CN107895854A

CN107895854A - 光通信接口

Info

Publication number: CN107895854A
Application number: CN201710889423.7A
Authority: CN
Inventors: 斯蒂芬·马克·托恩
Original assignee: NXP BV
Current assignee: NXP BV
Priority date: 2016-10-04
Filing date: 2017-09-27
Publication date: 2018-04-10
Anticipated expiration: 2037-09-27
Also published as: US20180098144A1; US10057672B2; EP3306833B1; CN107895854B; EP3306833A1

Abstract

一个例子公开用于手持式装置的光通信接口：其中所述手持式装置具有外表面；其中所述外表面包括内向侧和外向侧；在所述手持式装置的所述内向侧上，具有光输入和电输出的第一光接收器；其中所述电输出耦合到电路；且其中所述光输入被配置成在所述手持式装置的所述外向侧上光耦合到第二光发射器。

Description

光通信接口

技术领域

本说明书涉及用于光通信接口的系统、方法、设备、装置、制品和指令。

背景技术

手持式装置以许多形式出现，例如：智能手机、可穿戴装置、可听戴设备、耳塞、移动装置和各种医疗装置。手持式装置在本文中定义为包括普通人可易于携带的装置。此类手持式装置不一定一直由人的手拿着，但在许多示例实施例中，在某一时刻(例如在贴到一件衣服、夹具或人的身体上时)是由人的手携带的。

例如可听戴设备等手持式装置可由具有嵌入式音频和传感器功能的两个无线耳塞组成。在音频功能方面，所述手持式装置在大多数情况下可支持从例如手机等外部装置重放立体声音频，和打电话。所述手持式装置可经由经典蓝牙或经由低功耗蓝牙(BLE)与手机通信。

一些手持式装置可使用USB线来给其内部电池充电并进行数据传送。此数据传送可包括：嵌入式固件升级、嵌入式语音提示的更新(例如，在用户选择新的语言时)和/或更新嵌入式媒体(例如，MP3)数据库。

然而，因为其它手持式装置(例如，可听戴设备、耳塞等)的空间受约束，所以只有很少或没有标准USB连接器的空间。一个示例做法是在手持式装置的对接台上构建定制USB端口/连接器，所述对接台还包括标准USB端口。

在一个例子中，此定制USB连接器可包括具有弹簧针的单独电流触点。此类定制USB连接器可以类似于标准USB端口和线的方式运送电力和数据两者。

然而，示例定制USB连接器可具有各种问题。例如：

-定制连接器可为机械或电复杂的，且成本高，还有许多机械设计约束；

-保证连接器上的信号完整性(这对于USB 3.0来说至关重要)可能有难度，从而导致数据传送速度降低；

-电流触点可随时间推移而腐蚀或以其它方式受损坏；

-可能需要额外的电子预防措施以确保手持式装置的电池不会在人穿戴所述装置时(例如可能经由导电汗水)经由定制连接器放电；和

-电流触点可损害手持式装置的水密性。

非接触式手持式装置可具有其自身的问题。举例来说，标准/定制USB连接器的高速数据传送功能在转到一些示例非接触式耳塞时失去。

一些手持式装置在包括用于无线数据通信的以下无线电中的一个或多个时，可能不具有足够的BW用于在合理的时间量内传送大数据库。例如：

-经典蓝牙：

○在EDR模式中，最大PHY速率为3Mbps；

○然而，实际的数据吞吐量可仅为这个的一小部分；

-低功耗蓝牙：

○当今最大PHY速率为1Mbps；

○最大PHY速率为2Mbps的新PHY模式正在标准化；

○然而，实际的数据吞吐量可仅为这个的一小部分；

-近场磁感应无线电：

○当今最大PHY速率为0.6Mbps；

○然而，实际的数据吞吐量可仅为这个的一小部分。

例如Qi或A4WP等无线充电标准类似地仅提供非常有限的通信带宽，其用于控制无线充电行为，且不用于应用数据传送。

用于非接触式数据传送的其它手段(例如添加具有足够数据吞吐量的额外无线电，例如WiFi、UWB或其它)具有高电力消耗，增加手持式装置的成本，占据宝贵的内部装置基板面，且需要额外天线。这可使得将额外高速无线电集成到此空间受约束的装置中是不切实际的。

发明内容

根据示例实施例，用于手持式装置的光通信接口：其中手持式装置具有外表面；其中外表面包括内向侧和外向侧；在手持式装置的内向侧上，具有光输入和电输出的第一光接收器；其中电输出耦合到电路；且其中光输入被配置成在手持式装置的外向侧上光耦合到第二光发射器。

在另一示例实施例中，其另外包括在手持式装置的内向侧上且具有电输入和光输出的第一光发射器；其中电输入耦合到电路；且其中光输出被配置成在手持式装置的外向侧上耦合到第二光接收器。

在另一示例实施例中，第二光接收器和第二光发射器在第二装置的外表面内耦合。

在另一示例实施例中，第一光接收器被配置成与第二光发射器分开达小于一米的气隙。

在另一示例实施例中，手持式装置为以下各者中的至少一个：移动装置、医疗装置、可穿戴装置、可听戴设备、耳塞或智能手机。

在另一示例实施例中，第二装置为以下各者中的至少一个：对接装置、基站、充电盒、智能手机、计算机或显示屏表面。

在另一示例实施例中，第二装置中的光发射器为显示屏。

在另一示例实施例中，光发射器为以下各者中的至少一个：光电二极管或LED二极管；且光接收器为以下各者中的至少一个：光电晶体管、光电导体或感光器。

在另一示例实施例中，手持式装置包括在被配置成与第二装置柔性连接的手持式装置上分散在各种空间位置的光发射器和接收器的多个集合。

在另一示例实施例中，手持式装置和第二装置包括对准元件，所述对准元件被配置成增加至少一个光发射器和接收器对之间的信噪比。

在另一示例实施例中，第一光发射器和第一光接收器被配置成使用光波长与第二装置交换数据；且交换的数据包括以下各者中的至少一个：固件更新；软件更新；文件传送；配置或用户配置文件设置或重新配置(例如，语音命令语言配置文件)；媒体存储(例如，播放列表)；和应用(App)程序更新。

在另一示例实施例中，手持式装置上的光发射器或光接收器也用于以下各者中的至少一个：健康监测或视觉显示。

在另一示例实施例中，外表面包括光学窗口，所述光学窗口被配置成实现与第二光发射器的光耦合。

在另一示例实施例中，光学窗口在第一光接收器或第一光发射器被配置成操作的光频率集合内是透明或半透明的；且光学窗口包括以下各者中的至少一个：透明塑料、玻璃、石英或对所使用的频率光学透明的任何材料。

在另一示例实施例中，其另外包括封装，所述封装覆盖手持式装置的外向侧。

在另一示例实施例中，封装形成以下各者中的至少一个：防水密封件、水密密封件、防尘密封件或气密密封件。

在另一示例实施例中，封装被配置成实现与第二光发射器的光耦合。

根据示例实施例，用于手持式装置的光通信接口：其中手持式装置具有外表面；其中外表面包括内向侧和外向侧；在手持式装置的内向侧上且具有电输入和光输出的第一光发射器；其中电输出耦合到电路；且其中光输出被配置成在手持式装置的外向侧上耦合到光接收器。

根据示例实施例，用于非接触式耳塞的光通信接口：其中非接触式耳塞具有外表面；其中外表面包括内向侧和外向侧；在非接触式耳塞的内向侧上，具有光输入和电输出的第一光接收器；在本文中，电输出耦合到电路；其中光输入被配置成在非接触式耳塞的外向侧上光耦合到第二光发射器；在非接触式耳塞的内向侧上且具有电输入和光输出的第一光发射器；其中电输入耦合到电路；其中光输出被配置成在非接触式耳塞的外向侧上耦合到第二光接收器。

以上论述并不意图表示当前或将来权利要求集的范围内的每个示例实施例或每个实施方案。以下各图和详细描述还举例说明了各种示例实施例。

结合附图考虑以下详细描述，可以更加完全地理解各种示例实施例，在附图中：

附图说明

图1为光通信接口的第一例子。

图2为光通信接口的第二例子。

图3为光通信接口的第三例子。

虽然本发明容许各种修改和替代形式，但是已经借助于例子在图式中示出其特殊性且将进行详细描述。然而，应理解，超出所描述的特定实施例的其它实施例也是可能的。也涵盖落入所附权利要求书的精神和范围内的所有修改、等效物和替代实施例。

具体实施方式

下文论述实现手持式装置的高速数据传送选项而不需要额外收发器或天线的光学构件。

图1为光通信接口的第一例子100。第一光通信接口100包括：被配置成与第二装置104通信的手持式装置102。

手持式装置102包括：光接收器106、光发射器108(在一些实施例中为任选的)、光学窗口110(在一些实施例中为任选的)、无线充电接收器112(在一些实施例中为任选的)、处理器114、数据存储器件116、电力供应器118(例如，电池)、外表面134、内向侧136和外向侧138。

第二装置104包括：光接收器120(在一些实施例中为任选的)、光发射器122、光学窗口124(在一些实施例中为任选的)、无线充电发射器126(在一些实施例中为任选的)、处理器128、数据存储器件130、电力供应器132、外表面140、内向侧142和外向侧144。

手持式装置102具有外表面134，所述外表面具有内向侧136和外向侧138。在手持式装置102的内向侧136上的光接收器106具有光输入和电输出。电输出耦合到电路(例如，处理器114、数据存储器件116、电力供应器118等)。

光输入被配置成在手持式装置102的外向侧138上光耦合(“虚线箭头”)到第二光发射器122。“在外向侧138上”在本文中定义为包括手持式装置102的外部环境，其实际上可或可不与手持式装置102物理接触。

在手持式装置102的内向侧136上的光发射器108也具有电输入和光输出。这个电输入也耦合到电路。光输出被配置成在手持式装置102的外向侧138上耦合(相对朝向的“虚线箭头”)到第二光接收器120。

在一个例子中，第二光接收器120和第二光发射器122在第二装置104的外表面140内耦合。

第一光接收器106被配置成与光发射器122分开达可能小于一米(在一些示例实施例中)的气隙。因此，第一示例光通信接口100使用光来进行非接触式通信和数据传送。

交换的数据可包括：固件更新；软件更新；文件传送；配置或用户配置文件设置或重新配置(例如，语音命令语言配置文件)；媒体存储(例如，播放列表)；和应用(App)程序更新。

在一个例子中，手持式装置102和第二装置104两者各自具有光接收器106、120和光发射器108、122。光接收器106、120和发射器108、122形成用于同时接收和发射信息的两个光发射器/接收器通信路径。

在不同例子中，光发射器108、122可为：光电二极管或LED二极管。

类似地，在不同例子中，光接收器106、120可为：光电晶体管、光电导体或感光器。

外表面134包括光学窗口110，所述光学窗口被配置成实现与第二光发射器122的光耦合。光学窗口110在光接收器106或光发射器108被配置成操作的光频率集合内是透明或半透明的。光学窗口110可从以下各者当中制造：透明塑料、玻璃、石英、或对所使用的频率光学透明的任何材料。

在一些示例实施例中，封装(参见图3中的312)覆盖或包围手持式装置102的外向侧138。可选择封装以形成：防水密封件、水密密封件、防尘密封件或气密密封件。如果封装覆盖光学窗口110，那么也可选择封装以实现与第二光发射器122的光耦合。

在其它示例实施例中，手持式装置102可包括在被配置成与第二装置104柔性连接的手持式装置102上分散在各种空间位置的光发射器108、122和接收器106、120的多个集合。

在各种示例实施例中，手持式装置102可为：移动装置、医疗装置、可穿戴装置、可听戴设备、耳塞或智能手机。

类似地，在各种示例实施例中，第二装置104可为：对接装置、基站、充电盒、智能手机、计算机或显示屏表面。

如果仅需要单向数据传送，那么第二装置104可为显示屏，且光发射器122由显示屏上的像素构成。

在某些示例实施例中，手持式装置102上的光发射器108或光接收器106也可用于以下各者中的至少一个：健康监测或视觉显示，其条件是调整其操作频谱。

在某些示例实施例中，对手持式装置102中的电力供应器118(例如，一次性电池)无线充电。

图2为光通信接口的第二例子200。第二光通信接口200包括被配置成与对接装置204通信的可穿戴装置202。

可穿戴装置202包括：光接收器206、光发射器208、光学窗口210、无线充电接收器212、处理器214、数据存储器件216和电力供应器218。

对接装置204包括：光接收器220、光发射器222、光学窗口224、无线充电发射器226、处理器228、USB接口230、数据线232和电力输入234。

在这个第二例子200中，对接装置204(例如，耳塞盒)包含具有高速USB接口230的处理器228(例如，微控制器)。这个MCU 228对传入的USB通信数据进行缓冲，且使得对接装置204能够将USB通信数据转换成光学UART(通用非同步接收和发射)，接着将所述光学UART发射到可穿戴装置202(例如，可听戴耳塞)。

相反地，可穿戴装置202的处理器214(例如，MCU)也用以经由光学UART信息接口来接收和发射数据。尽管其它通信协议可用于第二光通信接口200(例如，SPI)，但在一些例子中，UART仅需要2个接脚来建立双向通信。

在某些示例实施例中，通过将例如可听戴设备202与充电盒204之间的距离(例如，气隙)减到最少，可穿戴装置202和对接装置204被设计为具有可穿戴装置202和对接装置204的光接收器206、220与光发射器208、222之间的最优(例如，高信噪比)光耦合。

另外，可穿戴装置202和对接装置204可包括对准元件，所述对准元件被配置成使每个光发射器208、222和接收器206、220对在几何学上并置，由此增加其通信路径信噪比。

对准元件可包括：机械元件；磁性元件或机电定位元件。

图3为光通信接口的第三例子300。第三光通信接口300嵌入于示例耳塞302中。

耳塞302包括：光接收器306、光发射器308、光学窗口310、封装312、扬声器314、无线充电接收器(未图示)、处理器(未图示)、数据存储器件(未图示)和电力供应器(未图示)。

第三例子300示出使用封装312的示例非接触式气密密封式耳塞。封装312增加耳塞302的寿命，且简化构造。选择封装312以将耳塞302与其对接/充电盒(未图示)之间的光通信路径所受的干扰减到最少。

在本说明书中，已经依据选定的细节集呈现示例实施例。然而，本领域的普通技术人员将理解，可以实践包括这些细节的不同选定集合的许多其它示例实施例。希望所附权利要求书涵盖所有可能的示例实施例。

Claims

1.一种用于手持式装置的光通信接口，其特征在于：

所述手持式装置具有外表面；

其中，所述外表面包括内向侧和外向侧；

在所述手持式装置的所述内向侧上，具有光输入和电输出的第一光接收器；

其中，所述电输出耦合到电路；且

其中，所述光输入被配置成在所述手持式装置的所述外向侧上光耦合到第二光发射器。

2.根据权利要求1所述的接口，其特征在于：

进一步包括在所述手持式装置的所述内向侧上且具有电输入和光输出的第一光发射器；

其中，所述电输入耦合到所述电路；且

其中，所述光输出被配置成在所述手持式装置的所述外向侧上耦合到第二光接收器。

3.根据权利要求1所述的接口，其特征在于：

所述第一光接收器被配置成与所述第二光发射器分开达小于一米的气隙。

4.根据权利要求1所述的接口，其特征在于：

所述手持式装置为以下各者中的至少一个：移动装置、医疗装置、可穿戴装置、可听戴设备、耳塞或智能手机。

5.根据权利要求1所述的接口，其特征在于：

所述第二装置为以下各者中的至少一个：对接装置、基站、充电盒、智能手机、计算机或显示屏表面。

6.根据权利要求1所述的接口，其特征在于：

所述第二装置中的所述光发射器为显示屏。

7.根据权利要求1所述的接口，其特征在于：

所述光发射器为以下各者中的至少一个：光电二极管或LED二极管；且

其中，所述光接收器为以下各者中的至少一个：光电晶体管、光电导体或感光器。

8.根据权利要求1所述的接口，其特征在于：

所述光学窗口在所述第一光接收器或第一光发射器被配置成操作的光频率集合内是透明或半透明的；且

其中，所述光学窗口包括以下各者中的至少一个：透明塑料、玻璃、石英或对所使用的频率光学透明的任何材料。

9.一种用于手持式装置的光通信接口，其特征在于：

所述手持式装置具有外表面；

其中，所述外表面包括内向侧和外向侧；

在所述手持式装置的所述内向侧上且具有电输入和光输出的第一光发射器；

其中，所述电输出耦合到电路；且

其中，所述光输出被配置成在所述手持式装置的所述外向侧上耦合到光接收器。

10.一种用于非接触式耳塞的光通信接口，其特征在于：

所述非接触式耳塞具有外表面；

其中，所述外表面包括内向侧和外向侧；

在所述非接触式耳塞的所述内向侧上，具有光输入和电输出的第一光接收器；

其中，所述电输出耦合到电路；

其中，所述光输入被配置成在所述非接触式耳塞的所述外向侧上光耦合到第二光发射器；

在所述非接触式耳塞的所述内向侧上且具有电输入和光输出的第一光发射器；

其中，所述电输入耦合到所述电路；且

其中，所述光输出被配置成在所述非接触式耳塞的所述外向侧上耦合到第二光接收器。