TWI569539B - Universal serial port socket with short circuit switching circuit - Google Patents

Description

具短路切換迴路之通用串列埠插座

本發明為提供一種具短路切換迴路之通用串列埠插座，尤指通用串列埠接頭於對接至具上下端子組之舌片的通用串列埠座體時，其座體可透過非正確對接位置之端子組中電源端子與接頭金屬屏蔽殼體產生之短路偵測，進而切換至正確的端子組進行電源及訊號電性連接。

按，現今電腦科技以日新月異的速度成長，其電腦之發展趨勢亦朝運算功能強、速度快及體積小之方向邁進，便使電腦連接週邊設備之通訊連接埠數量已隨之減少，而傳輸介面大致上分為兩類，並列傳輸以及串列傳輸，其中並列傳輸(如Parallel Port、IDE、PCMCIA等)的特點在於傳輸速率快，但傳輸線路多，因此使用成本高；而串列傳輸(如Serial Port、USB、IEEE1394等)則相反；然而，目前最熱門的串列傳輸規格為通用串列匯流排(UNIVERSALSERIALBUS，簡稱USB)，它的特點是可同時存取多個通用串列埠裝置、可隨意熱插拔(HOT SWAP)、隨插即用(PLUG&PLAY)及多節點串聯功能等特點，且傳輸速率亦已快速成長，而使通用串列埠成為運用於電腦之週邊設備及電腦週邊設備與電子產業上傳遞電子資料訊號或充電使用之重要規格，例如可攜式 通用串列埠裝置大致由外接式儲存裝置(如隨身碟、硬碟等)、指標輸入裝置(滑鼠、搖桿、外接式鍵盤)、影音裝置(MP3(MPEG Layer 3)、數位相機或數位攝影機等)、通訊裝置(手機)、充電裝置(行動電源)、充電裝置(如行動電源、充電器等)、家電(如電視、光碟播放裝置等)及擴充裝置(集線器、外接式磁碟機、外接式光碟機、讀卡機等)等週邊設備所廣泛使用，而不可攜式通用串列埠裝置大致由印表機、掃描器或鍵盤等週邊設備所構成，幾乎包含了所有的週邊設備，所以，通用串列埠匯流排隱然成為使用用途最為廣泛的連接介面。

由於USB接頭或插座目前接頭或插座外表大多數皆有罩覆有金屬屏蔽殼體，用以防止電磁效應所產生之訊號干擾問題，而一般會影響連接器之電磁波干擾大致上可分成以下二種，其一為主要經由電路板上之電力線路、訊號線路等導體傳輸至連接器產生的傳導干擾(Conducted Disturbance)，其二為以電磁波形態傳播至連接器周圍的放射空間所造成之放射干擾(Radiated Disturbance)，而接頭或插座對接空間位置皆僅於舌片一表面設有一排接點，且該舌片位置在對接使用時具有防呆設計，所以USB接頭需插入插座方向正確才能使兩者之接點接觸形成電性連接，當USB接頭反向插入時則無法插入，如此，使用者即必須確認是哪一面朝上或向下才可插入，造成使用者一定程度的不方便。例如，若是桌上電腦之插座有些在主機下方的前面及背面，使用者必須蹲下、跪下或趴下尋找接頭位置，找到後又要辨認插入的方向，此外，若是筆記型電腦之插座皆在主機周圍或背面，欲插上USB接頭至插座時，也必須稍微試探看看是否可插 入，方可達到目的，造成使用上之不便，另當經常插錯方向，使用者有時插錯後還不知道，而繼續強迫插入易損壞插座舌片膠心，是以，要如何解決習知技術的不便之處，將是從事此行業者欲解決的重要課題。

故，發明人有鑑於上述缺失，乃搜集相關資料，經由多方評估及考量，並以從事於此行業累積之多年經驗，經由不斷試作及修改，始設計出此種具短路切換迴路之通用串列埠插座的發明專利誕生者。

本發明之主要目的乃在於通用串列埠接頭於對接至具上下第一、第二端子組之舌片的通用串列埠座體時，其座體可透過非正確對接位置之端子組中電源端子與接頭金屬屏蔽殼體產生短路訊號，由此短路偵測控制訊號使電路切換裝置進行切換至正確通道位置的其中一組端子組進行電源及訊號電性連接，以達到通道切換穩定且同時防止短路損壞或燒毀設備電路之功效。

本發明之次要目的乃在於利用電路切換裝置中雙通道之跳接開關同時控制第一、第二端子組形成非正確對接位置之端子組切換成開路(OFF)，而另一正確對接位置之端子組切換成閉路(ON)，以達到電路精簡、成本低廉之目的。

1‧‧‧座體

11‧‧‧基座

12‧‧‧舌片

13‧‧‧第一端子組

131‧‧‧電源端子V(A)

132‧‧‧第一資料端子D-(A)

133‧‧‧第二資料端子D+(A)

134‧‧‧接地端子GND(A)

14‧‧‧第二端子組

141‧‧‧電源端子V(B)

142‧‧‧第一資料端子D-(B)

143‧‧‧第二資料端子D+(B)

144‧‧‧接地端子GND(B)

15‧‧‧屏蔽殼體

2‧‧‧電路切換裝置

21‧‧‧跳接開關

211‧‧‧第一開關

2111‧‧‧電源開關

2112‧‧‧切換開關

212‧‧‧第二開關

2121‧‧‧電源開關

2122‧‧‧切換開關

22‧‧‧電路接點

221‧‧‧電源接點

222‧‧‧第一接點

223‧‧‧第二接點

224‧‧‧接地接點

3‧‧‧接頭

31‧‧‧主體

32‧‧‧金屬殼

33‧‧‧對接端子組

第一圖 係為本發明較佳實施例之立體分解圖。

第二圖 係為本發明較佳實施例座體反面之立體分解圖。

第三圖 係為本發明較佳實施例接頭對接座體後之剖面圖。

第四圖 係為本發明較佳實施例接頭以反面對接座體後之剖面圖。

第五圖 係為本發明較佳實施例之電路圖。

第六圖 係為本發明較佳實施例之流程圖。

第七圖 係為本發明另一實施例之立體分解圖。

第八圖 係為本發明較佳實施例USB2．0介面B型式之電路圖。

為達成上述目的及功效，本發明所採用之技術手段及其構造，茲繪圖就本發明之較佳實施例詳加說明其特徵與功能如下，俾利完全瞭解。

請參閱第一、二、五圖所示，係為本發明較佳實施例之立體分解圖、座體反面之立體分解圖、電路圖，可由圖中瞭解，包括有座體1及電路切換裝置2；其中：

該座體1為具有一基座11，該基座11向前延伸一舌片12、而該舌片12上、下表面分別設有完整USB2．0介面之第一端子組13及第二端子組14，其中該第一端子組13表面設有電源端子V(A)131、第一資料端子D-(A)132、第二資料端子D+(A)133、接地端子GND(A)134，而該第二端子組14表面則設有與第一端子組13相反方向配置之電源端子V(B)141、第一資料端子D-(B)142、第二資料端子D+(B)143、接地端子GND(B)144，且該座體1之第一端子組13及第二端子組14為依序電連接於電路切換裝置2，該電路切換裝置2為包括有雙通道之跳接開關21及電路接點22，而跳接開關21在本發明中係以電磁式繼電器來作 實施之說明。

上述座體1及電路切換裝置2係以第一端子組13之電源端子V(A)131經過第一開關211中電源開關2111後連接至電路接點22之電源接點221，而第一資料端子D-(A)132、第一資料端子D-(B)142則分別連接於切換開關2112之二個活動接點，另側之固定接點為連接於第一接點222，再者，第二端子組14之電源端子V(B)141經過第二開關212中電源開關2121後連接至電路接點22之電源接點221，而第二資料端子D+(A)133、第二資料端子D+(B)143則分別連接於切換開關2122之二個活動接點，另側之固定接點為連接於第二接點223，此外，座體1及電路切換裝置2為焊設於電路板上，而接地端子GND(A)134、接地端子GND(B)144、接地接點224皆於電路板線路中進行接地。

是以，請參閱第一、二、三、四、五、六圖所示，係為本發明較佳實施例之立體分解圖、座體反面之立體分解圖、接頭對接座體後之剖面圖、接頭以反面對接座體後之剖面圖、電路圖、流程圖，當接頭3中主體31之金屬殼32對接於座體1之舌片12時，如果第一端子組13接觸於該接頭3之金屬殼32內側形成接地短路時，此時接頭3中對接端子組33對接第二端子組14，而發出控制訊號，使繼電器之一次側電磁線圈之激磁來使二次側電路切換裝置2進行切換至第二端子組14，此時，其電源開關2111呈開路(OFF)狀態，使切換開關2112切換至第一資料端子D-(B)142形成閉路(ON)，同時電源開關2121呈閉路(ON)狀態，而切換開關2122切換至第二資料端子D +(B)143形成閉路(ON)，便使第一端子組13形成斷開狀態，而第二端子組14開始導電動作。

再者，當接頭3中主體31之金屬殼32對接於座體1之舌片12時，如果第二端子組14接觸於該接頭3之金屬殼32內側形成短路接地時，此時接頭3中對接端子組33對接第一端子組13，而發出控制訊號，使繼電器之一次側電磁線圈之激磁來使二次側電路切換裝置2進行切換至第一端子組13，此時，其電源開關2111呈閉路(ON)狀態，使切換開關2112切換至第一資料端子D-(A)132形成閉路(ON)，同時電源開關2121呈開路(OFF)狀態，而切換開關2122切換至第二資料端子D+(A)133形成閉路(ON)，便使第二端子組14形成斷開狀態，而第一端子組13開始導電動作。

所以，當通用串列埠接頭3正向或反向插入通用串列埠座體1時，其座體1可透過非正確對接位置之端子組中電源端子V(A)131或電源端子V(B)141與接頭3金屬殼32產生短路訊號，由此短路偵測控制訊號使電路切換裝置2進行切換至正確通道位置的其中一組端子組進行電源及訊號電性連接，而接頭3可以是儲存裝置(如隨身碟、硬碟等)、指標輸入裝置(滑鼠、搖桿、外接式鍵盤)、影音裝置(MP3(MPEG Layer 3)、數位相機或數位攝影機等)、通訊裝置(手機)、充電裝置(行動電源)、充電裝置(如行動電源、充電器等)、家電(如電視、光碟播放裝置等)及擴充裝置(集線器、外接式磁碟機、外接式光碟機、讀卡機等)等。

在一般繼電器模組內部具有可接收電源端子V(A)13 1或電源端子V(B)141與接頭3金屬殼32產生短路控制訊號之電磁線圈，並利用此控制訊號觸發一次側電磁線圈激磁來使二次側的跳接開關21呈現導通或斷開之狀態，而跳接開關21為與電源控制電路之電源輸入裝置、負載相連接現今繼電器(Relay)使用非常的普遍，其中大部份繼電器的動作原理，皆以一次側電磁線圈之激磁來造成二次側接點的導通(Closed)或斷開(Opened)，使得繼電器可當做一種電子控制裝置，於實際使用上，則是作為以較小之電流來控制較大電流的自動開關，並在自動控制電路中起著自動調節、安全保護及轉換電路等作用。

而跳接開關21在本發明中係以電磁式繼電器來作實施之說明，但是一般不同型式的繼電器依照工作原理可分為電磁式繼電器、感應式繼電器、電子式繼電器及光繼電器等，然而其所擁有之功用亦不盡全然相同，而使用用途也會產生差異，故舉凡可達成前述第一端子組13、第二端子組14任一短路狀態來切換通道效果之開關或電路皆應受本發明所涵蓋，此種簡易修飾及等效結構變化，均應同理包含於本發明之專利範圍內，合予陳明。

請參閱第七圖所示，係為本發明另一實施例之立體分解圖，係於通用串列埠座體1外部罩覆有屏蔽殼體15，用以防止電磁效應所產生之訊號干擾問題。

在本發明中係以USB2．0介面A型式之第一端子組13及相反方向配置之第二端子組14作為本發明一種較佳之可行實施例說明而已，而在Mini/micro USB2．0介面B型式(請參閱 第八圖)為具有五根端子，該五根端子為電源端子V、第一資料端子D-、第二資料端子D+、辨識端子ID、接地端子GND，其中增加之辨識端子ID之設置並不影響本發明之實質保護內容，惟該實施例並非用以限定本發明之申請專利範圍，凡其它未脫離本發明所揭示之技藝精神下所完成之均等變化與修飾變更，均應包含於本發明所涵蓋之專利範圍中。

綜上所述，本發明之具短路切換迴路之通用串列埠插座於使用時具有顯著之功效增進，誠符合發明之專利要件，爰依法提出申請，盼 審委早日賜准本案，以保障發明人之辛苦發明，倘若 鈞局有任何稽疑，請不吝來函指示，發明人定當竭力配合，實感德便。

1‧‧‧座體

13‧‧‧第一端子組

131‧‧‧電源端子V(A)

132‧‧‧第一資料端子D-(A)

133‧‧‧第二資料端子D+(A)

134‧‧‧接地端子GND(A)

14‧‧‧第二端子組

141‧‧‧電源端子V(B)

142‧‧‧第一資料端子D-(B)

143‧‧‧第二資料端子D+(B)

144‧‧‧接地端子GND(B)

2‧‧‧電路切換裝置

21‧‧‧跳接開關

211‧‧‧第一開關

2111‧‧‧電源開關

2112‧‧‧切換開關

212‧‧‧第二開關

2121‧‧‧電源開關

2122‧‧‧切換開關

22‧‧‧電路接點

221‧‧‧電源接點

222‧‧‧第一接點

223‧‧‧第二接點

224‧‧‧接地接點

Claims (3)

1. 一種具短路切換迴路之通用串列埠插座，包括有座體及電路切換裝置；其中：該座體為具有一基座，該基座向前延伸一舌片、而該舌片上、下表面分別設有完整USB2．0介面之第一端子組及第二端子組，其中該第一端子組表面設有電源端子、第一資料端子、第二資料端子、接地端子，而該第二端子組表面則設有與第一端子組相反方向配置之電源端子、第一資料端子、第二資料端子、接地端子；電連接於座體舌片上下表面之第一端子組及第二端子組之電路切換裝置，該電路切換裝置為包括有雙通道之跳接開關及電路接點，當預設通用串列埠接頭中主體外部之金屬殼對接於通用串列埠座體之舌片時，該第一、第二端子組在預設對接通用串列埠接頭對接時會有一組端子組的電源端子與接地之金屬殼產生短路，進而利用短路訊號使電路切換裝置將發生短路的那一組端子組切換成開路(OFF)，同時將另一端子組切換成閉路(ON)進行電源及訊號的電性連接；其中，該座體及電路切換裝置係以第一端子組之電源端子經過第一組開關中電源開關後連接至電路接點之電源接點，而第一資料端子則分別連接於第一組開關中切換開關之二個活動接點，另側之固定接點為連接於電路接點之第一接點，而第二端子組之電源端子經過第二組開關中電源開關後連接至電路接點之電源接點，而第二資料端子則分別連接於第二組開關中切換開關之二個活動接點，另側之固定接點為連接於電路接點之第二接點，而第一端子組之接地端子、該第二端子組之接地端子、接地接點皆於線路中進行接地。
2. 如申請專利範圍第1項所述之具短路切換迴路之通用串列埠插座，其中該座體及電路切換裝置為焊設於電路板上。
3. 如申請專利範圍第1項所述之具短路切換迴路之通用串列埠插座，其中該電路切換裝置之跳接開關為具電磁線圈之繼電器。