CN1322458A - 通用串行总线中心站 - Google Patents

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CN1322458A
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埃里克·东
布赖恩·李·万哈林根
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Belkin International Inc
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Details Of Connecting Devices For Male And Female Coupling (AREA)

Abstract

一种通用串行总线中心站,其中USB集线器(200)包括可容纳至少一个附加USB模块(101)的外壳(100),该模块与USB集线器连接而无需附加的电缆。按照一种优选实施例,可按堆栈结构将多达三个USB模块插入外壳。每个USB模块可把套(110)卡在模块后面作为一个独立单元。USB连接器(221)适合垂直于电路板(220),并由基本上与连接器纵轴方向平行之电路板延伸的弹性夹子(261、263)固定。

Description

通用串行总线中心站
发明领域
一般地说，本发明涉及所谓通用串行总线互连，特别涉及一种简化布线的通用串行总线集线器。
发明背景
作为标准的通用串行总线(USB)的发展，激励了个人计算机，把个人计算机(PC)连接到电话机，容易使用或所谓“即插即用”方式，并需要便利连接附加的外部设备。多年来，已经限制计算机用户向它们的计算机增加装置。
USB是一种标准的外设接口，用于把PC连接到各种各样的外设上，包括键盘、鼠标、扫描仪、打印机、游戏控制器和其它外设上。用USB可以互连128种装置。
现在，可以得到各类作为USB的装置。用户不再需要操心设置他/她的系统。当插入USB装置时，该装置自动受到检测，并自动设置软件。USB可用于视频俘获装置、键盘、鼠标和扫描仪。USB装置需要中央处理单元作为主机。
现在可以公开获得USB标准，而且这是主要计算机制造商共同努力的结果。由Compaq、Intel、Microsoft和NEC提出的通用串行总线规范修改本1.1(1998.9.23)为PC体系结构阐明了连接标准。它阐明了“快速的、双向的、同步的、低成本的、动态连接串行接口结构，这些标准与今天和明天的PC平台的要求一致”。规范定义了工业标准USB，并描述了总线特性、协议定义、交易的类型、总线管理、以及需要设计和构建系统和外设的编程接口，系统和外设与标准是一致的。所有USB装置通过被称为“集线器”的专用USB装置端口连接到USB。集线器是布线集线器。到集线器的连接点称为端口。每一个集线器把单个连接点转换到多个端口。体系结构支持多端口的串联连接。
USB拓扑结构使USB以分层星状拓扑结构将USB装置与USB主机连接起来。集线器处于每一个星的中心。USB的每一个线段在主机和集线器或功能块之间点对点连接，或一个集线器连接另一个集线器或功能块。一个集线器的上游端口向主机连接。集线器的每一个下游端口允许连接到另一个集线器或功能块。
在USB拓扑结构中，只存在一个主机。根集线器集成在主机系统中，设有一个或多个附属点。集线器提供到USB的附加附属点。每一个集线器可与附加的集线器相连，并可以连接到对系统提供能力的功能块上，例如ISDN连接、数字操纵杆或扬声器。所有USB装置通过集线器上的端口连接到USB。
USB在四条线上传递信号和能量。所有USB装置具有上游连接，而USB电缆具有上游和下游连接器。上游和下游连接器在机械上是不可互换的，以便消除集线器上的非法回送连接。
按照USB标准，通过使用分层星状拓扑的单个连接器类型，使所有附属装置与主机相连。个人计算机基本上具有一个或两个USB端口。为支持连接多个装置，通过USB电缆向USB集线器提供电缆连接。当前，具有四个或七个端口的集线器占有优势，这种集线器提供四个或七个附加的USB连接器。此外，USB电缆可以从USB集线器连接到一个或多个附加的USB集线器。应用USB结构的限制之一是距离限制，即装置之间的电缆长度为5米或它的电等效长度。使用USB集线器的PC设置和功能块将需要由电缆连接在一起的许多设备。互连集线器和功能块的电缆的电缆外观不受欢迎。
发明简述
按照本发明的原理，用于通用串行总线的中心站包括具有上游连接器和多个下游连接器的集线器。集线器一般被布置在水平面内。一个中心外壳连接到集线器。中心外壳至少容纳一个USB模块。中心外壳带有第一连接器，与集线器电连接。当把模块插入中心外壳时，模块带有一个啮合第一连接器的装置，用以与第一连接器电连接。当以如此方式插入模块时，模块自动地连接到集线器而不使用单独的电缆。此外，按照本发明，可将附加模块插入中心站。在图示的实施例中，中心站可以容纳三个模块。这三个模块可以是USB集线器和USB功能块的任意组合。
此外，按照本发明，可将USB模块用作为具有可移动的套的独立单元，所述套可与模块快速啮合。USB模块有一包括外壳，用以容纳USB接口电路。连接器放在外壳的后面，外壳上带有一个或多个第一夹持元件。适于覆盖所述外壳部分的套具有一个或多个适于与相应的第一夹持元件啮合的第二夹持元件，因此，套被可动地夹持在USB模块外壳上。
此外，按照本发明，USB连接器设有一个延长的套，其中带有多个电触点。多个电连接器针按与与套的纵向轴平行的方式从所述套延伸。一对夹持臂或卡子沿平行于纵轴的方向从套延伸。夹持臂的材料与套的材料相同，并具有弯曲角度的部分，以至当连接器安装到电路板上时，夹持臂向电路板施加夹持力，以便夹持连接器，因而便于装配。设置于邻近夹持臂的套上的凸肩给出的表面位于电路板与平行于所述电路板的夹持板之间。
附图简述
通过阅读下面的详细描述和附图，可以更好地理解本发明，图中相同的参考符号表示相同的元件。
图1是具有电子模块的通用串行总线中心站的俯视图；
图2是图1所示的站的主视图；
图3是图1所示的站的左视图；右视图是左视图的镜像图；
图4是图1所示的站的仰视图；
图5是具有电子模块的图1所示的站的透视图；
图6是具有一个与中心站公用部分分开的模块的图1所示的站的分解透视图；
图7是具有三个与中心站公用部分分开的模块的图1所示的站的右视分解透视图；
图8是具有三个与中心站公用部分分开的模块的图1所示的站的后视分解透视图；
图9是除去所有模块的图1所示的站的主视图；
图10是图9所示的站的左视图；
图11是图9所示的站的后视图；
图12是图9所示的站的主透视图；
图13表示图9所示的站的分解透视图；
图14表示图13电路板的后视图；
图15是模块和盖的分解透视图；
图16是图15模块和盖的仰视图；
图17是图15模块和盖的主透视图；
图18是图15模块和盖的左视图；
图19是图15模块和盖的后视图；
图20是可安装于图14电路板的连接器的侧视图；
图21是图20连接器的俯视图；
图22是图20连接器的主视图；
图23是适于容纳图20连接器的图14电路板部分的视图。
详细描述
整个通用串行总线规范修改本1.1合并于此作为参考。通用串行总线中心站显示在图1-13中。中心站100包括集线器200，每一个集线器装有模块101、102、103。每一个模块101、102、103可以是USB集线器或USB功能块。在此使用的USB集线器是向USB提供附加连接的USB装置。USB功能块是向主机提供能力(capability)的USB装置，例如，ISDN连接、数字麦克风或扬声器。其中，模块是一个USB功能块，在某些情况下，它在提供功能块的实际装置和USB之间提供必要的接口。尽管所示的三个模块101、102、103插入在中心站100中，可以从图6-8中清楚地看到，中心站100可以装有0、1、2、或3个模块101、102、103。
图15-19示出一个代表性的模块101。本领域的技术人员应当理解，模块101可以是USB集线器或USB功能块。具体地说，模块101可以连同中心站100一起使用，或者可作为单独单元使用。当单独使用时，套110上的夹子连同模块101一起使用。模块101的左右两侧均有定位槽151，不过图15中只示出一个定位槽。定位槽151与外壳110上的对应定位凸起153啮合。图15中只示出一个定位凸起153。本领域的技术人员可以理解，定位凸起和定位槽的位置可以互换，或者可以使用锁紧夹子等其它结构。应当注意，在图19所示的模块101的后视图中，没有显示特殊的连接器。由模块101是USB集线器还是USB功能块来确定模块101所带的连接器。这样的连接器可以放置在模块101的后面区域191。每一个模块101、102、103附加地带有连接器193。当模块101与套110紧密配合时，套110的后面是打开的，使得能够接入模块101后面的连接器。如图7和8所示，当模块101被插入中心站110时，连接器容纳由中心站100携带的紧密配合的连接器221。
回到图13，中心站100包括集线器200，而该集线器200包括下部壳体201、上部壳体203、印刷电路板205上所带的内部电子元件。电子电路可以是目前在USB集线器中商业使用的任何集线器电路。在印刷电路板205上安装有电源连接器207、USB B型连接器209(图11)、四个USB A型连接器211(图11)。USB B型连接器209是上游连接器，USB A型连接器211是下游连接器。在所示的中心站100设置中，中心站100起7-端口集线器的作用。印刷电路板220从集线器200竖直向上延伸。印刷电路板220带有三个连接器221、223、225，当它们被插入中心站100时，这些连接器分别与模块101、102、103上的对应连接器193啮合(图19)。印刷电路板220包括从连接器221、223、225上的电极到连接器块235的导电线路297(图14)，同时，连接器块与印刷电路板205紧密配合。连接器235为导电线路提供了从印刷电路板205到竖直的印刷电路板220的方向变换。电路板220上安装一个支撑物，支撑物上有孔229、231、233，每个孔分别适于容纳并支撑连接器221、223、225。图20-22所示的每一个连接器包括凸肩部分251，凸肩部分251位于印刷电路板220和支撑固定器227之间。此外，每一个连接器221、223、225包括一对夹持卡261和263。夹持卡261、263形成为连接器钢外壳的延伸。每一个延伸261、263远离连接器中心而向外弯曲，再向内弯曲。当把连接器安装到印刷电路板时，在焊接端子253、255、257、259之前，夹持卡261、263定位连接器。如图23所示的印刷电路板的部分，孔71和272分别与夹持卡261和263啮合，其中，孔263、265、267、269分别适合容纳端子253、255、257、259。在把连接器焊接到印刷电路板之前，这种连接器结构可以容易和快速地被安装。印刷电路板上的导电图案是一种有代表性的图案；本领域的技术人员应当清楚，每一个连接器221、223、225的导电线路延伸到连接器235，其中，电连接形成到电路板205上的对应导体。
如上所述，每一个模块101、102、103包括定位的连接器，以便在把对应的模块插入中心站100时，它将与连接器221、223、225之一啮合。
中心站体由塑料制成，用于装入模块101、102、103和集线器200。
本领域的技术人员清楚，在不脱离本发明的精神和范围内，可以对本发明的实施例进行修改和改型。所示的实施例旨在解释本发明，而不是局限本发明的范围。本发明的范围只由所附的权利要求限定。

Claims (16)

1．一种通用串行总线的中心站，包括：
具有上游连接器和多个下游连接器的集线器；
集线器放置在水平面内；
一个与所述集线器连接的中心外壳，所述中心外壳至少容纳一个USB模块，所述中心外壳带有第一连接器，第一连接器与所述集线器电连接；
当把所述模块插入中心外壳时，模块带有一个与第一连接器紧密配合的装置，与所述第一连接器电连接，从而，使所述模块自动地连接到集线器，而不使用单独的电缆。
2．按权利要求1所述的中心站，其特征在于，所述中心站包括在竖直面内延伸的印刷电路板，印刷电路板带有第一连接器，该第一连接器放置在中心站内，以便当所述模块被插入所述外壳时，与紧密配合的第一连接器啮合。
3．按权利要求2所述的中心站，其特征在于：
所述第一连接器带有一凸肩；
所述中心外壳包括一固定器和带孔的支撑元件，用于容纳连接器和邻近放置的电路板，以便通过抓住所述电路板与所述固定器和支撑元件之间的凸肩固定所述连接器。
4．按权利要求1所述的中心站，其特征在于，所述模块包括USB集线器。
5．按权利要求1所述的中心站，其特征在于，所述模块包括USB功能块。
6．按权利要求1所述的中心站，其特征在于，包括：
至少第二个USB模块，所述外壳适合容纳第二个USB模块，所述中心外壳具有第二连接器，第二连接器与所述集线器电连接；
当把模块插入中心外壳时，所述第二模块带有一个与第二连接器紧密配合的配置，以便与第一连接器电连接，从而，使第二模块自动地连接到集线器而不使用单独的电缆。
7．按权利要求6所述的中心站，其特征在于，所述第一USB模块包括USB集线器或USB功能块之一。
8．按权利要求7所述的中心站，其特征在于，第二USB模块包括USB集线器或USB功能块之一。
9．按权利要求6所述的中心站，其特征在于，包括：
至少第三个USB模块，所述外壳适合容纳第三个USB模块，所述中心外壳具有第三连接器，第三连接器与所述集线器电连接；
当把第三模块插入中心外壳时，所述第三模块带有一个与第三连接器紧密配合的配置，以便与第三连接器电连接，从而，使第三模块自动地连接到集线器而不使用单独的电缆。
10．一种通用串行总线的中心站，包括：
具有上游连接器和多个下游连接器的USB集线器；
USB集线器放置在水平面内；
一个中心外壳连接到USB集线器，并竖直地从USB集线器延伸，中心外壳适合于容纳多个USB模块，中心外壳带有对应的多个连接器，多个连接器的每一个电连接到集线器，以连接可动地插入外壳的USB模块上的对应紧密配合的连接器，从而，使模块自动地连接到集线器而不使用单独的电缆。
11．按权利要求10所述的中心站，其特征在于，所述USB模块选自USB集线器和USB功能块。
12．一种USB模块，包括：
容纳USB接口电路的外壳；
放置在外壳后面的连接器；
所述外壳上带有一个或多个第一夹持元件；
适合覆盖所述外壳部分的套，所述套具有一个或多个适合啮合对应的第一夹持元件的第二夹持元件，因此，套可动地被夹持在外壳上。
13．按权利要求12所述的USB模块，其特征在于，所述套包括打开的后部分，从而，所述连接器可接入所述外壳上的套。
14．按权利要求12述的USB模块，其特征在于，所述模块是USB集线器。
15．按权利要求12所述的USB模块，其特征在于，所述模块是USB功能块。
16．一种USB连接器，包括：
一个细长的套；
所述套上有多个电触点；
多个电连接器针从所述套延伸，并与套的纵向轴平行；
一对夹持臂沿平行于纵向轴的方向从套延伸，所述每个夹持臂的材料是有回弹力的材料，并具有弯曲角度的部分，以至当连接器安装到电路板上时，夹持臂向电路板施加夹持力，以便夹持连接器；
放置在邻近夹持臂的套上的凸肩给出的表面可位于电路板与平行于所述电路板的夹持板之间。
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