-
Die Erfindung bezieht sich auf Geräte, die elektronische
Geräte
vor Schäden
bewahren, welche durch elektrostatische Entladungen (ESD) verursacht
werden, und im Besonderen bezieht sich die Erfindung auf Geräte, um durch
ESD verursachte Schäden
bei tragbaren elektronischen Geräten,
wie zum Beispiel drahtlosen oder Mobiltelefonen und ihren Basisstationen
oder Gabeln, während
ihrem Ablegen und Entnehmen aus Ladegabeln, von Schnittstellenkabeln
oder durch andere Bedienung zu verhindern.
-
Elektronische Geräte sind oft anfällig für Beschädigungen
infolge von ESD. Das Risiko einer solchen Beschädigung ist für Geräte besonders
groß, die
direkt vom Menschen regelmäßig benutzt
werden, wie zum Beispiel tragbare elektronische Geräte. Die
Bereitstellung einer Verbindung oder eines elektrischen Schnittstellenkontakts
bei solch tragbaren elektronischen Geräten erhöht sogar das Risiko einer Beschädigung aufgrund
von ESD. Zum Beispiel sind drahtlose und Mobiltelefone und/oder
ihre Basisstationen oder Gabeln oft anfällig für eine Beschädigung aufgrund
von ESD, wenn der Handapparat auf Ladegabeln abgelegt oder von diesen
abgenommen wird, oder wenn Verbindungen zu Datenschnittstellen bei mobilen
elektronischen Vorrichtungen hergestellt oder unterbrochen werden
oder während
anderen zufälligen
oder beabsichtigten Berührungen.
Der Schutz vor ESD wird zu einem größeren Problem, wenn Datenschnittstellen
vorhanden sind, insoweit, als solche mobilen elektronischen Vorrichtungen
typischerweise Schaltungen enthalten, die besonders empfindlich
für Beschädigungen
sind, wie zum Beispiel ASIC-Module. Um den Schaden bereits in der Entstehung
zu verhindern, benutzen typische mobile elektronische Vorrichtungen
vom Stand der Technik, wenn sie überhaupt
geschützt
sind, eine interne ESD-Schutzschaltung, die zu der Größe und/oder
zu den Kosten des Schaltungspaketes der Vorrichtung hinzugefügt werden
kann.
-
Es wäre wünschenswert, ein vereinfachtes, preisgünstiges
Gerät zum
Schutz von elektronischen Geräten,
insbesondere für
solche Geräte,
die mit Lade- und/oder Datenanschlüssen ausgestattet sind, vor
Schäden,
die durch ESD verursacht werden, zur Verfügung zu stellen.
-
Es wäre auch wünschenswert, ein Gerät zum Schutz
vor einer durch ESD verursachten Beschädigung zur Verfügung zu
stellen, das nicht mit dem normalen Betrieb des elektronischen Gerätes interferiert.
-
Diese und andere wünschenswerten
Charakteristika der vorliegenden Erfindung werden im Hinblick auf
die vorliegende Spezifikation und die Zeichnungen verstanden werden.
-
Die vorliegende Erfindung ist auf
eine elektrostatische Entladeschutzabschirmungsvorrichtung für eine elektrische
Verbindung einer entsprechenden elektronischen Vorrichtung gerichtet.
Die elektrostatische Entladeschutzabschirmungsvorrichtung umfasst
eine nicht elektrisch leitfähige
Basis zur Unterstützung
der elektrischen Verbindung; und ein elektrisch leitfähiges Abschirmungselement,
das beweglich auf der Basis befestigt ist. Das elektrisch leitfähige Abschirmungselement
ist beweglich zwischen einer ersten Position relativ zu der elektrischen
Verbindung, in der das elektrisch leitfähige Abschirmungselement im
Wesentlichen die elektrische Verbindung vor unerwünschtem
Kontakt schützt,
und einer zweiten Position relativ zu der elektrischen Verbindung
beweglich, in der das elektrisch leitfähige Abschirmungselement die
elektrische Verbindung für den
normalen Betrieb im Kontakt mit der entsprechenden elektronischen
Vorrichtung freigibt. Ein Vorspannungsmechanismus drückt das
elektrisch leitfähige
Abschirmungselement in seine erste Position. Die Vorspannungsstruktur
ist so konfiguriert, um einen Widerstand entgegenzusetzen und die
Bewegung des elektrisch leitfähigen
Abschirmungselementes in Richtung seiner zweiten Position bei Ausübung einer
Kraft auf das elektrisch leitfähige
Abschirmungselement beim Überschreiten
eines bestimmten Betrages zu ermöglichen.
-
Vorzugsweise hat die elektrische
Verbindung eine Achse und das elektrisch leitfähige Abschirmungselement ist
so, um sich parallel zu der Achse der elektrischen Verbindung zu
bewegen.
-
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der
Erfindung hat die elektrische Verbindung eine Dimension in einer
Richtung parallel zu seiner Achse, die größer ist als eine entsprechende
Dimension des elektrisch leitfähigen
Abschirmungselementes, das sich in einer Richtung parallel zu der
Achse der elektrischen Verbindung erstreckt. Die elektrostatische Entladungsschutzabschirmungsvorrichtung
würde des
Weiteren eine Apertur umfassen, die in dem elektrisch leitfähigen Abschirmungselement
angeordnet ist, und eine Achse hat, die parallel zu der Achse der
elektrischen Verbindung verläuft, über welche
die elektrische Verbindung so konfiguriert ist, dass sie passt,
so dass, wenn das elektrisch leitfähige Abschirmungselement in
seiner ersten Position ist, es ein Ende der elektrischen Verbindung
umgibt, wo sich die elektrischen Kontakte befinden, und wenn das
elektrisch leitfähige
Abschirmungselement sich in seiner zweiten Position befindet, das
Ende der elektrischen Verbindung, wo sich die elektrischen Kontakte
befinden, frei ist.
-
Vorzugsweise umfasst die elektrostatische Entladeschutzabschirmungsvorrichtung
des Weiteren wenigstens ein Führungselement,
das mit der Basis verbunden ist und sich parallel zu der Achse der elektrischen
Verbindung erstreckt; und wenigstens ein Führungselement umfasst, das
eine Öffnung
aufnimmt, die in dem elektrisch leitfähigen Abschirmungselement angeordnet
ist, um die Bewegung des elektrisch leitfähigen Abschirmungselementes
in eine Richtung parallel zu der Achse der elektrischen Verbindung
zu zwingen.
-
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der
Erfindung umfasst der Vorspannungsmechanismus eine Spulenfeder,
die unter Druck steht, die zwischen der nicht elektrisch leitfähigen Basis
und dem elektrisch leitfähigen
Abschirmungselement angeordnet ist, so dass die Spulenfeder dazu
tendiert, das elektrisch leitfähige
Abschirmungselement weg von der nicht elektrischen leitfähigen Basis
zu drücken. Die
mit der Basis verbundene Struktur begrenzt den Abstand von der nicht
elektrisch leitfähigen
Basis, von welcher der Vorspannungsmechanismus die elektrisch leitfähige Abschirmung
weg drücken
kann.
-
Vorzugsweise umfasst die elektrostatische Entladeschutzabschirmungsvorrichtung
des Weiteren eine elektrische Masse, die betriebsmäßig so konfiguriert
ist, dass sie in kontinuierlichem Kontakt mit dem elektrisch leitfähigen Abschirmungselement während der
Bewegung des elektrisch leitfähigen
Abschirmungselementes zwischen seiner ersten und zweiten Position
bleibt, um die Ableitung von elektrostatischen Ladungen von der
elektrischen Verbindung weg zu ermöglichen.
-
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der
Erfindung umfasst die elektrische Masse den Vorspannungsmechanismus,
der wenigstens teilweise aus elektrisch leitfähigem Material hergestellt
ist.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung
werden nun anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
-
1 eine
perspektivische Explosionsansicht des elektrostatischen Entladeschutzabschirmungsgerätes entsprechend
einem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
-
2 eine
perspektivische Ansicht des zusammengebauten elektrostatischen Entladeschutzabschirmungsgerätes des
Ausführungsbeispieles von 1, das in seinem nicht komprimierten
Modus dargestellt ist;
-
3 eine
perspektivische Ansicht des elektrostatischen Entladeschutzabschirmungsgerätes entsprechend
einem alternativen Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, wenn es zusammengebaut ist, in seinem
Ruhezustand, in dem es nicht komprimiert ist;
-
4 eine
perspektivische Ansicht des elektrostatischen Entladeschutzabschirmungsgerätes der
vorliegenden Erfindung, entsprechend dem Ausführungsbeispiel von 3, wenn es zusammengebaut
ist, in seinem zusammen gedrückten
Zustand,
-
5 eine
perspektivische Schnittansicht einer beispielhaften Daten-/Gleichspannungsleistungsverbindungsgabel
mit dem elektrostatischen Entladeschutzabschirmungsgerät der vorliegenden Erfindung
entsprechend dem alternativen Ausführungsbeispiel der 3 und 4, das in seinem nicht zusammen gedrückten Ruhezustand
dargestellt ist; und
-
6 eine
perspektivische Schnittansicht einer beispielhaften Daten-/Gleichspannungsleistungsverbindungsgabel
mit dem elektrostatischen Entladeschutzabschirmungsgerät der vorliegenden Erfindung
entsprechend dem alternativen Ausführungsbeispiel der 3 bis 5, das in seinem zusammen gedrückten Zustand
dargestellt ist.
-
Das Problem, das durch die vorliegende
Erfindung gelöst
werden soll, ist das Erfordernis nach einem Schutz vor elektrostatischer
Entladung (ESD) bei Daten- und Gleichspannungsenergieverbindungen
bei elektronischen Vorrichtungen, wie z.B. drahtlosen Telefonen
und Personal Digital Assistants (PDAs), die zum Laden und/oder zur
simultanen Datenübertragung
auf zum Beispiel einen Personal Computer auf Gabeln abgelegt und
von diesen abgenommen werden. Wenn kein Schutz vorhanden ist, dann
kann eine große
elektrostatische Entladung auftreten (zum Beispiel durch menschliche
Berührung),
wenn das Telefon oder der PDA auf die Gabel abgelegt oder von dieser
abgenommen wird oder während
einer anderen beabsichtigten oder sogar zufälligen Berührung oder Bedienung, die zu
einer potentiellen Beschädigung
der elektronischen Schaltung und des ASICs (Application Specific
Integrated Circuits) führen
kann, mit denen die Daten und Gleichspannungsenergieverbindung verbunden
ist. Dies kann zu einer Beschädigung
der gesamten elektronischen Vorrichtung führen. Deshalb ist eine ESD-Abschirmung
notwendig, um jede elektrostatische Entladung von einer außerhalb
liegenden Quelle anzuziehen und abzuleiten, bevor eine Verbindung mit
der Verbindung hergestellt wird. Die Abschirmung darf nicht mit
der Schnittstelle der Daten-, Audiound Gleichspannungsenergieverbindung
und der Hauptelektronikvorrichtung interferieren.
-
1 ist
eine perspektivische Explosionsansicht des elektrostatischen Entladeschutzabschirmungsgerätes der
vorliegenden Erfindung. Das ESD-Schutzabschirmungsgerät 10 der
vorliegenden Erfindung enthält
einen leitfähigen
ESD-Ring 12; Verbindungsteile 14; zwei leitfähige Spulenfedern 16; eine
gedruckte Schaltungsplatine (PCB) 18, in welche die Daten/Gleichspannungsenergieverbindung 20 eingesteckt
wird. Folglich wird die Form und die Konfiguration der Verbindung 20 durch
die bestimmte elektronische Vorrichtung definiert und wird folglich der
Reihe nach die Konfiguration des ESD-Ringes 12 und seiner
zugehörigen
Komponenten beeinflussen. Das Plastikverbindungselement 14 hat
zwei vertikal vorragende Schraubenpfosten 22, die von der
Basis des Verbindungselementes 14 nach oben ragen. Der ESD-Ring 12 kann
aus jedem geeigneten elektrisch leitfähigen Material hergestellt
oder wenigstens damit ummantelt werden. Das Verbindungselement 14 wird vorzugsweise
aus nicht elektrisch leitfähigem
Plastikmaterial gegossen, wobei aber jedes geeignete nicht elek trisch
leitfähige
Material kann benutzt werden. Die Spulenfedern 16 können aus
jedem geeigneten leitfähigen
metallischen Material hergestellt werden, das zusätzlich zu
den geforderten Leitfähigkeitscharakteristika,
Federkonstanten und Haltbarkeitscharakteristika aufweist, von denen
angenommen wird, dass sie die Anforderungen für jede individuelle Anwendung
geeignet erfüllen. Ähnlich kann
die Form und Konfiguration der einzelnen Komponenten, welche das
Gerät 10 bilden,
durch einen Fachmann, der die vorliegende Offenbarung vor sich liegen
hat, geeignet konfiguriert werden, um die spezifische Konfiguration
der Verbindung 20. unterzubringen, welche durch die besondere elektronische
Vorrichtung definiert wird.
-
Wenn das ESD-Schutzabschirmungsgerät 10 zusammengebaut
wird (2), wird das Daten/Gleichspannungsleistungsverbindungselement 20 direkt
auf den PCB 18 montiert. Andere ESD empfindliche elektronische
Komponenten (nicht dargestellt), die durch den vorliegenden Aufbau
geschützt werden,
werden auch auf dem PCB 18 montiert oder damit elektrisch
verbunden. Die zwei Spulenfedern 16 passen um die Schraubenpfosten 22 der
Verbindungselemente, wobei die Schraubenpfosten 22 durch
die Öffnungen 24 der
PCB 18 und durch die Öffnungen 28 des
ESD-Ringes 12 passen. Die Spulenfedern 16 sitzen
zwischen dem oberen Teil des PCBs und dem Boden des flachen Abschnitts
des ESD-Ringes. Der ESD-Ring 12 hat eine zentrale Öffnung 26,
die eine Größe hat,
um die Daten/Gleichspannungsenergieverbindung 20 als auch
die Schraubenpfosten 22 durch eine Einführung aufzunehmen, die aber
mit einer geeigneten Größe ausgestattet
ist, so dass der Ring 12 vertikal relativ zu der Daten/Gleichspannungsverbindung 20 ohne
Reibungswiderstand hindurch gleiten kann. Die Spulenfedern 16 stellen
eine nach oben gerichtete Vorspannungskraft gegen die Unterseite
der Flansche 30 des Ringes 12 zur Verfügung, so
dass der obere Abschnitt des ESD-Ringes leicht über jeden Pinkontakt 32 der
Daten/Gleichspannungsenergieverbindung 20 darüber hinaus ragt. Dies stellt
sicher, dass eine große
ESD-Quelle wahrscheinlich
den ESD-Ring 12 zuerst berühren wird, bevor die Pins der 32 der
Verbindung 20 berührt
werden.
-
Der ESD-Ring 12 wird über die
Spulenfedern 16 auf Masse gelegt (nicht dargestellt, was
aber von einem Fachmann im Bereich von mobilen elektronischen Vorrichtungen,
der die vorliegende Offenbarung kennt, geeignet verbunden werden
kann), so dass die Entladung keine elektronische Schaltung oder
kein ASIC-Modul beschädigen
wird, mit dem die Daten/Gleichspannungsenergieverbindung 20 verbunden
ist. Optionale Einschnappclips 34 auf den Flanschen 38 können auf
dem Verbindungselement 14 zur Verfügung gestellt werden, um den
Ring 12 an seinem Ort festzuhalten, indem die Einschnappclips 34 hinter
den äußeren Kanten
der Flansche 30 einschnappen und in den Aussparungen 40 zu
liegen kommt, wenn der Ring 12 nach unten auf die Schraubenpfosten 22 gedrückt wird,
als Alternativ zu oder zusätzlich
zu der Platzierung der Schrauben 36 auf den Schraubenpfosten 22,
um die Höhe
zu begrenzen, auf der sich der ESD-Ring 12 befindet, wenn
er durch die Federn 16 nach oben gedrückt wird.
-
Die vertikale Bewegung des ESD-Ringes 12, die
durch die Federn 16 und die Schraubenpfosten 22 zur
Verfügung
gestellt wird, wird dem Ring 12 erlauben, sich unter die
Pins 32 der Verbindung 20 zu bewegen, so dass
der ESD-Ring 12 nicht mit der beabsichtigten mechanischen
Schnittstelle der Daten/Gleichspannungsenergieverbindung 20 einer
externen, mobilen, elektronischen (Haupt-) Vorrichtung (nicht dargestellt)
interferiert. Die feste Höhe
der Spulenfedern 16 bei maximaler Kompression (nicht dargestellt)
wird den untersten Punkt der Bewegung der ESD-Ringes 12 definieren,
so wie dies in den 3 und 5 dargestellt wird.
-
2 stellt
das ESD-Schutzabschirmungsgerät 10 in
seinem zusammengebauten Zustand dar, in dem sich der Ring 12 an
seinem oberen Ende seines Bewegungsbereiches befindet, der die normale nach
oben gerichtete nicht komprimierte Orientierung darstellt.
-
3 ist
eine perspektivische Ansicht des elektrostatischen Entladeschutzabschirmungsgerätes 10' entsprechend
einem alternativen Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, wenn es in seinem nicht komprimierten
Ruhezustand dargestellt ist. In diesem Ausführungsbeispiel wurden Strukturen,
die analog in Struktur und Funktion zu denen im Ausführungsbeispiel
von 1 sind, gleiche
Referenzzahlen gegeben, die durch einen Strich (') gekennzeichnet sind. Die Einschnappclips 34 und
die Flansche 34 wurden weggelassen und die Flansche 30' wurden modifiziert,
um die Aussparungen 40, die in 1 dargestellt werden, wegzulassen. Stattdessen
wird der Ring 12' über der
PCB 18' durch
die Schrauben 36' festgehalten,
die in die Schraubenpfosten 22' eingreifen, die von der Verbindungsbasis 14' ausgehen, und
durch die Öffnungen
in den Flanschen 30' hindurchgehen.
Der Ring 12' wird
in seiner nach oben vorgespannten nicht komprimierten Position durch
die Spulenfedern 16' gehalten. 4 ist eine perspektivische
Ansicht des elektrostatischen, zusammengebauten Entladeschutzabschirmungsgerätes 10' des Ausführungsbeispieles
von 3, in seinem zusammen
gedrückten
Zustand, der auftritt, falls es sichtbar ist, wenn es nach unten
durch eine mobile elektronische Hauptvorrichtung (nicht dargestellt)
nach unten gedrückt
wird.
-
5 ist
eine perspektivische Schnittansicht einer beispielhaften Daten/Gleichspannungsleistungsverbindungsgabel 50 mit
dem elektrostatischen Entladeschutzabschirmungsgerät 10' des Ausführungsbeispieles
der 3 bis 4 der vorliegenden Erfin dung,
das in seiner nicht komprimierten Ruhestellung dargestellt ist,
indem sich der Ring 12' am
oberen Ende des Bewegungsbereiches befindet. In diesem Ausführungsbeispiel
wurden Strukturen, die analog zu Strukturen und Funktionen zu solchen
von Ausführungsbeispielen
von 1 sind, die gleichen Referenzzahlen
vergeben, die durch einen Strich (') gekennzeichnet sind. Es ist so zu
verstehen, dass die Gabel 50 einfach eine beispielhafte
Darstellung ist und dass das elektrostatische Entladeschutzabschirmungsgerät 10' (oder 10)
bei einer Vielzahl von Gabeln, Energie- oder Datenstationen von
vielen unterschiedlichen Konfigurationen verwendet werden kann.
-
6 ist
eine perspektivische Schnittansicht einer beispielhaften Daten/Gleichspannungsenergieverbindungsgabel 50,
welche das elektrostatische Entladeschutzabschirmgerät der vorliegenden
Erfindung hat, das in seinem zusammen gedrückten Zustand dargestellt ist,
so als wenn es durch eine (nicht zu sehende) mobile elektronische
Hauptvorrichtung nach unten gedrückt
wird. Die Abschirmung 12' ist am
unteren Ende des Bewegungsbereiches an dem PCB 18' dargestellt,
was den Schraubenpfosten 22' und
die Schraube 36' zu
erkennen gibt.
-
Das ESD-Schutzabschirmungsgerät der vorliegenden
Erfindung kann bei einer großen
Vielzahl von elektronischen Vorrichtungen benutzt werden, die einen
externen ESD-Schutz an einem frei liegenden Ort an einer elektrischen
Schnittstelle erfordern.
-
Der Vorteil dieser Erfindung ist,
dass ESD-Schutz möglich
ist, wenn die interne Schaltung oder Verbindungsbegrenzungen herkömmliche ESD-Schutzgeräte nicht
erlauben. Auch von dem großen
leitenden ESD-Ring der vorliegenden Erfindung wird angenommen, dass
er sehr wirksam ist beim direkten Anziehen von Ladungen weg von
der Verbindung selbst, ohne die für die Verbindung gedachte Funktion
zu benachteiligen. Dies wird durch die Fähigkeit erreicht, den ESD-Schirm
zurückzuziehen,
wenn die elektronische Hauptvorrichtung mit der Verbindung verbunden
wird, und in seine Schutzposition zurückzukehren, wenn die Hauptvorrichtung entfernt
wird.
-
Die Vorteile der Erfindung sind,
dass sie in der Lage ist, einen ESD-Schutz für sowohl eine Datenverbindung
als auch für
eine Energieverbindung zur Verfügung
zu stellen. Es wird davon ausgegangen, dass sie kosteneffektiver
ist, verglichen zu einem herkömmlichen
eingebauten Schutz innerhalb der Schaltung der elektronischen Hauptvorrichtung, die
typischerweise nur Energieverbindungen, wie zum Beispiel Ladekontakte,
schützen
kann. Sie ist auch beim direkten Ableiten von elektrostatischen Ladungen
von der Verbindung sehr wirksam, da große ESD anziehende Auflagen
benutzt werden. Dies ist besonders wichtig bei Datenverbindungen.