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具有中继器单元的数据传输 电缆和包括该电缆的电缆组件

阅读：1367发布：2021-03-14

专利汇可以提供具有中继器单元的数据传输电缆和包括该电缆的电缆组件专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及数据传输电缆 (1)，其包括用于传输数据信号的至少一个数据传输线(5，55)，和至少一个中继器单元(4)，其中所述数据线(5)和所述中继器单元(4)集成到所述电缆(1)中。，下面是具有中继器单元的数据传输电缆和包括该电缆的电缆组件专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种数据传输电缆(1)，包括：
用于传输数据信号的至少一个数据线(5，55)，和
至少一个中继器单元(4)，
其中，所述数据线(5)和所述中继器单元(4)被集成到所述电缆(1)中。
2.如权利要求1所述的数据传输电缆，其中，至少两个中继器单元(4)距离彼此预定距离地集成到所述电缆(1)中。
3.如权利要求1或者2所述的数据传输电缆，所述电缆(1)进一步包括至少一个用于传送电力的电力线(7，57)，所述电力线(7，57)集成在所述电缆(1)中。
4.如权利要求1-3之一所述的数据传输电缆(1)，所述电缆(1)进一步包括：
具有第一数据线(5)的第一部分(2)和具有第二数据线(55)的第二部分(3)，所述第一和第二数据线(5，55)布置成用于传输数据信号；在第一部分(2)中的用于传送电力的电力线(7)，其中所述中继器单元(4)连接第一和第二数据线(5，55)，其中所述中继器单元(4)连接电力线(7)，其中所述中继器单元(4)被设置成用于从第一数据线(5)接收数据信号，放大所述数据信号并发送放大的数据信号到第二数据线(55)，其中，第一数据线(5)、中继器单元(4)和第二数据线(55)覆盖有电缆(1)的绝缘外护套(21)。
5.如前述权利要求之一所述的数据传输电缆，其中，所述中继器单元(4)安置在中继器单元承载器(13，24)上。
6.如前述权利要求之一所述的数据传输电缆，其中，所述中继器单元(4)覆盖有电屏蔽件(11)，其中所述屏蔽件(11)与电缆(1)的屏蔽件(9，59)连接。
7.如权利要求4-6之一所述的数据传输电缆，其中，所述中继器单元(4)的电屏蔽件(11)具有类似于电缆(1)的横截面形状的横截面形状。
8.如前述权利要求之一所述的数据传输电缆，其中，中继器单元(4)和第一和第二数据线(5，55)的末端嵌入在模制材料(22)中。
9.如前述权利要求之一所述的数据传输电缆，其中，所述中继器单元(4)和所述电力线(7)的末端嵌入在模制材料(22)中。
10.如前述权利要求之一所述的数据传输电缆，其中，所述数据线(5，55)为成对的扭绞的电线。
11.如权利要求5-10之一所述的数据传输电缆，其中，中继器单元(4)和承载器(13，
24)集成在电缆(1)中。
12.如权利要求11所述的数据传输电缆，其中，所述承载器(24)由模制材料制成。
13.如权利要求11或者12所述的数据传输电缆，其中，所述承载器(24)包括电导体(14)，该导体(14)与中继器单元(4)的触头以及第一和第二数据线(5，55)的导线(15)连接。
14.一种电缆组件，包括至少一个如前述权利要求之一所述的数据传输电缆(1)，其中至少一个电连接器(31，32)端接到所述电缆(1)的至少一端。

说明书全文

具有中继器单元的数据传输 电缆和包括该电缆的电缆组件

技术领域

[0001] 本发明涉及数据传输电缆，其包括至少一个数据线和至少一个用于放大和均衡通过电线传输的信号的信号中继器。

背景技术

[0002] 在数据传输电缆领域，特别是在高速应用中，经常希望实现高数据速率和长距离的数据传输。

[0003] 在现有技术中，熟知的是，使用中继器设备来放大通过电线传输的信号。对于以高数据速率，例如超过5Gb/秒(Gb/s)的数据传输，特别是对于无源铜线，最大的电缆长度根据缆线直径被限制到短于8m的长度。因此，对于这样的无源铜线，电缆长度是实现高数据速率的限制因素之一。

[0004] 已知的中继器设备通常安置在第一和第二电缆之间并接收第一电缆的信号、均衡和放大这些信号并将这些信号传输给第二电缆。

[0005] 这样的已知的设备通常以独立的箱的形式提供，该箱连接到各个电缆以为了实现信号的期望的放大和均衡。这种公知的中继器设备体积较大，限制了系统设计者的设计自由度。

发明内容

[0006] 本发明的目的是提供一种数据传输电缆和电缆组件，其能够在更长的距离上和/或以更高的数据速率传输数据。

[0007] 本发明的进一步的目的是提供一种允许增大设计自由度的电缆和/或电缆组件。

[0008] 本发明的目的通过一种数据传输电缆以及一种包括该数据传输电缆的电缆组件实现。

[0009] 提供的数据传输电缆的基本优点在于，数据信号可以通过电缆以明显增大的长度和/或更高的数据速率传输。该优点通过提供集成到电缆中的至少一个中继器单元实现。集成到电缆中的特征是指，例如，中继器单元通过电缆的绝缘外护套覆盖。但是，集成到电缆中的该发明特征还包括这样的情形，即，例如，其中中继器单元例如因而嵌入到所述外护套中。由于中继器单元集成在电缆中，电缆用户不必固定两个电缆到公知的中继器设备，而是可以单独使用本发明的电缆来在更长的距离上或者以更高的数据速率，例如高于5Gb/秒(Gb/s)的数据速率，传输数据信号。进一步的优点在于这样的事实：电缆的尺寸显著减小，从而明显增大设计自由度。作为用于电线的导线的材料，例如铜，可以被使用而不会导致任何由于电信号低电量所致的问题。集成的中继器具有优点：在中继器和电线之间不会由于环境条件而产生接触问题。新式的电缆可以被使用而无需连接电缆到中继器。

[0010] 根据优选实施例，至少两个中继器单元以彼此距离预定距离集成到所述电缆中。根据这个优选实施例，可以沿着电缆的纵向和/或与纵向垂直的方向以预定间隔安置两个或者更多的中继器单元，从而实现期望的电缆长度。

[0011] 根据优选实施例，电缆包括安置在用于中继器单元的承载器上的中继器单元。承载器是例如(柔性)印刷电路板。这样，便宜的且简单的技术被使用，以为了防止中继器单元和印刷电路板遭到机械或者电损坏。代替印刷电路板，可以使用其它的芯片承载结构，例如导引框架，中继器单元可以安置在其上，并且所述导引框架根据需要连接到数据线和电力线。芯片承载结构的进一步的例子是根据模制互连装置(MID)技术制造的模制承载器，其为本领域技术人员知晓，因此不再赘述。承载器可由塑料材料制造。

[0012] 模制材料允许任何类型的用于承载器的形状。优选地，承载器的相对末端具有圆形形状。该特征允许承载器简单地集成在电缆中。

[0013] 在进一步的实施例中，中继器单元覆盖有电屏蔽件，其中屏蔽件连接到电缆的屏蔽件。由于该原因，实现中继器单元的改进的电屏蔽。

[0014] 在进一步的实施例中，电屏蔽件可以具有与电缆类似的横截面形状，例如圆柱形状。电屏蔽件可以实施为金属包壳，具有圆柱形状，中继器单元定位在包壳中。

[0015] 在进一步的实施例中，中继器单元和数据线的末端嵌入在模制材料中。这改善数据线的末端在中继器单元上的固定，防止数据线的松脱。

[0016] 在进一步的实施例中，中继器单元和电力线的末端嵌入在模制材料中。该特征改善电力线到中继器单元的机械固定。而且，改善的电绝缘通过利用绝缘模制材料而提供。

[0017] 在进一步的实施例中，电线优选为成对的扭绞线。附图说明

[0018] 本发明的实施例描述在下面的附图中，其中：

[0019] 图1示出具有中继器单元的电缆组件的示意性视图；

[0020] 图2示出中继器单元的更详细的视图；

[0021] 图3描述电缆的第一部分的横截面视图；

[0022] 图4描述具有印刷电路板的电缆的横截面视图；

[0023] 图5描述另一类型的电缆的横截面视图；

[0024] 图6示出图4的印刷电路上的示意性顶视图；和

[0025] 图7示出用于中继器单元的模制承载器。

具体实施方式

[0026] 图1描述数据传输电缆1的基本结构，其具有第一数据线部分2和第二数据线部分3以及中继器单元4(在下文中称为中继器)，中继器单元4集成到电缆1中并连接到第一数据线部分2和第二数据线部分3。电缆1的末端优选地连接到第一和第二电连接器31，32。中继器4是信号接收、信号均衡和信号放大电路，用于从第一或者第二数据线部分2，3接收数据、放大数据信号并发送放大后的数据信号到第二或者第一数据线部分3，2。中继器4的基本功能是放大数据信号，这使得以更高的数据传输速率传输数据信号和/或在更长的数据线上传输数据信号成为可能。中继器电路可以对信号整形，重新调节信号时序或者对模拟或者数字数据信号执行这些功能的组合。

[0027] 在所示优选实施例中，中继器4集成到电缆1中，这意味着中继器4嵌入在电缆1中并被电缆1的绝缘涂层即绝缘外护套覆盖。但是，取决于使用的实施例，可以是单独的绝缘涂层用于中继器4。如果中继器4具有比相邻的第一和第二数据线路部分2，3更大的横截面面积，则可以使用这种实施例。电缆1的涂层例如在一件式涂层中围绕第一数据线、第二数据线、电力线7和中继器4。

[0028] 图2描述电缆1在中继器4区域中的部分的示意性视图，其中电缆的绝缘材料未被示出。如所示，电缆1分为第一线部分2和第二线部分3。第一线部分2包括连接到中继器4的电触头6的几个第一数据线5。第一数据线5的每个电性隔离并包括由导电材料例如铜制成的导线。第一线部分2还包括连接到中继器4的电触头8的电力线7。电力线7提供用于中继器4的电力。而且，第一线部分2包括围绕第一数据线5和电力线7并且在图2中仅示示意性地描述为一简单的线的电屏蔽件9。电屏蔽件9连接到中继器4的第一电量（mass）触头10。取决于使用的实施例，可以具有单独的电线来提供用于中继器4的电量，或者可以使用如图3所示的排流线60。第一数据线5可以用作用于经由电缆1传输例如模拟或者数字数据信号的单一线。取决于使用的实施例，替代单一数据线5，成对的电线，例如扭绞成对的或者双绞成对的数据线，也可以用于经由电缆1传输数据信号。

[0029] 第二数据线部分3可以与第一数据线部分2相同地实施，包括连接到中继器4的第二电触头56的第二数据线55。第二线部分3还可包括连接到中继器4的第二电量触头54的第二屏蔽件59。取决于使用的实施例，第二电力线可不布置在第二数据线部分3中，只要它足以经由第一线部分2提供电力。但是，取决于使用的实施例，还可以将第二电力线
57布置在连接到电缆1中的中继器4或者随后的中继器中的第二电力触头58的第二线部分3中。第一和第二线部分2，3的屏蔽件9，59可以电连接到围绕中继器4的电屏蔽层11，从而防止ESD和EMI问题。取决于使用的实施例，屏蔽层11可以以套筒形状包围中继器4。
屏蔽层11可以实施为导电外壳，该外壳在两个相对的末端开口，用于接收第一和第二线部分2，3。在图2中，屏蔽层11示意性地示出为连接到第一和第二线部分2，3的屏蔽件9，59的白色线。屏蔽件9，59为例如编绳。

[0030] 中继器4可以实施为安置在承载器例如印刷电路板13上的芯片壳体12中的集成电路。芯片壳体12可包括粘接在印刷电路板13的开口中的电销。印刷电路板13可包括导电体14，该导电体14连接到芯片壳体12的销和数据线5，55和电力线7的末端。数据线5，55的导线可以焊接到印刷电路板13的导电体14。而且，芯片壳体12的销可以焊接到导电体14。取决于使用的实施例，数据线5，55被直接导引到中继器4的触头。

[0031] 在进一步的实施例中，电缆1可包括若干以预定间隔安置的中继器。每个中继器连接到电力线7，57。

[0032] 在进一步的实施例中，电力线可布置为独立于电缆1的单独的线，或者中继器4可通过感应耦合来供电。在该实施例中，中继器4包括电力接收元件，例如线圈。

[0033] 图3描述第一线部分2的横截面视图。第二线部分3以相同方式实施。如果仅有一个中继器，那么第二线部分3并不需要电力线。第一线部分2包括若干第一数据线5。所示的第一数据线5实施为具有成对的导线15的双绞线电缆，其中每个导线15覆盖有绝缘层17。而且，排流线60安置在一对绝缘线15处。一对导线15和排流线60由第二电屏蔽件61围绕。排流线60为导电体并用作接地以及电流返回路径。导线15可以是实心导体，或者包括多个更小的股线。导线15可以由铜或铝制成，或者镀铜或铝板，或者其它方式。取决于使用的实施例，第一数据线5可以实施为单一的绝缘并电屏蔽的导线15。

[0034] 第一线部分2包括电力线7以及覆盖有绝缘层19的电导体18。第一数据线5和电力线7由电屏蔽件9包围。屏蔽件9具有编绳形状并包围第一数据线5和电力线7。屏蔽件9覆盖有外护套21，该外护套21包围屏蔽件9并由绝缘材料制成。外护套21设置电缆的绝缘涂层。而且，存在电量（mass）线64，其包括由第三绝缘层63覆盖的电量导体62。电量线64连接中继器4的电量触头。

[0035] 图4示出在安置在印刷电路板13上的中继器芯片12的区域内的电缆的示意性横截面视图。第一和第二线部分2，3的第一和第二数据线5，55、电量线64和电力线7连接到印刷电路板13和中继器芯片12的转接电路。印刷电路板13和中继器芯片12以及电力线7的末端和第一和第二数据线5，55的末端嵌入在绝缘模制材料22中。取决于使用的实施例，整个印刷电路板可以嵌入在模制材料22中，或者至少电力线7和第一和第二数据线5，
55与印刷电路板13和/或中继器芯片12的连接区域可以至少覆盖或者嵌入在模制材料
22中。模制材料22可以为绝缘材料例如热塑性塑料聚合物。

[0036] 取决于使用的实施例，模制材料22可以覆盖有用作电屏蔽的电屏蔽层11。屏蔽层11例如以套筒式基本结构包围印刷电路板13和中继器芯片12，所述套筒具有开口端，用于馈送电力线7和第一和第二数据线5，55到印刷电路板13。取决于使用的实施例，屏蔽层
11还可实施为金属包壳，例如圆柱套筒形式的。包壳的直径可以与第一和第二线部分2，3的屏蔽件9，59的直径大致相同。屏蔽层11，或者在金属包壳的实施例中，金属包壳由电缆
1的绝缘外护套21包围。电缆1可以在印刷电路板13和中继器芯片12的部分中具有更大的横截面。但是，从第一和第二线部分2，3到印刷电路板13和中继器芯片12的部分具有平滑过渡，其中，外护套21连续地覆盖第一和第二线部分2，3和印刷电路板以及中继器芯片12。

[0037] 图5示出在安置中继器4的部分40附近的第一电线部分2的最后部分的横截面视图。第一数据线5成对地安置在中间平面80的相对两侧。中间平面80平行于中继器4安置在其上的印刷电路板13的平面。第一数据线5与PCB13的相对面上的触头连接。数据线5模制在形成圆形横截面的电绝缘材料66中。绝缘材料66可以覆盖有电屏蔽件以及外护套21，如图3所示。取决于使用的实施例，可以仅有第一数据线5的一个平面。第一数据线5在一个或者如所示的在两个平行平面中的配置随着距离中继器4的距离逐渐变大从而变化到如图3所示的第一数据线5的通常的分配配置。

[0038] 图6示出图5的部分40的横截面视图，其中第一和第二线部分2，3连接到如图4所示的中继器4。第一数据线5的导线15和排流线(未示出)、电力导体(未示出)和电量导体(未示出)电连接中继器4的各触头。中继器4的电路可包括用于AC解耦的电容器。

[0039] 图7示出电缆1的进一步的实施例，其中中继器4或者中继器芯片12安置在承载器24上。承载器24可以由模制绝缘材料制成，其可以包括电导体14。模制材料可以由热塑性塑料聚合物制成。模制材料具有如下优点：单独的几何结构可以形成用于承载中继器芯片12。例如，图7描述模制承载器24的示意性视图，其具有纵向形状，具有两个相对末端25，26。两个相对末端25，26包括圆锥形状。末端25，26的末端部分具有垂直于承载器24的纵轴的圆形横截面区域。第一和第二数据线5，55被导引通过承载器24的开口50。在一个实施例中，开口50包括由导电材料制成的层31。第一和第二数据线5，55的导线15例如通过焊接连接而电连接到层67。层67连接安置在承载器24上并且被导引到中继器芯片
12的电触头的电导体14。在所示实施例中，电导体14安置在承载器24的上侧和下侧上。
在一个末端25，26处，三个导线15分别连接承载器的上侧的三个电导体，并且三个导线15分别连接承载器24的下侧的三个电导体14。在相对末端，也是同样的设置。

[0040] 因此，可以连接圆形配置的若干第一和第二数据线5，55到承载器24。第一和第二数据线5，55的圆形配置具有的优点：第一和第二数据线5，55可以通过承载器24固定而无需改变第一和第二数据线在电缆1中的位置。在电缆1中，第一和第二数据线并不安置在一个平面中，而是分布在圆形横截面区域中，如图3所示。而且，许多的若干第一和第二数据线可以在小的圆形横截面区域中被导引到承载器24。再者，排流线60、电力线7和电量线64连接到承载器24。可通过胶粘连接来执行固定。

[0041] 在两个末端25，26之间，模制承载器24的直径减小并包括中间部分41以及中继器芯片12布置在其上的平板。中间部分41可以至少具有与中继器芯片12相同的区域。而且，承载器24可包括在所述表面上的导电体，该导电体14连接到电力线7的第一和第二数据线5，55的导体，以及连接到第一和第二电线部分2，3的电量线64的导体，并且该导电体14被导引并与中继器芯片12的销连接。

[0042] 取决于使用的实施例，第一和第二数据线5，55的排流线60可以固定到承载器24，其中第一和第二数据线5，55和电力线7和电量线64例如在导引面上或者导引开口30上被导引到中继器芯片12。第一和第二数据线5，55的导线15、电量线64的电量导体62和电力线7的电力导体18电连接中继器芯片12的触头。

[0043] 承载器24可以嵌入在模制材料22中或者由模制材料22覆盖，模制材料22可以由电绝缘材料制成。嵌入承载器24可以具有圆柱形状，优选地具有与电缆的第一和第二线部分的直径相同的直径。而且，承载器可以由屏蔽导电层11包围。屏蔽层11可以实施为屏蔽包壳，该包壳具有圆柱套筒形状。电缆1的绝缘外护套21可覆盖第一和第二电线部分2，3和屏蔽包壳29。

[0044] 连接元件24包括板部分41和两相对的接收部分42，43。第一和第二接收部分42，43在这个实施例中为相同形状。每个接收部分42，43包括垂直于连接元件的纵轴的圆形形状。圆形形状44由与板部分41相对的端面45限制。第一接收部分42的从圆形形状44开始的直径在到板部分41的方向上在交叉区域46变小。圆形形状44和板部分41之间的交叉区域46实施为变化到板部分41的两个相对的半圆锥平面47，48。板部分41实施为矩形板，其中在上侧49上，中继器单元4固定到板部分41的上侧49。第一接收部分42包括六个孔50，这些孔在连接元件24的纵向被导引通过端面45。孔50安置为圆形配置。优选地，孔50围绕一圆均匀分布。电缆1的第一线部分2的第一数据线5的导线15经由端面
45被导引通过孔50。导线15的末端51通过第一或者第二平面47，48伸出。

[0045] 在第一和第二平面47，48的表面上布置有导电体14，该导电体从孔50导引到中继器单元4的触头布置所在的触头区域。取决于使用的实施例，孔50的至少一部分覆盖有导电层67，该导电层可以为电导体14的一部分，或者与电导体14连接。导线15的末端51例如通过焊接电连接到导电层67或者导体14。

[0046] 取决于使用的实施例，第一和第二接收部分42，43的横截面区域还可以具有不同的形状，例如矩形形状和圆形形状。所示连接元件24仅为几个可能形状之一的例子。

[0047] 而且，在图7中，仅可以看到板部分41的上侧。连接元件24的下侧可以与上侧相同，其中，取决于使用的实施例，也可以在下侧上安置其它中继器单元4，或者下侧的导体14经由板部分41被导引到板部分41的上侧并与中继器单元4的触头连接。

[0048] 而且，孔50的配置可以根据使用的实施例而变化。替代孔50可以安置开口到圆形形状44的缘边区域的凹陷。

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