наводимой между взаимно наиболее близкими контактами разных пар, назначенных для определенных сигналов, с уменьшением общей перекрестной помехи. 2. Соединитель по п. 1, отличающийся тем, что один из каждых указанных взаимно наиболее удаленных контактов снабжен боковым выступом, который накладывается на другой взаимодействующий контакт другой пары с получением перекрытия и емкостной связи между контактами. 3. Соединитель по п. 2, отличающийся тем, что другой из указанных наиболее удаленных контактов имеет часть с увеличенной площадью поверхности, на которую накладывается боковой выступ с получением увеличенной емкостной связи. 4. Соединитель по п. 2 или 3, отличающийся тем, что контакты расположены на расстоянии друг от друга поперек соединителя, причем взаимно наиболее удаленные контакты назначены в качестве одной пары, пропускающей сигнал, а боковой выступ направлен внутрь. 5. Соединитель по одному из пп. 1 - 4, отличающийся тем, что он содержит множество дополнительных контактов, любые четыре или более из которых разделены на пары и выполнены с перекрытием взаимно наиболее удаленных контактов другой пары или пар, с получением емкостной связи между ними для наведения перекрестных помех, противоположных перекрестным помехам, наводимым между взаимно наиболее близкими контактами другой пары или пар. 6. Соединитель по пп. 4 или 5, отличающийся тем, что две дополнительные пары контактов, несущие сигналы, расположены по одной по обе стороны от указанных четырех контактов, а внешние контакты из этих четырех контактов выполнены так, что перекрывают наиболее удаленный контакт ближайшей дополнительной пары для получения связи между ними и наведения перекрестной помехи, противоположной перекрестной помехе, наводимой между этим внешним контактом и ближайшим контактом этой дополнительной пары. 7. Соединитель по одному из пп. 1-6, отличающийся тем, что контакты расположены по несколько с каждой стороны изолирующей прокладки, которая образует диэлектрик между перекрывающимися контактами. 8. Соединитель по п. 7, отличающийся тем, что изолирующей прокладкой является полиимидная пленка. 9. Соединитель по п. 7 или 8, отличающийся тем, что контакты сформированы как часть множества рамок с выводами, изготовленных штамповкой из листа проводящего материала, причем эти рамки с выводами установлены на противоположных сторонах изолирующей прокладки. 10. Соединитель по п. 9, отличающийся тем, что один конец контактов имеет форму вилки, образуя соединитель со смещением изоляции. 11. Соединитель по п. 10, отличающийся тем, что другой конец каждого из контактов представляет собой вытянутой хвостовик. 12. Соединитель по п. 11, отличающийся тем, что изолирующая прокладка вместе с установленными на ней рамками с выводами заключена в пластмассовую капсулу, причем концы контактов выступают из пластмассы. 13. Соединитель по п. 12, отличающийся тем, что концы, образующие соединители со смещением изоляции, загнуты вверх по существу под прямым углом, а хвостовики загнуты вниз и назад по отношению к капсуле. 14. Соединитель по п. 13, отличающийся тем, что пластмассовая капсула сформирована в виде прямоугольного блока с отдельными пазами, вытянутыми по существу взаимно параллельно и лежащими каждый на одной прямой с соответствующим соединителем со смещением изоляции, для размещения конца подключаемого провода. 15. Соединитель по п. 14, отличающийся тем, что он снабжен изолирующим корпусом, имеющим такую форму, что прямоугольный блок может быть вставлен в него торцом, несущим хвостовики, причем этот корпус имеет пазы, расположенные аналогично хвостовикам в тех местах, где последние выступают из блока, так что хвостовик входит в паз при вставке торца блока с хвостовиками, а пазы направляют и разделяют хвостовики во время и после вставки, причем хвостовики удерживаются в наклонном положении в раскрыве на противоположной стороне корпуса в качестве контактов для приема сопрягаемого соединителя. 16. Соединитель по п. 15, отличающийся тем, что содержит изолирующий элемент, снимающий усилие, прямоугольной формы, аналогичной форме прямоугольного блока, с аналогичными пазами для приема и удержания концов соединителей со смещением изоляции, а также для формирования по существу продолжения блока так, что он может вставляться вместе с блоком в корпус. 17. Соединитель по п. 15 или 16, отличающийся тем, что корпус и блок или элемент, снимающий усилие, снабжены взаимодействующими защелкивающимися частями, которые удерживают в корпусе блок или блок и элемент, снимающий усилие. 18. Соединитель по пп. 15-17, отличающийся тем, что корпус открыт сверху и снабжен крышкой, которая может закрывать корпус сверху, и имеет элементы для воздействия на изолированные провода, когда они уложены в пазы в блоке или в блоке и элементе, снимающем усилие, и для вдавливания каждого провода в соединитель со смещением изоляции. 19. Соединитель по п. 18, отличающийся тем, что крышка шарнирно установлена на корпусе. 20. Соединитель по п. 19, отличающийся тем, что он включает наружный кожух, в который по посадке с гарантированным натягом вставляется корпус, причем кожух и корпус выполнены так, что вставка корпуса в кожух вызывает закрывание крышки и заставляет элемент воздействовать на изолированные провода и вдавливать каждый из них в один из соединителей со смещением изоляции. 21. Соединитель по п. 20, отличающийся тем, что наружный кожух выполнен из металла. 22. Соединитель по одному из пп. 13-21, отличающийся тем, что вилки контактных элементов соединителей со смещением изоляции выступают на различную высоту, так что некоторые из них входят в контакт с соответствующими из изолированными проводами в разные моменты времени, смещение изоляции путем нажима по направлению вниз происходит постепенно и усилие, необходимое для соединения, уменьшается.