CN1979971A - 减弱电缆放电的方法及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了减弱电缆静电放电的方法和配置。实施方案可以包括具有集成到连接器中的放电元件,从而互连电缆导体互连以减弱或释放聚积在导体上的静电电荷的连接器。在一些实施方案中,在连接器与另一个导体耦接以互连电缆与例如计算机时,暂时连接导体与地。在进一步的实施方案中,放电元件互连电缆导体,以重新分配静电电荷,从而在电缆与诸如计算机的电子系统连接时使放电的影响最小化。另一个实施方案包括具有放电元件的阳接头,在将电缆插入连接器中时该阳接头使电缆导体接地。在导体与连接器耦接时,向导体的旁边推开放电元件。
Description
技术领域
本发明涉及用于电子系统的电缆连接领域。更具体地说,本发明涉及在与诸如计算机系统的电子系统上的连接器连接前减弱电缆的静电电荷的方法和配置。
背景技术
在电缆与计算机系统连接(例如通过USB、火线(FireWire)或者其它常用输入/输出端口)的任何时候,都存在着由于电缆放电事件(CDE)而损害系统的危险。CDE源于已经积累在电缆上并且在电缆与计算机系统连接时向计算机系统放电的静电电荷。举例来说,在许多办公环境中,人员可能从一个位置移动到另一个位置以给其重新分派人员、移动位置等等。该人员的计算机可能随其移动并且在新的位置重新连接到网络。因为电缆彼此摩擦、电缆与地毯或墙壁摩擦,或者甚至因为电缆内部的材料彼此摩擦,所以移动具有被隔离的插脚(pin)和屏蔽件(shielding)的电缆常常聚积静电电荷。
取决于相对湿度和涉及的材料,聚积在电缆上的静电电荷的电压可能显著改变。例如,在相对湿度为大约65%至90%时只穿过铺了地毯的区域可能典型地产生1,500伏的静电电荷。在相对湿度为大约10%至20%时穿过相同铺了地毯的区域可能产生35,000伏的静电电荷。
ESD在电子系统中是一个严重的问题。在荷静电的电缆与静电放电敏感(ESDS)的电子系统连接时,静电电荷可能会通过电子系统中的敏感电路放电。高压会损害或者劣化绝缘材料,并且如果静电电荷具有足够的能量,可能由于局部过热而发生损坏。通常,具有更精细几何结构的器件更容易受到ESD的损害。
集成电路(ICs)特别容易受到ESD的影响,尤其是考虑在后续代中构建具有更小几何结构的ICs的驱动力时。ICs由诸如硅的半导体材料和诸如二氧化硅的绝缘材料制成,如果暴露到高压下其会击穿。ICs的制造商和用户必须小心地避免这些问题。这类措施包括合适的封装材料、使用导电的腕带和足带以防止高压在工人身体上积累、使用抗静电的垫子将有害的电荷传导出工作区,以及湿度控制。
典型地,计算机系统的设计者试图通过在系统中使用的组件中包含静电放电(ESD)保护结构来防止他们的产品不受CDE损害,在CDE的情况中,设计这些ESD保护结构将电荷从电缆导向(route)地,因此避免或者减弱了对受保护的组件的损害。
但是,实际上,在组件上使用ESD保护装置只能提供有限的保护。单个的ESD结构处理ESD事件的能力有所不同,并且可能随着时间逐渐损耗而不能处理ESD事件。严重的CDEs容易超过甚至是最好的ESD保护结构的能力并且对计算机系统造成瞬间和灾难性的损害。例如,许多ESD保护装置可以处理最高达大约2,000伏的电压,但是在更高电压的ESD情况中损坏。
一旦已经制造出并且销售了计算机系统,改变其内部设计或结构以改善抗CDEs性能就是不可行的选择。
发明内容
通过减弱从电缆向电子系统的静电放电的方法和配置,大部分解决了上述问题。一个实施方案提供了减弱从电缆静电放电的设备。该设备可以包括放电元件和与电缆耦接从而将电缆导体与放电元件耦接的连接器。在耦接电缆导体与电子系统的导体之前,耦接电缆与放电元件可以减少电缆导体上的静电电荷。
另一个实施方案提供了减弱从电缆静电放电的电子系统。该系统可以包括含有电路和接地结构的外壳;耦接电缆导体和接地结构的放电元件;以及与外壳耦接以耦接电缆导体与放电元件的连接器。在耦接电缆导体与电路之前,耦接电缆与放电元件可以减少电缆导体上的静电电荷。
再一个实施方案提供了减弱从电缆向电子系统的静电放电的方法。该方法可以包括在电缆导体的插入路径中设置放电元件使电缆与电子系统的连接器耦接;在耦接电缆与连接器时,响应电缆导体和放电元件间的接触,使插脚向电子系统的接地端放电,以及在耦接电缆导体与电子系统的电路之前从放电元件断开电缆导体。
附图说明
在阅读下面详细的说明书并参考附图时本发明的优点将变得明显,在附图中,类似的附图标记可能表示类似的元件。
图1描述了包括计算机、外部显示器和打印机的系统的实施方案;
图2描述了阴接头(female connector)的实施方案;
图3描述了不同的阴接头的实施方案;
图4描述了阳接头(male connector)的实施方案;
图5描述了阳接头的另一个实施方案;
图6描述了阳接头的再另一个实施方案;
图7描述了减弱电缆静电放电的实施方案的流程图。
具体实施方式
下面是对附图中描述的本发明实施方案的详细说明。实施方案详细,从而清楚地传达本发明。但是,提供的细节量不打算限制实施方案的预期变化,而是相反,如同所附权利要求书定义的那样,本发明涵盖所有落在本发明的精神和范围内的修改、等价物和可选内容。下面的详细说明被设计为使这些实施方案对于本领域的一般技术人员是明显的。
一般地说,构思了减弱电缆静电放电的方法和配置。这些实施方案可以包括具有集成到连接器中的放电元件的连接器,从而互连电缆导体以减弱或释放聚积在导体上的静电电荷。在一些实施方案中,在连接器与另一个连接器耦接以互连电缆与例如计算机时,导体暂时与地连接。在另外的实施方案中,在电缆与诸如计算机的电子系统耦接时,放电元件互连电缆导体以重新分配静电电荷并因而使放电的影响最小。举例来说,一个实施方案包括具有放电元件的阴接头,在将电缆插入连接器中时,所述放电元件使电缆的每个导体接地。另一个实施方案包括具有放电元件的阳接头,在将电缆插入连接器中时,所述放电元件使电缆导体接地。在导体与连接器耦接时,将放电元件向导体的旁边推开。
这些实施方案可以有利地减弱或者甚至消除电缆放电事件(CDEs)的危险,并且可以在较低的成本下实现。此外,这些实施方案可以不依赖下游组件上的静电放电(ESD)保护,并且对最终用户可以是透明的,不需要知识或者最终用户的动作。这些实施方案也可以是强健的(robust),基本上避免无效(avoidance)或错误,并且高度可靠且损耗最小。
尽管下面将参考特定的电路和插脚或者导体结构描述具体的实施方案,但本领域的技术人员将认识到,采用其它基本上等价的结构和任何数量的插脚或导体也可以有利地实现本发明的实施方案。
现在转到附图,图1描述了包括计算机110、外部显示器150和打印机180的系统100的实施方案。电缆135和165适于使外部显示器150和打印机180分别与计算机110互连。例如,指定使用系统100的职员可能移动到新的位置开始新的任务或工程。职员可能在不使用推荐的抗静电装置和包以防止静电电荷在电缆135和165上的聚积的情形下包装系统100,然后在新的位置重新组装系统100。在职员连接并行电缆135与计算机110上的连接器115时,连接器115可以暂时将电缆135的导体与外壳125连接,从而从导体释放静电电荷。一旦导体已经放电,导体与连接器115相应的导体耦接,从而方便外部显示器150与计算机110间的通讯。
计算机110包括具有内部电路的电子系统,该内部电路对从诸如电缆135和165的电缆静电放电敏感。在本实施方案中,将计算机110描述为膝上型计算机,但是计算机110可以是台式计算机、工作站、服务器、个人数字助手(PDA)、立体音响系统、数字音乐播放器、移动电话、或者包括对静电放电敏感的电路、并包含连接器以便于经由例如电缆互连外设的任何其它电子系统。
计算机110包括外壳125、并行连接器115和串行连接器120。外壳125可以包括集成到外壳中、安装在外壳内部等的导电接地结构等。接地结构可以用作用于从电缆135和165释放静电电荷而不损害电路的接地端。
并行连接器115可以是任何类型的电并行连接、并且可以包括具有一个或多个电刷、细丝等的连接器。电刷、细丝和/或等可以提供路径以释放电缆135上的静电电荷。该路径比连接器处的空气更加导电,或者具有足够的导电性以减弱或者消除通过空气向连接器115产生的电火花。举例来说,并行连接器115可以包括位于连接器130的插入路径中,从而在将连接器130插入并行连接器115中时与电缆135的导体接触的电刷。电刷可以与电缆135的导体保持接触足够长的时间,从而基本上从电缆135上将静电电荷释放到接地系统中,诸如外壳125的接地结构。然后,电刷可以与电缆135的导体断开连接,从而便于电缆135的导体和连接器115的导体之间的连接。
类似地,串行连接器120可以是任何类型的电串行连接,诸如圆形或矩形的5插脚、7-插脚或12-插脚串行连接。诸如,串行连接器120可以包括专有的串行连接器,诸如通用串行总线(USB)连接器和/或火线连接器。串行连接器120包括放电元件和在连接器160与串行连接器120耦接时适于耦接放电元件与电缆165的导体的连接器。
在一些实施方案中,显示器150可以包括诸如并行连接器115的并行连接器,如果在将连接器130插入计算机110中之前将连接器140插入外部显示器150中,则使电缆135放电。类似地,打印机180可以包括串行连接器120的串行连接器,在将连接器170插入打印机180上的串行连接器中时,释放电缆165上的任何静电电荷。
在进一步的实施方案中,电缆135和/或165的一个或多个连接器,诸如连接器160和/或170,可以包括电刷、细丝等,从而在与电于装置连接之前至少暂时地将电缆165的导体耦接在一起。将导体耦接在一起可以在电缆165的导体之间重新分配静电电荷,从而减弱静电放电对电子装置的损害。在一些实施方案中,电子装置上的连接器,诸如连接器120适于经由例如连接器160上的接地连接而向地放电。
图2A-C描述了适于减弱电缆上静电电荷的阴接头200的实例。阴接头200包括与地220耦接的外壳210、托架(mounting)215、放电元件230和240、导体235和245、以及隔离器255(图2B-C所示)。图2A和2B分别说明阴接头200的前视图和侧视图。图2C说明在电缆连接器290与阴接头200耦接时的另一个侧视图。
外壳210可以使阴接头200与电子装置的接地端耦接。例如,外壳210可以与电子装置的外壳耦接。在一些实施方案中,外壳210可以包括为连接而限定独特形状的插孔,以阻止阴接头200与不兼容的电缆耦接。在进一步的实施方案中,外壳210可以形成插孔,一旦建立连接,该插孔的形状使得可保持电缆与阴接头200之间的互连在一起。
托架215与放电元件230连接,从而在初始建立电缆连接(如图2C所示)时将放电元件保持在适当的位置。托架215还可以使导体235和245与电缆导体隔离,从而阻止或减弱对电子装置电路的静电放电。
放电元件230和240的位置可以将放电元件230和240维持在电缆连接器290的阳插脚295的路径上,使得在将电缆连接器290插入外壳210中时放电元件230和240接触阳插脚295。放电元件230和240接触阳插脚295,同时放电元件230和240接触隔离器255(在图2B-C显示),从而向地220释放插脚295上的静电电荷。
在该实施方案中,在放电元件230和240接触阳插脚295后,如图2C所示,将放电元件向阳插脚295与导体235和245之间连接的旁边推开。在进一步的实施方案中,放电元件230和240可以与地220断开连接。
在其它实施方案中,阴接头200可以永久或暂时与电缆的一端或多端耦接,从而在电缆的相应导体中重新分配静电电荷,以减弱放电事件的量级。在给出足够的时间,诸如几分之一秒时,电荷的重新分配应该使每个导体的静电电荷相等。在此实施方案中,在耦接阴接头200与诸如图1中的计算机110的电子装置时,外壳210可以不与地220耦接,或者可以与地220耦接。
还注意为了简便和清晰起见,附图中的许多图对于电缆和连接器示出两个导体连接。但是,实施方案可以具有一个或更多个导体。例如,符合USB1.1和2.0标准的连接器具有四个导体和一个屏蔽件。这些实施方案在四个导体的路径中包括一个或多个放电元件,从而至少暂时地使导体接地。作为第五导体的屏蔽件也按照与几个实施方案中的类似方式接地。
图3A-C描述了适于减弱电缆上的静电电荷的阴接头300的实例。阴接头300包括与接地端320耦接的外壳310、托架315、放电元件330和340、导体335和345、以及与弹簧350耦接的隔离器360(如图3B-C中所示)。图3A和3B分别示出阴接头300的前视图和侧视图。图3C示出在电缆连接器390与阴接头300耦接时的另一个侧视图。
与外壳210类似,外壳310可以耦接阴接头300与电子装置的接地端。托架315与放电元件330和340耦接,从而在电缆连接器390(如图3C所示)与阴接头300耦接时将放电元件保持在适当的位置。不同于托架215,在连接电缆时托架315不移动。代替地,在基本上使阳插脚395放电之后,隔离器360适合于与电缆连接器390接触,从而使放电元件330和340从接地端320分离。
在该实施方式中,如图3C所示,需要按下按钮380(或者启动开关)以允许接触电缆连接器390,从而与阴接头300的导体335和345物理接触。借助于支点,按下按钮380简单地将元件385向旁边移动以便于接触。按钮380也可以是弹簧加载的,使得一旦断开电缆,按钮将自动返回到阻止与电缆连接的位置。
在电缆连接器390与阴接头300断开连接后,弹簧350与隔离器360耦接,从而重新耦接放电元件330和340与接地端320。进一步的实施方案可以包括弹簧,诸如耦接在托架315和隔离器360之间的弹簧350,从而恢复隔离器360与放电元件330和340之间的接触。
图4A-C描述了适于减弱电缆上的静电电荷的阳接头400的实例。阳接头400包括与地420耦接的外壳410、托架415、放电元件430和440、导体435和445、以及与弹簧450和455耦接的隔离器460(如图4B-C中所示)。图4A和4B分别示出阳接头400的前视图和侧视图。图4C示出在电缆连接器490与阳接头400耦接时的另一个侧视图。
与外壳210类似,外壳410可以使阳接头400与电子装置的接地端耦接,并且在其内限定出电缆连接器490匹配从而阻止不正确的导体之间的互连的形状。托架415与放电元件430和440耦接,从而在初始建立电缆连接(如图4C所示)时将放电元件430和440保持在适当的位置。在放电元件430和440接触电缆导体495之后,托架415接触电缆连接器490的部件497,从而将放电元件向电缆连接器490与导体435和445之间的互连路径的旁边移动。
在电缆连接器490与阳接头400断开连接后,弹簧450和455与隔离器460耦接,从而将放电元件430和440重新定位到导体495的插入路径中。在进一步的实施方案中,部件497可以转动托架415,从而将放电元件430和440向该连接路径的旁边移动,或者断开或隔离放电元件430和440与导体495。
在其它实施方案中,阳接头400可以永久或者暂时与电缆的一端或多端耦接,从而在电缆的相应导体中重新分配静电电荷,以减弱放电事件的量级。在此实施方案中,在耦接阳接头400与诸如图1中的计算机110的电子装置时,外壳410可以不与地420耦接,或者可以与地420耦接。
图5A-C描述了适于减弱电缆上静电电荷的阳接头500的实例。阳接头500包括与地520耦接的外壳510、托架515、放电元件530和540、导体535和545、以及与弹簧550和555耦接的隔离器560和565(如图5B-C中所示)。图5A和5B分别示出阳接头500的前视图和侧视图。图5C示出在电缆连接器590与阳接头500连接时的另一个侧视图。
外壳510可以耦接阳接头500与电子装置的接地端520。托架515与放电元件530和540耦接,从而在插入电缆连接590(如图5C所示)时将放电元件530和540保持在适当的位置。在放电元件530和540接触电缆导体595之后,隔离部件560接触电缆连接器590,从而使放电元件530和540与地520断开连接。具体地,在电缆连接器590推动隔离部件565时,隔离部件560转动隔离部件565,该电缆连接器590使放电元件530和540与隔离部件565断开连接。
在电缆连接器590与阳接头500断开连接时,弹簧550和555与隔离部件565耦接,从而使放电元件530和540与地520重新耦接。借助于可转动的铰链,隔离部件565可与托架515耦接。在一些实施方案中,借助于可转动的铰链,隔离部件560可以与隔离部件565耦接。
图6A-C描述了适于减弱电缆上静电电荷的阳接头600的实例。阳接头600包括与地620耦接的外壳610、托架615、放电元件630和640、导体635和645、以及与弹簧650和655耦接的隔离器660和665(如图6B-C中所示)。图6A和6B分别示出阳接头600的前视图和侧视图。图6C示出在电缆连接器690与阳接头600耦接时的另一个侧视图。
外壳610可以使阳接头600与电子装置的接地端620耦接。托架615与放电元件630和640耦接,从而在插入电缆连接690(如图6C所示)时将放电元件630和640保持在适当的位置。在放电元件630和640与电缆导体695接触之后,隔离部件660接触电缆连接器690,从而使放电元件630和640与地620断开连接并且使导体635和645分别与导体630和640耦接。具体地,在插入电缆连接器690时,隔离部件660转动隔离部件665,使放电元件630和640与地620断开连接。
在电缆连接器690与阳接头600断开连接时,弹簧650和655与隔离部件665耦接,从而使放电元件630和660与地620重新耦接。借助于可转动的铰链,隔离部件665可以与托架615耦接。
现在参照图7,示出减弱电缆静电电荷的实施方案的流程图700。流程图700开始于在耦接电缆与电子系统的连接器的电缆导体的插入路径中设置放电元件(单元710),。将放电元件设置在该插入路径中可能需要在插入路径中维持放电元件的位置或者安装放电元件,使得放电元件保留在该路径中。例如,放电元件可以与托架耦接以固定放电元件。可以暂时或者永久地设置该托架,使得在导体触及电子装置的导体之前,放电元件接触兼容的电缆连接器的导体。
在一些实施方案中,可以与该托架耦接一个或多个弹簧,以临时固定该托架在适当的位置。在许多这种实施方案中,在电缆被连接到电子装置时,该托架能够向插入路径旁边移开放电元件,从而便于电缆和电子装置之间的整齐连接(clean connection)。在电缆与电子装置断开连接时,这些实施方案还可以将放电元件移回插入路径中。
一旦放电元件就位,响应电缆导体和放电元件之间的接触,流程图700继续使导体向电子系统的接地端放电(单元715)。具体地,使导体放电可以互连电缆导体和电缆的其它导体与电子系统的接地结构。例如,在电缆连接器与电子装置上的连接器连接时,用于电缆连接器的插入路径中的放电元件可以接触电缆导体。一旦接触放电元件,任何聚积在导体上的静电电荷开始通过放电元件向地放电。
许多实施方案适于在使导体与放电元件断开耦接之前,使电缆导体彻底放电。在一些实施方案中,在耦接电缆与电子装置连接之前,可能释放少于全部的静电电荷。
在使电缆导体放电后,放电元件与电缆导体断开连接(单元720)。在一些实施方案中,在连接电缆导体与电子装置的导体前断开放电元件。在另外的实施方案中,在连接电缆导体与电子装置的导体时断开放电元件。另外,在其它实施方案中,在连接电缆导体与电子装置的导体后之断开放电元件。
使放电元件与电缆导体断开连接可能涉及重新设置与放电元件耦接的部件。例如,可以重新设置耦接放电元件与地的隔离部件,从而使放电元件与地断开连接和/或使放电元件与电子系统的导体耦接。
对于从本公开内容受益的本领域技术人员,本发明构思减弱电缆的静电电荷的方法和配置是明显的。应当理解,在详细的说明书和附图中示出和描述的本发明的形式仅作为实例。希望将下面的权利要求广义地理解为涵盖所公开的示例实施方案的所有变化。
尽管已经对于一些实施方案详细地说明了本发明及其一些优点,但是应当理解本文中可以做出各种变化、替换和改变而不会背离如所附权利要求限定的本发明的精神和范围。尽管本发明的实施方案可以实现多个目的,但是并非落入所附权利要求范围内的每一个实施方案都将实现每个目的。另外,本发明的范围不希望限制于说明书中描述的工艺、机械、制造、物质的组成、装置、方法和步骤的具体实施方案。正如本领域一般技术人员从本发明的公开内容将容易理解的那样,根据本发明,可以使用目前存在或者后来发展的、执行与本文中所述的相应实施方案基本上相同的功能或者实现基本上相同的结果的工艺、机械、制造、物质的组成、装置、方法或步骤。因此,希望所附的权利要求在其范围内包括这些工艺、机械、制造、物质的组成、装置、方法或步骤。
Claims (20)
1.一种减弱从电缆向电子系统静电放电的设备,该设备包括:
放电元件;及
连接器,该连接器与电缆耦接,从而在耦接电缆导体与电子系统的导体之前耦接电缆导体与放电元件,以减少电缆导体上的静电电荷。
2.根据权利要求1的设备,其中所述放电元件包括传导电荷的电刷。
3.根据权利要求2的设备,其中所述连接器包括在相对于连接器和电缆的位置处耦接电刷的托架,其中在电缆与连接器耦接时,所述位置启动电刷和电缆导体之间的接触,从而基本上使电缆导体放电。
4.根据权利要求1的设备,其中所述放电元件与电缆的其它导体耦接,从而在电缆导体和电缆的其它导体之间重新分配电荷。
5.根据权利要求1的设备,其中所述放电元件包括导电性足以在电缆与连接器耦接时避免从电缆导体向电子系统的导体释放静电电荷的材料。
6.根据权利要求1的设备,其中所述放电元件与电子系统的接地端耦接。
7.根据权利要求1的设备,其中所述连接器包括插孔,以响应电缆与连接器的耦接而耦接电缆导体与放电元件并隔离电缆导体与电子系统的导体,至少直至电缆导体与放电元件断开耦接。
8.根据权利要求1的设备,其中所述连接器包括在电缆端部上的基本上永久的连接,其中所述基本上永久的连接适于在电缆导体和电缆的其它导体上基本上均分电荷。
9.根据权利要求8的设备,其中所述连接器包括接地连接,从而在耦接电缆导体与电子装置的导体之前,与电子系统上相应的接地连接耦接,以释放静电电荷。
10.根据权利要求1的设备,其中所述连接器包括在电子系统上的基本上永久的连接,其中所述基本上永久的连接适于向电子系统的外壳基本上释放静电电荷。
11.一种减弱从电缆静电放电的电子系统,该系统包括:
包含电路和接地结构的外壳;
耦接电缆导体与接地结构的放电元件;以及
与外壳耦接,从而在耦接电缆导体与电路之前耦接电缆导体与放电元件,以减少电缆导体上的静电电荷。
12.根据权利要求11的系统,其中所述放电元件包括一个或多个电刷,从电缆导体向接地结构传导电荷。
13.根据权利要求12的系统,其中所述连接器包括在相对于电缆插入点的位置处耦接电刷的托架,其中在电缆与连接器连接时所述位置启动所述一个或多个电刷和电缆导体之间的接触,并且在电缆导体与电路之间的电接触之前与电缆导体断开连接。
14.根据权利要求11的系统,其中所述连接器包括与放电元件耦接,从而借助于第一位置处的放电元件互连电缆导体和电缆的其它导体与接地结构,并且在另一个位置处分开放电元件与电缆导体的部件。
15.根据权利要求11的系统,其中所述连接器包括串行总线连接器。
16.根据权利要求11的系统,其中所述连接器包括并行总线连接器。
17.一种减弱电缆静电放电的方法,该方法包括:
在电缆导体的插入路径中设置放电元件,从而耦接电缆与电子系统的连接器;以及
在耦接电缆与连接器时,响应电缆导体和放电元件间的接触使导体向电子系统的接地端放电。
18.根据权利要求17的方法,还包括在耦接电缆导体与电子系统的电路之前,断开电缆导体与放电元件的连接。
19.根据权利要求17的方法,其中设置放电元件包括将放电元件的位置维持在插入路径中。
20.根据权利要求17的方法,其中放电包括互连电缆导体和电缆的其它导体与电子系统的接地结构。
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