Buchse und Anschlussdose zur Herstellung einer Hochleistungs-Datenleitungsverbindung

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Buchse mit einem Aufnahmeelement (1) für einen Stecker eines Datenkabels, das eine Mehrzahl von Leitungen umfasst, und mit einer Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Kontaktelementen (3), die im Anwendungsfall mit Leitungen eines in das Aufnahmeelement (1) eingesteckten Steckers in Kontakt stehen. Erfindungsgemäss ist zur Verminderung von Störeinflüssen, insbesondere des Übersprechens, eine Kompensationsleiterplatte (2) mit einer Kompensationsschaltung (13) vorhanden, die innerhalb des Aufnahmeelements (1) angeordnet ist und an der die Kontaktelemente (3) befestigt sind. Die Erfindung betrifft des weiteren eine Anschlussdose mit einer solchen Buchse.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Buchse und eine Anschlussdose zur Herstellung einer Hochleistungs-Datenleitungsverbindung mit einer solche Buchse nach Anspruch 1 bzw. 9.

[0002] Zur Herstellung einer Datenleitungsverbindung von einem Server zu einem Endgerät (Channel) bzw. zwischen den entsprechenden Anschlussdosen (Link) mit hoher Datenübertragungskapazität müssen sämtliche Komponenten des Channels bzw. Links, insbesondere Datenkabel und Anschlussdosen, gewisse Mindestanforderungen in Bezug auf ihre Übertragungseigenschaften erfüllen. Die Komponenten werden gemäss ihren Übertragungseigenschaften in verschiedene Kategorien eingeteilt, von denen derzeit die Kategorien 5, 5e und 6 von besonderem Interesse sind. Es ist geplant, die Spezifikationen für Komponenten der betreffenden Kategorien zu normieren. Nach einem solchen Normierungs-vorschlag müssen Kabel der Kategorien 5, 5e und 6 Kabel bei 100 MHz das Nahnebensprechen (Near End Cross Talk bzw. NEXT) mit 32.3, 35.3 bzw. 44.3 dB unterdrücken. Für Anschlussdosen der Kategorien 5, 5e und 6 gelten für NEXT-Verluste bei 100 MHz Werte von 40, 43 bzw. 54 dB. Die Anforderungen der Klassen 5, 5e und 6 können derzeit für Kabel verhältnismässig gut erfüllt werden, für Anschlussdosen insbesondere der Kategorie 6 existiert jedoch keine befriedigende Lösung.

[0003] Anschlussdosen umfassen üblicherweise wenigstens eine Buchse, z.B. eine RJ45-Buchse, mit einem Aufnahmeelement für den Stecker eines Datenkabels und einer Mehrzahl von hakenförmig gebogenen, länglichen Kontaktelementen, die sich über einen Grossteil der Länge des Aufnahmeelements erstrecken und im Anwendungsfall mit den einzelnen Leitungen des Datenkabels bzw. den entsprechenden Kontaktelementen am Stecker in Kontakt stehen. Die Buchse ist auf einer Basisleiterplatte befestigt, die Leitungsverbindungen zu einer Anschlussleiste für ein weiteres, in der Regel stationäres Datenkabel enthält. Jeweils ein Ende der hakenförmigen Kontaktelemente der Buchse ist aus dem Aufnahmeelement hinausgeführt und direkt mit der Basisleiterplatte bzw. einer Leitungsverbindung darauf verlötet. Bei bekannten Konstruktionen befinden sich die elektrisch leitfähigen Komponenten ohne Abschirmung in unmittelbarer räumlicher Nähe zueinander und stören sich gegenseitig. RJ45-Buchsen haben 8 nebeneinander liegende Kontaktelemente für die 4 Paare von Leitungen der entsprechenden Datenkabel. Jeweils ein Leitungspaar ist den Kontaktelementen 1/2, 4/5 und 7/8 zugeordnet, ein weiteres Leitungspaar entfällt auf die Kontaktelemente 3 und 6. Aufgrund dieser räumlichen Anordnung sind die Störungen zwischen dem Paar 3/6 und 4/5 besonders gross.

[0004] Es ist zur Störungsverminderung bekannt, die Basisleiterplatte mit einer Kompensationsschaltung auszustatten, die einzelne Leitungen bzw. Leitungspaare gegeneinander entkoppelt, z.B. kapazitiv. Anschlussdosen mit derartigen Kompensationsschaltung erfüllen in der Regel die Anforderungen der Kategorie 5 oder 5e. Zum Sprung in die Kategorie 6 ist jedoch eine Verbesserung um 11 dB bei 100 MHz erforderlich, die mit dem geschilderten Design bisher nicht realisiert wurde.

[0005] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Buchse und eine Anschlussdose mit verbesserten Übertragungseigenschaften anzugeben. Die Buchse soll vorzugsweise die Geometrie bereits verwendeter Buchsen aufweisen, insbesondere gemäss RJ45, um mit gängigen Standard-Steckern kompatibel zu sein.

[0006] Die Aufgabe wird gelöst durch eine Buchse mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie durch eine Anschlussdose mit den Merkmalen von Anspruch 9. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüche, der Beschreibung und den Zeichnungen.

[0007] Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass auch Strukturen unterhalb von 1/10 der Wellenlänge der betreffenden Signale einen Einfluss auf die wechselseitigen Störungen haben. Die Verlagerung der Kompensationsschaltung von der Basisleiterplatte in unmittelbare räumliche Nähe der Kontaktelemente der Buchse führt zu einer deutlich verbesserten Kompensation insbesondere der NEXT Werte. Diese Effekt wird verstärkt durch eine Verkürzung der Länge der Kontaktelemente bzw. der Signalwege von den Kontaktelementen des Steckers bis zur Kompensationsschaltung bzw. zu den Anschlüssen eines weiteren Kabels. Die Signale verlassen die Buchse bereits kompensiert und müssen auf der Basisleiterplatte nicht oder weniger aufwendig korrigiert werden.

[0008] Erfindungsgemäss sind die Kontaktelemente einer Buchse an einer Kompensationsleiterplatte befestigt, die eine Kompensationsschaltung zur Verminderung von Störeinflüssen, insbesondere Übersprecheinflüssen, zwischen Leitungen enthält und die innerhalb des Aufnahmeelements für den Stecker angeordnet ist. Die Kontaktelemente der Buchse können sehr kurz ausgebildet werden, da sie nur von den Kontaktelementen des Steckers bis zur Kompensationsleiterplatte reichen und nicht wie beim Stand der Technik aus der Buchse bzw. dem Aufnahmeelement hinausgeführt werden müssen. Die Stärke der gegenseitigen Störungen zwischen den Signalwegen, insbesondere des gegenseitigen Übersprechens, wird vermindert. Schliesslich kann die Kompensationsschaltung auf der Kompensationsleiterplatte vereinfacht werden, z.B. durch Verwendung von Kondensatoren mit geringeren Kapazitäten.

[0009] Die Kompensationsleiterplatte kann in beliebige Buchsen integriert werden, deren Aufnahmeelement insbesondere an Stecker mit an sich bekannter Form angepasst ist. Damit werden Kompatibilitätsprobleme beim Umstellen auf Komponenten der Kategorie 6 vermieden. Vorzugsweise werden Aufnahmeelemente bzw. Buchsen verwendet, die der RJ45-Form entsprechen. Die Kompensationsleiterplatte erstreckt sich beispielsweise über die Bodenfläche des Aufnahmeelementes oder bildet die Bodenfläche. Sie kann herausnehmbar sein. Vorzugsweise sind Montageelemente zur Befestigung auf der Basisleiterplatte vorhanden, besonders bevorzugt erlauben sie die Befestigung in verschiedenen Stellungen relativ zu dieser.

[0010] Die Anschlussdose umfasst neben wenigstens einer erfindungsgemässen Buchse eine Basisleiterplatte und eine Anschlussleiste. Es können weitere Elemente vorhanden sein, z.B. zur Bildung eines vorzugsweise abgeschirmten Gehäuses. Das Gehäuse kann auf bekannte Weise gestaltet sein, z.B. gemäss EP-A 0928052.

[0011] Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und im folgenden beschrieben. Es zeigen rein schematisch:

Fig. 1, 2

eine erfindungsgemässen Buchse in einer Ansicht schräg von vorn bzw. von hinten;

Fig. 3,4

einen Schnitt durch eine erfindungsgemässe Anschlussdose mit einer Buchse in zwei verschiedenen Einbaulagen;

Fig. 5

zwei aneinandergekoppelte Buchsen;

Fig. 6a,b

ein Beispiel für eine Kompensationsschaltung.

[0012] Die Figuren 1 und 2 zeigen zwei dreidimensionale Ansichten einer erfindungsgemässen Buchse mit einem Aufnahmeelement 1, das eine wie bei konventionellen RJ45-Buchsen geformte Aufnahme 11 für Stecker bildet. Die Figuren 3 und 4 zeigen zwei verschiedene Einbaulagen dieser Buchse auf einer Basisleiterplatte 9.

[0013] Das Aufnahmeelement 1 hat eine im wesentlichen quaderförmige Grundform mit einer Boden- und Deckfläche 1a bzw. 1b und zwei parallelen Seitenflächen 1c, 1d. Der rückwärtige Bereich 1e ist vorliegend abgeschrägt bzw. prismenförmig gestaltet, um das Anschlusselement in verschiedenen Einbaulagen auf eine Basisleiterplatte montieren zu können (Fig. 3 und 4).

[0014] Die erfindungsgemässe Kompensationsleiterplatte 2 ist innerhalb des Aufnahmeelements 1 angeordnet, hier im Bereich der Bodenfläche 1a. Die Kompensationsleiterplatte 2 kann gegebenenfalls die Bodenfläche 1a ersetzen. Auf der Kompensationsleiterplatte 2 befinden sich hakenförmig gebogene, federnde Kontaktelemente 3, deren Kontaktflächen 3a in die Aufnahme 11 ragen und schräg nach hinten bzw. von der Einführöffnung für den Stecker weg weisend orientiert sind. Wie in Figur 3 gezeigt, beträgt die Länge L der Kontaktelemente 3 nur einen Bruchteil, hier ca. ein Viertel der in Einschubrichtung E gemessenen Länge der Buchse, während sich die Kontaktelemente beim Stand der Technik in der Regel über die gesamte Buchsenlänge erstrecken. Auf der Kompensationsleiterplatte 2 befindet sich des weiteren eine Kompensationsschaltung 13, die hier nur angedeutet ist. Ein Beispiel für eine Kompensationsschaltung 13 ist in Fig. 6a, b gezeigt. Die Kompensationsschaltung 13 verbindet die Kontaktelemente 3 mit hier stiftförmigen Anschlüssen 7, durch die im in Fig. 3, 4 gezeigten Anwendungsfall der elektrische Kontakt mit der Basisleiterplatte 9 hergestellt wird. Die Kompensationsleiterplatte 2 ist in zwei seitlichen Nuten 10 im Aufnahmeelement 1 geführt und mit einer Rastverbindung 6, bestehend aus einer Aussparung in der Kompensationsleiterplatte 2 und einer Rastnase in der Bodenfläche, fixiert. Auf diese Weise ist eine einfaches Zusammensetzen der Buchse gewährleistet. Das Aufnahmeelement ist vorzugsweise einstückig, insbesondere ein Spritzgussteil. Die Buchse kann eine zusätzliche metallische Abschirmung umfassen, die beispielsweise das Aufnahmeelement umschliesst.

[0015] Das Aufnahmeelement 1 weist Montageelemente 5 in Form von Rastnasen oder Füssen auf, die zur Befestigung in entsprechenden Aussparungen 14 in der Basisleiterplatte 9 dienen. Die Montageelemente 5 sind in unterschiedlichen Orientierungen zur Bodenfläche 1a angeordnet, so dass unterschiedliche Einbaulagen der Buchse realisiert werden können. Auf diese Weise kann die Einschubrichtung E des Steckers an die einbauseitigen Anforderungen angepasst werden, z.B. parallel (Fig. 3) oder in einem Winkel α (Fig. 4) zur Bodenfläche 1a, die in der Regel parallel zur die Anschlussdose aufnehmenden Wand gerichtet ist.

[0016] Mit der Basisleiterplatte 9 ist eine Anschlussleiste 8, z.B. auch in Form eines Anschlussblocks, verbunden, die im Anwendungsfall zum permanenten Anschluss von Leitungen eines in der Regel stationär verlegten Datenkabels dient. Über nicht dargestellte Leitungsverbindungen auf der Basisleiterplatte 9 und die Anschlüsse 7 wird der elektrische Kontakt mit dem entsprechenden Kontaktelement 3 innerhalb der Buchse hergestellt. Die Basisleiterplatte 9 kann auch eine weitere Kompensationsschaltung zum Ausgleich des ausserhalb der Buchse auftretenden Übersprechens aufweisen.

[0017] Seitlich weist das Aufnahmeelement 1 aneinander angepasste Kopplungselemente 4, 4' auf, hier in Form einer hinterschnittenen Schiene bzw. einer schwalbenschwanzförmigen Anformung, die zum Aneinanderkoppeln mehrerer Buchsen dienen. Ein Beispiel für eine solche Buchsenanordnung ist in Fig. 5 gezeigt.

[0018] Für die Kompensations- und die Basisleiterplatte können Standardelemente verwendet werden, z.B. doppelseitige FR4-Leiterplatten.

[0019] Fig. 6a,b zeigt ein Beispiel für eine Kompensationsschaltung 13. Dargestellt sind Ober- und Unterseite der Kompensationsleiterplatte 2 mit den jeweiligen elektronischen Komponenten, hier Leitungselemente 15 und Kondensatoren 16. Vorliegend befindet sich jeweils ein Entkopplungskondensator 16 zwischen den Leitungselementen, die den Pinpaaren 1/3, 3/5, 4/6 und 6/8 zugeordnet sind. Typische Werte für diese Kapazitäten liegen beispielsweise für die Paare 1/3 und 6/8 bei 0,81 pF und für die Paare 3/5 und 4/6 bei 0,92 pF (jeweils bei 250 MHz). Bei bisher bekannten Kompensationsschaltungen auf der Basisleiterplatte werden deutlich höhere Kapazitäten und/oder kompliziertere Schaltungen verwendet, z.B. eine Entkopplungsschaltung mit folgenden Kapazitäten zwischen den angegebenen Pinpaaren: Paar 6/4: 2,1 pF; Paar 5/3: 2,14 pF; Paar 6/8: 1,84 pF; Paar 3/8: 1,4 pF; Paar 1/3: 0,58 pF.

[0020] Die Kompensationsleiterplatte 2 ist in ihren Abmessungen an die Grösse der Buchse angepasst, vorliegend ist sie ca. 17 mm lang und 12 mm breit.

Ansprüche

1. Buchse mit einem Aufnahmeelement (1) für einen Stecker eines Datenkabels, das eine Mehrzahl von Leitungen umfasst, und mit einer Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Kontaktelementen (3), die im Anwendungsfall mit Leitungen eines in das Aufnahmeelement (1) eingesteckten Steckers in Kontakt stehen, gekennzeichnet durch eine Kompensationsleiterplatte (2), die eine Kompensationsschaltung (13) zur Verminderung von Störeinflüssen, insbesondere des Übersprechens, enthält, die innerhalb des Aufnahmeelements (1) angeordnet ist und an der die Kontaktelemente (3) befestigt sind.

2. Buchse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Kompensationsleiterplatte (2) im Anwendungsfall in unmittelbarer räumlicher Nähe zu einem in die Buchse eingesteckten Stecker eines Datenkabels befindet.

3. Buchse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufnahmeelement (1) eine Bodenfläche (1a), eine Deckfläche (1b) und zwei Seitenflächen (1c, 1d) aufweist, die eine Aufnahme für einen Stecker bilden, wobei die Kompensationsleiterplatte (2) parallel zur Bodenfläche (1a) des Aufnahmeelements und vorzugsweise in unmittelbarer räumlicher Nähe dazu angeordnet ist.

4. Buchse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationsleiterplatte (2) in Nuten (10) geführt ist und vorzugsweise mit einem Rastmechanismus (6) innerhalb des Aufnahmeelements (1) fixiert wird.

5. Buchse nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens ein Montageelement (5), mit welchem die Buchse derart auf einer Basisleiterplatte (9) befestigt werden kann, dass der Stecker parallel zur Basisleiterplatte (9) oder in einem vorbestimmten Winkel (α) dazu in das Aufnahmeelement (1) einführbar ist.

6. Buchse nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktelemente (3) hakenförmig gebogen sind und eine Kontaktfläche (3a) aufweisen, die in einem spitzen Winkel zur Kompensationsleiterplatte (2) orientiert ist.

7. Buchse nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Kontaktelemente (3) zwischen 3 und 8 mm, vorzugsweise zwischen 4 und 6 mm beträgt.

8. Buchse nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens ein Kopplungselement (4, 4'), das seitlich am Aufnahmeelement (1) angeordnet ist, mit welchem wenigstens zwei Buchsen zu einer gemeinsamen Anordnung vorzugsweise lösbar verbindbar sind.

9. Anschlussdose zur Herstellung einer Hochleistungs-Datenleitungsverbindung zwischen Leitungen eines stationär verlegten Datenkabels und eines weiteren Datenkabels, umfassend wenigstens eine Buchse nach einem der vorangegangenen Ansprüche, eine Basisleiterplatte (9), auf der die wenigstens eine Buchse befestigt ist, und wenigstens eine Anschlussleiste (8) mit Kontaktelementen zum Anschluss von Leitungen des stationären Datenkabels, wobei die Basisleiterplatte (9) Leitungselemente zur Herstellung einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen Kontaktelementen der Anschlussleiste (8) und den Kontaktelementen (3) der Buchse aufweist.

10. Anschlussdose nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisleiterplatte (9) eine weitere Kompensationsschaltung zur Verminderung von Störeinflüssen enthält.

11. Anschlussdose nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse derart auf der Basisleiterplatte (9) befestigt ist, dass der Stecker parallel zur Basisleiterplatte (9) oder in einem vorbestimmten Winkel (α) dazu in das Aufnahmeelement (1) einführbar ist.

12. Anschlussdose nach Anspruch 9, 10 oder 11, gekennzeichnet durch ein Gehäuse, welches die Basisleiterplatte (9) und die wenigstens eine Buchse abdeckt und wenigstens einen Durchlass zum Einführen eines Steckers in die wenigstens eine Buchse aufweist.

Zeichnung