CN1883227B - 包括rfid电路的电声换能器 - Google Patents

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Abstract

在一种电声换能器(1)中，提供了环形形式的声音产生部件(38)，该声音产生部件(38)包围一内部空间(22)，在该内部空间(22)中容纳有一集成电路(31)，通过该集成电路(31)，形成了一RFID通信合作装置(37)的通信电路(31B)。

Description

包括RFID电路的电声换能器
本发明涉及一种具有声音产生部件和电路单元的电声换能器，该电路单元具有电路衬底和一个信号处理电路的至少一个电路元件，该电路元件装在电路衬底上。 
专利文献US6243472B1公开了一种上面首段所述类型的电声换能器。在该已知的换能器中，电路单元的载体上设有多个电路元件，该载体为板的形式，所述电路元件形成一换能器电路，其用于处理并作用于将要馈送和馈送到声音产生部件的信号。关于这种其内并入一换能器电路的换能器，可参照2003年7月18日申请的申请号为PCT/IB03/03275(PHAT020049EP-P)的国际专利申请。在该已知的电声换能器中，该至少一个电路元件形成一换能器电路，其在处理声信号方面具备优点，但从另一方面来说却有局限性，因为这种换能器通常用在提供已知换能器不提供任何支持的附加功能性的装置中。 
本发明的目的在于消除上述的局限性，并产生一种改进的电声换能器。 
为了实现上述目的，将依据本发明的功能部件设置在依据本发明的电声换能器中，由此能使依据本发明的电声换能器具有采用下面规定方式的特征，即： 
一种电声换能器具有声音产生部件并具有一电路单元，该电路单元具有电路衬底和一个信号处理电路的至少一个电路元件，该电路元件装在该电路衬底上，其中，该声音产生部件的形式为环形且包围一内部空间，在制造该换能器时和装配该电路单元之前，可自该声音产生部件的外部接近该内部空间，并且，该至少一个电路元件被布置在该声音产生部件中的内部空间内，并形成通信合作装置的通信电路以用于无接触地通信。 
通过依据本发明的设置所实现的首要一点是，用于电声装置的电声换能器还可用于产生属于该电声装置的通信合作装置，这有利于尽可能低廉、节省空间并且需要的组装步骤极少的技术方案。依据本发明的功能部件的设置能以结构上简单的方式实现电声换能器特别节省空间的设计，该电声换能器具有嵌入式的通信合作装置的通信电路，因为通信  电路的装在电路衬底上的该至少一个电路元件容纳在声音产生部件中的内部空间内且因此不占用任何附加空间。 
在依据本发明的电声换能器中，可在电路衬底上设有多个分立的电路元件以形成通信电路。这种通信电路也可由薄膜技术产生。不过，经证实非常有利的是，仅设置单个电路元件，该电路元件是通过与电路衬底连接的一集成电路形成的，该集成电路形成通信电路。这样一来，就可获得特别小而节省空间的技术方案。 
在具有一集成电路的实施例中，经证实还非常有利的是，另外设置如权利要求3所述的部件。这意味着：可动线圈有利地用于两个目的。这种技术方案的有利之处还在于，容许可动线圈与通信电路之间存在形式尽可能简单的导电连接。 
在依据本发明的其内的声音产生部件具有隔膜的电声换能器中，彼此平行延伸的连接触点可采用点或条带的形式设置在电路衬底远离隔膜的那面上，不过，经证实非常有利的是，在电路衬底远离隔膜的那面设置四个连接触点，每一个连接触点都是圆环扇形区的形式。实戏证明，这种实施例是特别有利的。 
电路单元例如可通过至少一个螺钉固定就位。不过，经证实非常有利的是，将电路单元布置成不采用单独工具就可拆卸。为此，可在电路单元和换能器别的构成部件之间设置闭锁连接或卡口式连接。还可在电路单元与换能器别的构成部件之间设置或紧或松的压入配合。 
本发明的这些和其它方面将自下面描述的实施例明显地看出并参照该实施例予以阐明，不过，本发明并不局限于该实施例。 
在附图中： 
图1以横剖面示出了依据本发明一实施例的电声换能器，该换能器设有一电路单元； 
图2示出了依据图1的换能器后部的斜视图，未示出电路单元； 
图3示出了依据图1的换能器的电路单元后部的斜视图； 
图4示出了依据图1的换能器的电路单元前部的斜视图。 
图1示出了电声换能器1，它在本实例中为扬声器1。换能器1为一种绕其中心基本上对称的形式，且具有换能器轴2。 
换能器1具有杯状形式的外壳3，其由金属构成且具有端壁4和侧壁5，端壁4设有其内具有让声音通过的开口(未示出)的圆形凸起部分6，  还设有四个条带形式的突舌片7，其自侧壁5突伸且沿径向朝换能器轴2延伸，换能器1容纳在外壳3中的构成部件借助于突舌片7固定在其轴向位置上。还可设置不止四个的这样的突舌片7。换能器1容纳在外壳3中的构成部件的径向位置借助于侧壁5固定。杯状外壳3在换能器轴2定向的方向上的高度是3.2毫米。外壳3在垂直于换能器轴2延伸的方向上的直径是13.2毫米。因此，换能器1的形状特别小。换能器1例如用于移动电话和相似的电信装置，这些装置的形状特别小，这意味着：用在其中的元件比如换能器1也需形状特别小且仅占用少量空间。因此，对这种换能器1有利的是，其尺寸比已知换能器的还要小仅十分之几毫米。 
换能器1包含隔膜8，其边缘区域9基本上为U形，该U形边缘区域9与环10连接，该环10在制造隔膜8时与隔膜8连接，且该环10用于传送和组装的目的。当制造换能器1时，环10加上与之连接的隔膜8平行于换能器轴2的方向滑入外壳3中，突舌片7此时自然尚未弯过来而是沿着基本平行于换能器轴2的方向延伸。隔膜8具有中间区域11、环形的紧固区域12和中央区域13，该中间区域11与U形边缘区域9连接起来，该紧固区域12与中间区域11连接起来，而该中央区域13位于紧固区域12内，用于产生声音。为此，隔膜8总体上被布置成能平行于换能器轴2振动。 
换能器1还具有磁性***14。该磁性***包括永久磁铁15、第一轭16以及第二轭17，第一轭16为圆环形式且平靠在永久磁铁15上，第二轭17的横剖面为L形结构，它的盘状第一部分18同样平靠在永久磁铁15上，而它空筒形式的第二部分19沿平行于换能器轴2的方向自第一部分18突伸。当制造换能器1时，第一轭16、永久磁铁15、第二轭17相继平行于换能器轴2的方向滑入外壳3中。一旦磁性***的三部分15、16和17已滑入适当的位置上，外壳3上的突舌片7就弯到图1和2所示的位置上，因此，隔膜8和磁性***14随之固定就位。在第二轭17的第二部分19的自由端与第一轭16的内边缘之间形成有气隙20，它由磁性***的两部分即第一轭16和第二轭17限定。磁性***14具有一边界面21，其位于远离隔膜8的侧面上且形成磁性***14的外边界，该边界面21是通过第二轭17的第一部分18的形式为圆环的一个面形成的。 
磁性***14、可动线圈29以及隔膜8形成换能器1的声音产生部件  38。 
正如可从图1和2中看出的一样，磁性***14在本实例中有利地为环形。因此，声音产生部件38也是环形。磁性***14包围一个内部空间22，在制造换能器1时和装配电路单元23(下面将给出电路单元形式的细节)之前，该内部空间22可自磁性***14的外面在其沿着垂直于换能器轴2的方向的整个范围上接近，且换能器轴2贯穿该内部空间22。在本实例中，磁性***14和声音产生部件38的环形被限定为圆环。不过，环形也可为椭圆形、矩形或方形的结构。 
触点载体24紧紧地保持在内部空间22中，该触点载体24由塑料材料构成且用于保持两个可动线圈触点25，因为视图以横剖面示出，所以图1中仅可看见一个可动线圈触点25。可动线圈触点25通过模制到触点载体24中而与之连接。每个可动线圈触点25具有U形部分26，在其两侧向元件之间夹有可动线圈线的一端27。每个可动线圈触点25还具有L形部分28，其自U形部分26的一个侧向元件突伸。 
换能器1包含可动线圈29，该可动线圈29被部分地布置在气隙20中且通过一粘合接头(未示出)在隔膜8的紧固区域12中与隔膜8连接。可动线圈29与磁性***14相协作，表征将要被声学复制的信号的电信号被馈送到可动线圈29，因此，可动线圈29就可振动，且隔膜8产生将要被声学复制的信号。馈送到可动线圈29的电信号须放大，也就需要在将它馈送到可动线圈29之前，按要求使其信号波形起作用。对之所要求的是，布置一换能器电路31A，其对信号起着必不可少的作用，尤其是将信号放大。 
在换能器1中，该换能器电路31A与换能器1直接连接。为此，将已提及的电路单元23设在换能器1中。电路单元23具有板状形式的电路衬底30，该电路衬底30被布置成沿轴向与环形磁性***14的边界面21相邻。在本实例中设置和安装在板状形式的电路衬底30上的仅是单个电路元件31，它是由与电路衬底30连接的集成电路31形成的，该集成电路31仅在图1中示意性地示出，且该集成电路31形成换能器电路31A，此外，还形成通信合作装置37的通信电路31B，该通信合作装置37将在下面更为详细地阐述。集成电路31在该情况下被有利地布置在电路衬底30与隔膜8相邻的那面32上。这就产生了一种将集成电路31布置在磁性***14中的内部空间22内的情形，由此带来了将内部空间22中无论  如何都能得到的空间用于容纳集成电路31的主要优点，这意味着无需附加空间来容纳集成电路31，这么一来，对获得尽可能小的换能器1(包括换能器电路31A和通信电路31B)的高度是有利的。集成电路31嵌在基本上为杯状的塑料封装件33中。两个通过模制到塑料封装件33中而与之连接的连接触点34自塑料封装件33突伸，其中的每一个连接触点34都与可动线圈触点25导电连接，导电连接在所有情况下都是在连接触点34与可动线圈触点25的L形部分28之间进行的。两连接触点34中的每一个都与集成电路31的端子(未示出)连接。电路衬底30在该情况下是通过一块小的印刷电路板形成的，其上连接有塑料封装件33。不过，电路衬底30和塑料封装件33也可成为一体，在该情况下，电路衬底30也将由塑料材料构成，从而给出了一个特别简单而有利的实施例。 
正如可从图3中看出的一样，在电路衬底30与隔膜8远离的那面35上设有四个接触端子36，它们分别都是圆环扇形区的形式。这些接触端子36中的两个用于馈入将要复制为声信号的电信号。这些接触端子36中的另两个用于馈入集成电路31的直流电源电压，该直流电源电压总是被馈送到换能器电路31A，且可能根据通信电路31B操作的模式而馈送到通信电路31B。 
关于通信电路31B和含有通信电路31B的通信合作装置37，应该注意的是，这种通信合作装置37和这种通信电路31B已长期为人所知。它们是能在读/写站之间持续通信且称作转发器的通信部件，通过该通信，首先可将存储在转发器中的数据发送给读/写站，然后可将含在读/写站中的数据发送给转发器。关于这种通信合作装置37，可注意参阅一些专利文献，也即例如参阅US5345231、EP0473569B2、EP0669591B1、US6168083B1、EP0783740B1、US6563882B1、US6510149B1、US6583717B1、US6442215B1、EP1038257B1、EP1064616B1、US6301138B1、WO02/51021A1以及WO02/51183A1，还可参阅一些标准，也即例如参阅ISO14443、ISO15693、ISO18000以及ISO18092。上述专利文献和标准的内容在此并入以供参考。正如可从上述的后两篇专利文献中看出的一样，已知具有转发器功能和/或读/写站功能的通信合作装置设在便携式电话即无线电通信的便携式装置中。不过，至今只知通信合作装置的通信电路被设为无线电通信的便  携式装置的单独元件或设为可更换元件如电池上的单独元件。相反，在参照图1-4描述的技术方案中，通信合作装置37的通信电路31B设在电声换能器1内，该电声换能器1被设置和安排在无线电通信的便携式装置和其它电声装置(PDA，寻呼机)中。该技术方案带来的优点在于，通信合作装置37的通信电路31B无需什么附加空间。在图1-4所示的技术方案的情况下，还获得的附加优点是，通信电路31B是通过单个集成电路31与换能器电路31A共同实现的，这也有利于尽可能地降低成本。 
在本实例中，通信合作装置37是借助于通信电路31B和可动线圈29实现的，该可动线圈29同时用作无接触通信的发送部件。借助于由可动线圈29形成的无接触通信部件，就可在通信合作装置37的通信电路31B与一读/写装置(未示出)即另一通信合作装置之间元接触地发送数据，该通信电路31B容纳在换能器1内。 
应该注意的是，与其将可动线圈29另外用作无接触发送部件，还不如采取另一种技术方案，即，使通信电路31B与另外设置在可动线圈29上的一通信线圈连接。这种技术方案的优点在于，可相当独立地不管电声换能器1的尺寸来设定该单独通信线圈的大小，由此可获得更好的发送条件。 
在本实例中，电路单元23通过闭锁连接(未在图中示出)固定就位。该闭锁连接是在触点载体24和塑料封装件33之间形成的。不过，也可在换能器1的其它构成部件之间例如在第二轭17与电路衬底30之间形成闭锁连接。因为电路单元23是借助于闭锁连接固定就位的，所以电路单元23可脱离换能器1的支持体而无需单独工具。由此将电路单元23设计成不用单独工具就可拆卸。不过，电路单元23也可借助于易于松脱的搭扣作用连接或卡口式连接固定就位。电路单元23还可在局部点例如借助于粘合接头或焊接接头固定就位。 
利用换能器1以特别有利的方式所实现的是，首先，在换能器轴2定向的方向上需要极少量的附加空间来容纳集成电路31，即板状电路衬底30所需的空间量，不过，这只相当于十分之几毫米，其次，即便已经完成了换能器1之后，也容易而简单地接近电路单元23，且可在电路单元23不能令人满意地操作时容易而简单地将其更换。 
在图1-4所示的换能器1的改型中，不将电路衬底30设置成延伸到外壳3的侧壁5，而是使电路衬底30的外径仅与内部空间22的内径相  同，且仅将塑料封装件33加上电路衬底30占用的空间高度设定成使电路衬底30远离隔膜8的那面35与磁性***的边界面21齐平，或正好在它朝向内部空间沿轴向与边界面21稍错开的位置上，这意味着：在该情况下，电路衬底30也被布置成与磁性***14的边界面21相邻，也就是说，基本上沿径向相邻。因此，在换能器轴2定向的方向上无需什么附加空间来容纳包含集成电路31的电路单元23。在该换能器1的改型中，电路衬底30可由塑料封装件33的底壁形成。 
关于电路单元23，还应注意的是，电路单元23是表面可安装的形式且由此通过SMD工艺与移动电话或相似装置的印刷电路板连接。电路单元23由此形成换能器1的表面可安装的适配器，在该情况下，所述适配器可与换能器1的支持体连接或不连接，依消费者的请求或应用而定。 
还应注意的是，被设计成在电路衬底30与磁性***14的第二轭17之间提供特别好的热传递的中间层还可设在磁性***14远离隔膜8的边界面21与电路衬底30与隔膜8相邻的面32之间。 
关于换能器1，还应注意的是，同样可不将电路单元23设在换能器1中，也就是说，未给消费者提供带这种电路单元23的换能器1以装配到移动电话或相似装置中，在该情况下，这种未配备电路单元23的换能器1必须自换能器1外部的换能器电路被供给将要声复制的电信号，该外部换能器电路与两可动线圈触点25的L形部分28直接连接。 
换能器电路31A和通信电路31B还可通过两个独立的集成电路形成。通信电路31B可包含转发器电路和读/写站电路，正如在所谓的涉及标准ISO18092的NFC***中的情况一样。在所谓的这种NFC转发器中，数据的发送不仅可在各自相反的方向上单向进行，还可双向进行。 
在将换能器1用于移动电话时，换能器1的通信电路31B还可经由附加触点与属于移动电话的处理器(可具有密码单元或不具有密码单元)连接，以不仅能经由通信电路31B发送声信号还能将文字和图像数据发送到例如移动电话的显示器。 
值得注意的是，依据本发明的电声换能器还可是扩音器。依据本发明的电声换能器还可为压电换能器的形式。在这种情况下，可采用所谓的MEMS技术，通过该技术在集成电路上实现压电扬声器和/或压电扩音器。 
借助于通信电路31B，输入或输出的信号(数据)还可分别解密和加密，由此能经由通信电路31B实现防窃听的通信安全保障。在通信之前，通信的相关合作者必须交换相关的键码(RSA，DES，三重DES，椭圆曲线等)以能实现防窃听的通信安全保障。这在涉及现金交易的情况下是非常有益且的确是特别必要的。 
电码存储还可借助于通信电路31B进行，作为一种选择，这意味着：例如可将扬声器调整所用的专门调谐数据存储在例如调节频率(高音频率、低音频率)的相关芯片(比如NFC芯片)上，以能经由放大器调谐扬声器。还可进行经由输入扩音器和下游语言模式识别部件输入代码字和/或数字码的设置。 
在移动电话的情况下，除了依据本发明的具有嵌入式通信电路31B的换能器外，还可设置另一个附加的电声换能器，其例如包含在耳机中并具有专门的加密单元(固定或可变的)，在该情况下，数据可借助于嵌入式的通信电路31B无接触地(或经由电缆)并以加密的形式自移动电话发送到耳机，随后数据可借助于另一个设在耳机中的通信电路解密，这意味着：解密的数据乃至信号仅能直接在耳中得到，因此，所发送的数据将特别安全地防窃听，因为在这种情况下，仅存在以会被监听的加密形式发送的数据或信号。 

Claims (6)

1.一种电声换能器(1)，具有声音产生部件(38)并具有一电路单元(23)，该电路单元(23)具有电路衬底(30)和一个信号处理电路的至少一个电路元件(31)，该电路元件(31)装在该电路衬底(30)上，其中，该声音产生部件(38)的形式为环形且包围一内部空间(22)，在制造该换能器(1)时和装配该电路单元(23)之前，可自该声音产生部件(38)的外部接近该内部空间(22)，并且，该至少一个电路元件(31)被布置在该声音产生部件(38)中的内部空间(22)内，并形成通信合作装置(37)的通信电路(31B)以用于无接触地通信。
2.如权利要求1所述的电声换能器(1)，其中，仅设单个电路元件(31)，其由与该电路衬底(30)连接的一集成电路(31)形成，该集成电路(31)形成通信电路(31B)。
3.如权利要求1所述的电声换能器(1)，其中，该电路元件(31)嵌在一塑料封装件(33)中，并且，将两个连接触点(34)设在该塑料封装件(33)上，该两个连接触点中的每一个都与属于该声音产生部件(38)的可动线圈(29)的可动线圈触点(25)连接，并且，该可动线圈(29)还另外用作该通信合作装置(37)的无接触发送部件。
4.如权利要求1所述的电声换能器(1)，其中，该声音产生部件(38)具有一隔膜(8)，并且，在该电路衬底(30)远离该隔膜(8)的一面(35)上设有四个接触端子(36)，每一个接触端子都是圆环扇形区的形式。
5.如权利要求1所述的电声换能器(1)，其中，将该电路单元(23)布置成不用单独工具就可拆卸。
6.如权利要求1所述的电声换能器(1)，其中，该换能器(1)具有杯状外壳(3)，其沿着换能器轴(2)定向的方向的高度为2-5毫米，且其垂直于换能器轴(2)定向的方向的直径为6-20毫米。
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