电子装置及其操作方法与流程

1.本公开涉及一种电子装置及其操作方法，且更特定地说，涉及一种包含天线的穿戴式装置及其操作方法。


背景技术：

2.随着更多无线通信技术的出现，穿戴式装置已变得非常流行。无线通信的传输效率取决于穿戴式装置的天线与电路系统之间的阻抗匹配。外部环境在阻抗匹配中至关重要。然而，当前穿戴式装置无法在各种环境下提供良好阻抗匹配。


技术实现要素：

3.在一些实施例中，一种穿戴式装置包含天线元件、第一匹配电路、第二匹配电路及开关元件。所述第一匹配电路具有第一阻抗值。所述第二匹配电路具有与所述第一阻抗值不同的第二阻抗值。所述开关元件经配置以确定所述天线元件是与所述第一匹配电路还是与所述第二匹配电路电连接。
4.在一些实施例中，一种操作天线模块的方法包含：产生控制信号；及响应于所述控制信号而确定天线是与第一匹配电路还是与第二匹配电路电连接。所述第一匹配电路具有与所述第二匹配电路的阻抗值不同的阻抗值。
附图说明
5.当结合附图阅读时，从以下具体实施方式容易理解本公开的一些实施例的方面。应注意，各种结构可能未按比例绘制，且各种结构的尺寸可出于论述清晰起见而被任意地增大或减小。
6.图1绘示根据本公开的一些实施例的电子装置的框图。
7.图2a及2b绘示根据本公开的一些实施例的电子装置的模拟结果。
8.图3绘示根据本公开的一些实施例的匹配电路的示意图。
9.图4绘示根据本公开的一些实施例的电子装置的框图。
10.图5绘示根据本公开的一些实施例的展示操作电子装置的方法的流程图。
具体实施方式
11.在整个附图及具体实施方式中使用共同参考数字以指示相同或相似组件。从结合附图采取的以下具体实施方式，将容易理解本公开的实施例。
12.以下公开内容提供用于实施所提供主题的不同特征的许多不同实施例或实例。下文描述组件及布置的特定实例以阐释本公开的某些方面。当然，这些组件及布置仅仅为实例且并不意图是限制性的。举例来说，在以下描述中，第一特征形成于第二特征之上或上可包含第一特征与第二特征直接接触地形成或安置的实施例，且还可包含额外特征可形成或安置于第一特征与第二特征之间以使得第一特征与第二特征可不直接接触的实施例。此
外，本公开可在各种实例中重复参考数字及/或字母。此重复是出于简单及明晰的目的，且本身并不规定所论述的各种实施例及/或配置之间的关系。
13.图1绘示根据本公开的一些实施例的电子装置1的框图。在一些实施例中，电子装置1可为天线模块或穿戴式装置(例如电子手表、电子带、电子眼镜、耳机或其类似者)或为其部分。如所展示，电子装置1包含天线元件11、开关元件12、检测元件13、匹配电路14及15，及处理元件16。
14.天线元件11可电连接到匹配电路14。天线元件11可电连接到匹配电路15。开关元件12可电连接到匹配电路14。开关元件12可电连接到匹配电路15。检测元件13可电连接到开关元件12。处理元件16可电连接到开关元件12。
15.天线元件11可经配置以从一或多个外部装置接收电磁波。天线元件11可经配置以将电磁波发射到外部装置。举例来说，天线元件11可经配置以提供电子装置1与外部装置之间的无线连接。天线元件11可进一步经配置以响应于从外部装置接收的电磁波而经由匹配电路(例如匹配电路14或匹配电路15)及开关元件12将一或多个电信号(例如电流)提供到处理元件16。天线元件11可经配置以经由匹配电路(例如匹配电路14或匹配电路15)及开关元件12从处理元件16接收一或多个电信号(例如电流)。天线元件11可经配置以将一或多个所接收电信号的能量辐射为电磁波。在一些实施例中，天线元件11可包含经配置以接收及/或发射电信号的馈入部分。馈入部分可具有连接到接地的端子。在一些实施例中，天线元件11可包含单极天线、芯片天线或其类似者。
16.检测元件13可经配置以检测外部物体是否存在于电子装置1附近。外部物体可包含例如用户的手指、头部或其它身体部分。外部物体可在其中具有例如组织流体或导电流体。检测元件13可经配置以感测外部物体与电子装置1之间的接触。检测元件13可经配置以确定外部物体与电子装置1之间的距离是否小于或等于阈值距离。检测元件13可为感测元件。感测元件可包含例如电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、光学传感器(例如红外传感器)、声音传感器或接近度传感器。
17.检测元件13经配置以取决于检测结果而产生信号(或控制信号)并将所述信号发送到开关元件12。举例来说，检测元件13可经配置以在外部物体被检测为位于电子装置1附近的状况下产生具有第一逻辑值的信号。举例来说，检测元件13可经配置以在未检测到(或不存在)外部物体的状况下产生具有第二逻辑值的信号。第一逻辑值与第二逻辑值不同。
18.开关元件12经配置以从检测元件13接收信号。开关元件12可经配置以基于从检测元件13接收的信号而确定天线元件11是与匹配电路14还是与匹配电路15电连接。在一些实施例中，当天线元件11与匹配电路14之间建立连接时，切断天线元件11与匹配电路15之间的连接，且反之亦然。在一些实施例中，开关元件12可包含例如电开关或机械开关。
19.匹配电路14可具有第一阻抗值。匹配电路15可具有与匹配电路14的第一阻抗值不同的第二阻抗值。在一些实施例中，第一阻抗值可大于第二阻抗值。替代地，第一阻抗值可小于第二阻抗值。当开关元件13将天线元件11与匹配电路14连接时，匹配电路14可电耦合到天线11，例如天线11的馈入部分。当开关元件13将天线元件11与匹配电路15连接时，匹配电路15可电耦合到天线11，例如天线11的馈入部分。匹配电路15与匹配电路14断开连接。
20.处理元件16经配置以经由开关元件12及匹配电路14或匹配电路15从天线11接收一或多个电信号(例如电流)。处理元件16可将一或多个电信号(例如电流)提供到天线11。
处理元件16可包含例如发射器、接收器、处理器、多路复用器、存储器及其类似者。在一些实施例中，处理元件16可控制扬声器、麦克风或显示器(未展示)。
21.天线元件11可具有预定阻抗值。预定阻抗值可在约30欧姆到约75欧姆的范围内。预定阻抗值可为约50欧姆。使天线元件11的预定阻抗值与电子装置1的电路系统(例如处理元件16的发射器或接收器)的负载端子的阻抗值匹配对无线传输效率极其关键。阻抗匹配使天线11的谐振频率变化。如果天线元件11的谐振频率在合意频带内，那么无线传输效率可较高，即，可减小天线元件11的回波损耗(例如s11参数)。合意频带可指示由天线元件11发射及/或接收的电磁波的频率。在一些实施例中，合意频带可在约2.4ghz到约2.5ghz的范围内。因此，使用匹配电路可在天线元件11与电子装置1的电路系统的端子之间产生较佳阻抗匹配。
22.在比较实施例中，电子组件可包含仅一个匹配电路，且当电子组件放置于不存在外部物体的环境中时可获取天线元件与匹配电路之间的良好阻抗匹配；然而，在电子装置与外部物体接触或接近外部物体的状况下，天线元件的等效阻抗值将改变，且天线元件与匹配电路之间发生阻抗失配，这将不利地影响天线元件的辐射性能。举例来说，如果获取天线元件与匹配电路之间的良好阻抗匹配，那么天线元件可在合意频带内的谐振频率下操作。举例来说，如图2a中所展示的天线元件的实例传输效率数据说明回波损耗(例如在2.4ghz、2.45ghz及2.5ghz下的s11参数)优于所要频带内的特定分贝值。然而，如果天线元件与匹配电路之间发生阻抗失配，那么天线元件将在合意频带之外的谐振频率下操作(例如频移)，这将会增大天线元件的回波损耗并减小天线元件的传输效率。举例来说，如图2b中所展示的天线元件的实例传输效率数据说明回波损耗(例如在2.4ghz、2.45ghz及2.5ghz下的s11参数)劣于所要频带内的特定分贝值(例如-10db)。这将产生较短发射距离、较高发射功率及较高延迟。
23.根据如图1中所展示的实施例，电子装置1具有两个或更多个匹配电路14、15，且开关元件12可基于来自检测元件13的信号而确定天线元件11与匹配电路14或匹配电路15电连接。因此，电子装置1可确保可在不同环境下获取天线元件11与匹配电路(例如匹配电路14或匹配电路15)之间的阻抗匹配。举例来说，如果不存在外部物体，那么天线元件11的阻抗值可经由匹配电路14而与电子装置1的电路系统的阻抗值匹配。天线元件11可具有在合意频带内的第一谐振频率。举例来说，如果外部物体被检测为接近电子组件1，那么天线元件11的阻抗值可经由匹配电路15而与电子装置1的电路系统的阻抗值匹配。天线元件11可具有在合意频带内的第二谐振频率。尽管第一谐振频率可与第二谐振频率不同，但其两者均在合意频带内。因此，不管环境中出现的改变，电子装置1的天线元件11均可在合意频带内的谐振频率(例如第一谐振频率或第二谐振频率)下操作，这将改进天线元件11的传输效率(例如较长发射距离、较低发射功率及较低延迟)。
24.换句话说，当电子装置1定位于不存在外部物体的自由空间中时，电子装置1的天线元件11将产生第一谐振频率。在外部物体在阈值距离内接近电子装置1时的暂态期中，在电子装置1的开关12从匹配电路14切换到匹配电路15之前，天线元件11可产生与第一频率不同的第三谐振频率。第三谐振频率可在所要频带之外。在匹配电路15与天线元件11建立连接之后，天线元件11将产生第二谐振频率。
25.在一些比较实施例中，电子装置可包含多个天线以通过将多个天线中的一者切换
到另一者而维持传输效率。然而，多个天线占据巨大的体积，这不适合于一些应用(例如穿戴式装置)。在本公开中，电子装置1通过切换小型的多个匹配电路(例如匹配电路14及匹配电路15，或更多)而控制天线阻抗匹配。因此，可减小电子装置1的大小。
26.图3绘示根据本公开的一些实施例的匹配电路(例如匹配电路14)的示意图。如所展示，匹配电路14可包含第一端子141、第二端子142，及电子组件143、144及145。当开关元件12将第一端子141与天线元件11连接时，所述第一端子可电耦合到所述天线元件。第二端子142可电连接到处理元件16，例如处理元件16的发射器或接收器。
27.电子组件143可具有电连接到第一端子141的端子。电子组件143可具有电连接到电子组件144的端子。电子组件143可具有电连接到接地的端子。电子组件144可具有电连接到第一端子141的端子。电子组件144可具有电连接到第二端子142的端子。电子组件144可具有电连接到电子组件145的端子。电子组件145可具有电连接到第二端子142的端子。电子组件145可具有电连接到接地的端子。电子组件143、144及145可各自包含例如电容器、电阻器、电感器或其组合。在一些实施例中，电子组件143、144或145可包含具有约1纳亨(nh)到约7nh的电感值的电感器。在一些实施例中，电子组件143、144或145可包含具有约3nh到约5nh的电感值的电感器。
28.匹配电路15可具有与匹配电路14的配置相似的配置，只是匹配电路15的等效阻抗值与匹配电路14的等效阻抗值不同除外。举例来说，匹配电路15可包含第一电感器及第二电感器。第一电感器的电感值可与第二电感器的电感值不同。
29.在一些实施例中，匹配电路(例如匹配电路14或匹配电路15)的电子组件可经由史密斯图(smith chart)而确定。就史密斯图来说，电子装置的匹配电路及电路系统(及外部物体，如果存在的话)的等效阻抗值可通过调整匹配电路的电子组件(包含电感器、电容器，或电感器与电容器的组合)的阻抗值而与天线元件的预定阻抗值(例如50欧姆)匹配。
30.图4绘示根据本公开的一些实施例的电子装置2的示意图。图2的电子装置2与图1的电子装置1相似，只是开关元件12及匹配电路14、15集成于集成电路20中除外。因此，可进一步减小电子装置2的大小。
31.图5绘示根据本公开的一些实施例的展示操作电子装置(例如电子装置1或电子装置2)的方法的流程图。
32.步骤303包含通过使用检测元件(例如检测元件13)确定外部物体是否存在于电子装置附近。步骤303可进一步包含由检测元件检测外部物体是否存在于电子装置附近且根据检测结果产生控制信号。步骤303可进一步包含响应于控制信号而确定天线元件(例如天线元件11)是与一匹配电路还是与另一匹配电路(例如匹配电路14或匹配电路15)电连接。所述匹配电路可具有与所述另一匹配电路的阻抗值不同的阻抗值。在一些实施例中，如果外部物体不存在于电子装置附近，那么控制信号可具有第一逻辑值，且如果存在外部物体，那么控制信号可具有第二逻辑值。第一逻辑值可与第二逻辑值不同。如果未检测到外部物体，那么操作可前进到步骤305。如果检测到外部物体，那么操作可前进到步骤309。
33.步骤305包含通过使用开关元件(例如开关元件13)将天线与匹配电路(例如匹配电路14)连接。在一些实施例中，将天线与匹配电路连接包含当开关元件接收到具有第一逻辑值的控制信号时将天线与匹配电路连接。
34.步骤307包含由天线元件产生第一谐振频率。第一谐振频率可在合意频带内。
35.步骤309包含通过使用开关元件(例如开关元件13)将天线与另一匹配电路(例如匹配电路15)连接。在一些实施例中，将天线与另一匹配电路连接包含在开关元件接收到具有第二逻辑值的控制信号时将天线与另一匹配电路连接。
36.步骤311包含由天线元件产生第二谐振频率。第二谐振频率可大致上在合意频带内。第一谐振频率与第二谐振频率不同。此外，步骤311可进一步包含当天线模块与外部物体之间的距离等于或小于阈值距离时，在产生第二谐振频率之前产生与第一谐振频率不同的第三谐振频率。
37.通过执行如图5中所展示的方法，电子装置的天线元件可在合意频带内的谐振频率(例如第一谐振频率或第二谐振频率)下操作，而不管环境中出现的改变。可在各种条件下维持良好传输效率，例如回波损耗，这将改进天线元件的传输效率(例如较长发射距离、较低发射功率及较低延迟)。
38.如本文中所使用，术语“大约”、“大致上”、“大致”及“约”用以描述及考虑小变化。当与事件或情况结合使用时，所述术语可指事件或情况精确发生的例子，以及事件或情况近似发生的例子。举例来说，当结合数值使用时，所述术语可指小于或等于所述数值的
±
10％的变化范围，例如小于或等于
±
5％、小于或等于
±
4％、小于或等于
±
3％、小于或等于
±
2％、小于或等于
±
1％、小于或等于
±
0.5％、小于或等于
±
0.1％，或小于或等于
±
0.05％。举例来说，如果两个数值之间的差小于或等于所述值的平均值的
±
10％，例如小于或等于
±
5％、小于或等于
±
4％、小于或等于
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3％、小于或等于
±
2％、小于或等于
±
1％、小于或等于
±
0.5％、小于或等于
±
0.1％，或小于或等于
±
0.05％，那么可将所述值视为“大致上”相同或相等。
39.如果两个表面之间的位移不大于5μm、不大于2μm、不大于1μm或不大于0.5μm，那么可将两个表面视为共面或大致上共面。
40.除非上下文另有清楚规定，否则如本文中所使用，单数术语“一(a/an)”及“所述(the)”可包含多个指示物。
41.如本文中所使用，术语“传导”、“导电”及“电导率”是指输送电流的能力。导电材料通常指示展现对电流流动几乎没有或没有阻碍的那些材料。电导率的一个度量为西门子/米(s/m)。通常，导电材料为具有大于大约104s/m的电导率的材料，例如至少105s/m或至少106s/m。材料的电导率有时可随温度而变化。除非另有指定，否则材料的电导率是在室温下测量的。
42.另外，本文中有时以范围格式呈现量、比率及其它数值。应理解，此类范围格式用于便利及简洁起见，且应被灵活地理解成不仅包含明确地指定为范围极限的数值，而且还包含涵盖于所述范围内的所有个别数值或子范围，如同明确地指定每一数值及子范围一般。
43.虽然已参考本公开的特定实施例而描述及绘示本公开，但这些描述及绘示并非是限制性的。所属领域的技术人员应理解，在不脱离如由所附权利要求书所界定的本公开的真实精神及范围的情况下，可进行各种改变且可取代等效者。绘示可能未必按比例绘制。本公开中的工艺再现与实际设备之间可归因于制造工艺及公差而存在差别。可存在未特定地说明的本公开的其它实施例。应将本说明书及附图视为说明性而非限制性的。可作出修改以使特定情形、材料、物质组成、方法或工艺适应于本公开的目标、精神及范围。所有此类修
改意图在所随附的权利要求书的范围内。虽然已参考按特定次序执行的特定操作而描述本文中所公开的方法，但应理解，在不脱离本公开的教示的情况下，可对这些操作进行组合、再分或重新排序以形成等效方法。因此，除非本文中有特定指示，否则操作的次序及分组并非本公开的限制。