Apple の Lightning コネクタについて、広範な新規特許出願で詳しく説明

木曜日に米国特許商標庁に提出されたAppleの3件の特許出願は、同社のiOSデバイス用の最新入出力プロトコルであるLightningコネクタの複雑さを明らかにしている。

Apple が iPhone 5 と一緒に Lightning を導入したとき2012年9月に、その小型サイズと方向に依存しない設計、このプロトコルが置き換えた由緒ある 30 ピンドックコネクタからの 2 つの大きな違い以外、このプロトコルについてはあまり知られていませんでした。

内蔵の認証チップを発見した分解を含むさらなる調査により、新しいコネクタが動的に割り当てられるコンタクトピンを使用してリバーシブルに使用できます。処理は iPhone に搭載された制御ユニットによって実行されると考えられていましたが、プロトコルの実際の内部動作はほとんど不明のままでした。

本日発見された 3 件の特許出願は、アクセサリ側と iPhone またはホストデバイス側の両方から Lightning がどのように動作するか、また信頼性の高い動作を促進するために物理コネクタがどのように設計されているかについて詳細に調査したものです。

構造から始まる、「外部接点と導電性フレームを備えたデュアル方向コネクタ」に関する Apple の特許出願は、信じられないほど奥深いLightning のハードウェア設計、構築、提案された機能の概要。

Apple は Lightning を使用して、ユビキタスな 3.5 mm ヘッドフォンジャックや USB などの業界の有力コネクタを含む、以前のコネクタの欠点を克服しようとしました。新しいプロトコルを設計する際、同社は、ますます大型化するモバイルデバイスの画面を含めることができるほど十分に短く、消費者の超スリムフォームファクターの需要に対応できるほど十分に薄いものを必要としていました。

また、コネクタキャビティ内の破片の蓄積による信号干渉や、デバイスに挿入する際のプラグの向きに関連する使いやすさも考慮されました。最後に、コネクタの「感触」が考慮され、不要なぐらつきや不正確な挿入と抜去が問題点となりました。

たとえば、タブを保持するために金属シースに戻り止めが使用され、メス側のアームがコネクタを所定の位置に保持します。同様のメカニズムが Apple の 30 ピンコネクタでも使用されていました。

最も重要な考慮事項の 1 つは、複数方向のコネクタを作成することでした。本発明の実施形態の多くでは、ライトニングコネクタのピン配置と全体的な「タブ」設計について説明する。それぞれに独自のピンレイアウトがありますが、いずれも 2 つの大きな表面とその両側に 2 つの小さな表面、つまり側壁がある平坦なパーツを指します。

コネクタの接点には、グランド、複数のデータ信号ピン、方向を示す ID ピンが含まれています。方向に依存しない設計を作成する場合の問題は、コネクタ上の各ピンの識別を容易にする方法です。このジレンマを解決するために、Apple はデバイス側のピン接点に動作可能に結合される ID モジュールを配置しました。

一実施形態では、本発明は、データ信号ピンおよび接地接点の位置に関する一連の規則を必要とし、その位置はタブの両側に反映されるか、または互いに反対側に配置される。タブ内の配線は、結果的に正しいピン配置に関連付けられ、タブの片側の接点を反対側のパートナー接点に接続します。ただし、アクセサリ ID とアクセサリ電源の 2 つの接点が、タブの反対側で互いに隣接して配置されていることに注意してください。この構成により、Lightning で見られる二重方向の互換性が可能になります。

特許の一実施形態によるライトニングピン配置。

このアプリケーションでは、ピンごとの電圧や内部配線など、システムを動作させるために必要なさまざまな電気要件について説明します。新しい標準を生み出すための製造技術にも注目します。

Apple の Lightning ハードウェア特許は 2012 年 11 月に初めて申請され、Albert J.Golko、Eric S. Jol、Mathias W. Schmidt、Jeffrey J.Terlizzi が発明者として認められています。

残りの 2 件の特許出願 (1、2) はどちらも「コネクタの接点を構成する技術」というタイトルで、ホスト側の識別システムによるコネクタ上のピンの動的割り当てを扱います。

基本的に、プロパティは、データ信号接点または電源接点としてピンに特定の役割を動的に割り当てるために必要なホストおよびアクセサリシステムを記述します。

Lightning用のさまざまなピンデザイン。

この特許の文言によれば、一実施形態では、最初に２つのコネクタの嵌合を検出することによって接点が構成される。これに応答して、ホストユニットは 2 つのホスト側接点を介してコマンドを送信し、どちらの戻り値が有効な応答を受信したかに応じて、コネクタの方向を決定します。

動作中は、第 1 方向検出接点のスイッチが開き、ホストデバイスからコマンド信号が送信されます。 ID モジュールによって変換できる有効な信号が返された場合、方向プロセスは停止し、方向が設定されます。ただし、信号が受信されない場合は、電力線に接続されている場合のように、OD1 スイッチが閉じられ、OD2 がプロセスを繰り返します。

上で述べたように、アクセサリの電源接点とアクセサリの通信接点は互いに隣接して配置されているため、OD 接点がアクセサリの通信ピンを見つけた場合、コネクタの正しい方向を推定できます。

この情報に基づいて、残りのコネクタに正しい電力およびデータ信号パスを動的に割り当てることができます。

この出願では、ハードウェア要件を説明した後、コネクタと正常に通信するために、前述の ID モジュールに識別情報と構成情報をプログラムする方法について詳細に説明しています。認証モジュールは、ホストデバイスとの暗号化キールーチンを実行するために使用され、ID チップの 1 つに埋め込まれた電流レギュレータは電圧レギュレータとして機能します。

特許出願は 2012 年 11 月と 12 月に提出され、Jeffrey Terlizzi、Scott Mullins、Alexei Kosut、Jahan Minoo が発明者として認められています。