CN109479074B - 双屏蔽层的usb连接器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种低电磁干扰的USB悬浮设计方法，特别是在终端设备的USB接口的引脚与金属外壳之间的距离越来越小的场景下，采用具有第一屏蔽层和第二屏蔽层的连接线连接第一插头与第二插头，其中，第一屏蔽层与第二屏蔽层是重叠且无电气连接的，第一屏蔽层的一端连接第一插头的金属外壳，另一端悬空，第二屏蔽层的一端连接到第二插头的金属外壳，另一端悬空。另外，第一插座的金属外壳与第二插座的金属外壳可以用过容性器件连接到终端设备的外壳或者适配器外壳。利于终端设备降低短路的风险以及辐射。

Description

双屏蔽层的USB连接器

优先权声明

本申请要求于2017年3月24日提交中国专利局、申请号为201710182214.9、发明名称为“一种USB”的中国专利申请的优先权，以及于2017年10月9日提交中国专利局、申请号为201710931237.5、发明名称为“一种USB”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本发明实施例涉及通信领域，尤其涉及降低终端设备的电磁干扰。

背景技术

随着半导体行业的不断发展，电子器件的体积也越来越小，从而使得消费者能够享受更加轻便、适宜的电子产品，但是电子器件的体积越小，对电子器件本身的稳定性以及周边的环境的要求也越来越高，一个必须解决的问题就是电磁干扰(EMI，ElectromagneticInterference)，电磁干扰是有害于设备、传输通道或系统的性能的，对终端设备的稳定性以及安全性都存在威胁。

发明内容

一方面，本发明实施例提供了一种通过串行总线(USB，Universal Serial Bus)连接器，其特征在于，包括：第一插头，所述第一插头包括第一金属外壳；第一插座，所述第一插座包括第一金属外壳，所述第一插座位于终端设备壳体中；第二插头，所述第二插头包括第二金属外壳；第二插座，所述第二插座包括第二金属外壳，所述第二插座位于适配器壳体中；所述第一插头与所述第二插头通过连接线连接；所述连接线具有双层无电气连接的屏蔽线，其中，所述第一插头的所述第一金属外壳连接第一层屏蔽线的一端，所述第一层屏蔽线的另一端悬空，所述第二插头的所述第二金属外壳连接第二层屏蔽线的一端，所述第二层屏蔽线的另一端悬空，所述第一屏蔽层与所述第二屏蔽层之间形成的电容值大于阈值。本实施例可以实现多层屏蔽的效果。

在一个可能的设计中，所述阈值可以是0.5pF。本实施例可以实现更好地降低EMI效果。

在一个可能的设计中，所述第一插座的第一金属外壳通过容性器件连接到所述终端设备外壳体。在一个可能的设计中，所述第一插座的第一金属外壳通过容性器件连接到地线。在一个可能的设计中，容性器件可以是电容器或者含有寄生电容的瞬态电压抑制器。本实施例可以避免金属外壳浮地，同时过滤掉高频干扰信号。

在一个可能的设计中，所述第二插座的第二金属外壳通过容性器件连接到所述适配器外壳体。在一个可能的设计中，所述第二插座的第二金属外壳通过容性器件连接到适配器接地端。在一些可能的设计中，容性器件可以是电容器或者含有寄生电容的瞬态电压抑制器。本实施例可以避免金属外壳浮地，同时过滤掉高频干扰信号。

本发明实施例提供了一种USB连接器，其特征在于，包括：第一插头，所述第一插头包括第一金属外壳；第一插座，所述第一插座包括第一金属外壳，所述第一插座位于终端设备壳体中；第二插头，所述第二插头包括第二金属外壳；第二插座，所述第二插座包括第二金属外壳，所述第二插座位于适配器壳体中；所述第一插头与第二插头通过连接线连接；所述连接线具有一层屏蔽线，其中，所述第一插头的所述第一金属外壳连接屏蔽线的一端，所述第二插头的第二金属外壳连接屏蔽线的另一端；所述第一插座的第一金属外壳通过电容器接地，所述第二插座的第二金属外壳通过电容器接地。本实施例可以避免金属外壳浮地，同时过滤掉高频干扰信号。

本发明实施例提供了一种终端设备，包括：USB插座；所述USB插座包括金属外壳、至少一个金属引脚、至少一个腔体；所述USB插座的金属外壳通过电容器连接所述终端设备的外壳或者地线。本实施例可以降低终端设备的EMI。

本发明实施例提供了一种充电系统，包括：终端设备；适配器；所述充电系统采用上述任意一项的USB连接器。本实施例可以降低充电系统的EMI。

在一个可能的设计中，所述适配器可以替换为计算机系统。

值得一提的是，本发明的实施例可以任意组合来达成不同的技术效果。

通过上述方案，本发明的实施例能够降低使用USB连接器的系统的EMI。

附图说明

图1为根据本发明一种可能的实施方式提供的USB连接器的第一示意图。

图2为根据本发明一种可能的实施方式提供的充电系统示意图。

图3为根据本发明一种可能的实施方式提供的USB连接器插头的第一示意图。

图4为根据本发明一种可能的实施方式提供的USB连接器插头的第二示意图。

图5为根据本发明一种可能的实施方式提供的USB连接器插头的第三示意图。

图6为根据本发明一种可能的实施方式提供的USB连接器插头的第四示意图。

图7为根据本发明一种可能的实施方式提供的USB连接器插座的示意图。

图8为根据本发明一种可能的实施方式提供的USB连接器的第二示意图。

图9为根据本发明一种可能的实施方式提供的USB连接器的第三示意图。

图10为根据本发明一种可能的实施方式提供的USB连接器的第四示意图。

图11为根据本发明一种可能的实施方式提供的USB连接器的第五示意图。

图12为根据本发明一种可能的实施方式提供的USB连接器的第六示意图。

图13为根据本发明一种可能的实施方式提供的USB连接器的第七示意图。

图14为根据本发明一种可能的实施方式提供的USB连接器的第八示意图。

图15为根据本发明一种可能的实施方式提供的USB连接器的第九示意图。

图16为根据本发明一种可能的实施方式提供的USB连接器的第十示意图。

具体实施方式

本发明所称的“USB”是指通用串行总线(英语：Universal Serial Bus，缩写：USB)，是连接计算机系统与外部设备的一种串口总线标准，也是一种输入输出接口的技术规范，被广泛地应用于个人电脑和移动设备等信息通讯产品，并扩展至摄影器材、数字电视(机顶盒)、游戏机等其它相关领域。

本发明所称的“EMI”是指是电磁干扰(Electromagnetic Interference，EMI)，具体地，干扰电缆信号并降低信号完好性的电子噪音。通常电磁干扰的条件可以包括电磁干扰源，例如，微处理器、微控制器、传送器、静电放电和瞬时功率执行元件。还可以包括耦合路径，噪声被耦合到电路中最容易被通过的导体传递，例如，电磁波的辐射存在于每个电路中，这就形成了电路间的耦合。当电流改变时，就会产生电磁波。这些电磁波能耦合到附近的导体中，并且干扰电路中的其他信号。还可以包括接收器，所有的电子电路都可能受到电磁干扰。虽然一部分电磁干扰是以射频辐射的方式被直接接受的，但大多数电磁干扰是通过瞬时传导被接受的。在数字电路中，复位、中断和控制信号等临界信号最容易受到电磁干扰的影响。控制电路、模拟的低级放大器和电源调整电路也容易受到噪声的影响。

图1为根据本发明一种可能的实施方式提供的USB连接器100的第一示意图。

在一些实施例中，如图1，USB连接器100包括：插头001、连接线002、插头003、插座004、插座005。在一些实施例中，USB连接线002连接插头001、插头003。在一些实施例中，USB的连接器100的插头001与插头003可以是任意组合的，例如，USB插头001、插头003可以包括typeA、typeB、miniA、miniB、microA、microB、USBtypeA、USBtypeB、USBmicroB、typeC其中任一项。

在一些实施例中，USB连接器100的插头与USB连接器100的插座是对应匹配的，例如插头001与插座004对应匹配的，进一步地，插座004与插座005可以是对应的插座，例如可以是typeA、typeB、miniA、miniB、microA、microB、USBtypeA、USBtypeB、USBmicroB、typeC其中任一项。在一些实施例中，USB连接器100的插头001与插座004是可以任意组合的，例如，插座microAB可以组合插头microA或者microB。在一些实施例中，USB连接器100可以采用不同的版本，通常高版本可以向下兼容，例如，USB3.2可以兼容USB3.1、USB3.0、USB2.0、USB1.1、USB1.0。

图2为根据本发明一种可能的实施方式提供的充电系统的示意图。

在一些实施例中，如图2所示，USB连接器的一端连接终端设备006，进一步地，本发明实施例涉及的终端设备006可以包括手机、平板电脑、PDA(Personal DigitalAssistant，个人数字助理)、POS(Point of Sales，销售终端)、车载电脑、TV、可穿戴设备、AR、VR设备、便携式音乐播放器等。在一些实施例中，USB连接器100的一端还可以连接外围设备，例如可以包括键盘、鼠标、调制解调器、打印机、扫描仪、数码相机、游戏手柄、硬盘、网络部件等任一项或者多项。

在一些实施例，如图2，USB连接器100的另一端可以连接适配器007，以给终端设备供电，进一步地，插座004与插座005分别位于适配器上与终端设备100中。在一些实施例中USB连接器100的另一端也可以是计算机系统，例如可以包括台式电脑、笔记本电脑、上位机、控制器板等其中任一项。在一些实施例，USB连接器100的两端也可以都连接终端设备，例如，利用USB连接器100连接手机与便携式音乐播放器。

图3至图6为根据本发明一种可能的实施方式提供的USB连接器100的插头001的第一示意图至第四示意图。

在一些实施例中，如图3所示，提供一种USB连接器100的插头001的第一示意图，包括壳体008、金属外壳009、引脚010、引脚011、引脚012、引脚013、绝缘舌片014、腔体015以及固定孔016。在一些实施例中，壳体008可以为绝缘塑料材质。在一些实施例中，引脚010、引脚011、引脚012、引脚013中至少有一个引脚为电源引脚，例如引脚010。在一些实施例中，引脚010、引脚011、引脚012、引脚013至少有一个引脚为接地引脚，例如引脚013。在一些实施例中，引脚010、引脚011、引脚012、引脚013中至少有一个引脚为数据传输引脚，例如引脚011。在一些实施例中，引脚010、引脚011、引脚012、引脚013贴附在绝缘舌片014上。在一些实施例中，绝缘舌片014的上表面与金属外壳009的上表面内侧形成腔体015。

在一些实施例中，如图4所示，提供一种USB连接器100的插头001的第二示意图，包括金属外壳009、引脚010、引脚011、引脚012、引脚013、绝缘舌片014、固定孔016、腔体015。

在一些实施例中，如图5所示，提供一种USB连接器100插头001的第三示意图，包括：金属外壳009、引脚010、引脚011、引脚012、引脚013、绝缘舌片014、连接线002、固定端子017。

在一些实施例中，如图6所示，提供一种USB连接器100的插头001的第四示意图，包括：引脚010、引脚011、引脚012、引脚013、绝缘舌片014、壳体008。

图7为根据本发明一种可能的实施方式提供的USB连接器100插座004的示意图。

在一些实施例中，如图6所示，提供一种USB连接器100的插座004的示意图，包括：插座金属壳体018、上腔体019、下腔体020、绝缘舌片021、引脚022、引脚023、引脚024、引脚025、插座壳体026。其中，引脚022、引脚023、引脚024、引脚025贴附在绝缘舌片021的上表面。绝缘舌片021的上表面与金属壳体018的上表面内侧的金属壁形成上腔体019。绝缘舌片021的下表面与金属壳体018的下表面内侧的金属壁形成下腔体020。

在一些实施例中，当插座004与插头001连接时，插头001的绝缘舌片014进入插座004的上腔体019，进一步地，引脚010、引脚011、引脚012、引脚013与插座004的引脚022、引脚023、引脚024、引脚025分别连接，例如，引脚010与引脚022连接。在一些实施例中，当插座004与插头001连接时，插头001金属外壳009的一侧(例如，面向绝缘舌片014的上表面)进入到下腔体020中。

图8为根据本发明一种可能的实施方式提供的USB连接器100的第二示意图。

在一些实施例中，如图8所示，当插头001与插座004、插头002与插座005连接时，USB连接器100连接终端设备006与适配器007，例如，给终端设备006充电时。在一些实施例中，如图8所示，终端侧接地030、适配器侧接地029、插头001的金属外壳009与插座004的金属外壳018、插头003的金属外壳027、插座005的金属外壳028、屏蔽线031以及接地线034相连接。在一些实施例中，信号线032、电源线033、接地线034可以与引脚(如图7所示)相连，例如，信号线032可以与引脚023或者引脚024相连。在一些实施例中，当插头001与插座004连接时，插座004的金属外壳018与插头001的金属外壳009连接。

图9为根据本发明一种可能的实施方式提供的USB连接器100的第三示意图。

在一些实施例中，如图10所示，断开屏蔽线031与终端侧的插头金属外壳009之间的连接，例如，可以是无连接或者通过隔离电子器件连接。在一些实施例中，断开屏蔽线031与适配器侧的插头金属外壳027之间的连接，例如，可以是无连接或者通过隔离电子器件连接。在一些实施中，将终端侧的插头001金属外壳009与插座004金属外壳018进行不接地处理，例如，可以是浮地或者悬空。

在一些实施例中，也可以将适配器侧的插头金属外壳027与插座金属外壳028进行不接地处理，例如，可以是浮地或者悬空。

本实施例相对于图8所公开的实施例而言，其优点在于，能够解决半短路引起的发热过大问题，例如USB连接器100的引脚与USB连接器金属外壳009之间的间距越来越小，这会引起USB端口进入盐水或异物并逐渐积累后电源和GND之间发生半短路。这种状态可能会引发充电时发热过大，甚至引起烧毁现象。

图10为根据本发明一种可能的实施方式提供的连接器100的第四示意图。

在一些实施例，如图10所示，在屏蔽线031的外部增加屏蔽线035，进一步地，可以在屏蔽线031的内部增加屏蔽线035。在一些实施例中，屏蔽线035的一端与插头金属外壳009相连接，同时，屏蔽线层035的另一端与插头金属外壳029断开。在一些实施例中，当屏蔽线031的一端与插头金属壳体009连接时，屏蔽线031的另一端与插头金属外壳027断开连接。在一些实施例中，屏蔽线031与屏蔽线035是处于断开状态的。

在一些实施例中，屏蔽线031、屏蔽线035的材质可以是金属屏蔽材料，例如，铝、锌、铜、铁、钢、镍以及他们的合金。在一些实施例中，屏蔽线031、屏蔽线035的材质可以是导电橡胶、金属编织网、指形簧片、多重导电橡胶其中一项或多项。

如图11所示，根据图10提供的连接器100的第四示意图，还提供一种连接器100的第五示意图。在一些实施例中，屏蔽线031形成了一个屏蔽层1，屏蔽线035形成了另一个屏蔽层2。在一些实施例中，屏蔽线035与插头金属外壳027之间的空隙可以视为电容器C1，进一步地，空气或者绝缘材料可以为介质。在一些实施例中，插头金属外壳027与插座金属外壳028、屏蔽线031也是相连接的，进一步，电容器C1也可以视为屏蔽线031与屏蔽线035、以及屏蔽线035与插座金属外壳028之间的电容器。在一些实施例中，插头金属外壳009、插座金属外壳018、屏蔽线035是相连接的。

在一些实施例中，由屏蔽线031与屏蔽线035之间形成电容C1。在一些实施例中，可以将C1视为变形的平行板电容器，其电容值的大小可以按照C＝εs/4πkd进行估算，例如，可以通过调整屏蔽线之间的距离来调整电容值的大小。在一些实施例中，电容C1或者C2的大小直接影响高频回路的阻抗，例如回路阻抗Z的计算公式为：1/j2πfc，f为频率，C为电容。在一些实施例中，如果C＝0.5pF，当f＝1G，10G和100GHz时，Z＝320ohm(欧姆)，32ohm和3.2ohm。可见，在高频状态下，电容越大，回流阻抗越低，回流效果越好。

本实施例通过双层屏蔽技术减少电磁干扰，有效的抑制电磁波的辐射和传导及高次谐波引发的噪声电流。

在一些实施例中，高频回路电流可通过电容器C1形成回流，形成类似两端接地的状态，从而实现磁场屏蔽，起到抑制高频磁场的EMI的作用。同时，对于电磁波来说，此屏蔽层虽然不完整，但两个屏蔽层之间的缝隙较小，也在一定程度上起到了对电磁波屏蔽的作用，从而起到抑制EMI的功能。

本发明相对与图9所公开的实施例，通过增加屏蔽层，起到抑制高频磁场的EMI的作用。

图12为根据本发明提供的连接器100的第六示意图。

如图12所示，在一些实施例中，屏蔽线035在屏蔽线031的外层，进一步地，屏蔽线031与屏蔽线035无连接。

图13为根据本发明一种可能的实施方式提供的连接器100的第七示意图。

在一些实施例中，如图13所示，插座金属外壳018通过若干电容性器件接地(例如，电容器C2)，例如，可以是电容或含有寄生电容的瞬态电压抑制器。

在一些实施例，当USB连接器100处于工作状态时，即插头金属外壳009与插座金属外壳018连接时，可以视为插头金属外壳009与插座金属外壳018电容接地(例如，连接到终端侧接地030)。

在一些实施例中，电容器C2可以是去耦电容，例如，去除高频信号的干扰，进一步地，干扰的方式可以是通过电磁辐射。

在一些实施例中，加入电容器C2避免了插座金属外壳018、插头金属外壳009浮地，同时能够解决屏蔽线层存在孔缝，可能造成的EMI问题。在一些实施例中，对于终端设备006而言，当插座金属外壳018浮地时、且屏蔽层不完整时，可能引发EMI问题，导致终端设备006的辐射过大，从而不满安全标准，而本实施例能够解决上述问题。

图14为根据本发明一种可能的实施方式提供的连接器100的第八示意图。

在一些实施例中，如图14所示，插座金属外壳028通过若干电容性器件接地(例如，可以是电容器C3)，进一步地，也可以是电容或含有寄生电容的瞬态电压抑制器。

在一些实施例中，电容器C3可以是去耦电容，例如，去除高频信号的干扰，进一步地，干扰的方式可以是通过电磁辐射。

在一些实施例，当USB连接器100处于工作状态时，即插头金属外壳027与插座金属外壳028连接时，可以视为插头金属外壳027与插座金属外壳028电容接地(例如，连接到适配器侧接地029)。

本实施例加入电容器C3避免了插座金属外壳027、插头金属外壳028浮地，同时能够降低屏蔽线层存在孔缝，可能造成的EMI。在一些实施例中，对于终端设备006而言，当插座金属外壳018浮地时、且屏蔽层不完整时，可能引发EMI问题，导致终端设备006的辐射过大，从而不满足安全标准，而本实施例能够降低EMI。

图15为根据本发明一种可能的实施方式提供的连接器100的第九示意图。

如图15所示，插座金属外壳018通过若干电容性器件接地(例如，电容器C4)，插座金属外壳028通过若干电容性器件接地(例如，电容器C5)。

本实施例通过在终端侧的插座金属外壳018以及在适配器侧的插座金属外壳028加入电容器件接地，使得整个USB连接系统没有浮地的元器件，屏蔽层也不会存在明显的孔缝，通过本实施例的方法很好地降低了系统的EMI，而且，不需要通过优化滤波器件等增加过多成本的方案。

图16为根据本发明一种可能的实施方式提供的连接器100的第十示意图。

如图16所示，在图8所示的实施例中，在一些实施例中，插座金属外壳028通过若干电容性器件连接(例如，电容器C6)，插座金属外壳018通过若干电容性器件连接(例如，电容器C7)。在一些实施例中，屏蔽线031的两端分别于插头金属外壳009、插头金属外壳027相连接。

本实施所述的连接方法没有通过增加屏蔽线层的方案，在图8所述的示意图的基础上本实施例加入电容器C7避免了插座金属外壳018、插头金属外壳009浮地，加入电容器C6避免了插座金属外壳027、插头金属外壳028浮地，同时，此种方案屏蔽层完整，因而也能够达到降低整个系统的EMI。

值得注意的是，本发明所称“插头”、“插头”、“插座”、“插座”并不是构成对本发明的限制，只是为了方便表述，在一些实施例，是可以互换或者替代的。本发明所称的“连接”以及“断开”、“断开状态”、“断开连接”，可以是指电气连接或者断开电气连接。

根据本发明一种可能的实施方式提供一种低EMI的充电系统，如图2所示，该系统包括：至少一个终端设备006、至少一个USB连接器100、至少一个适配器007。

在一些实施例，该充电系统也可以是数据传输系统，例如适配器007可以替换为计算机系统等。

在一些实施例中，该充电系统的采用如图8至图16所述的其中任一电路或者几个电路的连接方式。

根据本发明一种可能的实施方式还提供一种低辐射的终端设备006，主要是通过将充电接口(例如，可以是typeC接口)的金属铁壳进行电容接地的方式，以降低充电时的电磁干扰，从而降低设备的辐射。

本发明的各实施方式可以任意进行组合，以实现不同的技术效果。

通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可以用硬件实现，或固件实现，或它们的组合方式来实现。当使用软件实现时，可以将上述功能存储在计算机可读介质中或作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质。以此为例但不限于：计算机可读介质可以包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质。此外。任何连接可以适当的成为计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤光缆、双绞线、数字用户线(DSL)或者诸如红外线、无线电和微波之类的无线技术从网站、服务器或者其他远程源传输的，那么同轴电缆、光纤光缆、双绞线、DSL或者诸如红外线、无线和微波之类的无线技术包括在所属介质的定影中。如本发明所使用的，盘(Disk)和碟(disc)包括压缩光碟(CD)、激光碟、光碟、数字通用光碟(DVD)、软盘和蓝光光碟，其中盘通常磁性的复制数据，而碟则用激光来光学的复制数据。上面的组合也应当包括在计算机可读介质的保护范围之内。

总之，以上所述仅为本发明技术方案的实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡根据本发明的揭露，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种USB连接器，其特征在于，包括：第一插头，所述第一插头包括第一金属外壳；第一插座，所述第一插座包括第二金属外壳，所述第一插座位于终端设备壳体中；第二插头，所述第二插头包括第三金属外壳；第二插座，所述第二插座包括第四金属外壳，所述第二插座位于适配器壳体中；所述第一插头用于所述第一插座，所述第二插头用于所述第二插座；所述第一插头与所述第二插头通过连接线连接；所述连接线具有第一屏蔽层和第二屏蔽层，其中，所述第一屏蔽层与所述第二屏蔽层之间重叠且无电气连接；所述第一插头的所述第一金属外壳连接第一屏蔽层的一端，所述第一屏蔽层的另一端悬空，所述第二插头的所述第二金属外壳连接第二屏蔽层的一端，所述第二屏蔽层的另一端悬空；其中，所述第一屏蔽层与所述第二屏蔽层之间形成的电容值大于阈值，所述第一插座的第一金属外壳通过第一容性器件连接到所述终端壳体，所述第二插座的第四金属外壳通过第二容性器件连接到所述终端壳体。

2.如权利要求1所述的USB连接器，其特征在于：

所述阈值为0.5pF。

3.如权利要求1所述的USB连接器，其特征在于：所述第一屏蔽层和所述第二屏蔽层的材质包括铝、锌、铜、铁、钢、镍以及他们的合金中的一项或多项。

4.如权利要求3所述的USB连接器，其特征在于：

所述的容性器件是电容或含有寄生电容的瞬态电压抑制器其中任一项或多项。

5.如权利要求1或2中所述的USB连接器，其特征在于：

所述第二插座的第二金属外壳通过电容器连接到适配器壳体。

6.一种充电系统，包括：

终端设备；

适配器；

所述充电系统采用所述权利要求1-5所述任意一项的USB连接器。

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