CN116506757A - 耳机模块 - Google Patents

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CN116506757A CN202210119208.XA CN202210119208A CN116506757A CN 116506757 A CN116506757 A CN 116506757A CN 202210119208 A CN202210119208 A CN 202210119208A CN 116506757 A CN116506757 A CN 116506757A
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Abstract

本发明提供一种耳机模块，包括第一电路板。第一电路板包括触控面板层、接地层、天线层及触控电路层组。接地层间隔地设置于触控面板层的下方。天线层包括天线平面部、天线馈入走线及天线短路走线。天线平面部间隔地设置于接地层的下方，且天线馈入走线及天线短路走线连接于天线平面部。触控电路层组间隔地设置于天线平面部的下方，且包括触控芯片。触控面板层电性连接于触控芯片。本发明的耳机模块，其利用多层迭合组件的方式整合触控与天线架构，不需在天线与电路板之间或触控面板与电路板之间使用弹性组件连接，不仅节省耳机内部空间，也带来良好的天线效能。

Description

耳机模块
技术领域
本发明涉及一种耳机模块，且特别是涉及一种整合触控与天线功能的耳机模块。
背景技术
一般蓝牙触控耳机在天线与电路板之间使用弹性组件连接，在触控面板与电路板之间也使用另外的弹性组件连接。因弹性组件的体积大且具有一定数量，占用耳机内部较大空间，不利于空间运用与耳机效能提升。
发明内容
本发明提供一种耳机模块，其利用多层迭合组件的方式整合触控与天线架构，不需在天线与电路板之间或触控面板与电路板之间使用弹性组件连接，不仅节省耳机内部空间，也带来良好的天线效能。
本发明的一种耳机模块，包括第一电路板。第一电路板包括触控面板层、接地层、天线层及触控电路层组。接地层间隔地设置于触控面板层的下方。天线层包括天线平面部、天线馈入走线及天线短路走线。天线平面部间隔地设置于接地层的下方，且天线馈入走线及天线短路走线连接于天线平面部。触控电路层组间隔地设置于天线平面部的下方，且包括触控芯片。触控面板层电性连接于触控芯片。
在本发明的一实施例中，上述的触控电路层组还包括间隔地设置于天线短路走线下方的触控走线组件，天线短路走线的宽度大于等于触控走线组件的宽度。
在本发明的一实施例中，上述的触控电路层组还包括位在触控走线组件旁的接地走线，接地走线位在触控走线组件以及天线馈入走线对触控走线组件所在表面的投影之间。
在本发明的一实施例中，上述的触控电路层组还包括第一触控电路层、第二触控电路层及第三触控电路层，第一触控电路层间隔地设置于天线平面部的下方，第二触控电路层间隔地设置于第一触控电路层的下方，第三触控电路层间隔地设置于第二触控电路层的下方，触控芯片位于第三触控电路层。
在本发明的一实施例中，上述的天线平面部、第一触控电路层、第二触控电路层及第三触控电路层透过多个接地贯孔连接到接地层。
在本发明的一实施例中，上述的触控面板层透过接地层及天线平面部上的多个触控贯孔连接到触控电路层组，而电性连接至触控芯片。
在本发明的一实施例中，上述的触控面板层包括彼此电性分离的多个区块，多个区块分别透过多个触控贯孔连接到触控电路层组。
在本发明的一实施例中，上述的耳机模块，更包括麦克风，其中第一电路板包括对应于麦克风的一缺口，麦克风对第一电路板的投影位于缺口内。
在本发明的一实施例中，上述的耳机模块，更包括第二电路板，设置于第一电路板的下方，其中天线馈入走线自第二电路板沿着第一电路板的边缘至缺口旁的部位为谐振路径，谐振路径耦合出频段，谐振路径的长度为频段的0.25倍波长。
在本发明的一实施例中，当耳机模块被放置于人耳内时，天线馈入走线靠近人耳的对耳轮下脚而远离耳垂，谐振路径从对耳轮下脚沿着耳屏、对耳屏的方向延伸。
在本发明的一实施例中，上述的耳机模块，更包括第二电路板，设置于第一电路板的下方，天线馈入走线及天线短路走线连接至第二电路板，第一电路板与第二电路板之间的最短距离大于等于2.5公厘。
在本发明的一实施例中，上述的耳机模块，更包括第二电路板，设置于第一电路板的下方，第一电路板包括相对的第一侧及第二侧，第二电路板包括相对的第三侧及第四侧，天线馈入走线配置在第一电路板的第一侧与第二电路板的第三侧，第二侧与第四侧之间的距离大于等于第一侧与第三侧之间的距离。
在本发明的一实施例中，当耳机模块被放置于人耳内时，第二电路板位于第一电路板与人耳的外耳道之间，以使天线层产生射入外耳道的天线极化方向。
基于上述，本发明的耳机模块的第一电路板包括触控面板层、接地层、天线层及触控电路层组。接地层间隔地设置于触控面板层的下方。天线层包括天线平面部、天线馈入走线及天线短路走线。天线平面部间隔地设置于接地层的下方，且天线馈入走线及天线短路走线连接于天线平面部。触控电路层组间隔地设置于天线平面部的下方，且包括触控芯片。触控面板层电性连接于触控芯片。借由上述多层整合的设计，本发明的耳机模块整合触控与天线架构于第一电路板，不仅节省耳机内部空间，也带来良好的天线效能。
附图说明
图1是依照本发明的一实施例的一种耳机模块的外观示意图；
图2是图1的耳机模块的隐藏壳体示意图；
图3是图1的耳机模块的第一电路板的多层结构的爆炸图与第二电路板的示意图；
图4A是图1的耳机模块的触控面板层的布局示意图；
图4B是图1的耳机模块的接地层的布局示意图；
图4C是图1的耳机模块的天线层的布局示意图；
图4D是图1的耳机模块的第一触控电路层的布局示意图；
图4E是图1的耳机模块的第二触控电路层的布局示意图；
图4F是图1的耳机模块的第三触控电路层的布局示意图；
图5是图1的耳机模块放入人耳内的示意图；
图6A是图1的耳机模块的第一电路板与第二电路板的相对位置的示意图；
图6B是依照本发明的一实施例的耳机模块的第一电路板与第二电路板的另一相对位置的示意图；
图7A是图1的耳机模块的频率与辐射效率的关系图；
图7B是图1的耳机模块的频率与辐射效率的另一关系图。
附图标记说明
D1、D2:距离；
E1:第一侧；
E2:第二侧；
E3:第三侧；
E4:第四侧；
H1:接地贯孔；
H2:触控贯孔；
10:耳机模块；
50:壳体；
100:第一电路板；
105:缺口；
110:触控面板层；
111:区块；
120:接地层；
130:天线层；
131:天线平面部；
132:天线馈入走线；
133:天线短路走线；
140:触控电路层组；
141:第一触控电路层；
142:第二触控电路层；
143:第三触控电路层；
144:触控走线组件；
145:接地走线；
150:触控芯片；
210:第二电路板；
220:麦克风；
230:塑料件；
240:天线馈入点；
250:人耳；
251:对耳轮下脚；
252:耳屏；
253:对耳屏；
254:耳垂。
具体实施方式
现将详细地参考本发明的示范性实施例，示范性实施例的实例说明于附图中。只要有可能，相同组件符号在图式和描述中用来表示相同或相似部分。
图1是依照本发明的一实施例的一种耳机模块的外观示意图。图2是图1的耳机模块的隐藏壳体示意图。要说明的是，在图2中，为了清楚地显示耳机模块的内部结构，耳机的壳体50被隐藏。
请参阅图1与图2，本实施例的耳机模块10包括壳体50、位于壳体50内的第一电路板100、第二电路板210、至少一麦克风220(图2)以及塑料件230(图2，虚线表示)。
在本实施例中，第二电路板210设置于第一电路板100的下方，第一电路板100与第二电路210之间设有塑料件230(图2)，用以支撑第一电路板100。当然，塑料件230的材质不仅限于塑料，也可以是其他非导电材质。
在本实施例中，耳机模块10透过多层整合的方式，将触控功能与天线架构于整合于第一电路板100，且第一电路板100透过软性电路板电性连接于第二电路板210(主板)。下面将对第一电路板100进行说明。
图3是图1的耳机模块的第一电路板的多层结构的爆炸图与第二电路板的示意图。要说明的是，在图3中，隐藏这些电路层之间的多个介电层，实际上这些电路层隔开于彼此。
请参阅图3，在本实施例中，第一电路板100包括触控面板层110、接地层120、天线层130及触控电路层组140。
触控面板层110包括多个彼此电性分离的区块111，借此感应使用者不同的触控手势，进而实现多点触控的功能。本实施例的多个区块111的数量为四个，但不以此为限制，区块111的数量可视设计需求而调整。
接地层120间隔地设置于触控面板层110的下方，且电气隔离触控面板层110与天线层130，使第一电路板100得以兼容触控与天线讯号。
天线层130间隔地设置于接地层120的下方，包括天线平面部131、天线馈入走线132及天线短路走线133，为平面倒F型天线架构(PIFA)。天线平面部131的轮廓与形状大致上对应于触控面板层110及接地层120的轮廓与形状。天线馈入走线132与天线短路走线133彼此分开且连接天线平面部131。
在本实施例中，天线平面部131透过天线馈入走线132连接到第二电路板210的天线馈入点240，使第二电路板210的射频信号得以传递至天线平面部131。本实施例的耳机模块10不需如习知结构中在天线与电路板之间使用弹性组件连接，而是透过天线馈入走线132连接到第二电路板210，可有效缩减体积，且提供更稳定的天线讯号。
此外，天线短路走线133连接到第二电路板210，以作为触控电路层组140的参考地，避免触控电路层组140可能产生的高频干扰。
触控电路层组140间隔地设置于天线平面部131的下方，触控电路层组140包括第一触控电路层141、第二触控电路层142及第三触控电路层143。如图3所示，第一触控电路层141间隔地设置于天线平面部131的下方，第二触控电路层142间隔地设置于第一触控电路层141的下方，且第三触控电路层143间隔地设置于第二触控电路层142的下方。
第一触控电路层141、第二触控电路层142及第三触控电路层143均为触控电路布局的一部分。具体地说，第一触控电路层141在平面上可具有触控电源走线(未示出)及控制讯号走线(未示出)。
此外，第一触控电路层141还包括向下延伸的触控走线组件144。触控走线组件144间隔地设置于天线短路走线133的下方。在本实施例中，天线短路走线133的宽度大于或等于触控走线组件144的宽度，以使天线短路走线133能够提供较佳的抗干扰的效果。当然，天线短路走线133与触控走线组件144可视需求而调整宽度，不以上述为限制。
另外，第二触控电路层142包括触控电源走线(未示出)、控制讯号走线(未示出)、触控电路参考地线(未示出)及稳压电路参考地线(未示出)。再者，第三触控电路层143包括触控芯片150(图4F)与稳压电路(未示出)，触控芯片150用以处理触控面板层110的触控讯号。
另外，在本实施例中，触控芯片150可透过第一触控电路层141的触控走线组件144与第二电路板210的蓝牙单芯片(未示出)的电源走线(未示出)与控制讯号走线(未示出)桥接。
图4A至图4F分别是图1的耳机模块的第一电路板100的触控面板层、接地层、天线层、第一触控电路层、第二触控电路层及第三触控电路层的布局示意图。
请参阅图4A至图4F，触控面板层110的这些区块111、天线平面部131、第一触控电路层141、第二触控电路层142及第三触控电路层143可透过每层周缘所具有的多个接地贯孔H1电性连接到接地层120，以达成系统共地的效果。
此外，触控面板层110的这些区块111透过接地层120、天线平面部131、第一触控电路层141及第二触控电路层142的多个触控贯孔H2(图4B至图4E)连接到第三触控电路层143。
因此，触控面板层110可电性连接至第三触控电路层143的触控芯片150。换而言之，触控面板层110因使用者手指触摸所造成的电容变化讯号，可透过这些触控贯孔H2传递至触控芯片150，触控芯片150可处理所接受到的触控讯号，以判断出用户的手势变化，进而实现多点触控的功能。
习知的耳机模块在触控面板与电路板之间使用弹性组件连接，在天线与电路板之间也使用另外的弹性组件连接。由于弹性组件本身的体积大，不仅占用耳机内部较多空间，且由于空间有限而难以增加弹性组件的数量，不易实现多点触控的功能。
相较于习知的耳机模块，本实施例的耳机模块10不需在天线与电路板之间或触控面板与电路板之间使用弹性组件连接，而是使用多层整合的第一电路板100，并以触控贯孔H2直接连接触控面板层110与触控芯片150所在的第三触控电路层143，大大缩短两者之间的距离，省去原本弹性组件所占用的内部空间。
另外，本实施例的耳机模块10不需设置多个弹性组件而是采用对应于这些区块111的多个触控贯孔H2的设计，在有限体积下，可实现多点触控的功能。除此之外，由于触控面板层110与触控芯片150之间的距离缩短，有效降低触控讯号的误差。在本实施例中，接地贯孔H1和触控贯孔H2可依照设计需求增减数目。
值得一提的是，如图4C及图4D所示，第一触控电路层141的接地走线145位于触控走线组件144旁，且位在触控走线组件144与天线馈入走线132对触控走线组件144所在表面的投影之间。这样的设计可以使接地走线145有效地隔开天线讯号与触控讯号，以避免两者间相互干扰。
图5是图1的耳机模块放入人耳内的示意图。必须说明的是，为了清楚地显示内部组件的位置，耳机模块10的外壳以透视表示。如图5所示，人耳250包括位于耳道孔洞(被塞入耳机模块10的部位，未示出)上方的对耳轮下脚251、位于耳道孔洞右侧的耳屏252、位于耳道孔洞下方的对耳屏253及位于人耳下方部分的耳垂254。
由于耳机模块10使用时会与电子装置(未示出)，例如是手机或平板计算机)之间形成蓝牙联机，以手机为例，手机可能放置于口袋内或被使用者所握持，此时，耳机模块10与电子装置之间的蓝牙联机会被人体阻隔。如图5所示，在本实施例中，当耳机模块10被置于人耳250内时，天线馈入走线132会靠近人耳10的对耳轮下脚251而远离耳垂254，使天线的辐射方向朝向图5的右下方(即朝向电子装置的方向)。这样的设计可为耳机模块10使用时会与电子装置之间的蓝牙联机带来良好的跨体(跨越人体)表现。
本实施例的天线谐振路径(图5的耳机模块10的中央粗黑箭头线)从靠近对耳轮下脚251的天线馈入点240(图2)开始，沿天线馈入走线132而逐渐远离耳道孔洞，再沿着靠近耳屏252的第一电路板100的周缘，往对耳屏253的方向延伸，最后到第一电路板100的缺口105(图2)旁的部位。
请参阅图2与图5，第一电路板100与第二电路板210之间以塑料件230(介电常数εr＝2.7)与空气(εr＝1)为介质，这样条件下的天线谐振路径长度为26.8公厘，能耦合出频段的0.25倍波长。耳机模块10所耦合出的频段例如为2.4GHz的蓝牙频段，但频段不以此为限制。另外，耳机模块10具有匹配阻抗电路，在整机组装完成后，可适当地对天线辐射效率进行优化。
此外，在本实施例中，至少一麦克风220的数目为两个，设置于第二电路板210(图2)。麦克风220的位置根据麦克风算法的最佳仿真结果而决定，两麦克风220之间的连线大致朝向使用者的嘴部(未示出，位于图5的右下方)，有助于天线收发讯号的表现，但位置不以此为限制。
另外，为了使两麦克风220之间的联机大致朝向使用者的嘴部，第一电路板100包括对应于麦克风220的缺口105，使麦克风220对第一电路板100的投影位于缺口105内。这样的设计可让第一电路板100避开麦克风220，而使麦克风220在空间上的配置更为弹性。
在本实施例中，由于第二电路板210(图2)位于第一电路板100的下方，当耳机模块10被置于人耳250内时，第二电路板210会位于第一电路板100与人耳250的外耳道(未示出，耳道孔洞处)之间，有助于天线层130产生射入外耳道的天线极化方向，以减少人体对天线性能的影响。
图6A是图1的耳机模块的第一电路板与第二电路板的相对位置的示意图。请参阅图6A，第二电路板210位于第一电路板100的右侧，人耳250的外耳道(未示出)会位于第二电路板210的右侧。
在本实施例中，第一电路板100包括相对的第一侧E1及第二侧E2，第二电路板210包括相对的第三侧E3及第四侧E4，而天线馈入走线132(图2)配置于第一侧E1与第三侧E3。这样的设计可使得天线层130(图2)所产生的天线讯号会经由第一电路板100以电场形式朝向往第二电路板210的方向(如箭头所示的方向)，也就是往外耳道的方向射去，而可降低人体对天线讯号的吸收，避免影响天线性能。
在本实施例中，第一电路板100与第二电路板210相互平行，即第一侧E1与第三侧E3之间的距离D1等于第二侧E2与第四侧E4之间的距离D2。当第一电路板100与第二电路板210的最短距离大于或等于2.5公厘时，可维持良好的天线辐射效率和操作带宽。
当然，第一电路板100与第二电路板210并不以此为限制。图6B是依照本发明的一实施例的耳机模块的第一电路板与第二电路板的另一相对位置的示意图。如图6B所示，第一电路板100与第二电路板210也可以互不平行。当第二侧E2与第四侧E4之间的距离D2’大于第一侧E1与第三侧E3之间的距离D1’时，天线层130(图2)所产生的天线讯号会经由第一电路板100以电场形式往如箭头所示的方向射去，而使得耳机模块10的下半球的辐射能量更佳，有助于提升跨体性能。
图7A是图1的耳机模块的频率与辐射效率的关系图。图7B是图1的耳机模块的频率与辐射效率的另一关系图。图7A与图7B的差异在于使用者是否用手(未示出)触碰耳机模块10。具体地说，图7A是耳机模块10佩戴于人耳250时的情况，而图7B是耳机模块10佩戴于人耳250时以手碰触耳机模块10的情况。
请同时参阅图7A和7B，经实测，在本实施例中，当耳机模块10佩戴于人耳时，2.44GHz频率的辐射效率为-6.95dB，优于习知技术的辐射效率约2dB。即使在用户的手部触碰耳机模块10的情形下，本发明的辐射效率也仅略微变化至-6.85dB，换句话说，天线讯号不易受到人体的干扰。另外，即使在使用者的手部触碰耳机模块10的情形下，本发明的辐射效率同样优于习知技术的辐射效率约2dB，具有良好的表现。
此外，经实际测试，当耳机模块10处于开机、拨放音乐或拨放音乐且开启触控功能的状态时，天线接收端的差异均小于1dB，表示耳机模块10的设计能维持稳定的讯号，带来良好的天线效率。
综上所述，本发明的耳机模块的第一电路板包括触控面板层、接地层、天线层及触控电路层组。接地层间隔地设置于触控面板层的下方。天线层包括天线平面部、天线馈入走线及天线短路走线。天线平面部间隔地设置于接地层的下方，且天线馈入走线及天线短路走线连接于天线平面部。触控电路层组间隔地设置于天线平面部的下方，且包括触控芯片。触控面板层电性连接于触控芯片。借由上述多层整合的设计，本发明的耳机模块整合触控与天线架构于第一电路板，不需在天线与电路板之间或触控面板与电路板之间使用弹性组件连接，不仅节省耳机内部的空间，也产生良好的天线效能。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (13)

1.一种耳机模块，其特征在于，包括：
第一电路板，包括；
触控面板层；
接地层，间隔地设置于所述触控面板层的下方；
天线层，包括天线平面部、天线馈入走线及天线短路走线，其中所述天线平面部间隔地设置于所述接地层的下方，且所述天线馈入走线及所述天线短路走线连接于所述天线平面部；以及
触控电路层组，间隔地设置于所述天线平面部的下方，且包括触控芯片，所述触控面板层电性连接于所述触控芯片。
2.根据权利要求1所述的耳机模块，其特征在于，所述触控电路层组还包括间隔地设置于所述天线短路走线下方的触控走线组件，所述天线短路走线的宽度大于等于所述触控走线组件的宽度。
3.根据权利要求2所述的耳机模块，其特征在于，所述触控电路层组还包括位在所述触控走线组件旁的接地走线，所述接地走线位在所述触控走线组件以及所述天线馈入走线对所述触控走线组件所在表面的投影之间。
4.根据权利要求1所述的耳机模块，其特征在于，所述触控电路层组还包括第一触控电路层、第二触控电路层及第三触控电路层，所述第一触控电路层间隔地设置于所述天线平面部的下方，所述第二触控电路层间隔地设置于所述第一触控电路层的下方，所述第三触控电路层间隔地设置于所述第二触控电路层的下方，所述触控芯片位于所述第三触控电路层。
5.根据权利要求4所述的耳机模块，其特征在于，所述天线平面部、所述第一触控电路层、所述第二触控电路层及所述第三触控电路层透过多个接地贯孔连接到所述接地层。
6.根据权利要求1所述的耳机模块，其特征在于，所述触控面板层透过所述接地层及所述天线平面部上的多个触控贯孔连接到所述触控电路层组，而电性连接至所述触控芯片。
7.根据权利要求6所述的耳机模块，其特征在于，所述触控面板层包括彼此电性分离的多个区块，所述多个区块分别透过所述多个触控贯孔连接到所述触控电路层组。
8.根据权利要求1所述的耳机模块，其特征在于，还包括麦克风，其中所述第一电路板包括对应于所述麦克风的缺口，所述麦克风对所述第一电路板的投影位于所述缺口内。
9.根据权利要求8所述的耳机模块，其特征在于，还包括第二电路板，设置于所述第一电路板的下方，其中所述天线馈入走线自所述第二电路板沿着所述第一电路板的边缘至所述缺口旁的部位为谐振路径，所述谐振路径耦合出频段，所述谐振路径的长度为所述频段的0.25倍波长。
10.根据权利要求9所述的耳机模块，其特征在于，当所述耳机模块被放置于人耳内时，所述天线馈入走线靠近所述人耳的对耳轮下脚而远离耳垂，所述谐振路径从所述对耳轮下脚沿着耳屏、对耳屏的方向延伸。
11.根据权利要求1所述的耳机模块，其特征在于，还包括第二电路板，设置于所述第一电路板的下方，其中所述天线馈入走线及所述天线短路走线连接至所述第二电路板，所述第一电路板与所述第二电路板之间的最短距离大于等于2.5公厘。
12.根据权利要求1所述的耳机模块，其特征在于，还包括第二电路板，设置于所述第一电路板的下方，所述第一电路板包括相对的第一侧及第二侧，所述第二电路板包括相对的第三侧及第四侧，所述天线馈入走线配置在所述第一电路板的所述第一侧与所述第二电路板的第三侧，所述第二侧与所述第四侧之间的距离大于等于所述第一侧与所述第三侧之间的距离。
13.根据权利要求11或12所述的耳机模块，其特征在于，当所述耳机模块被放置于人耳内时，所述第二电路板位于所述第一电路板与所述人耳的外耳道之间，以使所述天线层产生射入所述外耳道的天线极化方向。
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