遮蔽格納装置のための統合コネクタ遮蔽リング

【課題】遮蔽格納装置のための統合コネクタ遮蔽リングを提供する。
【解決手段】遮蔽格納装置内の開口を遮蔽するための統合コネクタ遮蔽リングであって、印刷配線基板１８上のシャーシグラウンドリング１６と、前記開口内のコネクタ１４の外部に電気接続された第１の末端、および前記シャーシグラウンドリング１６に電気接続するように適合された第２の末端を有する金属リング１０とを備え、前記金属リングがアップ／検査位置からダウン／遮蔽位置まで移動するように適合される統合コネクタ遮蔽リング。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]本発明は電磁干渉シールドのための装置および方法に関し、より詳細には遮蔽格納装置内のコネクタによって生成される開口を遮蔽するための装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002]回路カードから放射し、次に遮蔽格納装置内の最大開口であるコネクタ開口を介して電子遮蔽格納装置から射出する高周波放出を生成する、周波数が極めて高いクロックおよび発振器を備えた多くのシステムが存在している。金属材料でできた、あるいは金属材料でコーティングされた材料でできたＥＭＩ遮蔽格納装置の使用は、放射放出を制御するために航空宇宙アプリケーションでは極めて広く使用されている。金属壁による電磁干渉（ＥＭＩ）シールドは、金属コートまたは箔シート上に噴霧され、あるいは塗られた金属壁などのごく薄い壁であっても極めて有効である。遮蔽有効性を表す式は、次の公式（Ｉ）で与えられる。
【０００３】
ＳＥ＝Ａ＋Ｒ−Ｂ（Ｉ）
上式で
ＳＥは金属遮蔽の遮蔽有効性であり、
Ａ＝吸収損
Ｒ＝反射損、および
Ｂ＝多重反射損
である。
【０００４】
[0003]多重反射損は、アルミニウム箔または金属コーティング上の噴霧などの極めて薄い金属シートにのみ適用することができる。図１は、薄い箔シートの遮蔽有効性を示したものである。近距離F場は、高周波放出源から遮蔽までの距離がλ／２π未満の場合に考慮されることに留意されたい。最も高い約１ギガヘルツ（ＧＨｚ）の重要な周波数においても、λ／２π≒４．８２６ｃｍ（１．９インチ）である。したがって遮蔽格納装置壁は、格納装置内の高周波放出源の近距離場に存在している。
【０００５】
[0004]高周波放出源は、高インピーダンス電圧源などの電気源または低インピーダンス電流ループなどの磁気源のいずれかであってもよいが、ほとんどの高周波放出源は、純然たる電気源あるいは磁気源のいずれでもない。図１では、近距離場磁気減衰は極めて小さいことに留意されたい。しかしながら、重要なほとんどの高周波放出源は、主として、高インピーダンス・クロック・トレースなどの電気源である。これらの主として電界源の場合、アルミニウム遮蔽は、遠距離場平面波減衰と比較すると極めて程度の高い減衰を提供する。したがって遠距離場平面波減衰を使用することにより、遭遇するほとんどの雑音源に対して良好な安全マージンが提供される。低周波磁界の場合はその限りではない。
【０００６】
[0005]金属遮蔽格納装置の最大の限界の１つは、入／出力（Ｉ／Ｏ）インターフェースである。遮蔽格納装置に入力し、また、遮蔽格納装置から出力するためのＩ／Ｏ信号のために必要なコネクタおよび他の開口は、遮蔽格納装置内に破損部分を生成し、遮蔽格納装置内への電磁エネルギーの入射および遮蔽格納装置からの電磁エネルギーの射出を許容する。コネクタは、通常、コネクタピンが取り付けられる誘電体インサートを有している。このインサートは、円形コネクタの場合、図２Ａに示されているようにコネクタ開口Ｌ１の最大寸法に等しい電気的長さを有する開口を生成する。信号の波長と比較すると直径が極めて小さく、また、遮蔽有効性は公式（ＩＩ）によって制御されるため、低周波信号の場合、これは問題ではない。
【０００７】
ＳＥ＝２０ｌｏｇ（λ／２Ｌ）（ＩＩ）
上式で
ＳＥは開口遮蔽有効性であり、
Ｌは開口の最長寸法であり、
λはｃ／ｆであり、
ｃは光の速度であり、また、
ｆは雑音源の周波数である。
【０００８】
[0006]したがって、図３に示されているように、周波数が低い場合、コネクタ開口は、金属材料平面波減衰より大きい遮蔽有効性を提供する。しかしながら、周波数が高くなると、コネクタ開口の遮蔽有効性は、最終的には材料減衰未満に低下し、格納装置の最大減衰を制限する。λ＝２×Ｌである周波数より高い周波数では、開口は全く減衰を提供しない。
【０００９】
[0007]周波数が高くなる一方のシステムの出現に伴い、Ｉ／Ｏ開口は、より大きい放射源になっている。周期信号は、時間領域信号の一次周波数の高調波でフーリエ級数展開に展開する。したがってクロック源および切替え源などの周期信号は、ほとんど減衰しないか、あるいは全く減衰することなくコネクタ開口から放射する高周波高調波を有することになる。この効果は、図２Ｂに示されているように、コネクタ開口の上に金属シャーシグラウンドリングを置くことによって小さくすることができる。直径がＬ１である１つの大きい孔を有する代わりに、直径がＬ２の多くのより小さい孔を有することにより、開口の遮蔽有効性が高くなる。
【００１０】
[0008]以下の公式（ＩＩＩ）は、複数の孔の効果に対する式である。また、図３には、同じく、単一のコネクタ開口の遮蔽有効性と比較した、１９個の０．１５２４ｃｍ（６０ミル）開口に対する複合開口遮蔽有効性が示されている。遮蔽有効性の正味の改善は、この構成の場合、１１．２ｄＢである。
【００１１】
ＳＥ＝２０×ｌｏｇ（λ／２Ｌ）−２０×ｌｏｇ（Ｎ^１／２）（ＩＩＩ）
上式で、
ＳＥは複合開口遮蔽有効性であり、
Ｌは個々の開口の最長寸法であり、また、
Ｎは開口の数である。
【００１２】
[0009]開口電磁放射漏れ効果は、Ｉ／Ｏ開口からの放射に対処するべく設計者を強制している。このＩ／Ｏインターフェース電磁放射漏れに対処するための最も一般的な方法は、ＥＭＩドッグハウスを使用することである。ＥＭＩドッグハウスは、金属界面を有する遮蔽格納装置内の二次コンパートメントを使用して開口漏れを閉鎖する方法である。ＥＭＩドッグハウスには、従来、ハウジング中に形成するか、あるいは機械加工しなければならない機械的障壁の生成が必要とされてきた。この場合、格納装置の遮蔽部分から非遮蔽部分へ相互接続信号を引き渡すために、貫通フィルタを使用してこの界面をコネクタ化するか、あるいは嵌合させなければならない。これにより、格納装置のコストおよび複雑性が非常に増す可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
[0010]以上から分かるように、遮蔽格納装置内のコネクタ開口を介した電気放射を抑制する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
[0011]本発明の一態様では、遮蔽格納装置内の開口を遮蔽するための統合コネクタ遮蔽リングは、印刷配線基板上のシャーシグラウンドリングと、開口内のコネクタの外部に電気接続された第１の末端、およびシャーシグラウンドリングに電気接続するように適合された第２の末端を有する金属リングとを備えており、金属リングは、アップ／検査位置からダウン／遮蔽位置まで移動するように適合されている。
【００１５】
[0012]本発明の他の態様では、コネクタを備えた開口を有する遮蔽格納装置は、印刷配線基板と、印刷配線基板上のシャーシグラウンドリングと、コネクタの外部に電気接続された第１の末端、およびシャーシグラウンドリングに電気接続するように適合された第２の末端を有する金属リングとを備えており、金属リングは、アップ／検査位置からダウン／遮蔽位置まで移動するように適合されている。
【００１６】
[0013]本発明のさらなる態様では、フィルタピンコネクタを備えた開口を有する遮蔽格納装置は、印刷配線基板と、印刷配線基板上のシャーシグラウンドリングと、コネクタの外部に電気接続された第１の末端、およびシャーシグラウンドリングに電気接続するように適合された第２の末端を有する金属リングと、印刷配線基板の上に配置されたフィルタリングコンポーネントであって、それによりコネクタからフィルタピンコネクタが生成されるフィルタリングコンポーネントとを備えており、金属リングは、アップ／検査位置からダウン／遮蔽位置まで移動するように適合されている。
【００１７】
[0014]本発明のこれらおよび他の特徴、態様ならびに利点については、以下の図面、説明および特許請求の範囲を参照することによってより深く理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】[0015]様々な形態のエネルギーに対する０．１５２４ｃｍ（６０ミル）アルミニウムシートの遮蔽有効性を示すグラフである。
【図２】[0016]図２Ａはコネクタ開口の正面図である。
【００１９】
[0017]図２Ｂは他のコネクタ開口の正面図である。
【図３】[0018]金属格納装置遮蔽に対する遮蔽開口が有る場合と無い場合のコネクタの遮蔽有効性を示すグラフである。
【図４】[0019]本発明の一実施形態による、アップ位置における統合コネクタ遮蔽リング（ＩＳＲ）の一アプリケーションの斜視図である。
【図５】[0020]図４の統合コネクタ遮蔽リングと共に使用されるシャーシグラウンドリングの正面図である。
【図６】[0021]アップ位置（左側）およびねじダウン位置（右側）における図４のＩＳＲの部分切欠図である。
【図７】[0022]部分的に切り欠かれたねじダウン位置（左側）およびアップ位置（右側）における図４のＩＳＲの斜視図である。
【図８】[0023]遮蔽格納装置内に設置された図４のＩＳＲの部分切欠図である。
【図９】[0024]図９Ａは本発明の一代替実施形態によるＩＳＲの分解図である。[0025]図９Ｂはコネクタと共に設置された図９ＡのＩＳＲを示す図である。
【図１０Ａ】[0026]本発明の他の代替実施形態によるＩＳＲの横断面図である。
【図１０Ｂ】[0027]図１０ＡのＩＳＲの斜視図である。
【図１０Ｃ】[0028]図１０ＡのＩＳＲの平面図である。
【図１０Ｄ】[0029]コネクタと共に設置された図１０ＡのＩＳＲを示す図である。
【図１１】[0030]フィルタ除去された雑音の再結合の略図である。
【図１２】[0031]本発明の一実施形態による遮蔽障壁を使用した、フィルタ除去された雑音の再結合の除去を示す略図である。
【図１３】[0032]印刷配線基板の外部層に対する内部のシャーシグラウンドリング層の横断面図である。
【図１４】[0033]本発明の一実施形態による、内部シャーシグラウンド層構成の上の遮蔽層を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
[0034]以下の詳細な説明は、本発明の例示的実施形態を実施するための現在企図されている最良のモードについての説明である。以下の説明を本発明を制限する意味で捕らえてはならず、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によって最も良好に定義されているため、以下の説明は、単に本発明の一般原理を実例で示す目的でなされたものにすぎない。
【００２１】
[0035]以下、本発明の様々な特徴について説明するが、これらの特徴の各々は、互いに独立して使用することも、あるいは他の特徴と組み合わせて使用することも可能である。
[0036]広義には、本発明の実施形態によれば、コネクタ開口を有する格納装置を遮蔽するための方法および装置であって、外部環境から遮蔽格納装置の内部への電磁環境の有効な電磁絶縁が得られる方法および装置が提供される。また、本発明の実施形態は、低コストフィルタピンコネクタの有効な実施態様に適応することができる。統合遮蔽リングは、印刷配線基板（ＰＷＢ）アセンブリ上の円形シャーシグラウンド平面に結合されるバルクヘッド基板取付けコネクタの上に取り付ける金属リングを備えたＥＭＩドッグハウスを生成することができる。
【００２２】
[0037]図４および５を参照すると、統合遮蔽リング（ＩＳＲ）１０は、バルクヘッド基板取付けコネクタ１４（図６参照）上にねじ山１２を備えたＥＭＩドッグハウスを生成することができる。ＩＳＲ１０は、印刷配線基板（ＰＷＢ）１８上の円形シャーシグラウンドリング１６に結合されている。シャーシグラウンドリング１６は、コネクタピン２０が侵入するための円形の孔を備えた円形グラウンド平面であってもよい。シャーシグラウンドリング１６は、スタンドオフ２４を介したリング１６の接地を容易にするための統合スタンドオフパッド２２を有することができる。図４では、ＩＳＲ１０は、左側に部分図として示されている。図４のＩＳＲ１０は、いずれも「検査のためのアップ」位置に位置している。
【００２３】
[0038]図６および７を参照すると、ＰＷＢ１８上へのアセンブリに先立って、図６の左側のコネクタで示されているように、ＩＳＲ１０をバルクヘッド基板取付けコネクタねじ山１２の一番上までねじアップすることができる。コネクタ１４が取り付けられ、かつ、はんだ付けが検査されると、図６の右側のコネクタで示されているように、ＰＷＢ１８上のシャーシグラウンドリング１６に接触するまでＩＳＲ１０をねじダウンすることができる。ＩＳＲ１０とシャーシグラウンドリング１６の間の接触は、図７の左側のコネクタの切欠き部分にも同じく示されている。ＩＳＲ１０がシャーシグラウンドリング１６に締め付けられると、ＩＳＲ１０とバルクヘッド基板取付けコネクタねじ山１２のねじ山との間に圧力を加えることができ、それによりＩＳＲ１０とバルクヘッド基板取付けコネクタねじ山１２の間のねじ接触の長さに沿って有効な遮蔽が提供される。
【００２４】
[0039]ＩＳＲ１０が所定の位置に位置すると、図６に示されているように、例えば導電性エポキシ２６を使用して円形シャーシグラウンドリング１６に結合することができる。これにより、ＩＳＲ１０がバルクヘッド基板取付けコネクタねじ山１２の上に抜け戻ることがないこと、また、ＩＳＲ１０とＰＷＢ１８上のシャーシグラウンドリング１６との間の良好な電気結合が失われないことの保証が促進される。これにより、図８に示されているように、遮蔽格納装置２８内へのアセンブルの際に、すべてのコンポーネント間の連続導電経路の生成が促進される。ダッシュ線３０は、ファラデーケージと格納装置２８の非遮蔽外部との間の界面を表している。
【００２５】
[0040]上記図４ないし８には、ＩＳＲ１０は、コネクタ１４のバルクヘッド基板取付けコネクタねじ山１２の上を進む雌ねじが切られたリングとして示されているが、他の構成のＩＳＲ１０も本発明の範囲内に含まれる。例えば図９Ａおよび９Ｂを参照すると、２−リングＩＳＲ１０−２は、雌ねじが切られたリング３２、および雌ねじが切られたリング３２の上を進むように適合された雄ねじが切られたリング３４を含むことができる。ねじが切られたリング３２、３４は、上で説明したＩＳＲ１０と同様、コネクタとシャーシグラウンドリング１６の間の電気接続を提供するために回転させることができる。
【００２６】
[0041]図１０Ａないし１０Ｄを参照すると、他の代替実施形態では、ＩＳＲ１０−３は、一体に取り付けられるように適合された複数のコンポーネントから形成することができる。例えばＩＳＲ１０−３は、第１の半リング３６および第２の半リング３８を含むことができる。半リングの各々は、半リングを一体に接続するための耳４０を含むことができる。ボルト４２およびナット４４などの従来の手段を使用して半リングを一体に結合することができる。
【００２７】
[0042]電磁雑音放出は、２つの異なる機構によって遮蔽格納装置内または遮蔽格納装置外に放射することができる。放出は、基板上の回路から放射し、次にコネクタ孔または継目などの格納装置内の開口を介して遮蔽格納装置から外部へ放射することができる。同様に、外部放出は、同じ開口を介して遮蔽格納装置の内部へ放射することができる。ＩＳＲは、一般的には遮蔽格納装置内の主要な漏れ点であるコネクタ開口を除去することにより、場合によっては基板から直接放射される放出を制御するのに極めて有効である。しかしながら、放出は、Ｉ／Ｏインターフェースケーブルを介して遮蔽格納装置内または遮蔽格納装置外に導くことも可能である。Ｉ／Ｏケーブル上に結合する外部場はユニット中に導き、同様に、ユニットからＩ／Ｏケーブル上に導くＥＭＩ雑音は、遮蔽格納装置の外部のケーブルから放射し、したがってＩＳＲをバイパスする。Ｉ／Ｏインターフェースケーブルを流れる電流からの放出は、コネクタピンとインターフェースする基板トレースのすぐ前段のＰＷＢ上にフィルタリングコンポーネントを追加することによって抑制することができる。これにより、本質的に、フィルタピンコネクタが生成される。最も有効なフィルタリング構成の１つは、トレース−シャーシ間コンデンサである。しかしながら、この構成は、図１１に示されているように雑音がない側と雑音がある側を有しているため、場合によっては再結合が生じ、フィルタリングの有効性が著しく損なわれる可能性がある。しかしながら、上で説明したＩＳＲ構成のシャーシグラウンドリング１６は、図１２に示されているように、信号の雑音セクションと雑音がないセクションの間に障壁を生成することができ、それにより再結合が効果的に除去される。これは、より高い周波数ではとりわけ有効である。
【００２８】
[0043]極めて微小なコンポーネントを使用しなければならない標準フィルタピンコネクタの場合とは異なり、ＩＳＲ構成フィルタリングコンポーネントのサイズは、ＰＷＢ上の空間と、トレースがコネクタピンに接続している点への近接によってのみ制限されることに留意されたい。この距離が最短に維持されない場合、フィルタリングされたトレース上への再結合が増加し、そのために同じく障壁の利点が損なわれることになる。そのため、より大きい値およびより高い電圧定格のコンポーネントをフィルタリングのために使用することができる。したがって従来のフィルタピンコネクタの限界に優る極めて重要な利点が提供される。
【００２９】
[0044]図１３にｄｏｕｔとして示されているコネクタピン−シャーシグラウンドリング間の距離は、電圧応力効果に耐えるためには適切でなければならない。基板の表面のトレース−トレース間、トレース−シャーシ間およびピン−シャーシ間などの異なるコンポーネント間のボルト／ミルに対する異なる規格が存在している。したがってシャーシに対するＩ／Ｏピンの最大許容可能電圧は、シャーシグラウンドリング１６とコネクタピン２０の間の距離によって制限されることになる。コネクタピン２０とシャーシグラウンドリング１６の間の最大許容可能電圧は、ｄｏｕｔ寸法を大きくすることによって高くすることができる。別法としては、ボルト／ミル定格は、埋設層に対するボルト／ミル定格が外部層に対するボルト／ミル定格よりはるかに高いＰＷＢ１８の内部層の上にシャーシグラウンドリング１６−１を埋設することによって大きくすることができる。コネクタピンビア４６は、図１３に示されているように若干大きい直径を外部層の上に有しているため、シャーシグラウンドリング１６−１を埋設することには、シャーシグラウンドリング１６−１内の等価直径コネクタ孔の場合、コネクタピン２０とシャーシグラウンドリング１６−１の間の距離を長くすることができる点で、場合によっては第２の利点が存在しており、等価直径孔の場合、ｄｉｎ＞ｄｏｕｔである。したがって、より高い絶縁耐電圧または耐雷電圧要求事項を有するいくつかの構成には、場合によっては埋設シャーシグラウンドリングが必要である。
【００３０】
[0045]埋設シャーシグラウンドリング１６−１を備えたファラデーケージを維持するために、図１４に示されているように円形リング４８を頂部層の上に追加することができ、また、一連のビア５０をこの円形リング４８の周囲に追加することができる。そうすることにより、コンポーネントのはるかに高いピン−シャーシ間電圧定格を許容することができ（図４ないし８を参照して上で説明した表面シャーシグラウンドリング１６と比較して）、したがって典型的な最大フィルタピン−シャーシ間定格が最大約２５０ボルトであるために標準フィルタコネクタでは動作させることができないフィルタピンコネクタとしてこの構成を使用することができる。
【００３１】
[0046]本発明のコネクタ開口遮蔽方法および装置は、上で説明したフィルタピンコネクタ構成と共に、コネクタ開口からの電磁放出を低減し、フィルタピン構成を実施するための低コスト方法を提供し、Ｉ／Ｏ信号コネクタドッグハウスを実施する低コスト方法を提供し、フィルタリングコンポーネントのサイズを制限しないフィルタピン構成を提供し、かつ、標準既製フィルタピンコネクタと比較すると高い電圧定格を有するフィルタピン構成を提供することができる。
【００３２】
[0047]当然、以上の説明は本発明の例示的実施形態に関連していること、また、以下の特許請求の範囲に示されている本発明の精神および範囲を逸脱することなく修正を加えることができることを理解されたい。
【符号の説明】
【００３３】
１０、１０−３統合遮蔽リング（ＩＳＲ）
１０−２２−リングＩＳＲ
１２ねじ山
１４バルクヘッド基板取付けコネクタ
１６、１６−１シャーシグラウンドリング
１８印刷配線基板（ＰＷＢ）
２０コネクタピン
２２統合スタンドオフパッド
２４スタンドオフ
２６導電性エポキシ
２８遮蔽格納装置
３０ファラデーケージと格納装置の非遮蔽外部との間の界面を表すダッシュ線
３２雌ねじが切られたリング
３４雄ねじが切られたリング
３６、３８半リング
４０耳
４２ボルト
４４ナット
４６コネクタピンビア
４８円形リング
５０ビア

【特許請求の範囲】
【請求項１】
遮蔽格納装置（２８）内の開口を遮蔽するための統合コネクタ遮蔽リングであって、
印刷配線基板（１８）上のシャーシグラウンドリング（１６）と、
前記開口内のコネクタ（１４）の外部に電気接続された第１の末端、および前記シャーシグラウンドリング（１６）に電気接続するように適合された第２の末端を有する金属リング（１０）と
を備え、前記金属リングがアップ／検査位置からダウン／遮蔽位置まで移動するように適合される統合コネクタ遮蔽リング。
【請求項２】
請求項１に記載の統合コネクタ遮蔽リングにおいて、前記金属リングの上に雌ねじをさらに備え、前記雌ねじが前記コネクタ上の雄ねじ（１２）と対合するように適合される統合コネクタ遮蔽リング。
【請求項３】
請求項２に記載の統合コネクタ遮蔽リングにおいて、前記シャーシグラウンドリング（１６）のスタンドオフパッドと前記コネクタ（１４）を電気接続する複数のスタンドオフパッド（２４）をさらに備える統合コネクタ遮蔽リング。
【請求項４】
請求項２または３に記載の統合コネクタ遮蔽リングにおいて、前記金属リング（１０）を前記ダウン／遮蔽位置に維持するように配置された導電性シーラント（２６）をさらに備える統合コネクタ遮蔽リング。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の統合コネクタ遮蔽リングにおいて、前記金属リング（１０）が円筒状金属リングである統合コネクタ遮蔽リング。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の統合コネクタ遮蔽リングにおいて、前記印刷配線基板の上に配置されたフィルタリングコンポーネントをさらに備え、それにより前記コネクタからフィルタピンコネクタが生成される統合コネクタ遮蔽リング。
【請求項７】
請求項６に記載の統合コネクタ遮蔽リングにおいて、前記フィルタリングコンポーネントがトレース−シャーシ間コンデンサを含む統合コネクタ遮蔽リング。
【請求項８】
請求項６に記載の統合コネクタ遮蔽リングにおいて、前記シャーシグラウンドリング（１６）が、前記フィルタリングコンポーネントによってフィルタ除去された雑音の再結合を阻止する統合コネクタ遮蔽リング。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載の統合コネクタ遮蔽リングにおいて、前記シャーシグラウンドリング（１６）が前記印刷配線基板（１８）内に埋め込まれる統合コネクタ遮蔽リング。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一項に記載の統合コネクタ遮蔽リングにおいて、前記金属リングが第１の半リング（３６）および第２の半リング（３８）を含み、前記第１および第２の半リングが一体にクランプされるように適合される統合コネクタ遮蔽リング。

【図１】