USB高拔出力连接器的制作方法

本发明是有关通用串行总线usb公端插头的新技术和设计，它可以通过提高连接器的拔出力来使连接更可靠，既能防止因为不可靠的连接器可能造成的使用中意外信号中断，又不需要永久性的跟母端连接器锁定来防止意外突拉对有母端连接器的设备造成的损坏而产生的更大问题和损失。重要的是，本发明的多种公端连接器仍然跟所有现在已经在使用的母端连接器全部反向兼容。这些新的公端连接器跟现有的普通公端连接器的尺寸完全一样，因此可以塞进有母端连接器的任何产品设备的哪怕是最小的空间。这些公端连接器可以用于移动通讯，专业和家庭应用的基于usb的信号传输。本发明还包括在印刷电路板上用金属片做成的墙来把电路板分隔成几个部分。这样有直流和低频的电路部分就允许在连接器整体金属外壳上开孔来让指示灯的光线射出来。而其他有高频的电路板部分还继续保持被金属墙和整体金属外壳包的密不透气，达成对电磁辐射干扰(emi)的全屏蔽。

背景技术：

1、通用串行总线usb(本技术中称为usb)是一个用来建立电缆，连接器的规范和电脑，外部设备和其他电脑的连接，通讯和电源接口的协议。它首次公布于1996年，现在估计已经有100亿个设备带有usb接口，这是史上最成功的技术标准之一。而且，欧盟已经规定到2026年所有设备必须使用usb-c,保证了usb未来的长久性。

2、usb最早设计的是用几米的短线来连接设备的。在usb a类(简称usb a)或usb b类(简称usb b)连接器里完全没有用来防止连接器松脱的锁定或抓紧机械设计；usb c类(简称usb-c)的锁定连接器和电缆几乎没有人用，下边会讨论原因。这样造成usb连接被认为不可靠，很容易从连接的设备上松脱。连接器松脱总会发生，造成的问题需要时间，人工来解决，还会带来尴尬。比如说，在重要的商业实况演示中间，连接器松脱，信号中断等。这个问题对于较长线缆情形更突出，因为长线缆更粗更重，还有连接器插头本体内的长距离信号传输的有源电路元件的重量。还有，长线缆往往是用在会议室，董事会会议厅等对可靠性要求最高的应用场合。

3、许多不同的公司都曾经做过多种不同的尝试试图解决这个不可靠，松脱或信号丢失的问题，包括usb创始机构usb推广组织(usb promoter group)。这个组织只给usb-c推出了一种锁定连接器的规格。可是这种usb-c锁定连接器很少有人用，因为公端连接器太大，在许多连接器密布的产品面板上插不进去；很少有设备上有对应的锁定母端连接器；还有一旦锁定在usb-c电缆不小心被无意地突拉或踢到时，会把连接的贵重设备拉坏。这些都显示出市场需要一种新的抓紧式的高拔出力usb连接器来在解决这些在这个增长的技术领域的问题。

4、本发明提供了多种实施案例，该实施案例为每个usb a,usb b和usb-c类的连接器而设计；只有在公端连接器这边需要增加元件，在母端连接器那边不需要任何改动。这就使usb高拔出力的公端连接器完全反向兼容。本发明的高拔出力连接器的实施方案的拔出力是现在普通连接器的3到4倍，或大约30到40牛顿，但是没有永久锁定可能无意造成的重大损坏或把电缆从设备上分离的困难。这是精心选择设计的拔出力或抓紧力的倍数来平衡连接的可靠性和防止可能无意造成拉出损坏的需求。如果拔出力小于这个数值，连接就不够可靠。如果拔出力明显大于这个数值，那装有母端连接器的设备就可能被无意损坏，造成对使用的显著中断，和昂贵的维修费用。本发明的实施案例中提供了一系列很可靠，易于实施，不需要学习，反向兼容，不会造成用户事故损坏的昂贵维修的解决方案。

5、现有技术的插头本体往往会有含有电子元件的内部印刷电路板(pcb)。为了隔绝电磁辐射干扰(emi)来防止内部电路信号辐射到外部对其他设备造成干扰，也防止外部信号进入电缆内部的元件而对它连接的设备造成干扰，大多数连接器的内部印刷电路板和元件会由几乎气密的金属壳或铜带包裹来屏蔽。对带有发光二极管(led)指示灯的连接器本体，那个屏蔽用的金属壳或铜带包裹就必须开小孔让led的光能够射出来让用户看到。这些开孔就会让电磁辐射进出，往往会使电缆不能符合电磁辐射的工业标准。本发明的实施方案提供了一种增加分隔区域，比如在电路板上的高频电路和低频电路区域之间增加薄的金属墙从而把电路板分割成几个“房间”，这样在低频电路房间上的金属壳或铜带上开天窗并不会影响高频电路房间的几乎气密的封闭，使之继续保持优良的电磁辐射emi隔离。可以用来做隔离墙的材料包括但不限于金属，合金，带导电涂层的塑料，导电陶瓷，金属和陶瓷或塑料混合材料等，只要它们可以达成电磁辐射emi屏蔽的作用。

技术实现思路

1、本发明的实施案例包括带有公端插头的外壳的，用来跟母端连接器接触的usb a或usb b抓紧型公端连接器；该外壳的至少一个平面上边有一个或多个凸起的皇冠，这些凸起的皇冠从金属表面伸出，高于金属外壳的至少一个平面；这些一个或多个凸起的皇冠包括一个或多个斜坡，与连接器外铁壳的平面被至少一个开槽隔开，还包括一个或多个凸起的圆顶；这些一个或多个开槽和一个或多个斜坡组成凸起的皇冠的底部，而且这些一个或多个开槽和一个或多个斜坡给一个或多个凸起的圆顶提供弹性，使它们在公端连接器插入母端连接器时，这些一个或多个凸起的圆顶会被对接的母端连接器外铁壳的内表面压缩，从而产生更大的摩擦力来达到更大的拔出力。本发明实施案例的usb a和usb b抓紧型公端连接器包括一种有四个开槽，四个斜坡和一个圆顶的凸起的皇冠，这些开槽和斜坡围绕着凸起的圆顶，像英文字母“x”。另外一些实施案例包括抓紧型公端连接器，其凸起的皇冠有两个开槽，两个斜坡，一个凸起的圆顶，这些开槽和斜坡围绕着凸起的圆顶，像英文字母“h”。还有另外一些实施案例的usb a和usb b抓紧型公端连接器，其凸起的皇冠有三个开槽，三个斜坡，一个凸起的圆顶，这些开槽和斜坡围绕着凸起的圆顶，像英文字母“y”。更多其他实施案例的usb a和usb b抓紧型公端连接器，其凸起的皇冠有多个开槽和斜坡，这些开槽和斜坡围绕着凸起的圆顶，像英文字母v,t,c或k。不同的实施案例包括usb-c抓紧型公端连接器包括一个或多个零件，带有一个或多个在公端连接器内部的指状物部件；这些一个或多个前部指状物部件包括一个或多个梯形挂钩，该梯形挂钩的前后边沿的连接处的凸点是弧形的；这些一个或多个指状物部件的凸点设计为在公端连接器插入母端连接器并插到底时，这些指状物凸点会滑入母端连接器内表面的一个或多个凹槽，来达到更大的拔出力。本发明实施案例还包括usb-c抓紧型公端连接器，其中的左边的指状物部件和右边的指状物部件之间有一个部件把左右指状物部件连接起来，构成一个“u”形状的组合，其中的左右指状物部件都还有凸点。其他实施方案的usb-c抓紧型公端连接器的指状物钩子凸点的插入边沿角度设计为30到36度；指状物钩子凸点的拔出边沿的角度为60到80度。还有抓紧型的usb-c公端连接器的其他实施方案中包括左边和右边的抓紧元件的前端部分宽度在大约1.6到1.9毫米之间；该左边和右边抓紧元件的中间部分宽度在大约3到4毫米之间；它们的尾端部分宽度大约在3.6到5.0毫米之间。进一步的实施方案还包括usb公端抓紧型连接器的拔出力在大约20牛顿到大约50牛顿之间。有些实施方案包括公端抓紧型连接器，那些抓紧元件的高度大约在0.2到0.4毫米之间。其他实施方案中的公端抓紧型连接器的抓紧元件不是用来做电气接地用途的。

2、本发明的实施方案中包括在usb a或usb b前端外壳上有至少一个皇冠状的凸起。这些凸起的皇冠可以是在至少一个外壳上从内向外翘出的几个形状之一。这些皇冠状的凸起有一个圆顶，会像非锁定弹簧那样靠摩擦力来达成抓紧的目的。当这些usb a或usb b公端连接器插入对接的usb母端连接器时，这些公端连接器外壳外表面上的凸起的皇冠的圆顶被母端连接器外壳内表面压迫而产生对外的压力。这个压力会在公端和母端连接器之间产生摩擦力，增加需要把公端连接器拔出母端连接器的力量或抓紧程度。使用不同的实施方案的整体凸起的皇冠圆顶的高度，宽度，开槽长度和宽度，金属材料，厚度，硬度，抓紧程度或拔出力可以根据不同的应用需求的不同力量或usb连接器类型(如a型，b型)等来设计。理想的拔出力应该设计为普通非抓紧型连接器拔出力的3到4倍，或大约30到40牛顿。这样的拔出力应该足够大让usb a型或b型公端连接器足够牢靠地连接上，但又没有大到锁死或像锁定连接器那样有可能损坏设备的风险。

3、靠高出来的凸起的皇冠来达到抓紧效果的物理原理很简单：压力产生摩擦，但是必须符合usb尺寸的设计和兼容性来达成向后兼容。尽管本技术的实施方案中展示的是x形状的凸起的皇冠(x-grip)整体设计，h形状的凸起的皇冠(h-grip)整体设计，和y形状的凸起的皇冠(y-grip)整体设计，其他形状的整体设计带有凸起的皇冠，也是本发明的实施案例，也是提供了同样的物理效果，即提供增加压力来提高拔出需要的摩擦力。这些不同的实施方案包括但不限于v,t,c,k或其他形状，对于有经验的工程师来说都是可以用来增加拔出力的设计。每个实施方案都使用了皇冠状的凸起和圆顶，带有一个或多个开槽来使皇冠状的凸起可以上下移动来产生需要的摩擦力，来配合usb a或b的尺寸和拔出力需要(如x,h,y,v,t,c,k或其他设计),都在本技术的保护范围之内。

4、usb-c连接器需要一种不同的机械结构来达到增加拔出力的目的，因为usb-c公端连接器的前方外壳是用厚得多，硬得多的金属做的，这样使翘出来的高于表面的带开槽的凸起的皇冠不可能像弹簧那样的上下移动来提高拔出力。本发明的实施方案使用一个h形状的包括带有前端钩子的左边元件指状物，右边元件指状物和中间把左右连起来的中间元件组成的三元件设计。这样的h形状的部件是在公端连接器的内部，通过左右两个元件的前端的左右两个钩子钩住对应的母端连接器内部的左右两个凹槽来达到钩住的目的。这样的设计提高了抓紧效果或把公端连接器从母端连接器拔出需要的力量。通过不同的实施方案的h形状的钩子的入角(从大约30度到大约36度)和出角(从大约60度到大约80度),左右元件指状物的宽度，厚度和材料硬度，抓紧程度或拔出力可以被设计成不同的大小。理想的拔出力应该设计为普通非抓紧型连接器拔出力的3到4倍，或大约30到40牛顿。重要的是本发明不去锁死连接器，而是通过摩擦力来保证意外拔出时不会损坏连接的设备。

5、靠左右两个前端带有钩子的指状物来达到抓紧效果的物理原理很简单：压力产生摩擦，但是必须符合usb-c尺寸的设计和兼容性来达成向后兼容。尽管本发明的实施方案显示了包括前端带有钩子的左右指状物h形状的部件的实施方案，其他任何形状，宽度，高度的部件，或钩子的数量，入角和出角，和其他变量都是有经验的工程师可以知道的用来达成用钩住效果来提高拔出力的本发明的其他实施方案。

6、本发明的另一个实施方案把连接器内部电路板分割成几个区块，这样可以允许一个区块的发光二极管led的指示灯光线从连接器本体中释放出来，却还可以使高频电路区块完全实现电磁干扰emi屏蔽。连接器本体内部的印刷电路板pcb设计为把所有高频信号元件的连接铜皮放在一个印刷电路板区块；而把低频，直流和发光二极管led的元件和连接铜皮放在另一个印刷电路板的区块。这些高频电路区块和低频电路区块由薄金属墙或其他导电材料做成的薄墙来把区块隔开。这些由薄金属或其他导电材料做成的墙在电路上接地，并和电路板的总体金属外壳或外箱或铜皮相连导通，从而形成高频电路区块的完全气密和电磁辐射emi密封，而同时可以允许在低频电路区块的总体金属外壳或外箱或铜皮开孔让发光二极管led的光线射出。这样的分割区块的实施方案不会影响高频电路区块的电磁辐射emi屏蔽，因为薄金属墙或其他导电材料的墙把不同区块隔绝了。