JP5799852B2 - 入出力装置 - Google Patents
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Description
1.USB−SMA変換ケーブルの外部アンテナへの接続検証
2.USB−SMA変換ケーブルの具体例
3.USB機能の維持についての検証
4.同軸ケーブルとUSBケーブルの接続例 5.イヤホンアンテナへの応用例
6.ギガヘルツ帯の通過特性を得るためのUSB入出力装置の基板構造
図1は、本例の入出力装置の一例を示す図である。図1に示すように、情報端末機器(以下、「セット」または「セット基板」ということもある。)側にUSBケーブル接続用のメス型のUSBコネクタが設けられる。このセット側に設けられるUSBコネクタを、以下「セット側USB−Bコネクタ10」という。
一般に、セット側USB−Bコネクタ10(メス型)とケーブル側USB−Bコネクタ15(オス型)とも、1ピン〜5ピンで示される5個の接続ピンとシールド端子を有している。これらのセット側USB−Bコネクタ10及びケーブル側USB−Bコネクタ15としては、通常、μUSB−Bコネクタが用いられる。
Bコネクタは一般にセット側に用いられるコネクタであり、これに対して、図5で後述するように、ホストコンピュータ側に接続されるUSBコネクタとしては、通常、ホストコンピュータ側から電源を供給できるAタイプのUSBコネクタが用いられる。
なお、最近ではセット側USBコネクタとして、AタイプあるいはABタイプ(ホスト側とセット側の両方に兼用されるコネクタ)のμUSBコネクタを用いることも考えられているが、ここではセット側のUSBコネクタをBタイプ、ホスト側のUSBコネクタをAタイプとして取り扱うこととする。
図1に示すように、本例のセット側USB−Bコネクタ10では、このID端子として使われる4ピンを、テレビジョン放送等を受信するためのアンテナ端子に用いている。このため、4ピンが接続されるラインに約1000pFのコンデンサ14を直列接続し、このコンデンサ14を介して4ピンに供給されたアンテナ信号をセット内の不図示のチューナー回路(図1のANT)に供給する。
なお、セット側USB−Bコネクタ10の5ピンは、接地用のグランド端子であり、この5ピンが接続されるラインは、後述するケーブル側USB−Bコネクタ15及びセットの外部シールドと接続され、接地されている。
なお、この抵抗器16に関しては、現段階ではイヤホンマイクのみの規定になっているが、今後はイヤホンマイク以外の他の用途にも使われることが予定されている。但し、電源が供給されたかどうかの認識は、後述するように、Vbus端子に電圧を印加し、かつ2ピン(D−端子)と3ピン(D+端子)を短絡(ショート)させて充電を開始することで行われる。
図2は、上述したUSB−SMA変換ケーブルのサンプルを示したものである。(A)は上側から見た平面図、(B)はケーブル側USB−Bコネクタ15の断面図、(C)はSMAコネクタ18の断面図、(D)は正面図である。各図の寸法はUSBコネクタ及びSMAコネクタの標準規格に基づいている。なお、図2において図1と同じものは同一の符号を付している。
また、セット側USB−Bコネクタ10及びケーブル側USB−Bコネクタ15のID端子をアンテナ伝送に用いることで、本来のUSB機能が維持されるか否か、言い換えるとUSBの機能が劣化しないかどうかについて検証した。図4は、USB機能が維持されているかを調べるアイパターン40を示した図である。
線を通る、位相が180°異なる差動信号41、42を同時に表示し、この表示されたアイパターンにおいて、差動信号の波形が六角形状のテンプレート43を囲む構成になることが要求されている。なお、USB2.0の規格では、USB信号伝送のクロックは480
Mbpsである。
このテストは、信号線とテンプレートの関係が人間の目が開いた形に似ていることから、アイパターンテスト(またはアイダイヤグラムテスト)と呼ばれる。
図5、図6は、入出力装置に、図1に示したUSB−SMA変換ケーブルと同様の同軸ケーブルと、通常のUSBケーブルの2つを接続した実施の形態例を示している。図5は概略構成図、図6はその接続関係を詳細に示した図である。なお、図5では、同軸ケーブル17の他端にSMAコネクタ18(図1参照)ではなく、直径3.5mmの2極プラグ23を接続した例を示している。この2極プラグ23を「Φ3.5 2極プラグ」という。2極プラグ23の代わりにSMAコネクタ18、または、通常テレビで使われているFコネクタを用いることも可能である。以下、図1、2及び図5、6に示すテレビジョン信号等の放送波を受信するケーブルをUSBケーブルと区別して、単に「同軸ケーブル」と呼ぶことにする。
しかし、情報端末機器を利用する上で、専用の収納型ロッドアンテナを利用してテレビジョン放送波を受信したいという要求もある。このため、SMAコネクタ18の代わりに上述した2極プラグ23または、その他の小型の同軸コネクタを接続して用いることも今後は増えていくと考えられる。
図6に示すように、USB入出力装置である、セット側USB−Bコネクタ10にケーブル側USB−Bコネクタ15が接続されている。上述したように、図1の例では、このケーブル側USB−Bコネクタ15に同軸ケーブル(USB−SMA変換ケーブル)17のみが接続されていた。
但し、ホスト側のFB30及び、コモンモードチョーク31、グランドラインに接続されるFB32は、USB特性と同軸ケーブル17のRF特性が維持されるという前提で、USBケーブル21の特性上、電源ノイズの影響が少ない場合は、なくても問題ない。
図7は、長さ37.5cmの同軸シールド線51と長さ62.5cmのイヤホンコード52、53を接続して作製した、全長約1mのイヤホンアンテナ50を示した図である。
このイヤホンアンテナ50は、一種のモノポールアンテナであり、同軸シールド線51とイヤホンコード52、53の全体の長さでテレビジョン放送のVHF帯の電波を受信できるアンテナを構成し、同軸シールド線51の部分でテレビジョン放送のUHF帯の電波を受信できるアンテナを構成している。
一方、イヤホンコード55、56に接続されるコネクタは、図2に示すSMAコネクタ18ではなく、通常のイヤホンコード55、56と同軸シールド線51とを基板を介して接続するための接続部54であり、この接続部54は樹脂でモールドされている。この接続部54がイヤホンコード55、56と同軸シールド線51との境界部になる。イヤホンコード55、56は、固定部59までは一体に接続されているが、固定部59から先は分離されて、それぞれL側イヤホン57とR側イヤホン58に接続されている。
なお、本例では、同軸シールド線51とイヤホンコード55、56の接続に基板を介して樹脂モールドで形成したが、これに代えてイヤホンジャックとイヤホンプラグでの接続で構成することも可能である。
特に本例のイヤホンアンテナ60においては、後述するように、同軸シールド線61の外皮導体である金属シールド72が、ケーブル側USB−Bコネクタ62のID端子(4ピン)に接続されている点が重要な意味を持つ。図6に示すように、このID端子に接続される金属シールド72は、接地線とは異なるシールド用のラインである。
のクロック信号は信号線とグランド線間で動作するため、USBケーブルのグランドをテレビジョン信号のアンテナとして使うと、このアンテナにはテレビジョン等のRF信号に加えて、USBの480Mbpsのクロック信号が重畳された状態になる。このため、USBケーブルをテレビジョン放送用のアンテナとして利用する場合には、従来のイヤホンアンテナと同じ接続では、テレビジョン放送等の高周波信号の伝送に使用することができない。なお、USB2.0の480Mbpsのクロックは、240MHzの周波数に相当す
るので、特に悪影響を受けるのはVHF−H帯になる。
高周波的にはオープンであり、IDラインのアンテナ特性への影響はない。なお、注意すべきはIDライン以外の各ラインに接続されたFB64〜67の通過後に、結合容量等のキャパシタで結合してしまった場合であるが、この場合には、各端子へ高周波電流が流れてしまうため、アンテナ特性が劣化してしまうことになる。
図10は、本開示の入出力装置において、ギガヘルツ帯の通過特性を得るための基板の構造を示した図である。図10(A)は基板全体の斜視図、図10(B)と(C)は、誘電体を挟んで配置された平行な2個のアース面(アース層)とUSB入出力端子との位置関係を示した図である。この基板が図1に示す同軸シールド線(同軸ケーブル)17とケーブル側USB−Bコネクタ15が実装されるμUSBプラグ基板である。
また、これらの接続対象機器の中には、PC等のいわゆるホスト機器(情報処理機器)や、各種携帯機器等のいわゆる周辺機器(情報端末機器)の他に、電力供給のためのUSB充電器等も含まれる。また、接続相手機器の中には、ホスト機器や拡充機器接続用ハブを介して、他のインタフェース規格に接続される各種機器も含まれる。
(1)情報端末機器に設けられる入出力コネクタの情報端子のうち、前記情報端末機器の内部の動作を切り替えるための情報端子の、少なくとも1の情報端子をアンテナ入力端子と兼用する、入出力装置。
(2)少なくとも前記1の情報端子が、さらに他の情報端子と兼用されている場合、前記他の情報端子は、前記アンテナ入力端子から入力される受信信号より低い周波数の情報端子である、(1)に記載の入出力装置。
(3)少なくとも前記1の情報端子は、入力される情報信号の電位により、その情報の内容が判別される情報端子である、(1)に記載の入出力装置。
(4)少なくとも前記1の情報端子は、接続相手機器の判別、接続相手機器との接続の有無判別または動作切替時の情報選択に用いられる情報端子である、(1)〜(3)のいずれかに記載の入出力装置。
(5)少なくとも前記1の情報端子は、接続相手機器の判別に用いられるID端子である、(1)〜(4)のいずれかに記載の入出力装置。
(6)前記アンテナ入力端子に入力されるアンテナ信号は、FM帯、VHF帯、またはUHF帯のいずれかまたは複数の帯域の放送波信号である、(1)〜(5)のいずれかに記載の入出力装置。
(7)少なくとも前記1の情報端子が接続されるラインには、前記帯域の周波数を通過させるコンデンサが接続されている、(6)に記載の入出力装置。
(8)少なくとも前記1の情報端子が接続されるラインには、前記コンデンサと並列に、前記帯域の周波数に対してハイインピーダンスとなる高域周波数遮断素子が接続されている、(7)に記載の入出力装置。
(9)前記入出力コネクタには、差動信号を伝送するラインが接続される端子が設けられており、該差動信号が入力される端子には、前記帯域の周波数に対してハイインピーダンスとなるコモンモードチョーク素子が接続されている、(6)〜(8)のいずれかに記載の入出力装置。
(10)前記入出力コネクタのグランドラインは、前記情報端末機器のシールドケースに接続される、(1)〜(9)のいずれかに記載の入出力装置。
(11)前記入出力コネクタには、FM帯、VHF帯、またはUHF帯のいずれかまたは複数の帯域の放送波信号を受信するアンテナとして機能する同軸ケーブルを接続するための第1の接続部が設けられる、(1)〜(10)のいずれかに記載の入出力装置。
(12)前記同軸ケーブルの他端には、前記放送波信号を受信するアンテナ、もしくは同軸コネクタが接続される、(11)に記載の入出力装置。
(13)前記入出力コネクタには、更に入出力ケーブルを接続するための第2の接続部が設けられる、(11)または(12)に記載の入出力装置。
(14)前記第1の接続部と前記第2の接続部は、前記入出力コネクタが固定される基板において分離されている、(13)に記載の入出力装置。
(15)前記第1の接続部と前記第2の接続部は、前記入出力コネクタの複数の端子を共有するようにして接続される、(13)または(14)に記載の入出力装置。
(16)更に、少なくとも前記1の情報端子に入力されるアンテナ信号を、GPSや携帯電話で使用する周波数帯まで拡張させた、(1)〜(15)に記載の入出力装置。
(17)前記GPSや携帯電話で使用する周波数帯は、ギガヘルツ帯であり、前記ギガヘルツ帯の信号を通過させるために、前記入出力コネクタの基板は、互いに平行に配置された2つの基板のグランド端子を接続するとともに、平行に配置される上基板と下基板に設けられた入出力コネクタの各ピンが接続される端子を上面から見て重なる部分をなくすように配置した、(16)に記載の入出力装置。
(18)前記情報端末機器は、携帯情報端末機器である、(1)〜(17)のいずれかに記載の入出力装置。
Claims (17)
- 情報端末機器に設けられる入出力コネクタの情報端子のうち、前記情報端末機器の内部の動作を切り替えるための複数の情報端子のうち、接続相手機器の判別に用いられる識別端子をアンテナ入力端子と兼用する、
入出力装置。 - 前記識別端子以外の他の情報端子は、前記アンテナ入力端子から入力される受信信号より低い周波数の情報端子である、請求項1に記載の入出力装置。
- 前記識別端子は、入力される情報信号の電位により、その情報の内容が判別される情報端子である、請求項1に記載の入出力装置。
- 前記識別端子は、接続相手機器の判別以外に、動作切替時の情報選択に用いられる情報端子である、請求項1に記載の入出力装置。
- 前記アンテナ入力端子に入力されるアンテナ信号は、FM帯、VHF帯、またはUHF帯のいずれかまたは複数の帯域の放送波信号である、
請求項1に記載の入出力装置。 - 前記識別端子が接続されるラインには、前記複数の帯域の周波数を通過させるコンデンサが接続されている、
請求項5に記載の入出力装置。 - 前記識別端子が接続されるラインには、前記コンデンサと並列に、前記帯域の周波数に対してハイインピーダンスとなる高域周波数遮断素子が接続されている、
請求項6に記載の入出力装置。 - 前記入出力コネクタには、差動信号を伝送するラインが接続される端子が設けられており、該差動信号が入力される端子には、前記複数の帯域の周波数に対してハイインピーダンスとなるコモンモードチョーク素子が接続されている、
請求項5に記載の入出力装置。 - 前記入出力コネクタのグランドラインは、前記情報端末機器のシールドケースに接続される、
請求項1に記載の入出力装置。 - 前記入出力コネクタには、FM帯、VHF帯、またはUHF帯のいずれかまたは複数の帯域の放送波信号を受信するアンテナとして機能する同軸ケーブルを接続するための第1の接続部が設けられる、
請求項1に記載の入出力装置。 - 前記同軸ケーブルの他端には、前記放送波信号を受信するアンテナ、もしくは同軸コネクタが接続される、
請求項10に記載の入出力装置。 - 前記入出力コネクタには、更に入出力ケーブルを接続するための第2の接続部が設けられる、
請求項10に記載の入出力装置。 - 前記第1の接続部と前記第2の接続部は、前記入出力コネクタが固定される基板において分離されている、
請求項12に記載の入出力装置。 - 前記第1の接続部と前記第2の接続部は、前記入出力コネクタの複数の端子を共有するようにして接続される、
請求項12に記載の入出力装置。 - 更に、少なくとも前記1の情報端子に入力されるアンテナ信号を、GPSや携帯電話で使用する周波数帯まで拡張させた、
請求項1に記載の入出力装置。 - 前記GPSや携帯電話で使用する周波数帯は、ギガヘルツ帯であり、前記ギガヘルツ帯の信号を通過させるために、前記入出力コネクタの基板は、互いに平行に配置された2つの基板のグランド端子を接続するとともに、平行に配置される上基板と下基板に設けられた入出力コネクタの各ピンが接続される端子を上面から見て重なる部分をなくすように配置した、
請求項15に記載の入出力装置。 - 前記情報端末機器は、携帯情報端末機器である、
請求項1〜16のいずれかに記載の入出力装置。
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