木曜日に米国特許商標庁に提出されたアップルの3件の特許出願は、同社のiOSデバイス向け最新入出力プロトコルであるライトニングコネクタの複雑な部分を明らかにした。
Apple が 2012 年 9 月に iPhone 5 と同時に Lightning を発表したとき、このプロトコルについては、それが置き換えた旧来の 30 ピン ドック コネクタからの 2 つの大きな変更点である、その小さなサイズと方向に依存しないデザイン以外、あまり知られていませんでした。
さらなる調査（内蔵認証チップを発見した分解を含む）により、新しいコネクタは接続ピンを動的に割り当て、リバーシブルな使用を可能にしていることが明らかになりました。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、プロトコルの真の内部構造はほとんど解明されていませんでした。
本日発見された 3 件の特許出願により、アクセサリ側と iPhone またはホスト デバイス側の両方から見た Lightning の仕組み、および信頼性の高い動作を実現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が詳細に明らかになりました。
構造から始めると、Apple の「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」の特許申請は、Lightning のハードウェア設計、構築、および提案された機能の非常に詳細な概要です。
AppleはLightningによって、業界標準の3.5mmヘッドホンジャックやUSBといった従来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にあたり、Appleはますます大型化するモバイルデバイスの画面に搭載できるほど短く、かつ超薄型フォームファクタを求める消費者のニーズにも応えられるほど薄いコネクタを必要としていました。
また、コネクタのキャビティにゴミが溜まることによる信号干渉や、デバイスにプラグを差し込む際の向きによる使いやすさも考慮しました。最後に、コネクタの「感触」についても考慮しました。不要なぐらつきや、不正確な挿抜が問題となるためです。
例えば、タブを保持するために、金属シースにデテントが採用され、メス側のアームがコネクタを所定の位置に保持します。同様の機構は、Appleの30ピンコネクタにも採用されています。
最も重要な考慮事項の一つは、多方向コネクタの開発でした。本発明の多くの実施形態では、Lightningコネクタのピン配置と全体的な「タブ」設計について議論されています。それぞれに独自のピン配置がありますが、いずれも2つの大きな面と、その両側に2つの小さな面、つまり側壁が配置された平坦な部品を指しています。
コネクタの接点には、グランド、複数のデータ信号ピン、そして向きを示すIDピンがあります。向きに依存しない設計を実現する上での問題は、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、Appleはデバイス側のピン接点に連動して動作するIDモジュールを搭載しました。
一実施形態では、本発明は、データ信号ピンとグランド接点の配置に関する一連の規則を規定し、タブの両側で配置を鏡像にするか、互いに反対側に配置する。その結果、正しいピン配置に関連付けられたタブ内の配線は、タブの片側の接点と反対側の対応する接点を接続する。ただし、アクセサリIDとアクセサリ電源の2つの接点が、タブの反対側に互いに斜めに配置されていることに注意する必要がある。この構成により、Lightningに見られる双方向の互換性が実現される。
特許の一実施形態による Lightning ピン配置。
申請書では、システムを動作させるために必要な様々な電気的要件（ピンごとの電圧や内部配線など）についても説明されています。また、新しい規格を製造するための製造技術についても言及されています。
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 つの特許出願 (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っています。
基本的に、プロパティは、データ信号接点や電源接点など、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 システムとアクセサリ システムを記述します。
Lightning 用のさまざまなピンのデザイン。
特許文言によれば、一実施形態では、まず2つのコネクタの嵌合を検出することにより、接点が構成される。これに応じて、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、有効な応答が受信されたかどうかに応じて、コネクタの向きを決定する。
動作中は、最初の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モジュールで変換可能な有効な信号が返された場合、方向検出プロセスは停止し、方向が設定されます。ただし、電源線で接続されている場合など、信号が受信されない場合は、OD1スイッチが閉じられ、OD2スイッチがプロセスを繰り返します。
前述のように、アクセサリ電源接点とアクセサリ通信接点は互いに斜めに配置されているため、OD 接点がアクセサリ通信ピンを見つけると、コネクタの正しい向きを推測できます。
この情報から、残りのコネクタに正しい電力とデータ信号パスを動的に割り当てることができます。
ハードウェア要件の説明に続いて、申請書では、前述のIDモジュールに識別情報と設定情報をプログラムしてコネクタとの通信を成功させ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提供するために使用され、IDチップの1つに組み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、発明者はJeffrey Terlizzi、Scott Mullins、Alexei Kosut、Jahan Minooとなっている。
