TWI575891B - Input and output devices - Google Patents

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Yoshitaka Yoshino
Satoru Tsuboi
Tadashi Imai
Akira Ishizuka
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Description

輸出入裝置
本揭示係關於使資訊終端機器之輸出入所使用之輸出入端子之功能得以擴展之輸出入裝置。
一般而言，為利用行動電話等之資訊終端機器來接收電視之播放，而使用在資訊終端機器內設置專用接收天線，或從用以收聽音頻信號之耳機端子取得天線輸入之任一方法。
又，隨著電視受像機小型化，其移動亦變得簡單，且要求可在家中廚房等、及未安裝播放電視用天線之房間內接收電視之播放。在該情形下，提案有將電力傳送用之電纜作為播放電視用之天線(例如參照專利文獻1)。
在該專利文獻1所記述之技術中，將設置於電力傳送電纜之電源電路側之高頻遮斷用感應器、與設置於攜帶終端側之高頻遮斷用感應器之距離設置為所接收之電視播放等之載波頻率之1/4波長之整數倍。藉此，可接收寬頻帶之電視播放等。
又，用作天線之電纜在傳送頻率重複之不同訊號時，即使共用連接器，亦可取得足夠之天線特性之接收裝置係由本發明者等所提案(參照專利文獻2)。
[先行技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2010-157991號公報
[專利文獻2]日本特開2010-219904號公報
然而，在利用先前之耳機天線或電力傳送用電纜之天線中，必須有為此專用之編碼或電纜，而有例如難以兼用於傳送其他訊號之問題。此外，設置於資訊終端機器內之專用天線對於資訊終端機器之薄型化與小型化成為一種障礙。
本揭示係鑒於上述問題而完成者，其目的在於提供一種可經由連接於資訊處理終端機器之輸出入端子之電纜，接收FM無線電或電視等電波之輸出入裝置。
為解決上述課題，本揭示之輸出入裝置係將設置於資訊終端機器之輸出入連接器之資訊端子中、根據輸入之資訊訊號之電位而判別該資訊內容之資訊端子之至少1個資訊端子兼用作天線輸入端子。
此外，較好至少一個資訊端子係使用於判別連接機器之資訊端子，例如，輸出入連接器為USB連接器之情形，其係相當於ID端子。
且，輸入至天線輸入端子之天線訊號係FM帶、VHF帶、或UHF帶中任一者又或複數個頻帶之播放訊號，在至少連接1個資訊端子之線路(例如ID線)中，連接有使該等複數個頻帶之頻率通過之電容器。又，在至少連接1個資訊端子之線路中，與電容器並聯連接有相對上述頻帶之頻 率為高阻抗之高頻遮斷元件。
進而，在本揭示之輸出入裝置中，藉由對連接USB連接器之基板上各針腳之端子配置進行設計，可取得超過電視訊號之UHF帶之千兆赫帶之良好通過特性。
根據本揭示之輸出入裝置，由於不必在資訊終端機器側準備天線用之新連接器空間，故可實現資訊終端機器之小型化、薄型化。此外，亦經確認有可使MHz帶至GHz帶之寬頻帶訊號通過之作用效果。
近來，隨著資訊終端機器進一步小型化、薄型化，在資訊終端機器側，為接收電視播放電波所必備之天線、或設置與外部天線連接之專用連接器之空間變得難以確保。例如，作為接收電視播放電波之天線，已經由發明者等提案多種耳機天線。然而，該耳機天線所必須之耳機用端子徑之大小亦成為資訊終端機器進一步薄型化之一個障礙。
因此，近來之薄型資訊終端機器中，大多不具有耳機端子，而僅設置USB(Universal Serial Bus，通用串列匯流排)端子。在此種資訊終端機器中，使用USB端子，自主機電腦對資訊終端機器進行充電，且在主機電腦與資訊終端機器之間進行各種訊號傳送。
發明者等為解決上述問題，而考慮是否可使用資訊終端機器必備之USB端子而接收電視播放等。因此，嘗試各種思路與實驗。其結果，提案有即使不設置耳機用端子或外 部天線用專用連接器，亦可接收電視播放等電波之輸出入裝置。
以下，參照圖1~圖7，對本說明書所揭示之實施形態(以下簡稱為「本例」)加以說明，說明係按如下順序進行。此外，以下說明中，雖對使用USB端子之輸出入裝置加以說明，但本揭示並非限定USB輸出入裝置者。
1.對USB-SMA轉換電纜外部天線之連接檢驗
2.USB-SMA轉換電纜之具體例
3.對維持USB功能之檢驗
4.同軸電纜與USB電纜之連接例
5.對耳機天線之應用例
6.用以取得千兆赫帶之通過特性之USB輸出入裝置之基板結構
<1.對USB-SMA轉換電纜外部天線之連接檢驗>
圖1係顯示本例之輸出入裝置之一例圖。如圖1所示，於資訊終端機器(下文中亦稱為「設備」或「設備基板」)側設置有USB電纜連接用之母型USB連接器。下文將設置於該設備側之USB連接器稱為「設備側USB-B連接器10」。
接著，將公型USB連接器安裝於適當長度之同軸屏蔽線一端，於另一端安裝有SMA(Sub miniature Type A，微型A型)連接器。之後，為使該公型USB連接器與設備側USB-B連接器10予以區別，將前者稱為「電纜側USB-B連接器15」。另，SMA連接器係用作通常測定用連接器者。設備側USB-B連接器10係於圖1中以粗點線表示之部分，電纜 側USB-B連接器15係於圖1中以細點線表示之部分。分別係以1針腳~5針腳連接，且固定於基板上。另，該關係在下述圖6、圖8中亦相同。
首先，參照圖1，說明USB連接器之一般性結構，其後，對本例之USB輸出入裝置之具體構成加以說明。
一般，設備側USB-B連接器10(母型)與電纜側USB-B連接器15(公型)皆具有以1針腳~5針腳顯示之5個連接針腳與屏蔽端子。作為該等之設備側USB-B連接器10及電纜側USB-B連接器15，通常使用μUSB-B連接器。
B連接器係一般用於設備側之連接器，相對於此，如下述圖5所示，作為連接於主機電腦側之USB連接器，通常使用可由主機電腦側供給電源之A型USB連接器。
另，雖然最近亦考慮使用A型或AB型(兼用於主機側與設備側兩者之連接器)之μUSB連接器作為設備側USB連接器，但此處將設備側USB連接器作為B型加以處理，將主機側USB連接器作為A型加以處理。
如圖1所示，設備側USB-B連接器10之1針腳係電壓供給用之Vbus/MIC端子，經由該1針腳，自未圖示之主機電腦側對資訊終端機器(設備)供電，且對連接於設備之耳機麥克風等供給電壓。連接該設備側USB-B連接器10之1針腳之線路係串聯連接高頻遮斷用之鐵氧體磁珠11。以下，將鐵氧體磁珠簡單記述為「FB」。
設備側USB-B連接器10之2針腳與3針腳係與差動訊號之收發相關之訊號線端子，音頻訊號輸入該端子時，2針腳 (D-端子)成為L通道端子，3針腳(D+端子)成為R通道端子。連接用於該差動之2針腳與3針腳之線路上連接有共模扼流12。且，藉由該共模扼流12來遮斷高頻訊號，僅通過音頻訊號。以下說明中，將該高頻訊號亦稱為「RF訊號」、或「天線訊號」。
設備側USB-B連接器10之4針腳係用以識別所插入之插頭種類、與該插頭使用於何者之用途之ID端子(ID係Identification之略稱、亦稱為「識別端子」)。
如圖1所示，本例之設備側USB-B連接器10中，將用以作為該ID端子之4針腳使用於用以接收電視播放等之天線端子。因此，於連接4針腳之線路串聯連接大約1000 pF之電容器14，且經由該電容器14，將供給至4針腳之天線訊號供給至設備內之未圖示之調諧器電路(圖1之ANT)。
又，設備側USB-B連接器10之4針腳係用於作為通常之ID端子之針腳。在實現作為通常之ID端子之功能方面，由於無須電視等高頻訊號，故為除去該訊號，於連接有4針腳之線路上係連接有與電容器14並聯且作為高頻訊號遮斷元件之FB 13。藉此，除電視訊號等高頻天線訊號外之ID訊號係輸出至設備側之未圖示之ID識別電路。
此外，設備側USB-B連接器10之5針腳係接地用之接地端子，連接該5針腳之線路係與下述電纜側之USB-B連接器15及設備之外部屏蔽連接並接地。
又，如上所述，圖1所示之USB-SMA轉換電纜係於設置於同軸屏蔽線17之一端之基板上，連接公型電纜側USB-B 連接器15之所謂同軸電纜。作為該電纜側USB-B連接器15，亦與設備側USB-B連接器10相同，使用μUSB連接器，但亦可使用B型以外之A型或AB型之μUSB連接器。
電纜側USB-B連接器15之ID端子(4針腳)與接地線之間，連接有電阻器16，根據電阻器16之值可識別設備側連接有何種用途之USB連接器，以及可識別該電纜如何使用。
另，關於該電阻器16，雖然現階段僅規定用於耳機麥克風，但今後亦預定用作耳機麥克風以外之其他用途。其中，對是否供給電源之判定係如下所述，對Vbus端子施加電壓，且使2針腳(D-端子)與3針腳(D+端子)短路(short)，並開始充電。
此外，如圖1所示之SMA連接器18係連接來自外部天線或家用天線端子之電纜之端子，已知一般作為測定用連接器。該SMA連接器18之特性阻抗係50 Ω，SMA連接器18自以往以來主要係被用於微波無線通訊機器。使用如圖1所示之USB-SMA轉換電纜進行設備側接收電視訊號等之無線電波之實驗。
具體而言，如圖1所示，將切斷約成10 cm長度之同軸屏蔽線17之內部導體的芯線19連接於電纜側USB-B連接器15之4針腳之線路。此外，將同軸屏蔽線17之外部導體的金屬屏蔽20連接於電纜側USB-B連接器15之5針腳之線路。電纜側USB-B連接器15之1針腳~3針腳係未作任何連接而成開放((開啟))狀態，而製作USB-SMA轉換電纜。
<2. USB-SMA轉換電纜之具體例>
圖2係顯示上述USB-SMA轉換電纜之樣本。(A)係自上側所見之俯視圖，(B)係電纜側USB-B連接器15之剖面圖，(C)係SMA連接器18之剖面圖，(D)係正面圖。各圖尺寸係基於USB連接器及SMA連接器之規格標準。此外，圖2中所用符號與圖1相同。
如圖2所示，作為所製作之USB-SMA轉換電纜之樣本，使用長度約10 cm，直徑2.6 mm之同軸屏蔽線17。又，如圖2(B)所示，剖面成長方形狀之電纜側USB-B連接器15較窄之邊寬為7 mm，而可較好地使用於今後認為會更進一步薄化之行動電話等之連接端子。
如圖2所示，將USB-SMA轉換電纜之5個樣本按序連接至設備側USB-B連接器10，從而調查電視電波等高頻訊號之傳送特性。圖3係根據其結果所繪製之圖。
日本的電視播放係使用90~108 MHz(1~3 ch)、170~222 MHz(4~12 ch)之VHF頻帶、與470~770 MHz(13~62 ch)之UHF頻帶。此外，有時亦分別將VHF帶中90~108 MHz稱為VHF-L(低頻段)帶，170~220 MHz稱為VHF-H(高頻段)。
從圖3可知，該等電視播放之全頻帶高頻訊號之通過特性在USB-SMA轉換電纜之5個樣本中成大致相同之結果。即，USB-SMA轉換電纜之5個樣本在FM帶(70~90 MHz)、VHF帶、UHF帶之任一頻帶中，插入損失皆為1 dB以下，此係表示傳送劣化很少。因此，可得知即使將通常之USB電纜之ID端子用於接收電視等天線訊號，實用上亦不成問題。
<3.對維持USB功能之檢驗>
又，藉由將設備側USB-B連接器10及電纜側USB-B連接器15之ID端子用於天線傳送，來檢驗是否維持原本之USB功能，換言之，即檢驗USB功能是否劣化。圖4係顯示調查是否維持USB功能之眼形圖40之圖。
眼形圖40亦可稱為眼圖、或開眼率，對訊號波形之遷移進行多次取樣並使其重合，從而表示成圖形者。橫軸表示時間，縱軸表示電壓。從該眼形圖40來看，訊號波形若在相同位置(時機與電壓)多次重合，則波形品質優良，相反，訊號波形之位置(時機與電壓)錯開之情形，則波形品質不良。又已知傳送特性較差者，其中央之六角形狀(模板43)呈薄扁平形狀，面積亦變小。
在顯示USB 2.0功能充足條件之規格中，同時表示通過D+=0.4 V、D-=-0.4 V之訊號線，位相相差180°之差動訊號41、42，其所表示之眼形圖中，要求差動訊號之波形包圍六角形狀之模板43而構成。此外，USB 2.0之規格中，USB訊號傳送之時脈為480 Mbps。
該測試由於訊號線與模板之關係類似人類睜開眼睛之形狀，故被稱為眼形測試(或眼圖測試)。
從圖4可知，在D+=0.4V、D-=-0.4V之平行線之間，帶有連接2針腳與3針腳之線路所傳送之差動訊號41、42，進而在該等2個差動訊號41、42所包圍之區域內，帶有六角形之模板43。即，圖4係顯示即使在利用USB端子之4針腳作為天線之情形下，眼形測試亦合格，換言之，亦滿足USB 之規格。藉此，可判定於如圖2所示之USB-SMA轉換電纜之SMA連接器即使連接偶極子天線或戶外天線，亦可維持USB功能。
<4.同軸電纜與USB電纜之連接例>
圖5、圖6係顯示與圖1所示之USB-SMA轉換電纜相同之同軸電纜、及通常之USB電纜之兩個連接於輸出入裝置之實施形態例。圖5為概略構成圖，圖6係詳細顯示其連接關係之圖。另，圖5中顯示同軸電纜17之另一端上並無SMA連接器18(參照圖1)，但連接有直徑3.5 mm之2極插頭23之例。該2極插頭23稱為「Φ3.5 2極插頭」。亦可使用SMA連接器18或通常電視所採用之F連接器來取代2極插頭23。以下，為使圖1、2及圖5、6所示之接收電視訊號等無線電波之電纜與USB電纜區別，而簡單稱其為「同軸電纜」。
圖5所示之連接例中，於電纜側USB-B連接器15，除連接同軸電纜(同軸屏蔽線)17以外，亦連接有USB電纜21。而且，於該USB電纜21之另一端，連接有為與主機電腦側聯接之電纜側USB-A連接器22。通過該USB電纜21自未圖示之主機電腦側將電源供給至設備側，並供給包含音頻訊號之各種資訊訊號。
另，於同軸電纜17之另一端，通常連接有用於電視輸入之F連接器，且連接家用天線端子。
然而，在利用資訊終端機器方面，亦要求利用專用之收納型桿天線來接收電視無線電波。因此，認為連接並使用上述2極插頭23、或其他小型同軸連接器來取代SMA連接 器18之情況在今後將會增加。
該2極插頭23係插入具有桿天線25之天線單元之基板24之連接器即插入2極插孔26而使用。該基板24之2極插孔26稱為「Φ3.5 2極插孔」。藉由連接該2極插頭23與2極插孔26，可將資訊終端機器(組件)與電視訊號接收用之天線直接連接。因此，即使連接USB電纜21，亦不易受到來自主機電腦側之雜訊，故可穩定接收無線電波。此外，由於天線單元為單獨個體，故亦具有可隨身攜帶之優點。
圖6係以USB輸出入端子之針腳電位顯示圖5之連接關係之細節之圖。與圖1所示構件相同之構件使用相同符號。設備側USB-B連接器10之結構因與圖1相同，故省略說明。
如圖6所示，USB輸出入裝置即設備側USB-B連接器10上連接有電纜側USB-B連接器15。如上所述，圖1之例中，該電纜側USB-B連接器15上僅連接有同軸電纜(USB-SMA轉換電纜)17。
圖6所示之連接例中，於電纜側USB-B連接器15之一端，除連接有2極插頭23之同軸電纜17以外，亦連接有一般之USB電纜21。如圖5所示，於USB電纜21之一端連接有B型電纜側USB-B連接器15，於另一端連接有用以連接主機電腦之A型電纜側USB-A連接器22。連接該USB電纜21之電源供給線路之1針腳上，在設備側連接高頻遮斷用之FB 27，且在主機側亦同樣連接有高頻遮斷用之FB 30。該FB 27、30係即使在電流流動下亦可維持高頻特性之鐵氧 體磁珠(FB)，其特性不同於下述之連接於接地線之FB 29、32。
又，連接USB電纜21之差動訊號線之2針腳與3針腳上，於設備側與主機側分別連接有共模扼流28、31。再者，USB電纜21之接地線上，於設備側連接FB 29、於主機側連接FB 32。插入該接地線之FB 29、32係在線圈周圍配置有磁性材料，形成高頻高阻抗較高之狀態，即高頻損失較多之狀態。接著，使高頻電流轉換為熱，並除去高頻電流。
惟主機側之FB 30及共模扼流31、連接於接地線之FB 32係以維持USB特性與同軸電纜17之RF特性為前提，在USB電纜21之特性上，即使電源雜訊影響較少之情形亦不成問題。
此外，將連接電纜側USB-B連接器15之基板利用作為共用基板時，考量到避免相互干擾，有必要儘量分開。此處分離成連接同軸電纜17之第1基板33、與連接USB電纜21之第2基板34。該第1基板33作為第1連接部，第2基板34作為第2連接部。藉由該分離，可消除USB電纜21側之訊號與同軸電纜17側之訊號之串擾，從而可在同軸電纜側接收更穩定之無線電波。
如此，藉由於電纜側USB-B連接器15安裝USB電纜21與同軸電纜17兩者，可使用USB電纜21同時與主機電腦進行通訊及充電、及使用同軸電纜17接收來自天線單元之無線電波。
<5.對耳機天線之應用例>
圖7係顯示將長度37.5 cm之同軸屏蔽線51與長度62.5 cm之耳機線52、53連接而製作之全長約1 m之耳機天線50之圖。
該耳機天線50係一種單極天線，以同軸屏蔽線51與耳機線52、53之整體長度構成可接收電視播放之VHF帶電波之天線，且以同軸屏蔽線51之部分構成可接收電視播放之UHF帶電波之天線。
安裝於用以連接於設備之同軸屏蔽線51之公型電纜側USB-B連接器53雖與圖1之電纜側USB-B連接器15相同，但如下述圖8所示，1針腳~5針腳之連接構成並不相同。
另一方面，連接於耳機線55、56之連接器並非如圖2所示之SMA連接器18，而係用以經由基板連接通常之耳機線55、56與同軸屏蔽線51之連接部54，該連接部54係以樹脂鑄模。該連接部54成為耳機線55、56與同軸屏蔽線51之邊界部。耳機線55、56係一體連接至固定部59，但自固定部59開始分離，且分別連接於L側耳機57與R側耳機58。
此外，本例中，同軸屏蔽線51與耳機線55、56之連接係經由基板以樹脂鑄模而形成，但亦可取而代之，以耳機插孔與耳機插頭之連接來構成。
該耳機天線50之全長約1 m，同軸屏蔽線51之長度為37.5 cm。此處，若用於人體，則考慮進而降低頻率，並決定耳機天線之全長。即，該耳機天線50中，以可接收電視播放之VHF-H帶與UHF帶兩者之方式，將同軸屏蔽線之 長度調整為200 MHz之約1/4波長(λ/4)之37.5 cm。又，由於UHF帶(440~770 MHz)大致相當於200 MHz之諧波帶，故藉由該耳機天線50亦可接收UHF帶之電視播放之電波。
圖8係顯示與圖7所示之耳機天線50相同之耳機天線60之具體連接關係圖。連接於同軸屏蔽線61之電纜側USB-B連接器62係公型連接器，其係連接於母型設備側USB-B連接器10。此外，安裝於設備基板側之母型之設備側USB-B連接器10因與圖1所示者相同，故省略其說明。
圖8之例中，將同軸屏蔽線61之長度設為與圖7之同軸屏蔽線51相同長度的37.5 cm。設置於同軸屏蔽線61側之基板上之電纜側USB-B連接器62與圖1之電纜側USB-B連接器15之不同點係連接於電纜側USB-B連接器62之各端子(1針腳~5針腳)之線路構成。
配置於同軸屏蔽線61側之基板之公型之電纜側USB-B連接器62係與配置於設備基板側之母型之設備側USB-B連接器10對向設置。該電纜側USB-B連接器62之1針腳係電力供給用端子，連接於麥克風63，進而於該線上串聯連接有用以遮斷高頻訊號之FB 64。
電纜側USB-B連接器62之2針腳與3針腳係連接於以差動傳送R與L音頻訊號之訊號線，該線亦連接有高頻訊號遮斷用之FB 65、66。再者，電纜側USB-B連接器62之5針腳之接地線亦連接有FB 67。此外，為同時滿足普通USB電纜傳送功能與如電視訊號之高頻訊號之天線功能，插入接地線之FB 67之直流電阻較好在1 Ω以下。
如此，雖將FB 67之電阻值設為1 Ω以下較好，但假設在以該1 Ω之值無法隔離音頻之情形下，亦可將FB 67之值設為0 Ω而加以利用。即，雖降低了天線特性，但即使無FB 67亦可將4針腳之ID端子作為天線端子使用。又，若能容許多少降低UHF之高頻段特性，則即使未將電容器71d插入ID端子之線路與接地線之間，亦可維持作為天線端子之功能。
此外，電纜側USB-B連接器62之1針腳、2針腳、及3針腳之線路係經由麥克風63及L與R之耳機68、69，與接地線(5針腳之線)連接。
尤其在本例之耳機天線60中，如下所述，同軸屏蔽線61之外皮導體的金屬屏蔽72連接於電纜側USB-B連接器62之ID端子(4針腳)之點係具有重要意義。如圖6所示，連接於該ID端子之金屬屏蔽72係有別於接地線之屏蔽用線。
此外，將公型電纜側USB-B連接器62插入母型設備側USB-B連接器10時，必須進行判定(檢測)是否已插入可接收電視播放等電波之天線。因此，在連接電纜側USB-B連接器62之ID端子(4針腳)之線與連接5針腳之接地線之間，插入有電阻器70。該電阻器70之電阻值係依據電纜側USB-B連接器62之種類，換言之依據該連接器被用作何種用途而定。因此，藉由檢測該電阻器70之值(電阻值)，可檢測已插入具有電視播放等天線功能之USB連接器。
一般以先前之耳機天線接收電視播放等電波時，構成R之耳機電纜之訊號線、與構成L之耳機電纜之訊號線係分 別作為1根天線來發揮作用。該耳機天線中，在同軸電纜之芯線與接地線之間進行電波傳送，且所傳送之天線訊號係藉由針腳插孔連接器輸入至電視播放等之接收機。
然而，USB 2.0之訊號傳送所使用之傳送時脈為480 Mbps，由於該時脈訊號在訊號線與接地線之間動作，故若將USB電纜之接地作為電視訊號之天線來使用，則該接地線成除了電視等RF訊號之外重疊有USB之480 Mbps之時脈訊號之狀態。因此，將USB電纜作為電視播放用天線使用時，在與先前之耳機天線相同之連接，無法使用於傳送電視播放等之高頻訊號。另，USB 2.0之480 Mbps之時脈由於相當於240 MHz之頻率，故尤其受到不良影響者成為VHF-H帶。
就考慮上述耳機天線之問題點，本例之耳機天線，如圖6所示，在電壓線(1針腳)、訊號線(2、3針腳)、及接地線(5針腳)與ID線(4針腳)之間，插入用以促進高頻結合之電容器71a~71d。電容器71a~71d之值約為1000 pF。
且，連接電纜側USB-B連接器62之1針腳~3針腳之線路、與連接5針腳之線路上連接有FB 64~67，通過該等線路，電視訊號等之天線訊號係以不輸入設備側USB-B連接器10之方式構成。即，遮斷高頻。
又，如圖8所示之耳機天線60由於係將ID端子之線路用於電視播放用之天線輸入，故連接4針腳之ID線未連接鐵氧體磁珠(FB)。換言之，連接電纜側USB-B連接器62之1針腳~3針腳之線路、與連接5針腳之接地線連接有FB 64~66，但連接4針腳之線路未連接FB。即，僅4針腳之線路無須遮斷高頻，通過該線路將電視等天線訊號傳送至設備側。
接著，使於該等FB 64~66之前之各線路發生之天線訊號之電波經由電容器71a~71d主動與ID線重疊。此意指ID線(天線端子)與其他線路高頻結合，於DC開放(開啟)。因此，於將USB電纜之各線路使用於傳送訊號等時不會帶來不良影響。
此外，如上所述，在連接電纜側USB-B連接器62之4針腳之ID線與接地線之間，連接有電阻器70。由於該電阻器70之電阻值通常成高阻抗(數百kΩ)，故ID線與接地線係在高頻開放，對ID線之天線特性不會有影響。另，應注意的是通過連接於ID線以外之各線路之FB 64~67後，為以結合電容等之電容器結合之情形，該情形下由於高頻電流流向各端子，故天線特性劣化。
繼而，基於表1、2及圖9(A)、(B)，對圖7、圖8所說明之耳機天線之頻率-增益特性加以說明。表1及圖9(A)係顯示圖7所示之耳機天線在電視播放之VHF頻帶中之頻率-增益特性。如表1及圖9(A)所示，可知190~220 MHz之VHF頻帶中，垂直極化波顯示-10 dB以上之增益特性，水平極化波顯示-16 dB以上之特性。
此外，如表2及圖9(B)所示，在470~870之MHz之UHF頻帶中，垂直極化波、水平極化波均顯示-12 dB以上之增益特性。該等結果係表示如圖8所示之耳機天線60足夠發揮作為電視播放之VHF帶或UHF帶之天線功能。又，意味著亦可應用於作為今後對於計劃利用VHF帶進行播放之多媒體播放之天線。
<6.用以獲得千兆赫帶之通過特性之USB輸出入裝置之基板結構>
圖10係顯示本揭示之輸出入裝置中，用以獲得千兆赫帶 之通過特性之基板結構的圖。圖10(A)係基板整體之立體圖，圖10(B)與(C)係顯示隔著介電質配置之平行之2個接地面(接地層)與USB輸出入端子之位置關係的圖。該基板係如圖1所示安裝有同軸屏蔽線(同軸電纜)17與電纜側USB-B連接器15之μUSB插頭基板。
如圖10(A)所示，在上側之接地面81與下側之接地面82之間配置有介電質83。接地面81與接地面82係藉由通孔77連接，並保持於導電位。上側之接地面81係分割成接地面81a與接地面82b，其間設置有連接USB之ID端子(4針腳)之電極84。
連接USB端子之1針腳至5針腳之電極係分別設置於接地面81a、81b、及82上。圖10(B)係顯示設置於上表面(上側)之接地面81之電極，圖10(C)係顯示設置於底面(下側)之接地面82之電極位置。圖10(B)與圖10(C)係自上側所見之透視圖。
如圖10(B)所示，在與上表面之接地面81a、81b相同之平面上，配置有USB連接器中之2針腳(D-端子)電極72、4針腳(ID端子)電極74、及屏蔽端子76。又，如圖10(C)所示，在與底面之接地面82相同之平面上，配置有USB連接器中之1針腳(電源端子)電極71、3針腳(D+端子)電極73、及5針腳(GND端子)電極75。另，屏蔽端子76係直接連接接地面81a，5針腳(GND端子)用之電極75係直接連接接地面82。此外，上表面之接地面81a、81b與底面之接地面82係藉由通孔77電性連接。
若從圖10(B)所示之上側接地面81之平面結構、與圖10(C)所示之下側接地面82之平面結構來看，具有如透視圖之實線記述之電極、與點線記述之電極之位置關係所示之關係。即，底面之1針腳電極71與3針腳電極73之間，配置有上表面之2針腳電極72。又，底面之3針腳電極73與5針腳電極75之間，配置有上表面之4針腳電極74。再者，連接於外殼之上表面之屏蔽電極76係配置於比底面之5針腳電極75之位置更外側。
另，USB連接器之安裝方法雖可與先前之方法相同，但在本實施形態例中，對同軸線之安裝方法加以設計。即，本實施形態例之安裝方法係採用剝離同軸線之被覆物，以芯線部與接地部夾著基板後，以焊錫固定之方法。根據該方法，因帶狀線在訊號線與底面之接地線之間產生電磁場，故可保持良好之高頻通過特性。
圖11係測定μUSB插頭基板以圖10所示之基板結構所製作之USB-SMA轉換電纜之樣本(1個)之頻率特性之結果。該實驗中，在μUSB連接器間之ID端子(4針腳)上連接有半硬質電纜，且考慮千兆赫(GHz)帶之傳送特性，而調查通過特性。圖11係其結果。半硬質係意味著用以傳送高頻波之不可自由彎曲之電纜，亦即意指「稍硬質」電纜，係於高頻相關者一般被使用者。
比較圖3與圖11可知，對於圖3中必須至950 MHz才可獲得有效特性，上述基板結構之結果證實圖11中之頻率特性擴大至1.8 GHz。即，如圖11所示可知，最大之傳送損耗 在1.8 GHz時為1.5 dB以下，若在1.8 GHz以下，則可毫無疑問地使用USB-SMA轉換電纜。
以下，對作為本揭示實施形態例之USB輸出入裝置加以說明。然而，本揭示係不限定於USB輸出入裝置者，亦可適用於USB以外之例如使用MHL(Mobile High-definition Link，移動終端高清影音連接)介面之輸出入裝置。
此處，對上述USB連接器之ID端子之特徵進行探討。USB連接器係一邊快速更新版本，一邊進行變化、擴充等。因此，現實問題大多無法確定實際規格。在使用ID端子之USB-On-The-Go(USB-OTG)之規格中，基本上，主機(側)機器之ID端子係經由10 Ω以下之電阻連接至GND，周邊側之機器(周邊機器)之ID端子係OPEN或經由100 KΩ以上之電阻連接至GND。此外，在實際運用中，由各公司獨立設計運用，對每個機器分開使用電阻值等。
在連接對象機器彼此單獨連接之情形，雖為1對1(1：1)連接，但經由主機機器或USB匯流排等，可連接複數台機器，亦可切換該等予以連接。該情形下，可成複數：1、1：複數、或複數：複數之連接，且該切換係藉由主機機器等控制。
又，該等連接對象機器中，除PC等之所謂主機機器(資訊處理機器)、或各種可攜式機器等之所謂周邊機器(資訊終端機器)以外，亦包含用以供給電力之USB充電器。此外，在連接對象機器中，亦包含經由主機機器或擴充機器連接用匯流排，連接其他介面規格之各種機器。
因此，總而言之，USB連接器之ID端子，在由連接對象機器切換之變化時點(變化點，變化時機)以外，顯示出可判別該時點之連接對象機器之穩定電位(一定電壓)。又，由於只要取得用以判別電位變化(變位)之解析度即可，故，該ID端子係即使電位發生些許變化亦難以影響動作(此處為資訊判別)之端子。此外，ID端子之電位係僅在連接對象機器之切換時發生變化，故變化點或變化頻度較少即可。
又，該ID端子係藉由已知連接對象機器之類型而用以切換具備具有該ID端子之輸出入裝置(或輸出入連接器)之資訊終端機器內部動作之端子。因此，ID端子可稱為供給所謂動作模式切換訊號之資訊訊號的端子。
圖12係顯示比較μUSB端子與MHL端子之功能之圖。如圖12所示，MHL係以與USB連接器並用為前提之規格，可直接使用USB連接器，且在相當於USB連接器之ID端子之針腳上具有控制訊號(CBUS)端子。
MHL中，CBUS端子係作為單線控制訊號使用。即，CBUS係在使用者使用各種影音機器之環境下，用以設定及控制輸出設備側(源裝置)、與接收設備側(同步裝置)。例如，CBUS係取代一般DVI(Digital Visual Interface，數位視訊介面)連接之DDC(Display Data Channel，顯示數據通道)之功能。此外，亦被用作實現源裝置與同步裝置間之控制功能之MHL邊帶通道(MSC)。
如此，CBUS端子為用於可稱為動作模式切換訊號之資 訊訊號之端子。即，於MHL規格之介面規格下，利用相同USB連接器用之端子，僅改變具備輸出入裝置(或輸出入連接器)之資訊終端機器內部之動作，即可作為支援MHL規格之資訊終端機器。
另，本揭示之輸出入裝置除本說明書所揭示之實施形態例(USB輸出入裝置及MHL輸出入裝置)之外，在不脫離申請專利範圍所記述之本揭示主旨之範圍內，當可包含各種應用例、變形例。
又，本揭示亦可為如下構成。
(1)一種輸出入裝置，其將設置於資訊終端機器之輸出入連接器之資訊端子中、用以切換上述資訊終端機器之內部動作之資訊端子之至少一個資訊端子係兼用作天線端子。
(2)如(1)所記載之輸出入裝置，其中上述至少一個資訊端子進而兼用作其他資訊端子時，上述其他資訊端子係比自上述天線輸入端子所輸入之接收訊號更低頻之資訊端子。
(3)如(1)所記載之輸出入裝置，其中上述至少一個資訊端子係藉由輸入之資訊訊號之電位而判別其資訊內容之資訊端子。
(4)如(1)~(3)之任一者所記載之輸出入裝置，其中上述至少一個資訊端子係用於判別連接對象機器、判別有無連接對象機器連接、或動作切換時之資訊選擇之資訊端子。
(5)如(1)~(4)之任一者所記載之輸出入裝置，其中上述 至少一個資訊端子係用於判別連接對象機器之ID端子。
(6)如(1)~(5)之任一者所記載之輸出入裝置，其中輸入至上述天線輸入端子之天線訊號係FM帶、VHF帶、或UHF帶之任一者或複數頻帶之無線電波訊號。
(7)如(6)所記載之輸出入裝置，其中連接上述至少1個資訊端子之線路上，連接有使上述頻帶之頻率通過之電容器。
(8)如(7)所記載之輸出入裝置，其中連接上述至少1個資訊端子之線路上，連接有與上述電容器並聯且相對上述頻帶之頻率為高阻抗之高頻遮斷元件。
(9)如(6)~(8)之任一者所記載之輸出入裝置，其中上述輸出入連接器設置有連接傳送差動訊號之線路之端子，於輸入該差動訊號之端子上，連接有相對上述頻帶之頻率為高阻抗之共模扼流元件。
(10)如(1)~(9)之任一者所記載之輸出入裝置，其中上述輸出入連接器之接地線連接於上述資訊終端機器之屏蔽罩。
(11)如(1)~(10)之任一者所記載之輸出入裝置，其中上述輸出入連接器上，設置有用以連接作為接收FM帶、VHF帶、或UHF帶之任一者或複數頻帶之無線電波訊號之天線而發揮功能之同軸電纜之第1連接部。
(12)如(11)所記載之輸出入裝置，其中於上述同軸電纜之另一端連接有接收上述無線電波訊號之天線、或同軸連接器。
(13)如(11)或(12)所記載之輸出入裝置，其中於上述輸出入連接器上進而設置有用以連接輸出入電纜之第2連接部。
(14)如(13)所記載之輸出入裝置，其中上述第1連接部與上述第2連接部在固定上述輸出入連接器之基板中分離。
(15)如(13)或(14)所記載之輸出入裝置，其中上述第1連接部與上述第2連接部係以共用上述輸出入連接器之複數個端子之方式連接。
(16)如(1)~(15)所記載之輸出入裝置，其中進而將輸入至上述至少1個資訊端子之天線訊號擴展至GPS或行動電話所使用之頻帶。
(17)如(16)所記載之輸出入裝置，其中於上述GPS或便攜電話使用之頻帶係千兆赫帶，為使上述千兆赫帶之訊號通過，上述輸出入連接器之基板係連接相互平行配置之2個基板之接地端子，且將連接設置於平行配置之上基板與下基板之輸出入連接器之各針腳之端子以俯視時無重疊部分之方式配置。
(18)如(1)~(17)所記載之輸出入裝置，其中上述資訊終端機器係行動資訊終端機器。
10‧‧‧設備側USB連接器
11‧‧‧鐵氧體磁珠(FB)
12‧‧‧共模扼流
13‧‧‧鐵氧體磁珠(FB)
14‧‧‧電容器
15‧‧‧同軸線側USB連接器
16‧‧‧電阻器
17‧‧‧同軸屏蔽線(同軸電纜)
18‧‧‧SMA連接器
19‧‧‧芯線
20‧‧‧金屬屏蔽
22‧‧‧電纜側USB-A連接器
23‧‧‧插頭
24‧‧‧基板
25‧‧‧桿天線
27‧‧‧鐵氧體磁珠(FB)
26‧‧‧2極插孔
28‧‧‧共模扼流
29‧‧‧鐵氧體磁珠(FB)
30‧‧‧鐵氧體磁珠(FB)
31‧‧‧共模扼流
32‧‧‧鐵氧體磁珠(FB)
40‧‧‧眼形圖
41‧‧‧差動訊號
42‧‧‧差動訊號
43‧‧‧模板
50‧‧‧耳機天線
51‧‧‧同軸屏蔽線(同軸電纜)
52‧‧‧耳機線
53‧‧‧同軸線側USB連接器
54‧‧‧耳機插孔
55‧‧‧耳機線
56‧‧‧耳機線
57‧‧‧耳機
58‧‧‧耳機
60‧‧‧耳機天線
61‧‧‧同軸屏蔽線(同軸電纜)
62‧‧‧同軸線側USB連接器
63‧‧‧麥克風
64‧‧‧鐵氧體磁珠(FB)
65‧‧‧鐵氧體磁珠(FB)
66‧‧‧鐵氧體磁珠(FB)
67‧‧‧鐵氧體磁珠(FB)
68‧‧‧耳機
69‧‧‧耳機
70‧‧‧電阻器
71‧‧‧電源線連接端子(1針腳)
71a‧‧‧電容器
71b‧‧‧電容器
71c‧‧‧電容器
71d‧‧‧電容器
72‧‧‧D+線連接端子(2針腳)
73‧‧‧D-線連接端子(3針腳)
74‧‧‧ID連接端子(4針腳)
75‧‧‧接地端子(5針腳)
76‧‧‧屏蔽端子
77‧‧‧通孔
81‧‧‧接地面
81a‧‧‧接地面
82‧‧‧接地面
82b‧‧‧接地面
83‧‧‧介電體
84‧‧‧電極
圖1係顯示本揭示之輸出入裝置之實施形態例之概要圖。
圖2(A)-(D)係顯示於一側連接有USB連接器，於另一側 連接有SMA連接器之USB-SMA轉換電纜之例之圖。
圖3係顯示圖2所示之USB-SMA轉換電纜之樣本(5個)之頻率特性成大致相同結果之圖。
圖4係顯示使用圖2所示之USB-SMA轉換電纜進行USB 2.0之差動訊號之傳送試驗之眼形圖。
圖5係顯示連接本揭示之輸出入裝置中用以連接外部天線單元之同軸電纜、與USB電纜兩者之其他實施形態例之概念圖。
圖6係顯示使圖5之同軸電纜與USB電纜兩者連接於USB輸出入裝置時之具體連接關係圖。
圖7係顯示連接USB電纜與耳機線而製作之耳機天線之例之圖。
圖8係顯示圖7之耳機天線之具體連接構成之圖。
圖9(A)、(B)係顯示測定圖7之耳機天線之頻率-增益(峰值增益)特性之圖。
圖10(A)、(B)係顯示本揭示之輸出入裝置中用以取得千兆赫帶之通過特性之基板結構之圖。
圖11係顯示在設成圖10所示之基板結構時，USB-SMA轉換電纜之樣本(1個)之頻率特性之圖。
圖12係顯示本揭示之輸出入裝置中，兼用USB連接器與MHL連接器之情形之訊號端子之關係圖。
10‧‧‧設備側USB連接器
11‧‧‧鐵氧體磁珠(FB)
12‧‧‧共模扼流
13‧‧‧鐵氧體磁珠(FB)
14‧‧‧電容器
15‧‧‧同軸線側USB連接器
16‧‧‧電阻器
17‧‧‧同軸屏蔽線(同軸電纜)
18‧‧‧SMA連接器
19‧‧‧芯線
20‧‧‧金屬屏蔽

Claims (20)

  1. 一種輸出入裝置，其包含：包括第一接地面及第二接地面之基板；其中將設置於資訊終端機器之輸出入連接器之資訊端子中，用以切換上述資訊終端機器之內部動作之資訊端子之至少一個資訊端子兼用作天線輸入端子；且上述第一接地面及上述第二接地面係藉由通孔(throughhole)連接而保持於導電位。
  2. 如請求項1之輸出入裝置，其中上述至少一個資訊端子進而兼用作其他資訊端子時，上述其他資訊端子係比自上述天線輸入端子輸入之接收訊號更低頻之資訊端子。
  3. 如請求項1之輸出入裝置，其中上述至少一個資訊端子係藉由輸入之資訊訊號之電位而判別其資訊內容之資訊端子。
  4. 如請求項1之輸出入裝置，其中上述至少一個資訊端子係用於判別連接對象機器、判別有無與連接對象機器連接、或用於動作切換時之資訊選擇之資訊端子。
  5. 如請求項1之輸出入裝置，其中上述至少一個資訊端子係用於判別連接對象機器之ID端子。
  6. 如請求項1之輸出入裝置，其中輸入上述天線輸入端子之天線訊號係FM帶、VHF帶、或UHF帶中之任一者或複數頻帶之播放電波(broadcast wave)訊號。
  7. 如請求項6之輸出入裝置，其中連接上述至少1個資訊端子之線路(line)上，連接有使上述頻帶之頻率通過之電容 器。
  8. 如請求項7之輸出入裝置，其中連接上述至少1個資訊端子之線路上，連接有與上述電容器並聯且相對上述頻帶之頻率為高阻抗之高頻遮斷元件。
  9. 如請求項6之輸出入裝置，其中上述輸出入連接器設置有連接傳送差動訊號之線路之端子，於輸入該差動訊號之端子上，連接有相對上述頻帶之頻率為高阻抗之共模扼流(common mode choke)元件。
  10. 如請求項1之輸出入裝置，其中上述輸出入連接器之接地線連接於上述資訊終端機器之屏蔽罩。
  11. 如請求項1之輸出入裝置，其中上述輸出入連接器上，設置有用以連接作為接收FM帶、VHF帶、或UHF帶中之任一者或複數頻帶之無線電波訊號之天線而發揮功能之同軸電纜之第1連接部。
  12. 如請求項11之輸出入裝置，其中於上述同軸電纜之另一端連接有接收上述無線電波訊號之天線、或同軸連接器。
  13. 如請求項11之輸出入裝置，其中於上述輸出入連接器上進而設置有用以連接輸出入電纜之第2連接部。
  14. 如請求項13之輸出入裝置，其中上述第1連接部與上述第2連接部在固定上述輸出入連接器之基板中分離。
  15. 如請求項13之輸出入裝置，其中上述第1連接部與上述第2連接部係以共用上述輸出入連接器之複數個端子之方式連接。
  16. 如請求項1之輸出入裝置，其中進而將輸入於上述至少1個資訊端子之天線訊號擴展至GPS或行動電話所使用之頻帶。
  17. 如請求項16之輸出入裝置，其中上述GPS或行動電話所使用之頻帶係千兆赫(GHz)帶，為使上述千兆赫帶之訊號通過，上述輸出入連接器之基板係連接相互平行配置之2個基板之接地端子，且將連接設置於平行配置之上基板與下基板之輸出入連接器之各針腳之端子以俯視時無重疊部分之方式配置。
  18. 如請求項1之輸出入裝置，其中上述資訊終端機器係行動資訊終端機器。
  19. 如請求項1之輸出入裝置，其中上述第一接地面進一步被分為第三接地面及第四接地面，且在上述第三接地面與上述第四接地面之間設置有與上述至少一個資訊端子連接之電極。
  20. 如請求項1之輸出入裝置，其中在上述第一接地面與上述第二接地面之間設置有介電質。
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