STECKVERBINDER FÜR DATENKABEL

Abstract

 Ein Steckverbinder für die mechanische und elektrische Verbindung mit Kabelsteckern von Datenkabeln weist ein Gehäuse (2) mit zumindest einer Einstecköffnung (1) für einen komplementären Steckverbinder auf. Mehrere elektrische Kontaktelemente (5) ragen in die Einstecköffnung (1) und sind auf der Rückseite des Gehäuses (2) an dessen Aussenseite geführt und mit einer am Gehäuse (2) aussen befestigten Platine (6) verbunden. Die Platine (6) trägt eine Schaltung und Anschlusselementen (7) für weitere elektronische Anordnungen. Diese Schaltung auf der Platine (6) beinhaltet eine Anordnung zur galvanischen Trennung der Netzwerksignale, in welcher für jede Datenleitung zumindest ein auf der Platine (6) montierten Chip-LAN-Transformator (13) vorhanden ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Einbausteckverbinder für Datenkabel, insbesondere für Netzwerkanwendungen, gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0002] Bevorzugt ist eine Ausführungsform als RJ45 Chassisbuchse mit einer Einstecköffnung für einen kompatiblen Kabelstecker zur Übertragung der elektronischen Daten. Die Erfindung wird daher anhand dieses bevorzugten Ausführungsbeispiels erläutert, wobei die grundlegenden Ideen auf alle anderen Arten von Steckverbindertypen übertragen werden können.

[0003] Die in die Einstecköffnung ragenden elektrischen Kontaktelemente, beispielsweise die RJ45-Pins, werden auf der Rückseite aus dem Gehäuse wieder herausgeführt und dort elektrisch mit einer elektronischen Schaltung auf einer Platine eingespeist. Diese ist mit dem Gehäuse mechanisch verbunden. Die Schaltung auf der Platine ist mit Anschlusselementen für weitere elektronische Anordnungen des Gerätes versehen, in welchem der Einbausteckverbinder verbaut ist.

[0004] In der Vergangenheit hat eine RJ45 Chassisbuchse die Signale nur an das Haupt-PCB Board weitergeleitet, und die Hochspannungsisolation und Signalaufbereitung hat ein separater Teilbereich des Haupt-PCB Board übernommen. In jüngerer Zeit wurden handgewickelte Ferrit-Ringe zur Hochspannungsisolation in das Gehäuse von RJ45 Chassisbuchsen integriert, die weitere Signalaufbereitung fand aber weiterhin auf dem Haupt-PCB Board statt. Erst die komplett aufbereiteten Datensignale können dann an einen Ethernet PHY Chip auf der Niederspannungsbereich des Haupt-PCB Board weitergeleitet werden, um dort dann weiter verarbeitet zu werden.

[0005] Stand der Technik in diesem Bereich ist die Integration von handgewickelten Ferritkernringen in integrierten Bausteinen, die separat auf den Haupt-PCB-Mainboards integriert werden, normalerweise entfernt vom Einbausteckverbinder, oder auch auf der Platine des Einbausteckverbinders vor der elektrischen Anbindung an die elektronische Schaltung des Gerätes vorgesehen sein können. Sie sind bevorzugt mit einem Polymer in einer separaten Kammer eingegossen, um Vibrationen der Transformatoren zu eliminieren. Aufgrund der handgewickelten Ferritringe gibt es eine breite Streuung der Netzwerksignalspannungsqualität, da hier die gleichbleibende Fertigungsqualität nicht gewährleistet werden kann. Ein Beispiel für derartige Ferritkernringe ist als Stand der Technik in der US 2014/016289 A1 beschrieben.

[0006] Weiters ist in der CN 105337086 A ein elektrischer Steckverbinder für die Netzwerk-Datenübertragung offenbart, bei welchem Chip-type Transformatoren zum Einsatz kommen. Auch die CN 105680230 A zeigt eine ähnliche Ausführungsform.

[0007] In der US 2014/016289 A1 ist eine Netzwerkkommunikationsanordnung beschrieben, bei welcher SMD Transformatoren bzw. Chip-Transformatoren und Drosselspulen in einer Anordnung zur galvanischen Trennung im Signalpfad Verwendung finden. Überdies ist offenbart, die Längen der elektrischen Verbindungen zwischen dem Transformator und der zugehörigen Drosselspule bzw. zwischen anderen Bauelementen der Schaltung auf die vorliegenden Anforderungen und Platzbedingungen abzustimmen.

[0008] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und einen Einbausteckverbinder zu schaffen, der bei kompakter Bauweise und optimaler Signalqualität eine direkte Anbindung an den PHY Chip der Geräteschaltung ermöglicht.

[0009] Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäss den Ansprüchen gelöst.

[0010] Zur Lösung dieser Aufgabe ist der eingangs beschriebene Einbausteckverbinder, bei welchem zwischen dem Eingang und der elektronischen Schaltung des Gerätes im Signalgang jedes Kanals zumindest ein Ethernet-Übertrager vorgesehen ist, um wichtige Funktionen wie die Hochspannungsisolation, Impedanzanpassung, Rauschunterdrückung und/oder Signalübertragung zu gewährleisten, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung auf der Platine eine Anordnung zur galvanischen Trennung der Netzwerksignale beinhaltet, und diese Anordnung für jede Datenleitung zumindest einen auf der Platine montierten Chip-LAN-Transformator aufweist. Diese Merkmale kennzeichnen einen Einbausteckverbinder mit direkt integriertem Ethernet-Übertrager mit galvanischer Trennung der Netzwerksignale in einem einzigen, kompakten Bauteil. Dabei werden bevorzugt Chip LAN-Transformer und Chip Chokes aus automatischer Herstellung verwendet, die ausschliesslich in automatischer SMT Technik assembliert werden. Dies führt zu einer gleichmässigeren Netzwerksignalqualität und kompakten Bauform und Integration.

[0011] Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass jedem Chip-LAN-Transformator eine auf der Platine montierte Gleichtaktdrossel zugeordnet ist.

[0012] Vorzugsweise beinhaltet die Schaltung auf der Platine eine Anordnung zur Strombegrenzung.

[0013] Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemässen Steckverbinders ist dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung auf der Platine eine Netzwerkterminierung, vorzugsweise eine Bob Smith Terminierung, beinhaltet. Damit ist unabhängig von der Bauweise des Gerätes bzw. von dessen elektronischer Schaltung die ordnungsgemässe Netzwerkterminierung bereits durch Einbau eine erfindungsgemässen Chassisbuchse gewährleistet. Dabei könnte selbstverständlich auch eine Anpassung des Widerstandswertes von den standardmässigen 75 Ohm auf andere, optimierte Werte vorgenommen werden.

[0014] Die elektronische Schaltung des erfindungsgemässen Einbausteckverbinders sorgt für die geforderte Funktionalität für Ethernet-Netzwerksteckverbindungen, sowie die Bob Smith Terminierung wie auch die Strombegrenzung, vorzugsweise gemeinsame Funktionalität in einem einzigen Bauteil standardisierter Dimensionen organisiert. Durch diese neue Erfindung können die Netzwerksignale hinten am RJ45 Chassis über die kleine PCB Platine direkt zum Ethernet PHY Chip geleitet werden, zum Beispiel mit einem Flachbandkabel ohne zusätzlichen, abgeschotteten Hochspannungsbereich separat auf dem Haupt-PCB-Mainboard mit der direkten Signalübertragung auf den Ethernet PHY Netzwerkchip oder direkter Anbindung mit einem Pfostenstecker direkt auf das Haupt-PCB-Mainboard.

[0015] Bevorzugt kommt dabei als Platine ein mehrschichtiger, insbesondere vierschichtiger, PCB Print zum Einsatz, vorzugsweise mit ausschliesslich maschineller Bestückung mit SMT, wobei die Abmessungen der Platine als Quadrat mit einer Seitenlänge von 25mm beibehalten wird. Damit ist auch die Einhaltung der Norm IEEE 802.3af gewährleistet und der erfindungsgemässe Einbausteckverbinder ist in seiner Standardbauweise geeignet für ca. 80% der Ethernet PHYs auf dem Markt.

[0016] Auf dem kleinen PCB Board werden zusätzlich Widerstände, Kondensatoren und Dioden verbaut, um die elektronische Signalspannungsintegrität und die Strombegrenzung der elektronischen Schaltung sicherzustellen. Je nach Auswahl des Ethernet PHY Chip und wie dieser im Inneren aufgebaut ist, muss der elektronische Schaltkreis möglicherweise entsprechend gesondert angepasst werden. Dies kann auch durch höherintegrierte Chips mit den oben angegebenen elektronischen Komponenten realisiert werden oder durch neue Komponenten, die erst auf den Markt kommen.

[0017] Die zwei (100 MB/s) beziehungsweise vier (1 GB/s) Signalpaare der Netzwerksignale werden auf dem neuen, kleinen PCB Board differentiell designt und realisiert, um die Signallängen und Signallaufzeiten konstant zu halten.

[0018] Die Abfolge der elektrisch leitenden Schichten des PCB Print umfasst erfindungsgemäss eine oberste Kupferlage, ein erstes Dielektrikum, eine erste innere Kupferlage, ein Kern-Dielektrikum, eine zweite innere Kupferlage, ein zweites Dielektrikum und schliesslich eine unterste Kupferlage.

[0019] Bevorzugt ist dabei eine Ausführungsform, bei welcher das Kern-Dielektrikum eine grössere Dicke als das erste und/oder zweite Dielektrikum aufweist, vorzugsweise eine um den Faktor 10 grössere Dicke.

[0020] Vorteilhafterweise weisen dabei zusätzlich oder alternativ die inneren Kupferlagen eine grössere Dicke auf als die oberste und/oder die unterste Kupferlage, vorzugsweise eine um den Faktor 2 grössere Dicke.

[0021] Eine weitere vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Erdung über eines der Anschlusselemente und die beiden inneren Kupferschichten sowie die unterste Kupferschicht erfolgt.

[0022] Als alternative Lösung, insbesondere bei Einbausteckverbindern für höhere Bandbreiten, kann auch eine Erdung über eines der Kontaktelemente und die beiden inneren Kupferschichten sowie die unterste Kupferschicht vorgesehen sein.

[0023] Die Erdung über eines der Kontaktelemente und die Erdung über eines der Anschlusselemente können in einer alternativen Ausführungsform der Erfindung über einen Kondensator verschaltet sein.

[0024] Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.

[0025] Es zeigen jeweils in stark vereinfachter, schematischer Darstellung:

Fig. 1

eine Vorderansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemässen Einbausteckverbinders in einer 1 GB/s-Variante;

Fig. 2

eine Seitenansicht des Einbausteckverbinders der Fig. 1;

Fig. 3

eine Ansicht des Einbausteckverbinders der Fig. 1 von hinten;

Fig. 4

eine perspektivische Ansicht von hinten einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemässen Einbausteckverbinders in einer 100 MBit/s-Variante;

Fig. 5

einen beispielhaften Schaltplan für einen erfindungsgemässen Einbausteckverbinder in einer 100 MBit/s-Variante;

Fig. 6

eine Ansicht auf die nach hinten weisende Seite der Platine eines erfindungsgemässen Einbausteckverbinders in einer 1 GB/s-Variante;

Fig. 7

eine Ansicht auf die auf das Gehäuse hin zeigende Seite der Platine eines erfindungsgemässen Einbausteckverbinders in einer 1 GB/s-Variante;

Fig. 8

einen beispielhaften Schaltplan für einen erfindungsgemässen Einbausteckverbinders in einer 1 GB/s-Variante;

Fig. 9

eine Explosionsdarstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer Platine;

Fig. 10

einen vertikalen Querschnitt durch die Platine der Fig. 9;

Fig. 11

graphische Repräsentationen der Gerber-Dateien für ein bevorzugtes PCB-Layout für die Platine eines erfindungsgemässen Einbausteckverbinders in einer 100 MBit/s-Variante, und

Fig. 12

graphische Repräsentationen der Gerber-Dateien für ein bevorzugtes PCB-Layout für die Platine eines erfindungsgemässen Einbausteckverbinders in einer 1 GB/s-Variante.

[0026] Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäss auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lageangaben bei einer Lageänderung sinngemäss auf die neue Lage zu übertragen. Der Ordnung halber sei abschliessend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus Elemente teilweise unmassstäblich und/oder vergrössert und/oder verkleinert dargestellt wurden.

[0027] Fig. 1 zeigt eine Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels für einen erfindungsgemässen Einbausteckverbinder von vorne, auf die Einstecköffnung 1 für einen komplementären Kabelsteckverbinder hin gesehen, in der bevorzugten Form als RJ45 Chassisbuchse zum Einbau in netzwerkfähige Geräte, Schalttafeln od. dgl. Das Gehäuse 2 des Einbausteckverbinders weist vorzugsweise konzentrisch mit der Einstecköffnung 1 für den Kabelstecker eine ringförmige Aufnahme 3 für einen zylindrisch-buchsenförmigen Einsteckfortsatz eines Schutzgehäuses des Kabelsteckers auf. Vorteilhafterweise ist das Gehäuse 2 mit einer Verriegelungsanordnung für den Kabelstecker oder dessen Einsteckfortsatz ausgestattet, wobei die Verriegelung mittels eines auf der Vorderseite herausragenden Betätigungselementes 4 manuell gelöst werden kann.

[0028] Die in die Einstecköffnung 1 ragenden elektrischen Kontaktelemente 5, beispielsweise die RJ45-Pins, sind auf der Rückseite aus dem Gehäuse 2 wieder herausgeführt und dort elektrisch mit einer elektronischen Schaltung auf einer an der Rückseite des Gehäuses 2 vertikal orientiert montierten Platine 6 verbunden. Die Schaltung auf der Platine 6 - die weiter unten noch im Detail erläutert wird - ist mit Anschlusselementen 7 in Form von Kontaktstiften für die Verbindung mit weiteren elektronischen Schaltungen ausgestattet, die in einer Stiftleiste 8 zusammengefasst sind. Da von den neun standardmässigen Kontaktelementen 5 in Ausführungsformen für geringe Bandbreite, wie in der dargestellten Variante mit 100Mbit/s, nur zwei Paare von Datenleitungen genutzt werden, und eines der Kontaktelemente 5 der Erdung dient, sind fünf Anschlusselemente 7 vorgesehen. Die Netzwerksignale des Kabelsteckers werden über die Kontaktelemente 5, die elektronische Schaltung der Platine 6 und die Anschlusselemente typischerweise in eine elektronische Schaltung eines netzwerkfähigen Gerätes mit einem Ethernet PHY Chip geleitet.

[0029] Die Anbringung der Platine 6 am Gehäuse 2 umfasst eine Anordnung von Montagezapfen 9 am Gehäuse, für die entsprechende Montagebohrungen 10 in der Platine 6 vorhanden sind. Im Übrigen wird die Platine 6 hinten am Gehäuse 2 angelötet, wenn dieses aus Metall besteht, oder angeklebt oder ultraschallverschweisst, wenn dieses aus Kunststoff besteht.

[0030] Das Gehäuse 2 selbst weist zur Montage im Gerät, der Schalttafel od. dgl. Montagelaschen 11 mit Montagebohrungen 12 auf. Andere mögliche Ausführungsformen sind mit einem auskragenden, rechteckigen oder quadratischen Montageflansch auf der Vorderseite des Gehäuses 2 versehen, in welchem die Montagebohrungen 12 ausgearbeitet sind. Die Abmessungen der Platine 6 entsprechen im Wesentlichen den Dimensionen des Gehäuses 2 quer zu dessen Längsachse, typischerweise im Bereich 25 mm mal 25 mm, sodass ein einfacher Einbau in eine standardisierte Öffnung im Gerät oder der Schalttafel von vorne her möglich ist, wonach der Einbausteckverbinder dann mit der Gerätefrontplatte bzw. der Schalttafel bündig verschraubt werden kann.

[0031] Die Schaltung auf der Platine 6 umfasst neben den herkömmlich bekannten Bauelementen auch eine direkt auf der Platine 6 integrierte Anordnung zur galvanischen Trennung der Netzwerksignale zwischen dem Eingang und der Weiterleitung zur nachgeordneten elektronischen Schaltung, beispielsweise dem PHY Chip. Diese Anordnung weist für jedes der beiden Paare von Datenleitungen zumindest einen unmittelbar auf der Platine 6 montierten Chip-LAN-Transformator 13 auf. Vorzugsweise ist jedem dieser LAN-Übertrager eine Gleichtaktdrossel 14, vorzugsweise in Form eines Chip-Choke, zugeordnet. Beide Transformatoren, sowohl der Chip-LAN-Transformator 13 als auch die Gleichtaktdrossel 14 sind Bauteile aus automatischer Herstellung, die ausschliesslich in automatischer SMT Technik assembliert werden. Die Schaltung auf der Platine 6 kann vorteilhafterweise auch eine Anordnung zur Strombegrenzung beinhalten. Der erfindungsgemässe Einbausteckverbinder mit der wie beschrieben gestalteten Platine erlaubt bei kompakter Bauweise und optimaler Signalqualität eine direkte Anbindung an beispielsweise den PHY Chip einer Geräteschaltung ermöglicht.

[0032] Auf der Platine 6 ist in die dort realisierte Schaltung auch eine Netzwerkterminierung integriert, vorzugsweise eine Bob Smith Terminierung mit ihren 75 Ohm Widerständen 15 und vorteilhafterweise damit in Serie geschalteten Kondensatoren 16. Anstelle der standardmässigen Widerstände mit 75 Ohm könnten zur optimalen und an die jeweiligen Bedingungen angepassten Auslegung der Schaltung auch andere Werte gewählt werden. Über die Bob Smith Terminierung 15, 16 und einen Entstörkondensator 17 ist die Erdung des Einganges des Einbausteckverbinders über eines der Kontaktelemente 5 realisiert. Wenn gewünscht, kann über einen weiteren Kondensator 18 die Erdung des Eingangs mit der Erdung der Platine verbunden werden. Diese optionale Kondensator 18 bietet auch einen zusätzlichen Überspannungsschutz, in einer Basisvariante der Platine 6 bzw. deren Schaltung sind nur die entsprechend vorbereiteten Lötpads vorhanden. Auch in der Erdung der Platine 6 sind Entstörkondensatoren 19 geschaltet.

[0033] Fig. 5 zeigt den elektrischen Schaltplan für eine 100 MB/s Variante der Schaltung auf der Platine 6 eines erfindungsgemässen Einbausteckverbinders, wie er in den Fig. 1 bis 4 dargestellt ist, und mit der konkreten Verschaltung der in den vorhergehenden Absätzen genannten Bauteile.

[0034] Fig. 6 zeigt eine Ansicht auf die nach hinten, vom Gehäuse 2 des Einbausteckverbinders weg weisende Seite der Platine des erfindungsgemässen Einbausteckverbinders für höhere Bandbreite, beispielsweise eine 1 GB/s-Variante, bei welcher acht der Kontaktelemente 5 des Einbausteckverbinders für vier Paare von Datenleitungen und eines der Kontaktelemente 5 wieder für die Erdung genutzt werden. Die dabei grössere Anzahl an Bauelementen, die auf der Platine 6 für die vier Paare von Datenleitungen benötigt werden, sind hier auf beide Seiten der Platine 6 verteilt. Mit entsprechend gestalteten Bauelementen sind auch noch höhere Bandbreiten möglich, wobei dann Einbausteckverbinder in Varianten mit 2,5 GB/s, 5 GB/s und sogar 10 GB/s realisiert werden können.

[0035] Montagebohrungen 20 dienen der korrekten Ausrichtung und der Fixierung der Platine 6 am Gehäuse 2. Die Stiftleiste 8 weist neun Anschlusselemente 7 auf. Die auch hier auf der Platine 6 integrierte Anordnung zur galvanischen Trennung der Netzwerksignale zwischen dem Eingang und der Weiterleitung zur nachgeordneten elektronischen Schaltung umfasst vier unmittelbar auf der Platine 6 montierte Chip-LAN-Transformatoren 13, mit jeweils einer zugeordneten Gleichtaktdrossel 14, vorzugsweise in Form eines Chip-Choke. Vorteilhafterweise sind wieder alle diese Bauteile aus automatischer Herstellung, die ausschliesslich in automatischer SMT Technik assembliert werden. Vorteilhafterweise kann wieder eine Anordnung zur Strombegrenzung beinhaltet sein.

[0036] Auf der gegenüberliegenden Seite der Platine 6, die dem Gehäuse 2 zugewandt und in Fig. 7 dargestellt ist, sind die Bauelemente für die Netzwerkterminierung integriert, vorzugsweise wieder eine Bob Smith Terminierung mit ihren 75 Ohm Widerständen 15 und vorteilhafterweise damit in Serie geschalteten Kondensatoren 16. Der zwischen der Bob Smith Terminierung 15, 16 und der Erdung des Einganges des Einbausteckverbinders zwischengeschaltete Entstörkondensator 17 aufgrund der beengten Platzverhältnisse zwischen Gehäuse 2 und Platine 6 auf der dem Gehäuse 2 abgewandten Seite verbaut, ebenso wie die Lötpads und wenn erforderlich der optionale Kondensator 18 für den Überspannungsschutz und die Verbindung der Erdung des Einganges des Einbausteckverbinders mit der Erdung der Platine 6. Ebenso von Vorteil kann die Anordnung von weiteren Entstörkondensatoren 19 sein.

[0037] Da bei den Einbausteckverbindern für höhere Bandbreiten eine grössere Anzahl an elektronischen Komponenten vorhanden ist, muss entsprechend auch eine intensivere Erdung verwendet werden, welche in den Fig. 6 und 7 die Kupferbereiche 21 auf beiden Seiten der Platine 6 umfasst. Einer dieser Kupferbereiche 21 ist die Masse für die PCB Schaltung und der andere Kupferbereich ist die Masse des Eingangs des Einbausteckverbinders.

[0038] Die Platine 6 ist als PCB Print aus vielen Schichten von Dielektrika und Kupferschichten designt und aufgebaut, damit die Impedanz der ganzen elektronischen Schaltung zusammen harmoniert. Bevorzugt kommt für die Platine 6 ein vierschichtiger PCB Print zum Einsatz, vorzugsweise mit ausschliesslich maschineller Bestückung mit SMT, wobei die Abmessungen der Platine als Quadrat mit einer Seitenlänge von etwa 25 mm bevorzugt sind, um den einfachen Einbau die Aufnahmeöffnungen von Geräten und Schalttafeln zu ermöglichen. Damit ist auch die Einhaltung der Norm IEEE 802.3af gewährleistet und der erfindungsgemässe Einbausteckverbinder ist in seiner Standardbauweise geeignet für ca. 80% der Ethernet PHYs auf dem Markt.

[0039] Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel, wie es in den Fig. 9 und 10 dargestellt ist, besteht dabei aus einer Abfolge einer obersten Kupferschicht 22, gefolgt von einem ersten Dielektrikum 23, einer ersten inneren Kupferschicht 24, einem Kern-Dielektrikum 25, einer zweiten inneren Kupferschicht 26, einem zweiten Dielektrikum 27 und schliesslich einer untersten Kupferschicht 28. Bevorzugt ist dabei ein Kern-Dielektrikum 25 mit einer grösseren Dicke als das erste und/oder zweite Dielektrikum 23 bzw. 27. Besonders günstig hat sich dabei eine um den Faktor 10 grössere Dicke des Kern-Dielektrikums 25 herausgestellt. Auch bei den Kupferschichten ist es von Vorteil, wenn die inneren Kupferschichten 24 und 26 eine grössere Dicke aufweisen als die oberste und/oder die unterste Kupferschicht 22 bzw. 28. Hier ist jedoch typischerweise eine lediglich um den Faktor 2 grössere Dicke der inneren Kupferschichten 24 und 26 erforderlich.

[0040] Ein konkretes, besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel, welches im Print-Aufbau auch in den Fig. 11 und 12 dargestellt ist, weist dabei folgende Abmessungen auf: Die Dicke der obersten Kupferlage 22 beträgt 0.018 mm, dann folgt ein Dielektrikum 23 mit einer Dicke von 0.12 mm. Eine erste innere Kupferlage 24 mit einer Dicke von 0.035 mm wird gefolgt von einem Kern-Dielektrikum 25 mit 1.2 mm, und dann von einer zweiten inneren Kupferlage 26 mit einer Dicke von 0.035 mm. Nach einem weiteren Dielektrikum 27 von 0.12 mm folgt die unterste Kupferlage 28 mit einer Dicke von 0.018 mm.

[0041] Weiters sind in den Fig. 9 und 10 beispielhaft Durchkontaktierungen (bzw. Vias) 29 dargestellt, welche vertikale elektrische Verbindungen zwischen den Leiterbahnebenen bzw. den Kupferschichten 22, 24, 26, 28 der Platine 6 bilden, vorzugsweise durch jeweils eine innen metallisierte Bohrung im Trägermaterial der Leiterplatte realisiert. Neben der hier dargestellten durchgehenden Durchkontaktierung könnten zusätzlich bei Bedarf noch Blind Vias (Sacklöcher) oder Buried Vias (innere Verbindungen) vorgesehen sein.

[0042] Die Abbildungen der Fig. 11 sind graphische Repräsentationen der Gerber-Dateien für ein bevorzugtes PCB-Layout für eine erfindungsgemässe Platine 6 eines erfindungsgemässen Einbausteckverbinders. Das Gerber File, das vom PCB Designprogramm erstellt wird, beinhaltet alle Informationen die nötig sind, um ein PCB Board automatisiert herzustellen. Die Abbildungen 11.5 bis 11.8 der Fig. 11 enthalten die leitenden Kupferschichten, die in schwarz dargestellt sind. Die weissen Bereiche weisen kein Kupfer auf, und sind daher Isolation bzw. Dielektrikum. Zusätzlich ist die Position der einzelnen elektronischen Komponenten auf dem PCB Board von entscheidender Bedeutung hinsichtlich der Funktionstüchtigkeit der gesamten elektronischen Schaltung, da sich dadurch die übertragene Signalform beeinflussen lässt.

[0043] Es werden die unterschiedlichen Schichten, welche durch die Abbildungen der Fig. 11 und 12 repräsentiert sind, gestapelt, wobei sowohl die Anordnung der elektronischen Komponenten auf den Schichten als auch die Anordnung / Stapelung der einzelnen Schichten eine entscheidende Rolle spielt. Die zwei gezeigten Beispiele für niedrige Bandbreite (100 MB/s) in Fig. 11 und für hohe Bandbreite (1 GB/s) in Fig. 12 funktionieren mit genau dieser Anordnung der elektronischen Komponenten auf den einzelnen Schichten und genau dieser Stapelung der einzelnen Schichten in optimaler Weise.

[0044] Im PCB Layout der Fig. 11 werden die einzelnen PCB-Schichten dargestellt, die zur Signalübertragung und die Erdung verwendet werden. Dieses spezielle Designlayout dient auch der Sicherstellung der EMV Verträglichkeit, weil durch separate, eingefügte Erdungsschicht (siehe Abbildungen 11.6 und 11.7 der Fig. 11 und 12) eine Abstrahlung der elektromagnetischen Strahlung deutlich reduziert und die umliegende Elektronik in ihrer funktionsweise nicht beeinträchtigt wird.

[0045] Zu der Reihenfolge der Stapelung der Schichten: In den vielen Aufeinanderfolgenden Skizzen ist jeweils eine Ansicht einer Schicht gezeigt, und zwar als würde man von hinten / von der Rückseite auf die Schicht schauen. Das oberste Bild entspricht dabei jeweils der obersten Schicht in der Stapelung, das unterste Bild entspricht der untersten Schicht in der Stapelung. Die Gesamtgrösse / Gesamtfläche der Schichten ist in den beiden Beispielen gleich, genauso wie die Dicke einer einzelnen Schicht ebenfalls in beiden Beispielen gleich ist.

[0046] Abbildung 11.1 zeigt sämtliche Masse des PCB Prints bezüglich Grösse, Ausschnitt und Bohrungen. Die PCB Print Gesamtgrösse beträgt 25 mm mal 25 mm und die Gesamtdicke des PCB Print beträgt 1.55 mm von äusserer Kupferleiterbahn bis zur äusserer Kupferleiterbahn auf der anderen Seite des PCB Print.

[0047] Die Abbildung 11.2 zeigt die Durchgangslöcher für die RJ45 Kontakte und die Durchgangslöcher für die Stiftleiste und das Durchgangsloch für die separate Erdungsleitung des RJ45 Chassis. Sowie den Ausschnitt für den Push Button oben an der Kante des PCB Print.

[0048] In Abbildung 11.3 wird der Bottom Assembly gezeigt mit den definierten Positionen für sämtliche elektronische Bauteile, wie Transformatoren, Kondensatoren, Widerstände und Gleichtaktdrossel.

[0049] Die Abbildung 11.4 zeigt sämtliche Durchgangsbohrungen mit den entsprechenden Durchmessern und die Positionen an. Die Durchgangsbohrungsdurchmesser reichen von 0.25, 0.80, 1.00, 1.20 bis 1.70 mm.

[0050] In Abbildung 11.5 werden die leitenden Kupferschichtbahnen der obersten Schicht gezeigt mit den Kupferumrandungen an den Durchgangsbohrungen des RJ45 Chassis Kontakte, Stiftleiste Kontakte und der Durchgangsbohrung der Erdungsleitung für das RJ45 Chassis.

[0051] Die Abbildung 11.6 zeigt die innere Kupferschicht 2 mit den Unterbrüchen bei den RJ45 Kontakten und den Kontakten bei der Stiftleiste und den Vias. Zudem gibt es einen Bereich mit einer Aussparung der Kupferschicht, der oberhalb der Stiftleiste quer und senkrecht verläuft.

[0052] Abbildung 11.7 zeigt die innere Kupferschicht 3 mit den Unterbrüchen bei den RJ45 Kontakten und den Kontakten bei der Stiftleiste und den Vias. Zudem gibt es einen Bereich mit einer Aussparung der Kupferschicht, der oberhalb der Stiftleiste quer und senkrecht verläuft.

[0053] In der Abbildung 11.8 sind die Kupferleiterbahnen sowie die Kupferbereiche der untersten Schicht für die Bestückung der Kondensatoren und das Aufbringen der Lotdepots zu sehen und die Durchgangsbohrungen für die Montagebolzen.

[0054] Die oberste Schicht, die in der Abbildung 11.5 dargestellt ist, ist in Richtung auf das Gehäuse des Einbausteckverbinders gerichtet, wohingegen die unterste Schicht auf der abgewandten Seite ist, also auf der nach hinten gerichteten Seite, die auch die Stiftleiste trägt.

[0055] Fig. 12 stellt in seinen einzelnen Abbildungen graphische Repräsentationen auf Basis des Gerber File für die einzelnen Schichten für Signalübertragung und Erdung für ein erfindungsgemässes PCB Layout in einer 1 GB/s Variante dar. Dieses spezielle Designlayout dient auch der Sicherstellung der EMV Verträglichkeit, weil durch separate, eingefügte Erdungsschicht (siehe Abbildung 12.5, 12.6, 12.7 und 12.8) eine Abstrahlung der elektromagnetischen Strahlung deutlich reduziert und die umliegende Elektronik in ihrer funktionsweise nicht beeinträchtigt wird.

[0056] In Abbildung 12.1 sind wieder sämtliche Masse des PCB Print bezüglich Grösse, Ausschnitt und Bohrungen zur Montage angegeben. Die PCB Print Gesamtgrösse beträgt wie auch für die Ausführungsform der Fig. 11 25 mm mal 25 mm und wird hinten vertikal am RJ45 Chassis in die Bolzen eingesteckt und angelötet, damit ist das PCB Print in seiner Position mechanisch fixiert und gewährt damit einen einfachen Einbau in eine passende Öffnung im Gehäuse und kann von vorne eingesetzt werden und kann dann mit der Gehäusefrontplatte bündig in einem Gerät verschraubt werden.

[0057] Abbildung 12.2 zeigt den elektronischen Aufbau des sogenannten Top Assembly auf der Aussenseite des PCB Print mit den insgesamt zwölf Kondensatoren, sowie den Ausschnitt für den Push Button im PCB Print oben und den Durchgangsbohrungen für die RJ45 Kontakte und die Durchgangsbohrungen für die Stiftleistenkontakte.

[0058] Die Abbildung 12.3 zeigt den elektronischen Aufbau des sogenannten Bottom Assembly mit den definierten Positionen für sämtliche elektronische Bauteile, wie Transformatoren, Kondensatoren, Widerständen und Gleichtaktdrossel an.

[0059] Abbildung 12.4 gibt alle definierten Positionen der Durchgangsbohrungen mit den Durchmessern 0.25, 0.60, 0.80, 1.20 und 1.70 mm an.

[0060] Die Abbildungen 12.5 bis 12.8 der Fig. 12 enthalten wieder die leitenden Kupferschichten, die in den Fig. 6 und 7 mit dem Bezugszeichen 21 gekennzeichnet sind, und die hier in schwarz dargestellt sind. Die weissen Bereiche weisen kein Kupfer auf, und sind daher Isolation bzw. Dielektrikum.

[0061] In der Abbildung 12.5 wird die oberste Schicht mit der leitfähigen Kupferschicht und Kupferleiterbahnen sowie mit den Kupferumrandungen an den Durchgangskontaktbohrungen des RJ45 Chassis dargestellt. Weiters sind die Durchgangskontaktbohrungen der Stiftleiste und die Durchgangsbohrung der Erdungsleitung des RJ45 Chassis in Richtung des PCB Print zu sehen.

[0062] Die Abbildung 12.6 zeigt die erste innere Kupferschicht mit den Unterbrüchen bei den RJ45 Kontakten und den Kontakten bei der Stiftleiste und den Vias. Zudem gibt es einen Bereich mit einer Aussparung der Kupferschicht, der oberhalb der Stiftleiste quer und senkrecht verläuft.

[0063] Abbildung 12.7 zeigt die zweite innere Kupferlage mit den Unterbrüchen bei den RJ45 Kontakten und den Kontakten bei der Stiftleiste und den Vias. Zudem gibt es einen Bereich mit einer Aussparung der Kupferschicht, der oberhalb der Stiftleiste quer und senkrecht verläuft.

[0064] In der Abbildung 12.8 sind die Kupferleiterbahnen sowie die Kupferbereiche für die Bestückung der Kondensatoren und das Aufbringen der Lotdepots zu sehen und die Durchgangsbohrungen für die Montagebolzen.

[0065] Da bei der Platine 6 für den Einbausteckverbinder für höhere Bandbreiten eine grosse Anzahl an elektronischen Komponenten vorhanden ist, muss entsprechend auch eine intensivere Erdung verwendet werden, welche in den Abbildungen der Fig. 11 und 12 durch die schwarz markierten Bereiche auf den einzelnen Schichten dargestellt ist. So ist zu sehen, dass bei der 100 MB/s Variante der Fig. 11 zwei Platten für die Erdung ausreichend sind, während bei der 1 GB/s Ausführungsform der Fig. 12 vorteilhafterweise vier Platten für die Erdung verwendet werden. Die Gesamtdicke des PCB Print selbst bleibt mit ziemlich genau 1.55 mm von der Kupferaussenschicht auf der einen Seite bis zur zweiten Kupferaussenschicht auf der anderen Seite des PCB Print gleich.

Bezugszeichenliste

[0066] 

1

Einstecköffnung

2

Gehäuse

3

Aufnahme

4

Betätigungselement

5

Kontaktelement

6

Platine

7

Anschlusselement

8

Stiftleiste

9

Montagezapfen

10

Montagebohrung

11

Montagelasche

12

Montagebohrung

13

Chip-LAN-Transformator

14

Gleichtaktdrossel

15

Widerstand

16

Kondensator

17

Entstörkondensator

18

Kondensator

19

Entstörkondensator

20

Montagebohrung

21

Kupferschicht

22

Kupferschicht

23

Dielektrikum

24

Kupferschicht

25

Kern-Dielektrikum

26

Kupferschicht

27

Dielektrikum

28

Kupferschicht

29

Durchkontaktierung

Ansprüche

1. Steckverbinder, insbesondere Chassisbuchse, für die mechanische und elektrische Verbindung mit Kabelsteckern von Datenkabeln, insbesondere mit RJ45-Kabelsteckern, umfassend

a) ein Gehäuse (2) mit zumindest einer Einstecköffnung (1) für einen komplementären Steckverbinder,

b) mehrere elektrische Kontaktelemente (5), die innerhalb des Gehäuses (2) gehalten sind, in die Einstecköffnung (1) ragen und auf der Rückseite des Gehäuses (2) an dessen Aussenseite geführt sind,

c) eine Platine (6) an der Aussenseite des Gehäuses (2) und mit diesem mechanisch verbunden, mit einer

d) elektrischen Schaltung und Anschlusselementen (7) für weitere elektronische Anordnungen,

e) wobei die Kontaktelemente (5) mit der Schaltung elektrisch leitend verbunden sind,

dadurch gekennzeichnet, dass

f) die Schaltung auf der Platine (6) eine Anordnung zur galvanischen Trennung der Netzwerksignale beinhaltet,

g) und diese Anordnung für jede Datenleitung zumindest einen auf der Platine (6) montierten Chip-LAN-Transformator (13) aufweist.

2. Steckverbinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Chip-LAN-Transformator (13) eine ebenfalls auf der Platine montierte Gleichtaktdrossel (14) zugeordnet ist.

3. Steckverbinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung eine auf der Platine (6) integrierte Anordnung zur Strombegrenzung beinhaltet.

4. Steckverbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung auf der Platine (6) eine Netzwerkterminierung, vorzugsweise eine Bob Smith Terminierung (15), beinhaltet.

5. Steckverbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Platine (6) ein mehrschichtiger, vorzugsweise ein vierschichtiger, PCB Print ist.

6. Steckverbinder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der mehrschichtige PCB Print eine Abfolge der Schichten aufweist, die eine oberste Kupferlage (22), ein erstes Dielektrikum (23), eine erste innere Kupferlage (24), ein Kern-Dielektrikum (25), eine zweite innere Kupferlage (26), ein zweites Dielektrikum (27) und schliesslich eine unterste Kupferlage (28) umfasst.

7. Steckverbinder nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kern-Dielektrikum (25) eine grössere Dicke als das erste und/oder zweite Dielektrikum (23, 27) aufweist, vorzugsweise eine um den Faktor 10 grössere Dicke.

8. Steckverbinder nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die inneren Kupferlagen (24, 26) eine grössere Dicke als die oberste und/oder die unterste Kupferlage (22, 28) aufweisen, vorzugsweise eine um den Faktor 2 grössere Dicke.

9. Steckverbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Erdung über eines der Anschlusselemente (7) oder eines der Kontaktelemente (5) und die beiden inneren Kupferschichten (24, 26) sowie die unterste Kupferschicht (28) erfolgt.

10. Steckverbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Erdung über eines der Kontaktelemente (5) und die Erdung über eines der Anschlusselemente (7) über einen Kondensator (18) verschaltet ist.

Zeichnung