УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОМПЕНСАЦИИ ПЕРЕКРЕСТНОЙ ПОМЕХИ В ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННОМ СОЕДИНИТЕЛЕ Российский патент 2008 года по МПК H01R13/646 H05K1/11 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к телекоммуникационным соединителям и способам и устройствам для управления задержкой сигналов в телекоммуникационных соединителях для улучшения перекрестной помехи на ближнем конце (NEXT), перекрестной помехи на дальнем конце (FEXT) и обратные потери в элементах величин и верхних граничных частот передающих компонентов и изделий.

Уровень техники

Перекрестная помеха на ближнем конце (NEXT), перекрестная помеха на дальнем конце (FEXT) и обратные потери ограничивают скорости телекоммуникационных (например, голосовых, с передачей данных и т.д.) соединителей. Стандартные технологии компенсации включают реактивную (например, индуктивную или емкостную) связь для генерирования компенсационной перекрестной помехи для исключения мешающей перекрестной помехи, могут обеспечивать лишь ограниченный успех из-за ограничений, накладываемых TIA (Ассоциация промышленности средств связи) и IEC (Международная электротехническая комиссия) относительно величины и фазы перекрестной помехи на ближнем конце и перекрестной помехи на дальнем конце подготовленных разъемов. ANSI/TIA/EIA-568-B.2-1 задает требования к величине и фазе для испытательных разъемов категории 6, которые приведены в таблице на фиг.1.

В качестве примера, TIA задает, что в случае 1 разъем должен иметь заданную величину (36,4 при 100 МГц) и фазу - 90°±1,5f/100. Для исключения этой мешающей перекрестной помехи телекоммуникационный соединитель должен обеспечить компенсирующую перекрестную помеху, имеющую ту же величину, что и перекрестная помеха на ближнем конце, но противоположную фазу, +90°, как показано на графике на фиг.2. Если величина и фаза точно совпадают, то линии +90 и -90 исключают друг друга. В действительности сложно точно согласовать эти фазы.

Ошибка в согласовании фазы мешающей перекрестной помехи и компенсирующей перекрестной помехи может приводить к увеличению перекрестной помехи на ближнем конце и перекрестной помехи на дальнем конце. Например, в телекоммуникационной системе, использующей передающие пары со штырем и кольцом, остаточный ток в проводе штыря после наложения компенсирующей перекрестной помехи (за счет несогласованности фаз) может переноситься на провод кольца и наводить дополнительную компенсирующую перекрестную помеху. Существующие в настоящее время решения добавляют дополнительную перекрестную помеху для противодействия дополнительной перекрестной помехи, вызванной остаточными токами. Желательно исключить необходимость в ведении мешающей перекрестной помехи.

Сущность изобретения

Вариантом выполнения данного изобретения является печатная плата, обеспечивающая компенсацию перекрестной помехи. Печатная плата включает первые металлизированные сквозные отверстия для размещения первого соединительного компонента и вторые металлизированные сквозные отверстия для размещения второго соединительного компонента. Дорожка, несущая сигнал, передает сигнал из одного из первых металлизированных отверстий в одно из вторых металлизированных отверстий. Дорожка управления задержкой фазы является электрическим соединением с одним из первых металлизированных отверстий. Дорожка управления задержкой фазы влияет на задержку фазы сигнала из одного из первых металлизированных отверстий в одно из вторых металлизированных отверстий.

Краткое описание чертежей

Ниже приводится подробное описание изобретения со ссылками на чертежи, на которых аналогичные элементы обозначены одинаковыми позициями и изображено:

фиг.1 - таблица TIA пределов величины перекрестной помехи на ближнем конце и фазы перекрестной помехи на ближнем конце;

фиг.2 - график фазы разъема и фазы соединителя при исключении перекрестной помехи на ближнем конце;

фиг.3 - пример выполнения телекоммуникационного соединителя на виде сбоку;

фиг.4 - график зависимости перекрестной помехи на ближнем конце от частоты для различных задержек фазы;

фиг.5 - график зависимости фазы от частоты для различных задержек фазы;

фиг.6 - печатная плата, включающая дорожки управления задержкой фазы;

фиг.7 - печатная плата, включающая дорожки управления задержкой фазы;

фиг.8 - четыре печатные платы, имеющие изменяющуюся ширину дорожек;

фиг.9 - график перекрестной помехи на ближнем конце для каждой из печатных плат, показанных на фиг.8;

фиг.10 - график фазы для каждой из печатных плат, показанных на фиг.8;

фиг.11 - печатная плата, включающая дорожки управления задержкой фазы в альтернативном варианте выполнения;

фиг.12 - график перекрестной помехи на ближнем конце с и без дорожки управления задержкой фазы, согласно фиг.11; и

фиг.13 - график перекрестной помехи на ближнем конце с и без дорожки управления задержкой фазы, согласно фиг.11.

Подробное описание изобретения

На фиг.3 показан на виде сбоку пример выполнения телекоммуникационного соединителя 10, выполненного с возможностью управления фазой компенсирующей перекрестной помехи для улучшения передачи. Телекоммуникационный соединитель 10 включает разъем 12, который размещен в первом соединительном компоненте в виде гнезда 14. В одном варианте выполнения изобретения разъем является гнездом RJ-45, несущим сигналы в нескольких (например, 4) скрученных парах медной проволоки. Скрученные пары могут быть расположены в разъеме в соответствии со стандартом Т568А или Т568В, согласно которым пара 4/5 расположена между парой 3/6. Аналогичным образом, выход 14 может быть выходом RJ-45, установленным на печатной плате 16. Печатная плата включает дорожки для передачи сигналов от выхода 14 во второй соединительный компонент в виде блока 18 согласованной нагрузки проводов. Блок 18 согласованной нагрузки может быть блоком типа 110, известным в уровне техники.

Имеется фазовый сдвиг вследствие расстояния от интерфейса разъем/гнездо до места, где прикладывается мешающая перекрестная помеха (например, печатная плата). Следует отметить, что геометрия и положение контактов гнезда 14, которые проходят от интерфейса гнездо/разъем к печатной плате 16, могут влиять на величину и фазу мешающей перекрестной помехе. Поэтому печатная плата и блок 18 согласованной нагрузки (или другие устройства нагрузки) компенсируют остаточную перекрестную помеху. Компенсация должна происходить в двух направлениях (т.е. от разъема 12 в блок 18 и от блока 18 к разъему 12). Дополнительно к этому, TIA и IEC задают диапазон характеристик модульных разъемов, которые непосредственно способствуют мешающей перекрестной помехе.

Для управления фазой компенсирующей перекрестной помехи в телекоммуникационном соединителе 10 выполняют управление фазой в печатной плате 16. Обычно невозможно воспроизводить точную величину и фазу мешающей перекрестной помехи во всем диапазоне частот (например, от 0 до 300 МГц). На фиг.4 показан график зависимости перекрестной помехи на ближнем конце от частоты и допустимый предел перекрестной помехи на ближнем конце. При предположении, что величины мешающей перекрестной помехи в интерфейсе разъем/гнездо и компенсирующей перекрестной помехи на печатной плате/согласованной нагрузке кабеля являются равными, но не совпадают по фазе, имеется не соответствующий категории 6 ответ. Это показано на фиг.4 в виде графика, имеющего ноль перекрестной помехи на ближнем конце около 82 МГц, соответствующий задержке 0 пс. Посредством сдвига фазы компенсирующей перекрестной помехи посредством манипулирования задержкой фазы на печатной плате 16, верхний частотный параметр становится ниже предела без манипулирования величиной компенсации. Другими словами, задержка фазы может улучшить характеристики на высоких частотах без добавления реактивной (например, индуктивной, емкостной) компенсации. Графики на фиг.4 показывают, как совокупные задержки - 20 пс приводят к тому, что перекрестная помеха на ближнем конце при высоких частотах (например, 300 МГц) находится ниже предела.

На фиг.5 показано, как изменения задержки изменяют положение нуля перекрестной помехи на ближнем конце. Например, задержка - 80 пс приводит к положению нуля перекрестной помехи на ближнем конце приблизительно при 160 МГц. Этот ноль показан также на фиг.4. Введение задержки фазы в компенсирующую перекрестную помеху является важным, поскольку добавление одной индуктивной или емкостной связи не может улучшить характеристики при более высоких частотах.

В одном варианте выполнения изобретения управление задержкой фазы перекрестной помехи осуществляется с использованием дорожек на печатной плате 16. На фиг.6 и 7 показаны две технологии управления задержкой фазы перекрестной помехи и величиной компенсирующей перекрестной помехи. Печатная плата на фиг.6 включает металлизированные сквозные отверстия 41-48 для размещения контактов в гнезде 14. В металлизированных сквозных отверстиях 51-58 размещаются контакты блока 18 согласованной нагрузки. Несущие сигнал дорожки обеспечивают соединение от сквозных отверстий 41-48 к сквозным отверстиям 51-58. Как известно из уровня техники, контакты расположены парами с контактами 1/2, 3/6, 4/5 и 7/8 с образованием 4 пар.

Как показано на фиг.6, компенсация величины перекрестной помехи достигается посредством прохождения дорожек управления величиной перекрестной помехи смежно друг с другом. Например, от сквозных отверстий 43 и 45 параллельные, шунтирующие (или тупиковые) дорожки проходят с целью обеспечения компенсирующей перекрестной помехи для противодействия мешающей перекрестной помехи. Тупиковые дорожки проходят вблизи друг друга с целью обеспечения реактивной связи. Они противоположны изолированным тупиковым дорожкам, описание которых будет приведено ниже со ссылками на фиг.11.

Печатная плата на фиг.6 содержит также дорожки для управления фазой. От сквозного отверстия 42 к сквозному отверстию 52 ведут избыточные дорожки 60. Избыточные дорожки 60 обеспечивают меньшее сопротивление между сквозным отверстием 42 и сквозным отверстием 52 и тем самым уменьшают задержку на этом дорожки. Это приводит к образованию перекрестной помехи, имеющей уменьшенную задержку фазы, за счет чего сдвигается частота, на которой перекрестная помеха на ближнем конце равна нулю.

Альтернативный способ регулирования задержки фазы показан на фиг.7. В этом случае печатная плата снова включает дорожки управления величиной перекрестной помехи для регулирования величины компенсирующей перекрестной помехи, такие как параллельные шунтирующие дорожки от сквозных отверстий 51 и 57. Дополнительно к этому, можно изменять задержку фазы посредством изменения ширины дорожек. Например, несущая сигнал дорожка 61 между сквозным отверстием 41 и сквозным отверстием 51 является более широкой. Это обеспечивает меньшее сопротивление и тем самым меньшую задержку. Кроме того, используются избыточные несущие сигнал дорожки 60 между сквозными отверстиями 57 и 47.

На фиг.8 показаны 4 печатные платы, имеющие различную ширину дорожек, от самых тонких до самых широких слева направо. На фиг.9 показан график перекрестной помехи на ближнем конце для каждой печатной платы, показанной на фиг.8, для трех разных разъемов. Как показано на фиг.9, увеличение ширины дорожки приводит к соответствующему увеличению перекрестной помехи на ближнем конце в дБ для нескольких разъемов (обозначенных как номинальный, средний и высокий). На фиг.10 показана фаза в градусах для каждой печатной платы для нескольких разъемов. Снова четко прослеживается взаимосвязь между шириной дорожки и изменением фазы.

Другой способ изменения задержки заключается в использовании изолированных тупиковых дорожек. На фиг.11 показана печатная плата, включающая дорожки управления задержкой фазы, согласно альтернативному варианту выполнения. Как показано на фиг.11, металлизированные сквозные отверстия 51 соединены с дорожкой 64 управления задержкой фазы. Управляющий задержкой фазы дорожки 64 является изолированной, тупиковой дорожкой, которая расположена так, чтобы не создавать никакой реактивной связи. Другими словами, дорожка 64 не проходит вблизи другой дорожки с целью реактивной связи. Вместо этого тупиковая дорожка 64 обеспечивает управление задержкой фазы для сигнала, проходящего от металлизированного сквозного отверстия 51 к металлизированному сквозному отверстию 41. На одной печатной плате можно использовать несколько изолированных тупиковых дорожек.

Изолированная тупиковая дорожка 64 добавляет задержку к проводящей дорожке и ее можно использовать для различных целей. Например, один проводник пары может иметь штырь электрически более длинным, чем кольцо, так что управляющая задержкой фазы дорожка 64 улучшает равновесие внутри пары. В качестве альтернативного решения, управляющая задержкой фазы дорожка 64 может добавлять задержку обоим проводникам определенной пары для обеспечения лучшей компенсации фаз.

На фиг.12 показан график характеристик перекрестной помехи на ближнем конце разъема с низкой величиной перекрестной помехи на ближнем конце, соединенного с соединителем с использованием печатной платы, согласно фиг.11. Графики показаны для случаев наличия и отсутствия управляющей задержкой фазы дорожки 64. На фиг.13 показан график характеристик перекрестной помехи на ближнем конце разъема с высокой величиной перекрестной помехи на ближнем конце, соединенного с соединителем с использованием печатной платы, согласно фиг.11. Управляющая задержкой фазы дорожка обеспечивает улучшение параметров на высоких частотах для комбинации пар 1/2-3/6 для разъемов как с низкой, так и высокой величиной.

Понятно, что телекоммуникационный соединитель 10 может иметь различные конструктивные выполнения и не ограничивается разъемом, гнездом и блоками согласованной нагрузки. Соединительные компоненты могут включать два соединительных блока, два гнезда и т.д. Кроме того, варианты выполнения, показанные на фиг.6, 7 и 11, включают управляющие задержкой фазы дорожки, которые уменьшают задержку фазы с помощью избыточных дорожек, увеличенной ширины и/или тупиковых дорожек. Любой размер дорожки (например, толщину дорожек) можно регулировать с целью управления задержкой фазы. Понятно, что задержку фазы можно увеличить посредством уменьшения ширины дорожки. В качестве альтернативного решения, можно использовать различные материалы в разных дорожках для управления задержкой фазы. Например, можно использовать материал с большей проводимостью для уменьшения задержки фазы. За счет комбинирования компенсации величины перекрестной помехи (с помощью реактивного сопротивления, такого как конденсатор или индуктивность) и управления задержкой фазы перекрестной помехи можно достигать улучшенных рабочих характеристик. Кроме того, можно использовать одну или более тупиковых дорожек управления задержкой фазы, согласно фиг.11, в соединении с управляющими задержкой фазы дорожками, согласно фиг.6 и 7.

Хотя изобретение было описано применительно к примерам выполнения, для специалистов в данной области техники понятно, что возможны различные изменения и замена элементов их эквивалентами без отхода от объема изобретения. Дополнительно к этому, можно выполнять различные модификации для согласования конкретной ситуации или материала с идеей изобретения без отхода от существа объема изобретения. Поэтому изобретение не должно ограничиваться частными вариантами выполнения, раскрытыми в качестве наилучшего дорожки возможного осуществления данного изобретения.

Печатная плата обеспечивает компенсацию перекрестной помехи. Печатная плата включает первые металлизированные сквозные отверстия для размещения первого соединительного компонента и вторые металлизированные сквозные отверстия для размещения второго соединительного компонента. Несущая сигнал дорожка передает сигнал от одного из первых металлизированных отверстий к одному из вторых металлизированных отверстий. Управляющая задержкой фазы дорожка электрически соединена с одним из первых металлизированных отверстий. Управляющая задержкой фазы дорожка оказывает влияние на задержку фазы сигнала от одного из первых металлизированных отверстий к одному из вторых металлизированных отверстий. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Печатная плата, обеспечивающая компенсацию перекрестной помехи, при этом печатная плата содержит первые металлизированные сквозные отверстия для размещения первого соединительного компонента, вторые металлизированные сквозные отверстия для размещения второго соединительного компонента, несущую сигнал дорожку для передачи сигнала от одного из первых металлизированных отверстий к одному из вторых металлизированных отверстий, управляющую задержкой фазы дорожку, электрически соединенную с одним из первых металлизированных отверстий, при этом управляющая задержкой фазы дорожка оказывает влияние на задержку фазы указанного сигнала от одного из первых металлизированных отверстий к одному из вторых металлизированных отверстий.2. Печатная плата по п.1, в которой управляющая задержкой фазы дорожка является одинаковой с несущей сигнал дорожкой.3. Печатная плата по п.2, в которой управляющая задержкой фазы дорожка имеет увеличенную проводимость с целью оказания влияния на задержку фазы указанного сигнала от одного из первых металлизированных отверстий к одному из вторых металлизированных отверстий.4. Печатная плата по п.2, в которой управляющая задержкой фазы дорожка включает несколько избыточных управляющих задержкой фазы дорожек с целью обеспечения указанной увеличенной проводимости.5. Печатная плата по п.2, в которой управляющая задержкой фазы дорожка включает увеличенный размер с целью обеспечения указанной увеличенной проводимости.6. Печатная плата по п.1, в которой управляющая задержкой фазы дорожка является изолированной тупиковой дорожкой, отдельной от несущей сигнал дорожки, при этом указанная тупиковая дорожка изолирована для исключения реактивной связи с другими дорожками.7. Печатная плата по п.1, в которой управляющая задержкой фазы дорожка включает первую управляющую задержкой фазы дорожку и вторую управляющую задержкой фазы дорожку.8. Печатная плата по п.7, в которой первая управляющая задержкой фазы дорожка является одинаковой с указанной несущей сигнал дорожкой, и указанная вторая управляющая задержкой фазы дорожка является изолированной тупиковой дорожкой, отдельной от несущей сигнал дорожки, при этом тупиковая дорожка изолирована для исключения реактивной связи с другими дорожками.9. Печатная плата по п.8, в которой первая управляющая задержкой фазы дорожка имеет увеличенную ширину с целью оказания влияния на задержку фазы указанного сигнала от одного из первых металлизированных отверстий к одному из вторых металлизированных отверстий.10. Печатная плата по п.8, в которой первая управляющая задержкой фазы дорожка включает несколько избыточных управляющих задержкой фазы дорожек с целью оказания влияния на задержку фазы указанного сигнала от одного из первых металлизированных отверстий к одному из вторых металлизированных отверстий.11. Печатная плата по п.1, в которой первый соединительный компонент является выходом.12. Печатная плата по п.1, в которой второй соединительный компонент является блоком согласованной нагрузки проводника.13. Печатная плата по п.1, дополнительно содержащая дорожку управления величиной перекрестной помехи, электрически соединенная с одним из первых металлизированных отверстий, при этом управляющая величиной перекрестной помехи дорожка реактивно связана с другой дорожкой с целью управления величиной перекрестной помехи.14. Телекоммуникационный соединитель, содержащий первый соединительный компонент для соединения с первым кабелем, второй соединительный компонент для соединения со вторым кабелем, печатную плату, обеспечивающую компенсацию перекрестной помехи, при этом печатная плата включает первые металлизированные сквозные отверстия для размещения первого соединительного компонента, вторые металлизированные сквозные отверстия для размещения второго соединительного компонента, несущую сигнал дорожку для передачи сигнала от одного из первых металлизированных отверстий к одному из вторых металлизированных отверстий, управляющую задержкой фазы дорожку, электрически соединенную с одним из первых металлизированных отверстий, при этом управляющая задержкой фазы дорожка оказывает влияние на задержку фазы указанного сигнала от одного из первых металлизированных отверстий к одному из вторых металлизированных отверстий.