專利名稱：用于聯接邏輯電路的結構的制作方法
在以前的個人計算機系統制造工藝中，帶有邏輯處理器的面板通過針腳、針孔與有側壁的金屬薄板框架基座底部相連。其一個側壁面的內側焊有一個金屬板殼(常稱為屏蔽盒)，并附有垂直槽，通過電纜和輸入/輸出接插件，用來連接基座框架內的輸入/輸出功能插件板和外部設備。這些功能插件板，通過插在邏輯處理器印刷板上的插件板/印刷板接插件，以及壓入插件板/印刷板連接件中的功能插件板上的下部觸指，與印刷板實現電聯接和機械連接。
為了連接板殼并掩蔽垂直槽，在該功能插件板上配接有低碳鋼輸入/輸出支托，支托上邊緣用螺釘與板殼緊固在一起，支托下邊緣壓有一連接舌簧，使支托頂住板殼。在板殼上設有功能插件板的槽位置上也裝有相似的支托。
以前的這種配置有幾個缺點，在板殼上，插件板/支托組件的安裝位置主要是由功能插件板上的連接片與系統板上與其相關的連接器的接合來決定的。每個支架與槽的相鄰面之間的空隙尺寸關系由若干個尺寸配合公差的變化決定。例如，功能插件板和孔之間的距離(通過孔可使螺紋緊固體將支架固定在適當位置);插件板支托的孔(通過它們可操作緊固體)與該支托與板殼相鄰面之間的距離，把系統板連接于框架基座適當位置的緊固件與板殼表面之間的距離;在系統板上操作的這些緊固件的孔和用來在這個組件上安裝插件板/印刷板連接器的定位孔之間的距離;在系統板上孔內，從插件伸出的針腳的位置;相對于安裝有系統板的框架表面的板殼垂直度。
由于包含大量的尺寸，加工系統組件的過程中，在輸入/輸出支托和板殼的槽形鄰接表面之間的距離，就相對有很大偏差量。如果這個距離太大，支托就會在安裝中翅曲變形，在這些表面之間造成相當大的間隙。換句話說，就是連接舌簧和螺栓把支托的上下邊固定頂住在板殼表面，而系統板與功能插件板的連接卻把支托的中心部位拉離板殼的鄰接表面。當從后部觀察系統組件和固定槽時，這種翅曲產生了一個明顯可見的問題，而且造成了電磁輻射可以從組件中漏出的空槽。僅在頂部和底部對支托和板殼之間建立電接地聯接，這尤其是一個缺點。因為電纜連接器常常固定在這種插件板支托的中間部位，使得沿支托長度方向的電阻在該連接器與框架板之間成為高頻阻抗的一部分。這一阻抗的作用，使得連接于該連接器的電纜象天線一樣的電磁輻射的控制更為困難。
另一方面，如果在支托和板殼相鄰表面有一機械障礙，為了安裝功能插件板組件，則必須使框架彎曲，這種情況會造成安裝困難或無法進行安裝，從而引起在制造或現場環境中的一系列問題，并且會在功能插件板上引起應力。
無功能插件板支托的連接舌簧的接觸常常在支托上產生扭矩，造成該支托中心部位翅曲偏離與板殼的相鄰接表面。這樣一來，當從后部觀察系統組件和固定槽時也會見到明顯的問題，并形成電磁輻射會從組件中泄漏的空槽。
這類問題使得在時鐘頻率大于8MHZ時，維持低于聯邦通訊委員會(FCC)B級限度的電磁兼容性的完整性變得困難起來。
這樣，需要降低從計算機組件中泄漏的電磁輻射。
另外，還需要使計算機組件框架基座中所產生的電磁輻射的水平降低到最小限度。框架基座中所產生的電磁輻射主要來源于插件板/印刷板連接器。
因此，本發明的主要目的是使插件板/印刷板連接器所產生的電磁輻射水平降低到最小限度。
另外，考慮到保持框架中空間的重要性，本發明的另一個目的是使插件板/印刷板連接器所產生的電磁輻射水平降低到最小限度的同時，使插件板/印刷板的尺寸降低到最小。
根據本發明，提供一種新的結構，用來聯接印刷板上和功能插件板上的邏輯電路。在最佳實施例中，這種結構包括在印刷板上的連接器和功能插件板上的觸指，其中連接器有兩行觸點(或觸腳)，觸指也有兩行觸點。該結構的特征在于有一個裝置，有選擇地使地電位和信號電位耦合到觸點，從而使每個信號電位觸點(即接收信號電位的觸點)離開地電位觸點不多于一個觸點位置。特別是，使每一行的每隔三個觸點耦合到地電位，其中一行的地電位觸點與另一行的地電位觸點相隔一個觸點位置。信號電位耦合到其余的觸點。
正如下面更詳細的描述所指出的，框架輸入/輸出支托，插件板/印刷板連接器，功能插件板和主要的新的配置，以及它們的機械、電器連接，允許插件板/印刷板連接器之間的中心距離最大可減少50%。另外，在這些連接件內的接地線/觸點減少了3/4，而電磁輻射沒有明顯增加。這些綜合的改進明顯地減少了插件板/印刷板連接器的尺寸。這些和這一改進的其它一些特點，將在下面的詳細描述和附圖中得到充分顯示
圖1、2和3是本發明屏蔽盒的主視圖、俯視圖和側視圖;
圖4和圖5是用于復蓋空插件槽的改進型輸入/輸出支托的軸測圖和已經沖壓成形但還沒有制成成品的支托的平面視圖;
圖6和圖7是為適用于連接功能卡的改進輸入/輸出支托的另一種形式的軸測圖和平面圖;
圖8是一個局部軸測圖，它說明大致上如圖1所示形式的屏蔽盒和計算機基座牢固地連接。一塊已經裝有改進型輸入/輸出支托的選件卡正要插入插件板/印刷板連接器;
圖9是功能插件板展開的軸測圖，作為一種的改進型輸入/輸出支托它是插件板保持架和插件板支撐器以及將元件緊固在一起的裝置的優選形式;
圖10是模制在計算機組件框架中的屏蔽盒的一種優選形式和改進的輸入/輸出支托的優選形式的局部軸測圖;
圖11、12和13是改進型插件板/印刷板連接器的俯視、主剖視和側剖視圖;
圖14是圖13的插腳芯排列的圖解說明，用以說明從那里發射的電磁輻射。
圖15是對根據本發明改進的地線和信號線排列的圖解，這些線耦合連接到圖11-13的插件板/印刷板連接器上。
圖1-3是一個改進后的屏蔽盒1的例子，它帶有三個U型垂直槽2。在每個槽板后部構成凸緣面3，這些槽溝以0.5度的斜度從頂到底逐漸變細(圖1)。在槽板上端形成了溝口4(圖3)。盒1最好由聚碳酸酯材料模壓制成，正側表面鍍以金屬涂層，最好用銅或鎳。
輸入/輸出支托5和6(圖4和圖6)，分別由不銹鋼制成，具有可插入到垂直槽2內的U型截面。它們也以0.5度的斜度由頂到底逐漸變細，當支托5和6自上而下地嵌入到槽板2中時，在支托和槽板邊之間有一個空隙，使得輸入/輸出支托緊固在導槽中以前，觸點8和9上的磨損為最小。
當支托5和6初步沖壓成坯件時(圖5和圖7)，就在支托的圍邊12和13部分形成了三角形切口10和11。凸出部分14和15稍稍向外延伸一些，使其形成接觸點8和9，在與槽板2上的垂直邊壁接合時，以懸臂方式保證電氣連接的可靠性。此接觸點理想地彼此分開半吋左右，以使通過槽板2和支托5和6周圍的電磁輻射達到最低限度。在支托5的上邊緣上構成了一個載有舌簧接頭片16，在支托底部形成觸指17和18，它們又構成了溝槽19。支托6有相同的觸指20，21，22和溝槽23。
為了安放輸入/輸出電纜接插部件(沒有標出)，在支托6上設置了一個或多個象24那樣的開口(圖7)。為了連接功能插件板27(圖8和圖9)，在支托6上設置了觸指25和26。支托5上既沒有開口24也沒有觸指25和26，因為它用來填充槽板2，而槽板2不與外部設備連接。
圖9指出了一個包括插件板27的功能插件板組件的可取形式，支托6由緊固件鉚釘53和墊片28固定在插件板上。通過在支托6上的觸指25和26上的凸起部位中的孔29和30安置鉚釘53，通過支座32上的孔31安裝上部的鉚釘，以便緊固并準確地(如上所述)把支托6和插件板27連接于支座32。鉚釘頭由上述的凸起部位封住。
當插件板擋板34上的上下部鎖緊螺栓33通過插件板上的孔35壓緊時，就把擋板固定在插件板27上了。插件板27也有一個觸指36，其觸指每一邊都帶有導件，準備安裝在37(圖8)所示的配合插接件上。對外圍設備的連接是通過插件板27上帶有的插座38來實現的。
圖8說明了當插件板27下降到把觸指36壓入插件37時，支托6就要插入屏蔽盒1的槽板2中的情況。插接件37下邊的針腳(沒有標出)已經預先插入到邏輯面板39上的配合孔(沒有標出)內。邏輯板39通過如41所示的連接定位孔和銷釘的固定手段，被準確地安裝在計算機框架基座的底部。屏蔽盒相對于邏輯板39適當地緊固定位在框架40中。配置屏蔽接地支板42，將支托5的17和18(圖4)，以及支托6上的觸指21和22牢固地在電氣上和機械上屏蔽連接到接地系統上。支托上部的觸指16和20接合在上部接頭元件43的電鍍表面上。在支托5上的觸指50安置于溝口4內，用來使支托的上邊緣保持在適當的位置。接地屏蔽板系統(沒有標出)分離于邏輯接地系統，這種分隔阻止了通過屏蔽板經由外部設備到交流安全接地的返回邏輯信號。通過這樣一個大面積的外部回路即使很小的電流也有可能會產生相當高的高頻電磁輻射，這一點可由下面的公式1表明。
圖10是屏蔽盒1a的優選方案，它與框架40a直接整體化為一體。當插件板27組件安裝于屏蔽盒1a上時，插件板支托6a安裝于框架機座40a的相關連的導槽2a中，屏蔽盒是塑料結構，用銅和鎳鍍于表面，以保證在支托和框架之間的導電性。插件板支托6a有一個后背面，當安裝內部邏輯插件板組件時，它主要封住了機架上的槽2a。如果插件板27上的電路聯接到本系統的外部組件上的話，就要在這個后背面上相應的孔24a處設置安放一個電纜插座(沒有標出)。這種插座通常從該后背面接地。另外，上述插件板支托6a還包括有一對側壁面13a，它用來把相鄰面插入到槽板2a兩側的框架表面45中。每一側壁面13a都含有5個接觸點9a。每個接觸點通過舌簧的作用，支持在正確位置。這些表面，連接點和舌簧都由一整塊不銹鋼板壓制成形。十個接觸點9a與框架表面45的鄰接面接合，以起到分布多點接地作用，這正是對控制電磁輻射所要求的。設置舌簧的作用在于使聯接與插件板支托6a和框架40a的尺寸偏差無關。由于側壁面13a平行于箭頭46的方向，使其保持與框架表面45相重迭，這種連接不受用觸指36(圖8)定位插件板27時在46方向上產生的允許公差的影響。
框架表面45彼此間有一漸開小角度，在安裝插件板組件的入口端處最寬。這樣做是為了塑料框架40a在制造時便于脫模。插件板支托的側壁面13a彼此間也有相似的小角度，其作用是當插件板組件全部安裝進時使其有均勻的接合，這種漸斜的開口和插件板支托的形狀，由于可以排除在安裝過程中需要把舌簧完全壓縮的情況，所以也有助于安裝或取出插件板組件。
插件板支托6a也帶有一個上端觸指20a，當插件板組件安裝后，它與框架鄰接表面接合，下端觸指21a和22a聯接在接地支架47上的支板42a的背面。該接地支架47通過適當的交流耦合方式(沒有標明)與機器的電接地實現電氣聯接。觸指21a、22a的末端和支板42a彼此分離，由避免端頭與接觸以有助于插件板組件的安裝。
觸指21a和22a形成一個溝槽23a，用以通過螺栓壁孔48，此處安裝有螺栓緊固件49，該件在一端被擰緊固定，在另一端有隆起。在插件板組件安裝后，此緊固件49可用手擰緊將支托觸指21a和22a夾緊。由于它的卡緊，形成了電接地通路，這個通路可以承載相當高的電流，以保證在連接到插件板支托的硬件萬一發生短路時，能啟動電流保護裝置。
不安插件板的空支托5a用來填封在框架內的不用的槽。這些支托使框架40a的表面和支板42a的表面接合，如上所述，其中42a與接地支架47相連。另外，一對觸指50安置于框架40a的凹槽面51中，以便在安裝時固定住每個支托5a的上端使其在適當位置，在支托6a上也有相同的觸指，用來阻止插件板27發生太大的傾斜。
框架40a也帶有凸緣3a，它把從設備后背面的外部視線與接觸區域隔斷，起著美觀的目的，并且控制冷卻空氣的流動并進一步阻止電磁輻射到設備外部。
由于接觸面45平行于箭頭46的方向，并且由于連接點9a設置與這些面接觸實現電氣聯連，這種連接的實現與插件板組件在箭頭46方向上的位置偏差無關，此偏差是由插件板觸指36與系統板連接件37的配合引起的(如圖8所示)。由于在插件板組件中，框架中和系統板中尺寸配合的偏差量，預料會出現這種偏差。此外，不用折彎插件板支托6a的主要結構就可以實現這種接觸配合。由于插件板支托6a的截面是“U”型的，這種結構是剛性的并且是抗彎曲的。由于在插件板支托6a的周圍有大量的接觸點，相鄰點之間的距離是有限的，所以電磁輻射可從中漏出的任何一個缺口的長度就會被盡可能地縮小。由于接觸點對于插件板支托主要結構是柔性設置，所以很容易在所有點實現電氣聯接，而與允許的尺寸偏差無關。
將來的個人計算機，希望最好由一個尺寸的盒子中提供不同的處理器功能，例如一個具有八或十六位的數據總線，24/32的地址總線的處理器，它與單總線或多總線的小型計算機不同但與其兼容。這就為滿足或高或低于個人機的市場需求，提供多樣化的小型系統奠定了基礎。
在將來的系統中，框架中空間的節約以及優越的電磁性能是很重要的。在這種系統中，處理器時鐘和一個系統振蕩器產生的信號提供在一個或多個異步總線上。這些信號通過象39(圖8)上的電路和象27那樣的功能插件板產生其它高速信號。即使當總線上的處理器時鐘是用于踏步處理器的實際時鐘的子多路系統，通過處理器激發總線上的通訊，產生的頻率成分是真實處理器時鐘的諧波或是混和產物。眾所周知，電磁輻射場是由系統中輻射電流環路的總和生成的。通過消減電纜、控制上升時間、反耦合及其它好的設計實例，在系統中對優化EMO可以獲得真正的進展。如果沒有解決電磁輻射的根源問題，好的設計實踐可以含有花費昂貴的解決方法，例如，采用濾波、底板和電源鍍膜、屏蔽等方法。來自系統板和功能插件板之間的聯接件的輻射用下面描述的技術可以被大大減少。
EMO室的測試說明，輸入/輸出聯接器是電磁輻射的主要根源，即使在系統僅僅與外部設備聯接時。這是由于處理器時鐘和其它高頻信號，進入或從輸入/輸出功能插件板反回時，造成了電流的回路。系統板和功能插件板接地可消減電流環路，但當通過功能插件板接通器時仍顯示有輻射信號。參考圖14，輻射能量由下列公式確定
公式1 E＝KAIF2其中 E為輻射場向量K為比例常數A為每條環路的面積I為環路中的電流F為產生能量的頻率此公式的要點是能量輻射由三個因素控制，環路面積，電流和頻率。另外與處理器時鐘頻率的平方成正比使得這個問題更嚴重。頻率由處理器的速度決定，其速度是在設計中選定的，電流以邏輯接收器和功能插件板上的驅動器的電流為主。環路面積由信號傳入最近的接地距離和如圖8中37那樣的聯接的物理尺寸決定，給定一個6MHZ的處理器，其輻射能低于FCC的B級限定6db，這個公式可準確地預算出，在相同的處理器，以相同的時鐘條件給一個8MHZ的時鐘，其輻射在類似的頻率或諧波情況下低于FCC的B級限度1分貝。此外，如果在遏制輻射方面沒有什么進一步的措施，當處理器時鐘高于8。5MHZ時，FCO限定將會被超越。一個實驗的接地系統，采用改進的插頭設備和其它這里描述的電磁部件，以20db的極限對處理器生成的分量進行測試，測試結果表明在大約30mHZ處被以前的方法截止。
由于相鄰信號導線之間的互感導致的低阻抗使入地電流主要取最佳路徑。在電纜中，每個信號通常都與分離地線相聯，以便保證當一明顯的電感“L”(減弱“M”的作用)可能與在電纜端頭的單點地線連接器連接的地線相串聯時，互感“M”僅耦合到一條道路上。
如果通過標準技術使得串聯電感應“L”極小化，例如在電纜端頭設置接地板、或屏蔽柵式電離箱接地系統，則以控制電流路徑選擇的互感作為支配因素應用多個信號1，2，……，n的共同返地。因此，如果接地返回鄰接于所有包含的信號，信號和接地之間的空間確定的面積為極小。
圖15是本發明一種改進的接頭設備，它使得電磁輻射盡可能減少a.功能插件板邊緣插接器即觸指36(圖8)上每邊每隔三個插腳就有一個直接接地，或在射頻頻率反耦合接地(交流接地)，如圖15所示。因此插接件37也是相同的連接。
b.邊緣插接器的一邊有交流接地插腳，它與另一邊的接地腳相隔一個插腳。這樣就形成了對稱的接地方式，其中任何信號離交流接地腳不超過一個腳距。
c.安排對稱交流接地有助于消除一個信號相對于兩個接地腳輻射的場。
d.總線上同時通過的信號，一半安排在插件板觸指36和插接件37的一邊，另一半安排在相互鄰接的另一邊。這樣有助于消減輻射場。對于地址總線和數據總線都是這樣做。
e.上升時間快的高頻信號安排在鄰接交流接地地方。
f.把接插件37小型化，使其插腳到插腳的距離為已知接插件的一半，以進一步減少環路面積。
g.音頻系統信號用一個分離接地(沒有標出)，使得數字和音頻信息的耦合為極小。在一個單獨點，該分離的地線聯接于數字信號地線。
h.所有的返回電流僅通過上述連接件的地線而不通過支托背面的連接件或電纜線。
注意環路面積減小到1/4才能對消一倍的頻率增加。達到上述的改進的很多設計上的改動，還改進了插件板和印刷板的裝線連接功能和可加工性。
圖11-13是連接件37的一種優選形式，更長一些的有大量插腳的連接件，現在可用在早期系統中只有極小信號插腳的連接件的相同空間中。在連接件37上配有一個或多個排列的針腳60，當插入連接件37時，它就被安置于功能插件板的觸指36的配置結構中(沒有標出)。這些針腳60的偏差很重要，它可以使得在插件板、印刷板和連接器上的連接針腳的中心距離盡可能減小，并且如果插件板27從連接凸片86的一端到另一端歪斜得太多時，可以避免由于觸指36接觸連接件37的插腳間產生短路。支托6a(圖10)上的觸指50上安放于凹槽51內，也有助于避免連接件37的鄰接插腳間的短路。
觸指36上相對表面上的連接線，與連接件37內相對的連接線或連接腳61和62接合，連接腳61和62的相對端伸到連接件37的下面，與面板39(圖8)上的鍍膜通孔(沒有標出)相接合。
從連接件37底部凸出的定位腳63，是為了安裝在板39上對應的定位孔中(沒有標出)，以便適當地校正連接件并引導插入件的插入。
在展示并說明了本發明的一個優選實施方案后，人們應該理解，本發明者并不局限于在此公布的精確結構，并對權利要求書中所限定的范圍內進行的一切改動保留權利。
權利要求
1.用來連接印刷板的邏輯電路和功能插件板的邏輯電路的結構，包括一個在其上部具有長形開口的連接件，它具有在該開口中互相相對對準的第一行和第二行觸點，觸點的低端凸出在連接件下面，用來放入到印刷板的相配的導電開口中，在插件板上的觸指，它在其一邊和另一邊有互相相對對準的第一行和第二行觸點，并用來放入到連接件開口中，當把觸指壓入連接件開口時，第一行和第二行觸指觸點分別與第一行和第二行連接件觸點實現電接合，其特征在于有一個裝置，有選擇地、以兩行之間相間隔的、在每一行重復的方式把地電位耦合到每行觸點的某些觸點，把信號電位耦合到較大量的觸點，使得每個信號電位觸點離開第一行或第二行的地電位觸點不多于一個觸點位置。
2.用來連接印刷板的邏輯電路和功能插件板的邏輯電路的結構，包括一個在其上部具有長形開口的連接件，它具有在該開口中互相相對對準的第一行和第二行觸點，觸點的低端凸出在連接件下面，用來放入到印刷板的相配的導電開口中，在插件板上的觸指，它在其一邊和另一邊有互相相對對準的第一最和第二行觸點，并用來放入到連接件開口中，當把觸指壓入到連接件開口時，第一行和第二行觸指觸點分別與第一行和第二行連接件觸點實現電接合，其特征在于包括使第一行和第二行的每隔三個觸點耦合到返回地電位的裝置，使信號電位耦合到其余觸點的裝置，使第一行的地電位觸點與第二行的地電位觸點相隔一個觸點位置，由此使第一信號電位觸點離開第一行或第二行的這種地電位觸點不多于一個觸點位置，從而分配大多數觸點接受交替的信號電位，而不顯著地增加該結構的電磁輻射。
3.一種用來連接處理器板的邏輯電路和功能插件板的邏輯電路的組件，包括在插件板上的連接觸指，在觸指兩邊有印刷電路觸點，用來與插件板邏輯電路連接，一邊的觸點與另一邊對應的觸點對準，一個具有長形開口的連接件，有多對彈簧偏置的觸點，每對觸點在開口中互相相對，當觸指插入觸點對之間的連接件開口時，用來在其一端使相應的插件板觸指觸點對相接合，并且在其另一端形成從連接件凸出的腳，在印刷板上的導電觸點開口，用來接受連接件的腳，實現與印刷板上的邏輯電路的電連接，其特征在于還包括使觸指每一邊的每隔三個觸點耦合到返回地電位以及使返回地電位耦合到相應的連接件觸點的裝置，使信號電位耦合到相繼地電位觸點之間的每串三個觸點上的裝置，觸指一邊的地電位觸點以及它們相應的連接件觸點，與另一邊的地電位觸點相隔一個觸點位置，由此使觸指和連接件的每個信號通路觸點離開觸指或連接件的同一邊或另一邊的地觸點不多于一個觸點位置，從而減少連接組件的針腳數量，而不顯著增加該組件的電磁輻射。
4.邏輯電路連接結構，使信號電位和地電位連接到相配結構，它包括至少兩行平行隔開并電絕緣的連接觸點，其特征在于它還包括一個裝置，用來把交流地電位連接到某些所述觸點，其方式是在每一行中隔開三個觸點，而在各行之間隔開一行。一個用來把所有其余觸點連接到信號電位的裝置，由此使信號電位觸點安排得靠近所述地電位觸點，并且使信號電位的觸點數量占優勢。
全文摘要
提供一種新的結構，用來聯接印刷板上和功能插件板上的邏輯電路。在最佳實施例中，該結構包括印刷板上的連接器和功能插件板上的觸指，其中連接器和觸指各有兩行觸點。其特征在于有一個裝置，有選擇地使地電位和信號電位耦合到觸點，使每個信號電位觸點離開地電位觸點不多于一個觸點。特別是，使每行的每隔三個觸點耦合到地電位，其中一行的地電位觸點與另一行的地電位觸點相隔一個觸點位置。信號電位耦合到其余的觸點。
文檔編號G12B17/02GK1053876SQ9010451
公開日1991年8月14日 申請日期1988年2月19日 優先權日1987年3月20日
發明者塞繆爾·托馬斯·杜希, 杰曼·埃斯科巴, 切斯特·阿斯伯里·希思, 里查德·丹納·柯克, 肯尼思·林恩·曼斯, 比利·威廉姆斯·穆爾, 杰伊·亨利·尼爾, 里查德·威廉姆·肖, 維克多·瓦索·扎德瑞 申請人:國際商業機器公司