CN109688521B - 一种扬声器、制备方法、无线通信模块及终端设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种扬声器、制备方法、无线通信模块及终端设备。该扬声器包括背面支撑框、磁体、扬声器线圈和音膜，还包括可以接收和/或发送无线信号并将音膜固定在背面支撑框开口处的连续或间断的环形盖，环形盖上设有至少一个天线负极触点和至少一个天线正极触点。环形盖除了具有限制音膜横向运动的作用外，还具有接收和/或发送无线信号的作用，与扬声器的音频信号不存在相互干扰，不影响扬声器的发音、音质等，提高了产品的空间利用率，在环形盖上设有至少一个天线负极触点和至少一个天线正极触点，通过天线负极触点和天线正极触点的任意组合可构成工作频段各不相同的天线，以便接收和/或发送不同频段的无线信号。

Description

一种扬声器、制备方法、无线通信模块及终端设备

技术领域

本发明涉及通讯领域，特别是涉及一种扬声器、制备方法、无线通信模块及终端设备。

背景技术

现有的便携电子设备，如手机、智能手表、平板电脑、智能家居等便携或可穿戴设备大多数都会支持NFC功能。NFC英文全称Near Field Communication，即近距离无线通信。NFC是一种短距离的高频无线通信技术，允许电子设备之间进行双向非接触式点对点数据传输，采用双向的识别和连接。以支持NFC功能的手机为例，NFC手机具有三种功能模式：NFC手机作为识读设备(读写器)、NFC手机作为被读设备(卡模拟)、NFC手机之间的点对点通信应用，可以替代银行卡、公交卡、门禁卡、机票等各种磁卡，实现移动支付、电子票务、门禁、移动身份识别、防伪等应用。

支持NFC功能的便携设备里面，都有内置NFC天线，NFC天线是所有电子设备实现NFC功能的空中无线接口。NFC天线工作射频频率13.56MHz，一般是由独立FPC(柔性印刷电路板)薄片组成，FPC上是绕线、印刷的电路线圈，面积大约在8-15平方厘米左右。在现在布件面积小、厚度薄的手机内部空间里面，NFC天线占据了巨大的面积,并且和具有无线充电功能的手机中同样是扁平形状的充电耦合金属线圈互相干涉，不利于手机向多功能化方向发展。另外，目前的NFC独立天线价格较为高昂，手机行业竞争激烈，需要更严格的成本控制。另一方面，手机都有内置的微型扬声器，作为声音交互接口。

现有技术中公开号为CN201585021U的中国专利披露了近场通信天线与电声转换模块一体的结构，近场通信天线通过电镀等方式设置于电声转换模块的外表面或壳体的内或外表面。现有技术中公开号为CN202534777U的中国专利披露了将NFC天线相对于扬声器设置，以达到NFC天线在无线终端中所占空间最小的目的，NFC天线绕制在扬声器的表面、侧表面、上表面或下表面或周边。上述两个专利中虽然有利于减小NFC天线的占用面积和空间，但是NFC天线均作为扬声器的一个新增独立元件，不可避免的会增加扬声器的体积(天线绕制时)或制作工艺复杂度(天线为电镀时)。

现有技术中公开号为CN202617115U的中国专利披露了一种NFC通讯模块，采用共用手机扬声器线圈以及磁体实现NFC天线功能，虽然极大减小了天线面积和成本，但是由于激励音膜发声的电信号和NFC通信信号共用扬声器线圈通路，彼此间存在信号干扰，影响声音质量和NFC通信质量。虽然专利中为解决这个问题设置了选频电路，但是选频电路增加了器件、电路和成本，给产品电路板的布局和走线带来了新的问题。另外，线圈匝数和线圈面积是NFC通信质量和扬声器音质的关键影响因素，而专利中表明需要选取适合两者工作的线圈匝数和线圈面积，即可实现NFC天线和手机扬声器的兼容设计，说明存在为了满足NFC通信质量会降低扬声器的音质的可能。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种扬声器、制备方法、无线通信模块及终端设备。

为了实现本发明的上述目的，根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种扬声器，包括背面支撑框、磁体、扬声器线圈和音膜，还包括可以接收和/或发送无线信号并将所述音膜固定在背面支撑框开口处的连续或间断的环形盖，所述环形盖上设有至少一个天线负极触点和至少一个天线正极触点。

上述技术方案的有益效果为：现有技术中背面支撑框开口处的环形盖的作用通常为限制音膜横向运动(即限制音膜在背面支撑框开口的径向的运动)而设置的，同时起到阻挡音膜前后空气流通的作用，在本申请中环形盖除了具有上述作用外还具有接收和/或发送无线信号的作用，由于无线通信的频率远高于音频频率，因此两者之间不会存在相互干扰，只是对扬声器现有结构的微小改进就能兼容无线通信天线的功能，不影响扬声器的发音、音质等性能，提高了产品的空间利用率，同时可以利用扬声器本身的磁体屏蔽其他干扰信号，优化环形盖作为天线的抗干扰和接收灵敏度等性能，同时在环形盖上设有至少一个天线负极触点和至少一个天线正极触点，通过天线负极触点和天线正极触点的任意组合可构成工作频段各不相同的天线，以便，环形盖能够接收和/或发送不同频段的无线信号。

在本发明的一种优选实施方式中，所述环形盖为金属制成，所述环形盖上设有一个开口，开口的一端作为天线负极触点，开口的另一端作为天线正极触点。

上述技术方案的有益效果为：公开了环形盖的一种结构形式，这种结构简单易设计，后期天线性能调试难度低

在本发明的一种优选实施方式中，所述环形盖包括非金属本体和设于所述非金属本体上的金属层，所述金属层上设有一个开口，开口的一端作为天线负极触点，开口的另一端作为天线正极触点。

上述技术方案的有益效果为：公开了环形盖的另一种结构形式，这种结构利用了非金属本体质轻和价廉的特点，能够减轻产品重量和成本，同时非金属本体容易加工，能够降低加工成本。

在本发明的一种优选实施方式中，所述金属层包括多个半径各不相同的圆环单元和/或圆弧单元；通过圆环单元和/或圆弧单元的不同组合能够接收和/或发送不同频段的无线信号。

上述技术方案的有益效果为：公开了环形盖接收和/或发送不同频段的无线信号的一种结构形式，这种结构使得组合的天线结构差异较大，进而可以接收和/或发送频段差异较大的无线信号。

在本发明的一种优选实施方式中，每个圆环单元或圆弧单元上分别设有至少一个天线负极触点和至少一个天线正极触点。

上述技术方案的有益效果为：公开了环形盖接收和/或发送不同频段的无线信号的另一种结构形式，这种结构使得组合的天线结构差异较小，进而可以接收和/或发送频段差异不大的无线信号。

在本发明的一种优选实施方式中，所述天线正极触点沿环形盖或金属层圆周方向依次设置；

和/或所述天线负极触点沿环形盖或金属层圆周方向依次设置；

和/或所述环形盖或背面支撑框或音膜边缘中的全部或部分上设有引线槽，所述引线槽用于放置从天线负极触点和/或天线正极触点引出的导线；

和/或还包括位于音膜下方或背面支撑框开口边沿的铁氧体元件。

上述技术方案的有益效果为：沿环形盖或金属层圆周方向依次设置天线正极触点和/或天线负极触点，通过改变天线正极触点与天线负极触点之间的导体长度能够改变接收和/或发送无线信号的频段，调节方便。通过引线槽便于对规整和保护导线。铁氧体元件能够屏蔽产品电路板上的干扰信号，并增强环形盖的接收灵敏度。

为了实现本发明的上述目的，根据本发明的第二个方面，本发明提供了一种上述扬声器的制备方法，包括：

S1，制备扬声器，在扬声器的背面支撑框内设置有磁体和扬声器线圈，将音膜设于背面支撑框的开口处；

S2，在所述音膜外表面设置可以接收和/或发送无线信号并将所述音膜固定在背面支撑框开口处的连续或间断的环形盖，所述环形盖上设有至少一个天线负极触点和至少一个天线正极触点，所述环形盖或金属层的尺寸的设计方法为：

基于环形盖或金属层接收和/或发送的无线信号的工作频率f设计天线匹配电路，天线匹配电路中的电感值为环形盖或金属层的电感值L，基于环形盖或金属层的电感值L利用迭代算法从如下公式中获得环形盖或金属层的环形宽度w：

其中，μ为磁导率；d_out为环形盖或金属层的外圈直径，由背面支撑框的开口尺寸确定；w为环形盖或金属层的环形宽度。

上述技术方案的有益效果为：该制备方法制备的扬声器除了具有上述扬声器的有益效果外，还具有根据不同频段的无线信号设计不同环形宽度的环形盖或金属层的建议设计的有益效果。

为了实现本发明的上述目的，根据本发明的第三个方面，本发明提供了一种无线通信模块，包括通信单元和上述扬声器，所述通信单元的地端与扬声器上的天线负极触点连接，通信单元的天线信号输入端与扬声器上的天线正极触点连接；

所述通信单元包括NFC通信单元或WIFI通信单元或蓝牙通信单元或射频通信单元中的部分或全部。

上述技术方案的有益效果为：除了具备上述扬声器的有益效果外，还具有可用于WIFI、NFC等多种无线通信，能够应用于任何具备扬声器的电子产品中，如手机、平板或可穿戴产品等，具有广泛的应用基础。

在本发明的一种优选实施方式中，还包括至少一个开关元件，所述开关元件的输入端与至少一个天线正极触点连接，开关元件的输出端与NFC通信单元或WIFI通信单元或蓝牙通信单元或射频通信单元中部分或全部的天线信号输入端连接。

上述技术方案的有益效果为：通过开关单元能够实现扬声器中的环形盖上不同的天线正极触点与通信单元的天线信号输入端接通，进而实现无线通信在不同频段之间切换，特别有利于实现通信频段差异较大的天线之间的切换。

为了实现本发明的上述目的，根据本发明的第四个方面，本发明提供了一种终端设备，包括控制单元和上述无线通信模块，所述控制单元与通信单元通过数据接口连接通信；

和/或所述控制单元的控制信号输出端与开关单元的通断控制端连接。

上述技术方案的有益效果为：该终端设备除了具有上述扬声器和无线通信模块的有益效果外，还具有通过控制单元实现了扬声器上的环形盖接收和/或发送的无线信号的频段的自动切换的有益效果。

附图说明

图1是现有技术中NFC天线的布局示意图；

图2是现有技术中扬声器的结构爆炸示意图；

图3是本发明一种优选实施方式中环形盖为金属时扬声器的爆炸示意图；

图4是本发明一种优选实施方式中环形盖本体为非金属时的一种结构示意图；

图5是本发明一种优选实施方式中环形盖本体为非金属时的另一种结构示意图；

图6是本发明一种优选实施方式中环形盖或金属层的形状图；

图7是本发明一种优选实施方式中终端设备的系统框图。

附图标记：

1环形盖；11非金属本体；12金属层；13开口；2音膜；3磁体；4背面支撑框；5天线正极触点；6天线负极触点；a NFC天线；b NFC天线支撑板。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

本发明公开了一种扬声器，图1所示为常见的NFC天线结构，其包括NFC天线a和位于NFC天线a下方的NFC天线支撑板b，这种结果需要占用较大的空间，不利于终端产品的布局和微小超薄化。图2所示为终端设备中常见的扬声器的结构，包括背面支撑框4、磁体3、扬声器线圈和音膜2，以及用于限制音膜2横向运动而设置的同时起到阻挡音膜2前后空气流通作用的环形盖1，环形盖1包括金属制成或塑料等非金属制成，NFC天线a是圆环形金属线圈，环形盖1也是环形，因此，如图3所示，将环形盖1设计为可接收和/或发送无线信号的天线十分有利于产品布局，能极大地节省空间，且还保留有原来的环形盖1在扬声器上的功能。

在本发明的一种优选实施方式中，该扬声器包括背面支撑框4、磁体3、扬声器线圈和音膜2，还包括可以接收和/或发送无线信号并将音膜2固定在背面支撑框4开口处的连续或间断的环形盖1，环形盖1上设有至少一个天线负极触点6和至少一个天线正极触点5。

在本实施方式中，优选的，环形盖1底部可设有一个与背面支撑框4的开口边沿形状大小匹配的凹槽，这样环形盖1可通过粘接或热接或焊接或旋拧等方式将音膜2固定在背面支撑框4的开口处。环形盖1也可直接粘接或热接或焊接等方式将音膜2固定在背面支撑框4的开口处。环形盖1可用作接收和/或发送天线。天线负极触点6和天线正极触点5便于环形盖1与引出信号的导线连接，优选但不限于为焊盘或局部漏铜等形式。

在本实施方式中，环形盖1的形状优选但不限于为环形，也可具有至少一个为满足天线性能而设计的局部凸起，这些局部凸起优选的向背面支撑框4的外表面(如锥形外表面)延伸，这样就不会影响音膜2的振动。

在本实施方式中，天线负极触点6和天线正极触点5可分别沿环形盖1圆周方向排列，选择不同的天线负极触点6和天线正极触点5组合，会使得接收和/或发送无线信号的频段不同。如图3所示。优选的，环形盖1可以为分离的几段圆弧构成，每段圆弧上设置有天线负极触点6和天线正极触点5，不同圆弧的尺寸参数可以不同，这样使得不同圆弧的接收和/或发送无线信号的频段不同，频段差异可为同一种通信模式下的信道频点差异，也可为不同通信模式下的较大频段差异，通信模式包括但不限于为NFC、WIFI、GSM、3G或4G等。

在本发明的一种优选实施方式中，环形盖1为金属制成，环形盖1上设有一个开口13，开口13的一端作为天线负极触点6，开口13的另一端作为天线正极触点5。

在本实施方式中，扬声器本来的环形盖1是一个闭合的环形，要作为天线使用时需要留出一个开口。环形盖1的材质优选但不限于为铜。天线负极触点6和/或天线正极触点5可从开口的端部依次沿环形盖1的圆周方向排列，如图3所示。优选的，环形盖1为铁等金属制成的本体，其上附着铜皮或者电镀铜膜或锡膜等导电系数大的金属膜，这样有利于节省成本。

在本发明的一种优选实施方式中，环形盖1包括非金属本体11和设于非金属本体11上的金属层12，金属层12上设有一个开口13，开口13的一端作为天线负极触点6，开口13的另一端作为天线正极触点5。

在本实施方式中，非金属本体11优选但不限限于为塑料环或橡胶环等，其可通过热焊接的方式将音膜2固定在背面支撑框4的开口处。金属层12优选但不限于为铜皮或金属膜。

在本发明的一种优选实施方式中，如图4和图5所示，金属层12包括多个半径各不相同的圆环单元和/或圆弧单元；通过圆环单元和/或圆弧单元的不同组合能够接收和/或发送不同频段的无线信号。

在本实施方式中，全部或部分圆环单元上设有开口13，如图4所示，开口13的一端作为天线负极触点6，开口13的另一端作为天线正极触点5；优选的，圆环单元顺次连接，这样就可以组合成可以接收和/或发送不同频段无线信号的天线。在另外的一种应用场景中，可在任一圆环单元上开设一个开口13，其余圆环单元不开口，开口13的一端作为天线负极触点6，开口13的另一端和/或其他圆环单元上的任意点作为天线正极触点5，这样形成了长度可调的线圈天线，除了可以接收和/或发送不同频段无线信号外，还可以增强天线的接收性能，如接收灵敏度。

在本实施方式中，金属层12也可包括多个圆弧单元，圆弧单元可以同轴或不同轴，如图5所示，其也能组合成可以接收和/或发送不同频段无线信号的天线，且能组合的天线种类更多。

优选的，每个圆环单元或圆弧单元上分别设有至少一个天线负极触点6和至少一个天线正极触点5。

在本发明的一种优选实施方式中，如图3所示，天线正极触点5沿环形盖1或金属层12圆周方向依次设置；

和/或天线负极触点6沿环形盖1或金属层12圆周方向依次设置；

和/或环形盖1或背面支撑框4或音膜2边缘中的全部或部分上设有引线槽，所述引线槽用于放置从天线负极触点6和/或天线正极触点5引出的导线；

和/或还包括位于音膜2下方或背面支撑框4开口边沿的铁氧体元件。

在本实施方式中，引线槽优选但不限于为一个封闭或半封闭的通孔。铁氧体元件可为片状，放置于音膜2的下方；也可为连续或间断的环状结构，其可以作为环形盖1的本体安装在背面支撑框4的开口边缘上，其上设有金属层或金属膜，通过铁氧体元件能够屏蔽掉电路板上的高频信号对环形盖1上的无线信号的干扰，还有利于增强环形盖1的天线性能，如接收灵敏度等。

本发明还提供了一种上述扬声器的制备方法，环形盖1或金属层12的形状如图6所示，包括：

S1，制备扬声器，在扬声器的背面支撑框4内依次设置有磁体3、扬声器线圈和音膜2，音膜2位于背面支撑框4的开口处；

S2，在音膜2外表面设置可以接收和/或发送无线信号并将所述音膜2固定在背面支撑框4开口处的连续或间断的环形盖1，环形盖1上设有至少一个天线负极触点6和至少一个天线正极触点5，环形盖1或金属层12的尺寸的设计方法为：

基于环形盖1或金属层12接收和/或发送的无线信号的工作频率f设计天线匹配电路，天线匹配电路中的电感值为环形盖1或金属层12的电感值L，基于环形盖1或金属层12的电感值L利用迭代算法从如下公式中获得环形盖1或金属层12的环形宽度w：

其中，μ为磁导率；d_out为环形盖1或金属层12的外圈直径，由背面支撑框4的开口尺寸确定；w为环形盖1或金属层12环形宽度。

在该方法的一种应用场景中，环形盖1或金属层12用作为NFC天线，NFC通信的工作频段为13.56MHz，基于该频率设计出适合的电感电容匹配电路，匹配电路中匹配电容为4.7pF,天线电感为28uH,即L为28uH,已知d_out为20mm，通过上式求得w为3000μm。该制备方法中的迭代法优选但不限于为牛顿迭代法等。天线匹配电路优选但不限于为π型匹配电路等本领域常见的匹配电路，匹配电容可以看成为整个天线匹配电路的等效电容。

本发明还公开了一种无线通信模块，包括通信单元和上述扬声器，通信单元的地端与扬声器上的天线负极触点6连接，通信单元的天线信号输入端与扬声器上的天线正极触点5连接；

通信单元包括NFC通信单元或WIFI通信单元或蓝牙通信单元或射频通信单元中的部分或全部。

在本实施方式中，射频通信单元可以为GSM、3G、4G天线，可以为射频主集天线，也可为射频分集天线。通信单元优选的包括天线匹配电路和通信IC(如NFC通信芯片或WIFI通信芯片或RFIC通信芯片等)及其外围电路。

在本发明的一种优选实施方式中，还包括至少一个开关元件，开关元件的输入端与至少一个天线正极触点5连接，开关元件的输出端与NFC通信单元或WIFI通信单元或蓝牙通信单元或射频通信单元中部分或全部的天线信号输入端连接。

在本实施方式中，开关元件可以为手动开关(如拨码开关等)，也可为电控的电子开关(如射频开关等)。优选的，设置多个开关元件，WIFI通信单元或蓝牙通信单元或射频通信单元的天线信号输入端与对应的天线正极触点5之间串接一个开关元件。

本发明还公开了一种终端设备，其系统框图如图7所示，包括控制单元和上述无线通信模块，控制单元与通信单元通过数据接口连接通信；

和/或控制单元的控制信号输出端与开关单元的通断控制端连接。

在本实施方式中，控制单元优选为MCU等处理器，或者为基带芯片，可通过SPI、I2C等串口与通信单元通信连接。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种扬声器，包括背面支撑框(4)、磁体(3)、扬声器线圈和音膜(2)，其特征在于，还包括可以接收和/或发送无线信号并将所述音膜(2)固定在背面支撑框(4)开口处的连续或间断的环形盖(1)，所述环形盖(1)上设有至少一个天线负极触点(6)和至少一个天线正极触点(5)；

所述环形盖(1)为金属制成，所述环形盖(1)上设有一个开口(13)，天线负极触点(6)和/或天线正极触点(5)可从开口的端部依次沿环形盖(1)的圆周方向排列。

2.如权利要求1所述的扬声器，其特征在于，所述天线正极触点(5)沿环形盖(1)圆周方向依次设置；

和/或所述天线负极触点(6)沿环形盖(1)圆周方向依次设置；

和/或所述环形盖(1)或背面支撑框(4)或音膜(2)边缘中的全部或部分上设有引线槽，所述引线槽用于放置从天线负极触点(6)和/或天线正极触点(5)引出的导线；

和/或还包括位于音膜(2)下方或背面支撑框(4)开口边沿上的铁氧体元件。

3.一种权利要求1或2所述的扬声器的制备方法，其特征在于，包括：

S1，制备扬声器，在扬声器的背面支撑框(4)内依次设置有磁体(3)、扬声器线圈和音膜(2)，所述音膜(2)位于背面支撑框(4)的开口处；

S2，在所述音膜(2)外表面设置可以接收和/或发送无线信号并将所述音膜(2)固定在背面支撑框(4)开口处的连续或间断的环形盖(1)，所述环形盖(1)上设有至少一个天线负极触点(6)和至少一个天线正极触点(5)，所述环形盖(1)的尺寸设计方法为：

基于环形盖(1)接收和/或发送的无线信号的工作频率f设计天线匹配电路，天线匹配电路中的电感值为环形盖(1)的电感值L，基于环形盖(1)电感值L利用迭代算法从如下公式中获得环形盖(1)的环形宽度w：

其中，μ为磁导率；d_out为环形盖(1)的外圈直径，由背面支撑框(4)的开口尺寸确定；w为环形盖(1)的环形宽度。

4.一种无线通信模块，其特征在于，包括通信单元和权利要求1或2所述的扬声器，所述通信单元的地端与扬声器上的天线负极触点(6)连接，通信单元的天线信号输入端与扬声器上的天线正极触点(5)连接；

所述通信单元包括NFC通信单元或WIFI通信单元或蓝牙通信单元或射频通信单元中的部分或全部。

5.如权利要求4所述的无线通信模块，其特征在于，还包括至少一个开关元件，所述开关元件的输入端与至少一个天线正极触点(5)连接，开关元件的输出端与NFC通信单元或WIFI通信单元或蓝牙通信单元或射频通信单元中部分或全部的天线信号输入端连接。

6.一种终端设备，其特征在于，包括控制单元和权利要求4或5所述的无线通信模块，所述控制单元与通信单元通过数据接口连接通信；

和/或所述控制单元的控制信号输出端与开关单元的通断控制端连接。

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