KR20090127306A - 광학 범용 직렬 버스 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예는, 역방향 호환성(backward compatibility)이 달성될 수 있도록 현재의 최고 사양에 초고속 데이터 레이트(예컨대, 10Gbps)의 광 통신을 더함으로써, USB의 데이터 레이트를 향상시키기 위한 광학 USB(OUSB)를 지향하고 있다. 내장 렌즈를 이용하여 커넥터로부터 나오는 빔을, 그 메이팅(mating) 커넥터로 들어가기 전에 확장시키고, 메이팅 커넥터의 동일한 렌즈를 이용하여 섬유 상으로 다시 빔을 조준하는 것에 의해, 기계적 허용오차를 달성할 수 있다.

Description

광학 범용 직렬 버스{OPTICAL UNIVERSAL SERIAL BUS(USB)}
본 발명의 실시예는 범용 직렬 버스에 관한 것이며, 더 상세하게는, 광학 성능을 갖는 USB에 관한 것이다.
퍼스널 컴퓨터(PC) 시스템 등의 요즈음 진행되는 시스템의 대부분에는, 다양한 범용 직렬 버스(universal serial bus, USB) 장치를 접속하는 USB 포트가 존재한다. 이들 USB 장치의 일부는 PC 사용자들에 의해 자주 사용된다. 예컨대, 이들 USB 장치는 프린터, 컴팩트 디스크 판독전용 메모리(CD-ROM) 드라이브, CD-ROM 라이터(CDRW) 드라이브, DVD 드라이브, 카메라, 포인팅 장치(예컨대, 컴퓨터 마우스), 키보드, 조이스틱, 하드드라이브, 스피커 등일 수 있다. 이들 장치의 일부는 다른 것보다 더 많은 이용 가능한 USB 대역폭을 사용한다. 예컨대, USB CDRW는 높은 대역폭 장치이고, 컴퓨터 마우스, 키보드, 조이스틱 등의 인간 인터페이스 장치(HID)는 낮은 대역폭 장치이다.
USB 케이블 내에는 일반적으로 4개의 차폐된(shielded) 배선이 있다. 두 개의 배선은 전원을 공급할 수 있고(+5V(적색) 및 접지(갈색)), 꼬인 한 쌍은 데이터 를 위한 것이다(청색 및 황색).
USB 케이블의 어느 한쪽 단에는 표준 규격의 커넥터가 있다. 이들 커넥터는 각각 "A" 커넥터 및 "B" 커넥터로 지칭된 서로 다른 프로파일을 갖는다. 최근에는, 이들 커넥터의 미니 버전이 더 작은 장치를 수용하기 위해 나타나고 있다. "A" 커넥터는 컴퓨터으로의 "업스트림(upstream)"을 향한다. 반면에, "B" 커넥터는 개개의 장치로의 "다운스트림(downstream)"을 향하여 개별 장치에 접속된다. 이런 방식으로, 잘못 접속하는 것이 거의 방지된다.
USB 표준은 저전력 장치(예컨대, 마우스, 메모리 스틱, 키보드 등)가 그들 USB 접속으로부터 전력을 얻게 한다. 스캐너 또는 프린터 등의 더 많은 전력을 필요로 하는 더 큰 장치는 일반적으로 그 자신의 전용 전원을 갖는다.
도 1은 일반적인 USB의 "A" 수 커넥터(male connector)(10)를 도시한다. 케이블(12)은 상술한 4개의 배선을 포함하고 플라스틱 하우징(14)에 접속된다. 4개의 배선 각각은 하우징(14) 내에서 절연 베이스(18)의 상측에 실장된 4개의 접속 단자들 또는 핀들(16) 중 하나에 전기적으로 접속된다. 절연 베이스(18)는 금속 쉴드(19)로 둘러싸인다. 커넥터가, 대응하는 암 커넥터(female connector)에 끼워질 때, 제자리에 고정되도록 금속 쉴드 내에 개구부(20)가 마련될 수 있다.
도 2는 절연 베이스(18)의 더 상세한 도면을 나타낸다. 도시한 바와 같이, 도전성 고정기(fastener)(21, 22, 23, 24)가 한쪽 단부에 마련되어 케이블(12)의 4개의 배선 각각에 접속된다. 바깥쪽의 두 고정기(21, 22)는 전원용이고 안쪽의 두 고정기(23, 24)는 데이터용이다. 절연 베이스(18)의 상측에는 접속부(21, 22, 23, 24)에 제각기 대응하여 4개의 핀(31, 32, 33, 34)이 있다. 수 커넥터(10) 내의 핀(31-34)은 암 커넥터에 끼워질 때 암 커넥터 내의 짝을 이루는(mating) 핀과 전기적으로 결합한다.
USB 기술의 서로 다른 표준은 서로 다른 대역폭을 갖는다. 예컨대, 1998년 9월 23일자 개정판 1.1의 범용 직렬 버스 사양(USB 1.1)의 장치는 12M비트/초(Mbps)로 동작 가능하다. 2000년 4월 27일자 개정판 2.0의 범용 직렬 버스 사양(USB 2.0, 또한 고속 USB로 알려짐)의 장치는 400Mbps로 동작 가능하다. 그러나, 기술의 진전에 따라 기술자들은 항상 동작 속도를 증가시키려고 노력한다.
도 1은 일반적인 USB의 "A" 수 커넥터를 도시하는 블럭도,
도 2는 USB의 "A" 수 커넥터의 절연 베이스를 더 상세하게 도시하는 블럭도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 USB의 "A" 수 커넥터의 절연 베이스를 위쪽에서 본 도면,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 USB의 "A" 수 커넥터의 절연 베이스를 아래쪽에서 본 도면,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 암 USB의 "A" 커넥터의 블럭도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른, 짝이 되는 USB의 "A" 커넥터의 단면도이다.
본 발명의 실시예는, 역방향 호환성(backward compatibility)이 달성될 수 있도록 현재의 최고 사양에 초고속 데이터 레이트(예컨대, 10Gbps)의 광 통신을 더함으로써, USB의 데이터 레이트를 향상시키기 위한 광학 USB(이하 OUSB라고 함)를 지향하고 있다.
OUSB에 대한 도전은 레거시(legacy) USB 폼 팩터(form factor)와의 역방향 호환성이 확보되어야 하고, 이것은 비교적 큰 기계적 허용오차를 요구한다. 즉, USB 커넥터에 의해 특정된 기계적 허용오차는 0.3㎜이다. 일반적으로 광 커넥터는 버트 접속(butt contact) 방식을 이용한다. 그러나, 광 버트 접속은 10㎛의 정확성 또는 그 이상을 요구할 수 있다. 이것은 보통의 광 커넥터가 USB 폼 팩터에 대해 적용 불가능 방식으로 되게 한다.
이 문제를 해결하기 위해, 실시예는 광 빔 확장 방식을 개시한다. 빔 사이즈를, 예컨대, 1㎜로 확장함으로써, USB 커넥터에 의해 요구되는 0.3㎜의 기계적 허용오차를 달성할 수 있다.
이제 도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 OUSB 커넥터의 절연 베이스(18)를 각각 위쪽 및 아래쪽에서 본 도면이 도시된다. 도 2에 도시 및 설명된 바와 마찬가지로, 도전성 고정기(21, 22, 23, 24)는 한쪽 단부에 마련되어, 케이블(12)의 4개의 배선의 각각에 접속한다. 바깥쪽의 두 개의 고정기(21, 22)는 전원용이고, 안쪽의 두 개의 고정기(23, 24)는 데이터용이다. 절연 베이스(18)의 상측에는 접속부(21, 22, 23, 24)에 대응하여 각각 4개의 핀(31, 32, 33, 34)이 있 다. 수 커넥터(10) 내의 핀(31-34)은 암 커넥터에 끼워질 때 암 커넥터 내의 짝이 되는 핀과 전기적으로 결합한다.
부가하여, OUSB 커넥터는 절연 베이스(18)의 전단 에지에 내장 렌즈(40, 41, 42, 43)를 포함한다. 초고속 광 데이터 스루풋을 제공하기 위해 이들 렌즈는 각각의 섬유(fiber, 50, 51, 52, 53)에 광학적으로 연결된다. 4개의 렌즈가 도시되지만, 이것은 예일 뿐이며 더 많거나 또는 더 적은 수가 마련될 수도 있다. 장치 내의 섬유의 자기정렬(self-alignment)을 위해, 도시된 바와 같이, 렌즈(40-43)는 테이퍼형 구멍(tapered hole) 내에 배치될 수 있다. 테이퍼형 구멍에는 강도를 높이기 위해 금속 삽입물을 가질 수 있다. 도 3 및 도 4에는 도시하지 않지만, 절연 베이스(18)는 플라스틱 하우징(14)에 수용될 수 있고, 도 1에 도시된 바와 같이 금속 쉴드(19)를 포함할 수 있다.
도 5는 도 3 및 도 4에 도시된 커넥터와 끼워지도록 구성된 "A" 커넥터 암 OUSB의 내부를 도시한다. 표준 USB에서와 같이, 절연 캐리어(50)는 4개의 접속부(51, 52, 53, 54)를 포함할 수 있고, 이것은 각각 수 커넥터의 핀(31, 32, 33, 34)과 전기적으로 접속되도록 적재 및 적용된 스프링일 수 있다. 4개의 콘텍트(51, 52, 53, 54)는 이어서 접속부 포스트(contact post, 61, 62, 63, 64)에 의해 USB 장치에 차례로 전기적으로 접속될 수 있다. 4개의 섬유(70, 71, 72, 73)는 암 커넥터로 들어가서, 4개의 내장 렌즈(80, 81, 82, 83)에 광학적으로 연결될 수 있고, 이들 내장 렌즈는 접속될 때, 수 커넥터의 대응하는 렌즈(40-43)에 광학적으로 연결된다.
도 6은 수 OUSB 커넥터(88)와 암 OUSB 커넥터(90)가 끼워졌을 때의 단면도를 도시한다. 간략화를 위해, 이 도면에서는 전기적 접속은 도시하지 않지만 도 3~5에 도시된 바와 같을 수 있다. 수 OUSB 커넥터(88)는 플라스틱 베이스 또는 코어(91)를 포함한다. 또한 암 OUSB 커넥터는 그 금속 쉴드(93)에 의해 각각 둘러싸여진 플라스틱 코어(92)를 포함한다. 플라스틱 코어(91, 92)는 광 섬유(94, 95)의 정렬을 용이하게 하기 위해 V-그루브(95)를 포함할 수 있다.
플러그(수)(90)와 리셉터클(receptacle)(암)(88)이 끼워진 후, 렌즈(43, 80)는 광 통신을 용이하게 하기 위해 광 빔을 확장시키는 데 이용된다. 도시된 바와 같이, 수 커넥터측으로부터의 섬유(94)로부터의 광 빔은 렌즈(43)에 의해 예컨대, 대략 1㎜까지 확장될 수 있다. 그러면 확장된 빔은 섬유(95)와 연결된 암 커넥터측에서 내장 렌즈(80)에 의해 조준(collimate)될 수 있다. 내장 렌즈(43, 80)의 프로파일은 양쪽에서 동일하기 때문에, 광 신호는 어느 한 방향으로 갈 수 있다. 알려져 있듯이, 전통적인 버트 접속은 USB 커넥터의 기계적인 허용오차 범위 내에서 잘 작용하지 않기 때문에, 빔의 확장은 섬유(94, 95)를 광학적으로 연결할 수 있게 한다.
상술한 실시예가 USB "A" 커넥터로서 도시되었지만, 당업자는 여기에 설명된 본 발명이 USB "B" 커넥터 또는 다른 USB 폼 팩터에 동일하게 응용 가능함을 쉽게 인식할 수 있을 것이다.
OUSB에는 많은 이점이 있다. 특히, 실시예는 기존의 USB 폼 팩터 내의 모든 전통적인 USB 전기적 접속을 유지한다. 따라서, USB 2.0 사양과의 완전한 역방향 호환성이 가능하다. 이것은 고속 USB 2.0(480Mbps)에 비해 초고속 데이터 레이트(즉, 10Gbps)를 가능하게 한다. 부가하여, 광 신호 집적도는 전통적인 전기적 접속이 문제로 될 수 있는 공장 등의 높은 EMI 환경에서 유지될 수 있다.
요약서에 기술된 내용을 포함하여 본 발명의 도시된 실시예의 상기 설명은 개시된 정확한 형태에 본 발명을 한정하고자 의도하는 것은 아니다. 본 발명의 특정 실시예가 예로서 도시의 목적으로 여기에 설명되지만, 당업자가 인식할 수 있는 바와 같이, 여러가지 등가의 수정이 본 발명의 범위 내에서 가능하다.
상술한 설명에 비추어 본 발명에 대해 이들 수정이 이루어질 수 있다. 다음의 청구범위에서 사용된 용어는 명세서 및 청구범위에 개시된 특정 실시예에 본 발명을 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다. 오히려, 본 발명의 범위는 전적으로 다음의 청구범위에 의해 결정되어야 하며, 이는 청구범위 해석의 확립된 원칙에 따라 해석되어야 한다.

Claims (20)

  1. 상면(top surface)과 전단 에지(leading edge)를 갖는 절연 베이스와,
    전기 접속부를 구성하는, 상기 절연 베이스의 상기 상면상의 복수의 핀과,
    광 기능을 제공하는, 상기 절연 베이스의 상기 전단 에지상의 적어도 하나의 내장 렌즈를 구비하는
    범용 직렬 버스(USB) 커넥터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 내장 렌즈에 광학적으로 연결되는 적어도 하나의 섬유(fiber)를 더 구비하는
    USB 커넥터.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 내장 렌즈는 상기 섬유로부터 나오는 빔을 확장시키는
    USB 커넥터.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 내장 렌즈는 상기 빔을 대략 1㎜까지 확장시키는
    USB 커넥터.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 내장 렌즈는 상기 섬유로 빔을 조준(collimate)하는
    USB 커넥터.
  6. 제 2 항에 있어서,
    4개의 섬유에 각각 광학적으로 연결되는 4개의 내장 렌즈를 더 구비하는
    USB 커넥터.
  7. 제 1 항에 있어서,
    짝을 이룰 때, 상기 절연 베이스의 상기 전단 에지상의 상기 적어도 하나의 내장 렌즈에 광학적으로 연결되는 적어도 하나의 내장 렌즈를 포함하는 메이팅 커넥터(mating connector)를 더 구비하는
    USB 커넥터.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 메이팅 커넥터의 상기 내장 렌즈는 상기 절연 베이스의 상기 전단 에지상의 상기 적어도 하나의 내장 렌즈와 동일한
    USB 커넥터.
  9. 상면 및 전단 에지를 갖는 절연 베이스를 제공하는 단계와,
    전기 접속부를 구성하기 위해 상기 절연 베이스의 상기 상면상에 복수의 핀을 배치하는 단계와,
    광 통신을 위해 상기 절연 베이스의 상기 전단 에지상에 적어도 하나의 렌즈를 내장시키는 단계를 포함하는
    USB 커넥터에 대한 광 기능 제공 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    섬유로부터 나오는 빔을 상기 내장된 렌즈를 사용하여 대략 1㎜까지 확장시키는 단계를 더 포함하는
    USB 커넥터에 대한 광 기능의 제공 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 내장된 렌즈를 사용하여 빔을 섬유로 조준하는 단계를 더 포함하는
    USB 커넥터에 대한 광 기능의 제공 방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 절연 베이스의 상기 전단 에지상에 복수의 내장 렌즈를 제공하는 단계를 더 포함하는
    USB 커넥터로의 광 기능의 제공 방법.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 내장 렌즈를 메이팅 커넥터의 대응하는 렌즈에 광학적으로 연결하기 위해, 상기 메이팅 커넥터에 USB 커넥터를 끼우는 단계(plugging)를 더 포함하는
    USB 커넥터에 대한 광 기능의 제공 방법.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 내장 렌즈 및 상기 메이팅 커넥터의 상기 대응하는 렌즈는 동일한
    USB 커넥터에 대한 광 기능의 제공 방법.
  15. 절연 베이스의 상면에 실장된 4개의 전기 접속부를 구비하는 범용 직렬 버스(USB) 커넥터와,
    상기 절연 베이스의 전단 에지상의 복수의 내장 렌즈와,
    상기 복수의 내장 렌즈 중 제각각의 하나에 광학적으로 연결된 복수의 섬유를 구비하되,
    각각의 렌즈는 USB 기계적 허용오차를 충족시키기 위해, 광 섬유로부터 제 1 방향으로 진행하는 빔을 확장시키고, 상기 광 섬유 상으로 제 2 방향으로 진행하는 빔을 조준하는
    광학 범용 직렬 버스(OUSB).
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 OUSB는 USB와의 역방향 호환성(backward compatibility)을 갖는
    OUSB.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 절연 베이스의 상기 전단 에지에 4개의 내장 렌즈를 더 구비하는
    OUSB.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 섬유의 정렬을 용이하게 하기 위한, 상기 절연 베이스 내의 V-그루브를 더 포함하는
    OUSB.
  19. 제 15 항에 있어서,
    끼워질 때, 상기 절연 베이스의 전단 에지상의 상기 복수의 내장 렌즈와 광학적으로 정렬되는 동일한 내장 렌즈를 갖는 메이팅(mating) OUSB 커넥터를 더 포함하는
    OUSB.
  20. 제 15 항에 있어서,
    상기 빔은 대략 1㎜까지 확장되는
    OUSB.
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