CN105554241A - 一种通信设备 - Google Patents

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约瑟夫·西尔维斯特·张
李才伦
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Abstract

本发明涉及一种多功能的通信设备，可用于在第一电子装置(如智能手机)和第二电子装置(如助听器、起搏器等)之间进行无线通信的装置。在一些实施方式中，该通信设备无需电能，以及在其他实施方式中，其电能获取自第一电子装置，或取自电池，该电池能够通过供电装置充电或直接充电。第一电子装置通常包括音频(耳机)输出端、麦克风输入端(具有偏压)、长范围通信收发器(如GSM)，适当地，短范围收发器(如蓝牙)和连接互联网。通过音频输出端(耳机)、麦克风输入端、短范围收发器及其结合，通信可以是单工和/或双工。通信数据(通过通信设备)可以被发射到别处，包括通过电子装置开启的互联网。

Description

一种通信设备
本申请是申请号为201280025067.X的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种在第一电子装置(如智能手机)与第二电子装置(如助听器、心脏起搏器等)进行无线通信和其他通过互联网通信的装置。
背景技术
许多电子装置，包括便携式音乐播放器，具有一个通常偏压为2.3V左右的麦克风输入端。所述麦克风输入端通常与一个外接麦克风相连接，或者被用作电源(来自其偏压)。为简单起见，“麦克风输入端”和“麦克风偏压端”将被交替使用。在这些电子装置中，麦克风和耳机独立运行。以音乐播放器为例，当播放音乐时(输出为耳机输出)，麦克风输入端通常未被使用和/或被使用时，其可被用作当输入调制信号用以数字控制播放/暂停和音量增大/减小的控制输入。打电话时，外接麦克风(作为耳机-连带-麦克风的音频附件的一部分)可与麦克风输入端相连接。
内嵌音乐播放器的电子装置包括大量的智能手机和便携式MP3播放器(及其变体)。在这些电子装置中，就硬件和便利性而言，目前还没有简单的方法来估计(或计算)音乐/声音暴露给戴着耳机的音乐播放器用户的音量和持续时间，所述耳机与所述音乐播放器的耳机输出相连接。所述音量和时长构成了来自耳机内扬声器的声学(声音)输出所产生的用户噪声剂量。噪声剂量的安全范围已被很好的确立，例如，由美国职业安全与健康管理局以及其他国家的类似机构所设立的1910.95标准。当噪声剂量超过规定的安全极限，可能会使得电子装置的用户噪音致聋。
在便利性和硬件方面没有简单方法的原因有以下几个方面。第一，任何附加的硬件或等同的通信设备，例如申请号为12/971,673的美国专利申请中所述的发明，需要一个外接电源(如外接电池)，所述外接电源需要定期更换或充电(在电子装置(音乐播放器)的外部)。第二，音乐播放器(如智能手机中的)操作系统不允许其中的其他应用程序访问数字信号处理器/数字模拟转换器/功率放大器的输出。这种禁止访问导致了对那些需要接入耳机输出以监视/测量器电子信号输出(和利用从扬声器的声学输出到其电子输入的输出/输入传递函数)或直接测量扬声器声学输出的音乐播放器的外接硬件的需要。繁琐/不切实际的现有技术发明包括美国专利2009/0208024，以及专利号为的美国专利US2010/0278350等。
简言之，没有已知的方法通过开发麦克风偏压来简化或减少硬件设备从而得到一种能够确定耳机输出和/或噪声剂量的装置。确定噪声剂量的能力将增强电子装置(如作为音乐播放器的智能手机)的功能性。
复杂电子装置的功能性，例如智能手机，可以通过连接电子元件(内嵌在通信设备中)得到增强，所述电子元件的输入与(智能手机的)耳机输出相连接。现有技术中，智能手机可被用作由Thinkflood.生产的遥控器(例如用于电视)。所述遥控器被内置在设有TRRS连接器的壳体中，所述TRRS连接器被依次插入智能手机的TRRS插座内。智能手机根据其某个应用程序通过耳机输出信号(右声道或左声道音频该输出，或左右声道音频输出端)输出信号。所述输出信号此后通过电子元件(内嵌在通信设备中)被转换成红外信号发射出去。在现有技术应用中，通信设备是一个仅通过红外信号单向传输的中间设备(在智能手机和电视之间通信)。该发明有两个缺点——仅红外的限制和机械结构的限制。仅红外的限制可能是由于期望的应用，以及耳机输出不允许使用耳机/头戴式耳机。机械连接是简单的将TRRS连接器插入智能手机的TRRS插座内——在外壳和壳体之间没有机械连接。由于该设备探出智能手机外，因此很容易被损坏。简言之，功能信被限制了而且机械连接弱(容易损坏)。
另一种现有单工传输是在移动电话(智能手机)和助听器之间进行磁感应传输。发射器是由移动电话中的扬声器所产生的磁场。助听器设有一个遥感线圈(T线圈)，产生来自扬声器产生的磁场所感出的磁场的电压。该现有技术方法的严重缺点在于由扬声器所产生的磁场很弱，要求小心地和困难地将扬声器放置在助听器附近或与扬声器附近对齐放置(需要修改-试验和校正，以试图找到一个合适点)。在大多数情况下，磁感应强度仍然很弱，导致单工传输不理想，并且语音清晰度差。
专利号为US7,810,729B2的美国专利文献所述的发明介绍了，将电子装置(智能手机)的麦克风输入端作为输入和可能的电源。该发明是一种中间设备，在信用卡和智能手机——信用卡读卡器之间的通信设备。信用卡的信息通过该电子装置被读取和处理，并且其输出被调制到相同麦克风线——与之前美国专利US7,869,608B2所述的现有头戴式耳机的播放/暂停以及音量的增大/减小相类似。该发明的主要机械缺点是前面介绍的红外控制器的情况。具体地，信用卡读卡器被设置在一个具有TRRS连接器的外壳内，所述TRRS连接器依次被插入智能电话的TRRS插座中，并且在所述信用卡读卡器的外壳和所述智能手机的壳体之间没有机械连接。所述信用卡读卡器探出该智能手机外，因此其机械连接很弱(容易损坏)。在为申请号US2009/0296967的美国专利申请所述的发明中，电话装置(内置通信设备)是电话的一部分，其要求该电话是一部特殊的电话，并且相关的电话通常是有线的和无线的(DECT)电话。因此，该发明不能够简单地适用于任意一部电话，尤其是智能手机。
在本发明的专利申请中描述的2009/0296967，电话设备(内部通讯设备)的电话机，需要这样的电话是特殊的一部分，和相关的电话是典型的有线和无线(无线)电话。本发明是因此限制因为它是不容易适应任何手机，尤其是智能手机。
在申请号为US2011/0007916的美国专利申请所述的发明中，附加模块(通信设备)只在一些不常见的特殊的手持电话中被大量应用。因此，不能普遍适用和普适性和方便使用。此外，机械连接也很弱(容易损坏)。
专利号为2004/2406892的美国专利所述的发明中提到，中间通信设备是一个笨重的附件，包括一个麦克风来接起电话的声学扬声器输出。其笨重性主要表现在难以附带，外形庞大以及内部电子元件需要外接电池。
在上述发明和现有的电子装置及其相关的通信设备中，智能手机(以及类似设备)的应用仍然是受限的，而且往往是繁琐的，这归结于很多的原因。首先，确定电子装置的音频输出端所产生的噪声剂量，无论在便利性还是在硬件和电源方面都没有简单的方法，从而导致其外形庞大，因此在商业上是不可接受的。第二，从电子装置中的麦克风偏压获取的电能是非常有限的，通常在小于2V时小于250微安。
第三，在麦克风输入端已经与麦克风相连接的应用中，这种输入方法很大程度上是不可用作电源或输入的。第四，当数据被输入到麦克风后，麦克风输入端不能被简单地用作电源。第五，在电子装置(如智能手机)已与扬声器的耳机相连接的应用中，这一作为通信设备中的电子元件输出的方法并不可用。例如，上面提到的红外遥控就不能使用。
总之，现有的用于测量电子装置(如智能手机中的音乐播放器)的耳机输出和用于在第一电子装置(如智能手机)和第二电子装置(如助听器、起搏器等)之间通信的通信设备发明都很繁琐并且具有局限性，或机械连接弱(容易损坏)。物理上，它们通常是外接设备(一个独立的实体)，需要外接电源，通信是受限的(例如：本地化的通信而非更多的全球通信，所述通信是在因特网一端的第三电子装置(例如听力诊断系统)，在因特网另一端的智能手机(第一电子装置)之间的通信，以及通过通信设备在智能手机和助听器(第二电子装置)之间的通信，并且仅适用于特定的电话等。
发明内容
因此，本发明的目的在于克服上述缺陷，从而提供一种在第一电子装置(如智能手机)和第二电子装置(如助听器、起搏器等)之间进行无线通信的中间通信设备，所述装置方便、硬件简单并且机械牢固。为了达成上述目的，通信设备对电源的要求为零，或着是适量的，从而实现了外形的小型化。如果第一电子装置启动互联网，之前所述的无线通信的数据指示可以通过互联网进行通信，因此在互联网一端的第三电子系统(如助听器诊断仪器)和在互联网另一端的第一电子装置(如智能手机)之间的通信，以及在同一第一电子装置(如智能手机)和第二电子装置(如助听器、起搏器等)之间的通信可通过通信设备实现。
本发明提供了一种多功能的通信设备。
本发明的第一实施方式中，通信设备提供一种用于电子装置(如智能手机中的音乐播放器)的麦克风对其耳机输出进行采样的简单方法。一个低-硬件方法是简单地采用一个电阻。在优选第一实施方式中，第一实施方式中的电子被断开，从而允许外接麦克风与麦克风输入端相连接。在进一步优选第一实施方式中，通信设备中的电子元件对耳机输出进行采样，并且用于电子元件的电能获取自麦克风输入端。在更进一步优选第一实施方式中，通信设备进一步包括一个电池，给其充电的电能获取自麦克风输入端。电子元件的用电可以获取自麦克风输入端或电池，或两者的结合。还可以将一个外接麦克风与麦克风输入端相连接。通信设备中的电子元件将信号输入给麦克风输入端。
本发明的第二实施方式中，通信设备的电子元件包括无源发射器(用于向第二电子装置(如助听器)发射，所述第二电子装置与第一电子装置(如智能手机)的耳机输出相连接)，以及还包括一个扬声器。本发明的优选第二实施方式中，发射器是有源的，通过供给装置给其供电，包括获取自第一电子装置的麦克风输入端、音频输出端、射频输出或者其结合。进一步优选第二实施方式中，通信设备进一步包括一个电池，给其充电的电能获取子一个或多个之前所述的供给装置。更进一步优选第二实施方式中，通信设备中的电子元件将信号输入给麦克风输入端。还可以将一个外接麦克风与麦克风输入端相连接。
本发明的第三实施方式中，音频耳机输出未被使用。通信设备具有两个收发器，一个用于与第一电子装置(如智能手机)通信，而另一个用于与第二电子装置(如助听器)通信。通信设备进一步包括一个电池，给其充电的电能获取自供给装置。还可以将一个外接麦克风与麦克风输入端相连接。
在所有实施方式中，第一电子装置可以连接互联网，并且数据(以及在通信设备和第一电子装置和/或第三电子装置或其他之间的数据指示)通过互联网进行发射/接收。
附图说明
图1(a)(现有技术)是现有技术中电子装置的示意图，更具体的说是可以连接互联网的移动电话(智能手机)；
图1(b)(现有技术)是通用4针型3.5mm插头，也称之为TRRS(尖端-环-环-套管)插头；常用3正型插头也被称为TRS(尖端-环-套管)；
图2(a)是本发明一个实施方式的示意图，即通信设备的外壳充当电子装置(智能手机)的壳体(缓冲器)。电子装置(智能手机)可被滑入进所述壳体；
图2(b)接着图2(a)的示意图，其中第一电子装置(智能手机)现在被滑入进通信设备的外壳，通信设备的耳机插头插入第一电子装置的耳机插孔。在本发明的一些实施方式中，第一电子装置(智能手机)可通过通信设备与第二电子装置(助听器)进行通信；
图3(a)是本发明通信设备的第一实施方式的示意图，其中此处的电阻用于麦克风输入端对耳机输出的一个音频声道输出进行采样；
图3(b)是本发明优选第一实施方式的示意图，其中电阻根据需要被连接/断开，从而使得外接麦克风可以与电子装置的麦克风输入端相连接；
图3(c)是本发明进一步优选第一实施方式的示意图，其中通信设备中的电子元件对耳机的音频输出进行采样，以及用于所述电子元件的电能获取自电子装置的麦克风输入端；
图3(d)是本发明更进一步优选第一实施方式的示意图，其中通信设备中的电子元件对耳机的音频输出进行采样。用于所述电子元件的电能可获取自麦克风输入端或充电电池。用于给电池充电的电能获取自麦克风输入端。通信设备包括开关，所述开关用于对麦克风输入端连接到哪里进行选择，或对电子元件的电源来自于哪里进行选择；
图4(a)是本发明通信设备的第二实施方式的示意图，其中通信设备中的电子元件(包括发射器)是无源的(无需外接电源)并且其输入端是第一电子装置(智能手机)的耳机音频声道。另一个耳机音频声道可驱动一个扬声器。通信设备中的发射器与图2(b)中的第二电子装置进行通信。扬声器可以与另一个耳机输出端相连接，并提供声学输出；
图4(b)是优选第二实施方式的示意图，其中通信设备中的电子元件所需的电能获取自第一电子装置的麦克风输入端；
图4(c)是优选第二实施方式的另一示意图，其中通信设备中的电子元件所需电能获取自第一电子装置的音频输出端；
图4(d)是优选第二实施方式的再一示意图，其中，通信设备中的电子元件电能获取自第一电子装置的射频传输；
图4(e)是本发明进一步优选第二实施方式的示意图，其中，通信设备包含电池。通过能量供给装置给电池充电，在该情况下是通过麦克风输入端。电池增大了通信设备中电子元件的电源；
图4(f)是更进一步优选第二实施方式的示意图，其中通信设备中的电子元件将信号输入给第一电子元件的麦克风输入端的装置。通信设备中的开关连接麦克风输入端和电子元件的输出端，或者连接麦克风输入端，使其作为电子元件的电源，或给电池充电的供给手段。尽管这里没有示出，所述开关还可将外接麦克风和麦克风输入端相连接；
图5是本发明通信设备的第三实施方式的示意图，其中第一电子装置(智能手机)的音频耳机输出未被使用(或与一个耳机相连接(未示出))。在通信设备的电子元件和第一电子装置之间的通信是无线通信或者通信设备中电子元件的输出通过麦克风输入端被输入给第一电子装置。对于前者，通信设备中的电子元件具有两个收发，一个用于与第一电子装置进行通信，而另一个与第二电子装置(如图2(b)中的助听器)进行通信。
具体实施方式
本发明是一种通信设备——一种中间通信设备——以提供一种简单地方式来测量电子装置(如智能手机中的音乐播放器)的输出和/或提供一种用于第一电子装置(如智能手机)和第二电子装置(如助听器、起搏器等)间无线通信的手段。本发明的独特之处在于功能多、外形小巧、无功率/超低功率要求、成本低、以及牢固的机械连接完整性(在通信设备和第一电子装置之间)，带来了前所未有的方便。
图1(a)示出了现有技术中的移动电话1，倒着绘制的电子装置(智能电话)，标示出扬声器输出2和(音频输出端-连带-麦克风输入端)插孔3。
图1(b)示出了现有技术中用于许多音乐播放器以及移动电话的通用(3.5mm)插头110，作为立体音频输出端-连带-麦克风输入端插头，并且其可被插入插孔3。对于4-针型插头(TRRS,尖端-环-环-套管)，导体是(尖端)左声道111、(环)右声道112、(环)接地113和(套管)麦克风114。偏置电压(以及由此的电源，见后面)可给麦克风114加载(外部)麦克风偏置电压，并且该导体上的调制信号能够给移动电话1提供(控制)信号，例如，在一些诸如智能手机中音乐播放器的电子装置，这些调制信号可以控制播放/暂停以及音量的增大/减小。在3-针型插头(TRS,尖端-环-套管)中，没有麦克风114。
图2(a)中，(第一电子装置)移动电话1以正确地方向绘制，扬声器输出端2位于其上部。移动电话1可按照箭头201所指的方向从底部滑入通信设备51。在此图中，通信设备51被绘制成移动电话1的缓冲器(或壳体)，作为本发明通信设备的物理外壳的一个例子，并且，电子装置被嵌入在壳体52中。通信设备51的结构可以有多种形式，包括作为壳体、半壳体、扩展插头等，适于与移动电话1的壳体进行物理连接。当移动电话1被滑入通信设备51时，通信设备51的插头53插入移动电话1的插孔3内(如图1(a)所示)。插头53与图1(b)中所示的插头110及其变体类似。
图2(b)中，移动电话1滑入通信设备51中。壳体52中的电子元件与第二电子装置助听器54进行通信。该通信可以是单工的，如指示202所示，或者是双工的，如指示203所示。
图3(a)-(d)分别示出了本发明的第一实施方式、优选第一实施方式、进一步优选第一实施方式以及更进一步的优选第一实施方式—一种可以用来测量电子装置耳机音频输出端输出的通信设备51，所述电子装置可以是便携式音乐播放器、智能手机中的音乐播放器等。一个应用的例子是用于确定暴露给电子装置用户的噪声量的噪声辐射剂量计。也可以是其他的应用。
图3(a)阐述了包含电阻60的通信设备51的第一实施方式。在该图中，移动电话1中的处理器20具有一个输入端(麦克风输入端21)和两个与左放大器25和右放大器26相连接的输出端，左放大器25和右放大器26的音频输出端分别为左声道输出端22和右声道输出端23。扬声器81和扬声器82是耳机或头戴式耳机，通常与如图1(b)所示的3.5mmTRS插头或TRRS插头，插头110相连接。通常，耳机/头戴式耳机的左扬声器81连接在左声道输出端22和地线24之间，而同一耳机/头戴式耳机的右扬声器82连接在右声道输出端23和地线24之间。
通信设备51中的电子元件非常简单——电阻60跨接在移动电话1的左声道输出端22和麦克风输入端21之间。电阻60使得麦克风输入端21能够对衰减的左声道输出端22进行采样。所述衰减是由于电阻60和位于麦克风输入端21节点处的输入电阻的分压导致的。所述分压的比例可通过改变电阻60的阻值或在左声道输出端22和地线24间再接入另一电阻来调节。还有可能采用不同于电阻的其他方法来对左声道22的输出进行采样，并且也可以通过其他方式在进行分压。
在如图3(a)所示的本发明的第一实施方式中，还可以将外接麦克风与移动电话1的麦克风输入端21相连接；外接麦克风通常是耳机-连带-麦克风音频附件中的麦克风。这是因为左声道输出端22的采样信号会被干扰或淹没在外接麦克风的输出中。为了打破这一限制，图3(b)所示的本发明优选第一实施方式提供了一种简单的解决方法，即当需要外接麦克风83时利用开关61，所述开关61将麦克风输入端21和外接麦克风83相连接，而电阻60被断开。相反的，当不需要外接麦克风83时，开关61将电阻60和麦克风输入端21以及左声道输出端22相连接，而外接麦克风83断开。所述开关61的开断可以是手动的，也可以是电子的。
在分别如图3(a)和图3(b)所示的本发明的第一实施方式和优选第一实施方式中，通过对音频输出端的采样，扬声器81的声学输出可被确定/估计，并且噪声剂量也可通过与扬声器81的声学输出/电子输入相关的传递函数被计算出。
很显然，本发明中的第一实施方式和第一优选实施方式具有诸多独一无二的优点，包括：无需为通信设备51外接电源，通信设备51中的电子元件非常的简单，以及随之而来的小巧的外形。这些独特性将带来较高的实用且商业上可接受的噪声辐射剂量计。
图3(c)示出了本发明的进一步优选第一实施方式，其中电能由麦克风输入端21提供。通信设备51包括电源管理单元63和电子元件64。如之前所述，扬声器81和扬声器82的输入分别是移动电话1的左声道输出端22和右声道输出端23。电子元件64由麦克风输入端21通过电源管理单元63为其供电。根据电子元件64中电子元件对电能的需求，电源管理单元63可以简单到不需要任何电子元件、可以为电容，或者也可以复杂到接有LDO(低压差线性稳压器)的DC-DC转换器。通过模数转换器(ADC)，左声道输出的输出被采样，并且模数转换器的数字输出此后由微处理器进行处理。对音频输出的采样和接下来的信号处理可以有多种应用。例如，在辐射剂量计应用中，电子元件64中的微控制器能够明确/估计来自于扬声器81的声学输出的噪声剂量，所述扬声器81的声学输出来自于左声道输出端22的采样输入。
电子元件64还可以通过模数混合的方法来实现，并且这可能会提供相比模数转换器/微控制器硬件更低的硬件。例如，模拟版本可包括一个全波整流器和一个低通滤波器。该低通滤波器的输出为耳机输出提供了整体功率估计，并且这将简化噪声剂量的计算。有很多不同的方式来设计电子元件64的硬件。
为了完整起见，该进一步优选第一实施方式(图3(c))与之前所述的优选第一实施方式和第一实施方式(图3(a)和图3(b))的主要区别在于：优选第一实施方式中的电子元件64被激活后(有源)可以对给定的具体应用进行更多地计算，相反的，在第一实施方式和优选第一实施方式中，该计算由移动电话1完成。需要注意的是，电子元件64所需的电能可获取自麦克风输入端21，并且可通过LED等显示其输出。
该进一步优选第一实施方式不允许麦克风输入端21外接麦克风，——如图3(a)所示的第一实施方式的情形。为了打破这一限制，从而增强本发明所述通信设备51的灵活性，图3(d)所示的更进一步优选第一实施方式中，在电源管理单元63中加入了开关，所述开关通过连线66将麦克风输入端21同外接麦克风83或电子元件64中的任一相连接。该实施方式进一步包括了通信设备51中的电池65。需要注意的是，因为电池65的存在，电子元件64可以更加复杂，包括微控制器和其他电子元件。
运行方式如下(无外接麦克风83和连线65)。考虑电子元件64空转(未被激活)的第一情形。在这情况下，给电池65充电的电能获取自麦克风输入端21。
现在考虑电子元件64被激活的第二情形。若麦克风偏压端21可以提供足够的电流/电能，则驱动电子元件64的电能由麦克风偏压端21提供，而电源65不提供任何电能；通过麦克风偏压端21偏置电压水平或其他方式能够保证足够的电量(通过电源管理单元63)。若还能进一步通过麦克风偏压端21获得足够/充足的电能，用于给电池65充电的电能也能够从麦克风偏压端21获得，如果不能的话，电池65将不会被充电。对于这种获取自麦克风偏压端21的电能足够驱动电子元件64的情况，电池65将被作为第二电源。在上述情况下，电源管理单元63中的开关将必须闭合以起到之前所述的作用。这种连接设计对于本领域技术人员来说是公知的现有技术。
现在考虑当外接麦克风(通常是耳机-连带-麦克风音频配件中的麦克风)被使用/激活(例如，当移动电话1被用作无线收发器(如GSM，CDMA等))。在这种情况下，电源管理单元63中的开关仅将外接麦克风65和麦克风输入端21相连接。用于驱动电子元件64的电能通过电源管理单元63获取自电池65。以这种方式，一直会有电能驱动电子元件63，且外接麦克风83与麦克风输入端21相连接。当外接麦克风被闲置时，麦克风输入端21可被用于给电池65充电。
为了完整起见，对于本领域技术人员来说，设计这种通过麦克风输入端21获取电能并且麦克风输入端21同时还被调制是很容易的。这是因为移动电话1的输入在麦克风输入端21处是交流耦合的。
在本发明的更进一步优选第一实施方式中，通过允许电子元件64向移动电话1输入数据，通信设备51还被设计成具有更多的功能。如图3(d)所示，麦克风输入端21与可调制麦克风输入端21的电子元件64的输出端相连接(通过连线66)。这一多功能性使得移动电话1和通信设备21之前能够进行双工通信。与之前电子元件64的输出端未连接麦克风输入端21的情况不同，预期应用中所需要的计算/处理现在就可以完全在或部分在移动电话1中进行计算。在这种连接结构中，外接麦克风83和电源管理单元63均与麦克风输入端21断开，且电子元件64由电池65通过电源管理单元63供电。不同的开关切换可以通过手动或电子开关来实现。
现在考虑本发明所述通信设备的第二实施方式、优选第二实施方式、进一步优选第二实施方式和更进一步优选第二实施方式。与之前的第一实施方式(及其优选变体)不同，现在的目的在于第一电子装置(如智能手机)和第二电子装置(如助听器，起搏器以及类似)之间的通信——简单的讲，通信设备51是用于第一电子装置和第二电子装置的中间通信设备。
图4(a)示出了本发明的第二实施方式：其应用为第一电子装置移动电话1和第二电子装置通过通信设备51进行小范围的单工通信。图2(b)中，第二电子装置为助听器54，而在其他应用中，第二电子装置可以是起搏器等。在一个应用的例子中，第一电子装置移动电话1可以通过通信设备51向第二电子装置传送数据，包括单工通信、控制、音频数据通信等。
在图4(a)中，通信设备51包括发射器71，其输入为第一电子装置移动电话1的左声道输出端22。发射器71为无源发射器，因此不需要电源，例如遥感线圈(又被称为T-线圈)其传输方式是磁感应；也被称为环路系统。在这一应用中，第二电子装置(如图2(b)中的助听器54)可包括一个通过其他遥感线圈实现的接收器。移动电话1左声道输出端22的电流在发射遥感线圈(发射器71内)产生的磁场并在第二电子装置的接收遥感线圈内感生出磁场，从而实现该传输。与左声道输出端22的输出电压类似的电压在接收遥感线圈的输出处被获得——因此通过通信设备51的从第一电子装置移动电话1到第二电子装置(如助听器54)的实现单工通信。
在涉及第一电子装置移动电话1和第二电子装置助听器54的应用中，该第二实施方式的主要优点在于：在来自移动电话1(图1(a))的扬声器2的弱电磁感应的基础上大大增强了发射器71中的遥感线圈的磁感应强度。基于在构造原型上的测试，来自于作为发射器71的遥感线圈的磁感应强度比来自于移动电话1的扬声器2的磁感应强度要强大约20dB。实际上，这一优点还能转化为真正的和求之不得的方便，即方便将移动电话1放置到助听器54上，以及具有良好的传输而无需试图小心地将移动电话1的扬声器2与助听器54对齐放置而传输还很弱。从而实现了心理声学上更高的语音可理解性。
在图4(a)中，当通过将通信设备51的插头53(图2(a))插入到移动电话1的插孔3(图1(a))内使得发射器71与移动电话1的左声道输出端22相连接时，移动电话1的扬声器2则被禁用了。扬声器2的这一禁用是不方便的，因为常用的移动电话1的声学输出现在不能用了。为了消除这一限制，恢复移动电话1的声学输出，图4(a)所示的本发明的第二实施方式进一步包括嵌入通信设备51的扬声器72。该扬声器72的输入端与移动电话1的右声道输出端23相连接。
在一些应用中，扬声器72可以不是必需的。例如，在助听器应用中，用户的助听器组件包括完全阻塞耳道的耳模(即没有通口)，通常是严重和深度的听力受损。在这种情况下，移动电话1的扬声器2的音频输出端或通信设备51的扬声器72的音频输出端是无用的，其可被其他与右声道输出端23相连接的无源发射器(如另一个遥感线圈)所替代。现在，通过两个无源发射器(而不是只有图4(a)中所示的一个)，传输的磁感应强度增加了一倍，从而进一步提高了无线传输的质量。
图4(b)描述了本发明的优选第二实施方式，而图4(c)和图4(d)是它的两个变体。在这些实施方式中，通信设备51中的电子元件74包括一个发射器和/或电子元件，它们是需要电源的，因此是有源元件；相比较而言，图4(a)所示的本发明的第二实施方式的发射器71是无源的。在图4(b)中，电子元件74的电源通过电源供给-连带-管理单元73获取自麦克风输入端21。
在图4(c)中，电能通过供给-连带-电源管理单元77取自于左声道22的音频输出端，并且该音频输出端还作为电子元件74的输入端。从音频输出端获取电能是本领域的现有技术。在图4(d)中，用于电子元件74的电能取自于移动电话1的射频传输。获取射频功率也是本领域的现有技术。根据具体的应用，供给-连带-电源管理单元73、77、78包括传感器/拾取器，以及非常简单的电子元件，例如无需电子元件，可以是电容，或具有较复杂的电子元件包括DC-DC转换器和稳压器、电池充电器等。这些供给-连带-电源管理单元的设计是本领域的现有技术。
同样的应用实例是移动电话1(电子装置)和另一电子装置(如助听器54)之间的单工传输，图4(b)-(d)中的电子元件74是有源发射器，并且其输入是移动电话1的左声道输出端22。在这种情况下，传输的形式可包括射频(RF)和其他有源的方式，包括诸如磁感应的无源方式的放大增益，其可涉及一个放大器来为发射遥感线圈提供进一步的放大。如果使用的是射频RF，传输可以是多种协议，包括蓝牙及其变体，超宽带，HIBAN(助听仪器体域网)等。如之前所述，在其他应用中，可采用单工通信来进行无线控制、通信等。
如图4(a)所示，在第一电子装置移动电话1与第二电子装置助听器54(图2(b))进行通信的应用中，移动电话1的扬声器2的声学输出通过扬声器72与移动电话3的右声道输出端23的连接而被恢复。在这一方式下，移动电话1具有常规声学输出端，并且与第二电子装置进行无线传输。在另一应用中，扬声器72可被替换成其他发射器，发射器71或电子元件74(还包括一个无线发射器)中的一种。这里的无线传输可以具有多种无线形式/协议；如果它们是同一种协议的话，则传输强度将被增大一倍。
图4(e)示出了本发明的进一步优选第二实施方式，即在通信设备51中包括一个电池75，且用于给电池75充电的电能取自于麦克风输入端21(或如图4(b)和图4(c)中的其他方式)。如之前所述，电子元件74包括电子元件(和无线发射器)。如果通信设备51需要具有来自移动电话1的右声道输出端23的声学输出，则扬声器72可以被连接。
运行方式如下。首先考虑电子元件74处于闲置状态(未被激活)的情形。在这种情况下，通过麦克风输入端21或通过供给-连带-电源管理73给电池75充电。
现在考虑电子元件74被激活的第二情形。如果麦克风偏压端21能够提供足够的电能，则用于运行电子元件74的电能均由麦克风偏压端21来提供，而电池75不提供任何的电能；通过麦克风偏压端21的偏置电压水平或其他方式能够保证足够的电能(通过电源管理单元73)。如果麦克风输入端21还能进一步提供电能的话，则用于给电池75充电的电能也可以取自于麦克风偏压端21，如果不能，则电池75将不会被充电。在取自麦克风偏压端21的电能不足以驱动电子元件74时，电池75将成为增强电源。在上述情况下，供给-连带-电源管理单元73中的开关将做适当的闭合以实现上述连接。
注意到，电池75现在作为电源，电子元件74的混合将会相当的复杂。例如，如果电子元件74包括一个基于磁感应的发射器，则电子元件74将还包括一个放大器，用来放大左声道22的信号输出。这一放大将增大其所产生的磁场，从而进一步提高了传输的强度/质量。来自左声道输出端22的信号还将被处理和转换成用于数字磁感应的数字信号(代替通常的模拟磁感应)。
电子元件74可进一步包括其他电子元件和无线接收器来接收第二电子元件(如助听器54(图2(b)中的发射器))所发出的信号。该收发器同时包括发射器和接收器。在这一例子中，第一电子装置移动电话1、通信设备51和第二电子装置(如助听器54)之间的通信如下面所述。移动电话1和通信设备51之间的通信是单工的(从第一电子装置移动电话1的左声道输出端22到通信设备51的电子元件74)。通信设备51中的电子元件74包括一个收发器，通信设备51和第二电子装置(也包括收发器)之间的通信是双工的。
为了通过采用第一电子装置移动电话1和通信设备51之间的全双工通信(移动电话1和第二电子装置(如助听器54、起搏器等)之间通过通信设备51作为中间通信设备的全双工通信)来进一步提高通信设备51的通用性，以及对如图4(e)所示的本发明的进一步优选第二实施方式如图4(e)略作修改，可以得到如图4(f)所示的本发明的更进一步优选第二实施方式。在该实施方式中，移动电话1和通信设备51之间的双工通信如下所述。移动电话1的左声道输出端22向通信设备51的电子元件76发射数据，并且通信设备51中的电子元件74通过连线76向移动电话1的麦克风输入端21发射数据(通过电源管理单元73中的开关)。
在如图4(d)所示的本发明的进一步优选第二实施方式中，在第一电子装置移动电话1(电子装置)和第二电子装置(如助听器54)之间的整个通信总结如下。在正向通路中，移动电话1的左声道输出端22是通信设备51的电子元件74的输出，并且接着通过电子元件74被无线处理/发射给第二电子装置(如助听器54)的接收器。在反向通路中，第二电子装置的发射器向通信设备51的电子元件74中的接收器发射，并且处理后，电子元件74通过连线76向第一电子装置移动电话1的麦克风输入端21输出。电子元件74的输出和移动电话1的麦克风输入端21之间的连接是通过供给-连带-电源管理单元73中的开关获得的。类似地，若外接麦克风需要被连接(如图3(d)所示)且未在图4(f)中示出，其也会通过供给-连带-电源管理单元73的开关被适当地开关连接。
总之，在如图4(f)所示的更进一步优选第二实施方式中，通信设备51实际上是在第一电子装置移动电话1和第二电子装置(如助听器54)之间的全双工中间通信设备。如果移动电话1的互联网开启，移动电话1和通信设备51共同构成第二电子装置(如助听器)和第三电子装置(如助听器诊断系统)之间的中间设备，所述第三电子装置连接在互联网链路的远端(移动电话1连接在互联网的近端)。为完整起见，如果通信设备51需要扬声器72，则其可被连通,从而获得来自移动电话1的右声道输出端23的声学输出。
为了更进一步地提高本发明所述的通信设备51的通用性，无需使用移动电话1的音频输出端(左声道输出端22和右声道输出端23)作为通信设备51的通信通道，从而能够完全使用头戴式耳机配件；与图4中的第二实施方式(及其变体)不同。本发明的第三实施方式如图5所示，其是在第一电子装置(如移动电话1)和第二电子装置(如助听器、起搏器等)之间进行无线全双工通信的应用。
图5中，移动电话1包括收发器41(如蓝牙，超宽带广播UWB等)，以及电话中常用的收发器(如GSM或CDMA，未示出)。通信设备51包括两个收发器：收发器91(其通信协议与收发器41兼容)和收发器92。第二电子装置(如图2(b)中的助听器54)包括收发器，例如基于听力仪器体域网(HIBAN)协议。第二设备中的收发器和收发器92具有相同的协议，例如HIBAN。通过通信设备51的两个收发器，通信设备51在第一电子装置移动电话1和第二电子装置之间充当全双工无线中间通信设备；如果不需要全双工，相关收发器中的一个或多个收发器可以省略。
全双工无线通信的运行方式如下所述。在正向通道中，移动电话1的收发器41中的发射器向通信设备51的收发器91中的接收器发射。接收到的信号通过通信设备51的收发器92中的发射器被处理和发射给第二电子装置(如图2(b)中的助听器54)的收发器中的接收器。在回路中，第二电子装置(如助听器54)的收发器中的发射器向通信设备51的收发器92中的接收器发射。所接收到的数据通过通信设备51的收发器91中的发射器被处理和发射给移动电话1的收发器41中的接收器。
进一步地，如果移动电话1连接到互联网，在互联网另一端的第三电子装置现在可以与第二电子装置进行通信(全双工)。考虑到将本发明所述的第三实施方式用于革命性的助听器应用(或其他类似应用)，在互联网连接的远端的第三电子装置是助听器诊断系统，第一电子装置移动电话1位于互联网的近端，并且助听器54是第二电子装置。移动电话1和通信设备51现在共同充当第二电子装置(如助听器54)和第三电子装置(助听器诊断系统)之间的中间通信设备。借助助听器诊断系统来生产助听器的制造商现在可以对助听器进行远程诊断(和/或编程、采集数据等)。
整个通信系统如下所述。位于互联网连接远端的第三电子装置助听器诊断系统与位于互联网近端的移动电话1进行通信(例如，通过GSM、CDMA等)。移动电话1中的收发器41接着与通信设备51中的收发器91进行通信(如通过蓝牙)。通信设备51中的收发器92最终与第二电子装置助听器54中的收发器进行通信(例如，通过HIBAN)。
图5中，电能通过用于通信设备51中收发器91和收发器92的电源管理单元93被获取自移动电话1的麦克风输入端21(或之前所述的其他供电装置)。如同先前所述的实施方式，供给-连带-电源管理单元93包括一个传感器/拾取器，以及简单到不需要任何其他电子元件，可以是电容或其可包括更为复杂的电子元件包括一个DC-DC变换器、一个线性整流器，电池充电器等。供给-连带-电源管理单元93可与之前所述的包括电池的通信设备51相类似。第一种情况是收发器91和收发器92(及其相关电子元件)是闲置的(未被激活)，用于给电池94充电的电能获取自麦克风输入端21。第二种情况是收发器91和收发器92(及其相关电子元件)被激活，如果能够从麦克风偏压端21处获得足够的电流/电能，则用于驱动收发器91和收发器92(及其相关电子元件)的电能获取自麦克风偏压端21，而电池94不提供任何电能；电能是否足够可以通过很多方法来确定。如果麦克风输入端21能够提供足够的电能，则用于给电池94充电的电能也获取自麦克风偏压端21，如果不能，则电池94将不会被充电。当获取自麦克风偏压端21的电能不足以驱动收发器91和收发器92(及其相关电子元件)，则电池94成为第二电源。在上述情况中，电源管理单元93中的开关将进行必要的连接以实现上述的连接，并且实现上述连接的方法是常见的。
此外，上述实施方式中还可能外接麦克风83，供给-连带-电源管理单元93中的开关会进行适时地开关连接。
这里所述的本发明(通信设备51)的第一、第二、第三实施方式及其变体(优选的、进一步优选的以及更进一步优选的实施方式)可以物理嵌入在一个小型的壳体(壳体52)内，如图2(a)所示。这里的壳体52是缓冲器外壳的一部分，所述缓冲器外壳包含了移动电话1的外壳的侧边。
通信设备51的外壳有多种设计方式。例如，缓冲器可具有一个后座使得通信设备51的外壳成为一个壳体以保护移动电话1的背面和侧面。还可以将通信设备51的外壳设计得更加小巧,且仅包括壳体52和插头53。例如，该更小巧的外壳可适于仅与移动电话1的顶部相连接，或与其他电子装置的靠近近耳机插孔处相连接。这一方式，通信设备51的机械一体化不仅仅是移动电话1的TRS/TRRS插头(图2(a)的通信设备51插入图1(a)的插孔3)，而且还实现了通信设备51的外壳与移动电话1的壳体的机械连接。从机械角度看，其有利于保持壳体51的较低的高度外形,从而使得凸起较低，从而增强了机械的完整性。
通信设备51的外壳的可替换设计是在外壳/壳体的背面包括电子元件。这样，外壳的高度就与常规的壳体高度相同。这一设计可给用户带来更加美观的愉悦。
一些用于移动电话1的壳体具有内置电池以作为(移动电话1的)备用电源，并且在外部进行充电。通信设备51也可作为具有外接电池的壳体被实现，通信设备51内的电子元件的电能可获取自该外接电池。作为移动电话1的缓冲器/外壳设计领域的技术人员还能够设计出许多的变体。
为完整起见，需要注意的是本发明所述的实施方式，当其被嵌入一个外壳内适于至少部分连接移动电话1的壳体时，具有许多显著地优点。第一个显著地优点在于通信设备1的电子元件(包括发射器和接收器)非常接近第一电子装置移动电话1和第二电子装置(如助听器)。正因为如此的接近，移动电话1、通信设备51和第二电子装置的传输功率才能够非常低。这意味着非常低的功率需求,从而允许使用无源发射器，电能可被获取的有源收发器，并且在相关的情况下，通信设备51内或其他地方可使用超小型可充电电池。
第二个显著的优点是将通信设备51作为移动电话1的一部分非常的方便，特别是其外形小巧，不需要设有单独的设备实体。而大多数的现有设备是外接在移动电话1的单独的设备实体。
本发明所述的实施方式的第三个显著优点在于：移动电话1在很大程度上保留了完整的功能。例如，图4(a)到图4(f)中，扬声器2的音频输出端(图1(a)至图1(b)，移动电话1的扬声器)可被通信设备51中的扬声器恢复/获取。在助听器应用中对声学输出(从扬声器)的需求对于那些开放式助听器或具有大通口耳模的用户来讲是很重要的。这些用户将继续受益于通过通信设备51到其助听器的无线传输的附加通信，例如磁感应等。
对于本领域技术人员来讲，尽管这里已经给出了优选实施方式作为制造和使用本发明的最佳方式，也可做适当地修改来满足用户或制造商的需求或选择，这些修改可以从本发明的优点方面得出。
例如，图3(b)、图3(d)和图5中，外接麦克风83可与移动电话1的麦克风输入端21相连接。典型的，当移动电话1被用来打电话且主要发射器(通常是GSM或CDMA)被激活时，外接麦克风83(作为音频附件)被使用。在打电话或类似操作时，主要是射频传输，并且很容易被探测到。通信设备51内的电子元件可以很容易的利用强射频传输的探测来断开其他连接，而将麦克风83和麦克风输入端21相连接。通过这一方式，耳机/麦克风音频附件的整个功能将均是可用的。
本发明所述的实施方式的应用是通用的,而并非局限于音频信号。本发明的通信设备这里可以被看作是的第一电子装置(如移动电话1)和第二电子装置(如助听器，医疗设备语音处理器等)之间的通用中间通信设备。例如，本发明所述的不包括音频信号的一个应用是将移动电话1(通过通信设备51)作为遥控器使用,从而控制助听器、起搏器等的功能。这些功能包括调节音量，改变程序等。这样做有几种方式，一个简单的方法就是移动电话1通过左声道输出端22根据不同的控制命令输出不同的特定声音序列。壳体52中的电子元件将解释这些特定语音并向助听器无线传输相应地信号。通过这一方式，移动电话1-连带-通信设备51就替代了助听器的遥控器。
如果在通信设备51中加入不同的传感器，其还可以有其他应用。例如，移动电话1-连带-通信设备51还可以作为红外线发射器充当电视机遥控器。
尽管本发明所述的实施方式均使用的移动电话1，但是也可以使用其他电子装置。例如，可使用无绳电话(DECT)或双向无线电通讯设备(对讲机)。此外，为了提高本发明通信设备51的普遍性，其还可进一步包括通用插座，如USB(除了和/或包括TRS或TRRS插座)。
本发明不限于上述的实施例。对于所属领域的普通技术人员来说，许多不同的显而易见变化仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (14)

1.一种与移动电话和助听器相连接的通信设备，其特征在于：
所述通信设备被嵌入在外壳中，
所述移动电话被嵌入在壳体中，
所述外壳适于与所述壳体的至少一部分物理连接，
所述通信设备与所述助听器之间的所述连接是无线的，
用于驱动所述通信设备的电能是被动获取或主动获取的。
2.根据权利要求1所述的通信设备，其特征在于：用于驱动所述通信设备的电能获取自所述移动电话。
3.根据权利要求2所述的通信设备，其特征在于：
所述移动电话具有麦克风输入端、至少一个音频输出端、以及用于发射无线电频率信号的发射器，
被获取的所述电能的至少一部分获取自下列来源之一：所述麦克风输入端、所述无线电频率信号、所述音频输出端、或三者之间的任意组合。
4.根据权利要求3所述的通信设备，其特征在于：所述通信设备包括有充电电池，所述充电电池至少部分地可由被获取的所述电能充电。
5.根据权利要求1所述的通信设备，其特征在于：
所述移动电话具有一个麦克风输入端，以及
所述通信设备具有通过所述麦克风输入端将信号输入的手段。
6.根据权利要求1所述的通信设备，其特征在于：
所述移动电话具有音频输出端，以及
所述通信设备具有一个与所述音频输出端相连的输入端。
7.根据权利要求1所述的通信设备，其特征在于：所述无线连接通过以下来实现：
所述通信设备具有可以发射无线信号的发射器，以及
所述助听器具有可以接收所述无线信号的接收器。
8.根据权利要求7所述的通信设备，其特征在于：
所述移动电话向所述通信设备输出信号，以及
在所述通信设备和所述助听器之间传播的所述无线信号至少是所述移动电话的所述输出信号的指示。
9.根据权利要求1所述的通信设备，其特征在于：
所述助听器具有一个发射无线信号的发射器，且
所述通信设备具有从所述助听器接收所述无线信号的接收器。
10.根据权利要求9所述的通信设备，其特征在于：所述移动电话具有麦克风输入端，且从所述助听器接收到的所述无线信号的指示被输入给所述麦克风输入端。
11.根据权利要求1所述的通信设备，其特征在于：所述通信设备具有一个扬声器，所述移动电话具有与所述扬声器相连接的音频输出端。
12.根据权利要求1所述的通信设备，其特征在于：所述移动电话与另一个电子装置进行进一步连接，所述进一步连接实现如下：
所述移动电话连接至互联网，
所述另一个电子装置连接至互联网，且
所述进一步连接是通过互联网实现的。
13.根据权利要求1所述的通信设备具有一个无线发射器和一个无线接收器，其特征在于：
所述助听器具有无线接收器，
所述移动电话具有无线发射器，所述移动电话的无线发射器向所述通信设备的无线接收器发射信号，且
所述通信设备的无线发射器向所述助听器的无线接收器发射所述被发射至通信设备的信号的至少信号指示。
14.根据权利要求1所述的通信设备具有一个无线发射器和一个无线接收器，其特征在于：
所述移动电话具有无线接收器，
所述助听器具有无线发射器，所述助听器的无线发射器向所述通信设备的无线接收器发射信号，以及
所述通信设备的无线发射器向所述移动电话的无线接收器发射所述被发射至通信设备的信号的至少信号指示。
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