CN103081253A - 外部接触插塞连接器 - Google Patents

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Abstract

一种双重取向插塞连接器具有带第一和第二主相反侧面的连接器舌片和由该连接器舌片承载的多个电接触。该多个接触可包括形成在第一主侧面处的第一组外部接触和形成在第二主侧面处的第二组外部接触。该第一多个接触可以与该第二多个接触对称地间隔开且该连接器舌片可成形为具有180度对称性，从而它能以两种插入取向中的任一种插入并且操作上耦接到对应的插座连接器。一种插座连接器，对应于该插塞连接器。

Description

外部接触插塞连接器
相关申请的交叉引用
本申请主张2010年6月21日提交的题为“AUDIO CONNECTOR”的美国临时专利申请No.61/357,026的权益，其通过引用合并于此以用于所有目的。
技术领域
本发明总体上涉及输入/输出电连接器，诸如音频连接器和数据连接器。
背景技术
根据插塞外径可获得三种尺寸的标准音频连接器或插塞：6.35mm（1/4"）插塞、3.5mm（1/8"）小型插塞和2.5mm（3/32"）微型插塞。插塞包括在插塞的不同部分中沿连接器的长度延伸的多个导电区域，所述不同部分诸如为末梢（tip）、套管（sleeve）以及在末梢与套管之间的一个或更多中部，所得连接器通常称为TRS（末梢、环和套管）连接器。
图1A和1B示出分别具有三个和四个导电部分的音频插塞10和20的示例。如图1A所示，插塞10包括导电末梢12、导电套管16以及通过绝缘环17和18与末梢12和套管16电隔离的导电环14。这三个导电部分12、14和16用于左和右声道以及接地连接。图1B所示的插塞20包括四个导电部分：导电末梢22、导电套管26以及两个导电环24和25，因此有时称为TRRS（末梢、环、环、套管）连接器。四个导电部分通过绝缘环27、28和29电隔离，且通常用于左和右音频信号、麦克风信号以及接地信号。从图1A和1B显见的是，音频插塞10和20中的每个都是取向不明确的。也就是说，导电部分完全环绕连接器，形成360度接触，从而连接器的插塞部分没有明显的顶部、底部和侧部。
当插塞10和20是3.5mm小型连接器时，导电套管16、26和导电环14、24、25的外径是3.5mm，连接器的插入长度是14mm。对于2.5mm微型连接器而言，导电套管的外径是2.5mm，连接器的插入长度是11mm长。这种TRS和TRRS连接器用在许多可商业购买的MP3播放器和智能电话以及其他电子设备中。诸如MP3播放器和智能电话等的电子设备一直设计为更薄和更小及/或设计为包括带屏幕的视频显示器，屏幕被外推得尽可能靠近设备的外边缘。当前的3.5mm和甚至2.5mm音频连接器的直径和长度成为使这种设备更小和更薄以及允许显示器对于给定形状因子而言更大的限制因子。
许多标准数据连接器也仅有限制使便携式电子设备更小的尺寸。此外，且与上述TRS连接器相反，许多标准数据连接器要求以单个特定取向与对应连接器配合。这种连接器可称为极化连接器。作为极化连接器的示例，图2A和2B示出微型USB连接器30，当前可获得的USB连接器中最小的连接器。连接器30包括本体32和金属壳体34，金属壳体34从本体32延伸且能插入到对应的插座连接器中。如图2A、2B所示，壳体34具有形成在其底板之一处的倾斜的拐角35。类似地，连接器30与之配合的插座连接器（未示出）的插入开口具有匹配的倾斜特征，其防止壳体34以错误方式插入到插座连接器中。也就是说，仅可以按一种方式插入，即，以壳体34的倾斜部分对准插座连接器中的匹配倾斜部分的取向插入。有时候用户难以确定何时极化连接器诸如连接器30取向在正确的插入位置上。
连接器30还包括在壳体34内的内腔38以及形成在腔内的接触36。腔38容易将碎屑收集和捕获在腔内，其有时候干扰了到接触36的信号连接。此外，除了取向问题之外，即使当连接器30适当地对准时，连接器的插入和拔出也不是精确的，会有不协调的感觉。此外，即使连接器完全插入，它也可能具有不期望程度的摇晃，这可能导致故障连接或断裂。
许多其他常用数据连接器，包括标准USB连接器、小型USB连接器、火线连接器以及与常见便携式媒体电子设备一起使用的许多专用连接器，都受到这些缺陷中的一些或全部或者类似缺陷的困扰。
发明内容
本发明的各种实施例涉及插塞连接器和插座连接器，其针对上述缺陷中的一些或全部做出了改善。本发明的实施例不限于任何特定类型的连接器，可用于许多应用。然而，一些实施例尤其适合于用作音频连接器，一些实施例尤其适合于数据连接器。
鉴于当前可得的音频和数据连接器的上述缺点，本发明的一些实施例涉及改善的音频和/或数据插塞连接器，其具有减小的插塞长度和厚度、直观的插入取向，且在插入其对应的插座连接器和从插座连接器拔出时具有平顺协调感。此外，根据本发明的插塞连接器的一些实施例具有代替内部接触的外部接触，且不包括易于收集和捕获碎屑的腔。
本发明一实施例涉及具有本体和从该本体纵向延伸离开的连接器舌片（tab）的插塞连接器。连接器舌片包括第一和第二相反主侧面，并且在该第一侧面上承载第一多个接触且在该第二侧面上承载第二多个接触。该第一和第二多个接触每个都包括布置成基本相同的接触图案的相同数量的接触。此外，第一多个接触中的每个接触电连接到第二多个接触中的与其正对着的接触。连接器舌片具有180度对称形状，从而它可以以两种插入取向中的任一种插入并操作上耦接到对应的插座连接器。
本发明一特定实施例涉及具有基本平坦本体的插塞连接器。本体可包括第一和第二相反主侧面以及连接第一和第二主侧面的第三和第四相反侧面。第三和第四侧面比第一和第二侧面显著更窄。多个外部接触可以形成在基本平坦的本体的远端附近的表面上。接触可以在第一和第二相反主侧面之一或二者上对称地间隔开。在另一些实施例中，多个接触是形成在本体内并且偏转以从本体远端突出的柱塞（plunger）接触。插塞连接器可具有180度对称形状，从而它能以两种插入取向中的任一种插入并操作上耦接到对应的插座连接器。在一些实施例中，连接器舌片包括至少一个固位特征，例如凹口，适用于与对应的插座连接器上的固位特征例如凸出相咬合。在又一些实施例中，插塞连接器包括形成在插塞连接器的侧表面或固位特征上的一个或更多接地接触。
在另一实施例中，本发明涉及具有本体和从该本体纵向延伸出的舌部（tongue）的插塞连接器。舌部包括第一和第二相反侧面以及连接第一和第二相反侧面的第三和第四相反侧面。舌部还绕其长度分成彼此不电接触的用作接触的多个部分。在一些实施例中，有四个平行部分，每个具有三角或矩形横截面。在另一些实施例中，插塞连接器的舌部是基本平坦的，第三和第四侧面显著窄于第一和第二侧面，有四个并排布置的部分，每个具有基本矩形的横截面。电介质材料可填充部分之间的间隔。插塞连接器可具有180度对称形状从而它能以两种插入取向中的任一种插入并操作上耦接到对应的插座连接器。在一些实施例中，连接器舌片包括至少一个固位特征，例如凹口，适用于与对应的插座连接器上的固位特征例如凸出相咬合。在又一些实施例中，插塞连接器包括形成在插塞连接器的固位特征上的一个或更多接地接触。
在又一实施例中，本发明涉及具有基本平坦的本体的插塞连接器，该本体具有第一和第二相反主侧面以及连接第一和第二主侧面的第三和第四相反侧面，第三和第四侧面显著窄于第一和第二侧面。多个接触和绝缘环由基本平坦的本体承载，多个绝缘了的导线连接到每个接触。插塞连接器可具有180度对称形状从而它能以两种插入取向中的任一种插入并操作上耦接到对应的插座连接器。在一些实施例中，连接器舌片包括至少一个固位特征，例如凹口，适用于与对应的插座连接器上的固位特征例如凸出相咬合。在又一些实施例中，插塞连接器包括形成在插塞连接器的固位特征或末梢上的一个或更多接地接触。
在又一实施例中，本发明涉及具有基部和多个同轴突出接触的插塞连接器，该接触具有圆形横截面且从该基部延伸。该同轴突出接触的横截面的直径可以与它们离基部的距离成反比。额外的突出同轴接触可以围绕多个接触中的每个的整体，并且可用作接地接触。在另一些实施例中，基部可具有形成在基部的远端的面（face）上的多个同心接触。额外的突出接触可从该面的中心延伸，具有比多个同心接触的任一直径更小的直径，该接触可用作接地接触。可以绕突出接触形成环形沟槽以用作固位特征。
本发明的另一些实施例涉及配置为接收对应的插塞连接器的插座连接器。该插座连接器包括外壳，插入腔形成在该外壳内。多个弹性接触延伸到腔中。该插座连接器还包括具有第一和第二突起的棘爪（detent），每个突起具有圆形横截面，突出到插入腔中。第一和第二突起设计为与对应的插塞连接器上的凹口相咬合以使插塞连接器在插座连接器内稳固。在又一些实施例中，插座连接器还包括形成在其固位特征上的一个或更多接地接触。
在另一实施例中，本发明涉及配置为接收对应的插塞连接器的插座连接器。该插座连接器包括外壳，插入腔形成在该外壳内。多个闭塞接触（block contact）可延伸到腔中。在腔的开口处有沟槽以产生鸠尾榫接、滑动鸠尾榫接、楔形滑动鸠尾榫接或者与对应连接器的插脚或唇的其他类似连接。沟槽和对应的插脚或唇用作固位特征且还可用作接地接触。
为了更好地理解本发明的本质和优点，应参考附图和下面的详细说明。然而，将理解，每幅附图仅被提供来用于示范，无意作为对本发明范围的限制的定义。
附图说明
图1A和1B示出先前已知的TRS音频插塞连接器的透视图；
图2A示出先前已知的微型USB插塞连接器的透视图，图2B示出图2A所示的微型USB连接器的正视平面图；
图3A和3B是根据本发明实施例的插塞连接器40的简化透视图；
图4是与插座连接器并置的图3所示的连接器40的舌片部分41的简化透视图，该插座连接器适用于与连接器40相配合；
图5是与对应的插座连接器并置的根据本发明另一实施例的连接器的舌片部分的简化透视图；
图6是与对应的插座连接器并置的根据本发明另一实施例的连接器的舌片部分的简化透视图；
图7A-7C是根据本发明实施例的固位机构的简化透视图；
图8A-8C分别是根据本发明另一些实施例的固位机构和对应的连接器的透视、正视和侧视图；
图9A-9F是根据本发明另一些实施例的连接器的简化透视图；
图10A-10C是根据本发明又一些实施例的连接器的简化透视和侧视图；以及
图11A-11D分别是根据本发明另一些实施例的插塞连接器的简化侧视、侧视、正视和透视图。
具体实施方式
本发明的实施例适于多种电子设备，包括接收或发送音频、视频或数据信号以及其他信号的任意设备。在一些情况下，本发明的实施例由于其可能的小形状因子而尤其适合便携式电子媒体设备。这里使用时，电子媒体设备包括具有可用于呈现人可感知的媒体的至少一个电子部件的任何设备。这种设备可包括例如便携式音乐播放器（例如MP3设备和苹果公司的iPod设备）、便携式视频播放器（例如便携式DVD播放器）、蜂窝电话（例如智能电话，诸如苹果公司的iPhone设备）、视频摄像机、数字静态摄像机、投影系统（例如全息投影系统）、游戏系统、PDA、桌面计算机、以及平板计算机（例如苹果公司的iPad设备）、膝上计算机或其他移动计算机。这些设备中的一些可以配置为提供音频、视频或其他数据或感官输出。
为了更好地理解和领悟本发明，首先参照图3A，其是根据本发明的插塞连接器40的第一实施例的简化透视图。如图3A所示，连接器40包括从本体45延伸出且纵向离开其的连接器舌片41。连接器舌片41包括位于前主表面43a上且延伸到连接器的远端的四个接触44a-44d。连接器40还包括相反的背主表面43b（图3中不可见）和两个侧表面43c和43d，其中仅侧表面43c可见，侧表面43c和43d显著窄于前和背主表面43a、43b并且延伸在前和背主表面之间。在图3A所示的实施例中，连接器舌片41和本体45具有基本相同的宽度和厚度，但是在另一些实施例中，如图3B所示，连接器的本体48可以宽于和/或厚于舌片41。
虽然连接器40可以是任意类型的连接器且可包括任意合理数量的接触，但是在一特定实施例中，连接器40是音频插塞连接器且接触44a是左音频接触，接触44b是麦克风接触，接触44c是接地接触，接触44d是右音频接触。如图3所示，接触44a-44d是外部接触，连接器40不包括其中可能收集颗粒和碎屑的暴露腔。为了改善耐用性和可靠性，连接器40可完全密封且不包括移动部件。此外，与一般可得到的上述TRS和TRRS连接器相比，连接器40可具有显著减小的插入深度Z和插入宽度X。在一特定实施例中，连接器40具有2mm的宽度X、1mm的厚度Y和4mm的插入深度Z。在另一实施例中，连接器40的舌片41具有4.1mm的宽度X、1.5mm的厚度Y和5.75mm的插入深度Z。
连接器舌片41可由单块高强度非导电的或绝缘了的材料制成，接触44a-44d直接沉积于插塞上。在一实施例中，舌片41由通过金属注射模制（MIM）工艺形成的硬化钢芯制成。绝缘体利用例如电介质物理气相沉积（PVD）工艺沉积在芯上，然后利用金属PVD工艺沉积接触迹线44a-44d。在另一实施例中，舌片41是阳极氧化了的铝芯，在其上利用PVD技术沉积导电迹线以用于金属接触44a-44d。在又一实施例中，舌片41由通过陶瓷注射模制（CIM）技术形成的韧化氧化锆芯形成，MIM工艺用于在氧化锆芯的表面上形成的浅沟槽内形成金属接触。
在另一些实施例中，舌片41可以由任意上述芯形成，接触44a-44d可由冲压金属片形成，其置于芯的上表面上形成的匹配沟槽中。金属片接触可以由铜、镍、黄铜、金属合金或者任意其他适当导电材料制成。此外，在一些实施例中，ABS或类似壳体48包绕连接器40的近端，如图3B所示，以提供更大的表面积用于用户抓住连接器。
虽然在图3A和3B中均未示出，但是连接器40可以包括引入特征（lead-in feature），例如稍微圆化的外表面（例如，如舌片41的远端附近的表面43a-43d所示），其向内倾斜以在腔51内引导连接器舌片41，这使得易于将连接器插入到对应的插座连接器（图4所示）中和/或仅允许插塞连接器以正确的取向插入。连接器40还可包括固位特征（虽然固位特征未示于图3中，但是固位特征的示例至少在下面关于图7A-7C进行了论述），其与配合的插座连接器上的对应固位特征协作以稳固插塞连接器。在一些实施例中，固位特征还可用作接地接触。
在一些实施例中，连接器40设计有180度对称性（即，双重取向设计），从而插塞连接器40能以表面43a向上的第一取向和表面43a旋转180度并且朝下的第二取向插入到对应的插座连接器中。在这种实施例中，连接器40可以在主侧面43a和43b中的每个上包括相同数量的接触，其还根据相同的接触布局定位在每个侧面上（即，侧面43a和43b中的每个上的接触定位成电连接到插座连接器中的对应接触，而无论连接器40以两种取向中的哪种取向插入到插座连接器中）。第一侧面上的每个接触电耦接到第二侧面上的正对其定位的对应接触。作为示例，侧面43a上的远左接触（接触44a）电连接到侧面43b上的在其正下方的接触，如果连接器翻转180度，则该接触将在与接触44d相同的位置。类似地，作为另一示例，接触44b电连接到在其正下方的接触，如果连接器翻转180度的话，该接触将在与接触44c相同的位置。在图3A和3B所示的实施例中，相反侧面上的接触之间的直接电连接通过使接触围绕连接器的末梢从而每个接触从侧面43a绕连接器的远末梢延伸到侧面43b而制成。
为了允许连接器40的双重取向，舌片41不是极化的。也就是说，舌片41不包括这样的物理特征，其配置为与对应的插座连接器中的设计为确保仅在单个取向下发生两个连接器之间的配合的匹配特征相配合。相反，如果舌片41沿水平平面分为顶半部和底半部（该水平平面沿舌片41的宽度将舌片41的中心分为两部分），则舌片41的上半部的物理形状与下半部的物理形状基本相同。类似地，如果舌片41沿垂直平面分为左半部和右半部（该垂直平面沿舌片41的长度将舌片41的中心分为两部分），则舌片41的左半部的物理形状与右半部的物理形状基本相同。此外，在一些实施例中，额外的或单独的接地接触可以形成在连接器舌片41的侧面上或者远端处，且也可布置成对称方式。
插座或者其中容纳插座连接器的电子设备中的感测电路可以检测接触的取向并适当地切换连接器插孔中到所述接触的内部连接。例如，软件开关可用于根据插入取向切换插座插孔的用于左和右音频的接触，同时硬件开关可用于切换连接器插孔麦克风和接地接触以匹配连接器40的接触。在另一些实施例中，两种开关都可以以软件实现或者两种开关都可以以硬件实现。连接器的取向可以由与对应的插座连接器相关联的电路基于通过接触接收的信号或者基于检测接地接触或电源接触的位置来检测。作为一示例，在将连接器40插入插座连接器中时，插座连接器中的电路可以检测接地接触44c的位置。一旦接地接触的位置已知，则电路可以切换插座接触上的信令以匹配插塞连接器上的信号。作为另一示例，在将连接器插入主机设备的插座连接器中时，主机设备可以经由插座连接器中的指定给特定接触的接触发送确认信号给串行控制芯片并等候响应信号。如果收到响应信号，则接触被适当地对准，音频和/或其他信号可以在连接器之间传输。如果没有收到响应，则主机设备翻转插座连接器中的信号以对应于第二可能取向（即将信号翻转180度）且重复确认/响应信号程序。在另一实施例中，形成在插塞连接器上的物理取向特征（例如独特凹口或者其他物理特征）可以被插座连接器中的取向接触或其他适当机构检测以确定插塞的取向，硬件和软件开关可以适当地设置插座连接器接触以用于左和右音频或者其他数据接触对应于插塞连接器接触。
图4是与插座连接器50并置的图3A所示的舌片41的简化透视图，插座连接器50设计为与连接器40相配合。插座插孔50具有四个导线柔性接触54a-54d延伸到其中的插座腔51。柔性接触54a-54d是摩擦接触，其与插塞连接器40中的接触44a-44d相接触。柔性接触54a-54d中的每个位于各自单独的接触腔52a-52d内。当连接器40插入腔51内时，连接器40的上主表面43a迫使柔性接触54a-54d弹回到其各自的接触腔52a-52d内，而接触54a-54d在不经受外力时被偏置为延伸到腔51内。因此，当连接器40和50配合时，接触54a-54d的偏置导致它们压在接触44a-44d上，使得接触54a-54d至少部分地缩进到接触腔52a-52d内，确保了在配合时连接器40和插座连接器50的接触之间的可靠电连接。因为插塞连接器40的一个侧面上的每个单独接触电耦接到相反侧面上的对应接触，所以插座连接器50可以设计为包括在腔51的一侧的单组接触52a-52d，而不是具有形成在腔51内的顶和底内表面二者上的接触。这又允许插座连接器50与在相反两个内表面上具有单独接触组的类似插座连接器相比具有减小的高度，如参照图4可理解的那样。
在另一些实施例中，连接器40和连接器插座50每个可包括总共超过四个接触或者在表面43a和43b中的每个上超过四个接触，例如6、8、10或更多个接触，还可以在连接器40的远末梢附近或者在侧表面43c和43d上有接地接触。当连接器40是数据插塞连接器时，许多不同类型的数字信号可以由四个或更多接触传递，包括诸如USB信号（包括USB 1.0、2.0和/或3.0）、火线（也称为IEEE 1394）信号、SATA信号和/或任意其他类型数据信号的数据信号。可由连接器40的接触传输的其他数字信号包括用于数字视频的信号，诸如DVI信号、HDMI信号和显示端口信号，以及执行启用设备的检测和识别、电子媒体设备或连接器40的附属件这些功能的其他数字信号。
图5是根据本发明另一实施例的插塞连接器60的舌片部分的简化透视图，其与对应的插座连接器70并置。类似于插塞连接器40，插塞连接器60可以是音频或数据插塞连接器且可具有180度对称双重取向设计。插塞连接器60包括位于外壳体62内的柱塞插脚（plunger pin）64a-64d。壳体62可以是金属性的或者可由非导电或绝缘材料诸如陶瓷制成。在每个柱塞插脚64a-64d后面是对应的弹簧65a-65d，其将柱塞插脚朝向连接器60的远端67偏置。如图5所示，连接器60的远端67包括基本平坦的端表面63，其延伸在连接器60的舌片部分的上下表面之间且相对于侧壁68a和68b沿纵方向凹陷。柱塞插脚64a-64d位于形成在连接器60的舌片部分内的圆柱腔66a-66d中，圆柱腔66a-66d终止于端表面63处。
插座连接器70包括位于单独的腔内且具有延伸到接触插入腔71中的接触表面的四个闭塞接触74a-74d。当插塞连接器插入腔71内时，侧壁68a和68b框住闭塞接触74a-74d，闭塞接触74a-74d对准柱塞插脚64a-64d。柱塞插脚64a-64d在插入过程期间被迫抵靠闭塞接触74a-74d，弹簧65a-65d回缩。弹簧65a-65d、柱塞插脚64a-64d和闭塞接触74a-74d设计为在插塞连接器60完全插入腔71中时柱塞接触64a-64d与其对应的闭塞接触电连接。柱塞插脚64a-64d和闭塞接触74a-74d可用于传递任何适当的数据信号（例如，关于连接器40提及的数据信号）以及音频信号、视频信号等。在一些实施例中，可以有超过四个柱塞插脚在连接器60内，有对应的闭塞接触在插座连接器70上，例如6、8、10或者更多柱塞插脚，还可以在侧壁68a和68b上有接地接触。如插座连接器50那样，与插座连接器70相关联的电路可以检测插塞连接器60的插入取向并相应地切换接触74a-74d的信令。
在一实施例中，柱塞接触64a-64d以0.4mm的节距间隔开。在本实施例中部分地由于它们的小尺寸，柱塞接触64a-64d位于其中的圆柱腔66a-66d直接形成在插塞结构中，而不是在插塞子组件中。然而，可以在另一些实施例中使用子组件。在一特定实施例中，连接器60的本体由韧化氧化锆CIM结构形成，到柱塞接触64a-64d的电接触依赖于设计在外壳内的导电性而不是弹簧。在该实施例中，圆柱腔66a-66d衬有氮化钛涂层以改善到外壳内的接触的传导。
连接器60可包括引入特征，其允许连接器更易于插入腔71内。作为一示例，侧壁68a、68b可具有稍微圆化的外表面，其向内倾斜以在腔71内引导连接器舌片部分61。此外，尽管在过于简化的图5中未示出，但是连接器60可包括固位特征（例如，下面关于图7A-7C论述的固位特征），其使插塞连接器60一旦完全插入就在插座连接器70内稳固。
图6是根据本发明另一实施例的插塞连接器80的舌片部分的简化透视图，插塞连接器80与对应的插座连接器90并置。插塞连接器80包括位于形成在舌片部分内的圆柱腔86a-86d内的柱塞插脚84a-84d。在每个柱塞插脚84a-84d后面的是对应的弹簧85a-85d，其将柱塞插脚朝向远端87偏置。柱塞插脚84a-84d、弹簧85a-85d和圆柱腔86a-86d类似于上面关于图5描述的那些。连接器80的远端87具有形成在其上的插脚或唇88，其以正交滑动鸠尾榫接型连接与插座连接器90的插入腔91的沟槽89相配合，该正交滑动鸠尾榫接型连接类似于SLR摄像机中使用的将外部闪存或类似部件连接到摄像机的热靴连接（hotshoe connection）。在另一些实施例中，也可使用楔形滑动鸠尾连接，具有形成在连接器插座90上的楔形沟槽89和形成在连接器80上的对应楔形插脚或唇88。在另一些实施例中，可以在连接器80与连接器插座90之间实施其他鸠尾榫接连接。这些鸠尾榫接连接还可用作接地接触连接，其中唇88和沟槽89分别用作连接器80和连接器插座90的接地接触。
连接器插座90包括位于单独腔内且具有延伸到接触插入腔91中的接触表面的四个闭塞接触94a-94d，与图5所示的连接器插座70的那些类似。连接器80和对应的插座连接器90的设计允许接触84a-84d在连接过程期间的摩擦，即使柱塞接触以鸠尾榫接连接的方式使用。为此，形成在插座连接器90内的闭塞接触94a-94d可包括插入特征，诸如朝向插入腔91的前面成角度的边缘表面，其在插脚摩擦经过特定闭塞接触时将每个柱塞插脚84a-84d向里推。
图7A-7C是根据本发明实施例的三种不同牛角型棘爪固位机构的简化透视图，其可用于使根据本发明的插塞连接器，诸如连接器40、60和其他连接器，在它们的对应插座连接器内稳固。在图7A中，高牛角棘爪102示出为形成在插座连接器100内，插塞连接器110定位为用于插入到插座连接器中。插塞连接器110包括在其远端附近的固位特征，示为c形凹口112a、112b，其定位为与牛角棘爪102的示为c形突起103a、103b的对应突出固位特征咬合，牛角棘爪102在插座连接器100的插入腔101内延伸。
在操作中，当插塞连接器110插入到腔101中时，突出的固位特征103a、103b（例如，c形突起）接触插塞连接器110的侧壁且被向外压，直到连接器110完全插入到腔101且突出固位特征103a、103b（c形突起）对准凹口112a、112b，此时它们向内弹以与凹口锁合。一旦锁合，为了通过将连接器110拉出腔101之外而使插塞连接器110从插座连接器100脱离，施加来移除连接器110的拉力必须克服棘爪102施加的弹力。除了将连接器110保持在与插座连接器100咬合的位置之外，固位特征112a、112b以及103a、103b中的全部或一些还可用作接地接触。
图7B示出形成在插座连接器内的平坦牛角棘爪104，其包括示为平坦c形突起105a和105b的固位特征，图7C示出形成在插座连接器内的折叠牛角棘爪106，其包括示为平坦c形突起107a、107b的固位特征。在本发明的一些实施例中，棘爪行程（即，c形突起103a、103b或105a、105b或107a、107b横向移动的距离）在每侧大约0.5mm和大约1.2mm之间。
图8A-8C分别是根据本发明另一实施例的音频或数据插塞连接器120以及对应的插座连接器130的简化透视图、正视图和侧视图。插塞连接器120包括从连接器的上表面延伸到其远端的接触124a-124d。如图8A-8C所示，接触124a-124d是外部接触，连接器120不包括其中可能收集颗粒和碎屑的暴露腔。为了改善耐用性和可靠性，连接器120可以完全密封且不包括移动部件。在一些实施例中，接触124a-124d包绕连接器的末梢以存在于两个主表面上，且连接器120具有双重取向设计，类似于上述连接器40。插塞连接器120还包括凹入固位特征123a和123b，其可具有圆形横截面且形成在连接器的远端附近的侧壁上。在图8A-8C所示的实施例中，凹入固位特征123a、123b是锥形凹坑。
插座连接器130包括柔性接触134a-134d，其延伸到插入腔131内且在插塞连接器120插入腔131内时在力的作用下在腔131内向后弹。插座连接器130还包括u形固位机构132，其具有以彼此相对的关系定位的两个突出固位特征133a、133b。突出固位特征133a、133b具有圆形横截面且设计为在插塞连接器与插座连接器配合时与插塞连接器120的凹入固位特征123a、123b咬合。在图8A-8C所示的实施例中，突出固位特征133a、133b是圆锥尖，但是在其他实施例中它们可以是球形。除了将连接器120保持在与插座连接器130咬合的位置之外，固位特征123a、123b和133a、133b中的一些或全部还可用作接地接触。
如图8C所示，插入腔131具有沿其宽度的开口，其显著宽于插塞连接器120的厚度。腔131的开口中的额外宽度与突出固位特征133a、133b和凹入固位特征123a、123b配合的方式相结合允许插塞连接器120绕突出固位特征133a、133b枢转，从而连接器120、130在经受施加到连接器120的正面或背面的侧力例如沿方向138a或138b施加的力时更不易断裂。当插塞连接器120与插座连接器130配合时，接触134a-134b被朝向插塞连接器120弹性偏置，从而接触134a-134d与对应的接触124a-124d之间的电连接在插塞连接器枢转时得到维持。
在操作中，当插塞连接器120插入到腔131中时，突出固位特征133a、133b接触插塞连接器的侧壁且被向外压，直到连接器120完全插入到腔131中且突出固位特征133a、133b对准且锁合到凹入固位特征123a、123b中。一旦锁合，为了通过将连接器120拉出到腔131之外而使插塞连接器120脱离插座连接器130，施加来移除连接器120的拉力必须克服固位机构132施加的弹力。连接器120还可通过沿方向138a或138b对连接器120横向施压而从插座130移除。插塞连接器120沿方向138a或138b的移动向后驱动突出固位特征133a、133b（例如，圆锥突起），使插塞连接器120抗断裂且允许其脱离插座连接器。
在一些实施例中，接触124a-124b以及柔性接触134a-134b可用于传递任何适当的数据信号（例如，关于连接器40提及的数据信号）以及音频信号、视频信号等。在一些实施例中，可以有超过四个接触在连接器120上，有对应的柔性接触在连接器插座130上，例如6、8、10或者更多接触，且还可以在固位特征中有接地接触，如关于前面的实施例论述的那样。
图9A-9F是根据本发明另一些实施例的音频或数据插塞连接器的简化透视图，其也可具有180度双重取向设计。图9A-9F所示连接器中的每个包括以各种方式布置的四个接触。例如，图9A所示的连接器140具有布置在连接器舌片或舌部141的四个不同外表面上的四个接触（仅两个接触可见）。如图9A所示，连接器140还可包括固位特征。这些固位特征可以按与关于前述连接器110和120论述的固位特征类似的方式起作用，包括还用作接地接触的能力。图9B所示的插塞连接器具有以象限（quadrant）布置从基部向外突出的四个接触146a-146d，其中每个接触与其他接触物理间隔开且分隔。在图9C中，连接器150示为采用四个连接器151a-151d的类似象限型布置，但是用塑料或类似电介质材料分隔开连接器以与单独插脚相反制造单个健壮插塞。
在图9D中，四个插脚156a-156d沿插塞连接器155的宽度横向间隔开，塑料或类似的电介质材料152形成在插脚之间以制造单个健壮插塞。图9E和9F示出插塞连接器160和165，其分别类似于插塞连接器145和150，除了连接器插脚或接触的横截面形状是矩形而不是三角形之外。在一些实施例中，图9A-9F的连接器中所示的接触以及根据本发明的另一些连接器由导电弹性体制成，其提供连接的顺应性，而插脚之间的电介质材料152由高强度绝缘体制成。在另一些实施例中，图9A-9F的连接器的连接器插脚由涂覆有导电层的电介质材料制成。
连接器140、145、150、155、160和165的接触可以用于传递任何适当的数据信号（例如，关于连接器40提及的数据信号）以及音频信号、视频信号等。在一些实施例中，可以有超过四个接触在连接器140、145、150、155、160和165上，有对应的接触在对应的连接器插座上，例如6、8、10或者更多个接触，还可以在这些连接器的远末梢附近或者侧壁上有接地接触。此外，图9A-9F示出至少连接器140、152、155和160的接触是外部接触，这些连接器不包括其中可能收集颗粒和碎屑的暴露腔。为了改善耐用性和可靠性，连接器140、152、155和160可以被完全密封且不包括移动部件。
图10A-10B是根据本发明另一实施例的音频或数据插塞连接器180的简化透视图和侧视图，其也具有180度双重插入取向设计。连接器180具有基本平坦的舌片181，其承载环绕舌片181并且通过绝缘环185a-185d彼此电隔离的四个套管接触184a-184d。如图10C示范性示出的那样，四个绝缘了的导线186a-186d在舌片181内并排延伸且在末梢的与特定接触对应的截面中的内部接触点处接合到它们各自的接触184a-184d。如图10A-10C所示，接触184a-184d是外部接触，连接器180不包括其中可能收集颗粒和碎屑的暴露腔。为了改善耐用性和可靠性，连接器180可以完全密封且不包括移动部件。
连接器180的接触可用于传输任何何时的数据信号（例如，关于连接器40提及的数据信号）以及音频信号、视频信号等。在一些实施例中，可以有超过四个套管接触在连接器180上，例如6、8、10或者更多个接触，还可以在连接器180的远末梢附近或者侧壁上有接地接触。
在本发明的另一些实施例中，可采用音频或数据同轴连接器，其不需要轴向间隔物（例如，图10A-10C所示的绝缘环185a-185d）且因此实现了减小长度的连接器。图11A是根据本发明一实施例的一个这样的连接器200的简化侧视图。连接器200包括四个接触204a-204d，其从连接器远端处的接触204a向在其基部处的接触204d减小直径。示为环形沟槽的绕连接器204d形成的固位特征205在连接器200插入到对应的插座连接器中时用作固位机构部件，插座连接器具有定位成对准固位特征205的棘爪或类似固位特征。
图11B是根据另一实施例的连接器210的简化侧视图。控制器210具有与连接器200的接触类似的接触204a-204d，且还包括环绕接触204a-204d中的每个的整体的接地接触204e。在另一实施例中，连接器220包括形成在同心套管的面上的多个接触，如图11C和11D所示。具体而言，连接器220包括中心接触224a，其被更大直径的三个同心环224b-224d围绕。每个环224b-224d包括形成在其内表面上的接触，该接触与形成在插座连接器中的匹配同心环的外表面上的接触配合。中心接触224a的设计可以类似于前述标准TRS和TRRS连接器，包括球茎状头部固位特征和，在一些实施例中，绕其长度形成的额外环状接触。在另一些实施例中，中心接触224a的横截面的表面积可以远小于标准TRS和TRRS连接器。
连接器200、210和220的接触可用于传输任何适当的数据信号（例如，关于连接器40提及的数据信号）以及音频信号、视频信号等。在一些实施例中，连接器200、210和220可承载超过图11A-11B所示的四个接触（204a-204d和224a-224d），例如6、8、10或者更多接触。
本发明的一些实施例利用如下权利要求的形式来描述。
1.一种插塞连接器，包括：
本体；
舌部，从该本体纵向延伸离开，该舌部具有相反的第一和第二侧面以及连接该第一和第二侧面的相反的第三和第四侧面；
固位特征，形成在该舌部的远端附近的该第三和第四侧面上；和
由该舌部承载在该第一、第二、第三和第四侧面中的每个上的至少一个接触，
其中，该舌部被成形且该接触被布置为具有180度对称性，从而插塞连接器能以两种取向中的任一种插入并操作上耦接到对应的插座连接器。
2.如权利要求1所述的插塞连接器，其中，该固位特征是凹口。
3.如权利要求2所述的插塞连接器，其中，该凹口是V形凹陷。
4.一种插塞连接器，包括：
本体；
舌部，从该本体纵向延伸离开，该舌部绕其长度分成彼此不电接触的多个部分，该多个部分中的每个包括至少一个接触；以及
其中，该舌部被成形且该接触被布置为具有180度对称性，从而该插塞连接器能以两种取向中的任一种插入并操作上耦接到对应的插座连接器。
5.如权利要求4所述的插塞连接器，其中，该舌部包括四个部分，每个部分具有三角形横截面，该四个部分布置成为该舌部提供基本矩形的横截面。
6.如权利要求4所述的插塞连接器，其中，该舌部包括四个部分，布置成2×2矩阵图案。
7.如权利要求6所述的插塞连接器，其中，该舌部是基本平坦的。
8.如权利要求7所述的插塞连接器，其中，该舌部包括并排布置的四个部分，每个部分具有基本矩形的横截面。
9.如权利要求4所述的插塞连接器，其中，电介质材料填充该多个部分之间的间隔。
10.一种插塞连接器，包括：
基本平坦的本体，具有相反的第一和第二主侧面以及连接该第一和第二主侧面的相反的第三和第四侧面，该第三和第四侧面显著窄于该第一和第二侧面；
多个接触，有该基本平坦的本体承载；
多个绝缘环，将各个所述接触分隔开；以及
多个绝缘了的导线，连接到所述接触中的每个。
11.一种插塞连接器，包括：
基部；
多个同轴突出接触，具有圆形横截面且从该基部延伸，其中该同轴突出接触的横截面的直径与它们离该基部的距离成反比。
12.如权利要求11所述的插塞连接器，其中，绕具有最大直径横截面积的突出接触形成有环形沟槽。
13.如权利要求11所述的插塞连接器，其中，具有圆形横截面的额外同轴突出接触从该基部突出且延伸长度大约等于从该基部延伸得最远的突出接触的长度，其中该额外同轴突出接触是中空的，具有第一外径和第二内径，其中该第二内径大于所述多个同轴突出接触的横截面中的任一个的直径。
14.如权利要求13所述的插塞连接器，其中，该额外同轴突出接触是接地接触。
15.一种插塞连接器，包括：
基部；
多个同心接触，形成在该基部的远端的面上；
突出接触，从该面的中心延伸，具有圆形横截面积，该圆形横截面积的直径小于所述多个同心接触的任一直径。
16.如权利要求15所述的插塞连接器，其中，绕该突出接触形成有环形沟槽。
17.一种插座连接器，配置为接收对应的插塞连接器，该插座连接器包括：
外壳；
形成在该外壳内的插入腔，该插入腔具有相反的第一和第二内表面；
多个接触，从该第一内表面延伸到该腔中，没有接触在该第二内表面上；
电路，用于在发生配合事件时检测插塞连接器的插入取向并且基于插塞连接器的插入取向切换该多个连接器上的信号以匹配该插塞连接器上的信号。
18.一种插座连接器，配置为接收对应的插塞连接器，该插座连接器包括：
外壳；
形成在该外壳内的插入腔；
延伸到该腔中的多个闭塞接触；
在该腔的开口处的沟槽。
19.如权利要求18所述的插座连接器，其中，该沟槽是滑动鸠尾榫接沟槽。
本领域技术人员将理解，本发明可以以其他特定形式体现，而不偏离其本质特性。例如，虽然上面大多数关于具有四个接触的音频插塞论述了本发明的实施例，但是本发明不限于任何特定数量的接触。本发明的一些实施例可以具有少至两个的接触，而另一些实施例可具有三十个或者甚至更多接触。作为另一示例，这里论述的本发明的在连接器的单个侧面上具有接触的所有实施例可以被修改为在连接器的至少相反两个侧面上具有接触。在这些实施例中的许多实施例中，接触可以布置为具有180度对称性从而连接器可以以两种不同取向中的任一种插入到插座连接器中。
此外，虽然在一些情况下关于音频连接器描述了本发明，但是本发明不限于任何特定类型的信号且可用于代替音频相关信号或者除了音频相关信号之外还传输视频和/或其他信号。此外，在一些实施例中，根据本发明的连接器可以传输模拟和数字信号二者。作为示例，根据本发明的连接器可以被修改以包括一条或更多光缆，光缆延伸穿过连接器且可以操作上耦接为接收或在配合的连接器插孔之间传输光学信号。光缆允许高速数据传输且可用于兼容USB 4.0（例如，10GB/秒数据传输）。根据本发明的连接器可包括电力、音频和数据连接且可用于给设备充电，同时提供数据和音频功能。本领域技术人员将意识到或者能够仅利用常规实验就确定这里描述的发明的特定实施例的许多等价物。这种等价物旨在被所附权利要求涵盖。

Claims (26)

1.一种插塞连接器，包括：
本体；
舌片，连接到该本体且从该本体纵向延伸离开，该舌片包括相反的第一和第二侧面；
由该舌片承载在该第一侧面上的第一多个接触和由该舌片承载在该第二侧面上的第二多个接触，其中该第一多个接触中的每个独立接触定位得正对着且电连接到该第二多个接触中的对应接触；
其中，该舌片被成形且该第一和第二多个接触被布置为具有180度对称性，从而该插塞连接器能以两种取向中的任一种插入且操作上耦接到对应的插座连接器。
2.如权利要求1所述的插塞连接器，其中，该第一多个接触中的每个接触绕该舌片的远末梢卷绕到该第二多个接触中的对应接触。
3.如权利要求1所述的插塞连接器，其中，该舌片还包括延伸在该第一和第二侧面之间的第三和第四侧面，该第三和第四侧面与该第一和第二侧面相比相对更窄。
4.如权利要求3所述的插塞连接器，还包括形成在该连接器的远端附近的第三和第四侧面上的固位特征。
5.如权利要求4所述的插塞连接器，其中，该固位特征包括接地接触。
6.如权利要求4所述的插塞连接器，其中，该固位特征具有垂直于该第三和第四侧面延伸到该舌片中的圆锥形状。
7.一种插塞连接器，包括：
基本平坦的本体，具有相反的第一和第二主侧面以及连接该第一和第二主侧面的相反的第三和第四侧面，该第三和第四侧面实质上窄于该第一和第二侧面；以及
由该基本平坦的本体在其远端承载的多个接触；
其中，该本体的远端被成形为具有180度对称性，从而它能以两种取向中的任一种插入并操作上耦接到对应的插座连接器。
8.如权利要求7所述的插塞连接器，其中，该基本平坦的本体包括单块非导电的或绝缘的材料，该多个接触直接沉积在该本体的外表面上。
9.如权利要求7所述的插塞连接器，其中，该基本平坦的本体包括覆盖有绝缘体的金属芯，该多个接触沉积在该绝缘体上。
10.如权利要求7所述的插塞连接器，其中，该基本平坦的本体包括通过陶瓷注射模制形成的陶瓷芯，该多个接触用金属注射模制工艺形成在该陶瓷芯上。
11.如权利要求7所述的插塞连接器，其中，该基本平坦的本体包括阳极氧化了的铝芯，该多个接触直接沉积在该阳极氧化了的铝芯上。
12.如权利要求7所述的插塞连接器，其中，该多个接触包括左音频接触、右音频接触和麦克风接触。
13.如权利要求12所述的插塞连接器，其中，该多个接触还包括接地接触。
14.如权利要求7所述的插塞连接器，其中，该插塞连接器还包括形成在该连接器的远端附近的该第三和第四侧面上的固位特征。
15.如权利要求7所述的插塞连接器，其中，该多个接触包括设置在该基本平坦的本体的内部且偏置为从该基本平坦的本体的远端突出的柱塞接触。
16.如权利要求15所述的插塞连接器，其中，该柱塞接触从该本体的远端上的基本平坦的端表面突出，该端表面延伸在相反的该第一和第二主侧面之间且相对于该第三和第四表面沿该插塞连接器的纵轴凹进。
17.如权利要求15所述的插塞连接器，其中该柱塞接触中的每个位于衬有导电材料的圆柱形腔内。
18.如权利要求15所述的插塞连接器，其中，该插塞连接器还包括在该连接器的远端附近形成在该第三和第四侧面上的凹口。
19.如权利要求15所述的插塞连接器，其中，该远端包括用于与包括沟槽的对应的插座连接器配合的唇。
20.一种插座连接器，配置为接收对应的插塞连接器，该插座连接器包括：
外壳；
形成在该外壳内的插入腔；
延伸到该腔中的多个弹性接触；
具有突出到该插入腔中的第一和第二突起的棘爪，每个突起具有圆形横截面，该第一和第二突起设计为咬合对应的插塞连接器上的凹口以使该插塞连接器在该插座连接器内稳固。
21.如权利要求20所述的插座连接器，其中，该突起是圆锥形突起。
22.如权利要求21所述的插座连接器，其中，该棘爪包括U形框架，该第一和第二突起形成在该框架的相反两端。
23.如权利要求20所述的插座连接器，其中，该多个弹性接触被偏置为延伸到该腔中且所述棘爪未被包括。
24.如权利要求20所述的插座连接器，其中，该多个弹性接触未被包括。
25.如权利要求20所述的插座连接器，其中，该第一和第二突起接触是接地接触。
26.一种插座连接器，配置为接收对应的插塞连接器，该插座连接器包括：
外壳；
形成在该外壳内的插入腔，该插入腔具有相反的第一和第二内表面；
多个接触，从该第一内表面延伸到该腔中，没有接触在该第二内表面上；
电路，用于在发生配合事件时检测插塞连接器的插入取向，并基于该插塞连接器的插入取向切换该多个接触上的信号以匹配该插塞连接器上的信号。
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