ЭЛЕКТРОННЫЙ СОЕДИНИТЕЛЬ С ДВОЙНОЙ ОРИЕНТАЦИЕЙ И ВНЕШНИМИ КОНТАКТАМИ
ELECTRIC CONNECTOR WITH DOUBLE ORIENTATION AND EXTERNAL CONTACTS

Перекрестные ссылки на родственные заявки
Данная заявка является продолжением заявки на патент США номер 13/607,366, поданной 7 сентября 2012 года, которая испрашивает приоритет предварительной заявки на патент США № 61/556,692, поданной 7 ноября 2011 года, предварительной заявки на патент США № 61/565,372, поданной 30 ноября 2011 года, и предварительной заявки на патент США № 61/694,423, поданной 29 августа 2012 года, которые переуступлены обычным образом и включены в настоящее описание во всей своей полноте путем ссылки.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится, в общем, к электронным соединителям, таким как аудиосоединители и соединители для передачи данных.
Стандартные аудиосоединители или аудиоразъемы доступны в трех размерах согласно внешнему диаметру разъема: разъем 6,35 мм (ј″), миниатюрный разъем 3,5 мм (⅛″) и сверхминиатюрный разъем 2,5 мм (3/32″). Разъемы включают в себя множество электропроводных областей, которые продолжаются по всей длине соединителей на различных участках разъема, таких как кончик, гильза и один или несколько средних участков между кончиком и гильзой, в результате чего данные соединители часто называются как соединители TRS (кончик, кольцо и гильза).
Фиг. 1A и 1B иллюстрируют примеры аудиоразъемов 10 и 20, имеющих три и четыре электропроводных участка, соответственно. Как показано на Фиг. 1A, разъем 10 включает в себя электропроводный кончик 12, электропроводную гильзу 16 и электропроводное кольцо 14, электрически изолированное от кончика 12 и гильзы 16 посредством изолирующих колец 17 и 18. Три электропроводных участка 12, 14, 16 предназначены для левого и правого аудиоканалов и земли. Как показано на Фиг. 1B, разъем 20 включает в себя четыре электропроводных участка: электропроводный кончик 22, электропроводную гильзу 26 и два электропроводных кольца 24, 25 и, таким образом, иногда называется соединитель TRRS (кончик, кольцо, кольцо, гильза). Четыре электропроводных участка электрически изолированы с помощью изоляционных колец 27, 28 и 29 и обычно используются для аудиосигналов левого и правого, микрофона и земли. Как видно из Фиг. 1A и 1B, каждый из аудиоразъемов 10 и 20 не зависит от ориентации. То есть, электропроводные участки полностью охватывают соединитель, образуя контакт в угле 360 градусов таким образом, что отсутствуют отчетливо видимые верхняя, нижняя или боковая стороны на штекерном участке соединителей.
Когда разъемы 10 и 20 представляют собой миниатюрные соединители 3,5 мм, наружный диаметр электропроводной гильзы 16, 26 и электропроводных колец 14, 24, 25 составляет 3,5 мм, и глубина вставки соединителя составляет 14 мм. Для 2,5 мм сверхминиатюрных соединителей наружный диаметр электропроводной гильзы равен 2,5 мм, и глубина вставки соединителя составляет 11 мм в длину. Такие соединители ТРС и TRRS используются во многих коммерчески доступных MP3-плеерах и смартфонах, а также в других электронных устройствах. Электронные устройства, такие как MP3-плееры и смартфоны, непрерывно разрабатываются с тем, чтобы быть тоньше и меньше и/или включать в себя видеодисплеи с экранами, которые располагаются по возможности ближе к внешнему краю устройств. Диаметр и длина современных 3,5 мм и даже 2,5 мм аудиосоединителей являются ограничивающими факторами при изготовлении таких устройств, которые должны быть меньше и тоньше, и при обеспечении дисплеев, которые должны быть больше для заданного форм-фактора.
Многие стандартные соединители для передачи данных также доступны только в размерах, которые являются ограничивающими факторами при изготовлении портативных электронных устройств меньших размеров. Дополнительно и в отличие от соединителей TRS, обсужденных выше, многие стандартные соединители для передачи данных требуют, чтобы они сопрягались с соответствующим соединителем в одной конкретной ориентации. Такие соединители можно называть как полярные соединители. В качестве примера полярного соединителя, на Фиг. 2А и 2В, изображен соединитель 30 микро-USB (-универсальная последовательная шина), имеющий наименьшие размеры из доступных в настоящее время USB-соединителей. Соединитель 30 включает в себя тело 32 и металлическую оболочку 34, которая продолжается из тела 32 и ее можно вставлять в соответствующий гнездовой соединитель. Как показано на Фиг. 2А, 2В, оболочка 34 имеет края 35 со скошенными углами, образованными на одной из ее нижних пластин. Аналогичным образом, гнездовой соединитель (не показан), с помощью которого сопрягается соединитель 30, имеет отверстие для вставки с угловыми особенностями для стыковки, которые предотвращают вставку оболочки 34 в гнездовой соединитель неправильным образом. То есть, когда ориентация скошенных участков оболочки 34 совпадает с соответствующими скошенными участками гнездового соединителя, его можно вставить только одним способом. Иногда пользователю трудно определить, когда полярный соединитель, такой как соединитель 30, сориентирован в правильном положении вставки.
Соединитель 30 также включает в себя внутреннюю полость 38 в пределах оболочки 34 наряду с контактами 36, выполненными в пределах этой полости. Полость 38 склонна к сбору и улавливанию загрязнений в пределах полости, которые могут иногда влиять на сигнальные соединения в контактах 36. Кроме того, и в дополнение к проблеме ориентации, даже в том случае, когда соединитель 30 правильно выровнен, вставка и извлечение соединителя не являются точным и могут иметь ощущение несовместимости. Кроме того, даже в том случае, когда соединитель вставляется полностью, он может иметь нежелательную степень колебания, которые могут привести либо к выходу из строя соединения, либо к повреждению.
Большинство других, часто используемых соединителей для передачи данных, включающих в себя стандартные USB-соединители, соединители мини-USB, соединители FireWire, а также многие специализированные соединители, которые используются с широко распространенными портативными электронными медиаустройствами, страдают от некоторых или всех этих недостатков или от аналогичных недостатков.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Различные варианты осуществления настоящего изобретения относятся к электронным соединителям, которые устраняют некоторые или все из вышеописанных недостатков. Другие варианты осуществления изобретения относятся к способам изготовления таких электронных соединителей, а также электронным устройствам, которые включают в себя такие соединители.
С учетом недостатков существующих в настоящее время электронных соединителей, как описано выше, некоторые варианты осуществления настоящего изобретения относятся к улучшенным штекерным соединителям, которые имеют уменьшенную длину и толщину разъема, интуитивную ориентацию вставки и ощущение совместимости и уверенности при вставке и извлечении из своего соответствующего гнездового соединителя. Дополнительно, некоторые варианты осуществления штекерных соединителей согласно настоящему изобретению, включают в себя только внешние контакты и не включают в себя контакты, расположенные в пределах внутренней полости, которая склонна к сбору и накоплению загрязнений.
Один конкретный вариант осуществления изобретения относится к неполярному штекерному соединителю с множественной ориентацией, имеющему внешние контакты, которые несет на себе контактная часть соединителя. Контактную часть соединителя можно вставлять в соответствующий гнездовой соединитель, по меньшей мере, в двух различных ориентациях вставки. Контакты сформированы на первой и второй поверхностях контактной части и размещаются в виде симметричной компоновки таким образом, что контакты выровнены с контактами гнездового соединителя в любой, по меньшей мере, из двух ориентаций вставки. Один или более отдельных контактов в первом множестве контактов электрически соединяются в пределах контактной части или тела соединителя с соответствующим контактом во втором множестве контактов. Дополнительно, сама контактная часть соединителя может иметь симметричную форму в поперечном сечении для способствования аспекту с множественной ориентацией данного варианта осуществления.
Другой вариант осуществления относится к штекерному соединителю с двойной ориентацией, который включает в себя тело и симметричную при повороте на 180 градусов металлическую контактную часть, соединенную с и продолжающуюся в продольном направлении от тела. Контактная часть включает в себя первую и вторую основные противоположные поверхности и третью и четвертую неосновные противоположные поверхности, которые продолжаются между первой и второй основными поверхностями. Первая контактная область, выполненная на первой основной поверхности контактной части, включает в себя первое множество внешних контактов, расположенных на расстоянии друг от друга вдоль первого ряда. Вторая контактная область, выполненная на второй основной поверхности контактной части, включает в себя второе множество внешних контактов, расположенных на расстоянии друг от друга вдоль второго ряда, который является зеркальным отражением первого ряда. Каждый отдельный контакт в первом множества контактов электрически соединен в пределах контактной части или тела с соответствующим контактом во втором множестве контактов, и диэлектрический материал заполнен между соседними контактами в первом и втором рядах и между контактами и металлической контактной частью. В некоторых вариантах осуществления первая и вторая особенности удержания, выполненные с возможностью зацепления с особенностями удержания на соответствующем гнездовом соединителе, сформированы на третьей и четвертой неосновных поверхностях контактной части.
Еще один вариант осуществления изобретения относится к штекерному соединителю, который включает в себя тело и контактную часть, соединенную с и продолжающуюся от тела. Контактная часть включает в себя первую и вторую основные противоположные поверхности, наряду с третьей и четвертой неосновными противоположными поверхностями, которые продолжаются между первой и второй основными поверхностями. Первая контактная область, которая включает в себя восемь последовательно пронумерованных внешних контактов, расположенных вдоль первого ряда, образована на первой основной поверхности контактной части. Последовательно пронумерованные контакты включают в себя первый и второй контакты, предназначенные для сигналов передачи данных, в местоположениях 2 и 3, первый и второй контакты питания, электрически соединенные друг с другом и предназначенные для электропитания, в местоположениях 4 и 5, и третий и четвертый контакты, предназначенные для сигналов передачи данных, в местоположениях 6 и 7. В некоторых вариантах осуществления штекерный соединитель дополнительно включает в себя контакт питания аксессуара в одном из местоположений 1 или 8 и ID-контакт в другом из местоположений 1 или 8. В некоторых вариантах осуществления штекерный соединитель также имеет вторую контактную область, выполненную на второй основной поверхности контактной части, которая включает в себя восемь последовательно пронумерованных внешних контактов, расположенных на расстоянии друг от друга вдоль второго ряда. Второй ряд расположен непосредственно напротив и зеркально симметрично первому ряду, и каждый отдельный контакт во втором первом ряду электрически соединен с соответствующим контактом во втором ряду.
Еще один вариант осуществления изобретения относится к двухстороннему штекерному соединителю, который включает в себя тело и контактную часть соединителя, соединенную с и продолжающуюся от тела. Контактная часть включает в себя первую и вторую противоположные поверхности наряду с третьей и четвертой противоположными поверхностями, которые продолжаются между первой и второй поверхностями. Первая контактная область выполнена на первой поверхности контактной части, которая включает в себя восемь внешних контактов, расположенных на расстоянии друг от друга вдоль первого ряда. Вторая контактная область выполнена на второй поверхности контактной части, которая включает в себя восемь внешних контактов, расположенных на расстоянии друг от друга вдоль второго ряда в местоположениях контактов, которые зеркально симметричны местоположениям контактов в первом ряду. В одной версии данного варианта осуществления каждый из первого и второго рядов включает в себя одиночный заземляющий контакт, предназначенный для заземления, первую пару контактов передачи данных, которую можно использовать для переноса сигналов передачи данных согласно первому протоколу связи, и вторую пару контактов передачи данных, которые можно использовать для переноса сигналов передачи данных согласно второму протоколу связи, который отличается от первого протокола. Дополнительные версии данного варианта осуществления могут дополнительно включать в себя один или более контактов для ввода питания, предназначенного для переноса сигнала первого питания при первом напряжении, контакт для вывода питания с возможностью переноса второго сигнала питания при втором напряжении, которое меньше, чем первое напряжение, и ID-контакт с возможностью переноса сигнала конфигурации, который идентифицирует протоколы связи, используемые первой и второй парами контактов передачи данных. В различных дополнительных версиях данного варианта осуществления контакты размещаются согласно одному или нескольким следующим правилам: (i) первая пара контактов передачи данных в первом и втором рядах расположена в зеркальном отношении непосредственно напротив друг друга, (ii) вторая пара контактов передачи данных в первом ряду и вторых рядах расположена в зеркальном отношений непосредственно напротив друг друга, (iii) заземляющие контакты в первом и втором рядах располагаются в диагональном соотношении друг с другом через осевую линию соединителя; (iv) первый контакт питания в первом и втором рядах расположен в диагональном соотношении друг с другом через осевую линию соединителя; (v) ID-контакты в первом и втором рядах располагаются в диагональном соотношении друг с другом через первую четвертную линию соединителя; и (vi) вторые контакты питания в первом и втором рядах располагаются в диагональном соотношении друг с другом через вторую четвертную линию соединителя.
Чтобы лучше понять сущность и преимущества настоящего изобретения следует обратиться к нижеследующему описанию и сопроводительным чертежам. Однако следует понимать, что каждая из фигур предусмотрена только в целях иллюстрации и не предназначена в качестве определения пределов объема настоящего изобретения. К тому же, в качестве общего правила, и если не следует нечто противоположное из описания, где элементы на различных фигурах используют идентичные ссылочные позиции, элементы, в общем, являются идентичными или, по меньшей мере, сходными по функции и назначению.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На Фиг. 1A и 1B показаны виды в перспективе ранее известных штекерных аудиосоединителей типа TRS и TRRS, соответственно;
на Фиг. 2А показан вид в перспективе ранее известного штекерного соединителя микро-USB, тогда как Фиг. 2B показан вид спереди соединителя микро-USB, показанного на Фиг. 2А;
Фиг. 3А - упрощенный вид сверху штекерного соединителя 40 согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 3В и 3С упрощенные виды сбоку и спереди, соответственно, соединителя 40, показанного на Фиг. 3А;
Фиг. 4A-4E - виды спереди альтернативных вариантов осуществления соединителя 40 согласно настоящему изобретению;
Фиг. 5А и 5В - упрощенные виды сверху и сбоку штекерного соединителя 50 согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 5C и 5D - упрощенные виды сверху и снизу в перспективе одного варианта осуществления заземляющего кольца, которое можно включить в некоторые варианты осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 6А - упрощенный вид сверху штекерного соединителя 60 согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 6B - упрощенный вид в перспективе другого варианта осуществления заземляющего кольца согласно настоящему изобретению;
Фиг. 7A-7H - упрощенные виды сверху контактных схем внутри области 46 контакта согласно различным вариантам осуществления изобретения;
Фиг. 8А и 8В - упрощенные виды варианта осуществления штекерного соединителя 80, имеющего четыре контакта на каждой основной противоположной поверхности контактной части 44 согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 8C - упрощенный схематичный вид в разрезе по линии А-А′ штекерного соединителя 80, показанного на Фиг. 8А и 8В;
Фиг. 9А и 9В - схемы, изображающие выравнивание контактов в штекерном соединителе 80 с соответствующими контактами в гнездовом соединителе 85 в различной ориентации вставки согласно одному варианту осуществления изобретения;
Фиг. 10A и 10B - упрощенные виды другого варианта осуществления штекерного соединителя 90, имеющего четыре контакта на каждой противоположной поверхности контактной части 44 согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 10C - упрощенный схематичный вид в разрезе по линии В-В′ штекерного соединителя 90, показанного на Фиг. 10А;
Фиг. 11А и 11В - схемы, изображающие выравнивание контактов в штекерном соединителе 90 с соответствующими контактами в гнездовом соединителе 85 в различной ориентации вставки согласно одному варианту осуществления изобретения;
Фиг. 12А - упрощенный вид другого варианта осуществления штекерного соединителя 99, имеющего три контакта на каждой противоположной поверхности контактной части 44, согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 12В и 12С - схемы, изображающие выравнивание контактов в штекерном соединителе 99 с соответствующими контактами в гнездовом соединителе 95 в различной ориентации вставки согласно одному варианту осуществления изобретения;
Фиг. 13А - упрощенный вид в перспективе штекерного соединителя 100, имеющего восемь контактов, выполненных на каждой противоположной поверхности контактной части 44 согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 13В и 13С - упрощенные виды сверху и снизу штекерного соединителя я 100, показанного на Фиг. 13А;
Фиг. 14А - схема, иллюстрирующая расположение выводов соединителя 100 согласно одному варианту осуществления изобретения;
Фиг. 14В - схема, иллюстрирующая расположение выводов соединителя 100 согласно другому варианту осуществления изобретения;
Фиг. 15А - схематичное изображение гнездового соединителя 140 согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 15B - вид спереди гнездового соединителя 140 согласно одному варианту осуществления изобретения;
Фиг. 15C и 15D - схемы, иллюстрирующие расположение выводов соединителя 140 согласно двум различным вариантам осуществления изобретения, выполненным с возможностью стыковки со штекерными соединителями, имеющими схемы 106a и 106b расположения контактов, соответственно, как показано на Фиг. 14A и 14B;
Фиг. 16A-16K - упрощенный вид, изображающий последовательность событий, связанных со стыковкой штекерного соединителя 100 с гнездовым соединителем 140, согласно одному варианту осуществления изобретения;
Фиг. 17 - схематичное изображение гнездового соединителя 140, соединенного с переключающей схемой 150 в пределах хост-устройства, согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 18 - упрощенный вид в перспективе USB-зарядного устройства/кабеля 160 адаптера, имеющего USB-соединитель на одном конце и соединитель согласно варианту осуществления настоящего изобретения на другом конце;
Фиг. 19А - схема, изображающая расположение контактов штекерного соединителя 162, показанного на Фиг. 18, согласно одному варианту осуществления изобретения, в котором соединитель 162 совместим со схемой расположения контактов, показанной на Фиг. 14А;
Фиг. 19B - схема, изображающая местоположения выводов штекерного соединителя 162, показанного на Фиг. 18, согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения, где соединитель 162 совместим со схемой расположения контактов, показанной на Фиг. 14B;
Фиг. 20 - упрощенное схематичное изображение USB-зарядного устройства/адаптер 160 согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 21 - упрощенный вид в перспективе стыковочной станции 170 согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 22 - упрощенный вид сверху видеоадаптера 180 согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 23А - схема, изображающая местоположения выводов штекерного соединителя 182, показанного на Фиг. 22, согласно одному варианту осуществления изобретения, в котором соединитель 182 совместим со схемой расположения контактов, показанной на Фиг. 14А;
Фиг. 23B - схема, изображающая местоположения выводов штекерного соединителя 182, показанного на Фиг. 22, согласно одному варианту осуществления изобретения, в котором соединитель 182 совместим со схемой расположения контактов, показанной на Фиг. 14B;
Фиг. 24 - упрощенное схематичное изображение видеоадаптера 180 согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 25 - упрощенный вид сверху адаптера 190 SD-карты согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 26А - схема, изображающая местоположения выводов штекерного соединителя 192, показанного на Фиг. 25, согласно одному варианту осуществления изобретения, в котором соединитель 192 совместим со схемой расположения контактов, показанной на Фиг. 14А;
Фиг. 26B - схема, изображающая местоположения выводов штекерного соединителя 192, показанного на Фиг. 25, согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения, где соединитель 192 совместим со схемой расположения контактов, показанной на Фиг. 14B;
Фиг. 27 - упрощенное схематичное изображение видеоадаптера 190 согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 28А - упрощенное схематичное изображение адаптера 200 аксессуара согласно варианту осуществления изобретения;
Фиг. 28B - схема, изображающая расположение выводов соединителя 205, включенного в состав адаптера 200, согласно одному варианту осуществления изобретения;
Фиг. 29 - схема последовательности операций, показывающая этапы, связанные с изготовлением соединителя 100, показанного на Фиг. 13А-13С, согласно одному варианту осуществления изобретения;
Фиг. 30A-30T изображают различные виды соединителя 100 на различных стадиях производства, рассмотренных в отношении Фиг. 29;
Фиг. 31 - блок-схема, изображающая различные подэтапы, связанные с прикреплением контактных групп в сборе к печатной плате, как это выполняется на этапе 130, показанном на Фиг. 29, согласно одному варианту осуществления изобретения;
Фиг. 32 - упрощенна иллюстративная блок-схема подходящего электронного медиаустройства, в состав которого могут быть включены варианты осуществления изобретения, или с которым они могут использоваться; и
Фиг. 33 - иллюстративное изображение одного конкретного варианта осуществления электронного медиаустройства, подходящего для использования с вариантами осуществления настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Ниже приводится подробное описание настоящего изобретения со ссылкой на некоторые варианты его осуществления, проиллюстрированные на прилагаемых чертежах. В последующем описании множественные конкретные детали изложены для более полного понимания настоящего изобретения. Однако специалистам в данной области будет ясно, что настоящее изобретение можно осуществить без некоторых или всех этих конкретных деталей. В других случаях подробное описание хорошо известных деталей не приводится во избежание излишнего усложнения настоящего изобретения.
Для того, чтобы лучше оценить и понять настоящее изобретение, сначала сделана ссылка на Фиг. 3А-3С, на которых показаны упрощенные виды сверху, сбоку и спереди, соответственно, штекерного соединителя 40 с двойной ориентацией согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. Соединитель 40 включает в себя корпус 42 и контактный участок 44, который продолжается в продольном направлении от тела 42 в направлении, параллельном длине соединителя 40. Как показано на Фиг. 3A и 3B, кабель 43 при необходимости можно прикрепить к корпусу 42 на конце, противоположном контактному участку 44. Контактная часть 44 имеет размеры, подходящие для вставки в соответствующий гнездовой соединитель во время события стыковки, и включает в себя первую контактную область 46, образованную на первой основной поверхности 44c, и вторую контактную область 46b (не показанную на Фиг. 3А-3С), выполненную на второй основной поверхности 44b, противоположной поверхности 44a. Контактная часть 44 также включает в себя первую и вторую противоположные боковые поверхности 44c, 44d, которые продолжаются между первой и второй основными поверхностями 44a, 44b.
Контактные области 46а и 46b отцентрированы между противоположными боковыми поверхностями 44c и 44d, и множество внешних контактов (не показанных на Фиг. 3А-3С) можно сформировать на внешней поверхности контактной части 44 в каждой контактной области. Эти контакты могут быть выпуклыми, углубленными или выполненными заподлицо с внешней поверхностью контактной части 44 и могут позиционироваться в пределах контактных областей, таким образом, чтобы при вставке контактной части 44 в соответствующий гнездовой соединитель, они могли электрически соединяться с соответствующими контактами в гнездовом соединителе. В некоторых вариантах осуществления множественные контакты являются самоочищающимися, вытираемыми контактами, которые после, первоначального вхождения в контакт с контактом гнездового соединителя во время события стыковки, скользят дальше мимо контакта гнездового соединителя с движением вытирания до достижения окончательного, желательного положения контакта. Контакты в пределах областей 46a и 46b можно изготовить из меди, никеля, латуни, нержавеющей стали, металлического сплава или любого другого подходящего электропроводного материала или комбинации из электропроводных материалов. В некоторых вариантах осуществления контакты можно напечатать на поверхностях 44с и 44b с использованием технологий, аналогичных тем, которые используются для печати контактов на печатных платах. В некоторых других вариантах осуществления контакты можно штамповать из выводной рамки, расположенной в пределах областей 46a и 46b и окруженной диэлектрическим материалом.
В некоторых вариантах осуществления один или более заземляющих контактов можно сформировать на контактной части 44. Например, на Фиг. 3A и 3B показан заземляющий контакт 47a, выполненный на первой боковой поверхности 44с, и заземляющий контакт 47b, выполненный на второй боковой поверхности 44d, противоположной заземляющему контакту 47a. В качестве другого примера, один или более заземляющих контактов можно сформировать на конечной поверхности 44е на дистальном кончике соединителя 40 в дополнение к или вместо заземляющих контактов 47а, 47b. В некоторых вариантах осуществления каждый из одного или более заземляющих контактов можно сформировать на или сформировать часть внешнего участка своей соответствующей боковой поверхности. В других вариантах осуществления один или более заземляющих контактов можно сформировать в пределах и/или в виде части кармана, выемки, углубления или аналогичной углубленной области, выполненной на каждой из боковых поверхностей 44c, 44d, которые в рабочем состоянии входят в зацепление с механизмом удержания в соответствующем гнездовом соединителе, как подробно описано ниже.
Контактная часть 44 может иметь симметричную при повороте на 180 градусов конструкцию с двойной ориентацией, которая позволяет вставлять соединитель в соответствующий гнездовой соединитель как в первой ориентации, где поверхность 44а обращена вверх, так и во второй ориентации, где поверхность 44а повернута на 180 градусов и обращена вниз. Чтобы обеспечить особенность независимой ориентации соединителя 40, соединитель 40 не сориентирован в определенном направлении. То есть соединитель 40 не включает в себя физический ключ, выполненный с возможностью стыковки с ключом стыковки в соответствующем гнездовом соединителе и обеспечивать то, что стыковка между двумя соединителями происходит только при одной ориентации. Дополнительно, контакты можно позиционировать в пределах контактных областей 46a и 46b таким же образом, чтобы отдельные контакты в области 46а размещались симметрично по отношению к отдельных контактам в области 46b, расположенной на противоположной стороне контактной части 44, и заземляющие контакты, выполненные на контактной части или на боковых поверхностях контактной части 44 соединителя, можно также разместить симметричным образом. Симметричное размещение контактов позволяет правильно выровнять контакты штекерного соединителя в любой области 46а или 46b с контактами в гнездовом соединителе, независимо от ориентации.
В некоторых вариантах осуществления контактная часть 44 имеет такую форму, что в случае, если контактную часть разделить на верхнюю и нижнюю половины вдоль горизонтальной плоскости, которая делит пополам относительно центра контактную часть 44 (как показано на Фиг. 3C по плоскости P1), физическая форма поперечного сечения верхней половины контактной части 44 является, по существу, такой же, как и физическая форма поперечного сечения нижней половины. Аналогичным образом, если контактную часть 44 разделить на левую и правую половины вдоль вертикальной плоскости, которая делит пополам относительно центра контактную часть (как показано на Фиг. 3C, с помощью плоскости P 2), физическая форма левой половины контактной части 44 является, по существу, такой же, как и форма правой половины. В других вариантах осуществления с двойной ориентацией, форма поперечного сечения контактной части 44 не обязательно будет полностью симметричной до тех пор, пока соединитель не будет включать в себя ключ, который предотвращает вставку соединителя в соответствующий гнездовой соединитель в двух различных ориентациях, и контакты выравниваются правильно в любой ориентации с контактами в соответствующем гнездовом соединителе.
В дополнение к симметричной, при повороте на 180 градусов, конструкции с двойной ориентацией, штекерные соединители согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения электрически соединяют каждый контакт, выполненный на поверхности 44а соединителя, с соответствующим контактом на поверхности 44b, расположенной на противоположной стороне соединителя. То есть, в некоторых вариантах осуществления изобретения, каждый контакт в контактной области 46а электрически соединен с соответствующим контактом в контактной области 46b. Таким образом, любой данный сигнал, который должен быть переноситься с помощью штекерного соединителя, передается поверх контакта в пределах контактной области 46а, а также контакта в пределах области 46b. Эффект этого аспекта некоторых вариантов осуществления изобретения состоит в том, что число различных сигналов, которые можно переносить с помощью заданного числа контактов, уменьшается наполовину по сравнению с тем, если бы контакты, выполненные в областях 46a и 46b, были электрически изолированы друг от друга и предназначались для различных сигналов. Однако эта особенность обеспечивает преимущество в том, что для соответствующего гнездового соединителя необходимо только иметь контакты на одной поверхности в пределах своей полости (например, на верхней поверхности или нижней поверхности). Таким образом, гнездовой соединитель можно выполнить более тонким, чем гнездовой соединитель с контактами, расположенными на обеих верхней и нижней поверхностях полости, что, в свою очередь, позволяет также выполнить более тонким электронное устройство, в которое помещается гнездовой соединитель.
Тело 42 представляет собой, в общем, участок соединителя 40, который пользователь будет удерживать при вставке и извлечении соединителя 40 из соответствующего гнездового соединителя. Тело 42 можно выполнить из различных материалов и в некоторых вариантах осуществления изготовить из диэлектрического материала такого, например, как термопластичный полимер, сформированный в процессе литья под давлением. Хотя это и не показано на Фиг. 3А или 3В, участок кабеля 43 и участок контактной части 44 могут продолжаться внутри и быть закрытыми телом 42. Электрический контакт с контактами в контактных областях 46a, 46b можно выполнить с отдельными проводами в кабеле 43 в пределах тела 42. В одном варианте осуществления кабель 43 включает в себя множество отдельных изолированных проводов, по одному для каждого единственного в своем роде электрического контакта в пределах областей 46a и 46b, которые припаиваются к контактным площадкам на печатной плате (PCB), размещенной внутри тела 42. Каждая контактная площадка на PCB электрически соединена с соответствующим отдельным контактом в пределах одной из контактных участков 46a или 46b. К тому же, одну или более интегральных схем (ИС) можно функционально соединить внутри тела 42 с контактами внутри областей 46a, 46b для предоставления информации, относительно соединителя 40 и/или аксессуара, частью которого является соединитель, или для выполнения других специфических функций, как будет подробно описано ниже.
В варианте осуществления, показанном на Фиг. 3A и 3B, тело 42 имеет прямоугольное поперечное сечение, которое, в общем, соответствует по форме, но немного больше поперечного сечения контактной части 42. Однако, как обсуждалось в отношении Фиг. 4А-4E, тело 42 может иметь различные формы и размеры. Например, тело 42 может иметь прямоугольное поперечное сечение с закругленными или скошенными краями (которые называются здесь как, ″в общем, прямоугольное″ поперечное сечение), круглое поперечное сечение, овальное поперечное сечение, а также множественные другие подходящие формы. В некоторых вариантах осуществления, как тело 42, так и контактная часть 44 соединителя 40 имеют одинаковую форму поперечного сечения и имеют одинаковую ширину и высоту (толщину). В качестве одного примера, тело 42 и контактная часть 44 можно объединить для образования, по существу, плоского, единого соединителя, где тело и контактная часть выглядят как одно целое. В других вариантах осуществления поперечное сечение тела 42 имеет различную форму, чем поперечное сечение контактной части 44, например, тело 42 может иметь искривленные верхнюю и нижнюю и/или искривленную боковую поверхности, тогда как контактная часть 44 остается, по существу, плоской.
Кроме этого, вариант осуществления, показанный на Фиг. 3А-3С, включает в себя соединитель 40 в виде части кабельного соединителя. В некоторых вариантах осуществления штекерные соединители согласно изобретению используются в устройствах, таких как стыковочные станции, радиочасы и другие аксессуары или другие электронные устройства. В некоторых вариантах осуществления контактная часть 44 может продолжаться непосредственно из корпуса, связанного со стыковочной станцией, радиочасами или другим аксессуаром или электронным устройством. Корпус, связанный с аксессуаром или устройством, которое может иметь форму, которая сильно отличается от формы тела 42, можно затем рассматривать как тело соединителя.
Хотя на Фиг. 3А-3С контактная часть 44 показана, как имеющая, по существу, прямоугольную и, по существу, плоскую форму, в некоторых вариантах осуществления изобретения первая и вторая основные поверхности 44a, 44b могут иметь сопряженные выпуклые или вогнутые радиусы кривизны или могут иметь сопряженную углубленную область, расположенную по центру между сторонами контактной части 44. Контактные области 46a и 46b могут быть образованы в углубленных областях, и углубленные области могут, например, продолжаться от дистального кончика контактной части 44 на всем пути до основания 42 или могут продолжаться только вдоль участка длины контактной части 44 (например, между ½ - ¾ длины контактной части), заканчиваясь в точке основания 42. Боковые поверхности 44с и 44 d могут также иметь сопряженные выпуклые или вогнутые радиусы кривизны.
Обычно, форма и радиус кривизны поверхности 44с и 44b являются зеркальными по отношению друг к другу, так же как форма и радиус кривизны поверхностей 44а и 44b, в соответствии с конструкцией с двойной ориентацией соединителя 40, как описано ниже. Дополнительно, хотя на Фиг. 3А-3С показаны поверхности 44с, 44d, как имеющие ширину, по существу, меньше, чем ширина поверхностей 44a, 44b (например, меньше или равную одной четверти или одной второй ширины поверхностей 44a, 44b), в некоторых вариантах осуществления изобретения боковые поверхности 44c, 44d имеют ширину, которая находится относительно близко к, или даже равна или шире, чем ширина поверхностей 44a, 44b.
На Фиг. 4A-4E показаны упрощенные виды спереди и вариантов осуществления соединителя 40, в котором тело 42 и/или контактная часть 44 имеют различные формы поперечного сечения. Например, на Фиг. 4А основные поверхности 44a и 44b являются слегка выпуклыми, тогда как на Фиг. 4В и 4С, боковые поверхности 44с и 44d являются закругленными. На Фиг. 4C изображен пример соединителя, который имеет углубленные области 45a и 45b, образованные на основных поверхностях 44a и 44b, соответственно, контактной части 44. Углубленные области продолжаются от дистального кончика контактной части 44 вдоль участка длины контактной части 44 и расположены по центру между боковыми поверхностями 44c и 44d. На Фиг. 4D изображен пример соединителя, в котором контактная часть 44 имеет форму поперечного сечения с выступами на концах, где края 45с и 45d образованы на сторонах контактной части. Соответствующий гнездовой соединитель может включать в себя полость, выполненную для сопряжения краев таким образом, чтобы каря 45c, 45d способствовали выравниванию соединителя в полости во время события стыковки. На Фиг. 4E изображен пример соединителя, в котором тело 42 имеет приблизительно одинаковую ширину, как и контактная часть 44, но больше, чем контактная часть в направлении высоты. Специалистам в данной области техники будет понятно, что Фиг. 3С и 4А-4E являются только примерами подходящих форм поперечного сечения для тела 42 и контактной части 44, и множественные другие формы поперечного сечения можно использовать для каждого тела 42 и контактной части 44 в различных вариантах осуществления изобретения.
Контактную часть 44 можно изготовить из различных материалов, включающих в себя металл, диэлектрик или их комбинации. Например, контактная часть 44 может иметь керамическое основание, которое имеет контакты, напечатанные непосредственно на его внешних поверхностях или может включать в себя рамку, изготовленную из эластомерного материала, который включает в себя гибкие цепи, прикрепленные к рамке. В некоторых вариантах осуществления контактная часть 44 включает в себя внешнюю рамку, изготовленную в основном или исключительно из металла, такого как нержавеющая сталь, и контактные области 46a и 46b сформированы внутри отверстий рамки, как показано, например, на Фиг. 5А-5С.
На Фиг. 5А и 5В показаны упрощенные виды сверху и сбоку штекерного соединителя 50 согласно варианту осуществления изобретения. Штекерный соединитель 50 включает в себя многие из тех же самых особенностей, как и штекерный соединитель 40, но дополнительно включает в себя первую и вторую особенности 54а и 54b удержания, которые выполнены с возможностью зацепления с особенностями удержания на соответствующем гнездовом соединителе для надежного закрепления соединителей вместе во время события стыковки. Дополнительно, рамка 52, которая иногда называется как оболочка, и которую можно называть как заземляющее кольцо в случае, когда оно изготовлено из электропроводного материала, обеспечивает конструкционную опору для соединителя и определяет внешнюю форму контактной части 44.
Как показано на Фиг. 5C и 5D, на которых изображены упрощенные виды сверху и снизу в перспективе, соответственно, рамки 52, рамка может включать в себя первую и вторую противоположные стороны 52а, 52b, продолжающиеся в направлениях ширины и длины рамки, третью и четвертую противоположные стороны 52с, 52d, продолжающиеся между первой и второй сторонами в направлениях высоты и длины, и кончик 52е, продолжающийся в направлениях ширины и высоты между первой и второй сторонами, а также между третьей и четвертой сторонами на дистальном конце рамки. Стороны 52а-52е охватывают полость 55, которая может вмещать участки соединителя 50. Противоположные отверстия 56а и 56b в полости 55 образованы на сторонах 52а и 52b, соответственно. Отверстие 56а ограничивает местоположение первой контактной области 46а, тогда как отверстие 56b, которое в некоторых вариантах осуществления имеет тот же самый размер и форму, как и отверстие 56а, ограничивает местоположение второй контактной области 46b. Таким образом, как показано на Фиг. 5C и 5D, каждая из контактных областей полностью окружена по осям Х и Y внешней поверхностью рамки 52. Такая конфигурация особенно полезна в случае, когда рама 52 изготовлена из электропроводного материала, такого как нержавеющая сталь или другого твердого токопроводящего металла. В таких вариантах осуществления рамку 52 можно заземлить (и, таким образом, она может называться как заземляющее кольцо 52) для того, чтобы минимизировать помехи, которые могут в противном случае произойти на контактах соединителя 50. Таким образом, в некоторых вариантах осуществления заземляющее кольцо 52 может обеспечить защиту от электростатического разряда (ESD) и электромагнитную совместимость (EMC) и может действовать как одна опорная точка заземления для всех сигналов, передаваемых через соединитель.
Первую и вторую особенности 54a и 54b удержания можно сформировать на противоположных сторонах контактной части 44 в пределах рамки 52. Особенности 54a, 54b удержания представляют собой часть системы удержания, которая включает в себя одну или более особенностей на штекерном соединителе, которые выполнены с возможностью зацепления с одной или более особенностей на соответствующем гнездовом соединителе для надежного закрепления соединителей вместе при вставке штекерного соединителя в гнездовой соединитель. В иллюстрированном варианте осуществления особенности 54a, 54b удержания представляют собой полукруглые выемки на боковых поверхностях контактной части 44, которая продолжается от поверхности 44а до поверхности 44b. Особенности удержания могут широко варьироваться и могут включать в себя наклонные выемки или углубления, карманы которых формируются только на боковых поверхностях и не продолжаются до любой из поверхностей 44a, 44b, на которых сформированы контактные области 46a, 46b или другие области с углублениями. Особенности удержания выполнены с возможностью зацепления с механизмом удержания на гнездовом соединителе, который может аналогичным образом широко варьировать. Механизм(ы) удержания может представлять собой, например, одну или несколько пружин, которые включают в себя наконечник или поверхность, которая помещается внутри выемок 54a, 54b для удержания, одну или несколько подпружиненных защелок или аналогичные фиксирующие механизмы. Система удержания, включающая в себя особенности 54a, 54b удержания и соответствующие механизмы удержания на гнездовом соединителе, можно спроектировать с возможностью обеспечения специфических усилий вставки и извлечения таким образом, чтобы усилие удержания, которое требуется для вставки штекерного соединителя в гнездовой соединитель, было выше, чем усилие извлечения, которое требуется для извлечения штекерного соединителя из гнездового соединителя.
Хотя на Фиг. 5А-5С показаны особенности 54a, 54b удержания, как имеющие характеристику охватывающего сопряжения, и механизм удержания, связанный с гнездовым соединителем, был описан выше как имеющий охватываемую характеристику, которая перемещается в особенностях 54a, 54b удержания, в других вариантах осуществления эти функции могут отличаться. Например, в одном варианте осуществления особенности 54a, 54b удержания могут представлять собой подпружиненные выступающие части, которые входят в зацепление с охватывающим механизмом удержания на гнездовом соединителе. В других вариантах осуществления одну из особенностей 54a, 54b удержания можно выполнить как охватываемую, тогда как другую из особенностей 54a, 54b удержания можно выполнить как охватывающую. В других вариантах осуществления можно использовать другие механизмы удержания, такие как механические или магнитные защелки или механизмы с ортогональной вставкой. Дополнительно, на Фиг. 5А показаны особенности 54а и 54b удержания, как выполненные в рамке 52, в вариантах осуществления изобретения, которые не включают в себя рамку, особенности удержания можно выполнить в виде любой конструкции или из любого материала, из которого выполнена контактная часть 44.
Особенности 54a, 54b удержания можно также расположить в различных позициях вдоль соединителя 50, в том числе вдоль боковых поверхностей контактной части 44 и/или верхней и нижней поверхностей контактной части 44. В некоторых вариантах осуществления особенности 54a, 54b удержания можно расположить на передней поверхности 42а тела 42 и выполнить с возможностью зацепления с механизмом удержания, расположенном на передней наружной поверхности гнездового соединителя. В варианте осуществления, иллюстрированном на Фиг. 5А-5С, особенности 54a, 54b удержания располагаются в пределах последней трети длины контактной части 44. Авторы изобретения установили, что позиционирование особенностей удержания и соответствующего механизма защелкивания в гнездовом соединителе рядом с концом штекерного соединителя способствует лучшему закреплению соединителя сбоку, когда он находится в положении зацепления внутри гнездового соединителя.
Обратимся теперь к Фиг. 6A и 6B. На Фиг. 6А изображен упрощенный вид сверху штекерного соединителя 60 согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения, тогда как на Фиг. 6B изображен упрощенный вид в перспективе рамки 62, которая образует часть контактной части 44 соединителя 60. Рамка 62 представляет собой рамку с U-образной формой, которая продолжается от дистального конца соединителя 60 вдоль стороны соединителя по направлению к телу 42 и имеет толщину, которая равна толщине (Т) соединителя 60. Рамка 62 включает в себя боковые участки 62а, 62b, которые могут иметь различные длины в различных вариантах осуществления. В некоторых вариантах осуществления стороны 62а, 62b продолжаются после контактных областей 46a, 46b на всем протяжении до тела 42 соединителя. В других вариантах осуществления стороны могут продолжаться после контактных областей 46а, 46b, но не на всем протяжении до тела 42 (как показано на Фиг. 7B); могут продолжаться точно до конца контактных областей 46a, 46b или могут быть относительно короткими и продолжаться только частично вдоль длины контактных областей. Контактные области 46a, 46b находятся между противоположными сторонами 62а, 62b. Рамку 62, как и рамку 52, можно выполнить из электропроводного материала, и она называется как заземляющее кольцо 62.
Контактные области 46a, 46b в любом из соединителей 40, 50 или 60, которые были обсуждены выше (а также соединители 80, 90, 100 и другие, обсужденные ниже) могут включать в себя любое число внешних контактов от одного до двадцати или более, размещенных в виде множества различных рисунков. На Фиг. 7A-7H представлены различные примеры размещений контактов в пределах контактной области 46 согласно различным вариантам осуществления изобретения. Как показано на Фиг. 7A, контактная область 46 может включать в себя два контакта 71(1) и 71(2), которые расположены по центру и симметрично в пределах контактной области. Аналогичным образом, на Фиг. 7B изображена контактная область 46, имеющая три контакта 72(1)…72(3), расположенных по центру и симметрично в пределах контактной области, тогда как на Фиг. 7С и 7D изображены контактные области 46, имеющие четыре таких контакта 73(1)…73(4) и восемь таких контактов 74(1)…74(8), соответственно.
В некоторых вариантах осуществления отдельные контакты могут иметь различный размер. Это можно особенно полезно, например, там, где один или более контактов выделены для переноса высокого напряжения или большого тока. На Фиг. 7E изображен один такой вариант осуществления, где семь контактов 75(1)…75(7) размещены в одном ряду в пределах контактной области 46, и центральный контакт 75(4) в два или три раза больше по сравнению с другими контактами.
Хотя на Фиг. 7A-7E показан один ряд контактов в пределах контактной области 46, некоторые варианты осуществления изобретения могут включать в себя два, три или более рядов контактов. В качестве примеров, контактная область 46, показанная на Фиг. 7F, включает в себя два ряда по четыре контакта 76(1)…76(4) и 76(5)…76(8), причем каждый ряд находится по центру между сторонами контактной области и симметрично относительно центральной линии, пересекающей длину контактной области; на Фиг. 7G показана контактная область 46, имеющая первый ряд по три контакта 77(1)…77(3) и второй ряд по четыре контакта 77(4)…77(7), расположенных в пределах контактной области; и на Фиг. 7H изображена контактная область 46, имеющая три ряда по три контакта, то есть в общей сложности девять контактов 78(1)…78(9).
Каждая из контактных областей 46, показанных на Фиг. 7A-7H, является типичной для обеих областей 46a и 46b согласно конкретным вариантам осуществления изобретения. То есть согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения штекерный соединитель может включать в себя две контактные области 46a и 46b, каждая из которых включает в себя два контакта, как показано на Фиг. 7A в виде области 46. В другом варианте осуществления штекерный соединитель может включать контактные области 46a и 46b, каждая из которых включает в себя три контакта, как показано на Фиг. 7B. Еще одни варианты осуществления настоящего изобретения включают в себя: штекерный соединитель, имеющий контактные области 46a и 46b, как показано на Фиг. 7С в виде области 46; штекерный соединитель, имеющий контактные области 46a и 46b, как показано на Фиг. 7D в виде области 46; штекерный соединитель, имеющий контактные области 46a и 46b, как показано на Фиг. 7E в виде области 46; штекерный соединитель, имеющий контактные области 46a и 46b, как показано на Фиг. 7F в виде области 46; штекерный соединитель, имеющий контактные области 46a и 46b, как показано на Фиг. 7G в виде области 46; и соединитель 40, имеющий контактные области 46a и 46b, как показано на Фиг. 7H в виде области 46.
Контакты в пределах областей 46a, 46b могут включать в себя среди прочего контакты, предназначенные для широкого разнообразия сигналов, в том числе контакты питания, заземляющие контакты, контакты для аналоговых сигналов и контакты для цифровых сигналов. В некоторых вариантах осуществления один или несколько заземляющих контактов выполнено в областях 46a и 46b, тогда как в других вариантах осуществления заземляющие контакты расположены только на кончике 44е и/или на боковых поверхностях 44c, 44d соединителя 40. Варианты осуществления, в которых используются заземляющие контакты в одном или более положениях вдоль периферийной стороны и/или на оконечных поверхностях соединителя 40, а не в пределах контактных областей 46a или 46b, позволяют обеспечить общую площадь, занимаемую контактной части 44 соединителя, меньше, чем у аналогичного соединителя, который включает в себя заземляющие контакты в контактных областей 46a или 46b.
Контакты питания в пределах областей 46a, 46b могут передавать сигналы с любым напряжением и, в качестве примера, могут передавать сигналы в пределах 2-30 Вольт. В некоторых вариантах осуществления множественные контакты питания включены в области 46a, 46b передавать сигналы питания с различными уровнями напряжений, которые можно использовать для различных целей. Например, один или более контактов для доставки слаботочного питания с напряжением 3,3 вольта, которое можно использовать для питания вспомогательных устройств, подсоединенных к соединителю 40, можно включить в области 46a, 46b, а также один или более контактов для доставки сильноточного питания с напряжением 5 вольт для заряда портативных медиаустройств, соединенных с соединителем 40. Как обсуждено в отношении Фиг. 7E, в некоторых вариантах осуществления один или более контактов питания в пределах областей 46a, 46b могут быть более мощными по сравнению с другими контактами для того, чтобы более эффективно обеспечить более мощные контакты для передачи высокой мощности и/или высокого тока. В других вариантах осуществления множественные контакты можно электрически соединить вместе для обеспечения одного или более ″более мощных контактов″ для передачи высокой мощности и/или сильного тока. Например, в одном варианте осуществления контакты 74(4) и 75(5), показанные на Фиг. 7D, можно электрически соединить вместе с тем, чтобы они действовали как один силовой контакт.
Примеры контактов для аналоговых сигналов, которые можно включить в контактные области 46a, 46b, включают в себя контакты для отдельных левого и правого каналов для обоих сигналов вывода аудио и ввода аудио, а также контакты для видеосигналов, таких как видеосигналы RGB, компонентные видеосигналы YPbPr и другие. Аналогичным образом, многие различные типы цифровых сигналов можно переносить с помощью контактов в областях 46a, 46b, в том числе сигналы передачи данных, такие как сигналы USB (включая USB 1.0, 2.0 и 3.0), сигналы FireWire (которые также называются как IEEE 1394), сигналы UART, сигналы Thunderbolt, сигналы SATA и/или любой другой тип сигнала высокоскоростного последовательного интерфейса или другой тип сигнала передачи данных. Цифровые сигналы в пределах контактных областей 46a, 46b могут также включать в себя сигналы для цифрового видео, такие как сигналы DVI, сигналы HDMI и сигналы Display Port, а также другие цифровые сигналы, которые выполняют функции, которые обеспечивают обнаружение и идентификацию устройств или аксессуаров в соединителе 40.
В некоторых вариантах осуществления промежутки между отдельными контактами в контактных областях 46a, 46b заполняются диэлектрическим материалом, например, с использованием методов литья под давлением таким образом, чтобы они находились на одном уровне с верхней поверхностью контактов. Диэлектрический материал отделяет соседние контакты друг от друга и отделяет набор контактов в контактной области от рамки или металлической поверхностью заземляющего кольца, которое окружает контакты. В некоторых вариантах осуществления диэлектрический материал и контакты образуют сплошную внешнюю поверхность контактной части 44, которая обеспечивает ощущение совместимости и уверенности поперек поверхностей контактной части 44, тогда как в других вариантах осуществления каждая из контактных областей 46a, 46b, включающих в себя диэлектрические материалы и контакты, может быть углублена на очень маленькую величину (например, между 0,2 и 0,01 мм), чтобы гарантировать, что ни один из отдельных контактов не выступает над внешней поверхностью рамки 52, что повышает вероятность того, что в течение 1000 циклов использования выступающий или ″высокий″ контакт не будет каким-либо образом механически удален из соединителя. Дополнительно, чтобы повысить устойчивость и надежность, соединитель 40 можно полностью герметизировать и исключить содержание подвижных частей.
Чтобы лучше понять и оценить симметричную, при повороте на 180 градусов, конструкцию с двойной ориентацией некоторых вариантов осуществления изобретения, обратимся к Фиг. 8A-8C, на которых изображена штекерный соединитель 80 согласно конкретному варианту осуществления изобретения, которая включает в себя четыре отдельных контакта, образованных в каждой из контактных областей 46a и 46b. В частности, на Фиг. 8А и 8В показаны упрощенные виды первой стороны 44 и противоположной второй стороны 44b, соответственно, соединителя 80, тогда как на Фиг. 8C показан упрощенный вид в разрезе соединителя 80 по линии А-А′ (как показано на Фиг. 8А), который также включает в себя схематичное изображение электрических соединений между контактами соединителя. Как показано на Фиг. 8C, каждый из контактов 73(1)…73(4) на поверхности 44 соединителя 80 электрически соединен с контактом, расположенным непосредственно напротив себя на поверхности 44b, с помощью электрического соединения 82(1)…82(4), которое представлено в схематичной форме. Для удобства рассмотрения, контакты, которые электрически соединены вместе на двух различных сторонах соединителя, обозначены одним и тем же номером контакта и иногда называются здесь как ″соответствующая пара″ контактов или ″соответствующие соединенные контакты″. Электрический контакт между соответствующими парами контактов можно выполнить различными способами. В некоторых вариантах осуществления электрический контакт между контактами в соответствующей паре выполнен в виде контактной части 44 или тела 42. В качестве одного примера, печатная плата (PCB), которая включает в себя контактные площадки, напечатанные на ее верхней и нижней поверхностях могут продолжаться в пределах контактной части 44. Сквозные отверстия или переходные отверстия можно выполнить в печатной плате непосредственно между контактными площадками на противоположных поверхностях и заполнить электропроводным материалом (таким как, медь) для электрического соединения каждой контактной площадки, образованной на верхней поверхности с соответствующей контактной площадкой на противоположной поверхность. Отдельные контакты на поверхности 44 соединителя, припаянные к контактным площадкам на одной стороне печатной платы, можно, таким образом, электрически соединить с соответствующими соединенными контактами на поверхности 44b, припаянными к контактным площадкам на другой стороне печатной платы. В других вариантах осуществления там, где заземляющее кольцо не охватывает контакты на кончике соединителя, вместо электрического соединения через контактную часть 44 контакты можно соединить вместе путем намотки вокруг кончика соединителя от поверхности 44а до поверхности 44b.
Возвращаясь теперь к Фиг. 8А и аспекту двойной ориентации соединителя 80, контактная область 46 может включать в себя четыре равномерно расположенных контакта 73(1)…73(4), выполненных внутри области. По отношению к центральной плоскости 59, которая перпендикулярна и проходит через середину соединителя 50 вдоль своей длины, контакты 73(1) и 73(2) находятся в зеркальном отношении с контактами 73(3) и 73(4) относительно центральной линии 59. То есть, промежуток от центральной линии 59 до контакта 73(2) является таким же, как и промежуток от центральной линии 59 до контакта 73(3). Кроме того, промежуток от центральной линии 59 до контакта 73(1) является таким же, как и промежуток от центральной линии 59 до контакта 73(4). Контакты в каждой из пар контактов 73(1), 73(4) и 73(2), 73(3) также расположены на одинаковом расстоянии от сторон 44с, и 44d соединителя по отношению друг к другу и расположены по длине контактной части 44 на одинаковом расстоянии от конечной поверхности 44е.
Аналогичным образом, на Фиг. 8B контактная область 46b включает в себя такое же количество контактов, как и область 46a, и эти области также расположены на расстоянии друг от друга согласно одному и тому же промежутку, как и в области 46с. Таким образом, контактная область 46b включает в себя четыре контакта 73(1)…73(4), расположенных на расстоянии друг от друга в пределах области 46b согласно одинаковому расположению и промежутку, как и контакты 73(1)…73(4) в пределах области 46. Поскольку расположение и промежуток между контактами в областях 46a и 46b являются идентичными при отсутствии какой-либо особой отметки или метки на одной из поверхностей 44a или 44b, поверхности и расположение контактов на каждой из поверхностей 44a, 44b могут выглядеть идентичными или, по меньшей мере, по существу, одинаковыми.
Как упомянуто выше, соединитель 80 может сопрягаться с гнездовым соединителем, который имеет один набор контактов, не считая заземляющие контакты, на внутренней поверхности. В качестве примера, на Фиг. 9А и 9В показаны упрощенные схемы, которые изображают штекерный соединитель 80, состыкованный с гнездовым соединителем 85 в двух различных возможных ориентациях стыковки. Гнездовой соединитель 85 включает в себя тел 86, который ограничивает полость 87. Контакты 88(1)…88(4) располагаются вдоль первой внутренней поверхности полости 87, и заземляющие контакты 88(а) и 88(b) располагаются на боковых внутренних поверхностях полости. Контакты отсутствуют на второй внутренней поверхности, противоположной первой внутренней поверхности.
Как показано на Фиг. 9А и 9В, когда контактная часть 44 соединителя 80 полностью вставлена в полость 87, каждый из контактов 73(1)…73(4) выровнен с и находится в физическом контакте с одним из контактов 88(1)…88(4), независимо от того, в какой из двух возможных ориентаций (которые для удобства называются здесь как ″вверх″ или ″вниз″ для удобства, но должно быть понятно, что они являются относительными терминами, предназначенными для обозначения изменения на 180 градусов при ориентации только соединителя) вставляется соединитель 80 в полость 87. При вставке соединителя 80 в полость 87 стороной 44 (Фиг. 9А) вверх, контакт 73(1) совпадет с контактом 88(1), контакт 73(2) совпадет с контактом 88(2), контакт 73(3) совпадет с контактом 88(3), и контакт 73(4) совпадет с контактом 88(4). При вставке соединителя 80 в полость 87 стороной 44b вверх (Фиг. 9B), контакты выравниваются различным образом так, что контакт 73(4) совпадет с контактом 88(1), контакт 73(3) совпадет с контактом 88(2), контакт 73(2) совпадет с контактом 88(3), и контакт 73(1) совпадет с контактом 88(4). Дополнительно, когда штекерный соединитель 80 включает в себя боковые заземляющие контакты 73a, 73b, каждый боковой контакт совпадет с одним из боковых заземляющих контактов 88a, 88b из гнездового соединителя 85 в любом из двух возможных ориентаций вставки, как показано на Фиг. 9А и 9В.
Таким образом, независимо от того, в каком положении ″вверх″ или ″вниз″ штекерный соединитель 80 вставляется в гнездовой соединитель 85, между контактами в штекерном соединителе и гнездовом соединителе можно выполнить правильный электрический контакт. Некоторые варианты осуществления настоящего изобретения дополнительно относится к электронному хост-устройству, которые включают в себя гнездовой соединитель и схему, которая переключает функциональность выводов контактов гнездового соединителя на основании ориентации вставки штекерного соединителя. В некоторых вариантах осуществления схема определения ориентации в гнездовом соединителе или хост-электронное устройство, в котором размещен гнездовой соединитель, позволяет обнаруживать ориентацию штекерного соединителя и устанавливать программные и/или аппаратные переключатели для переключения внутренних соединений на контакт в гнездовом соединителе и при необходимости правильного согласования контактов гнездового соединителя с контактами штекерного соединителя. Детали различных вариантов осуществления такой схемы изложены в одновременно поданной автором данной заявки и находящейся на рассмотрении заявки США ____________, (Номер в реестре патентного поверенного No. 90911-825181), содержание которой включено в настоящее описание во всей своей полноте и для всех целей.
В некоторых вариантах осуществления ориентацию штекерного соединителя можно обнаружить на основании физического ключа ориентации (который отличается от ключа полярности тем, что ключ ориентации не предотвращает вставку штекерного соединителя в гнездовой соединитель в множественных ориентациях), который, в зависимости от ориентация штекерного соединителя, входит в зацепление или не входит в зацепление с соответствующим контактом с ориентацией в гнездовом соединителе. Схема, подсоединенная к контакту с ориентацией, позволяет затем определить, с какой из двух возможных ориентаций была вставлена штекерный соединитель в гнездовой соединитель. В других вариантах осуществления ориентацию штекерного соединителя можно определить путем обнаружения характеристик (например, уровень напряжения или тока) на одном или более контактах или путем передачи и приема сигналов через один или более контактов с использованием алгоритма взаимного опознавания. Схема в хост-устройстве, которая функционально соединена с гнездовым соединителем, позволяет затем установить программные и/или аппаратные ключи для правильного согласования контактов гнездового соединителя с контактами штекерного соединителя.
Хотя каждый контакт в контактной зоне 46а соединителя 80 электрически соединен с контактом, расположенным непосредственно напротив самого себя в контактной зоне 46b, в других вариантах осуществления, контакты в контактной зоне 46а могут быть электрически соединены с контактами в контактной зоне 46b, которые не находятся непосредственно напротив друг друга. Фиг. 10А-10С, которые аналогичны Фиг. 8A-8C и изображают соединитель 90, имеющий четыре контакта, расположены идентично контактам соединителя 80, иллюстрируют один такой вариант осуществления, где каждый контакт в контактной зоне 46а присоединен с соответствующим контактом в контактной зоне 46b, в диагональном соотношении друг с другом. Как показано на Фиг. 10А, расположение контактов 73(1)…73(4) в контактной области 46а соединителя 90 идентично расположению контактов в контактной области 46а соединителя 80. Однако в соединителе 90 контакт 73(1) в контактной зоне 46а электрически соединен с соответствующим контактом в контактной зоне 46b, при этом контакт 73(1) находится на противоположной стороне плоскости 59, проходящей через центр, и расположен на том же самом расстоянии от плоскости, проходящей через центр. Аналогичным образом, каждый из контактов 73(2), 73(3) и 73(4) в контактной зоне 46а электрически соединены с соответствующими контактами 73(2), 73(3) и 73(4) в контактной зоне 46b, расположенной в диагональном соотношении на противоположной стороне, и расположен на том же самом расстоянии от осевой линии 59.
Электрический контакт между контактами в соответствующей паре контактов в соединителе 90 можно выполнить любым подходящим способом. В одном варианте осуществления соединения между соответствующими контактами выполнены в пределах контактной части и/или тела соединителя. В качестве одного примера печатная плата с контактными площадками, напечатанными на ее верхней и нижней поверхностях, один для каждого контакта 73(1)…73(4) в каждой из областей 46a и 46b, могут продолжаться через внутреннюю часть контактной части 44. Ряд электропроводных линий через, сквозных отверстий и переходных отверстий, выполненных на PCB, могут электрически подсоединять каждый контакт из контактной области 46а со своим соответствующим подсоединенным контактом в контактной области 46b согласно схеме, показанной на Фиг. 10C.
Электрическое соединение контактов между поверхностями 46a и 46b способом, показанным на Фиг. 10C, обеспечивает преимущество в том, что независимо от того, в какой из двух возможных ориентаций соединитель 90 стыкуется с гнездовым соединителем, при этом контакты в гнездовом соединителе совпадают с теми же самыми контактами в соединителе 90. Фиг. 11А и 11В, которые представляют собой упрощенные схемы, показывающие соединитель 90, сопряженные с гнездовым соединителем 85 в двух различных возможных ориентациях стыковки, иллюстрируют этот аспект варианта осуществления, показанный на Фиг. 10C. На Фиг. 11А, Соединитель 90 вставлен в полость 87 соединителя 85 стороной 44а вверх. В этой ориентации, контакт 73(1) штекерного соединителя находится в физическом контакте с контактом 88(1) гнездового соединителя, контакт 73(2) штекерного соединителя находится в физическом контакте с контактом 88(2) гнездового соединителя, контакт 73(3) штекерного соединителя находится в физическом контакте с контактом 88(3) гнездового соединителя, и контакт 73(4) штекерного соединителя находится в физическом контакте с контактом 88(4) гнездового соединителя.
Как показано на Фиг. 11B, при вставке штекерного соединителя 90 в гнездовой соединитель 85 стороной 44b вверх, контакты точно выравниваются тем же самым способом. Таким образом, гнездовой соединитель 85, предназначенный для стыковки с соединителем 90, не должен включать в себя схему, которая переключает контакты, на основании ориентации соединителя 90. Дополнительно, как и в случае соединителя 80, если соединитель 90 включает в себя боковые контакты 73a, 73b, причем каждый боковой контакт выровнен с одним из боковых контактов 88a, 88b независимо от ориентации вставки.
В других вариантах осуществления некоторые из отдельных контактов в контактной области 46а можно соединить с соответствующими контактами в контактной области 46b непосредственно напротив друг друга, как показано на Фиг. 8A-8C, тогда как другие отдельные контакты в контактной области 46а можно соединить с соответствующими контактами в контактной области 46b, расположенными в диагональном соотношении друг к другу, как показано на Фиг. 10А-10С. Например, центральные контакты 73(2) и 73(3) можно соединить вместе, как показано на Фиг. 8A-8C, тогда как внешние контакты 73(1) и 73(4) можно соединить вместе так, как показано на Фиг. 10А-10С.
Чтобы облегчить особенность двойной ориентации некоторых вариантов осуществления изобретения, некоторые или все контакты в пределах контактных областей 46a, 46b соединителя можно разместить таким образом, чтобы контакты с одинаковым назначением позиционировались в пределах каждой из контактных областей в зеркальной взаимосвязи друг с другом по отношению к плоскости 59 (центральной плоскости), которая делит пополам соединитель по длине контактной части 44. Например, возвращаясь снова к Фиг. 8А, контакт 73(1) находится в зеркальной взаимосвязи с контактом 73(4), так как каждый контакт находится в пределах того же самого ряда и расположен на одинаковом расстоянии от плоскости 59, но на противоположных сторонах центральной плоскости. Аналогичным образом, контакт 73(2) находится в зеркальной взаимосвязи с контакта 73(3) по отношению к центральной линии 59. Контакты аналогичного назначения представляют собой контакты, которые предназначены для передачи аналогичных сигналов. Примеры контактных пар аналогичного назначения могут включать в себя первый и второй контакты питания, левый и правый контакты вывода аудио, первый и второй защемляющие контакты, пару контактов передачи дифференциальных данных или два контакта передачи дифференциальных данных одинаковой полярности (например, два положительных и два отрицательных контакта передачи дифференциальных данных), пару последовательных контактов для передачи и приема и/или другие общие первый и второй контакты для цифровых сигналов.
Симметричная зеркальная взаимосвязь между контактами аналогичного назначения в каждой из областей 46a, 46b гарантирует, что для каждой пары контактов аналогичного назначения в зеркальном соотношении, один из контактов аналогичного назначения будет электрически соединяться с контактом в гнездовом соединителе, который либо выделен конкретному контакту, либо можно легко переключить на конкретный контакт. Это, в свою очередь, упрощает переключающую схему, которая необходима в гнездовом соединителе. В качестве примера, там, где контакты 73(1) и 73(4) представляют собой контакты аналогичного назначения, которые выделяются для пары сигналов дифференциальных данных в случае, когда штекерный соединитель 80 вставляется в гнездовой соединитель 85, один из контактов для сигналов дифференциальных данных будет находиться в физическом контакте с гнездовым контактом 88(1), а другой из контактов для сигналов дифференциальных данных будет находиться в физическом контакте с гнездовым контактом 88(4) независимо от того, состыкован ли штекерный соединитель с гнездовым соединителем при ориентации вставки ″вверх″ или ″вниз″. Таким образом, оба гнездовых контакта 88(1) и 88(4) могут представлять собой контакты дифференциальных данных (или могут функционально соединяться через переключатель или мультиплексор со схемой, которая поддерживает контакты дифференциальных данных), обеспечивая при этом то, что они будут электрически соединены с контактами дифференциальных данных в штекерном соединителе независимо от его введения ориентации. Таким образом, переключающие схемы в пределах гнездового соединителя не должны учитывать то, что контакт питания или другой контакт, который имеет внутренние соединения, сильно отличающиеся от тех, которые требуются для контакта дифференциальных данных, может находиться в одном из местоположений, которое выровнено с контактом 88(1) или 88(4).
Хотя на Фиг. 8A-8C и 10A-10C изображены конкретные варианты осуществления изобретения с четным числом контактов в каждой из контактных областей 46a и 46b, некоторые варианты осуществления изобретения могут включать в себя нечетное число контактов в каждой из областей 46a, 46b. В таких вариантах осуществления один из контактов на каждой стороне штекерного соединителя представляет собой центральный контакт, который находится по центру вокруг биссекторной плоскости 59 и, таким образом, выровнен с расположенным по центру гнездовым контактом в обоих положениях ″вверх″ и ″вниз″. Центральные контакты не находятся, по существу, в зеркальном соотношении (по отношению к осевой линии 59) с другим контактом, кроме левой и правой половин центрального контакта, зеркально расположенных по отношению друг к другу, и таким образом, не образуют пары с другим контактом аналогичного назначения тем же самым способом, который можно было бы использовать для других контактов.
Фиг. 12А-12С иллюстрируют этот аспект некоторых вариантов осуществления изобретения и изображают штекерный соединитель 99, который имеет три контакта 72(1)…72(3), выполненные на верхней поверхности контактной части 44 штекерного соединителя, которые электрически соединены с соответствующими контактами на нижней поверхности, как и в случае соединителя 80 и Фиг. 8C. Когда соединитель 99 вставляется в соответствующий гнездовой соединитель 95 в положении ″вверх″, контакты 72(1)…72(3) совпадают с контактами 98(1)…98(3) гнездового соединителя, соответственно. Когда соединитель вставляется в гнездовой соединитель 80 в положение ″вниз″, контакты 72(3)…72(1) меняются местами и совпадают с контактами 98(1)…98(3) гнездового соединителя, соответственно. В обеих ориентациях контакт 72(2) штекерного соединителя совпадет с центральными гнездовыми контактами 98(2). Кроме этого, в каждой ориентации, каждый из боковых контактов 72a, 72b совпадает с боковыми контактами 98a, 98b.
Обратимся теперь к Фиг. 13А-13С, на которых изображен соединитель 100 с двойной ориентацией, имеющий восемь контактов, расположенных расстоянии друг от друга в одном ряду в каждой из контактных областей 46a и 46b согласно варианту осуществления изобретения. На Фиг. 13А показан упрощенный вид в перспективе соединителя 100, и на Фиг. 13В и 13С показаны упрощенные виды сверху и снизу, соответственно, соединителя 100. Как показано на Фиг. 13А, соединитель 100 включает в себя тело 42 и контактный участок 44, которая продолжается в продольном направлении от тела 42 в направлении, параллельном длине соединителя. Кабель 43 прикреплен к телу 42 на конце, противоположном контактному участку 44.
Контактная часть 44 имеет размеры, необходимые для вставки в соответствующий гнездовой соединитель во время события стыковки и включает в себя первую контактную область 46a, образованную на первой основной поверхности 44a, и вторую контактную область 46b (на Фиг. 13А не показана), образованную на второй основной поверхности 44b поверхности, противоположной поверхности 44а. Поверхности 44a, 44b продолжаются от дистального конца контактной части до основы 109, которая при вставке контактной части 44 в соответствующий гнездовой соединитель, примыкает к корпусу гнездового соединителя, или гнездовой соединитель входит в состав хост-устройства. Контактная часть 44 также включает в себя первую и вторую противоположные боковые поверхности 44c, 44d, которые продолжаются между первой и второй основными поверхностями 44a, 44b. В некоторых вариантах осуществления контактная часть 44 имеет ширину в пределах 5-10 мм, толщину в пределах 1-3 мм и имеет глубину вставки (расстояние от кончика контактной части 44 до основы 109) в пределах 5-15 мм. Кроме этого, в некоторых вариантах осуществления контактная часть 44 имеет длину, которая больше, чем его ширина, которая больше его толщины. В других вариантах осуществления длина и ширина контактной части 44 находятся в пределах 0,2 мм друг от друга. В одном конкретном варианте осуществления контактная часть 44 имеет ширину 6,7 мм, толщину 1,5 мм и глубину вставки (расстояние от кончика контактной части 44 до основы 109) 6,6 мм. В других вариантах осуществления контактная часть 44 имеет такую же ширину 6,7 мм и высоту 1,5 мм, но более большую длину. Такие варианты могут быть особенно полезны для стыковки с гнездовыми соединителями с отверстием на стороне электронного устройства, которое имеет изогнутый или в иных случаях в высокой степени стилизованный корпус. В таких устройствах, длину контактной части можно увеличить на величину, которая определяется наклоном корпуса устройства и высотой тела 42. То есть, контактная часть 44 может иметь длину А для обеспечения правильной работы с гнездовым соединителем, размещенным внутри корпуса, имеющего вертикальную кромку или край в отверстии гнездового соединителя. Однако, чтобы работать должным образом с наклонным корпусом устройства, можно добавить дополнительную длину B, чтобы компенсировать кривизну корпуса устройства, и можно добавить дополнительную длину C, чтобы компенсировать толщину корпуса 42 штекерного соединителя для того, чтобы гарантировать то, что контакты в областях 46a, 46b способны стыковаться с контактами в гнездовом соединителе в изогнутом корпусе так, как если бы они находились в корпусе, имеющем плоский или вертикальный край. Так как изгиб корпуса становится меньше, значение B можно соответственно увеличить. Аналогичным образом, так как корпус 42 штекерного соединителя становится толще, значение C можно увеличить.
Конструкция и форма контактной части 44 определяется заземляющим кольцом 105, которое аналогично заземляющему кольцу 52, показанному на Фиг. 5C, и можно изготовить из нержавеющей стали или другого твердого электропроводного материала. Заземляющее кольцо 105 также включает в себя участок фланца или основу 109, которая включает в себя поверхности 109a и 109b, которые продолжаются от основания до поверхностей 44a и 44b, соответственно, заземляющего кольца. Соединитель 100 включает в себя особенности 102а, 102b удержания, выполненные в виде изогнутых карманов на сторонах заземляющего кольца 105, которые не продолжаются до одной из верхней поверхности 44a или нижней поверхности 44b. Тело 42, которое присоединено к заземляющему кольцу 105 на основе 109, показано на Фиг. 13А в прозрачном виде (через пунктирные линии) с тем, чтобы были видны некоторые компоненты внутри тела. Как показано, внутри тела 42 находится печатная плата (РСВ) 104, которая продолжается в заземляющее кольцо 105 между контактными областями 46a и 46b по направлению к дистальному кончику соединителя 100. Одну или более интегральных схем (ИС), таких как чипы 108a и 108b со специализированными интегральными схемами (ASIC), можно функционально соединить с PCB 104 для предоставления информации относительно соединителя 100 или любого аксессуара или устройства, частью которого является соединитель 100, и/или для выполнения специфических функций, таких как аутентификация, идентификация, конфигурация контакта и регулировка тока или мощности.
В качестве примера, в одном варианте осуществления модуль ID встроен в ИС, которая функционально соединена с контактами соединителя 100. Модуль ID можно запрограммировать с помощью информации идентификации и конфигурации относительно соединителя и/или связанного с ним аксессуара, который может поддерживать связь с хост-устройством во время события стыковки. В качестве другого примера, модуль аутентификации, запрограммированный для выполнения процедуры аутентификации, например, процедуры шифрования открытого ключа, со схемой на хост-устройстве можно осуществить в пределах ИС, которая функционально соединена с соединителем 100. Модуль ID и модуль аутентификации можно выполнить в пределах той же самой ИС или в пределах различных ИС. В качестве еще одного примера, в вариантах осуществления, где соединитель 100 является частью зарядного аксессуара, в пределах одной из ИС 108а или 108b можно выполнить регулятор тока. Регулятор тока можно функционально подсоединить к контактам, которые позволяют подавать мощность для заряда аккумулятора в хост-устройстве и регулировать ток, подаваемый через эти контакты, для того, чтобы обеспечить постоянный ток независимо от входного напряжения и даже в том случае, когда входное напряжение изменяется кратковременным образом.
Контактные площадки 110 можно также сформировать в пределах тела 42 рядом с концом РСВ 104. Каждую контактную площадку можно подсоединить к контакту или контактной паре в пределах областей 46a и 46b. Провода (не показаны) внутри кабеля 43 можно затем припаять к контактным площадкам, чтобы обеспечить электрическое соединение от контактов до аксессуара или устройства, с которым ассоциируется соединитель 100. В общем, существует одна контактная площадка или один провод внутри кабеля 43 для каждого набора электрически независимых контактов (например, пара соответствующих соединенных контактов, один в области 46а и другой в области 46b, которые электрически соединены друг с другом через PCB 104) соединителя 100. Дополнительно, один или более заземляющих проводов (не показано) от кабеля 43 можно также припаять или иным образом подсоединить к заземляющему кольцу 105 для сигнала заземления.
Как показано на Фиг. 13B, 13С, восемь внешних контактов 106(1)…106(8) расположены на расстоянии друг от друга вдоль одного ряда в каждой из контактных областей 46a, 46b. Каждый контакт в контактной области 46а электрически соединен с соответствующим контактом в контактной области 46b на противоположной стороне соединителя. Контакты 106(1)…106(8) можно использовать для передачи большого множества сигналов, в том числе цифровых сигналов и аналоговых сигналов, а также питания и заземления, как было обсуждено ранее. В одном варианте осуществления каждый контакт 106(1)…106(8) имеет удлиненную контактную поверхность. В одном варианте осуществления общая ширина каждого контакта меньше, чем 1,0 мм на поверхности, и в другом варианте осуществления ширина находится в пределах 0,75 мм и 0,25 мм. В одном конкретном варианте осуществления длина каждого контакта 106(i), по меньшей мере, в 3 раза длиннее на поверхности, чем его ширина, и в другом варианте осуществления длина каждого контакта 106(i), по меньшей мере, в 5 раз длиннее, на поверхности, чем его ширина.
На Фиг. 14А изображена одна конкретная реализация схемы 106а расположения выводов для штекерного соединителя 100 согласно одному варианту осуществления изобретения. Схема 106а расположения контактов включает в себя восемь контактов 106(1)…106(8), которые могут соответствовать контактам, показанным на Фиг. 13А-13С. Каждый из контактов 106(1)…106(8) в схеме 106а расположения контактов является зеркальным контактом, что означает, что отдельный контакт 106(i) соединен с другим контактом 106(i) непосредственно напротив себя на противоположной стороне соединителя. Таким образом, каждый из контактов 106(1)…106(8) находится в зеркальном соотношении с идентичным контактом, который для удобства представлен той же самой ссылочной контакт, как его ответный или зеркальный контакт.
Как показано на Фиг. 14А, схема 106а расположения контактов включает в себя два контакта 106(4), 106(5), которые электрически соединены вместе, чтобы функционировать как единый контакт, выделенный для передачи питания; первый и второй контакты 106(1) и 106(8) аксессуара, которые можно использовать для сигнала питания аксессуара и сигнала ID аксессуара, и четыре контакта 106(2), 106(3), 106(6) и 106(7) передачи данных. в любом из контактов 106(1)…106(8) на верхней или нижней поверхностях соединителя отсутствует выделенный контакт для заземления. Вместо этого, заземление получается между заземляющим кольцом (на Фиг. 14А не показано) и контактами на стороне соответствующего гнездового соединителя, как было обсуждено выше.
Контакты 106(4), 106(5) питания могут иметь размеры, рассчитанные на любые приемлемые требования по питанию для портативного электронного устройства и, например, можно спроектировать для передачи напряжения в пределах 3-20 вольт от аксессуара для зарядки хост-устройства, подсоединенного к соединителю 100. Контакты 106(4), 106(5) питания располагаются в центре контактных областей 46a, 46b для того, чтобы целостность сигнала за счет поддержания питания по возможности далеко от сторон заземляющего кольца 105.
Контакт 106(1) питания аксессуара можно использовать для сигнала питания аксессуара, который обеспечивает подачу питания от хоста в аксессуар. Сигнал питания аксессуара представляет собой типично сигнал с более низким напряжением, чем питание в сигнале, принимаемом через контакты 106(4) и 106(5), например, 3,3 Вольта, по сравнению с 5 Вольтами или выше. Контакт ID аксессуара обеспечивает канал связи, который позволяет хост-устройству аутентифицировать аксессуар и позволяет аксессуару обмениваться информацией с хост-устройством относительно возможностей аксессуара, как будет более подробно описано ниже.
Контакты 106(2), 106(3), 106(6) и 106(7) передачи данных можно использовать для подключения связи между хостом и аксессуаром с использованием одного или более из нескольких различных протоколов связи. В некоторых вариантах осуществления контакты 106(2) и 106(3) передачи данных действуют как первая пара контактов передачи данных, и контакты 106(6), 106(7) передачи данных действуют как вторая пара контактов передачи данных, которые позволяют осуществить два различных последовательных интерфейса связи через контакты передачи данных, как будет обсуждено ниже. В схеме 106а расположения контактов контакты 106(2), 106(3) передачи данных располагаются рядом с и с одной стороны контактов питания, тогда как контакты 106(6) и 106(7) передачи данных располагаются рядом с, но с другой стороны контактов питания. Контакты питания аксессуара и ID аксессуара располагаются на каждом конце соединителя. Контакты передачи данных могут представлять собой контакты для высокоскоростной передачи данных, которые действуют на скорости, которая выше по величине, по меньшей мере, на два порядка, чем у любых сигналов, передаваемых через контакт ID аксессуара, что позволяет сигналу ID аксессуара выглядеть, по существу, как сигнал постоянного тока (DC) в линиях высокоскоростной передачи данных. Таким образом, позиционирование контактов передачи данных между контактами питания и контактом ID улучшает целостность сигнала за счет размещения контактов передачи данных между контактами, предназначенными для сигналов постоянного тока или, по существу, сигналов постоянного тока.
На Фиг. 14B изображена реализация схемы 106b расположения контактов для штекерного соединителя 100 согласно другому варианту осуществления изобретения. Аналогично схеме 106а расположения контактов, схема 106b расположения контактов также включает в себя восемь контактов 106(1)…106(8) на каждой стороне соединителя 100, которые могут соответствовать контактам, показанным на Фиг. 13А-13С. Схема 106а расположения контактов, отличается от схемы 106b расположения контактов тем, что некоторые из контактов являются зеркальными контактами, тогда как другие контакты находятся в диагональном соотношении друг с другом через осевую линию 59 соединителя или поперек одной из двух четвертных линий 59, 59b соединителя, как описано ниже (в данном контексте термин ″четвертная линия″ не охватывает осевую линию). Кроме этого, схема 106а расположения контактов включает в себя один контакт питания вместо двух контактов питания на каждой стороне соединителя и добавляет выделенный заземляющий контакт.
В частности, как показано на Фиг. 19B, схема 106b расположения контактов включает в себя первую пару зеркальных контактов 106(2), 106(3) передачи данных и вторую пару зеркальных контактов 106(6) и 106(7) передачи данных, где каждый отдельный зеркальный контакт передачи данных электрически соединен с соответствующим контактом передачи данных непосредственно напротив себя на противоположной стороне соединителя. Контакт 106(5) питания включает в себя два контакта, которые располагаются в диагональном соотношении друг с другом через осевую линию 59, тогда как заземляющий контакт 106(1) включает в себя два контакта, которые располагаются в диагональном соотношении друг с другом через осевую линию 59. С другой стороны, контакт 106(4) питания аксессуара и контакт ID аксессуара расположен в диагональном соотношении с ответными контактами через четвертные линии 59а и 59b, соответственно. Когда соединитель 100 включает в себя схему 106b расположения контактов, одна сторона соединителя 100 может иметь контакты 106(1)…(8), расположенные последовательно по порядку, как показано на Фиг. 14B, хотя и другая сторона соединителя 100, включает в себя контакты, расположенные в следующем порядке: 106(1), 106(7), 106(6), 106(8), 106(5) питания, 106(3), 106(2), 106(4), где каждый отдельный контакт 106(i) электрически соединен с контактом, имеющим одинаковую ссылочную позицию на противоположной стороне соединителя, как показано на Фиг. 14B.
Контакт 106(5) питания может иметь такие размеры, которые удовлетворяют любому приемлемому требованию по питанию для портативного электронного устройства, и, например, могут быть спроектированы для подачи напряжения в пределах 3-20 Вольт от аксессуара для заряда хост устройства, подсоединенного к соединителю 100. Заземляющий контакт 106(8) предусматривает выделенный заземляющий контакт на одном конце ряда контактов по возможности дальше как можно дальше от контакта 106(5) питания. Заземление в схеме 106b расположения контактов также предусмотрено через заземляющее кольцо 105 через контакты на стороне соответствующего гнездового соединителя, как и в случае схемы 106а расположения контактов. Однако дополнительный выделенный заземляющий контакт 106(1) обеспечивает дополнительную рабочую зону заземления и имеет преимущество в том, что целостность контакта заземляющего вывода 106(1) можно, в частности, спроектировать с возможностью передачи сигнала электрического заземления (например, используя медные контакты, покрытые золотом) без ограничений по твердости или других требований, связанных с контактами на стороне заземляющего кольца 105, что гарантирует, что заземляющее кольцо является достаточно надежным для того, чтобы выдержать несколько тысяч циклов использования.
Контакты 106(2), 106(3), 106(6) и 106(7) передачи данных в схеме 106b расположения контактов могут быть идентичными контактам передачи данных, которые были обсуждены по отношению к схеме 106а расположения контактов. В схеме 106b расположения контактов каждая пара из контактов 106(2), 106(3) и 106(6), 106(7) передачи данных расположена между контактом 106(5) питания и заземляющим контактом 106(1), каждый из которых переносит сигнал постоянного тока, и одним из контактов 106(4) питания аксессуара и 106(8) ID аксессуара, соответственно, которые переносят сигнал питания аксессуара (сигнал постоянного тока) или относительно низкоскоростной сигнал ID аксессуара. Как обсуждено выше, контакты передачи данных могут представлять собой контакты для высокоскоростной передачи данных, которые действуют при скорости, которая выше по амплитуде, по меньшей мере, на два порядка, чем сигналы ID аксессуара, позволяя ему выглядеть, по существу, как сигнал постоянного тока в линиях высокоскоростной передачи данных. Таким образом, позиционирование контактов передачи данных между контактами питания или заземляющими контактами и контактами АСС увеличивает целостность сигнала за счет расположения контактов передачи данных между контактами, предназначенными для сигналов постоянного тока или, по существу, сигналов постоянного тока.
В одном из вариантов осуществления, схема 106a расположения контактов представляет собой назначение сигналов штекерного соединителя 100 при образовании пары штекерный соединитель/гнездовой соединитель, которая может представлять собой первичную систему физического соединителя для экосистемы изделий, которая включает в себя как электронные хост-устройства, так и вспомогательные устройства. В другом варианте осуществления схема 106b расположения контактов представляет собой такие назначение сигналов. Примеры хост-устройств включают в себя смартфоны, портативные медиаплееры, планшетные компьютеры, переносные компьютеры типа ″лэптоп″, настольные компьютеры и другие вычислительные устройства. Аксессуар может представлять собой любую часть аппаратных средств, которые подсоединяется к или обеспечивает связь с или иным образом расширяет функциональные возможности хоста. Множественные различные типы вспомогательных устройств можно, в частности, спроектировать или адаптировать для связи с хост-устройствами через соединитель 100 для того, чтобы обеспечить дополнительные функциональные возможности для хоста. Штекерный соединитель 100 может входить в состав каждого вспомогательного устройства, которое является частью экосистемы, чтобы хост и аксессуар мог поддерживать связь друг с другом по физическому/электрическому каналу в случае, когда штекерный соединитель 100 из аксессуара состыкован с соответствующим гнездовым соединителем в хост-устройстве. Примеры вспомогательных устройств включают в себя стыковочную станцию, кабели и устройства для зарядок/синхронизации, кабельные переходники, радиочасы, игровые контроллеры, аудиооборудование, устройства считывания карт памяти, наушники, видеооборудование и адаптеры, клавиатуры, медицинские датчики, такие как устройства контроля за частотой сердечных сокращений и устройства контроля за кровяным давлением, терминалы для ведения розничной торговли (POS), а также множественные другие аппаратные устройства, которые можно подсоединять к и могут осуществлять обмен данными с хост-устройством.
Можно оценить, что для некоторых аксессуаров может потребоваться связь с хост-устройством с использованием различных протоколов связи, а не аксессуаров. Например, для некоторых аксессуаров может потребоваться связь с хост, использующем различные протоколы дифференциальных данных, такие как USB 2.0, тогда как для других аксессуаров может потребоваться связь с использованием асинхронного последовательного протокола связи. В одном варианте осуществления контакты 106(2), 106(3), 106(6) и 106(7) передачи данных можно выделить двум парам различных контактов передачи данных, двум парам или контактам для последовательной передачи/приема или одной паре различных контактов передачи данных или одной паре контактов последовательной передачи/приема в зависимости от цели соединителя 100 или функции соединителя 100 аксессуара, который является частью его. В качестве примера, который особенно полезен для аксессуаров и устройств, ориентированных на потребителя, четыре контакта передачи данных могут вмещать два из следующих трех интерфейсов связи: USB 2.0, шину Mikey Bus или интерфейс для универсального асинхронного приемника/передатчика (UART). В качестве другого примера, который особенно полезен для отладки и тестирования устройств, набор контактов передачи данных может вмещать два из любых протоколов связи USB 2.0, UART или JTAG. В каждом случае фактический протокол связи, который используется для связи через данный контакт передачи данных, может зависеть от аксессуара, как будет обсуждено ниже.
Как упомянуто выше, соединитель 100 может включать в себя одну или несколько интегральных схем, которые обеспечивают информацию относительно соединителя и любого аксессуара или устройства, который является его частью, и/или выполнять специфические функции. Интегральные схемы могут включать в себя схему, которая принимает участие в алгоритме взаимного опознавания, которая сообщает функцию одного или более контактов хост-устройству, с которым стыкуется соединитель 100. Например, модуль ID можно выполнить в рамках ИС 108а, как обсуждено выше, и функционально подсоединить к контакту ID, к контакту 106(8) в каждой из схем 106а и 106b расположения контактов, и модуль аутентификации можно осуществить в виде ИС 108в с модуле ID или в отдельной ИС, такой как ИС 108b. Каждый из модулей ID и аутентификации включает в себя считываемое компьютером запоминающее устройство, которое можно запрограммировать с информацией идентификации, конфигурации и аутентификации, относящейся к соединителю и/или связанному с ней аксессуару, который может поддерживать связь с хост-устройством во время события стыковки. Например, когда соединитель 100 стыкуется с гнездовым соединителем в электронном хост-устройстве, хост-устройство может посылать команду через контакт ID аксессуара (который расположен для выравнивания с контактом ID соответствующего штекерного соединителя) в виде части алгоритма взаимного опознавания для того, чтобы определить, авторизирован ли аксессуар для связи и работы с хостом. Модуль ID может принимать и реагировать на команду путем отправления предопределенного ответа в обратном направлении через контакт ID. Ответ может включать информацию, которая идентифицирует тип аксессуара или устройства, которое является частью соединителя 100, а также различные возможности или функциональные возможности устройства. В хост-устройство можно также передавать ответ относительно того, что соединитель 100 использует интерфейс связи или протокол связи на каждой из контактных пар 106(2), 106(3) и 106(6), 106(7) передачи данных. Например, если соединитель 100 является частью USB-кабеля, то ответ, отправленный с помощью модуля ID может включать в себя информацию, которая сообщает хост-устройству, что контакты 106(2) и 106(3) представляют собой контакты дифференциальных данных USB. Если соединитель 100 представляет собой соединитель для наушников, ответ может включать в себя информацию, которая сообщает хосту, что контакты 106(6) и 106(7) являются контактами шины Mikey Bus. Переключающая схема в рамках хост может затем конфигурировать хост-схему, которая функционально соединена с контактами в гнездовом соединителе, соответственно, как обсуждено ниже.
Во время процедуры взаимного опознавания модуль аутентификации может также аутентифицировать соединитель 100 (или аксессуар, который является частью его) и определять, является ли соединитель 100 (или аксессуар) соответствующим соединителем/аксессуаром для хоста, чтобы взаимодействовать с использованием любой соответствующей процедуры аутентификации. В одном варианте осуществления аутентификация происходит через контакт ID перед идентификацией и этапами переключения контактов. В другом варианте осуществления аутентификация происходит через один или более контактов передачи данных после того, как они сконфигурированы согласно ответу, отправленному с помощью аксессуара.
На Фиг. 15А и 15В изображен один вариант осуществления гнездового соединителя 140 согласно изобретению, который может быть включен в хост-устройство для того, чтобы аксессуар, имеющий соединитель 100 можно было физически подсоединить к хост-устройству. Как показано на Фиг. 15А, 15В, гнездовой соединитель 140 включает в себя восемь контактов 146(1)…146(8), которые расположены на расстоянии друг от друга в один ряд. В одном варианте осуществления гнездовой соединитель 140, имеющий схему расположения контактов 146(1)…146(8), совместим со штекерным соединителем, имеющим схему 106a расположения контактов, и в другом варианте осуществления схема расположения контактов 146(1)…146(8) совместима со штекерным соединителем, имеющим схему 106b расположения контактов. Контакты располагаются внутри полости 147, которая ограничена корпусом 142. Гнездовой соединитель 140 также включает в себя механизмы 145а, 145b бокового удержания, которые входят в зацепление с особенностями 102а, 102b удержания в соединителе 100, чтобы гарантировать, что соединитель 100 внутри полости 147 после стыковки соединителя. Механизмы 145а, 145b бокового удержания могут представлять собой, например, пружины, и могут быть изготовлены из электропроводного материала, для дублирования заземляющих контактов. Гнездовой соединитель 140 также включает в себя два контакта 148(1) и 148(2) (которые иногда называются как контакты ″обнаружение соединителя″), которые располагаются немного позади ряда сигнальных контактов, и которые можно использовать для обнаружения при вставке соединителя 100 в полость 140 и обнаружения в случае, когда соединитель 100 выходит из полости 140 при отсоединении соединителей друг от друга.
В одном варианте осуществления гнездовой соединитель 140 имеет схему расположения контактов, как показано на Фиг. 15C, которая соответствует схеме 106а расположения контактов, и в другом варианте осуществления гнездовой соединитель 140 имеет схему расположения контактов, как показано на Фиг. 16B, которая соответствует схеме 106b расположения контактов. На каждом Фиг. 15C и 15D выводы ACC1 и ACC2 выполнены с возможностью стыковки с выводами питания аксессуара или ID аксессуара штекерного соединителя в зависимости от ориентации вставки штекерного соединителя, пара контактов Data A выполнены с возможностью стыковки с парой контактов Data 1 или парой контактов Data 2 штекерного соединителя, и вывод или выводы P_IN (вход питания) выполнены с возможностью стыковки с контактом или контактами Питания штекерного соединителя. Дополнительно, в схеме расположения контактов (Фиг. 15D), контакт GND выполнен с возможностью стыковки с контактом GND в штекерном соединителе.
Обратимся теперь к Фиг. 16A-16K, на которых показаны упрощенные виды в разрезе штекерного соединителя 100, связанного с вспомогательным устройством (не показано), которое стыкуется с гнездовым соединителем 140, которое входит в состав электронного хост-устройства (корпус или кожух которого частично показан на каждой фигуре). Каждый раз, когда пользователь взаимодействует со вспомогательным устройством или электронным хост-устройство, пользователь может сделать оценку относительно его качества. Такое взаимодействие может происходить в случае, когда пользователь вставляет штекерный соединитель, такой как соединитель 100 в соответствующий гнездовой соединитель, такой как гнездовой соединитель 140. Если штекерный соединитель вставляется легко в гнездовой соединитель, то у пользователя может усиливаться впечатление относительно того, что электронное устройство, которое включает в себя соединитель 100 или соединитель 140, имеет высокое качество, и что компания, которая производит электронное устройство, является компанией, производящей продукцию высокого качества, а также то, что можно доверять производителю надежных устройств. Кроме этого, такая легкая вставка может повысить впечатление пользователей и просто сделать устройство более приятным в использовании.
1
Соответственно, варианты осуществления настоящего изобретения позволяют выполнить отверстия штекерных соединителей и гнездовых соединителей, которые обеспечивают легкую вставку штекерного соединителя в гнездовой соединитель. На Фиг. 16А показан пример, который является упрощенным видом сверху штекерного соединителя 100 и гнездового соединителя 140 при выравнивании друг с другом перед событием стыковки согласно варианту осуществления изобретения. В этом примере штекерный соединитель 100 может иметь изогнутый передний край 101. Передний край 101 можно закруглить приблизительно на 1 мм от своей длины на каждом из своих концов, как показано с помощью расстояния L, и в некоторых вариантах осуществления закруглить на каждом конце в пределах от 0,5 мм и 1,5 мм. Этот закругленный передний конец позволяет облегчить вставку штекерного соединителя 100 в гнездовой соединитель 140, когда штекерный соединитель повернута относительно своей оси, то есть, когда штекерный соединитель вставляется под неправильным углом наклона в продольном направлении. Кроме этого, в этом примере можно выполнить многоярусное отверстие с помощью корпуса устройства (и связанных с ним частей) в гнездовом соединителе 140, в который вставляется штекерный соединитель 100. Многоярусное отверстие позволяет облегчить вставку штекерного соединителя в гнездовой соединитель в случае, когда штекерный соединитель вставляется слишком далеко слева или слишком далеко справа от отверстия в направлении X.
В этом конкретном примере отверстие гнездового соединителя 140 можно выполнить с помощью края с окантовкой 492, которая взаимодействует с гнездовым корпусом 142, образуя полость для вставки, в которую во время события стыковки вставляется штекерный соединитель 100. Окантовка 492, которую можно присоединить к кожуху 490 устройства в местоположении, не показанном на Фиг. 16А, может иметь скошенные передние кромки 494. Гнездовой корпус 142 можно сместить за окантовку 492, и он может иметь наклонную поверхность 495 на сторонах окантовки 492, что позволяет дополнительно сузить полость для вставки. В некоторых вариантах осуществления скошенные края 494 и наклонные поверхности 495 расположены под углом друг к другу в пределах 30-60 градусов и в одном варианте осуществления расположены под углом приблизительно 45 градусов. Кроме этого, в некоторых вариантах осуществления скошенные края 494 имеют ширину между 0,1 и 0,5 мм, и наклонные поверхности 495 имеют ширину в промежутке от двух до четырех раз больше ширины скошенных кромок 494. В одном конкретном варианте осуществления скошенные передние кромки скошены приблизительно на 0,3 мм, и наклонные поверхности 495 сужают отверстие полости для вставки приблизительно на 1 мм с каждой стороны окантовки. Таким образом, в данном варианте осуществления многоступенчатое отверстие позволяет обеспечить допуск 2,6 мм в размещении штекерного соединителя 100 относительно отверстия гнездового соединителя 140. Этот относительно большой допуск (с учетом общей ширины 6,6 мм для штекерного соединителя) в сочетании с изогнутыми краями штекерного соединителя 100 позволяет пользователю относительно легко вставлять штекерный соединитель в гнездовой соединитель. Опять же, это простота вставки позволяет формировать мнение пользователя о качестве вспомогательного устройства и/или электронного хост-устройства.
На Фиг. 16B изображен упрощенный вид в разрезе штекерного соединителя 100 и гнездового соединителя 140 в одинаковом положении выравнивания по отношению друг к другу перед событием стыковки, показанном на Фиг. 16А. Так как штекерный соединитель вставляется в полость 147 гнездового соединителя, первой точкой контакта между двумя соединителями будет заземляющее кольцо 105, которое входит в контакт c металлической окантовкой 492, которая охватывает отверстие в полости 147 и заземляется. Таким образом, любой статический заряд, который накапливается на штекерном соединителе, можно разрядить при контакте с окантовкой. Так как штекерный соединитель вставляется дальше в полость 147, различные участки штекерного соединителя могут сначала входить в контакт или в зацепление с различными участками гнездового соединителя, как показано на Фиг. 16C-K. Например, на Фиг. 16C изображены соответствующие положения двух соединителей, когда отдельные контакты 106(i) могут входить в контакт с окантовкой 492. В одном варианте осуществления это составляет приблизительно 1,5 мм после того, как передняя кромка 101 соединителя 100 вошла в полость 147 мм или 6,35 мм относительно полностью состыкованного положения. На Фиг. 16D изображены соответствующие положения двух соединителей, когда отдельные контакты 106(i) могут последними входить в контакт с окантовкой. В одном варианте осуществления это составляет приблизительно 4,1 мм после того, как передняя кромка 101 соединителя 100 вошла в полость 147 или 3,75 мм относительно полностью соединенном положении.
На каждом Фиг. 16D и 16F изображен соединитель 100 в положении перед вхождением контактов 106 штекерного соединителя в физический контакт с контактами 146 гнездового соединителя. Как показано на Фиг. 16D и 16E, каждый контакт 146(i) гнездового соединителя включает в себя кончик 146, консольный участок 146b и анкерный участок 146с. Контакты 106 штекерного соединителя представляют собой самозачищающиеся контакты, то есть каждый контакт 106(i) перемещается в поперечном направлении с движением очищения через кончик 146a его соответствующего контакта 146(i) во время события стыковки до установления полностью состыкованного положения, где центральный участок контактной поверхности контакта 106(i) находится в физическом контакте с кончиком 146a гнездового контакта 146(i). Процесс, в котором контакты штекерного соединителя и гнездового соединителя сначала входят в контакт друг с другом, вызывает износ контактов, что может привести к ухудшению эксплуатационных характеристик после нескольких тысяч повторных циклов использования. Согласно вариантам осуществления изобретения были разработаны контакты для уменьшения такого износа и тем самым увеличен срок службы устройства. Чтобы лучше понять этот аспект некоторых вариантов осуществления изобретения обратимся к Фиг. 16E, на которой изображен в разобранном виде участок, показанный на Фиг. 16D пунктирными линиями.
Как показано на Фиг. 16E, граница раздела между передней кромкой 101 и верхней и нижней поверхностями 105a и 105b соединителя 100 может образовывать края 101a и 101b, соответственно. Так как штекерный соединитель 100 вставляется далее в гнездовой соединитель 140, край 101a (или край 101b, если соединитель вставляется в обратной ориентации) контакта 106(i) может входить в зацепление или в контакт с гнездовым контактом 146(i), как показано на Фиг. 16G. Согласно вариантам осуществления изобретения можно сформировать поверхности 103a, 103b заземляющего кольца 105 таким образом, чтобы край 101a был расположен на высоте Z, что уменьшает износ гнездового контакта 106(i) и увеличивает срок службы устройства. В частности, так как поверхности 103a, 103b расположены под более острым углом, можно увеличить высоту Z. Это, в свою очередь, может заставить края 101a, 101b войти в зацепление с контактом 146(i) рядом с верхней поверхностью или кончиком 146a. Но в случае, когда штекерный соединитель 100 входит в зацепление с гнездовым соединителем 140, контакт 106(i) на штекерном соединителе может стыковаться с гнездовым контактом 146(i) на верхней поверхности 146 (как показано на Фиг. 16K). Соответственно, если поверхности 103a, 103b наклонены слишком сильно, края 101a, 101b могут вызывать износ металлического покрытия вблизи кончика 146a гнездового контакта 146(i), что может ухудшать электрические соединения между вставляемым контактом 106(i) соединителя и гнездовым контактом 146(i) соединителя.
Следует отметить, что большую высоту Z можно обеспечить за счет увеличения высоты гнездового контакта 146(i). Но это потребует большего отклонения гнездового контакта 146(i) во время вставки штекерного соединителя. Для большего отклонения гнездового контакта 146(i) может потребоваться бульшая контактная консоль, что приведет к большей длине гнездового контакта в направлении вставки полости 147 во избежание усталости и холодной обработки гнездового контакта 146i). И наоборот, когда высота Z является слишком маленькой, края 101a, 101b могут наталкиваться на контакт 146(i) в местоположении намного ниже, чем верхняя поверхность 146a, показанная в этом примере как местоположение 146d. Зацепление контакта 146(i) в местоположении 146d может увеличить усилие, оказываемое во время вставки штекерного соединителя на гнездовой контакт 146(i), тем самым увеличивая износ покрытия контакта 146(i). Таким образом, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения можно выполнить заземляющее кольцо 105, имеющее края 101a, 101b, которые располагаются с возможностью зацепления гнездовых контактов 146 соединителя в местоположении, расположенном на расстоянии от верхней поверхности 146a для того, чтобы защитить покрытие в этот точке стыковки. Края 101a, 101b можно в дальнейшем позиционировать во избежание чрезмерного усилия, оказываемого во время вставки штекерного соединителя на контакты 146 гнездового соединителя.
Возвращаясь теперь к Фиг. 16F и 16H, перед любым из контактов 106, который входит в электрический контакт с контактами 146, заземляющее кольцо 105 входит в контакт с защелками 145a, 145b, которые также действуют как заземляющие контакты (Фиг. 16F), и затем каждый из контактов 146 скользит мимо границы раздела между передним участком заземляющего кольца 105 и началом одной из контактных областей 46a, 46b (Фиг. 16H). В одном конкретном варианте осуществления, первоначальный контакт с защелками 145a, 145b происходит на расстоянии 2,6 мм от полностью состыкованного положения, и контакты 146 первыми касаются диэлектрического материала в одной из контактных областей 46a, 46b на расстоянии 1,4 мм от полностью состыкованного положения. Затем, как показано на Фиг. 16I, только 0,2 мм после того, как контакты 146 больше не находятся в физическом контакте с заземляющим кольцом 105 (1,2 мм от полностью состыкованного положения), контактный соединитель соединителя 100 обнаруживает контакты 148(1) и 148(2), и только 0,4 мм, после того как контакты 106 штекерного соединителя начинают входить в контакт с контактами 146 гнездового соединителя, и затем достигается полностью состыкованное положение на расстоянии 0,8 мм.
На Фиг. 16K изображено завершение события стыковки между штекерным и гнездовым соединителями, где штекерный соединитель 100 полностью вставляется в полость 147 гнездового соединителя 140. В полностью состыкованном положении, каждый из контактов 106(1)…106(8) из одной из контактных областей 46а или 46b физически соединены с одним из контактов 146(1)…146(8) в зависимости от ориентации вставки соединителя 100 по отношению к соединителю 140. Таким образом, когда штекерный соединитель 100 имеет схему 106a расположения контактов, контакт 146(1) будет физически подсоединяться к контакту 106(1) или 106(8) в зависимости от ориентации вставки; контакты 146(2), 146(3) передачи данных будут соединены с контактами 106(2), 106(3) передачи данных или с контактами 106(7), 106(6) передачи данных в зависимости от ориентации вставки и т.д.
Перед событием стыковки, хост обычно не будет знать об ориентации вставки штекерного соединителя 100, или какой протокол связи будет передаваться через контакты 106(2), 106(3), 106(6) и 106(7) передачи данных. Переключающая схема в хост-устройстве включает в себя переключатели, которые, при необходимости, функционально подсоединяют схему на стороне хоста, необходимой для поддержки сигналов и интерфейсов связи, используемых контактами соединителя 100, к контактам 146(1)…146(8) гнездового соединителя. На Фиг. 17 изображен один вариант осуществления переключающей схемы 150, сконфигурированный таким образом, чтобы хост-устройство могло реализовать схему 106a расположения контактов, показанную на Фиг. 14А. Переключающая схема 150 включает в себя переключатели 151 и 158, которые функционально соединены с гнездовыми контактами 146(1) и 146(8), соответственно, и переключатели 152, 153, 156 и 157, которые функционально соединены с контактами 146(2), 146(3), 146(6) и 146(7), соответственно. В одном варианте осуществления для контактов 146(4) и 146(5) переключатели не требуются, так как, независимо от ориентации вставки, эти контакты всегда выровнены с контактами 106(4) и 106(5) питания в схеме 106a расположения контактов, которые электрически подсоединяются друг к другу. В другом варианте осуществления предусмотрен переключатель 151-158 для каждого из контактов 146(1)…146(8), и переключатель первоначально находится в разомкнутом состоянии до тех пор, пока схема, подсоединенная к контактам 148(1), 148(2) не обнаружит, что соединитель 100 полностью вставлен в гнездовой соединитель, и аксессуар авторизирован для работы с хостом, причем в это время переключатели соединяют схему так, как описано ниже.
Каждый из переключателей 151 и 158 предусматривает схему, которая обеспечивает подачу сигнала питания аксессуара на контакт гнездового соединителя, который будет переключаться на контакт 146(1) или 146(8) в зависимости от ориентации вставки штекерного соединителя 100. Дополнительно, некоторые варианты осуществления изобретения обеспечивают передачу сигналов данных (например, пару сигналов передачи и приема UART или тактовых сигналов JTAG) через контакты 146(1), 146(8). Переключатели 151 и 158 могут также функционально соединить схему, которая требуется для поддержания такой связи UART или JTAG, с контактами 146(1), 146(8), как это определяется во время процедуры взаимного опознавания и/или сообщается соединителем 100. Аналогичным образом, каждый из переключателей 152, 153, 156 и 157 переключает необходимую схему для поддержки интерфейсов связи USB 2.0, Mikey Bus или UART на контактах 152, 153, 156 и 157 по команде, подаваемой соединителем 100.
Переключающие схемы 150 также позволяет использовать интерфейс связи с помощью контактов передачи данных, которые будут динамически переключается, тогда как соединитель 100 соединен с хост-устройством. Динамическое переключение можно инициировать, например, с помощью сообщения, отправляемого из модуля ID, расположенного в аксессуаре, в хост-устройство через контакт 106(8), информирующий хост о том, что на контактах будет использоваться новый интерфейс связи. В качестве примера, в ответ на первоначальную последовательность взаимного опознавания, когда соединитель 100 состыкован с соответствующим соединителем на хост-устройстве, модуль ID может отправлять ответ, информирующий хост о том, что контакты 106(2), 106(3) и 106(6), 106(7) передачи данных используются для двух пар контактов дифференциальных данных USB 2.0. Позже в некоторый момент времени в процессе работы аксессуара, в состав которого входит соединитель 100, аксессуар может потребовать использования последовательного интерфейса UART для установления связи с хост-устройством через те же самые два контакта, ранее выделенные для сигналов USB. Для этого, аксессуар устанавливает внутренние переключатели, соединенные с контактами 106(6), 106(7), которые переключают контакты из состояния рабочего соединения со схемой USB в процессоре, который между тем будет соединяться со схемой UART и отправлять сообщение в хост 100, указывая на новую конфигурацию контактов 106(6), 106(7).
Как отмечалось ранее, во многих различных типах аксессуаров можно использовать штекерный соединитель 100 для физического соединения с и подключения связи с хост-устройством, который включает в себя гнездовой соединитель 140. На Фиг. 18-28 представлено несколько специфических примеров таких аксессуаров. На Фиг. 18 изображен упрощенный вид в перспективе зарядного устройства/адаптера 160 USB согласно варианту осуществления изобретения. USB-адаптер 160 включает в себя восьми контактный линейный соединитель 162 с двойной ориентацией на одном конце и штекерный USB-соединитель 164 на одном конце. Вспомогательный кабель 163 пары соединяет соединитель 162 с соединителем 164, в других вариантах осуществления оба соединителя 162 и 164 продолжаются с противоположных сторон одного компактного корпуса. Соединитель 162 может иметь одинаковый физический форм-фактор, как и соединитель 100, показанный на Фиг. 13А, и он включает в себя контакты 166(1)…166(8), которые соответствуют по размеру и форме контактам 106(1)…106(8).
Bus
Зарядное устройство/адаптер 160 USB выполнен, в частности, с возможностью использования в приложениях синхронизации данных и приложениях зарядки. С этой целью, соединитель 162 включает в себя два контакта дифференциальных данных USB 2.0 в местоположениях, где расположена пара контактов дифференциальных данных, Data 1 (местоположения 166(2), 166(3)). На Фиг. 19А и 19В изображены две различные схемы расположения контактов зарядного устройства 160 USB, где схема расположения контактов, показанная на Фиг. 19А, совместима со схемой 106a расположения контактов, и схема расположения контактов, показанная на Фиг. 19B, совместима со схемой 106b расположения контактов. Как показано на Фиг. 20, USB-контакты соединяются через схему 169 защиты ESD к USB-контактами в соединителе 164. Соединитель 162 также включает в себя контакт(ы) питания, соединенный с регулятором 168b тока для подачи выходного сигнала питания из линии V USB-соединителя 164, который можно использовать для заряда хост-устройства. Контакт ID аксессуара подсоединяется к модулю 168а ID соединителя 162 для выполнения процедуры взаимного опознавания между и соединителем и его хостом. Память в модуле 168а ID хранит информацию, которая информирует хост о том, что контакты 166(2), 166(3) выделены для сигналов дифференциальных данных USB 2.0.
Адаптер 160 также включает в себя модуль аутентификации (не показан) для аутентификации адаптера в хосте, как обсуждено выше по отношению Фиг. 14. В одном варианте осуществления модуль аутентификации встроен в модуль 168a ID и аутентифицирует адаптер 160 через контакт ID. В другом варианте осуществления модуль аутентификации подключается к контактам 166(2), 166(3) передачи данных и аутентифицирует адаптер через эти контакты, после того как процедура взаимного опознавания между хостом и модулем ID функционально подсоединяет схему USB в пределах хоста, подсоединенного к гнездовым контактам, которые выровнены с контактами 166(2) и 166(3). Заземление предусмотрено на сторонах соединителя 162 через контакты на боковой стороне заземляющего кольца, и в варианте осуществления, показанного на Фиг. 19B, на заземляющем контакте 166(1). Поскольку USB-адаптер не требует других сигналов передачи данных и не требует питания, которое будет передаваться на него из хоста, контакты для питания аксессуара и для второй пары данных, Data 2, не требуются и в некоторых вариантах осуществления остаются не подсоединенными к схеме. С учетом данной конфигурации, соединитель 520 допускает синхронизацию USB 2.0, а также заряд током 2А при напряжении 5 Вольт, когда USB-соединитель 164 подсоединен к зарядному устройству 165.
На Фиг. 21 изображен упрощенный вид в перспективе стыковочной станции 170, которая включает в себя штекерный соединитель 172 согласно варианту осуществления настоящего изобретения, аналогично соединителю 100, обсужденного со ссылкой на Фиг. 13А-С и 14. Соединитель 172 продолжается вверх от поверхности 173, на которой можно разместить портативное электронное устройство, когда оно пристыковано к станции 170. Когда оно пристыковано, контактная часть 172 стыкуется с гнездовым соединителем, который входит в состав портативного медиаустройства, и вторая поверхность 174 может поддерживать заднюю часть электронного устройства. Контакт ID соединителя 172 подсоединяется к модулю ID в пределах соединителя, чтобы информировать хост о том, что два контакта передачи данных выделены для сигналов дифференциальных данных USB 2.0. Стыковочная станция 170 также включает в себя альтернативный модуль, который может аутентифицировать стыковочную станцию со своим хостом, как обсуждено по отношению USВ-адаптеру 160. Стыковочная станция позволяет заряжать портативное медиаустройство через два, расположенных по центру контакта питания, которые соединены вместе и соединены с регулятором тока для подачи выходного сигнала питания. Заземление предусмотрено на боковых поверхностях соединителя через контакты на стороне заземляющего кольца.
Стыковочная станция 170 позволяет подсоединить портативное медиаустройство, такое как iPod или MP3-плеер или iPhone или 1другой смартфон, к компьютеру через соединитель 172. В одном варианте осуществления соединитель 172 поддерживает полный комплект из восьми контактов, показанных на Фиг. 16А и 16В, и стыковочную станцию 170 можно подсоединить к компьютеру с помощью USB-кабеля. В другом варианте осуществления стыковочная станция включает в себя гнездовой соединитель, имеющий такую же схему расположения контактов, как и соединитель 140, и может подсоединяться к компьютеру, имеющему также гнездовой соединитель 140, с помощью переходника для кабеля, который включает в себя два штекерных соединителя 100, соединенных вместе через кабель.
На Фиг. 22 показан упрощенный вид сверху видеоадаптера 180 согласно варианту осуществления изобретения. Видеоадаптер 180 включает в себя штекерный соединитель 182, аналогичную соединителю 100, который показан на Фиг. 13А-С. Схема расположения контактов адаптера 180, показанная на Фиг. 23А (для версии, совместимой со схемой 106a расположения контактов) и 23 В (для версии, совместимые с схемой 106b расположения контактов), включает в себя один набор контактов дифференциальных данных USB 2.0 и набор контактов для передачи/приема UART. Вспомогательный контакт ID соединен с модулем 188a ID внутри соединителя, который включает в себя память, которая хранит информацию для того, чтобы информировать хост о том, что два из контактов передачи данных выделены для связи USB 2.0, тогда как два других контакта передачи данных выделены для сигналов UART. В одном варианте осуществления один из наборов контактов передачи данных (контакты USB или контакты UART) можно подсоединять с модулю 188с аутентификации в адаптере 180 аутентификации, тогда как в другом варианте осуществления модуль аутентификации подсоединяется к контакта ID наряду с модулем ID, как обсуждено выше в отношении других аксессуаров.
Адаптер 180 включает в себя корпус 184 адаптера, внутри которого находится вместе видеосоединитель 185a для любого подходящего формата видеосигнала. В одном варианте осуществления видеосоединитель 185a представляет собой гнездовой соединитель HDMI, в другом варианте осуществления соединитель 185a представляет собой гнездовой соединитель VGA, и в еще одном варианте осуществления соединитель 185a представляет собой компонентный видеосоединителя. Видеопроцессор 187 (показанный на Фиг. 24) разделяет аудио- и видеоданные, отправленные через соединитель 182 в формате USB 2.0, и преобразует данные в соответствующий формат для вывода через соединитель 185a.
В некоторых вариантах осуществления видеоадаптер 180 также включает в себя гнездовой соединитель 185b, который включает в себя ту же самую схему расположения контактов и физической форм-фактора, как и соединитель 140. Любой штекерный соединитель, который можно стыковать с соединителем 140, можно также стыковать с соединителем 185b. Соединитель 185b позволяет подключать другие аксессуары к одному и тому же хост-устройству, с которым соединен соединитель 182, через каскадное соединение. Контроллер 188 соединен с соединителем 185b и обеспечивает все функциональные возможности (аутентификацию, переключение контактов и т.д.), которые хост-устройство обеспечивает по отношению к соединителю 140. Таким образом, контроллер 188 может установить восемь контактов соединителя 185b тем же самым способом, которым переключающая схема 150 может устанавливать контакты 146(1)…146(8). Схема 189 повышения напряжения повышает напряжение сигнала питания аксессуара, принимаемого из хост-устройства через контакт 186(4) и обеспечивает подачу сигнала в качестве выходного сигнала питания через контроллер 188 на соответствующий контакт в соединителе 185b. Дополнительно, в данном варианте осуществления адаптер 180 может обеспечивать подачу питания, которое регулируется с помощью регулятора 188b тока в хост-устройство через контакты питания (контакты 186(4) и 186(5) в варианте осуществления, показанном на Фиг. 23А, или контакт 186(5) в варианте осуществления, показанном на Фиг. 23B), при подсоединении соединителя 185b к аксессуару или другому устройству, которое обеспечивает заряд.
На Фиг. 25 показан упрощенный вид сверху адаптера 190 SD (формат secure digital) карты согласно варианту осуществления изобретения. Адаптер 190 SD-карты включает в себя штекерный соединитель 192, аналогичный соединителю 100, который был обсужден со ссылкой на Фиг. 13А-С, и корпус 194. Корпус 194 и штекерный соединитель 192 соединены кабелем 193. Как показано на Фиг. 27, внутри корпуса 194 находится устройство 195 считывания SD-карты, микроконтроллер 197, интерфейс 198 SD-карты и преобразователь 199 питания, который функционально подсоединен для преобразования питания, подаваемого с помощью хоста через контакт 196(4) до выходного сигнала питания 3 Вольта, который подается на соответствующий контакт на устройстве считывания SD карты.
Схема расположения контактов соединителя 192 включает в себя один набор контактов дифференциальных данных USB 2.0 и один набор контактов для приема/передачи UART, как показано на каждом из Фиг. 26А (для версии, совместимой со схемой 106a расположения контактов) и Фиг. 26В (для версии, совместимой со схемой 106b расположения контактов). Контакты питания (контакты 196(4) и 196(5) питания в варианте осуществления, показанном на Фиг. 26А, или контакты 196(5) в варианте осуществления, показанном на Фиг. 26B) не используются. Контакт ID соединен с модулем 198а ID, который включает в себя память, которая хранит информацию для информирования хоста относительно того, что два из контактов передачи данных, выделенных для связи USB 2.0, тогда как другие два контакта передачи данных выделены для сигналов UART. В одном варианте осуществления один из наборов контактов передачи данных (контакты USB или UART) можно подсоединить к модулю 198с аутентификации в адаптере 190 аутентификации, тогда как в другом варианте осуществления модуль аутентификации подсоединен к контакту ID наряду с модулем ID, как было обсуждено выше по отношению к другим аксессуарам. Интерфейс 198 SD-карты соединен с устройством 195 считывания SD-карты для считывания данных, которые хранятся на SD-карте, вставленной в устройство считывания карты, и передает данные в хост-устройство через два контакта передачи данных USB под управлением микроконтроллера 197.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения выполнен адаптер камеры, которая аналогична адаптеру 190 SD-карты, но соединяется с камерой через USB-соединение. Данный вариант осуществления включает в себя USB-соединитель вместо устройства считывания SD-карты и также предусматривает схему повышения напряжения для подачи выходного сигнала 5 Вольт через контакт питания USB. Адаптер камеры USB не включает в себя интерфейс SD-карты, а вместо этого буферизирует данные, принятые непосредственно через контакты USB-камеры и обеспечивает подачу данных в хост через два USB-контакта передачи данных.
На Фиг. 28А представлено упрощенное схематичное изображение адаптера 200 согласно варианту осуществления изобретения. Адаптер 200 включает в себя штекерный соединитель 202 с внешними контактами и гнездовой соединитель 205, каждый из которых включает в себя множественные контакты, которые могут вмещать я некоторые или все видеосигналы, аудиосигналы, сигналы для передачи данных и управления наряду с питанием и заземлением. Штекерный соединитель 202 совместима с гнездовым соединителем 216 хост-устройства 215, которое может представлять собой, например, портативный медиаплеер. Гнездовой соединитель 205 совместим со штекерным соединителем 222 аксессуара 220, который показан как стыковочная станция/радиочасы, но может представлять собой любой электронный аксессуар, который включает в себя штекерный соединитель, который в дальнейшем можно подсоединить к адаптеру 200. Штекерный соединитель 222 несовместима с гнездовым соединителем 216 (и, таким образом, гнездовой соединитель 205 также несовместим со штекерным соединителем 202). Несовместимость может представлять собой физическую несовместимость между двумя соединителями (например, штекерный соединитель 222 имеет размер или форму, которая не позволяет выполнить стыковку с соединителем 216) или электрическую несовместимость (то есть, даже в том случае, когда штекерный соединитель 22 можно физически подсоединить к гнездовому 216, соединители передают один или более сигналов или выходные сигналы для питания, которые несовместимые по частоте, уровням напряжения или по некоторому другому электрическому параметру друг с другом). Адаптер 200 позволяет аксессуару 220 поддерживать связь с хостом 215. В некоторых вариантах осуществления соединитель 202 аналогичен соединителю 100, который обсужден выше со ссылкой на Фиг. 13А-С, и имеет схему расположения контактов, как обсуждено в отношении Фиг. 14, которая позволяет соединителю подсоединяться к хост-устройству, в котором гнездовой соединитель 216 соответствует соединителю 140, показанному на Фиг. 15. Также, на некоторых вариантах осуществления соединитель 205 представляет собой 30-выводной соединитель, такой как 30-выводной соединитель, применяемый на устройствах Apple′s iPod и iPhone, который имеет схему расположения контактов, как показано на Фиг. 28B.
Как показано на Фиг. 28А, адаптер 200 включает в себя схему 201 преобразования внутри корпуса 204, который преобразует сигналы и напряжения, принятые из аксессуара 220 через контакты соединителя 205 в сигналы и напряжения, которые могут передаваться через соединитель 202 и обрабатываются с помощью хост-устройства 215. Преобразователи также преобразуют сигналы и напряжения, отправленные/поданные с помощью хоста 215 через контакты 206(1)…206(8), в сигналы и напряжения, которые можно передавать через соединитель 205 и обрабатывать с помощью аксессуара 220. В одном варианте осуществления схема 201 преобразования включает в себя преобразователь 207 аудио/видео, преобразователь 208 данных и преобразователь 209 питания. Другие варианты осуществления включают в себя только один или два преобразователя 207, 208 и 209 или включают в себя, в общем, другие типы преобразователей.
Преобразователь 207 аудио/видео может представлять собой однонаправленный преобразователь (например, который только преобразует видео- и/или аудиоданные, переданные из хост в формате, который можно принимать и обрабатывать с помощью аксессуара или только преобразует видео- и/или аудиоданные, переданные из аксессуара в формате, который можно принимать и обрабатывать с помощью хост) или двунаправленный преобразователь (т.е., который преобразует видео- и/или аудиоданные, передаваемые между хост и аксессуаром в обоих направлениях). В одном конкретном варианте осуществления преобразователь 207 аудио/видео является однонаправленным преобразователем, который преобразует цифровые аудиосигналы и цифровые сигналы видеоданных, передаваемые по линиям передачи данных USB-соединителя 202 в аналоговые аудиосигналы и аналоговые видеосигналы. В других вариантах осуществления преобразователь 207 только преобразует аудиоданные, и адаптер 200 не поддерживает преобразование видеоданных, передаваемых между хост 215 и аксессуаром 220.
Аналогичным образом, преобразователь 208 данных может представлять собой однонаправленный или двунаправленный преобразователь данных. В одном варианте осуществления преобразователь 208 данных выполнен с возможностью трансляции сигналов передачи данных, принятых через первый протокол связи, который используется аксессуаром 220 и соединителем 205 в протокол USB или протокол UART, который используется соединителем 202 и хостом 215. В другом варианте осуществления каждый соединитель 202 и 205 поддерживает протоколы связи USB и UART, и преобразователь 208 данных пропускает сигналы USB между двумя соединителями без преобразования, но преобразует сигналы UART, принятые из каждого хоста 215 и аксессуара 220 в формат, соответствующий для другого хоста 215 и аксессуара 220. Преобразователь 208 данных позволяет также обрабатывать сигналы управления и ID, принимаемые через соединитель 205, когда может потребоваться связь с аксессуаром. Преобразователь 209 питания может преобразовать первое постоянного напряжение, принимаемое из аксессуара 220 через соединитель 205, во второе постоянного напряжение, которое можно передать в хост 215 через соединитель 202, и может передавать третье постоянное напряжение, принимаемое из хоста 215 через соединитель 202 в четвертое постоянное напряжение, подаваемое в аксессуар 220 через соединитель 205.
Схема расположения контактов соединителя 202 включает в себя один набор контактов дифференциальных данных USB 2.0 и один набор контактов для приема/передачи UART, как показано на Фиг. 23. Контакт ID соединен с модулем 208а ID, который включает в себя память, которая хранит информацию для информирования хоста относительно того, что оба из контактов передачи данных выделяются для связи USB 2.0, тогда как другие два контакта передачи данных выделяются сигналом UART. Регулятор 208b тока функционально соединен с двумя расположенными по центру контактами 206(4), 206(5) питания для регулировки тока в хосте при подсоединении соединителя 206 к аксессуару или другому устройству, которое обеспечивает заряд.
В некоторых вариантах осуществления адаптер 202 может включать в себя два уровня аутентификации. На первом уровне адаптер 202 аутентифицирует себя непосредственно в хосте 215 через свое соединение к хосту через соединитель 202 и соединитель 216. Как описано выше по отношению к другим аксессуарам, в одном варианте осуществления этот уровень аутентификации позволяет выполнить модуль 208с аутентификации через один из наборов контактов передачи данных (контактов USB или UART) после конфигурации контактов в гнездовом соединителе хоста, и в другом варианте осуществления это можно выполнить с помощью модуля аутентификации, соединенного с контактом ID в качестве первоначальной части алгоритма взаимного опознавания между хостом и адаптером 200. После того, как адаптер аутентифицирован и поддерживает связь с хостом через контакты 202, может иметь место второй уровень аутентификации, где процессор 210 аутентификации в адаптере 200 аутентифицирует аксессуар 220, подсоединенный к нему через соединитель 205 и соединитель 222 согласно протоколу аутентификации, который аксессуар 220 будет естественным образом использовать при подсоединении к хосту, с которым должен был работать аксессуар 220.
В конкретных вариантах осуществления там, где соединитель 205 имеет схему расположения контактов, как показано на Фиг. 28B, и адаптер преобразует цифровые видеоданные, принятые через соединитель 202 в выходной сигнал аналоговых видеоданных, передаваемые через соединитель 205, схему адаптера 200 можно подсоединить к контактам внутри соединителей 202 и 205, как представлено в таблице 1 (для адаптера, в котором соединитель 202 имеет схему расположения контактов, совместимую со схемой 106a расположения контактов), или, как представлено в таблице 2 (для адаптера, в котором соединитель 202 имеет схему расположения контактов, совместимую со схемой 106b расположения контактов), которые представлены ниже.
Таблица 1
Контакты соединителя 202
Схема 200 адаптера
Контакты соединителя 205
USB: 202(2), 202(3)
Аудио/видео преобразователь 207
Контакты 21, 22, 23, 27, 28
USB: 202(2), 202(3);UART: 202(6), 202(7)
Преобразователь 208 данных
Контакты 4, 6, 10, 18, 19, 20, 24, 30 (используются для обнаружения устройства)
Pwr: 202(4), 202(5);Acc_Pwr: 202(1)
Преобразователь 209 напряжения
Контакты 8, 13
GND: Заземляющее кольцо через боковые контакты
Земля
Контакты 1, 2, 15, 16 и 29
N/A
Нет соединения
Контакты 3, 5, 7, 9, 11, 12, 14, 17, 25, 26
Таблица 2
Контакты соединителя 202
Схема 200 адаптера
Контакты соединителя 205
USB: 202(2), 202(3)
Аудио/видео преобразователь 207
Контакты 21, 22, 23, 27, 28
USB: 202(2), 202(3);UART: 202(6), 202 (7)
Преобразователь 208 данных
Контакты 4, 6, 10, 18, 19, 20, 24, 30 (используются для обнаружения устройства)
Pwr: 202(5);Acc_Pwr: 202(4)
Преобразователь 209 напряжения
Контакты 8, 13
GND: 202(8) и боковые контакты
Земля
Контакты 1, 2, 15, 16 и 29
N/A
Нет соединения
Контакты 3, 5, 7, 9, 11, 12, 14, 17, 25, 26
В другом варианте осуществления в случае, где адаптер 200 не поддерживает преобразование видеоданных, соединения схемы контакт-адаптер, представленные в таблице 1, можно использовать, предполагая, что контакты 21, 22 и 23 находятся слева в разомкнутом состоянии и не подсоединены к активной схема внутри адаптера. Адаптер 200 может также включать в себя микроконтроллер (не показан), который может поддерживать связь с аксессуаром 220 с использованием протокола, который аксессуар будет естественным образом использовать для подключения связи с хост-устройством, с которым совместим аксессуар. Например, в одном варианте осуществления адаптер 200 включает в себя микроконтроллер, который поддерживает соединение с аксессуаром 220, используя протокол iAP, применяемый устройствами Apple′s iPod или iPhone. Некоторая часть или вся схема 200 преобразования может представлять собой часть микроконтроллера, или она может быть отдельный схемой. Микроконтроллер позволяет также устанавливать выбранные контакты соединителя 205 (например, контакты 13, 18-20 и 30, которые используются в качестве обнаружения iPod) в разомкнутое состояние таким образом, чтобы аксессуар не распознавал, что он подсоединен к хосту до тех пор, пока адаптер 200 сам не аутентифицирует в хосте, и хост не сконфигурирует свои контакты для обеспечения связи между хостом и адаптером 200. После того, как хост и адаптер будут функционально соединены и будут поддерживать полную связь друг с другом, адаптер 200 позволяет подсоединить ранее разомкнутые/плавающие контакты с помощью соответствующей схемы таким образом, чтобы аксессуар распознал, был ли он подсоединен к адаптеру, и мог реагировать на любые запросы аутентификации из адаптера 200 для инициирования и завершения линии связи между адаптером и аксессуаром, и затем, в конечном счете, хостом в аксессуаре через адаптер 200.
Теперь обратимся теперь к Фиг. 29, 30А-30Т и 31, на которых показаны этапы, связанные с изготовлением и сборкой соединителя 300 (см. Фиг. 30T). На Фиг. 29 показана схема последовательности операций, которая иллюстрирует основные этапы, связанные с изготовлением и сборкой соединителя 300 согласно одному варианту осуществления изобретения. На Фиг. 30A-30T изображен соединитель 300 на различных стадиях изготовления, показанных на Фиг. 29. На Фиг. 31 показана схема последовательности операций, которая дополнительно конкретизирует основной этап крепления контактной группы в сборе к PCB, определенный как этап 130 в основном процессе изготовления и сборки, который иллюстрирован на Фиг. 29.
Теперь обратимся к Фиг. 30A-30D, изготовление соединителя 300 можно инициировать с изготовления заземляющего кольца 305, конструкции печатной платы (PCB) 304 и конструкции контактных групп 316а, 316b в сборе (этапы 122, 124 и 126 на Фиг. 29), причем каждый из них можно выполнять независимо от других этапов в любом порядке. На этапе 122, заземляющее кольцо 305 (см. на Фиг. 30А) можно изготовить с использованием множества технологий, таких как, например, процесс литья металла под давлением (MIM), процесс холодной штамповки или процесс механической обработки заготовки. Процесс MIM позволяет обеспечить большую гибкость при достижении требуемой геометрии и может привести к детали, которая близка к конечной желательной форме с минимальным количеством операций после механической обработки. В некоторых вариантах осуществления альтернативные процессы, такие как литье пластмасс под давлением и нанесение металлического покрытия можно использовать для формирования заземляющего кольца 305. Карманы 302а, 302b и окно 307 можно механически обработать или сформировать в виде заземляющего кольца, и поверхность заземляющего кольца можно выполнить гладкой с использованием процесса абразивной обработки. Кроме того, желательно отшлифовать или подвергнуть механической обработке поверхности заземляющего кольца, такие как фаски 319а, 319b на верхней и нижней частях заземляющего кольца. Операции шлифовки механической обработки можно использовать для создания особенностей жесткого допуска. Например, фаски 319а, 319b можно точно отшлифовать для формирования пары поверхностей, которые будут, по существу, плоскими и расположены на точном расстоянии друг от друга. Геометрия компонентов с жестким допуском может быть полезной для последующих операций сборки и может иметь дополнительные преимущества при выполнении особенно маленьких соединителей. В одном варианте осуществления периметр тела соединителя составляет менее чем 30 мм. На защемляющее кольцо 305 можно нанести покрытие с помощью одного или более металлов для достижения желательной чистовой обработки.
РСВ 304 (см. Фиг. 30B-30C), которую изготавливают на этапе 124, может представлять собой традиционную комбинацию из эпоксидной смолы и стекловолокна или может представлять собой любую эквивалентную структуру с возможностью прокладки проводников для электрических сигналов. Например, в некоторых вариантах осуществления можно использовать гибкую структуру, которая состоит из чередующихся слоев полиимида и электропроводных дорожек, тогда как в других вариантах осуществления можно использовать керамический материал с электропроводными дорожками или пластиковый материал с помощью прямого лазерного структурирования для создания электропроводных дорожек. PCB можно сформировать с помощью набора контактных площадок 310 для проводников, расположенных на одном конце, и набора контактных площадок 312(1)…312(8) для контактов, расположенных на противоположном конце. В одном варианте осуществления контактные площадки для контактов разбиты по отдельности вдоль поперечного направления на две отдельных контактных площадки. РСВ можно также снабдить одной или более заземляющими подпружиненными контактными площадками 301 для электрического соединения одной или более заземляющих пружин 320, как иллюстрировано на Фиг. 30D. Дополнительно, набор компонентных контактных площадок 314 можно сформировать на РСВ для электрического соединения одного или более активных или пассивных электронных компонентов, таких как, например, интегральные схемы (ИС), резисторы или конденсаторы. Варианты осуществления, описанные здесь, служат только в целях примеров, а другие варианты осуществления могут иметь различное размещение контактных площадок 301, 314, 310, 312(1)…312(8), большее или меньшее количество контактных площадок, а также контактные площадки, выполненные на одной из двух или обеих противоположных сторонах PCB 304, и с меньшим или большим количеством различных электронных компонентов.
Примерные электронные компоненты 308а, 308b изображены на каждой стороне PCB 304 (см. Фиг. 30C). В некоторых вариантах осуществления электропроводная эпоксидная смола используется для электрического присоединения электронных компонентов к РСВ 304. В других вариантах осуществления можно применять припой с использованием разнообразных технологий, таких, например, как монтаж в сквозные отверстия платы, трафаретная печать и пайка, монтаж бескорпусных микросхем на поверхность печатной платы, метод перевернутого кристалла или другой соответствующий способ соединения. В одном варианте осуществления процесс трафаретной печати используется для размещения паяльной пасты на компонентные контактные площадки 314. Электронные компоненты 308а, 308b затем размещаются на паяльной пасте и можно использовать процесс конвекционного нагрева для оплавления паяльной пасты, прикрепляя при этом электронные компоненты к РСВ. Припой может представлять собой сплав свинца и олова, сплав олова, серебра и меди или другой подходящий металл или сплав металлов.
Тот же самый процесс прикрепления за счет оплавления припоя можно использовать для прикрепления заземляющей пружины 320 к PCB 304. Заземляющая пружина изображена более детально на Фиг. 30D. Заземляющая пружина 320 может состоять из сплава фосфора и бронзы или другого металла и дополнительно покрываться никелем и золотом. Заземляющая пружина может дополнительно иметь одну или более подпружиненные рычаги 322а, 322b и одну или более выпуклостей 324а, 324b с одним или более перфорационными отверстиями между ними. Перфорационные отверстия между выпуклостями позволяют повысить механическую прочность прикрепления заземляющей пружины 320 к PCB 304, что помогает отцентрировать РСВ 304 внутри заземляющего кольца 305 во время процесса сборки, как описано ниже, и обеспечить дополнительный заземляющий контакт РСВ 304 и заземляющим кольцом.
В процессе прикрепления электронных компонентов припойную пасту можно осаждать на контактные площадки 312(1)…312(8) для контактов и оплавить. На Фиг. 30C столбиковые выводы 313(1)…313(8) из припоя, которые формируются на контактных площадках в процессе оплавления. Припойная паста образует столбиковый вывод в процессе оплавлением из-за высокого поверхностного натяжения припоя, когда он находится в жидком состоянии.
В некоторых вариантах осуществления после прикрепления компонентов к РСВ 304, сборку можно промыть и высушить. Однако в других вариантах осуществления сборку можно не промывать до последующей обработки. В других вариантах осуществления флюс, не требующий промывки, используется для оказания содействия процессу пайки, и процесс промывки отсутствует. В других вариантах осуществления флюс, не требующий промывки или легко очищаемый флюс используется для оказания содействия процессу пайки, и сборка промывается. И, наконец, некоторые или все электронные компоненты 308а, 308b можно загерметизировать с помощью защитного материала такого, например, как материал на основе эпоксидной смолы, уретана или силикона. В некоторых вариантах осуществления защитное герметизирующее вещество позволяет обеспечить механическую прочность для повышения надежности и/или защиты от неблагоприятных воздействий от окружающей среды, например, влаги, для чувствительных электронных компонентов. В других вариантах осуществления защитное герметизирующее вещество позволяет улучшить характеристики напряжения пробоя диэлектрика соединителя 300. Герметизирующее вещество можно наносить с помощью станка автомата или ручного распылителя.
Следующий этап сборки может включать в себя вставку PCB 304 через отверстие, расположенное сзади заземляющего кольца 305 таким образом, чтобы столбиковые выводы 313(1)…313(8) из припоя позиционировались в пределах окна 307 (Фиг. 29, этап 128; Фиг. 30E и 30F). На Фиг. 30E изображена РСВ 304, вставленная в заземляющее кольцо 305. На Фиг. 30F изображен вид в продольном разрезе сборки, показанный на Фиг. 30E, по линии А-А′ и контактных площадок 313(2). На Фиг. 30F изображены заземляющие подпружиненные рычаги 322а, 322b в контакте с верхней и нижней поверхностями заземляющего кольца 305. Кроме того, можно увидеть, что выпуклости 324а, 324b заземляющего кольца ограничивают положение PCB 304 максимального смещения относительно центра, которое она может занимать внутри заземляющего кольца. Более конкретно, PCB 304 может сдвигаться только в вертикальном направлении в пределах заземляющего кольца 304, насколько позволяют выпуклости. Кроме того, можно увидеть, что столбиковые выводы 313(1)…313(8) из припоя, расположенные на контактных площадках 312(1)…312(8) для контактов, выравниваются в пределах окна 307. В некоторых вариантах осуществления следующий этап сборки содержит осаждение флюса на столбиковые выводы 313(1)…313(8) из припоя через окно 307. Например, это можно выполнить с помощью автоматического и автоматизированного распылительного сопла или оператором с помощью распылителя.
Далее, контактные группы 316а, 316b в сборе (образованные на этапе 126 (Фиг. 29)) можно позиционировать в пределах окна 307 на каждой стороне заземляющего кольца 305 для прикрепления к РСВ 304 (Фиг. 29, этап 130, Фиг. 30G). Контактные группы в сборе, используемые в некоторых вариантах осуществления, проиллюстрированы на Фиг. 30H-30J. На Фиг. 30H показан вид сверху в перспективе, тогда как на Фиг. 30I показан вид в плане снизу и на Фиг. 30J показан вид сбоку. Каждая контактная группа 316а, 316b в сборе может включать в себя литую рамку 315, которую можно выполнить из диэлектрического материала, такого как полипропилен. В других вариантах осуществления рамка изготовлена из жидкокристаллического полимера, который частично можно заполнить стекловолокном. Один вариант осуществления имеет восемь контактов 306(1)…306(8), которые вставляют, обрисовываются и прикрепляются с помощью рамки 315. Рамку 315 можно снабдить одним или более выравнивающими столбиками 323, которые выступают с нижней поверхности рамки 315, как показано на Фиг. 30F. Выравнивающие столбики 323 могут сужаться и могут иметь скошенный дистальный конец, отвечающий правилам выравнивания в PCB 304, и предназначены для выравнивания рамки 315 с PCB 304. В некоторых вариантах осуществления рамка может иметь выравнивающие лепестки 318, расположенные по периметру рамки, которые выравнивают каждую рамку 315 в пределах отверстия 307. Кроме того, рамка может иметь сминаемые гребенки 325(1)…325(8), которые выступают с нижней поверхности контактной группы 316а, 316b в сборе и помогают обеспечить правильный промежуток между рамкой 315 и РСВ 304 в вертикальном направлении.
Каждый контакт 306(1)…306(8) в контактной группы 316а, 316b в сборе можно изготовить из большого разнообразия электропроводных материалов, например, из фосфористой бронзы, меди или нержавеющей стали. Кроме того, на контакты можно нанести металлическое покрытие для улучшения их характеристик и внешнего вида с помощью, например, никеля/золота, многослойного никеля/золота, никеля/палладия или любого другого подходящего металла. Контакты можно обрезать по размеру в поэтапном процессе штамповки и формовки из металлического листа и вставить с опрессовкой в рамку 315. Каждый контакт может состоять из более, чем одного металлического компонента, и, кроме того, каждый контакт может иметь выступы 321(1)…321(16), расположенные на нижней поверхности контактной группы в сборе. На Фиг. 30I изображает вид снизу одного варианта осуществления с восемью контактами, где каждый контакт имеет два выступа. На Фиг. 30J показан вид сбоку примерной контактной группы 316а, 316b в сборе, где видно, что сминаемые гребенки 325(1)…325(8) выступают снизу контактной группы в сборе на расстояние, которое больше, чем расстояние контактных выступов 321(1)…321(16).
Обратимся теперь к Фиг. 30K и 30L для иллюстрации процесса прикрепления контактной группы в сборе для одного конкретного варианта осуществления. Детальные этапы в схеме последовательности операций, изображенной Фиг. 31, будут использоваться для иллюстрации процесса, который используется в данном варианте осуществления. Заземляющее кольцо 305 и РСВ 304 можно разместить в приспособлении для удержания компонентов на месте (Фиг. 31, этап 130а; Фиг. 30K). Контактную группу 316а в сборе можно позиционировать в окне 307 заземляющего кольца 305, и выравнивающие столбики 323 могут входить в зацепление с направляющими отверстиями 326 в РСВ 304 (Фиг. 31, этап 130b). Выравнивающие лепестки 318 контактной группы в сборе позволяют точно позиционировать контактную группу 316а в сборе в окне 307. Сминаемые гребенки 325(1)…325(8) могут находиться в физическом контакте с РСВ 304.
Обратимся теперь к Фиг. 30K, согласно которой инструмент 328 для термокомпрессионной пайки можно использовать на этапе 329 для термокомпрессионной пайки контактной группы 316а в сборе к РСВ 304. На этапе 130с, инструмент для термокомпрессионной пайки можно нагревать до температуры выше температуры плавления столбиковых выводов 313(1)…313(8) из припоя. Например, если столбиковые выводы из припоя состоят из сплава олова/серебра/меди, который состоит приблизительно из трех процентов серебра, половина процента меди и оставшейся части олова, инструмент для термокомпрессионной пайки можно нагревать выше 221 градусов по Цельсию. Чем выше температура инструмента для термокомпрессионной пайки, тем быстрее может оплавиться припой. На этапе 130d инструмент для термокомпрессионной пайки может перемещаться вниз в направлении, указанном стрелкой 331, по направлению контактной группы в сборе до тех пор, пока он физически не коснется верхней поверхности контактов 306(1)…306(8). На этапе 130е инструмент для термокомпрессионной пайки может осуществлять нажим на контактную группу в сборе, кроме того, в направлении стрелки 331, частично деформируя сминаемые гребенки 325(1)…325(8), расположенные напротив РСВ 304. Сминаемые гребенки можно спроектировать специально для этой цели, и они позволяют передавать управляемое по величине усилие, препятствуя перемещению контактной группы 316 в сборе в направлении стрелки 331. выравнивающие лепестки 318 и выравнивающие столбики 323 позволяют сохранять контактную группу в сборе по центру в окне 307 (см. Фиг. 30А) во время процесса сборки. На этапе 329 инструмент 328 для термокомпрессионной пайки можно сформировать с прецизионной точностью для поддержания верхнюю поверхность контактов 306(1)…306(8), расположенных в одной плоскости, и под управляемым весом во время процесса прикрепления. На этапе 130е контактная группа в сборе может дальше давить в направлении стрелки до тех пор, пока контактные выступы 321(1)…321(16) не войдут в контакт со столбиковыми выводами 313(1)…313(8) из припоя. Инструмент 328 для термокомпрессионной пайки можно выполнить с возможностью передачи управляемого усилия в направлении стрелки 331, поэтому в этот момент времени не происходит повреждения контактной группы в сборе.
Как упомянуто выше, столбиковые выводы 313(1)…313(8) из припоя можно покрыть флюсом. В некоторых вариантах осуществления покрытие из флюса позволяет не только улучшить смачивание припоя на контактных выступах 321(1)…321(16), он также позволяет обеспечить более эффективную передачу тепла от контактов 306(1)…306(8) к столбиковым выводам из припоя. На этапе 130f инструмент 328 для термокомпрессионной пайки позволяет переносить тепловую энергию через контакты и в столбиковые выводы из припоя. После того как достаточное количество тепловой энергии было передано столбиковым выводам из припоя, они могут переходить в жидкое состояние при нагревании выше своей температуры плавления. После того как столбиковые выводы из припоя перешли в жидкое состояние, они оказывают маленькое сопротивление дополнительному перемещению контактной группы 316а в сборе в направлении стрелки 331. На этапе 130g инструмент для термокомпрессионной пайки может дальше осуществлять нажим на контактную группу в сборе, вызывая повышенную деформацию сминаемых гребенок 325(1)…325(8) до тех пор, пока инструмент для термокомпрессионной пайки ″не остановится″ на плоской поверхности 319а заземляющего кольца 305. На Фиг. 30L изображено положение останова инструмента для термокомпрессионной пайки. На этой фигуре можно увидеть, что этап 329 инструмент 328 для термокомпрессионной пайки можно использовать для точного позиционирования верхней поверхности контактов 306(1)…306(8) на известном расстоянии ниже плоской поверхности 319а заземляющего кольца 305. В некоторых вариантах осуществления этап 329 имеет высоту между 0,1 и 0,01 мм и, таким образом, утапливает контакты 306(1)…306(8) на одинаковом расстоянии от поверхности 319а заземляющего кольца 305. В других вариантах осуществления этап 329 не включен, и контакты прижимаются заподлицо с поверхностью 319а. Кроме этого, во время этапа 130g контактные выступы 321(1)…321(16) на нижней поверхности контактной группы 316а в сборе могут смачиваться расплавленными столбиковыми выводами 313(1)…313(8) из припоя. На этапе 130h инструмент для термокомпрессионной пайки можно затем охлаждать до тех пор, пока расплавленные столбиковые выводы из припоя не охладятся до температуры ниже температуры перехода в жидкое состояние припоя и не затвердеет. На этапе 130i инструмент для термокомпрессионной пайки можно затем отвести и удалить группу в сборе из приспособления.
В некоторых вариантах осуществления процесс прикрепления контакта выполняется в одно время на одной стороне заземляющего кольца 305, тогда как в других вариантах осуществления процесс выполняется одновременно на обеих сторонах заземляющего кольца. В некоторых вариантах осуществления сминаемые гребенки 325(1)…325(8) можно деформировать в пределах 0,02 мм и 0,12 мм. В других вариантах осуществления сминаемые гребенки можно деформировать в пределах 0,05 мм и 0,09 мм. В некоторых вариантах осуществления нагрев сминаемых гребенок с помощью инструмента 328 для термокомпрессионной пайки позволяет облегчить их деформацию. Частично собранный соединитель может выглядеть так, как показано на Фиг. 30M с контактными группами 316а, 316b в сборе, установленными на любой стороне заземляющего кольца 305. Частично собранный соединитель можно затем очистить.
Следующий этап сборки может включать в себя размещение частично собранного соединителя (см. Фиг. 30M) в инструменте для литься со вставкой и формирование термопластической или аналогичной диэлектрической формы 338 для двухслойного литья вокруг контактов 306(1)…306(8) и в пределах окна 307 заземляющего кольца 305 (Фиг. 29, этап 132; Фиг. 30M-30P). Этот процесс позволяет обеспечить ровную и, по существу, плоскую поверхность 341 сопряжения в контактной области заземляющего кольца 305. Фиг. 30N иллюстрирует процесс литья со вставкой одного варианта осуществления. Инструмент 335 для литья со вставкой можно выполнить с возможностью герметизации напротив верхних поверхностей заземляющего кольца 305. На этапе 336 пресс-форма 335 позволяет одновременно герметизировать напротив верхних поверхностей контактов 306(1)…306(8). Пресс-форму позволяют дополнительно оборудовать для того, чтобы герметизировать напротив РСВ 304. Для того, чтобы одновременно загерметизировать все эти поверхности и защитить от расплывания диэлектрическую форму для двухслойного литья, инструмент для литья со вставкой можно снабдить подпружиненными вставками для того, чтобы компенсировать разброс размеров компонентов соединителя. Инструмент для литья со вставкой можно также выполнить с возможностью отливки диэлектрической формы 338 для двухслойного литья с задней поверхности соединителя, показанной, в общем, стрелкой 337. В одном варианте осуществления инструмент для литья со вставкой имеет углубленный впускной литник для впрыскивания диэлектрической формы для двухслойного литья. В некоторых вариантах осуществления выпуклости 324а, 324b заземляющей пружинных (см. Фиг. 30F) позволяет точно сохранять положение PCB 304 внутри заземляющего кольца 305 во время процесса впрыскивания диэлектрической формы для двухслойного литья. В некоторых вариантах осуществления диэлектрическая форма 338 для двухслойного литья может представлять собой полиоксиметилен (POM). В других вариантах осуществления диэлектрическая форма 338 для двухслойного литья может представлять собой полимер на основе нейлона.
На Фиг. 30О изображен один вариант осуществления после процесса литья со вставкой. В некоторых вариантах осуществления поверхность 341 сопряжения может располагаться ниже верхней поверхности заземляющего кольца 305 и располагаться, по существу, в одной плоскости с верхней поверхностью контактов 306(1)…306(8). На Фиг. 30P показан упрощенный разрез Фиг. 30О в области поверхности 341 сопряжения. Из этой иллюстрации видно, что поверхность 341 сопряжения может находиться в углублении ниже верхней поверхности заземляющего кольца. В некоторых вариантах осуществления углубление может находиться в пределах 0,01-0,1 мм ниже верхней поверхности заземляющего кольца 305. Это углубление может защищать контакты от поверхностей касания, таких как у стыковочного устройства, потенциально вызывая повреждение верхней поверхности контактов. В некоторых вариантах осуществления углубление может продолжаться по всему периметру окна 307 (см. на Фиг. 30M). В других вариантах осуществления углубление может быть глубже в некоторых зонах и более пологим в других зонах. В других вариантах осуществления углубление может находиться глубже по направлению задней поверхности соединителя и располагаться, по существу, в одной плоскости с верхней поверхностью заземляющего кольца 305 по направлению к дистальному концу соединителя. В еще одних дополнительных вариантах осуществления поверхность 341 сопряжения диэлектрической формы 338 для двухслойного литья может располагаться, по существу, в одной плоскости с плоской поверхностью 319а заземляющего кольца 305. В некоторых вариантах осуществления диэлектрическую форму 338 для двухслойного литья можно использовать для оказания содействия при удержании контактов внутри соединителя.
Когда соединитель 300 представляет собой часть кабеля, следующий этап сборки может содержать прикрепление кабельного жгута 342 к частично собранному соединителю (Фиг. 29, этап 134; Фиг. 30Q). Кабельный жгут может иметь отдельные проводники (например, провода) 343 для прикрепления контактных площадок 310 проводника к РСВ 304. Отдельные проводники можно отрезать и разделать и можно также срезать и снять оболочку кабельного жгута. Каждый проводник можно припаять к своей соответствующей контактной площадке проводника с использованием автоматического, полуавтоматического или ручного процесса. В одном варианте осуществления проводники выравниваются в приспособлении, и каждый проводник автоматически припаивается к каждой контактной площадке проводника. В другом варианте осуществления каждый проводник приваривается к своей соответствующей контактной площадке проводника. В некоторых вариантах осуществления, где соединитель 300 является частью электронного устройства или аксессуара, у которого кабель не присоединен к соединителю, например, стыковочная станция, отдельные провода, гибкая схема или т.п. позволяют электрически соединить контактные площадки 304 со схемой в устройстве. Можно использовать большое разнообразие процессов присоединения проводников без отклонения от настоящего изобретения.
Следующие несколько фигур иллюстрируют дополнительные примерные этапы сборки в случае, когда соединитель 300 является частью кабеля, как показано на Фиг. 30Q. В таких случаях, следующий этап сборки может включать в себя многослойное литье части соединителя, включающего в себя электронный компонент, прикрепленные к РСВ 304, и кабель (Фиг. 29, этап 136; Фиг. 30R). Первая операция литья со вставкой можно выполнить, инкапсулируя РСВ 304 в пластиковый материал и образуя тело 347 соединителя. Второй процесс литья со вставкой можно выполнить после создания изоляционной трубки 348 кабельного зажима, которая прикрепляется к задней поверхности тела 347 соединителя и продолжается поверх кабеля 342 на коротком расстоянии. В некоторых вариантах осуществления тело соединителя можно изготовить частично из пластика, предназначенного для литья со вставкой и частично из других материалов. Первый и второй материалы для литья со вставкой может представлять собой любой тип пластика или другого неэлектропроводного материала. В одном варианте осуществления оба материала представляют собой термопластические эластомеры, в которых второй материал для литья со вставкой имеет диаметр меньше, чем первый материал для литья со вставкой. На Фиг. 30R изображен вариант осуществления электропроводного металлического экрана 345а, 345b, которые можно устанавливать поверх участка тела 347 соединителя и электрически соединить с заземляющим кольцом 305 с помощью перемычки металла 346. В некоторых вариантах осуществления экран 345a, 345b можно устанавливать первым и тело 347 соединителя можно сформировать в последующей операции. В некоторых вариантах осуществления экранирующий стаканчик 346 можно приварить к заземляющему кольцу 305. В некоторых вариантах осуществления экран 345а, 345b можно изготовить из стали, тогда как в других вариантах осуществления можно использовать медные сплавы меди или олова.
Следующий этап сборки может включать в себя прикрепление кожуха 349 к телу 347 (Фиг. 29, этап 138; Фиг. 30R-30T). На Фиг. 30R оболочка 349 иллюстрирована в предварительно собранном положении, расположенном на кабельном жгуте 342. Кожух может иметь размер, подходящий для скольжения поверх тела 347 соединителя, по существу, закрывая тело, расположенное внутри кожуха. Кожух можно изготовить из любого типа пластика или другого неэлектропроводного ток материала, и в одном варианте осуществления кожух изготовлен из ABS.
На Фиг. 30S показан вид в разрезе кожуха 349. На этой фигуре дополнительно изображен связующий материал 350, который осаждается на два участка на внутренней поверхности кожуха 349. Связующий материал можно осадить с помощью сборки 351 из шприца и иголки, как показано на фигуре, или его можно осадить с помощью большого разнообразия других технологий без отклонения от изобретения. Окончательный этап сборки показан на Фиг. 30T и содержит скольжение кожуха 349 поверх тела 347 соединителя до тех пор, пока кожух, по существу, не закроет тело соединителя.
Связующий материал 350 можно вулканизировать, приклеивая при этом внутреннюю поверхность кожух 349 к внешней поверхности тела 347 соединителя. В некоторых вариантах осуществления связующий материал может представлять собой цианоакрилат, который вулканизируется в присутствии влаги. В других вариантах осуществления связующий материал может представлять собой эпоксидную смолу или уретан, который вулканизируется горячим способом. Другие связующие материалы хорошо известны в технике и можно использовать без отклонения от изобретения.
Варианты осуществления изобретения подходят для множества электронных устройств, включающих в себя любое устройство, которое принимает или передает аудиосигналы, видеосигналы или сигналы передачи данных среди прочих. В некоторых примерах варианты осуществления изобретения особенно хорошо подходят для портативных электронных медиаустройств из-за их потенциально маленького форм-фактора. В данном контексте электронное медиаустройство включает в себя любое устройство, по меньшей мере, с одним электронным компонентом, который можно использовать для представления средств аудиовизуальной информации, воспринимаемой человеком. Такие устройства могут включать в себя, например, портативные музыкальные проигрыватели (например, MP3 устройства и устройства Apple′s iPad), портативные видеопроигрыватели (например, портативные DVD-проигрыватели), сотовые телефоны (например, смартфоны, такие как устройства Apple′s iPhone), видеокамеры, цифровые фотоаппараты, проекционные системы (например, голографические проекционные системы), игровые системы, цифровые помощники (PDA), настольные компьютеры, а также планшетные компьютеры (например, устройства Apple′s iPad), переносные компьютеры типа ″лэптоп″ или другие мобильные компьютеры. Некоторые из этих устройств можно выполнить с возможностью предоставления аудио-, видео- или других данных или выходного сигнала, воспринимаемого органами чувств.
На Фиг. 32 показана упрощенная иллюстративная блок-схема, изображающая электронное медиаустройство 400, которое включает в себя штекерное аудиогнездо 405 согласно вариантам осуществления изобретения. Электронное медиаустройство 400 может также включать в себя, среди прочих компонентов, гнездовую часть 410 соединителя, один или более компонентов 420 для ввода пользователя, один или более компонентов 425 для вывода, схему 430 управления, графическую схему 435, шину 440, память 445, запоминающее устройство 450, схему 455 связи и датчики 460 ПОМ (положения, ориентации или датчик движения). Схема 430 управления может поддерживать связь с другими компонентами электронного медиаустройства 400 (например, через шину 440) для управления работой электронного медиаустройства 400. В некоторых вариантах осуществления схема 430 управления может исполнять инструкции, которые хранятся в памяти 445. Схема 430 управления может также приводиться в действие для управления характеристиками электронного медиаустройства 400. Схема 430 управления может включать в себя, например, процессор, микроконтроллер и шину (например, для пересылки инструкций в другие компоненты электронного медиаустройства 400). В некоторых вариантах осуществления схема 430 управления может также приводить в действие дисплей и обрабатывать входные сигналы, поступающие из компонента 420 ввода.
Память 445 может включать в себя один или более различных типов памяти, которые можно использовать для выполнения функций устройства. Например, память 445 может включать в себя кэш-память, флэш-память, ПЗУ, ОЗУ и гибридные типы памяти. Память 445 может также хранить встроенные программы для устройства и его приложения (например, операционную систему, функции пользовательского интерфейса и функций процессора). Запоминающее устройство 450 может включать в себя один или более подходящих носителей информации или механизмов, таких как магнитный жесткий диск, флэш-накопитель, накопитель на магнитной ленте, накопитель на оптических дисках, постоянную память (такую как ПЗУ), полупостоянную память (такую как ОЗУ) или кэш-память. Запоминающее устройство 450 можно использовать для хранения аудиовизуальной информации (например, аудио- и видеофайлы), текста, картинки, графики, рекламы или любой подходящей специфической для пользователя или глобальной информации, которую можно использовать с помощью электронного медиаустройства 400. Запоминающее устройство 450 может также хранить программы и приложения, которые можно запускать под управлением схемы 430 управления, можно поддерживать файлы, отформатированные для считывания и отредактированные с помощью одного или более приложений и можно хранить любые дополнительные файлы, которые могут оказать содействие работе одного или более приложений (например, файлы с метаданными). Следует понимать, что любую информацию, которая хранится в запоминающем устройстве 450, можно альтернативно хранить в памяти 445.
Электронное медиаустройство 400 может также включать в себя компонент 420 ввода и компонент 425 вывода для предоставления пользователю возможности взаимодействовать с электронным медиаустройством 400. Например, компонент 420 ввода и компонент 425 вывода могут предоставлять интерфейс для пользователя для взаимодействия с приложением, запускаемым под управлением схемы 430 управления. Компонент 420 ввода может принимать различные формы, такие как клавиатура/вспомогательная клавиатура, сенсорная панель, мышь, навигационное колесо Click Wheel, кнопка, сенсорное перо или сенсорный экран. Компонент 420 ввода может также включать в себя одно или более устройств для аутентификации пользователя (например, устройство для считывания смарт-карт, устройство для считывания отпечатков пальцев или иридосканер), а также устройство ввода аудио (например, микрофон) или устройство ввода видео (например, видеокамера или веб-камера) для записи видео- или неподвижных кадров. Компонент 425 вывода может включать в себя любой подходящий дисплей, такой как жидкокристаллический дисплей (ЖКД) или дисплей с сенсорным экраном, проекционное устройство, громкоговоритель или любая другая подходящая система для представления информации или аудиовизуальной информации пользователя. Компонентом 425 вывода может управлять с помощью графической схемы 435. Графическая схема 435 может включать в себя видеокарту, такую как видеокарта с возможностями 2D, 3D или векторной графики. В некоторых вариантах осуществления компонент 425 вывода может также включать в себя компонент аудио, который дистанционным образом связан электронным медиаустройством 400. Например, компонент 425 вывода может включать в себя наушники, наушники с микрофоном, наушники или ушные вкладыши, которые могут быть соединены с электронным медиаустройством 400 с помощью провода или беспроводным образом (например, наушники Bluetooth или наушники с микрофоном Bluetooth).
Электронное медиаустройство 400 может иметь одно или несколько приложений (например, программные приложения), которые хранятся в запоминающее устройство 450 или в памяти 445. Схему 430 управления можно выполнить с возможностью исполнения инструкций приложений из памяти 445. Например, схему 430 управления можно выполнить с возможностью исполнения приложения медиа-проигрывателя, который побуждает полномасштабное видео или аудио воспроизводиться и отображаться на компоненте 425 вывода. Другие приложения, находящиеся в электронном медиаустройстве 400 могут включать в себя, например, приложения телефонии, приложения навигатор GPS, приложения веб-браузера и календарь или приложение органайзер. Электронное медиаустройство 400 может также исполнять любая подходящая операционная система, такая как Mac OS, Apple прошивкой, Linux или Windows, и может включать в себя набор приложений, которые хранятся в запоминающем устройстве 450 или памяти 445, которая совместима с конкретной операционной системой.
В некоторых вариантах осуществления электронное медиаустройство 400 может также включать в себя схему 455 связи для подсоединения к одной или более сетям связи. Схема 455 связи может представлять собой любую подходящую схему связи, которая приводится в действие для подсоединения к сети связи и для передачи сообщений (например, голоса или данных) из электронного медиаустройства 400 в другие устройства в пределах сети связи. Схему 455 связи можно приводить в действие для согласования с сетью связи, использующей любой подходящий протокол связи, такой, например, как Wi-Fi (например, протокол 802.11), Bluetooth, высокочастотные системы (например, системы связи 900 МГц, 2,4 ГГц и 5,6 ГГц), инфракрасные, GSM, GSM плюс EDGE, CDMA, четырехдиапазонный и другие сотовые протоколы, VoIP или любой другой подходящий протокол.
В некоторых вариантах осуществления схему 455 связи можно приводить в действие для создания сети связи, использующей любой подходящий протокол связи. Схема 455 связи позволяет создавать сеть связи ближнего радиуса действия с использованием протокола связи ближнего радиуса действия для подсоединения к другим устройствам. Например, схему 455 связи можно приводить в действие для создания локальной сети связи, использующей протокол Bluetooth для соединения с наушником Bluetooth (или любым другим устройством Bluetooth). Схема 455 связи может также включать в себя интерфейсную карту проводной или беспроводной сети (NIC), выполненную с возможностью подсоединения к Интернету или к любой другой сети общего пользования или частной сети. Например, электронное медиаустройство 400 можно выполнить с возможностью подсоединения к Интернету через беспроводную сеть, такую как пакетная радиосеть, РЧ-сеть, сотовая сеть или любой другой подходящий тип сети. Схему 445 связи можно использовать для инициирования и проведения связи с другими устройствами связи или медиаустройствами, расположенными в пределах сети связи.
Электронные медиаустройство 400 может также включать в себя любой другой компонент, подходящий для выполнения операции связи. Например, электронное медиаустройство 400 может включать в себя источник питания, антенну, порты или интерфейсы для связи с хост-устройством, механизм неосновного ввода (например, вкл/выкл) или любой другой подходящий компонент.
Электронные медиаустройство 400 может также включать в себя POM-датчики 460. POM-датчики 460 можно использовать для определения приблизительного географического или физического местоположения электронного медиаустройства 400. Как описано более подробно ниже, местоположение электронного медиаустройства 400 можно получить из любого подходящего метода трилатерации или триангуляции, в случае которого POM-датчики 460 могут включать в себя обнаружитель или датчик РЧ-триангуляции или любую другую схему определения местоположения, выполненную с возможностью определения местоположения электронного медиаустройства 400.
POM-датчики 460 могут также включать один или более датчиков или схему для обнаружения ориентации положения или перемещения электронного медиаустройства 400. Такие датчики и схема могут включать в себя, например, одноосные или многоосные акселерометры, датчики угловой скорости или инерционные датчики (например, оптические гироскопы, вибрационные гироскопы, газовые скоростные гироскопы или кольцевые гироскопы), магнитометры (например, скалярные или векторные магнитометры), датчики внешнего освещения, датчики близости, датчики движения (например, пассивный инфракрасный (PIR) датчик, активный ультразвуковой датчик или активный микроволновый датчик) и датчики линейной скорости. Например, схему 430 управления можно выполнить с возможностью считывания данных из одного или более POM-датчиков 460 для того, чтобы определить ориентацию местоположения или скорость электронного медиаустройства 400. Один или более POM-датчиков 460 можно позиционировать рядом с компонентом 425 вывода (например, выше, ниже или на любой стороне экрана дисплея электронного медиаустройства 400).
На Фиг. 33 изображено иллюстративное представление одного конкретного электронного медиаустройства 480. Устройство 480 включает в себя многоцелевую кнопку 482 в качестве компонента ввода, дисплей 484 с сенсорным экраном в качестве компонента в качестве компонента ввода и вывода и громкоговоритель 485 в качестве компонента вывода, причем все из них размещаются внутри корпуса 490 устройства. Устройство 480 также включает в себя основной гнездовой соединитель 486 и штекерный аудиосоединитель 488, расположенный в корпусе 490. Каждый из гнездовых соединителей 486 и 488 можно разместить в корпусе 490 таким образом, чтобы полость гнездовых соединителей, в которую вставляется соответствующая штекерный соединитель, располагалась на внешней поверхности корпуса устройства. В некоторых вариантах осуществления полость открывается на поверхности внешней стороны устройства 480. Для упрощения различные внутренние компоненты, такие как схемы управления, схемы графики, шина, память, запоминающее устройство и другие компоненты не показаны на Фиг. 33. Варианты осуществления изобретения, раскрытые в данном документе, особенно подходят для использования со штекерными соединителями, которые выполнены с возможностью стыковки с основным гнездовым соединителем 486, но в некоторых вариантах осуществления могут также использоваться с штекерным аудиогнездом 488. Дополнительно, в некоторых вариантах осуществления электронное медиаустройство 480 имеет только один гнездовой соединитель 486, который используется для физического стыковки и подсоединения устройства (в отличие от беспроводного соединения, которое также можно использовать) к другим электронным устройствам.
Как будет понятно специалистам в данной области техники, настоящее изобретение можно осуществить в виде множественных других специфических форм без отклонения от его существенных характеристик. Например, различные варианты осуществления изобретения были описаны выше по отношению к соединителям с двойной ориентацией. Другие варианты осуществления включают в себя соединители, которые имеют более чем две возможные ориентации вставки. Например, система соединителя согласно изобретению может включать в себя штекерный соединитель, который имеет треугольное поперечное сечение, которое соответствует треугольной полости соответствующего гнездового соединителя в любой одной из трех возможных ориентаций; штекерный соединитель, который имеет квадратное поперечное сечение и соответствует гнездовому соединителю в любой одной из четырех возможных ориентаций вставки; штекерный соединитель, который имеет шестиугольное поперечное сечение, которое подходит соответствующему гнездовому соединителю в любой одной из шести возможных ориентаций; и т.д. Кроме этого, в некоторых вариантах осуществления штекерный соединитель изобретения имеет форму, подходящую для вставки в гнездовой соединитель в множественных ориентациях, но только включает в себя контакты на одной стороне штекерного соединителя. Такой соединитель можно функционально присоединить в любой из своих множественных ориентаций к гнездовому соединителю, который имеет контакты на каждой из поверхностей внутренней полости. В качестве примера, один вариант осуществления штекерного соединителя, аналогичного соединителю 80, показанного на Фиг. 8А-8В, может иметь контакты, выполненные только в области 46а, а не в области 46b. Такой штекерный соединитель можно функционально присоединить к гнездовому соединителю, такому как гнездовой соединитель 85, показанный на Фиг. 9А-9В, в любой из двух ориентаций, если гнездовой соединитель имеет соответствующие контакты, как на верхней, так и на нижней поверхностях внутренней полости 87. Соединитель можно также функционально присоединить к гнездовому соединителю 85, имеющему контакты только на верхней поверхности полости 87 в случае, если он вставляется в полость 87 стороной 44 в положении ″вверх″, как показано на Фиг. 9А.
В качестве еще одного примера, на Фиг. 13А-13С показан вариант осуществления, где каждый контакт в контактной области 46а электрически подсоединен к контакту стыковки в контактной области 46b на противоположной стороне соединителя. В некоторых вариантах осуществления только поднабор контактов в области 46a электрически подсоединен к контактам в области 46b. В качестве примера, в одном варианте осуществления, который включает в себя восемь контактов, выполненных в один ряд внутри каждой контактной области 46а и 46b аналогично соединителю 100, как показано на Фиг. 13А, каждый из контактов 106(4) и 106(5) в области 46а электрически подсоединены к соответствующим контактам 106(4) и 106(5) в области 46a, тогда как контакты 106(1)…106(3) и 106(6)…106(8) электрически не зависят друг от друга и электрически не зависят от контактов внутри области 46b. Таким образом, такой вариант осуществления может иметь четырнадцать электрически независимых контактов вместо восьми. В других вариантах осуществления, ни один из контактов в области 46а электрически не соединен с контактами в области 46b. Кроме этого, в другом варианте осуществления адаптера 200 соединитель 202 может представлять собой 30-выводную штекерный соединитель, имеющий схему расположения контактов, показанную на Фиг. 28B, тогда как соединитель 205 представляет собой восьми контактный гнездовой соединитель, аналогичный гнездовому соединителю 140, который показан на Фиг. 15.
Кроме того, хотя ряд специфических вариантов осуществления был раскрыт со специфическими признаками, специалистам в данной области техники будут понятны примеры, где признаки одного варианта осуществления можно объединить с признаками другого варианта осуществления. Например, некоторые конкретные варианты осуществления изобретения, изложенные выше, были иллюстрированы с карманами в качестве особенностей удержания. Специалисты в данной области техники легко поймут, что любая из других особенностей удержания, описанных в данном документе, а также другие особенности удержания, специально не упомянутые, можно использовать вместо или в дополнение к карманам. Кроме того, специалистам в данной области техники будет понятно или они могут узнать, используя всего лишь общепринятые эксперименты, многие эквиваленты конкретных вариантов осуществления изобретения, описанных в данном документе. Такие эквиваленты должны быть охвачены следующей формулой изобретения.