CN116481681A - 压力传感器和耳机 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种压力传感器和耳机，属于通信技术领域。该压力传感器包括：双面基板，包括第一面和第二面；自容走线，设置在所述双面基板远离壳体的第二面上，以形成第二极板；接地极板，与所述第二极板相对设置且与所述第二极板之间具有第二间隔，所述接地极板接地；电容检测模块，与所述自容走线连接，用于根据所述第二极板与所述接地极板之间的距离确定所述壳体上目标位置的压力。

Description

压力传感器和耳机

技术领域

本申请属于通信技术领域，具体涉及一种压力传感器和耳机。

背景技术

目前压力传感器主要包括压阻式和压容式，压容式一般采用两片导体作为电容的两个极板，在压力作用下电容容值改变导致信号变化，获取压力感应信号，并通过对应算法处理获得按压事件。

压容式的电容的一个极板接发射电极(TX)，另一个极板接接收电极(RX)，通过测试发射电极和接收电极间的电容值来获取压力感应信号。压力传感器检测压力需要两个极板，电路复杂且多采用柔性电路板的结构，组装难度较高。有的压容方案需要背部支撑，组装工序复杂，可量产性差。

发明内容

本申请实施例的目的是提供一种压力传感器和耳机，能够解决双极板压容式压力传感器存在的上述问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种压力传感器，包括：双面基板，包括第一面和第二面；自容走线，设置在所述双面基板远离壳体的第二面上，以形成第二极板；接地极板，与所述第二极板相对设置且与所述第二极板之间具有第二间隔，所述接地极板接地；电容检测模块，与所述自容走线连接，用于根据所述第二极板与所述接地极板之间的距离确定所述壳体上目标位置的压力。

第二方面，本申请实施例提供了一种耳机，包括如上述第一方面所述的压力传感器。

在本申请实施例中，压力传感器通过包括形成第二极板的自容走线和接地极板，第二极板与接地极板相对且之间具有间隔构成用于感应压力的平行板电容，由此可以简单结构的压力传感器实现压容式的压力检测，并且压力传感器的成本低，电路简单，便于量产和平台集成。

附图说明

图1是本申请一个实施例的压力传感器的结构示意图。

图2是本申请另一个实施例的压力传感器的结构示意图。

图3是本申请又一个实施例的压力传感器的结构示意图。

图4是本申请一个实施例的双面柔性板电路板的结构示意图。

图5是本申请另一个实施例的双面柔性板电路板的结构示意图。

图6是本申请实施例的压力传感器的电路结构图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本申请实施例提供的压力传感器进行详细地说明。

在本申请实施例中，压力传感器为压容式传感器。参考图1和图6，本申请实施例的压力传感器包括双面基板20，包括第一面和第二面；自容走线30，设置在所述双面基板20远离壳体1的第二面上，以形成第二极板；接地极板40，与所述第二极板相对设置且与所述第二极板之间具有第二间隔，所述接地极板接地；电容检测模块60，与所述自容走线30连接，用于根据所述第二极板与所述接地极板40之间的距离确定所述壳体1上目标位置的压力。

壳体1可以是耳机的壳体，也可以是电子设备的壳体，用于接受外部例如人手对壳体1的目标位置施加的压力，壳体1的目标位置可以是耳机手柄按键区域，也可以是电子设备按键区域。压力传感器设置在壳体的内侧，在存在对壳体1的按压时，导致第二极板与接地极板40之间的距离减小，第二极板与接地极板40形成的第一电容Cx电容值产生变化。从而通过检测电容值判断是否有按压力产生，进而确定壳体1是否存在按压事件。

双面基板20为可以为柔性电路板(FPC)、印刷电路板(PCB)或其他可以双面走线的材料。双面基板20包括靠近壳体1的第一面和远离壳体1的第二面，两个面上可以分别进行图案化，其中在远离壳体1的第二面上形成自容走线30。

双面基板20的第一面可以通过胶水与外壳1结合在一起，从而将外壳1与压力传感器粘合一起，以使外壳1的压力形变可以传递至压力传感器。胶水例如为双面胶，将压力传感器通过双面胶贴附到外壳即可，易于装配。

自容走线30是在双面基板20的第二面上进行图案化，形成第一电容Cx的一个极板的走线，接地极板40接地。接地极板40具有一定的大小和面积，与自容走线30形成的第二极板相对且中间具有间隔，形成对应第一电容Cx的电容结构。并且，接地极板40接地。

也即，第一电容Cx的电容值为自容走线30对应的第二极板与地之间的电容值。电容检测模块60通过连接的自容走线30，可以检测第二极板与接地极板40形成的第一电容Cx的电容值，从而检测到壳体1上目标位置的压力。

即，本申请实施例的压力传感器检测电容值仅需要自容走线30形成的第二极板的电极，电容另一端的电极为地，电路结构简单。

自容走线30形成的第二极板与接地极板40之间设置有介质50，介质50为非导体，由此构成平行板电容结构的第一电容Cx。通过介质50的厚度可以控制第一电容Cx两极板之间的间隔大小。

这里的介质50可以是空气、泡棉、陶瓷等非导体。

接地极板40可以通过一个接地的导电面板或层实现，在一个实施例中，双面基板20与接地极板40是各自独立的。

具体地，参考图2，所述接地极板40包括接地面板42、接地衬垫44和连接导体46，所述接地面板42与所述第二极板相对设置且与所述第二极板之间具有所述第二间隔；所述接地衬垫44设置在所述第二极板所在的平面除所述第二极板外的位置；所述连接导体46的第一端与所述接地面板42连接，所述连接导体46的第二端与所述接地衬垫44连接，所述连接导体46的第一端与第二端之间的距离形成所述第二间隔；所述接地衬垫44接地。

接地面板42具有一定的大小和面积，与自容走线30形成的第二极板相对且中间具有间隔，形成电容结构。这里，接地面板42不直接接地，而是通过连接导体46连接接地面板42与接地衬垫44，从而将接地面板42接地。接地面板42可是柔性电路板/冲压金属/印刷电路板(PCB)等任何可以构成第一电容其中一个极板的材质。

可选地，所述连接导体46包括焊锡或导电胶，所述第二间隔中形成有介质50。在该实施例中，介质50包括泡棉、空气或陶瓷。

连接导体46可以是导电胶、焊锡等导电连接体，具有一定的高度或厚度，在图2实施例中，可以在自容走线30的第二极板所在的平面除第二极板外的位置设置接地衬垫44。即，接地衬垫44与第二极板等高且不存在重叠。

由此，连接导体46可以设置在第二极板与接地面板42之间，通过连接导体46的高度或厚度，来控制第一电容Cx的两极板之间的间隔。并且通过连接导体46可以在实现接地的同时支撑第二极板与接地面板42，不需要额外的背部支撑，降低了组装工序的难度，并可量产性好。

在一个实施例中，双面基板20还可以是一体结构的双面基板。

具体地，参考图3、图4和图5，所述自容走线30和所述接地极板40设置在一体结构的双面柔性电路板200上，所述双面基板20为所述一体结构的双面柔性电路板200的一部分，所述一体结构的双面柔性电路板200包括所述双面基板20和与所述双面基板20相对的第一子双面柔性电路板22、以及连接所述双面基板20和所述第一子双面柔性电路板22的第二子双面柔性电路板24；所述接地极板40设置在所述第一子双面柔性电路板22的双面中的至少一面上。

在图3的压力传感器中，双面基板20远离壳体1的第二面(图中未显示)上设置自容走线30。

接地极板40可以设置在第一子双面柔性电路板22的双面中的至少一面上，从而与双面基板20上设置的自容走线30形成的第二极板相对，并且接地极板40与第二极板之间具有介质50，形成接地极板40与第二极板之间的第二间隔。如此，通过第二极板、介质50和接地极板40，形成第一电容Cx。

可选地，所述一体结构的双面柔性电路板200为沿第二子双面柔性电路板24的中心折叠的U型结构。

图4和图5为一体结构的双面柔性电路板200未组装之前(未折叠)的展开结构图，通过将图4和图5的双面柔性电路板200进行折叠，可以得到图3组装(折叠后)为压力传感器时的双面柔性电路板200结构。

图4的一体结构的双面柔性电路板200为U型结构，可沿着第二子双面柔性电路板24的中心朝向H-H方向折叠，得到图3所示的折叠后的U型一体结构的双面柔性电路板200。

图5的一体结构的双面柔性电路板200为I型结构，同样地，可沿着第二子双面柔性电路板24的中心朝向H-H方向折叠，得到折叠后(图中未显示)的U型一体结构的双面柔性电路板200。

对于图3至图5实施例的一体结构的双面柔性电路板200，可选地，所述接地极板40包括接地面板42和接地走线，所述接地面板42设置在所述第一子双面柔性电路板的双面中的至少一面上，与所述双面基板20上的第二极板相对设置且与所述第二极板之间具有所述第二间隔；所述接地走线设置所述接地面板42上并接地；所述接地面板42与所述第二极板之间填充有介质50，所述第二间隔的大小与所述介质50的厚度相关。

在该实施例中，接地走线通过图案化形成在接地面板上，接地面板42位于第一子双面柔性电路板22上，与第二极板、介质50一起构成平行板的电容结构。接地走线则起到将接地面板42接地的作用，从而接地走线和接地面板42构成接地极板40，连同第二极板、介质50一起构成第一电容Cx。接地面板42与第二极板之间填充有介质50，通过介质50的厚度或高度可以控制第一电容Cx的两极板之间的距离，即第二极板与接地面板42之间的第二间隔的大小与介质50的厚度或高度相关。

可选地，所述介质50包括泡棉。

泡棉具有回弹复原功能，在壳体1受到外力按压时，第二极板与接地面板42之间的间隔缩小，在外力消失后，泡棉会恢复到原来的厚度。由此，可以提高感应的压力信号的精确度。

参考图1和图6，在一个实施例中，压力传感器还包括：屏蔽走线10，设置在所述双面基板20靠近所述壳体1的第一面上，以形成第一极板，所述第一极板和所述第二极板的大小和形状相同；所述电容检测模块60还与所述屏蔽走线10连接，用于为所述屏蔽走线10和所述自容走线30提供相同的电压信号；所述屏蔽走线10通过所述电压信号，屏蔽按压所述目标位置的过程中外部导体接触所述壳体1产生的寄生电容。

在第一极板与地形成自容感应电容的情况下，若外部导体，例如人手接触或触摸到壳体1而非施加压力按压外壳1时，由于人手、壳体1和第二极板构成电容，会产生外部寄生电容，并叠加到第二极板与地之间的第一电容Cx上，使得电容检测模块60在实际并不存在压力时检测出电容值，导致压力感应检测出现误判。

这里的屏蔽走线10是用于屏蔽上述等外部导体触摸而非按压外壳1时产生的寄生电容，以提高电容检测模块60对第一电容Cx的电容值检测的准确性，避免寄生电容导致的压力感应误判。

屏蔽走线10可以在双面基板20靠近壳体1的第一面上进行图案化，形成第一极板。所述第一极板和所述第二极板相对设置，所述第一极板且与所述第二极板之间具有第一间隔，所述第一间隔与所述双面基板20的厚度相关，以通过所述厚度调整所述第一间隔。

在图3实施例的压力传感器中，双面基板20靠近壳体1的第一面202上设置屏蔽走线10。

由此，分别位于双面基板20相对两侧的第一极板与第二极板相对设置，且二者之间形成间隔，由此形成电容结构。

在本申请实施例中，第一极板和第二极板的大小和形状相同。电容检测模块60分别为连接的屏蔽走线10、自容走线30提供相同的电压信号，即相同相位和相同幅度大小的电压信号。在两个极板的大小和形状相同的情况下，在两个极板上加相同的电压，第一极板和第二极板之间的电压差V为0，则根据极板间的电荷量Q＝C*V可知，极板间的电荷量Q为0，从而屏蔽走线10形成的第一极板起到屏蔽外部导体产生的寄生电容的作用，寄生电容不会叠加到自容走线30与地形成的第一电容Cx上，从而可以有效避免外部寄生电容对第一电容Cx的影响，避免压力感应误判。

对于第一极板与第二极板形成的电容，电容两极板之间的第一间隔为双面基板20的厚度。通过调整双面基板20的厚度，可以控制电容两极板之间的距离。第一间隔的主要作用是避免第一极板和第二极板过近，过近导致所形成的电容的自身寄生电容比较大，电容检测模块60会饱和，并且电容变化量会比较小，检测灵敏度降低。

下面，结合图6对本申请实施例的压力传感器的工作原理进行描述。参考图6，所述电容检测模块60包括电源电压VDD、第一开关SW1、第二开关SW2、采样电容Cs和模数转换器62，所述第一开关SW1的第一端接入所述电源电压VDD，所述第一开关SW1的第二端分别与所述屏蔽走线10、所述自容走线30连接，所述电源电压VDD用于为所述屏蔽走线10和所述自容走线30提供所述电压信号；所述第二开关SW2的第一端分别与所述屏蔽走线10、所述自容走线30连接，所述第二开关SW2的第二端与所述采样电容Cs连接；所述采样电容Cs的第一端分别与所述第二开关SW2的第二端、所述模数转换器62连接，所述采样电容Cs的第二端接地；所述模数转换器62通过所述采样电容Cs上的电压检测所述第二极板与所述接地极板40形成的第一电容Cx的电容值，所述电容值与所述第二极板、所述接地极板40之间的距离相关，以检测所述壳体1上目标位置的压力。

当外力按压外壳1时，导致第二极板、介质50和接地极板40形成的第一电容Cx的两个极板间的第二间隔减小，第一电容Cx的电容值产生变化。电容的电容值和距离成反比，按压时电容值增大。电容检测模块60通过检测第二极板与接地极板40形成的第一电容Cx的电容值变化，判断壳体1上是否有按压力产生。当容值变化量ΔC超过阈值时，触发按键功能。

电容检测模块60通过电荷转移的方式获取第一电容Cx的电容值。

具体过程如下：

当第一开关SW1闭合时，电源电压VDD给第一电容Cx充电；当第一开关SW1开路，第二开关SW2闭合时，第一电容Cx上的电荷转移到电容检测模块60的采样电容Cs上。

模数转换器62读取采样电容Cs上的电压，确定第一电容Cx的电容值C1。具体地，在第一开关SW1闭合阶段，第一电容Cx上的电荷量Q1＝C1*VDD；在第二开关SW2闭合阶段，采样电容Cs上的电压V＝Q1/(C2+C1)，C1＝C2*V/(VDD-V),其中C2为采样电容Cs的电容值，V为模数转换器62读取的采样电容Cs上电压，模数转换器62读取采样电容Cs的电压值可以计算第一电容Cx的当前电容值。

如图6所示，电容检测模块60还包括第三开关SW3，第三开关SW3的一端分别与屏蔽走线10、自容走线30连接，第三开关SW3的另一端接地。通过控制第三开关Sw3闭合放电，然后再重复上述对第一电容Cx充电的步骤，执行新一次的第一电容Cx的当前电容值检测。通过多次充放电，模数转换器62可确定第一电容Cx的电容平均值，作为最终的电容值进行压力检测。

在本申请实施例中，压力传感器通过包括形成第二极板的自容走线和接地极板，第二极板与接地极板相对且之间具有间隔构成用于感应压力的平行板电容，由此可以简单结构的压力传感器实现压容式的压力检测，并且压力传感器的成本低，电路简单，便于量产和平台集成。

此外，通过还包括形成第一极板的屏蔽走线，并与自容走线形成的第二极板以预定间隔相对设置形成平行板电容，通过向大小和形状相同的第一极板和第二极板提供相同的电压信号，对应形成的平行板电容可以用于屏蔽外部寄生电容，消除寄生电容对第一电容的电容值的影响，从而避免外部导体接触壳体产生寄生电容时造成对第一电容的电容值的误判，也即避免对壳体上按压事件的误判，由此可以简单结构的压力传感器实现高可靠性、高稳定性的压容式的压力检测。

可选地，本申请实施例还提供一种耳机，包括上述图1至图6任一实施例所述的压力传感器。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。

Claims (11)

1.一种压力传感器，其特征在于，包括：

双面基板，包括第一面和第二面；

自容走线30，设置在所述双面基板远离壳体的第二面上，以形成第二极板；

接地极板，与所述第二极板相对设置且与所述第二极板之间具有第二间隔，所述接地极板接地；

电容检测模块，与所述自容走线连接，用于根据所述第二极板与所述接地极板之间的距离确定所述壳体上目标位置的压力。

2.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述接地极板包括接地面板、接地衬垫和连接导体，

所述接地面板与所述第二极板相对设置且与所述第二极板之间具有所述第二间隔；

所述接地衬垫设置在所述第二极板所在的平面除所述第二极板外的位置；

所述连接导体的第一端与所述接地面板连接，所述连接导体的第二端与所述接地衬垫连接，所述连接导体的第一端与第二端之间的距离形成所述第二间隔；

所述接地衬垫接地。

3.根据权利要求2所述的压力传感器，其特征在于，所述接连接导体包括焊锡或导电胶，所述第二间隔中形成有介质。

4.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述屏蔽走线、所述自容走线和所述接地极板设置在一体结构的双面柔性电路板上，所述双面基板为所述一体结构的双面柔性电路板的一部分，

所述一体结构的双面柔性电路板包括所述双面基板和与所述双面基板相对的第一子双面柔性电路板、以及连接所述双面基板和所述第一子双面柔性电路板的第二子双面柔性电路板；

所述接地极板设置在所述第一子双面柔性电路板的双面中的至少一面上。

5.根据权利要求4所述的压力传感器，其特征在于，所述一体结构的双面柔性电路板为沿第二子双面柔性电路板的中心折叠的U型结构。

6.根据权利要求4所述的压力传感器，其特征在于，所述接地极板包括接地面板和接地走线，

所述接地面板设置在所述第一子双面柔性电路板的双面中的至少一面上，与所述双面基板上的第二极板相对设置且与所述第二极板之间具有所述第二间隔；

所述接地走线设置所述接地面板上并接地；

所述接地面板与所述第二极板之间填充有介质，所述第二间隔的大小与所述介质的厚度相关。

7.根据权利要求6所述的压力传感器，其特征在于，所述介质包括泡棉。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的压力传感器，其特征在于，还包括：

屏蔽走线，设置在所述双面基板靠近所述壳体的第一面上，以形成第一极板，所述第一极板和所述第二极板的大小和形状相同；

所述电容检测模块还与所述屏蔽走线连接，用于为所述屏蔽走线和所述自容走线提供相同的电压信号；

所述屏蔽走线通过所述电压信号，屏蔽按压所述目标位置的过程中外部接触所述壳体产生的寄生电容。

9.根据权利要求8所述的压力传感器，其特征在于，所述第一极板和所述第二极板相对设置，所述第一极板且与所述第二极板之间具有第一间隔，所述第一间隔与所述双面基板的厚度相关，以通过所述厚度调整所述第一间隔。

10.根据权利要求8所述的压力传感器，其特征在于，所述电容检测模块包括电源电压、第一开关、第二开关、采样电容和模数转换器，

所述第一开关的第一端接入所述电源电压，所述第一开关的第二端分别与所述屏蔽走线、所述自容走线连接，所述电源电压用于为所述屏蔽走线和所述自容走线提供所述电压信号；

所述第二开关的第一端分别与所述屏蔽走线、所述自容走线连接，所述第二开关的第二端与所述采样电容连接；

所述采样电容的第一端分别与所述第二开关的第二端、所述模数转换器连接，所述采样电容的第二端接地；

所述模数转换器通过所述采样电容上的电压检测所述第二极板与所述接地极板形成的第一电容的电容值，所述电容值与所述第二极板、所述接地极板之间的距离相关，以检测所述壳体上目标位置的压力。

11.一种耳机，其特征在于，包括如权利要求1-10中任一项所述的压力传感器。