扁带形末端的挠性互联电缆 相关申请
本申请是2001年3月30日提交的美国申请09/822,550的后续申请。
【技术领域】
本发明涉及的领域是多线电缆，更具体地涉及小型同轴电缆。
背景技术
有些特定要求的应用中要求微型多线电缆组件。当需要的导体的数量很多时，为了使电缆避免出现不期望的庞大体积，必须使用很好的导体。为了限制电噪声和干扰，在导体中采用带有屏蔽层的同轴线。中心导体外面包裹着一层电介质，电介质层把它与具有导电性的屏蔽层电气意义上地隔离开。这样的电线束外面包裹着一个导电的编织屏蔽层，外面还有一个保护套。
在一些需要用很多不同种类导体的应用中，期望电缆非常柔软，容易弯曲或者叫“松软”。比如有一种连接医用超声感应器(medicalultrasound transducer)的电缆，在电缆的硬度对弯曲有中等抵抗力时，超声成像就变得困难。可是，用传统方法来给电缆装保护套，线束就会有不期望地硬度。
另外，有大量导体的电缆组件与其他元件装配在一起也很费时，而且昂贵。当在线束中采用分立的电线时，不容易判定是那一根的末端与在线束的另一端选定的电线对应，它需要长时间的连续测试。正常的情况下，电缆一端的电线头是与连接器或印刷电路板之类的元件相连接，而且连接器或电路板是同能给电线加电的测试仪器连接在一起的，一次连接一个，这样装配者就能把指定的电线一端连接在第二连接器或电路板的合适位置上。
在扁带形电缆中，电线是按一定顺序排列的，而且从电缆的一端保持到另一端，能解决上述问题，随着扁带形电缆中的电线都焊接在一起，它们抵抗弯曲，形成的电缆有不期望的硬度。而且扁平带沿着多条纵向的折叠线折叠，可能不会产生紧凑的横截面，出现不希望的体积增大，也可能产生不了在许多应用中期望得到的圆形横截面。
【发明内容】
通过提供一种电缆组件，本发明能解决先前技术存在的限制。电缆组件上有多根电线，每根电线具有一中心导体，以及一个围绕的绝缘层。每根电线与另外电线之间不屏蔽，因此导体是电线中唯一能导电的部分。每根电线有一个第一末端和反向的第二末端。第一末端按照第一种安置顺序在一个扁平条带部分彼此连接，第二末端也在一个扁平部分以与第一种安置顺序相同的顺序彼此连接，用一个标志来标示序列中一条被选定的电线。电线中的中间部分彼此分离，一个带有编织的导电屏蔽层的保护套松散地包裹着电线，允许电缆有很大的弯曲度。
【附图说明】
图1是本发明优选实施例中的电缆组件的透视图。
图2是图1所示实施例中电线元件的透视图。
图3是图1所示实施例中电线元件一个端部的放大截面图。
图4是图1所示实施例中的电缆组件的一个放大截面图。
图5是图1所示实施例中的电缆组件在弯曲条件下的一个放大截面图。
图6是本发明的可选实施例中电缆组件元件的一个放大横截面图。
图7是图6所示的替换实施例中电缆组件的一个放大横截面图。
图8是本发明优选实施例中电缆组件的一个透视图。
优选实施例
图1示出了电缆组件10有一个连接器端12，一个传感器端14以及一个挠性的连接电缆16。连接器端和传感器端都是能与电缆16连接的元件的例子。在本例中，连接器端包括一个电路板20，电路板带有连接器22用来连接电子设备比如超声成像机。连接器端包括一个连接器外壳24，一个包围在电缆末端的应力消除件26。在对端，有一个超声传感器30与电缆相连。
电缆16包括大量精细的同轴屏蔽线32。正如图2所示，电线被安排成组33，每组在每一末端有扁带形部分34，在扁带形部分和几乎整个长度电缆的延伸部分之间有一个伸长的松散部分36。每个扁带形部分包括一个单独的并排放置的电线层，彼此粘接，修剪得暴露出每根电线的屏蔽层和中心导体。在所述松散部分，除了末端，电线都不相连。
每根电线的屏蔽层和导体与电路板相连，或者以传统方式与电子元件或连接器，如使用电缆的应用中的需求规定的。电线的松散部分36跨电缆在应力消除件之间的全长，穿过应力消除件，延伸到扁带形部分所排布和连接的外壳中。
每个扁带形部分34都被标上一个特殊的标志，使得装配者能够将给定组中相对的扁带形部分对应上，并且将每组中特殊电线的末端对应上。组标识符40印在扁平部分上，在每个扁带形部分上的第一电线标识符42保证每个扁平部分序列上的第一根电线能在末端被识别出来。在每组中每个扁平部分的电线序列一一对应是很重要的。这样，装配者能将从给定的组A中从标识第一根电线数起的第n根电线与相对的扁平部分的第n根电线对应上，不需要进行连续地试错测试来寻找正确的电线。这种对应关系是确定的，即使每组的松散中间部分36能被允许相对组中其它中间部分移动或者相对于电缆中的其他组中的中间部分。
图3示出了一个典型的末端横截面，电线在外部的保护层44上焊接处46连接到一起，同时每根电线的导电屏蔽层50互相之间保持电气隔离，并且内部的电介质52和导体54保持完整和隔离。在可选实施例中，扁平部分的固定可以通过采用粘接邻接的保护层44，通过把每个保护层粘接到共同的条带或薄片上，或者通过使用机械夹子。
图4示出了一个贯穿几乎整个电缆长度的电缆的横截面图，远离扁平部分，揭示了中间部分。电线被松散地安置在一个挠性的圆柱形电缆保护套60中。正如图1所示，可导电的编织屏蔽层62包裹着所有的电线，附着在保护套的内表面上，确定出一个孔64。回到图4，孔的直径要选择得比能紧密包裹所有电线的尺寸大一些。这样可以使得电缆能够以最小的阻力弯曲到一个很大的程度，如图5所示，因为电线能自由地滑动成扁的结构，其中孔的横截面比保持伸直时的圆形截面减小，如图4所示。
在优选实施例中，有8组电线，每组16根，虽然它们的数目有可能会改变，而且有的实施例中有可能把所有的电线放在一组中。电线的外径优选选用0.016英寸，但也有可能尺寸会变化到任意尺寸范围，这取决于具体应用。保护套的外径为0.330英寸，孔径为0.270英寸。这就形成了一个0.057英寸的横截面孔(在电缆伸直的圆形)。当松散电线被包裹成一个横截面面积稍微比电线总面积数大一点时，正常情况下，在孔中有很大的额外空间。这就允许电线弯曲时可以绕着彼此滑动，减小电线表面间的因紧紧缠绕在一起而产生的摩擦力，就如在传统使用中那样，电线的屏蔽层裹着电线束。在该优选实施例中，在弯曲直径是0.75英寸或大约2倍的电缆直径时，弯曲力最小，就象在两根手指间折叠电缆，并弯成一个自然直径。本质上说，弯曲半径和柔软性使得弯曲阻力只比每个元件的弯曲阻力的总和稍微大一点。因为每根电线都很细，弯曲成电缆直径尺寸范围的半径时受到的阻力最小，电线阻力总和只是很小地增加了保护套和屏蔽层的弯曲阻力，这些阻力加在一起就是弯曲时的整个阻力。
可选实施例
图6示出了在本发明的可选实施例中电线组33’的一个典型末端34’横截面图。可选实施例与优选实施例不同在于组成电缆的电线32’与其它电线之间没有屏蔽，每个都有一个中心导体54’组成电线中唯一可导电的部分。中心导体54’仅仅是被一个单绝缘层和电介质保护套44’包裹着。在优选实施例中，电线在它们的保护套44’的焊接处46’连接在一起。而在可选实施例中，扁平部分的固定可以通过粘接邻近的保护层44’，通过把每一个保护层粘接到共同的条带或薄片上，或通过机械夹子夹在一起。
图7示出了利用了图6中的电缆组33的可选实施例的电缆16’。截面是在电缆的任何一个远离扁平部分的中间部分位置截取的。电线32’被松散地安置在一个挠性的圆柱形电缆保护套中60’。如同图1中的优选实施例，一个可导电的编织屏蔽层62’包裹着所有电线，附着在保护套的内表面上，确定出一个孔64’。回到图7，孔的直径要选择得比能紧密容纳所有电线需求的尺寸大一些。这样可以使得电缆能够以最小的阻力弯曲到一个很大的程度，如图5所示，因为电线能自由地滑动成扁的结构，其中孔的横截面比保持伸直时的圆形截面减小，如图6所示。
在该可选实施例中，有8组电线，每组16根，虽然它们的数目可以改变，而且有的实施例中有可能把所有的电线放在一组中。电线中有导体，导体可能是一个也可能是一束，它们之间被一种适合于扁平化和有理想介电常数的材料绝缘。对于在典型的超声成像应用中使用的电缆，典型的导体是38或42AWG高强度的铜合金。绝缘物质优选采用低密度的聚烯烃，采用含氟聚合物也是可行的。电介常数一般在1.2到3.5之间。
导体电线的扁平部分在电缆外护套和屏蔽层的外部。末端部分以统一的间距(pitch)或中心距扁平化，并被选择得与要连接的电路板上的焊点(pad)匹配。在可选实施例的一个例子中，导体的直径为0.0031″，绝缘层壁度为0.0055″，假设整个电线的直径是0.015″。这很适合于提供0.014″间距的扁平末端。
该可选实施例在好几种实现与优选实施例不同。非屏蔽导体的使用获得了较小的每英寸电容。对照上面的例子，有屏蔽层的实施例中，电容是16/17pF/英寸，对应的，在没有屏蔽层，非同轴的实施例中，电容为12pF/英寸，在该例中使用40AWG导体。
一般地，没有屏蔽层的可选实施例制造费用低，因为它不需要应用屏蔽层以及第二层电介质层的材料和工艺的费用。与有屏蔽层的实施例相比，没有屏蔽层的可选实施例重量要轻。在有屏蔽层的实施例中，每英寸电缆的质量通常是21克，而没有屏蔽层的可选实施例中每英寸电缆的质量通常是13.5，减小了将近1/3。
一般认为，与同轴导体相比，没有屏蔽层的导体会带来不可接受的串扰性能降低，特别是在整个线路上，小型导体和很近的空间。可是，由于电线在电缆的大部分长度上能保持松弛状态，可以避免出现这种现象，与普通扁平电缆相同。由于电线彼此之间不相互连接，而且电缆的保护层中足够松弛，电线能够自由错动，两根电线不容易平行地紧密的靠在一起，紧密靠在一起容易带来串扰。使用中的电缆弯曲后会造成电线混乱，因此电线不好在整个电缆长度上与同一根其它电线保持相邻。如上所述，仅在末端控制和组织扁平化，一一对应的映射才能保证连接可靠和有效。
如图8所示，不管是可选实施例还是优选实施例中，都可以提供一个螺旋状的挠性带子100。该带子绕着靠近连接器12的末端缠绕，但在电线要从线束中出来延伸进扁带形部分34之前。这种缠绕的带子所起的作用就是作为一个壁垒，减小反复弯曲时的磨损和疲劳影响，这种影响在手持用绳子捆扎的设备中比较明显。缠绕部分能够延长电缆的使用寿命。缠绕壁垒安装在电缆的末端，在这里发生反复折叠。壁垒优选延伸了有将近1英尺长。已验证用扩展的PTFE带子来缠绕，能够延长弯曲寿命，并不严重地劣化电缆的弯曲度。优选地，带子的宽度为0.5″，厚度为0.002″，缠绕间距为0.33″，并用极限为25克的张力来缠绕，从而避免形成弯曲度有限的很紧的缠绕束。
上面所述的是有关可选实施例和优选实施例，但本发明并不局限于此。