DE69703482T2

DE69703482T2 - Nicht-ohmische energiekupplung zur reduzierung des übersprechens

Info

Publication number: DE69703482T2
Application number: DE69703482T
Authority: DE
Inventors: Jay Ferry
Original assignee: Whitaker LLC
Current assignee: Whitaker LLC
Priority date: 1996-02-29
Filing date: 1997-02-26
Publication date: 2001-05-03
Anticipated expiration: 2017-02-27
Also published as: US6096980A; WO1997032456A1; DE69703482D1; JP2000505601A; JP3802070B2; EP0883977B1; EP0883977A1

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Vorrichtung, die die Energiekopplung zwischen Signalwegen in einem Hochleistungsdatenübertragungssystem begünstigt, um ein Übersprechen zwischen den Signalwegen zu verringern.
Infolge der Zunahme der Datenübertragungsgeschwindigkeiten in Telekommunikationssystemen wurde das Übersprechen zu einem bedeutenden Problem. Das Übersprechen kann als Streuenergie definiert werden, die durch entweder kapazitive oder induktive Kopplung von einer Signalleitung auf eine angrenzende Signalleitung gekoppelt wird. Dieses Übersprechen führt zu einem Signalrauschen, das die Reinheit des übertragenen Signals stört.
Ein im allgemeinen zur Anwendung kommendes Telekommunikationsverdrahtungssystem ist eine nichtabgeschirmte verdrillte Paarverdahtung, bei der Paare von Drähten umeinander herum verdrillt werden. Die Drähte in einem verdrillten Paar führen in Beziehung stehende Signale und sind daher als Signalpaare bekannt.
Ein Übersprechen in nichtabgeschirmten verdrillten Paarverdrahtungssystemen entsteht hauptsächlich in elektrischen Verbindern, die eine Schnittstelle zwischen aufeinanderfolgenden Verläufen des Kabels in einem System bereitstellen. Die Verbinder, wie beispielsweise modulare Klinken, sind im allgemeinen auf einer Leiterplatte montiert, die durch einen Leiterplattenrandverbinder mit dem Verdrahtungssystem eine Verbindung herstellt. Die Leiterplatte trägt Schaltkreisleitungen oder Leiterbahnen, die sich zwischen einem Satz von Anschlußklemmen auf der Leiterplatte, die mit der modularen Klinke in Eingriff kommen können, und einem weiteren Satz von Anschlußklemmen auf der Leiterplatte erstrecken, die mit dem Leiterplattenrandverbinder in Eingriff kommen können.
Verfahren für das Reduzieren des Übersprechens nach dem bisherigen Stand der Technik umfassen Anordnungen von Leiterbahnen auf der Leiterplatte in einer derartigen Weise, daß eine Energiekopplung in benachbarten Leiterbahnen die Wirkungen der Energiekopplung aufheben wird, die im modularen Stecker und in der modularen Klinke auftritt. Das U. S. Patent Nr. 5299956 offenbart eine Anordnung, bei der die Leiterbahnen auf der Leiterplatte in einem Muster geführt werden, das hinsichtlich Polarität dem Muster entgegengesetzt ist, das ein Übersprechen im Stecker und in der Klinke erzeugt. Es wurde jedoch ermittelt, daß dieses Verfahren zu einer höheren Rückflußdämpfung wegen der Impedanzfehlanpassung zwischen dem Verbindersystem und dem Kabel führt.
Das U.S. Patent Nr. 5310363 offenbart ein Verfahren zur Reduzierung des Übersprechens, das die höhere Rückflußdämpfung vermeidet. Das Verfahren umfaßt das Hinzufügen einer zusätzlichen Leiterbahn auf der Leiterplatte. Die zusätzliche Leiterbahn verbindet zwei der gleichen Anschlußklemmen miteinander, die durch eine der anderen Leiterbahnen miteinander verbunden sind. Daher fuhren zwei der Leiterbahnen jeweils ein identisches Signal. Diese Leiterbahnen werden so geführt, daß das Signal in einer Leiterbahn einen richtigen Paarabgleich und Impedanz bewirkt, und daß das Signal in der anderen Leiterbahn eine verstärkte Kopplung mit einer Leiterbahn in einem der anderen Paare für eine Reduzierung des Übersprechens bewirkt.
Es wird jetzt vorgeschlagen, daß das Übersprechen durch Bereitstellen einer zusätzlichen Leiterbahn reduziert wird, die nichtohmisch mit irgendeiner der anderen Leiterbahnen verbunden ist. Die nichtohmisch verbundene Leiterbahn wird dicht angrenzend an Abschnitte von zwei oder mehreren Leiterbahnen in unterschiedlichen Signalpaaren geführt, wodurch Energie von jeder Leiterbahn zur anderen gekoppelt wird, so daß das Übersprechen reduziert wird.
Die Erfindung ist eine Leiterplatte für das Zusammenschalten eines ersten elektrischen Verbinders mit einem zweiten elektrischen Verbinder, wobei der erste elektrische Verbinder einen Satz von mit engem Abstand angeordneten Anschlußklemmen aufweist die jeweils mit einer entsprechenden anderen der Anschlußklemmen verbunden sind, um ein Signalpaar zu bilden, und wobei jedes der Signalpaare mit einem entsprechenden elektrischen Schaltkreis durch den Verbinder verbunden ist, wodurch benachbarte Anschlußklemmen in unterschiedlichen Signalpaaren für ein elektrisches Übersprechen empfänglich sind. Die Leiterplatte weist ein dielektrisches Trägermaterial auf, das Leiterbahnen darauf aufweist, die für das elektrische Zusammenschalten des ersten Satzes von Anschlußklemmen mit einem entsprechenden Satz von Anschlußklemmen im zweiten elektrischen Verbinder angeordnet sind. Die Leiterplatte weist mindestens eine weitere Leiterbahn auf, die mit irgendeiner der Leiterbahnen nichtohmisch verbunden ist. Die nichtohmisch verbundene Leiterbahn ist für das Koppeln von Energie zwischen zwei der Leiterbahnen angeordnet, die in unterschiedlichen Paaren vorhanden sind, wodurch ein Übersprechen zwischen den zwei Leiterbahnen reduziert wird. Bei einer Ausführung ist die nichtohmisch verbundene Leiterbahn auf dem Trägermaterial angeordnet und erstreckt sich dicht angrenzend an jede der zwei Leiterbahnen über mindestens einen Abschnitt der entsprechenden Länge einer jeden Leiterbahn.
Die Erfindung wird jetzt als Beispiel mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, die zeigen:
Fig. 1 eine auseinandergezogene isometrische Darstellung eines Paares von elektrischen Musterverbindern, die mittels einer Leiterplatte entsprechend der Erfindung zusammengeschaltet werden können;
Fig. 2 eine schematische Darstellung von parallelen Leitern in einem 4-Paar-Verdrahtungssystem;
Fig. 3 und 4 Draufsichten der entsprechenden gegenüberliegenden Seiten einer Leiterplatte, bei der die Erfindung zur Anwendung gebracht werden kann;
Fig. 5 bis 9 separate Draufsichten der Leiterplatte, die jeweils eine einzelne nichtohmisch verbundene Leiterbahn entsprechend der Erfindung aufweisen; und
Fig. 10 und 11 Draufsichten der gegenüberliegenden Seiten der Leiterplatte, die darauf kombiniert die nichtohmisch verbundenen Leiterbahnen aufweist.
In Fig. 1 werden eine modulare RJ45-Musterklinke 12 und ein Randverbinder 14 gezeigt, die mittels einer Leiterplatte 10 entsprechend der Erfindung zusammengeschaltet werden können. Die modulare Klinke 12 weist acht Anschlußklemmen 16 auf, die entsprechenden Signalleitungen in einem 4-Paar- Kommunikationsverdrahtungssystem entsprechen. Die Anschlußklemmen 16 sind in einer Montagefläche nach Industriestandard für einen Eingriff in durchkontaktierten Löchern oder Wegen 24 in der Leiterplatte 10 angeordnet. Alternativ können die Anschlußklemmen 16 mit Oberflächenmontagefüßen für einen Eingriff mit entsprechenden Oberflächenmontageanschlußflächen auf der Leiterplatte ausgebildet werden.
Die Leiterplatte 10 weist Leitungen aus leitendem Material auf, die sich von den durchkontaktierten Löchern 24 zu entsprechenden Anschlußflächen 32 längs eines Randes der Leiterplatte erstrecken. Eine jede Leitung aus leitendem Material weist gemeinsam mit ihrem entsprechenden durchkontaktierten Loch 24 und der Anschlußfläche 32 eine entsprechende Leiterbahn oder Signalleiterbabn 26 auf. Der Leiterplattenrand, der die Anschlußflächen 32 darauf aufweist, kann in einem Hohlraum 17 des Randverbinders 14 für einen Eingriff mit entsprechenden Anschlußklemmen darin aufgenommen werden.
Die Anschlußklemmen 16 erstrecken sich innerhalb der modularen Klinke in einer nebeneinanderliegenden parallelen Anordnung für einen Eingriff mit passenden Anschlußklemmen eines modularen Steckers (nicht gezeigt), der in den Hohlraum 18 der modularen Klinke eingesetzt werden kann. Ein bedeutendes Übersprechen kann innerhalb des modularen Steckers und der modularen Klinke infolge dessen auftreten, daß die Anschlußklemmen in unterschiedlichen Signalpaaren in unmittelbarer Nähe und parallel zueinander sind.
Die acht Anschlußklemmen innerhalb der modularen Klinke sind spezifischen Signalleitungen im Kommunikationsverdrahtungssystem zugeordnet. Fig. 2 veranschaulicht schematisch die Anordnung der Anschlußklemmen entsprechend den Industriestandards. Die Anschlußklemmen sind in vier Signalpaaren angeordnet, wobei das erste Signalpaar 1a-1b ein mittleres Paar ist, das zweite Paar 2a-2b das erste Paar überbrückt und das dritte und vierte Paar 3a-3b und 4a-4b an den entsprechenden entgegengesetzten Enden der Reihe vorhanden sind. Das Übersprechen tritt meistens zwischen benachbarten Signalleitungen in unterschiedlichen Paaren auf. Beispielsweise sind die Leitungen 3b-2a, 2a-1a, 1b-2b und 2b-4a alle Übersprechpaare. Das Übersprechen ist in den Übersprechpaaren am stärksten, die durch ein Signalpaar gebildet werden, das ein anderes Signalpaar überbrückt, d. h., in den Übersprechpaaren 2a-1a und 1b-2b.
Obgleich das Übersprechen zwischen den Anschlußklemmen unterschiedlicher Signalpaare im Randverbinder 14 auftreten kann, wurde ermittelt, daß das Nahübersprechen (NEXT), das im modularen Stecker und Klinke auftritt, bedeutend stärker ist als das Gegenübersprechen, das im Randverbinder auftritt.
Das Übersprechen kann in einem Kommunikationsverdrahtungssystem durch Koppeln von Energie zwischen Nichtübersprechsignalleitungen reduziert werden, um die Wirkungen der Energiekopplung in den Übersprechleitungen aufzuheben. Entsprechend der Erfindung werden eine oder mehrere zusätzliche Leiterbahnen auf der Leiterplatte bereitgestellt, um eine Energiekopplung zustande zu bringen. Diese Leiterbahnen sind nichtohmisch mit irgendeiner der Signalleiterbahnen 26 verbunden. Statt dessen sind die nichtohmischen Leiterbahnen dicht angrenzend an die Signalleiterbahnen angeordnet, um eine Energiekopplung durch die Wirkungen der Kapazitanz und Induktivität zu begünstigen.
Mit Bezugnahme auf Fig. 5 wird entsprechend der Erfindung eine erste nichtohmisch verbundene Leiterbahn 41 auf der Leiterplatte dicht angrenzend an die Signalleiterbahnen angeordnet, die den Signalleitungen 2b, 3b und 4b entsprechen. Wie gezeigt wird, erstreckt sich die erste nichtohmisch verbundene Leiterbahn längs einer Seite der Anschlußfläche 3b, umgibt das Durchgangsloch 4b, umgibt teilweise das Durchgangsloch 2b, erstreckt sich längs beider Seiten der Leiterbahn 2b und erstreckt sich längs einer Seite der Anschlußfläche 2b. Wieder mit Bezugnahme auf Fig. 2 kann man sehen, daß die Signalleitung 4a ein Übersprechen in der Leitung 2b erzeugt. Die erste nichtohmische Leiterbahn 41 koppelt Energie zwischen den Leitungen 2b und 4b, wodurch das Übersprechen aufgehoben wird, das durch die Leitung 4a erzeugt wird. Die Leiterbahn 41 koppelt ebenfalls Energie zwischen den Leitungen 2b und 3b, wodurch das Übersprechen aufgehoben wird, das in der Leitung 3b durch die Leitung 2a erzeugt wird.
Jetzt mit Bezugnahme auf Fig. 6 wird eine zweite nichtohmisch verbundene Leiterbahn 42 dicht angrenzend an die Signalleiterbahnen angeordnet, die den Signalleitungen 1b, 2a und 3a entsprechen. Die zweite nichtohmische Leiterbahn erstreckt sich längs der Anschlußfläche 2a und umgibt im wesentlichen die Durchgangslöcher 3a, 2a und 1b. Diese Anordnung hebt die Auswirkungen des Übersprechens auf, das in der Signalleitung 3b durch die Leitung 2a hervorgerufen wird, und sie hebt die Auswirkungen des Übersprechens auf, das in der Signalleitung 2a durch die Leitung 1a hervorgerufen wird.
Fig. 7 zeigt eine dritte nichtohmische Leiterbahn 43, die dicht angrenzend an die Signalleiterbahnen angeordnet ist, die den Signalleitungen 1a und 2b entsprechen. Die nichtohmische Leiterbahn 43 gleicht das Übersprechen aus, das in der Leitung 1a durch die Leitung 2a hervorgerufen wird.
Fig. 8 zeigt eine vierte nichtohmische Leiterbahn 44, die dicht angrenzend an die Signalleiterbahnen angeordnet ist, die den Leitungen 2b und 4b entsprechen. Die nichtohmische Leiterbahn 44 gleicht das Übersprechen aus, das in der Leitung 2b durch die Leitung 4a hervorgerufen wird.
Fig. 9 zeigt eine fünfte nichtohmische Leiterbahn 45, die dicht angrenzend an die Leiterbahnen angeordnet ist, die den Leitungen 1b und 2a entsprechen. Die nichtohmische Leiterbahn 45 gleicht das Übersprechen aus, das in der Leitung 2a durch die Leitung 1a hervorgerufen wird.
Nichtohmische Leiterbahnen entsprechend der Erfindung können entweder einzeln, wie in Fig. 5 bis 9 gezeigt wird, oder in einer bestimmten Kombination bereitgestellt werden, wie beispielsweise durch Kombinieren aller einzelnen nichtohmischen Leiterbahnen auf einer Leiterplatte, wie in Fig. 10 und 11 gezeigt wird. Die nichtohmischen Leiterbahnen werden selektiv entsprechend der Anordnung der Signalleiterbahnen auf der Leiterplatte angeordnet. Die genaue Konfiguration und Anordnung der nichtohmischen Leiterbahnen wird durch die Anordnung der Signalleiterbahnen auf der Leiterplatte und die Übersprechcharakteristik des Kommunikationsverdrahtungssystems beeinflußt. Wie in den Zeichnungen gezeigt wird, werden die nichtohmischen Leiterbahnen wirksamer als breite Flächen aus leitendem Material eher als in Form von schmalen leitenden Leitungen ausgeführt, damit die kapazitive Wirkung der nichtohmischen Leiterbahnen verstärkt wird.
Ein wichtiger Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, daß das Übersprechen reduziert werden kann, während ein konstanter Abstand zwischen Leiterbahnen eines Signalpaares aufrechterhalten wird. Wie in Fig. 10 gezeigt wird, werden Leiterbahnen 1a und 1b eines Signalpaares längs einer parallelen Bahn auf der Leiterplatte mit einem konstanten Abstand zwischen ihnen geführt. Dieser konstante Abstand bringt den Vorteil der Impedanzanpassung zwischen den Leiterbahnen. Im Gegensatz dazu nutzen die Verfahren zur Reduzierung des Übersprechens nach dem bisherigen Stand der Technik eine verstärkte Trennung zwischen den Leiterbahnen, oder sie nutzen Signalleiterbahnen mit zusätzlichen Verzweigungen, die eine kapazitive Kopplung dazwischen bewirken, und diese beiden Verfahren führen zu einer Impedanzfehlanpassung, die für die Gesamtleistung nachteilig ist.
Infolge der ungenauen Art und Weise des Aufhebens des Übersprechens durch Energiekopplung muß den Fachleuten klar sein, daß eine große Vielzahl von wirksamen nichtohmischen Leiterbahnkonfigurationen bereitgestellt werden kann. Dementsprechend sind die genauen Konfigurationen und Anordnungen, die in den Zeichnungen gezeigt werden, nur als veranschaulichend und nicht als einschränkend gedacht, und man muß sich auf die als Abhang beigefügten Patentansprüche beziehen, um den Bereich der Erfindung einzuschätzen, für den ausschließliche Rechte beansprucht werden.

Claims

1. Leiterplatte (10) für das Zusammenschalten eines ersten elektrischen Verbinders (12) mit einem zweiten elektrischen Verbinder (14), wobei der erste elektrische Verbinder einen Satz von mit engem Abstand angeordneten Anschlußklemmen aufweist, die jeweils mit einer entsprechenden anderen der Anschlußklemmen verbunden sind, um ein Signalpaar zu bilden, wobei jedes der Signalpaare mit einem entsprechenden elektrischen Schaltkreis durch den Verbinder verbunden ist, wodurch benachbarte Anschlußklemmen in unterschiedlichen Signalpaaren für ein elektrisches Übersprechen empfänglich sind, wobei die Leiterplatte (10) ein dielektrisches Trägermaterial aufweist, das entsprechende Paare von Leiterbahnen (26) darauf aufweist, die für das elektrische Zusammenschalten des ersten Satzes von Anschlußklemmen mit einem entsprechenden Satz von Anschlußklemmen im zweiten elektrischen Verbinder angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß: mindestens eine weitere Leiterbahn (41) auf dem Trägermaterial nichtohmisch mit irgendeiner der Leiterbahnen (26) verbunden ist, wobei die nichtohmisch verbundene Leiterbahn für das Koppeln von Energie zwischen zwei der Leiterbahnen angeordnet ist, die in unterschiedlichen Paaren von Leiterbahnen vorhanden sind, wodurch ein Übersprechen zwischen den zwei Leiterbahnen reduziert wird.

2. Leiterplatte nach Anspruch 1, bei der die nichtohmisch verbundene Leiterbahn (41) auf dem Trägermaterial angeordnet ist und sich dicht angrenzend an jede der zwei Leiterbahnen (2b, 3b) über mindestens einen Abschnitt der entsprechenden Länge einer jeden der zwei Leiterbahnen (2b, 3b) erstreckt.

3. Leiterplatte nach Anspruch 2, bei der das dielektrische Trägermaterial gegenüberliegende Hauptflächen aufweist und die nichtohmisch verbundene Leiterbahn (41) vollständig auf einer der Hauptflächen angeordnet ist.

4. Leiterplatte nach Anspruch 2, bei der das dielektrische Trägermaterial gegenüberliegende Hauptflächen aufweist, wobei sich mindestens einige der Leiterbahnen (1a, 1b, 3a, 3b, 4a, 4b) über entsprechende Wege (24) zwischen den gegenüberliegenden Hauptflächen erstrecken und die nichtohmisch verbundene Leiterbahn (41) mindestens teilweise einen der Wege (24) umgibt.

5. Leiterplatte nach Anspruch 2, bei der das dielektrische Trägermaterial gegenüberliegende Hauptflächen aufweist, wobei mindestens einige der Leiterbahnen (1a, 1b, 3a, 3b) Abschnitte aufweisen, die auf beiden Hauptflächen angeordnet sind, und sich die nichtohmisch verbundene Leiterbahn über einen Weg erstreckt und dicht angrenzend an einigen der Abschnitte auf beiden Hauptflächen verläuft.

6. Leiterplatte nach Anspruch 1, bei der eine Vielzahl der nichtohmisch verbundenen Leiterbahnen (41, 42, 43, 44, 45) auf dem Trägermaterial dicht angrenzend an verschiedene der Leiterbahnen angeordnet sind.