CN105048201A - 电连接器插头 - Google Patents

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Abstract

一种电连接器插头，供与电连接器插座导接，包括金属壳体及连接端子，电连接器插头包括：具有长向的绝缘主体，包括基座部及架设部；沿长向枢转对称、分别设置的弹性导接端子，具有设置于绝缘主体之基座部的水平段，及由水平段弯折延伸的凸出接触段，且凸出接触段对应抵压导接电连接器插座的连接端子；以及供传输高频讯号的高频讯号端子；及装设于架设部的导电作用片，包括远离基座部的前侧段、及由前侧段朝向基座部延伸、遮蔽高频讯号端子、使高频讯号端子传输阻抗降低的降阻抗段；及设置于基座部上、且导电接触金属壳体的屏蔽外壳。

Description

电连接器插头
技术领域
一种电连接器插头，尤指一种应用于通用序列总线(USB)的电连接器插头。
背景技术
人们使用3C产品时，以各种外接式装置连接3C产品的多媒体插槽，进而扩充额外或必需的功能。例如外接硬盘、随身碟、多媒体影音设备或键盘等。
由于随身碟一类装置具有支援带电插拔和随插即用的方便功能，3C产品运作时，不需刻意关闭电源再进行插入或拔除的动作，也不会导致主机或随身碟烧毁，并且能够实时侦测及快速使用新插入的外接式装置。因此USB逐渐成为公认的标准规格。USB技术发展至今，已经历1.0到3.0的结构改良。由于其中USB插座是内建于3C产品中，一旦损坏，使用者将难以自行更换维修，故现行结构，是以正反两面相异的结构设计，达到防呆的效果，避免不当插拔造成USB插座的损毁。
依照目前设计，USB插座中的导电端子具有弹性结构，当USB插头嵌入后，USB插座内的导电端子受USB插头的讯号传输端子压迫而退缩并弹性抵紧，以确保USB插座与USB插头维持稳定地电性导接。
然而，由于USBType-C的讯号传输量大增，传输讯号的频率必须提高，且在USBType-C不仅导电端子数目大幅增加，整体外观尺寸受限于空间，也使得端子排列的复杂性与紧密性大幅攀升。尤其是传输讯号频率的提高，加上讯号传输端子彼此间的设置间隔缩短，端子间发生串音的机率增加，一旦同一连接器中的相邻端子、甚或是相邻连接器的讯号端子间产生串音，将降低传输过程的讯号杂音比(S/Nratio)，使得相邻的讯号传输端子间相互干扰，不免降低其使用的可靠性与稳定性。
此外，由于常见的无线鼠标或键盘，经常是以高频的蓝芽讯号作为传输工具，而无论是笔记型计算机、平板计算机或相关产品，多是将连接器设置于相邻的位置，也使得上述射频的讯号干扰成为影响连接器顺畅运作的问题。
本发明提供一种电连接器插头，一方面在传输高频讯号的讯号传输端子对应位置，增加一个导电结构，使其通过电容效应，降低高频讯号端子的传输阻抗，提高高频讯号传输时的讯号强度，借以提升高频讯号的讯号杂音比，保持高频讯号的质量良好；另方面提供一层保护，避免讯号传输端子因过度的压迫造成结构轻易损坏，使得USBType-C的连接器插头，无论在结构强度或高频讯号传输方面的稳固和流畅性都获得提升。
发明内容
本发明之一目的在提供一种电连接器插头，于USB插头上增加一导电作用片，以降低传输高频讯号的高频讯号传输端子的阻抗，从而减少传输讯号的强度衰减，提升讯号杂音比。
本发明另一目的在提供一种电连接器插头，由一体成形的导电作用片中的前侧段增加一道电磁串扰(crosstalk)的防护，降低串音发生机率。
本发明再一目的在提供一种电连接器插头，将精致而较易损坏的讯号传输端子装设于USB插头一侧，一旦损坏时，增加更换的方便性。
为达上述目的，本案提供一种电连接器插头，供与一电连接器插座导接，其中该电连接器插座包括一金属壳体及设置于该金属壳体内的两组连接端子，该电连接器插头包括：一具有一个长向的绝缘主体，且该绝缘主体包括一个基座部及一个固定于该基座部、且沿着长向延伸的架设部；两排彼此沿上述长向枢转对称、并分别设置于上述绝缘主体中的弹性导接端子，每一前述弹性导接端子具有一段至少部分固定设置于上述绝缘主体基座部的水平段，及一由该水平段弯折延伸的凸出接触段，其中，每一前述水平段彼此平行，且每一前述凸出接触段分别供对应抵压导接上述电连接器插座的上述连接端子；以及，每排前述弹性导接端子中，至少分别包括一对供传输高频讯号的高频讯号端子；一装设于该架设部的导电作用片，包括一远离该基座部的前侧段；及至少一由该前侧段朝向该基座部延伸、且至少部分遮蔽前述高频讯号端子、使得前述高频讯号端子传输阻抗降低的降阻抗段；及一设置于该基座部上、且导电接触该金属壳体的屏蔽外壳。
本案所揭露的一种电连接器插头，将讯号传输端子改设于USB插头之上，并提供一个金属材质的导电作用片，透过降阻抗段，使得各高频讯号端子除原先的内阻外，更产生一个并连的电抗，通过此种与高频讯号端子间形成的电容效应，使得经由高频讯号端子的传输阻抗降低，讯号传输衰减因而减少，讯号杂音比借以提升；另方面至少部分遮蔽高频讯号端子，进一步加强电磁噪声的屏蔽；且辅助弹性导接端子，避免其因过度的压迫而失去弹性回复力。据此结构改良USBType-C连接器的产品特性，提升USBType-C连接器的高频讯号传输效能与整体结构的耐用性。
附图说明
图1为本发明USBType-C电连接器插头第一较佳实施例及插座彼此对应插接情况之立体示意图。
图2为图1电连接器插头侧面剖视示意图，说明弹性导接端子上下对称设置的型态。
图3为图1电连接器插头结构部分分解立体示意图，系将屏蔽外壳去除，以说明降阻抗段的第一实施例。
图4为图3中降阻抗段的实验数据图。
图5为图1电连接器插头立体分解示意图。
图6为图1电连接器插座前视图。
图7为图5中，弹性导接端子与电路板结合的放大立体示意图。
图8为图1实施例中，金属导电外壳的上、下壳体结合示意图，说明与电路板间留有焊接处。
图9为本案电连接器插头第二较佳实施例的结构部分分解立体示意图，系将屏蔽外壳去除，以说明降阻抗段的结构。
图10为图9中降阻抗段的实验数据图。
图11为本案电连接器插头第三较佳实施例的结构部分分解立体示意图，系将屏蔽外壳去除，以说明降阻抗段的结构。
图12为图11中降阻抗段的实验数据图。
图13为本案电连接器插头第四较佳实施例的结构部分分解立体示意图，为将屏蔽外壳去除，以说明降阻抗段的结构。
图14为图13中降阻抗段的实验数据图。
图15为本发明电连接器插头之第五较佳实施例，说明电连接器插头搭配相关元件，而组成众所皆知的USB随身碟。
图16为图1电连接器插头端子排列前视图，说明连接器中的弹性导接端子沿长向枢转对称的配置状态。
符号说明
1、15…电连接器插头；2…屏蔽外壳；3…绝缘主体；31…基座部；
311…导槽；32…长向；33…架设部；4…弹性导接端子；41…水平段；42…凸出接触段；43、432、433、434…高频讯号端子；5、52、53…导电作用片；
51、512、513…前侧段；52、522、523、524…降阻抗段；53…保护段；6…电路板；61…正面；62…背面；63…侧面；7…金属导电外壳；71…上壳体；72…下壳体；73…焊接处；8…电连接器插座；81…金属壳体；82…连接端子；9…导电线材。
具体实施方式
有关本发明之前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式之较佳实施例的详细说明中，将可清楚呈现；此外，在各实施例中，相同之元件将以相似之标号表示。
本案第一实施例系以电连接器组件为例，请参考图1至图8，该电连接器组件释例为一个USB连接器组件，系由一个释例为USB插座的电连接器插座8与一个搭配可同时运作的导电线材9、且释例为USB插头的电连接器插头1所组成。
该电连接器插头1包括一个绝缘主体3，且该绝缘主体3具有一个基座部31及一个固定于该基座部31、且沿着长向32延伸成形的架设部33，其中在该基座部31上方还设置有一屏蔽外壳2，经由前述屏蔽外壳2电性连接至该电连接器插座8的金属壳体81，当该电连接器插头1插接至该电连接器插座8时，两者的金属外壳彼此导电连接。而该电连接器插座8为设置在3C产品的壳体处，并与3C产品的主机板接地相导接，藉此产生接地与屏蔽的效果，让该电连接器插座8与该电连接器插头1间，各端子所传递的讯号不易受外部电磁波干扰。
请参照图2，两排的弹性导接端子4以该长向32为一中心轴，彼此对应设置于该绝缘主体3上。由侧视图观之，可见两排受固定的弹性导接端子4彼此上下对称；另如图16所示，其中任一排弹性导接端子4以长向32为枢轴，旋转180度即与另一排的弹性导接端子4所在处完全吻合；在此特以枢转对称一词，定义前述两排弹性导接端子4彼此对应设置之上述状态，并设置于该绝缘主体3上。
每一前述弹性导接端子4分别具有一段水平段41，及一段由该水平段41弯折延伸的凸出接触段42。其中该绝缘主体3的基座部31还形成有多道的导槽311，前述导槽311系供限位每一前述弹性导接端子4的前述水平段41，以避免任一前述水平段41误触相邻者而造成短路；另一方面，依照USBType-C的规格，前述每一排的弹性导接端子4中，分别有两对端子Rx+、Rx-和Tx+、Tx-系供传输高频讯号，为便于说明起见，在此称其为高频讯号端子43。
由于该电连接器插座8必须同样具有多组的连接端子82，而这些端子间彼此的间隔有限，且相互并无遮蔽，故在本案中，于该电连接器插头1中，额外设置有例释为金属片的导电作用片5，其具有一段远离该基座部31的前侧段51以及一段由该前侧段51朝向该基座部31延伸、且至少部分遮蔽前述高频讯号端子43的两段之降阻抗段52。
请一并参考图3、图4所示，本例之前述降阻抗段52，系可完整遮蔽前述高频讯号端子43，使得前述高频讯号端子43在传输交流讯号时，能因电容耦合效应，使得除端子本身内阻外，并连有一电容阻抗，使得高频讯号传输过程中的传输阻抗值，可以由原先的99欧姆降低3至4个百分点，而达到约95欧姆的更低阻抗。藉此，高频讯号传输的准确度与可靠度可以被进一步提升。
当该电连接器插头1导接该电连接器插座8时，该电连接器插座8的前述连接端子82会崁入绝缘主体3的架设段33，抵压、电性连接该电连接器插头1的该弹性导接端子4，一旦使用者过度施力，在插拔电连接器插头1的过程，可能使得该弹性导接端子4损坏。透过该前侧段51相反于降阻抗段52的方向延伸出的保护段53，使得施力不当的力道将被前述保护段53抵销，避免该力道持续抵压该弹性导接端子4，致使该弹性导接端子4弹性疲乏而损坏。当然，熟悉本技术领域者也可以轻易推知，即使将前述保护段汰除，使该弹性导接端子直接抵压该电连接器插座的连接端子，并不影响本案的实施。
该前侧段可降低不同连接器彼此电磁干扰的机率，而该降阻抗段在本实施例中，系分为两道且彼此平行设置，每一道之宽度恰好分别涵盖遮蔽一对上述高频讯号端子Rx+、Rx-和Tx+、Tx-，前述降阻抗段与前述高频讯号端子间的距离是低于0.2mm，而仅达约0.18mm；通过电容偶合效应(CapacitiveCouplingeffect)，让前述高频讯号端子与前述降阻抗段间形成如平行板电容器的样式，其公式：，传输的阻抗值与前述降阻抗段与前述高频讯号端子间的距离及前述降阻抗段的面积有关。使得各高频讯号端子除原先的内阻外，更产生一个并连的电抗，从而降低前述高频讯号端子的整体传输阻抗，优化高频讯号传输效能。相对地，由于电连接器插座的规格具有一定的规范尺寸，无法擅自变更、且前述屏蔽外壳与前述高频讯号端子间的距离为0.3mm，间距过大，电容效应完全不显著；故本案的降低阻抗效果端赖本案的新增结构方能达成。
通过以上的结构设计，将精致且较易损坏的弹性导接端子设置于电连接器插头一侧，降低插座一侧经过长期使用而损坏的风险，由于插头所连接之产品多为鼠标或键盘等周边装置，相较于插座所在的主机，当然是以更换周边装置较为方便，一旦弹性导接端子不幸因正常使用消耗而损毁，使用者也较易于自行更换。此外，由本例中冲压成型的导电作用片的前侧段延伸出一段降阻抗段，使得前述高频讯号端子受到部分遮蔽、并产生一个并连的电抗，从而降低前述高频讯号端子的整体传输阻抗；另一方面，通过设置于基座部的屏蔽外壳，供电性导接电连接器插座的金属壳体，藉此产生接地与屏蔽的效果，让该电连接器插座与该电连接器插头间各端子所传递的讯号，不易受外部电磁波干扰，提升使用上的方便性。当然，熟悉本技术领域人士所能轻易推知，前述导电作用片的成型方式也可以透过镕铸的方式来制作，均不影响本实施例的实施。
请参考图7图8所示，电连接器插头在本例中更包括一个电路板6，该电路板6具有一正面61、一背面62及连接该正面61与该背面62的两侧面63。其中，该正面61及该背面62系供枢转对称的前述两排弹性导接端子4的该水平段41一小部分雷射焊接，而分别固定于该正面61及该背面62，使前述两排弹性导接端子4仍旧维持着枢转对称的状态，并限位该水平段41以避免该水平段41彼此间不当接触，造成电路短路。
金属导电外壳7更包括，一上壳体71、及一下壳体72，其中该上壳体71、该下壳体72分别形成有两个焊接处73，且前述焊接处73恰对应上述电路板6的上述两侧面63，使该上壳体71、该下壳体72与上述电路板6可被一并焊接固定，藉此加强电连接器插头1的整体强度。操作者一旦不留神将电接器插头1摔落地上，也不会因为掉落地面时的撞击力道，导致该金属导电外壳7的结构松脱而损坏。
本案第二较佳实施例及其实验数据如图9、图10所示。图中结构大致与前一实施例相同，但可清楚见到，本例中前述前侧段512的结构并未冲破，而保持为一整片金属板，并且前述降阻抗段522除遮蔽前述高频讯号端子432外，也延伸至两组高频讯号端子432间的各端子上下，使得本例中之高频讯号端子432传输阻抗值，达成与前一实施例大致相同的降低效果。当然，由于本例中之该导电作用片52并未冲压破孔，可简化模具形状，使该导电作用片52实际形成一平坦的金属片。
本案第三较佳实施例及其实验数据，请参考图11、图12所示，系将第一实施例中的导电作用片53，在前述降阻抗段523相反于前述前侧段513的后方，额外增加一连接前述降阻抗段523的连结段(未标号)，不仅使得本例中之高频讯号端子433的传输阻抗值有等同前二实施例的下降幅度，也比第一实施例更能确保前述降阻抗段523的结构稳定，使用材料亦少于第二实施例。
第四实施例则如图13、图14所示。系将降阻抗段524的结构简化，仅仅遮蔽部分前述高频讯号端子434，并让部分的前述高频讯号端子434暴露，经由本实施例的该降阻抗段524设计，虽然仅能达成优于传统的97欧姆阻抗，但可更进一步节省材料，且仍不影响本案技术特征的实施。
本案第五实施例，如图15所示，熟知本技术领域者可轻易推得，将第一实施例中导电线材汰除，通过塑胶壳体(未标号)包覆电连接器插头15，仅仅使得该屏蔽外壳(未标号)露出，并在该塑胶壳体内的前述弹性导接端子(未标号)则同样雷射焊接至该电路板(未标号)上，从而形成生活中常见的随身碟，再度提升该电连接器插头的使用弹性。
本发明的电连接器插头通过至少部分对应遮蔽于成对高频导电端子的降阻抗段结构，有效降低高频导电端子对之传输阻抗，让高频讯号传输的讯号杂音比提高，并且有效阻隔USB连接端子的串扰，让讯号传输效果更佳化；此外，将弹性导接端子设置于电连器插头的绝缘主体中，减少对于插座部分的消耗，提升USBType-C在使用上的流畅性，从而达成上述所有之目的。

Claims (7)

1.一种电连接器插头，供与一电连接器插座导接，其中该电连接器插座包括一金属壳体及设置于该金属壳体内的两组连接端子，其特征在于：该电连接器插头包括：
一具有一个长向的绝缘主体，且该绝缘主体包括一个基座部及一个固定于该基座部、且沿着长向延伸的架设部；
两排彼此沿上述长向枢转对称、并分别设置于上述绝缘主体中的弹性导接端子，每一前述弹性导接端子具有一段至少部分固定设置于上述绝缘主体基座部的水平段，及一由该水平段弯折延伸的凸出接触段，其中，每一前述水平段彼此平行，且每一前述凸出接触段分别供对应抵压导接上述电连接器插座的上述连接端子；以及，每排前述弹性导接端子中，至少分别包括一对供传输高频讯号的高频讯号端子；
一装设于该架设部的导电作用片，包括
一远离该基座部的前侧段；及
至少一由该前侧段朝向该基座部延伸、且至少部分遮蔽前述高频讯号端子、使得前述高频讯号端子传输阻抗降低的降阻抗段；及
一设置于该基座部上、且导电接触该金属壳体的屏蔽外壳。
2.根据权利要求1所述的电连接器插头，其特征在于：所述每一组前述弹性导电端子中，分别具有两对上述高频讯号端子，以及前述降阻抗段是两段由上述前侧段延伸至上述基座部的金属片。
3.根据权利要求2所述的电连接器插头，其特征在于：所述每一前述金属片的宽度分别涵盖对应上述一对高频讯号端子。
4.根据权利要求1所述的电连接器插头，其特征在于：更包括一电路板，供电性连接上述弹性导接端子的上述水平段，该电路板具有一正面、一背面及连接该正面与该背面的两个侧面。
5.根据权利要求4所述的电连接器插头，其特征在于：更包括一金属导电外壳，其中该金属导电外壳包括一上壳体、及一下壳体，其中该上、下壳体分别形成有两个焊接处，且前述焊接处恰对应上述电路板的上述两个侧面，使该上壳体、该下壳体与上述电路板可被一并焊接固定。
6.根据权利要求1所述的电连接器插头，其特征在于：所述绝缘主体的该基座部形成有多道导槽，供限位上述弹性导接端子的上述水平段。
7.根据权利要求1所述的电连接器插头，其特征在于：所述导电作用片为冲压成形。
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