JP2017514268A - 高速通信用ジャックの試験装置及びその動作方法 - Google Patents
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Abstract
基板と、基板に設けられる複数のビアと、高さ及び幅を有しかつ各々がそれぞれのビアから基板の縁に向かって延在する複数のピントレースと、高さ及び幅を有する複数の終端トレースであって、各終端トレースはそれぞれのピントレースの端部から基板の縁に向かって延在する複数の終端トレースと、高さ及び幅を有しかつ各々がそれぞれのピントレースの側部から延在する複数の分岐トレースと、それぞれの終端トレース、分岐トレース又はピントレースの端部から基板の縁まで延在する複数のトレースとを含み、各終端トレースがそれぞれの分岐トレースに隣接している、試験ユニット。【選択図】図5
Description
本開示は、ネットワークケーブルを装置に接続するように用いるネットワーク接続用ジャックの試験フレームワークに関する。
電気通信機器及び電気通信機器の関連アプリケーションがより精巧かつ強力になるにつれ、電気通信機器の、情報を収集するとともに他の機器と情報を共有する能力もより重要になる。これらのインテリジェントなネットワーク間機器の普及により、これらの機器が接続されるネットワーク上のデータ処理能力を増大させ、この要求を満たすのに必要な向上したデータレートを提供することが必要となっている。結果として、既存の通信プロトコル標準が絶えず改良されるか、又は新しい標準がつくられている。これらの標準の略全ては、直接的又は間接的に、有線ネットワークを介する高品位信号の通信を必要とするか、又はそのような通信から著しく利益を受ける。これらの高品位信号の伝送は、より高い帯域幅及び相応してより高い周波数要件を有する場合があり、一貫した様式でサポートされる必要がある。しかし、種々の標準のより新しいバージョンが理論上はより高いデータレート又はデータ速度を提供するとしても、これらの高品位信号は、依然として或る特定の物理構成要素の現行の設計によって速度制限を受ける。残念ながら、このような物理構成要素の設計は、マルチギガヘルツ及びより高い周波数における一貫した信号品質を達成するのに必要であるものが理解されていないことにより、困難に直面している。
例えば、通信機器と、通信されるデータを表す電気信号を送受信するのに用いられるケーブルを接続又は連結する装置とにおいて、通信用ジャックが用いられる。レジスタードジャック(RJ)は、電気通信及びデータ装置を接続するのに用いる標準化物理インターフェースである。RJ標準化物理インターフェースは、ジャック構造部と配線パターンとの双方を有する。データ装置に一般的に用いられるRJ標準化物理インターフェースは、RJ45ジャックとも呼ばれるRJ45物理ネットワークインターフェースである。RJ45ジャックは、電気電子技術者協会(IEEE)802.3イーサネット(登録商標)プロトコルを実施するネットワーク等のローカルエリアネットワークに広く用いられる。RJ45ジャックは、ANSI/TIA−1096−Aにおいて米国国家規格協会(ANSI)/米国電気通信工業会(TIA)によって発布された標準を含む種々の標準に記載されている。
RJ45ジャックを含むケーブル及びジャック等の全ての電気インターフェース構成要素は、電流の初期流に抵抗するだけでなく、いかなる電流の変化にも逆らう。この特性はリアクタンスと呼ばれる。リアクタンスの2つの関連タイプは、誘導性リアクタンス及び容量性リアクタンスである。誘導性リアクタンスは、例えば、抵抗を生じるケーブルを流れる電流の動きに基づき発生する場合があり、ケーブルにおいて或る電圧を誘導する磁場を引き起こす。一方、容量性リアクタンスは、2つの対向する表面からの電子が互いに近づいたときに現れる帯電によって発生する。
送信される信号のいかなる劣化も低減又は回避するように、通信回路の種々の構成要素は、整合インピーダンスを有することが好ましい。そうでなければ、1つのインピーダンス値を有する負荷が、異なるインピーダンスレベルを有するケーブルによって運ばれている信号の一部を反射又は反響し、信号故障が引き起こされる。この理由で、ケーブル配線業者等のデータ通信機器の設計者及び製造業者は、ケーブルのインピーダンス値並びに抵抗レベル及び静電容量レベルが、或る特定の性能パラメーターを満たすことを検証するために、自身のケーブルを設計及び試験する。また、RJ45ジャックは略全ての通信回路において重要な構成要素であるが、ジャックの製造業者はジャックの性能に対して同程度の注意を払ってきていない。このように、既存のRJ45ジャックに関する問題が試験において十分に立証され、高周波数信号線に対する既存のRJ45ジャックの悪影響が理解されているが、当業界は、物理層のこの重要な構成要素に関する問題への対処に意欲的ではないようである。
その結果として、改善された高速ジャックが必要とされている。
本発明の1つの実施形態は、基板と、基板に設けられる複数のビアと、高さ及び幅を有し、各々がそれぞれのビアから基板の縁に向かって延在している、複数のピントレースと、高さ及び幅を有する複数の終端トレースであって、各終端トレースはそれぞれのピントレースの端部から基板の縁に向かって延在している、複数の終端トレースと、高さ及び幅を有し、各々がそれぞれのピントレースの側部から延在している、複数の分岐トレースと、それぞれの終端トレース、分岐トレース又はピントレースの端部から基板の縁まで延在する複数のトレースとを含み、各終端トレースはそれぞれの分岐トレースに隣接し、各終端トレースは、一方の側でそれぞれの分岐トレースに、反対側でピントレースに隣接し、各ピントレースは、一方の側で別のピントレースに隣接している、試験ユニットを開示する。
別の実施形態では、各ピントレースは、各トレースから第1の距離だけ離隔されている。
別の実施形態では、各終端トレースは、各トレースから第2の距離だけ離隔されている。
別の実施形態では、各分岐トレースは、隣接する終端トレースから第3の距離だけ離隔されている。
別の実施形態では、隣接するピントレースは、第4の距離だけ離隔されている。
別の実施形態では、試験ユニットは、基板に、各トレースから或る距離だけ離隔されている接地面を含む。
別の実施形態では、隣接するトレースの高さ及び幅と、隣接するトレースを離隔する距離とは、隣接するトレースが磁気的に結合されるように調整される。
別の実施形態では、各トレースのインダクタンス及び静電容量は、接地面と各トレースとの間の第1の距離を調整することによって調整される。
別の実施形態では、隣接する終端トレース及び分岐トレースの高さ及び幅は、終端トレースが隣接する分岐トレースに磁気的に結合されるように調整される。
別の実施形態では、基板は、Rogers materialのRO XT8100である。
別の実施形態では、各トレースの静電容量は、およそ0.51ピコファラッド(pF)からおよそ2pFの間に調整される。
別の実施形態では、試験ユニットは、第1の接地面と、複数のトレースを有する基板の表面とは反対側の基板の表面との間に配置された第2の接地面を含む。
別の実施形態では、各トレースのインダクタンス及び静電容量は、第1の接地面と第2の接地面との間の距離と、第1の接地面と各トレースとの間の距離とを調整することによって調整される。
別の実施形態では、RJ45ジャックのピンが各ビアに接続されている。
別の実施形態では、各トレースの端部が、接続ユニットに連結されている。
別の実施形態では、接続ユニットはRJ45コネクタである。
別の実施形態では、隣接するピントレースの高さ及び幅と、隣接するピントレースを離隔する距離とは、隣接するピントレースが磁気的に結合されるように調整される。
別の実施形態では、隣接する終端トレース及び分岐トレースの高さ及び幅と、隣接する終端トレース及び分岐トレースを離隔する距離とは、隣接する終端トレース及び分岐トレースが磁気的に結合されるように調整される。
別の実施形態では、各終端トレース及び分岐トレースのインダクタンス及び静電容量は、接地面と各終端トレース及び各分岐トレースとの間の距離を調整することによって調整される。
別の実施形態では、各ピントレースのインダクタンス及び静電容量は、接地面と各終端トレースとの間の所定距離を調整することによって、トレースの長さに沿って調整される。
本発明の別の実施形態は、高速通信用ジャックを試験する方法であって、各隣接するトレースの長さに沿って隣接するトレースの静電容量及びインダクタンスを、各隣接するトレースと基板に埋め込まれた接地面との間の距離を変更することにより調整するステップと、2つの隣接するトレースが磁気的に結合されるように、基板の上の隣接するトレースの高さ、幅及び離隔距離を調整するステップと、信号を第1の信号発生器から各隣接するトレースにわたって高速通信用ジャックまで送信するステップと、信号を高速通信用ジャックからケーブルにわたって送信するステップと、信号受信装置において信号を受信するステップと、受信信号を送信信号と比較して信号の差を求めるステップとを含む。
別の実施形態では、高速通信用ジャックはRJ45通信用ジャックである。
別の実施形態では、基板は、Rogers materialのRO XT8100である。
別の実施形態では、各隣接するトレースの静電容量は、およそ0.51ピコファラッド(pF)からおよそ2pFの間に調整される。
図1は、高速通信用ジャックの試験ユニット100を示す。試験ユニット100又は試験フレームワークは、限定されないがRJ45通信用ジャック等の高速通信用ジャックに取り付けるように構成されたピン接続部102を含む。トレース104、106、108、110、112、114、116及び118は、ピン接続部102から試験ユニット100の外縁まで放射状に延在している。各トレース104、106、108、110、112、114、116及び118の端部は、通信ユニット(図示せず)の接続を可能にするように試験ユニット100の縁で終端している。接続ユニット120、122、124、126、128、130、132及び134は、限定されないがRJ45コネクタを含む任意のタイプのコネクタとすることができる。
図2は、接続部102の拡大図を示す。接続部102は、高速通信用ジャックのピンと係合するサイズであるビア202、204、206、208、210、212、214及び216を含む。ピントレース218、220、222、224、226、228、230及び232は、ビア202、204、206、208、210、212、214及び216からトレース104、106、108、110、112、114、116及び118に向かって放射状に延在している。各ピントレース218、220、222、224、226、228、230及び232は、隣接するピントレース218、220、222、224、226、228、230又は232に整合する。例示的な例では、ピントレース218はピントレース220に整合し、ピントレース222はピントレース224に整合し、ピントレース226はピントレース228に整合し、ピントレース230はピントレース232に整合する。各ピントレース218、220、222、224、226、228、230及び232及び234は、長さ(L)、高さ(H)及び幅(W)を有し、隣接するピントレースから距離(S)だけ離隔されている。各ピントレース218、220、222、224、226、228、230及び232の幅はおよそ35ミルである。隣接するピントレースの長さ、高さ及び幅を調整することにより、隣接するピントレースのインダクタンスを整合させることができる。各ピントレース218、220、222、224、226、228、230及び232の端部は、それぞれのトレース102、104、106、108、110、112又は114から所定距離(Se)だけ離隔されている。
それぞれのピントレース218、222、226及び232から、分岐トレース234、236、238及び240が延在している。各ピントレース220、224、228及び230の端部からそれぞれの整合したピンに向かって、終端トレース242、244、246及び248が、対応する分岐トレース234、236、238及び240に対して実質的に平行であり、かつ各ピントレース218、220、222、224、226、228、230又は232の端部と各トレース102、104、106、108、110、112又は114の端部との間に配置されるように、延在している。終端トレース242、244、246及び248並びに分岐トレース234、236、238及び240は、各それぞれのトレース102、104、106、108、110、112又は114の端部から所定距離Seだけ離隔されている。1つの実施形態では、距離Seは、終端トレース236、238、240、242、244、246、248又は250の長さに沿って一定である。別の実施形態では、距離Seは、終端トレース236、238、240、242、246、248又は250の長さに沿って変化する。各分岐トレース234、236、238及び240並びに各終端トレース242、244、246及び248は、長さ(L)、幅(W)及び高さ(H)を有している。離隔距離Seとともに、各分岐トレース234、236、238及び240並びに各終端トレース242、244、246及び248の長さ、高さ及び幅を調整することにより、異なる誘導性の構成及び導電性の構成を達成することができる。2つの隣接するトレースの導電性パターン及び誘導性パターンを整合させることにより、トレースを磁気的に結合することができる。各分岐トレース234、236、238及び240の幅はおよそ35ミルとすることができる。各終端トレース242、244、246及び248の幅はおよそ10ミルとすることができる。
図3は、接続部102の切断図を示す。接続部102は上面302を含む。トレース218、220、234及び242は、上面304の上に配置され、第1の接地トレース306及び第2の接地トレース308は、上面の下の誘電体層内に配置され、第1の接地トレース306は上面302から高さH1を有する第1の誘電体層によって離隔されている。第2の接地トレース308は、第1の接地トレース306から、第2の高さH2を有する第2の誘電体層310によって離隔されている。誘電体層308及び310の高さH1及びH2を調整することにより、各トレースの静電容量を調整することができる。さらに、各トレース218、220、234及び242の長さ、幅及び高さを変更することにより、各トレース218、220、234及び242のインピーダンスを調整することができる。隣接するトレースのインピーダンスを調整することにより、クロストーク又はノイズを除去して隣接するトレースを互いに磁気的に結合することができる。誘電体層は、限定されないが、ROGERS MaterialのRO XT8100等の、誘電率が3.0を超える材料、又は高周波数電気信号を隔離することができる他の任意の材料から作製される。
図4は、試験ユニット100に形成された回路の図を示す。配線図は、接続部402、入力刺激404、RJ45高速通信用ジャック406及び出力負荷408を含む。RJ45ジャック406は、ビア418及び420と係合するピン414及び416に接続されている内部トレース410及び412を含む。ビア418及び410は、試験ユニット100のピントレース422及び424に電気的に接続されている。ピントレース422及び424並びにトレースに沿った様々な箇所におけるインダクタンスは、インダクターPCB3及び4とビア3及び4とによって表される。各トレースのインダクタンスは、ピントレースの下の誘電体層の高さH1と、各トレースの下の第2の接地トレース306と第1の接地トレース304との間の高さH2とを調整することによって変更される。分岐トレース及び終端トレースのインダクタンス及び静電容量は、コンデンサーC8及びC10とインダクターL1及びL5とによって表される。コンデンサーC8及びC10は、終端トレース242、244、246及び248と分岐トレース234、236、238及び240との間の距離とともに、終端トレース及び分岐トレースの高さ、幅及び長さを変更することによって調整される。終端トレース又は分岐トレースの下の誘電体層の高さH1と、各終端トレース又は分岐トレースの下の第2の接地トレース306と第1の接地トレース304との間の高さH2とを調整することにより、分岐トレース234、236、238及び240並びに終端トレース242、244、246及び248のインダクタンスが変更される。ピントレース、終端トレース及び分岐トレース並びに接地トレース304及び306を含むトレースによって生成されるコンデンサーは、およそ0.51ピコファラッド(pF)からおよそ2pfの間のサイズである。回路の動作を更に強化するために、ユニット100の上面及び底面をプラスチック絶縁層で覆うことができる。1つの実施形態では、およそ4mWの出力と20mWの出力との間の出力を用いて、ラインを通して信号が駆動される。
図5は、高速通信用ジャックの試験ユニットの1つの実施形態を示す。試験ユニット500は、試験ユニット500の接続部102に接続された高速通信用ジャック502を含み、高速通信用ジャック502は、RJ型コネクタ、ユニバーサルシリアルバス(USB)コネクタ及びジャック、ファイヤーワイヤー(Fire-wire)(1394)コネクタ及びジャック、HDMI(高精細度マルチメディアインターフェース)コネクタ及びジャック、Dサブミニチュア(D-subminiature)型コネクタ及びジャック、リボンタイプコネクタ若しくはジャック、又は高速通信信号を受信する他の任意のコネクタ若しくはジャックとすることができる。高速通信用ジャック502は、高速通信用ジャック502の各ピンがビア202、204、206、208、210、212、214及び216のうちの1つに対応するように、接続部102に接続される。高速通信用ジャック502は、ピンの対が互いに磁気的に結合されるように構成することができる。
各トレース104、106、108、110、112、114、116及び118は、接続部102から接続ユニット120、122、124、126、128、130、132及び134まで延在している。接続ユニット120、122、124、126、128、130、132及び134は、RJ45コネクタ等のコネクタを有するケーブルを接続ユニット120、122、124、126、128、130、132及び134の各々に取外し可能に取り付けることができるように構成されている。接続ユニット120、122、124、126、128、130、132及び134は、接続ユニット120、122、124、126、128、130、132及び134、並びに接続ユニット104、106、108、110、112、114、116及び118に接続された関連するトレース104、106、108、110、112、114、116又は118に接続されたケーブルから信号を送信する。接続ユニット104、106、108、110、112、114、116及び118は、試験ユニット502の外周部の周囲に延在する接続プレート504に取り付けられている。接続プレート504は、鋼等の金属又はプラスチックから作製することができる。接続ユニット104、106、108、110、112、114、116及び118の各々は、接続ユニット104、106、108、110、112、114、116又は118の中心軸が試験ユニット500の表面に対して実質的に平行であるように、接続プレート504の側面に取り付けられている。
図6は、ネットワークによって互いに接続された試験ユニットの概略表現を示す。第1の試験ユニット602が第2の試験ユニット604に、試験ユニット602及び604の各々の高速通信用ジャックに接続されたケーブル606によって接続されている。ケーブル606は、イーサネット(登録商標)ケーブル、カテゴリー5、6若しくは7ケーブル、シリアルケーブル、ファイヤーワイヤーケーブル、USBケーブル又は他の任意のタイプの通信ケーブル等の通信ケーブルとすることができる。ケーブル606は、ケーブル606を高速通信用ジャックに取外し可能に接続することができるようにするコネクタ(図示せず)を含む。1つの実施形態では、第1の試験ユニット602の高速通信用ジャックは、第2の試験ユニット604の高速通信用ジャックと同じタイプである。別の実施形態では、第1の試験ユニット602の高速通信用ジャックは、第2の試験ユニット604の高速通信用ジャックとは異なるタイプである。ケーブルは、限定されないが、3フィート、6フィート、10フィート、12フィート、15フィート又は20フィートを含む任意の長さとすることができる。
接続ユニット104、106、108、110、112、114、116又は118は各々、信号送受信ユニット610及び612に、一方の端部が接続ユニット104、106、108、110、112、114、116又は118に、反対側の端部が信号送受信ユニット610及び612に連結されたケーブルを介して、接続する。1つの実施形態では、信号送受信ユニット610は、第1の試験ユニット602及び第2の試験ユニット604の高速通信用ジャックを介して、第1の試験ユニット602から第2の試験ユニット604に信号を送信する。信号を受信すると、第2の試験ユニット604は、信号を信号送受信ユニット612に送信する。1つの実施形態では、信号送受信ユニット612は、ケーブル608によって新たな信号を信号送受信ユニット610に戻すように送信する。1つの実施形態では、信号送受信ユニット612は、信号送受信ユニット610によって先に送信された信号に基づく第2の信号を、信号送受信ユニット612に送信する。別の実施形態では、信号送受信ユニット612は、信号送受信ユニット610によって先に送信された信号と実質的に同一である第2の信号を、信号送受信ユニット610に送信する。
前述の詳細な説明は、単に、本開示のいくつかの例及び実施形態であり、開示された実施形態に対する数多くの変更を、本明細書における本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく本開示に従って行うことができる。したがって、前述の記載は、本開示の範囲を限定することを意図されているのではなく、当業者が過度の負担なく本発明を実施するのに十分な開示を提供することを意図されている。
Claims (24)
- 基板と、
前記基板に設けられる複数のビアと、
高さ及び幅を有し、各々がそれぞれのビアから前記基板の縁に向かって延在している、複数のピントレースと、
高さ及び幅を有する複数の終端トレースであって、各終端トレースはそれぞれのピントレースの端部から前記基板の前記縁に向かって延在している、複数の終端トレースと、
高さ及び幅を有し、各々がそれぞれのピントレースの側部から延在している、複数の分岐トレースと、
前記それぞれの終端トレース、分岐トレース又はピントレースの端部から前記基板の前記縁まで延在する複数のトレースと、
を含み、
各終端トレースはそれぞれの分岐トレースに隣接し、
各終端トレースは、一方の側でそれぞれの分岐トレースに、反対側でピントレースに隣接し、
各ピントレースは、一方の側で別のピントレースに隣接している、試験ユニット。 - 各ピントレースは、各トレースから第1の距離だけ離隔されている、請求項1に記載の試験ユニット。
- 各終端トレースは、各トレースから第2の距離だけ離隔されている、請求項1に記載の試験ユニット。
- 各分岐トレースは、前記隣接する終端トレースから第3の距離だけ離隔されている、請求項1に記載の試験ユニット。
- 隣接するピントレースは、第4の距離だけ離隔されている、請求項1に記載の試験ユニット。
- 前記基板に、各トレースから或る距離だけ離隔されている接地面を含む、請求項1に記載の試験ユニット。
- 隣接するトレースの前記高さ及び幅と、隣接するトレースを離隔する距離とは、該隣接するトレースが磁気的に結合されるように調整される、請求項1に記載の試験ユニット。
- 各トレースのインダクタンス及び静電容量は、前記接地面と各トレースとの間の前記第1の距離を調整することによって調整される、請求項6に記載の試験ユニット。
- 隣接する終端トレース及び分岐トレースの前記高さ及び幅は、該終端トレースが隣接する分岐トレースに磁気的に結合されるように調整される、請求項4に記載の試験ユニット。
- 前記基板は、Rogers materialのRO XT8100である、請求項1に記載の試験ユニット。
- 各トレースの前記静電容量は、およそ0.51ピコファラッド(pF)からおよそ2pFの間に調整される、請求項8に記載の試験ユニット。
- 前記第1の接地面と、前記複数のトレースを有する前記基板の表面とは反対側の該基板の表面との間に配置された第2の接地面を含む、請求項6に記載の試験ユニット。
- 各トレースの前記インダクタンス及び静電容量は、前記第1の接地面と前記第2の接地面との間の距離と、該第1の接地面と各トレースとの間の距離とを調整することによって調整される、請求項12に記載の試験ユニット。
- RJ45ジャックのピンが各ビアに接続されている、請求項1に記載の試験ユニット。
- 各トレースの端部が、接続ユニットに連結されている、請求項1に記載の試験ユニット。
- 前記接続ユニットはRJ45コネクタである、請求項15に記載の試験ユニット。
- 隣接するピントレースの前記高さ及び幅と、隣接するピントレースを離隔する距離とは、該隣接するピントレースが磁気的に結合されるように調整される、請求項1に記載の試験ユニット。
- 隣接する終端トレース及び分岐トレースの前記高さ及び幅と、隣接する終端トレース及び分岐トレースを離隔する前記距離とは、該隣接する終端トレース及び分岐トレースが磁気的に結合されるように調整される、請求項1に記載の試験ユニット。
- 各終端トレース及び分岐トレースの前記インダクタンス及び静電容量は、前記接地面と各終端トレース及び各分岐トレースとの間の前記距離を調整することによって調整される、請求項6に記載の試験ユニット。
- 各ピントレースの前記インダクタンス及び静電容量は、前記接地面と各終端トレースとの間の所定距離を調整することによって、前記トレースの長さに沿って調整される、請求項6に記載の試験ユニット。
- 高速通信用ジャックを試験する方法であって、
各隣接するトレースの長さに沿って隣接するトレースの静電容量及びインダクタンスを、各隣接するトレースと前記基板に埋め込まれた接地面との間の距離を変更することにより調整するステップと、
2つの隣接するトレースが磁気的に結合されるように、基板の上の隣接するトレースの高さ、幅及び離隔距離を調整するステップと、
信号を第1の信号発生器から各隣接するトレースにわたって高速通信用ジャックまで送信するステップと、
前記信号を前記高速通信用ジャックからケーブルにわたって送信するステップと、
信号受信装置において前記信号を受信するステップと、
前記受信信号を前記送信信号と比較して該信号の差を求めるステップと、
を含む方法。 - 前記高速通信用ジャックはRJ45通信用ジャックである、請求項21に記載の方法。
- 前記基板は、Rogers materialのRO XT8100である、請求項21に記載の方法。
- 各隣接するトレースの前記静電容量は、およそ0.51pFからおよそ2pFの間に調整される、請求項21に記載の方法。
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