CN1830122A - 电连接器 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示一种电连接器(30)，例如一将与通用串行总线一起操作的连接器。在有些实施例中，所述连接器(30)包括0个、1个或若干舌片板(301)、舌片尖端、电接触体(302)、罩壳、罩壳内衬上的绝缘片和保护边缘(303)。本发明也揭示一种集成到一印刷电路板中的连接器。本发明揭示其它实施例。

Description

电连接器
技术领域
本发明涉及一种电连接器，并且尤其涉及一种通用串行总线(USB)连接器。
背景技术
在许多情况下，使用有线连接将计算机连接到***设备或电子设备上。一种有线连接为通用串行总线(以下称为USB)电缆。可使用USB电缆电连接计算机与***设备和其它电子设备。计算机***设备的实例为例如鼠标和键盘的输入器件、例如打印机的输出器件和例如外部硬驱动器和闪存驱动器的输入/输出器件。电子设备的实例有数码照相机、PDA和MP3播放机。
20世纪90年代后期，USB标准在计算机行业中成了优选连接接口，并且在如今制造的几乎所有计算机中变得普及。为了利用USB结构周围建立的多种***设备和电子设备，膝上型计算机、桌上型计算机和其它计算机器都制造有USB端口。(参看www.USB.org)
通用串行总线和USB连接器在此项技术中是众所周知的。USB标准和USB连接器的普及对于消费者来说效用得以提高、和其它接口方法相比数据传输速度大为提高，并且由于标准化而对于***器件制造商来说降低了成本。计算机销售商通常将一个或一个以上USB端口集成到其输入输出端口组中。
用来将***设备或电子设备连接到计算机上的USB电缆是由2个称作连接器或插头的端点组成。一个连接器(称作串行“A”插头)连接到主机，而另一个连接器(称作串行“B”插头)连接到连接设备。串行“A”和“B”插头具有不同形状和尺寸，以免将二者混淆。主机上的接口连接被称为USB装配端口(以下称为USB端口)。USB端口由一个与串行“A”插头配对的串行“A”插座组成。串行“A”电气地充当主***的输出。图1展示一个现有技术的串行“A”插头10，此插头与串行“A”插座12配对。串行“A”插头始终朝向主***。在2003年7月28日提交的序列号为60/480,413的临时申请案(标题为“Electrical Connector”，以下称为“临时申请案”)中展示了插头和连接器的照片，其以引用的方式并入本文中。
计算机主机USB端口是一个具有平坦的内矩形卡的敞开插座，所述卡上带有电接触点。连接到主机插座的电缆串行“A”插头以一个***主机插座的矩形套(sleeve)终止。所述套中含有一个舌片板，其带有与主机插座的电接触点相匹配的电接触点。将套***插座中就使得卡和舌片依附在一起从而产生配对电连接。
有些***器件不是使用USB电缆来连接到计算机，而是把USB连接器用作其组件的一部分。实例有钥匙串(keychain)存储器件(参看www.diskonkey.com，www.thumbdrive.com)或安全钥匙(security key，参看www.ealaddin.com)。所述临时申请案展示一***主机PC(个人计算机)USB端口的USB驱动器。钥匙串存储器件由于尺寸较小而用作便携式存储媒体，并且因此经常与若干计算机一起使用。因此，这些器件会多次***或拔出主机。
遗憾的是，USB连接器的结构设计中存在缺陷，当将USB连接器***到USB端口中时这一缺陷就会显示出来。再次参看图1，可以看出，尽管从外部触摸和观测来看插座12和插头10似乎是对称的，但是二者在内部并不对称。在主机插座中，这是因为位于插座内的矩形卡101和电连接器102的定位所致。图2a到图2c展示USB主机插座100的一实例。图2描述现有技术的USB插座的三个视图。特定地说，图2a展示一前截面，图2b展示一侧视图截面，而图2c展示一底侧视图截面。参看这些图，矩形卡101定位在插座100中。电接触点102形成在卡101上。
图3a到图3c描述现有技术的串行“A”USB插头的实例。特定地说，图3a描述一顶视图截面，图3b描述一前视图截面，而图3c描述一侧视图截面。现有技术的插头连接器包括一外壳200。舌片板201定位在外壳中，电接触点202形成在舌片板上。同样，在USB连接器外壳200中，舌片201和电接触202以非对称的方式定位。
在许多情况下，在主机USB端口所定位的角度上，用户不能轻松地看见插座内部，所以用户不清楚如何对准插头才能正确地***和电配对。图4和图5描述如何配对现有技术的USB插头和USB插座。只有当插座的内矩形卡101和USB插头的内舌片板201如图4所示正确地彼此相对时，USB插头的矩形套才能正确装配到USB端口的矩形插座100中。图5说明当插头正确***插座时的情形。当不是此情形时，由于插座的内矩形卡101与USB连接器的内舌片板201像(同为现有技术的)图6a和图6b中所示的一样碰撞，所以不可能实现电配对。图6a展示一类似于图5的视图，只是插座100和外壳200没有正确对准。图6b展示由于此未对准而导致的碰撞205。
在有些情况下，用户可能不会看到主机USB插座中的内部对准，因为它位于计算机的后面或侧面。据统计，由于当矩形插头连接到矩形插座时似乎有两种对准可能性，但是仅有一种可能性是正确对准，所以未成功***的几率为50％。此导致USB器件使用中用户体验的降级。由于更多的设备使用USB连接器连接到计算机，这个问题增强了。对于多次***和拔出许多计算机的钥匙串存储器件来说，这种不便会增加。
显然，存在一种尚未满足的需要，即需要一种可与USB一起操作的插头机构，其允许插头正确***USB端口而无需用户考虑插头对准。
发明内容
一方面，本发明提供一种解决上述问题的方法并且描述USB插头的改进。在一示范性实施例中(以下称为SLIM实施例)，连接器舌片板没有定位在外壳中。所述舌片板有两组接触点，其每一侧上各有一组接触点，所述舌片板可以两种对准正确***主机插座中。由于这些接触点位于舌片板的两侧，所以任何对准都将提供正确电配对。
在本发明的另一示范性实施例中(以下称为FLEX实施例)，通过以下方式来获得解决方法：使用一个能根据计算机插座的矩形卡位置而自身定位的柔性舌片板，从而在每次***时实现电配对。此处也存在两组接触点，各位于柔性舌片板的每一侧。
为了降低制造和组装费用，又展现了另一示范性实施例，其中可与USB插座一起操作的新颖连接器为***器件的印刷电路板(PCB)中的一部分。
为了可以更好地理解接下来对本发明的详细描述，上述内容已相当广泛地概括了本发明的实施例的特征和技术优点。下文中将描述本发明的实施例的其它特征和优点，这些特征和优点形成本发明的权利要求的主题。所属领域的技术人员应了解，可容易地以所揭示的概念和特定实施例为根据来更改或设计其它结构或步骤，以便实现本发明的相同目的。所属领域的技术人员也应了解，这种等效结构并不偏离如附加权利要求中所界定的本发明的精神和范畴，而且这种等效结构属于附加权利要求的范畴内。
附图说明
为了更完整地理解本发明和其优点，现参照结合附图所进行的下列描述，其中：
图1描述现有技术的USB电缆上的一个串行“A”USB插头和一个串行“A”USB插座；
图2a到图2c描述现有技术USB插座的多个视图；
图3a到图3c描述现有技术USB插头的多个视图；
图4描述一个***主机USB插座的现有技术USB插头的正确对准；
图5描述以正确对准而配对的现有技术的正确***USB插头和USB插座的组合；
图6a到图6b说明现有技术USB插头***主机USB插座的不正确尝试；
图7为本发明的示范性SLIM实施例的示意图(在4个视图中：视图7a到视图7d)；
图8为本发明的示范性SLIM实施例侧视的示意图，其包括本发明的本实施例的电接触点的布局；
图9a到图9b说明本发明的示范性SLIM实施例向主机USB端口的***；
图10为本发明的示范性FLEX实施例的示意图(在3个视图中：视图10a到视图10c)；
图11为本发明的示范性FLEX实施例侧视的示意图，其包括本发明的本实施例的电接触点的布局；
图12a到图12c说明本发明的示范性FLEX实施例向主机USB端口的***；
图13a到图13c为本发明的FLEX实施例向主机USB端口的***的另一个说明；和
图14a到图14b为本发明的另一实施例的示意图，其中本发明的USB连接器为***器件PCB的一个组成部分。
不同附图中的对应数字和符号通常指示对应零件，除非另有说明。绘制附图是为了清楚地说明优选实施例的有关方面并且未必是按比例绘制。
具体实施方式
下文将更详细地论述当前优选实施例的制造和使用。然而，应了解，本发明提供可包含在多种特定上下文中的许多可适用发明概念。所论述的特定实施例只是说明制造和使用本发明的特殊方法，并且不限制本发明的范畴。
在本发明示范性实施例的下列详细描述中，参照说明特定示范性实施例的附图，在这些实施例中可实践本发明。所属领域的技术人员应了解，在不偏离本发明精神的情况下可使用其它实施例；因此，不应以限制意义来理解以下对本发明的详细描述。
本发明的优选实施例是现有USB串行“A”插头的一种改进。这一改进是通过以下方式实现的：在连接器舌片板的两侧上提供电接触点，从而使可与USB一起操作的器件的改良插头连接器容易***USB主机中。
图7(其包括顶视图图7a、正视图图7b、仰视图图7c和顶部侧视图7d)描述根据本发明的一个实施例(SLIM实施例)的电插头30。所述插头30包括一舌片301、位于舌片301两侧的多个接触体(contact)302和保护边缘303。舌片301可以为USB电缆的端点，或例如钥匙串存储器件的***器件的组成部分。
图9a和图9b描述将插头30连接到USB插座100的尝试。插头30的实体结构关于横轴对称。当舌片301与USB插座100相遇时，舌片301占据插座100中的可用空余空间，从而产生电连接。
电接触体302位于舌片301的两侧。此确保以两种可能对准中的任一种将舌片301***插座100中都将产生正确的电配对。为了确保无论舌片301的最初对准如何，电接触点302中的每个电接触点都与USB端口1中的正确电接触点102配对，如图8所示将位于舌片301每一侧的电接触点对向地对准。
图8中，电接触点302被各自标以数字1、2、3或4。在优选实施例中，接触点载送如表1所界定的电信号。
              表1
接触点                  信号线           
1                       GND
2                       信号A
3                       信号B
4                       VCC
在有些实例中，USB插座100可用作共用电气接地。为了防止位于舌片301相对侧而没有参与电配对的电接触点302短路，使用保护边缘303。保护边缘303从舌片301突出，比电接触体302稍更突出，因此其防止实体连接到罩壳100，否则可能会引起短路。
图10a(顶视图)、图10b(正视图)和图10c(侧视图)展示一个根据本发明另一实施例(FLEX实施例)的电插头40。所述插头40包括一外壳400、一柔性舌片401、一舌片尖端402、位于柔性舌片401两侧上的多个接触体403和绝缘片404。所述401位于外壳400内部、外壳400的横轴的中心位置上。
图12a到图12c描述将插头40连接到USB插座100的尝试。图12a展示配对前的插头40。图12b展示柔性舌片401与矩形卡101相遇时的对准。图12c展示配对之后的插头。图13a到图13c为说明相同操作的类似视图，除了舌片401沿相反方向弯曲以外。由于舌片板定位于外壳400的中间，所以插头40的结构关于横轴对称。当外壳400与插座100相遇时，舌片尖端402面对矩形卡101并且协助柔性舌片401转向并且防止矩形卡101与柔性舌片401碰撞。随着外壳400继续朝插座100中***，柔性舌片401占据插座100内的可用空余空间并且产生电连接。
电接触体403位于柔性舌片301两侧，以便无论柔性舌片不得不如图12所示朝下移动或如图13所示朝上移动，都能既确保插头40***USB插座100又确保正确的电配对。
在有些USB连接器中，外壳400可用作共用电气接地。为了防止未参与电配对的电接触点403短路，将绝缘片404在外壳400中直线排列。
为了确保无论柔性舌片401的最初对准如何，每个电接触点402都能与USB端口1中的正确电接触点102配对，如图11所示将柔性舌片301每一侧上的电接触点对向地对准。表1中展示了与接触点对应的信号/电源电压。
图14a和图14b展示一SLIM实施例的实例，其中在没有使用电缆的情况下用本发明将***器件50连接到USB主机(未图示)。电插头30为印刷电路板(PCB)500的一个组成部分。通过使用内电接触体502将内电子线路501连接到顶部电接触点302。在顶视图图14a中，顶部内电接触体502直接连接到顶部电接触点302。在仰视图图14b中，电插头30必须保持相同次序并且相对于顶部电接触体302定位底部电接触点304。然而，内电子线路501顶部和底部都为相同芯片(例如，硅件)。因此，底部内电接触体504必须交叉以便与底部电接触点304匹配。通过减少组装***器件50所需的零件的数目，可获得较低的制造费用。
尽管已详细地描述了本发明的实施例和其优点，但是应了解，在不偏离如附加权利要求所界定的本发明精神和范畴的情况下可对本发明进行多种改变、代替和变更。例如，所属领域的技术人员将容易了解，本文所描述的许多特征、功能、程序和材料可以变化而同时仍然保留在本发明的范畴内。此外，我们不希望将本申请案的范畴限于本说明书中所描述的程序、机器、制造、物质的成分、装置、方法和步骤的特定实施例。所属领域的技术人员从本发明的揭示内容中将容易明白，根据本发明可使用实现与本文所描述的对应实施例大体上相同的功能或获得与其大体上相同的结果的程序、机器、制造、物质的成份、装置、方法和步骤(当前存在的或以后将研发的)。因此，希望附加权利要求的范畴中包含这些程序、机器、制造、物质的成分、装置、方法或步骤。

Claims (33)

1.一种电连接器，其包含：
一舌片；
一第一组一个或一个以上电接触体，其位于所述舌片的一第一侧并且沿其长度延伸；和
一第二组一个或一个以上电接触体，其位于所述舌片的一第二侧并且沿其长度延伸，所述第二组电接触体中的每一电接触体与所述第一组电接触体中的一相应电接触体关联，而且与所述第一组接触体反向对称放置；
由此无论所述电连接器的哪一侧为顶部表面，当所述电连接器***一对应插座时，其都将与所述插座电气且实体地配对。
2.根据权利要求1所述的电连接器，其进一步包含：
与所述舌片的每一侧关联的侧保护物，用来防止所述电接触体与所述插座的罩壳实体接触。
3.根据权利要求2所述的电连接器，其中所述第一组和第二组电接触体被配置，以用来传输遵从通用串行总线(USB)标准的数据信号与接地电压和电源电压。
4.根据权利要求2所述的电连接器，其中所述电连接器与一USB标准“A类型”兼容插座配对。
5.一种用来连接到一遵从USB标准接口的插座的连接器，其包含：
一带有电接触体的延伸部件，所述电接触体包括位于一侧的一第一组电接触体和位于相对侧的一第二组电接触体，所述第一组电接触体各带有与一USB标准“A类型”兼容插座接口连接所需的数据信号和电压中的对应一个，所述第二组电接触体中的每一电接触体与所述第一组电接触体中的一对应电接触体关联并且关于所述第一组电接触体反向对称放置。
6.根据权利要求5所述的连接器，其进一步包含与所述延伸部件的每一侧关联的侧保护物，用来防止所述电接触体与一插座的罩壳实体接触。
7.根据权利要求5所述的连接器，其中：
所述第一组电接触体以一从所述连接器一侧开始的一接地电压、一第一信号A、一第二信号B和一正电源电压的次序放置；和
所述第二组电接触体以一从所述连接器同一侧开始的所述正电源电压、所述第二信号B、所述第一信号A和所述接地电压的相反次序放置：
由此，无论所述连接器的哪一侧朝上定向，所述连接器的顶部表面上的所述信号都始终成相同次序。
8.一种用来耦接到一USB兼容插座的双侧电连接器，其包含：
支撑装置，用来支撑用于载送信号的电接触体；
位于所述支撑装置一侧的用于载送一第一组信号的第一接触装置，其传输与一USB标准兼容插座接口连接所需的数据信号和电压；和
位于所述支撑装置一相对侧并且与所述第一接触装置关联的第二接触装置，所述第二接触装置与所述第一接触装置反向对称放置；
由此无论所述电连接器最初是关于一USB标准兼容插座以一第一可能对准还是以一第二可能对准来定向，所述电连接器都将与所述USB插座电气配对。
9.根据权利要求8所述的双侧电连接器，其进一步包含：
当所述双侧连接器***一USB插座时，用来防止所述第一组接触装置和第二组接触装置实体接触所述USB插座的外壳的装置。
10.根据权利要求8所述的双侧电连接器，其进一步包含：
罩壳装置，其围绕着所述支撑装置并且与所述支撑装置隔开；
由此当所述连接器***一插座时，所述支撑装置可以是柔性的并且其至少一部分可移向所述罩壳装置的任一侧。
11.根据权利要求8所述的双侧电连接器，其中：
所述第一接触装置包含以一自所述双侧电连接器一侧开始的一接地电压、一第一信号A、一第二信号B和一正电源电压的次序放置的一第一组信号接触体；和
所述第二接触装置包含以一自所述双侧电连接器同一侧开始的所述正电源电压、所述第二信号B、所述第一信号A和所述接地电压的相反次序放置的一第二组电接触体；
由此无论所述连接器的哪一侧朝上定向，所述双侧电连接器的顶部表面上的所述信号都始终成相同次序。
12.一种用来将信号载送到一USB兼容插座的电气装置，其包含：
一电缆，其载送实施USB标准所需的所述信号中的每一信号；
一连接器，其耦接到所述电缆；
位于所述连接器一侧并且沿其长度平行延伸的一第一组电接触体，所述第一组电接触体中的每一电接触体耦接到所述信号中的一个信号；
位于所述连接器一相对侧并且沿其长度平行延伸的一第二组电接触体，所述第二组电接触体中的每一电接触体耦接到所述信号中的一个信号和所述第一组电接触体中的一对应电接触体；
其中无论所述电连接器最初是关于一USB标准兼容插座以一第一可能对准还是以一第二可能对准来定向，所述电连接器都与所述插座正确配对。
13.一种包括一双侧电连接器的印刷电路板，其包含：
一从所述印刷电路板延伸的延伸部件；
位于所述延伸部件一侧的一第一组电接触体；
位于所述延伸部件相对侧的一第二组电接触体，每一电接触体与所述第一组电接触体中的一对应电接触体关联；
所述第一组和第二组电接触体被定位，以使得无论所述电连接器最初是关于一USB兼容插座以一第一可能对准还是以一第二可能对准而定向，当所述连接器***所述插座时所述电连接器都与所述插座电配对。
14.根据权利要求13所述的印刷电路板，其中所述第一组和第二组电接触体载送实施USB标准所需的数据信号和功率。
15.根据权利要求14所述的印刷电路板，其进一步包含：位于所述印刷电路板上的存储媒体；和一耦接到所述存储媒体的存储处理器。
16.根据权利要求13所述的印刷电路板，其中所述存储处理器耦接到所述电连接器上。
17.根据权利要求16所述的印刷电路板，其中所述存储媒体、电连接器和存储处理器实施一可与一USB主机器件接口连接的存储器件。
18.根据权利要求17所述的印刷电路板，其中所述存储媒体、电连接器和存储处理器共同组成一闪存存储器件。
19.根据权利要求15所述的印刷电路板，其中所述存储媒体包含至少一个非易失性存储器集成电路。
20.一种具有一用来使用USB协议通信的接口的存储器件，其包含：
一印刷电路板，其包含一电连接器；
位于所述电连接器一表面上的一第一组电接触体，所述电接触体用来至少载送实施USB标准所需的信号和功率；
位于所述电连接器一相对表面上的一第二组电接触体，每一电接触体与所述第一组电接触体中的一对应电接触体关联，所述第二组电接触体关于所述第一组电接触体以一反向对称放置；
一与所述电连接器关联的存储处理器；和
与所述存储处理器关联的存储媒体；
由此无论所述电连接器最初是关于一依从USB标准的插座以一第一可能对准还是以一第二可能对准而定向，所述电连接器都将与所述插座电气配对。
21.根据权利要求20所述的存储器件，其中响应由所述存储处理器执行的操作可从所述电连接器访问所述存储媒体。
22.根据权利要求20所述的存储器件，其中所述存储媒体包含一个或一个以上非易失性存储器集成电路。
23.根据权利要求20所述的存储器件，其进一步包含：
与所述电连接器的侧面关联定位的侧保护物，用来在所述连接器***一插座时防止所述电接触体实体接触所述插座的罩壳。
24.根据权利要求20所述的存储器件，其中所述电连接器集成到所述印刷电路板中并且从所述印刷电路板延伸。
25.根据权利要求20所述的存储器件，其中所述电连接器经过一电缆连接到所述印刷电路板。
26.根据权利要求20所述的存储器件，其中所述电连接器为一耦接到所述印刷电路板的舌片。
27.根据权利要求20所述的存储器件，其中：
所述第一组电接触体以一从所述连接器一侧开始的一接地电压、一第一信号A、一第二信号B和一正电源电压的次序放置；和
所述第二组电接触体以一从所述连接器同一侧开始的所述正电源电压、所述第二信号B、所述第一信号A和所述接地电压的相反次序放置；
由此不论所述电连接器的哪一侧朝上定向，所述连接器的顶部表面上的所述信号都始终成相同次序。
28.一种电连接器，其包含：
一舌片，其沿其长度可弯曲；
一第一组一个或一个以上电接触体，其位于所述舌片的一第一侧并且沿其长度延伸；和
一第二组一个或一个以上电接触体，其位于所述舌片的一第二侧并且沿其长度延伸，所述第二组电接触体中的每一电接触体与所述第一组电接触体中的一对应电接触体关联并且关于所述第一组接触体反向对称放置；
由此无论所述电连接器最初是关于一对应插座以一第一可能对准还是以一第二可能对准而定向，当所述电连接器***所述插座时其都将与所述插座电气且实体地配对。
29.根据权利要求28所述的电连接器，其进一步包含一围绕所述舌片定位并且与所述舌片隔开的罩壳，以便允许所述柔性舌片中的至少一部分移向所述罩壳的一侧或另一侧。
30.根据权利要求29所述的电连接器，其进一步包含一位于所述舌片末端的舌片尖端，此舌片尖端在末端上较细而在邻近所述舌片处变宽，以致当所述连接器***一插座时所述舌片尖端将所述柔性舌片中的至少一部分移向所述罩壳的一侧，从而位于所述舌片上的所述电接触体与所述插座中的所述电接触体电气且实体地配对。
31.根据权利要求30所述的电连接器，其中所述第一组和第二组电接触体被配置，以用来传输遵从通用串行总线(USB)标准的数据信号与接地电压和电源电压。
32.根据权利要求31所述的电连接器，其中所述连接器与一插座配对，此插座为一USB标准“A类型”兼容插座。
33.根据权利要求30所述的电连接器，其中：
所述第一组电接触体以一从所述连接器一侧开始的一接地电压、一第一信号A、一第二信号B和一正电源电压的次序放置；和
所述第二组电接触体以一从所述连接器同一侧开始的所述正电源电压、所述第二信号B、所述第一信号A和所述接地电压的相反次序放置；
由此无论所述连接器的哪一侧朝上定向，所述连接器的顶部表面上的所述信号都始终成相同次序。
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