一种蓝牙耳机天线、蓝牙耳机及其控制方法与流程

1.本发明涉及蓝牙耳机领域，具体地，涉及一种蓝牙耳机天线、蓝牙耳机及其控制方法。


背景技术：

2.天线是各种电子设备都需要的重要部件，对于蓝牙耳机而言，蓝牙天线用于将语音及音乐数据以无线发射/接收的方式进行传输，这样使得蓝牙耳机的外形更加美观且使用方式更为灵活便捷。
3.目前tws耳机作为手机不可或缺的配件，特别是在运动、日常户外活动中，相比有线耳机而言，佩戴方便、简单易用。随着人们对tws外观要求越来越高，小型化被越来越多的设计者所推崇，天线离pcb主板的高度由最初的3.5mm逐步压缩到2mm甚至1mm，对天线设计的挑战极大，低净高的常规设计天线q值大、带宽窄，无法满足天线基本性能，其中q为品质因数，q大则通频带窄，q小则通频带宽。
4.因此，有必要提出一种天线高度较小的超薄的蓝牙耳机天线、蓝牙耳机及其控制方法，以解决上述问题。


技术实现要素：

5.在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
6.针对现有技术的不足，本发明提出了一种蓝牙耳机天线，其包括天线和与天线连接的天线开关组件，天线开关组件至少包括并联的第一开关链路和第二开关链路，其中，天线的天线高度小于2.5mm，第一开关链路包括串联连接的第一开关和第一阻容感器件，第二开关链路包括串联连接的第二开关和第二阻容感器件，天线开关组件接收控制信号并控制至少一个开关的导通，以调谐天线成不同谐振模态。
7.可选地，天线开关组件还包括与第一开关链路和第二开关链路均并联的第三开关链路，第三开关链路包括串联连接的第三开关和第三阻容感器件。
8.可选地，第一阻容感器件和第二阻容感器件中的其中一个为第一电感器，第一电感器的电感值为0～30nh，用于频率为2.402～2.430ghz的天线辐射。
9.可选地，第一阻容感器件或第二阻容感器件中的另一个为第一电阻，第一电阻的电阻值为0ω，用于频率为2.431～2.450ghz的天线辐射。
10.可选地，第三阻容感器件为第一电容，第一电容的电容值为0～10pf，用于频率为2.451～2.480ghz的天线辐射。
11.可选地，天线开关组件还包括与第一开关链路、第二开关链路、第三开关链路均并联的第四开关链路，第四开关链路包括串联连接的第四开关和第二电容，第四开关链路用作备用开关链路。
12.可选地，天线为倒f天线或环形天线。
13.一种蓝牙耳机，具有上述的蓝牙耳机天线。
14.一种蓝牙耳机控制方法，用于控制上述的蓝牙耳机，方法包括以下步骤：
15.蓝牙耳机与音频设备建立连接；
16.蓝牙耳机以伪随机码的形式进行跳频，其中，伪随机码对应的频点所在的频率范围与信道一一对应；
17.由蓝牙耳机的控制器通过通用输入输出端口将与信道对应的天线开关逻辑发送给天线开关组件，以使对应天线开关逻辑的开关导通，从而使与开关对应的开关链路工作。
18.可选地，在伪随机码对应的频点在频率范围为2.402～2.430ghz时，对应的信道为ch0～ch28，且在第一开关导通后，第一开关链路工作；在伪随机码对应的频点在频率范围为2.431～2.450ghz时，对应的信道为ch29～ch48，且在第二开关导通后，第二开关链路工作；在伪随机码对应的频点在频率范围为2.451～2.480ghz时，对应的信道为ch49～ch78，在第三开关导通后，第三开关链路工作。
19.本发明提供的一种蓝牙耳机天线、蓝牙耳机及其控制方法，在蓝牙耳机内引入天线开关组件，通过开关组件来调谐天线不同谐振模态，在实际调频机制中，将信道号与开关状态对应起来，即可大幅度提升蓝牙耳机在天线厚度较小时的无线性能和用户体验。
附图说明
20.本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的装置及原理。在附图中，
21.图1为根据本发明的一种蓝牙耳机天线与控制器的电路连接示意图；
22.图2为根据本发明的具有三个开关的蓝牙耳机天线的电路连接示意图；
23.图3为根据本发明的具有四个开关的蓝牙耳机天线的电路连接示意图；
24.图4(a)为根据本发明的倒f天线(ifa)的天线开关组件位置示意图；
25.图4(b)为根据本发明的环形天线(loop)的天线开关组件位置示意图；
26.图5为根据本发明的一种蓝牙耳机的loop天线的回波损耗曲线图。
具体实施方式
27.在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
28.为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤，以便阐释本发明提出的方法和结构。显然，本发明的施行并不限定于本领域的技术人员所熟悉的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
29.应当理解的是，当在本说明书中使用术语
″
包含
″
和/或
″
包括
″
时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。
30.本发明提供一种蓝牙耳机天线，其包括天线和与天线连接的天线开关组件，天线开关组件至少包括并联的第一开关链路和第二开关链路，其中，天线的天线高度小于2.5mm，例如，天线高度为1mm，或天线高度为1.5mm或2mm，此时蓝牙耳机可以称为超薄蓝牙耳机，第一开关链路包括串联连接的第一开关和第一阻容感器件，第二开关链路包括串联连接的第二开关和第二阻容感器件，天线开关组件接收控制信号并控制至少一个开关的导通，以调谐天线成不同谐振模态，通过增加天线开关组件可以有效地提升整个频带的辐射性能，拓宽天线频带。
31.在至少一个实施例中，天线开关组件还可以包括与第一开关链路和第二开关链路均并联的第三开关链路，第三开关链路包括串联连接的第三开关和第三阻容感器件，多个开关可以做到精细化切换，并进一步提升整个频带的辐射性能，拓宽天线频带。
32.在至少一个实施例中，第一阻容感器件和第二阻容感器件中的其中一个为第一电感器，第一电感器的电感值为0～30nh，例如1nh或10nh、20nh等，用于频率为2.402～2.430ghz的天线辐射，此处的频率范围并不是限制性的，可以根据需要进行调整。
33.在至少一个实施例中，第一阻容感器件或第二阻容感器件中的另一个为第一电阻，第一电阻的电阻值为0ω，即短路或直通，用于频率为2.431～2.450ghz的天线辐射，此处的频率范围并不是限制性的，可以根据需要进行调整。
34.在至少一个实施例中，第三阻容感器件为第一电容，第一电容的电容值为0～10pf，例如2pf或6pf，用于频率为2.451～2.480ghz的天线辐射，此处的频率范围并不是限制性的，可以根据需要进行调整。
35.在至少一个实施例中，天线开关组件还包括与第一开关链路、第二开关链路、第三开关链路均并联的第四开关链路，第四开关链路包括串联连接的第四开关和第二电容，第四开关链路用作备用开关链路，以进一步拓宽天线频带，精细化切换，或是在第一开关链路、第二开关链路、第三开关链路中的任一个出现故障时作为替代该出现故障的开关链路的备用开关链路。
36.在至少一个实施例中，天线为天线领域中的倒f天线或环形天线。
37.本发明的另一方面还提供一种蓝牙耳机，具有上述任一实施例中的蓝牙耳机天线。
38.本发明的另一方面还提供一种蓝牙耳机控制方法，用于控制上述任一实施例中的蓝牙耳机，该方法包括以下步骤：
39.蓝牙耳机与音频设备通过蓝牙建立通信连接；
40.蓝牙耳机以伪随机码的形式进行跳频，其中，伪随机码对应的频点所在的频率范围与预设的信道一一对应；
41.由蓝牙耳机的控制器通过通用输入输出端口将与信道对应的天线开关逻辑发送给天线开关组件，以使对应天线开关逻辑的开关导通，从而使与开关对应的开关链路工作。
42.在至少一个实施例中，在伪随机码对应的频点在频率范围为2.402～2.430ghz时，对应的信道为ch0～ch28，且在第一开关导通后，第一开关链路工作；在伪随机码对应的频点在频率范围为2.431～2.450ghz时，对应的信道为ch29～ch48，且在第二开关导通后，第二开关链路工作；在伪随机码对应的频点在频率范围为2.451～2.480ghz时，对应的信道为ch49～ch78，在第三开关导通后，第三开关链路工作。下面结合具体的附图详细说明本发明
的方案。
43.如图1所示，本发明提供了一种蓝牙耳机天线，其包括天线开关组件，所述天线开关组件包括并联的至少三个开关链路。此处并联的开关链路为三条，其仅是示意性地，两条及两条以上的并联开关链路也可实现本发明的方案。其中第一开关链路包括串联连接的第一开关s1和第一电感器，第二开关链路包括串联连接的第二开关s2和第一电阻，第三开关链路包括串联连接的第三开关s3和第一电容，天线开关组件基于来自控制器的控制信号控制至少一个开关的导通，以调谐天线成不同谐振模态。上述各个链路具体组成也是示例性地，在某些实施例中可以根据具体情况需求选择合适的电容、电感或电阻元件来与开关元件串联形成对应的开关链路。
44.在一个实施例中，如图2所示，以loop天线为例，此处的天线示例性地选用loop天线，本发明对此并不具体限定，目前市面上以及将来的各种蓝牙天线均在本发明的保护范围之内。对应的控制器为蓝牙片上系统(soc)的射频(rf)口出来后连接到射频匹配电路，此处的控制芯片示例性地选用蓝牙片上系统(soc)，本发明对此并不具体限定，目前市面上以及将来能够提供本发明方案所需的控制信号的各种控制芯片均在本发明的保护范围之内。上述射频匹配电路用于rf口到天线的阻抗变化，射频匹配电路接到天线馈电，对天线进行激励，通过天线走线后，在靠近接地端串联天线开关组件，如图2中ab之间的天线开关组件是由soc提供的gpio口来控制的，gpio的逻辑值是通过信道的选择来变化，将天线最佳的谐振状态匹配到所遍历的通信信道上，从而实现天线辐射性能最大化。
45.在一个实施例中，第一电感器为0～30nh，用于频率为2.402～2.430ghz的天线辐射。优选地，第一电感器为1nh。第一电阻为0ω，用于频率为2.431～2.450ghz的天线辐射。此时相当于没有开关组件情况时，现有蓝牙耳机天线的状态。第一电容为0～10pf，用于频率为2.451～2.480ghz的天线辐射。优选地，第一电容为6pf。
46.在一个实施例中，如图3所示，以loop天线为例，一种蓝牙耳机天线，包括天线开关组件，天线开关组件包括并联的四个开关链路，其中第一开关链路包括串联连接的第一开关s1和第一电感器，第二开关链路包括串联连接的第二开关s2和第一电阻，第三开关链路包括串联连接的第三开关s3和第一电容，第四开关链路包括串联连接的第四开关s4和第二电容，用作备用开关链路。此时的第二电容可以为0～10pf，优选为6pf。
47.tws常规设计是ifa或loop等天线形式，都可以在天线走线上加载容性或感性器件(开关s)，如图4(a)和图4(b)所示，开关s位于靠近接地端的位置。主板一般为5mm
×
30mm，如果想要将天线离主板高度设置为仅1mm，对于没有开关组件的常规设计来说，天线带宽非常窄。
48.图5为loop天线的回波损耗曲线，实线为0欧即状态s2，由此可见，因天线高度不足导致天线带宽无法满足2.4～2.48ghz，边带2.4～2.42ghz和2.47～2.48ghz较差。当频率达到2.4ghz时，回波损耗的位置在1处，不满足-6db的要求，而增加第一开关s1后即1nh时，如左侧线虚线所示，回波损耗的位置在3处，满足设计要求。当频率达到2.48ghz时，对于没有开关组件的常规设计来说，回波损耗的位置在2处，不满足-6db的要求，而增加第三开关s3后即6pf时，如点虚线所示，回波损耗的位置在5处，满足设计要求。当频率在2.43～2.45ghz时，仍然选用常规设计，即第二开关s2电阻为0ω的工作状态。所以在现有蓝牙耳机的天线设计中，本技术通过新增加可用于串联到ifa或loop天线的上述天线开关组件，从而可以实
现在超薄天线结构中对天线不同状态的调谐，以有效地提升整个频带的辐射性能，拓宽天线频带，同时实现蓝牙耳机的小型化。
49.总之，增加上述天线开关组件后，当开关切换到状态s3即6pf时为初始谐振位置，覆盖2.45～2.48ghz，可以满足-6db以下，当开关切换到状态s1即1nh时，感性加载，谐振会向低偏移，这时覆盖2.4～2.43ghz，也可以满足-6db以下。天线效率如表1所示。
50.表1天线效率对比
51.频率/ghz原始状态增加开关组件后2.420％32％2.4435％35％2.4818％30％
52.本技术提供的上述蓝牙耳机，设置有上述任一实施例中的蓝牙耳机天线，以及设置有现有蓝牙耳机中的其他常规组件以实现现有蓝牙耳机可支持的各种功能等，在此不再赘述。
53.另外，本技术提供的上述任一蓝牙耳机控制方法，可用于控制上述任一实施例中的蓝牙耳机。其中，音频设备可以为手机、电脑、智能pad、手表、手环等智能穿戴设备。
54.如下表2所示的其中一个示例，可以根据表2中的具体参数值来设置天线开关组件，以使对应天线开关逻辑的天线开关导通，从而对应开关链路工作，提升蓝牙耳机的无线性能。其中，频率为2.402～2.430ghz时，一一对应的信道为ch0～ch28，对应第一相同的开关逻辑00，第一开关导通，第一开关链路工作；频率为2.431～2.450ghz时，一一对应的信道为ch29～ch48，对应第二相同的开关逻辑01，第二开关导通，第二开关链路工作；频率为2.451～2.480ghz时，一一对应的信道为ch49～ch78，对应第三相同的开关逻辑11，第三开关导通，第三开关链路工作。
55.表2各个开关与不同信道的对应关系
[0056][0057]
本技术中的蓝牙耳机可以为tws耳机，天线高度趋向于超薄，优选设置为1mm，这样的耳机可以称为超薄蓝牙耳机，通过增加天线开关组件可以有效地提升整个频带的辐射性
能，开关数量上可以做到一个到更多个，多个开关可以做到精细化切换，可大幅度提升蓝牙耳机的无线性能和用户体验。
[0058]
除非另有定义，本文中所使用的技术和科学术语与本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中使用的术语只是为了描述具体的实施目的，不是旨在限制本发明。本文中出现的诸如
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设置
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等术语既可以表示一个部件直接附接至另一个部件，也可以表示一个部件通过中间件附接至另一个部件。本文中在一个实施例中描述的特征可以单独地或与其它特征结合地应用于另一个实施例，除非该特征在该另一个实施例中不适用或是另有说明。
[0059]
本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。