专利名称：便携式电子设备的制作方法
技术领域：
一般地，本发明涉及电气设备，更具体地，涉及用于便携式电子设备的声学与振动警示。
背景技术：
近来，包括寻呼机、双向寻呼机、蜂窝电话、便携式数字助理、(PDA)与高级数字表等各种类型的便携式电子设备日益增长。在便携式电子设备的设计中，减小内部组件所占的空间常常是极为重要的考虑。在这样的设备中，也希望包括能够引起振动的电机转换器与能够发出音频信号的转换器。前者用于实现振动告警，后者用于实现音频告警，并在一些情形中用于发出更复杂的音频信号，例如话音或音乐。
特别地，在诸如高级数字表等一些更紧凑、特性更丰富的便携式电子设备中，很难找到空间来容纳想要的所有组件，而不使设备的体积过大。
本发明将通过示例性实施例的方式进行描述，而非限制，这些实施例阐释在所附绘图中，其中相似的引用表示相似的组件，且其中图1是腕表形式的电子设备的分解图，其遵照本发明的第一可供选择的实施例。
图2是图1中所示的电子设备的下层机架部件的剖视图，其遵照本发明的第一可供选择的实施例。
图3是图2中所示的剖视图的局部放大图。
图4是压电转换器的分解图，其包含在图1、2与3中所示的电子设备中。
图5是图1中所示的电子设备的下层机架部件的剖视图，其遵照本发明的第二可供选择的实施例。
图6是图5中所示的剖视图的局部放大图。
图7是图1中所示的电子设备的下层机架部件的透视图，其遵照本发明的优选实施例。
图8是图7中所示的下层机架部件的剖视图。
图9是图1中所示的电子设备的下层机架部件的透视图，其遵照本发明的第三可供选择的实施例。
图10是具有剖开部分的无线通信设备的透视图，其遵照本发明的第四可供选择的实施例。
图11是图10中所示的剖视图的局部放大图。
图12是图10中所示的无线通信设备的截面图。
图13是图1中所示的电子设备的功能框图，其遵照本发明的优选实施例。
具体实施例方式
如所要求的那样，在这里公开本发明的详细实施例；然而，需要理解的是，公开的实施例仅仅是本发明的示例，其可以以各种形式实施。因此，这里公开的特定结构与功能细节不应被解释为限制性的，而仅仅作为权利要求书的基础，并作为教导本领域技术人员以基本上任何适宜的详细结构多样化地实施本发明的典型基础。进一步地，这里使用的术语与短语无意是限制性的；而是为了提供本发明的可理解的描述。
术语“a或an”，如这里所使用的那样，被定义为一或多于一。术语“多(plurality)”，如这里所使用的那样，被定义为二或多于二。术语“另一(another)”，如这里所使用的那样，被定义为至少第二或更多。术语“包括”和/或“具有”，如这里所使用的那样，被定义为包涵(即开放语言)。术语“连接(coupled)”，如这里所使用的那样，被定义为连接(connected)，尽管不必是直接的，也不必是机械的。术语“程序”，如这里所使用的那样，被定义为被设计为在计算机系统上执行的一系列指令。程序，或计算机程序，可包括子程序、函数、过程、对象方法、对象实现、可执行应用、applet、servlet、源代码、目标代码、共享库/动态加载库和/或其它被设计为在计算机系统上执行的一系列指令。
图1是腕表形式的电子设备100的分解图，其遵照本发明的第一可供选择的实施例，且图2是图1中所示的腕表形式的电子设备的下层机架部件110的剖视图。图3是图2中所示的剖视图的局部放大图。电子设备100优选地包括无线通信设备。电子设备100包括上层机架部件102，其包括水晶(表盘)104。液晶显示器(LCD)106安装在水晶104下。表带的第一半109、以及表带的第二半107连接到上层机架部件102。也提供下层机架部件110，其被采用以配合上层机架部件102。下层机架部件110包括电池室112。下层机架部件110包括若干螺钉孔114，螺钉(未显示)穿过这些孔以将下层机架部件110紧扣在上层机架部件102。
下层机架部件110包括平壁116。压电转换器118与平壁116联为一体。优选地，下层机架部件110为包覆成型的塑料，其中包括压电转换器118。压电转换器118通过下层机架部件110内的开口142暴露在电子设备100的内部。不覆盖压电转换器118，改善了压电转换器118伸缩的能力。
压电转换器118包括第一电极132、第二电极134、以及第三电极136。第一压电层138与第二压电层140位于第一电极132与第三电极136之间。第二电极134位于第一138与第二140压电层之间。优选地，第一132与第三136电极彼此电气地连接。优选地，第一138与第二140压电层的特征在于共同的极化方向，其正交于层138、140(正交地穿出层平面)。因此，通过将第一电势施加到第一132与第三136电极，并将第二电势施加到第二电极134，通过压电效应的行动，将导致压电层138、140中的一个收缩，而导致压电层138、140中的另一个扩张。由于压电层138、140通过第二电极134连接，为适应压电层138、140中的一个的扩张以及同时压电层138、140中的另一个的收缩，将导致压电转换器118采取凹或凸的形状。哪一层138、140扩张，以及哪一层138、140收缩，取决于极化矢量的方向，以及前述第一与第二电势之间的电势差的符号。通过改变电势差的符号，可导致压电转换器118采取凹或凸的形状。通过施加振荡的电势差，导致压电转换器118振动。由于压电转换器118被塑在下层机架部件110之内，在使用电子设备100时该机架接触用户的手腕，用户将感觉到压电转换器118的振动。这样，提供了告警。压电转换器118可以，比如说，用于在预先确定的时间警示用户(即，用于闹钟功能)，或者在电子设备100接收到寻呼时警示用户。通过使用低频驱动信号，产生可觉察的触觉告警。为提供触觉告警，优选地使用大约70到大约250赫兹范围内的频率来驱动转换器118。更优选地，使用具有大约120赫兹的频率的驱动信号。触觉告警是有利的，这是因为可以独立地警示用户，即，不打扰邻近的其他人。通过将压电转换器118与下层机架部件110集成，避免了增加电子设备100的大小以包括传统的触觉告警的需要。
通过以在音频频率范围内的振动信号来驱动压电转换器118，导致压电转换器118发出可听到的声音，例如哔哔声。这样，依赖于驱动其的信号，压电转换器118能够提供触觉或听觉告警。作为可供选择的另一种替代方案，可以以包括话音、音乐或其它复杂声音的音频信号来驱动压电转换器。大约300到4000Hz的频率范围适宜于话音信号。
上与下层机架部件102、110容纳若干组件，包括LCD 106、折叠的导体天线120、以及电路衬底122。电路衬底122支持、并互连多个电路组件124与开关126。开关126通过穿过下层机架部件110的边壁部分130的按钮128来开动，开关126用于配置(例如，设置闹钟时间)和控制电子设备100的操作。内嵌在电路组件124及其互连中的电路优选地包括用于驱动压电转换器118的一或多个电路。一对信号线144将压电转换器118连接到电路衬底122。该对信号线144中的一条连接到第一132与第三136电极，且该对信号线144中的另一条连接到第二电极134。
图4是压电转换器118的分解图，其包含在图1与2中所示的电子设备100中。如图4所示，压电转换器118包括支持铜迹线(coppertrace)的第一模式404的下层聚脂薄膜衬底402。第一压电层138包括朝向下层聚脂薄膜衬底402的第一表面上的第一银层406，以及相反表面上的第二银层408。注意，导线的第一模式404朝向第一银层406。铜片410置于第一压电层138、以及第二压电层140之间。第二压电层140具有朝向铜片410的第一表面上的第三银层412，以及相反表面上的第四银层414。上层聚脂薄膜衬底416朝向第四银层414。上层聚脂薄膜衬底416支持导线的第二模式，该模式朝向第四银层414。当装配压电转换器118时，导线的第一模式404与第一银层406进行电气连接，铜片410与第二银层408与第三银层412进行电气连接，且导线的第二模式418与第四银层414进行电气连接。导线的第一模式404包括第一段405，其在下层聚脂薄膜衬底402上伸展到第一与第二压电层138、140之外。类似地，导线的第二模式418包括第二段417，其部分地覆盖第一段405。在装配好的压电转换器118中，第一段405与第二段417结合以建立电气接触。第一段405伸展到第二段417之外的部分可用作连接前述一个或更多驱动电路的端点。可通过焊接来进行到第一段405的连接。铜片410包括伸展到第一138与第二140压电层之外的突出411。突出411用作连接前述一个或更多驱动电路的端点。
导线的第一模式404连同第一银层406用作第一电极132(图2)。铜片连同第二408与第三412银层用作第二电极134(图2)。导线的第二模式418连同第四银层414用作第三电极136(图2)。上416、与下402聚脂薄膜层优选地伸展到第一138与第二140压电层、以及铜片410之外。优选地，上与下聚脂薄膜层402、416的外围部分在装配好的压电转换器118中结合在一起。
压电转换器118基本上是平面的，并具有相对于其平面图尺度而言较小的总厚度。每一压电层138、140优选地为从大约0.18mm到0.22mm厚。压电转换器118的总厚度优选地在0.6mm到0.7mm的范围中。压电转换器118的平面图尺度优选地等于电子设备100的下层机架部件110的平面图尺度的一小部分(a substantial fraction of)。定量地，每一平面图尺度优选地在大约1到3.5cm的范围内。由于压电层138、140适宜于使压电转换器118非常薄，可容易地将压电转换器118与下层机架部件110的平壁116集成。更一般地，压电转换器118的厚度使得其适宜于包括在多种空间受限的便携式设备内。压电转换器118的平面尺度使得其适宜子集成在下层机架部件110壁116之内。
图4中指示了两个极化层138、140的公共极化方向P1。作为可供选择的另一种替代方案，给予两个极化层138、140反向平行的极化方向。在后一情形中，可消除铜片410，且产生的压电转换器可通过在第一132与第三136电极之间施加信号来驱动。
图1-3中显示的一般类型的压电转换器可从麻省剑桥的ActiveControl Experts获得。
图5是图1中所示的电子设备100的下层机架部件510的剖视图，其遵照本发明的第二可供选择的实施例，且图6是图5中所示的剖视图的局部放大图。遵照第二可供选择的实施例，下层机架部件510由塑造成型的橡胶(molded rubber)制成。在第二可供选择的实施例中，压电转换器118也与下层机架部件510的平壁516联为一体。如图5所示，压电转换器118内嵌于、并由下层机架部件510的橡胶环绕。橡胶下层机架部件510，作为橡胶，是非常柔韧的，因此允许压电转换器118在施加驱动信号时扭曲(即采取凹或凸的形状)。一对信号线512从转换器118穿过下层机架部件510的橡胶，以连接到电路衬底122。
图7是图1中所示的电子设备100的下层机架部件710的透视图，其遵照本发明的优选实施例，且图8是图7中所示的下层机架部件的剖视图。在优选实施例中，压电转换器118也与平壁116联为一体。优选的下层机架部件710包括凹进712，其深于压电转换器118的高度。压电转换器118包括第一端119与第二端121，其内嵌于下层机架部件710内。压电转换器118的中央部分123悬挂在凹进712。在压电转换器118的中央部分123、以及下层机架部件710之间存在缝隙714。多个穿孔716从凹进712的底部伸出。将压电转换器118的中央部分123悬挂在凹进712允许压电转换器118在受驱动信号驱动时更容易地扭曲。穿孔716的提供便利了当在声音频率驱动压电转换器118时，向外界环境(例如，向用户)发射声波。穿孔716的提供允许上102与下710机架部件的组合作为声学Hemholtz谐振器工作。作为可供选择的另一种替代方案，可消除孔716，以便将水排除在电子设备100之外。一对信号线718延伸到平壁116中的开口720，并且与铜片410的突出411、以及导线的第一模式404的第一段405接触。
图9是图1中所示的电子设备100的下层机架部件910的透视图，其遵照本发明的第三可供选择的实施例。下层机架部件910包括基本平的底壁916。通过使用联结代理918(例如环氧胶)联结到平底壁916，压电转换器118与平底壁916联为一体。由于压电转换器118很薄，可以将其容纳在平底壁916之上，而无须占用电子设备100内的大量空间。
图10是具有剖开部分的无线通信设备1000的透视图，其遵照本发明的第四可供选择的实施例，图11是图10中所示的剖视图的局部放大图，且图12是图10中所示的无线通信设备的截面图。无线通信设备1000包括机架1002。机架1002封装并支持若干部件，包括电路衬底1004、LCD 1006、以及多个控制按钮1008。电路衬底1004支持并互连若干电路组件1010。电路组件1010及其互连优选地嵌套电路，其包括接收器、一或多个压电转换器驱动电路、以及处理器。机架1002包括平壁1012。压电转换器118与平壁1012联为一体。压电转换器118优选地包覆成型到机架1002的平壁1012之内。压电转换器118通过平壁1012的内向开口1014暴露在机架1002的内部。
图13是图1中所示的电子设备的功能框图，其遵照本发明的优选实施例。如图13所示，电子设备包括收发器1302、处理器1304、输入解码器1306、时间保持电路1308、数模转换器1310、显示驱动1312、模数转换器1324与存储器1314，其通过数字信号总线1316连接到一起。收发器1302连接到天线122。处理器1304被编程，以执行存储在存储器1314内的用于控制电子设备100的操作的程序。输入解码器1306连接到开关126。显示驱动1312连接到显示器106。模数转换器1324连接到感觉放大器1326，该放大器连接到压电转换器118。
数模转换器1310连接到可选增益放大器1318的输入1317。可选增益放大器1318的数字增益控制输入1325通过数字信号总线1316连接到处理器1304。电源1320，其优选地采用存储在电池室112内的电池的形式，以相对较低的电压(例如，1.5到3伏特)向DC到DC转换器1321提供电源。DC到DC转换器1321的输出1321A连接到可选增益放大器1318的电源输入1323。DC到DC转换器1321优选地以相对较高的电压(例如，10到50伏特)向可选增益放大器1318提供电源，该电压足以允许可选增益放大器1318以足以导致产生可觉察的触觉与听觉振动的幅度来驱动压电转换器118。尽管从压电转换器118获取可觉察的触觉或听觉响应所需的电压可能随压电转换器118的厚度和其中使用的材料而变化，可通过例行性的实验来确定该电压。可选增益放大器1318的输出1319连接到压电转换器118。可选增益放大器的输出1319优选地包括两个端点，其中一个连接到压电转换器118的第一132与第三136电极，另一个连接到压电转换器118的第二电极134。优选地，以至少大约24伏特的电压驱动转换器118，以产生可听到的告警，并且优选地，在希望产生振动告警时，以至少大约32伏特的电压驱动(转换器118)。
收发器1302、处理器1304、输入解码器1306、显示驱动1312、时间保持电路1308、数模转换器1310、模数转换器1324、存储器1314、DC到DC转换器1321、可选增益放大器1318、以及感觉放大器1326为电路，其内嵌于电路衬底122的电路组件124及互连之中。
感觉放大器1326与模数转换器1324可被用于感觉在外界生成的振动导致压电转换器118振动(例如用户向电子设备100说话的话音导致的)时，压电转换器118生成的电气信号。在这样的能力中，压电转换器118取代麦克风的位置，并可用于输入音频，该音频其后由收发器1302传输，和/或录制在存储器1314内。压电转换器118也可用作无线通信设备1000中的麦克风(图10)。
收发器1302可被操作以接收消息。时间保持电路1308可被操作以保持时间。处理器1304可被编程以通过用户选择的闹钟时间的开关126接收用户输入。作为对接收消息的响应，或者当达到闹钟时间时，处理器1304选择可选增益放大器1318的增益设置，并通过数模转换器1310向可选增益放大器1318施加信号，以导致可选增益放大器1318驱动压电转换器118，以生成可觉察的触觉或听觉振动或者两者。要使用的增益设置可以是用户可配置的。
尽管已阐释和描述本发明的优选与其它实施例，显而易见的是，本发明不限于此。本领域普通技术人员可进行各种变更、修改、改动、替换与等价，而不偏离如所附权利要求书所定义的本发明的实质与范围。
权利要求
1.一种便携式电子设备，其包括机架，其包括壁；和压电转换器，其与所述壁联为一体。
2.如权利要求1所述的便携式电子设备，其中所述压电转换器包覆成型到所述壁之内。
3.如权利要求1所述的便携式电子设备，其中所述压电转换器联结到所述壁。
4.如权利要求1所述的便携式电子设备，其中所述压电转换器基本是平面的。
5.如权利要求1所述的便携式电子设备，其中，所述压电转换器至少部分地覆盖所述壁中的凹进，使得在所述压电转换器的至少一部分与所述壁之间存在空隙。
6.如权利要求1所述的便携式电子设备，其中所述壁包括橡胶。
7.如权利要求1所述的便携式电子设备，其中所述压电转换器至少部分地嵌入在所述壁内。
8.如权利要求1所述的便携式电子设备，其包括腕表形式的电子设备，其中所述壁包括所述腕表形式的电子设备的手腕边壁。
9.如权利要求8所述的便携式电子设备，其进一步包括电路，其包括驱动电路，其被适配以便以70到250赫兹的范围内的频率来驱动所述压电转换器。
10.如权利要求8所述的便携式电子设备，其中所述壁包括橡胶。
11.如权利要求1所述的便携式电子设备，其中所述压电转换器包括第一电极；第二电极；第一压电层，其布置在所述第一电极与第二电极之间；第二压电层，其布置在所述第一电极与第二电极之间。
12.如权利要求11所述的便携式电子设备，其进一步包括第三电极，其布置在所述第一压电层与所述第二压电层之间；和其中，所述第一电极连接到所述第二电极。
13.如权利要求1所述的便携式电子设备，其进一步包括电路，其包括驱动电路，其被适配以驱动所述压电转换器。
14.如权利要求13所述的便携式电子设备，其中，所述电路进一步包括收发器，其用于接收一或多个信号；处理器，其连接到所述驱动电路，用于激活所述驱动电路，以响应所述一或多个信号。
15.一种便携式电子设备，其包括机架，其包括壁，所述壁包括压电转换器。
16.如权利要求15所述的便携式电子设备，其中所述压电转换器包覆成型到所述壁之内。
17.如权利要求15所述的便携式电子设备，其中所述压电转换器基本是平面的。
18.如权利要求15所述的便携式电子设备，其中，所述压电转换器至少部分地覆盖所述壁中的凹进，使得在所述压电转换器的至少一部分与所述壁之间存在空隙。
19.如权利要求1所述的便携式电子设备，其中所述壁包括橡胶。
20.如权利要求15所述的便携式电子设备，其进一步包括电路，其包括驱动电路，其被适配以便以70到250赫兹的范围内的频率来驱动所述压电转换器。
全文摘要
本发明公开一种便携式电子设备(100、1000)，其包括机架壁(116、516、916、1012)，以及压电转换器(118)，所述压电转换器与所述机架壁(116、516、916、1012)联为一体。
文档编号G04G21/06GK1659791SQ03812645
公开日2005年8月24日 申请日期2003年5月19日 优先权日2002年5月31日
发明者托马斯·詹姆斯·罗林, 布鲁斯·麦凯·莫顿, 查尔斯·奥斯蒂·墨菲 申请人:摩托罗拉公司