具有現場可替換模塊的可攜式電子裝置的製作方法

2023-12-12 11:18:42

專利名稱：具有現場可替換模塊的可攜式電子裝置的製作方法
技術領域：
當前要求保護的技術涉及可攜式電子裝置的領域。更具體而言，當前要求保護的技術涉及具有輸入/輸出(I/O)埠的電池供電的可攜式裝置。這裡描述的技術討論了具有現場可替換電池/輸入/輸出模塊的可攜式電子裝置。
背景技術：
許多可攜式裝置，比如用於勘察和建造中的那些可攜式裝置，是希望使用在要求高的戶外環境中。汙垢和潮溼可能導致侵蝕和磨損用舊，而且衝擊損壞的可能性也高。
當一個裝置具有要求插入和拆卸連接器的I/O能力時，對損壞的敏感性尤其成問題。儘管連接器可設計為抗汙染並且可防護免受衝擊，但是它們在進行和斷開連接期間仍是易損壞的。集成I/O埠的替換、修理或清潔在現場即使可以進行但是是不容易完成。
隨著用於I/O協議的數據傳遞速率的增加以及連接器接觸的尺寸和間距的減小，加劇了與可攜式裝置上的集成I/O埠的降級或損壞相關聯的問題。例如，與典型的RS-232埠相比，通用串行總線(USB)埠具有較高的數據傳遞速率和較小的形體因子。
可攜式裝置常常依賴於電池供電，而且這些電池可以密封門後面容納於該裝置內部。儘管密封門可在使用期間提供充分的保護，但是替換電池的操作卻使設備內部暴露在汙染下。常常難以清潔該室，特別是當該室與該裝置內部的其餘部分未物理分離時。從電池室移除汙物可能導致裝置故障。
另外，電池隨時間退化，而且一般比它們所供電的電子設備具有較高的故障率。它們的預期現場壽命與上述連接器的相似。
因此，對於用於可攜式電子裝置的I/O連接存在需要，該I/O連接在現場使用期間可容易地替換以使運行停機時間最小。還需要一種允許電池替換的電池系統，使裝置降級的潛在性最小。

發明內容
因此，本發明提供一種裝置，該裝置具有包含電池和I/O埠二者的現場可替換模塊。該模塊允許裝置電源和數據接口的快速替換，同時消除裝置內部在汙染下的暴露。
公開了一種可攜式電子裝置，包括處理單元和組合式功率和輸入/輸出模塊。該模塊包括多個電接觸，用於配合(mate)至處理單元上的互補接觸。處理單元和模塊的配合表面成形為當模塊附著到裝置時為這些接觸提供密封。多個電接觸連接到外部埠，這些外部埠在該模塊附著到該裝置時是可接入的。這些埠可包括DC功率、AC功率以及電信號輸入和輸出。該模塊也包括這樣的機械特徵，這些機械特徵使得它能夠緊固在相關於處理單元的配合位置中。這些特徵可包括用於接納螺絲的互鎖接片(tab)或孔。該模塊容納能量存儲設備，該能量存儲設備可以是用於提供功率到處理單元的電池或電容器。


合併於該說明書中並且形成該說明書的一部分的這些附圖示出了本發明的實施例，並與該描述一起用來解釋本發明的原理圖1示出根據當前要求保護的發明的實施例的處理單元和電池/輸入/輸出模塊的頂視圖。
圖2示出根據當前要求保護的發明的實施例的處理單元和電池/輸入/輸出模塊的底視圖。
圖3示出根據當前要求保護的發明的實施例的處理單元和電池/輸入/輸出模塊的端視圖。
圖4示出根據當前要求保護的發明的實施例的組裝後的處理單元和電池/輸入/輸出模塊的後透視圖。
圖5示出根據當前要求保護的發明的實施例的組裝後的處理單元和電池/輸入/輸出模塊的前透視圖。
具體實施例方式
現在將詳細參考本發明的優選實施例，該實施例的實例在附圖中圖示。儘管將結合優選實施例來描述本發明，但是應該理解並非意圖將本發明限制於這些實施例。相反地，本發明意圖覆蓋可包括在如所附權利要求限定的本發明的精神和範圍之內的替換、修改和等效。另外，在以下對本發明的詳細描述中闡述很多特定細節，以便提供對本發明的透徹理解。然而，對本領域技術人員明顯的是，本發明可脫離這些特定細節而得以實施。在其它實例中，未詳細描述公知的方法、過程、部件和電路，以免不必要地使得本發明的方方面面難以理解。
圖1示出了根據本發明實施例包括處理單元105和電池/輸入/輸出模塊110的手持裝置的頂視圖。
處理單元105可包括顯示器115。顯示器115可以是觸摸面板顯示器。處理單元105還可包括小鍵盤120用於命令和數據輸入。
處理單元包括可用來處理數字或模擬信號的信號/數據處理器。例如，處理器可以是數字微處理器，其中處理單元是手持計算機。可選地，處理器可包括模擬功能，比如射頻接收。一般而言，處理單元為用戶提供輸入和/或輸出功能，以及模擬和/或數位訊號處理能力。
處理單元可包括現場可編程門陣列(FPGA)，該FPGA提供數字和/或模擬處理以及通信功能。專用集成電路(ASIC)也可用來提供功能比如全球定位系統(GPS)。處理器也可包括比如隨機存取存儲器(RAM)的易失性存儲器或者比如快閃記憶體的非易失性存儲器。
電池/輸入/輸出模塊110包括多個暴露的外部電接觸125。至少有一個接觸用於電功率的傳輸，有一個或多個接觸用於電信號的傳輸和接收。一個單獨的接觸可用於電信號的接收和傳輸二者。
該接觸可塑造到電池/輸入/輸出模塊110的體中，以便提供防潮和防汙的防風雨密封。該接觸還可安裝為淺的外形以簡化清潔。
電池/輸入/輸出模塊110的殼包括機械保持特徵，比如接片130或螺孔135，用於將模塊穩固附著到處理單元。
圖2示出處理單元105和電池/輸入/輸出模塊110的底視圖。處理單元105包括配合表面240，該配合表面與電池/輸入/輸出模塊110的配合表面140(圖1)對應。以這種方式，模塊110用作為單元105的蓋，反之亦然。表面240和140成形為提供一緊密的配合，該配合防止汙物在組裝時到達這些接觸。表面140或240還可配合以O-環或墊(gasket)，以提供防風雨的密封。
處理單元105包括機械保持特徵，比如卡扣(detent)230，用於接納接片130，或者螺紋(tapped)螺孔235，用於將該處理單元穩固附著到模塊110。單元105還包括與接觸125對應的多個電接觸225。
電池/輸入/輸出模塊110包括通用串行總線(USB)埠245、串行埠250和功率埠255。通常，可使用串行或並行通信埠，並可為串行埠250提供如圖所示的連接器應力消除。埠245、250和255的每一個耦合到一個或多個接觸125。
電池/輸入/輸出模塊110容納可再充電的能量存儲設備，該設備耦合到至少一個接觸125。可再充電的能量存儲設備可以是電池或電容器。能量存儲設備可通過將外部電源連接到功率埠255來再充電。可選地，能量存儲設備可通過感應地耦合到密封在模塊110內的再充電電路來充電。在任一情況下，組裝的裝置可配置為在對能量存儲設備再充電的同時加以操作。
模塊110還可容納有耦合到至少一個接觸125的無線通信設備(比如藍牙)。儘管無線設備可嵌入處理單元105內，但是嵌入模塊110內減小了處理單元110的尺寸並保持輸入/輸出能力的靈活性。
圖3示出處理單元105和電池/輸入/輸出模塊110的端視圖。使埠245、250和255凹陷以免受衝擊。模塊110的殼可以由彈性材料塑造，允許該模塊為嵌入的部件提供抗機械衝擊性。模塊110還可成形為卷繞處理單元105，以便為處理單元105提供抗衝擊性。
圖4示出根據本發明實施例的組裝後的處理單元和電池/輸入/輸出模塊的後透視圖。圖5示出圖4的組裝的處理單元和電池/輸入/輸出模塊的前透視圖。
廣而言之，本文公開了一種可攜式電子裝置，該電子裝置包括處理單元和組合式功率和輸入/輸出模塊。該模塊包括多個電接觸，用於配合至處理單元上的互補接觸。處理單元和模塊的配合表面成形為當模塊附著到裝置時為該接觸提供密封。多個電接觸連接到外部埠，該外部埠在該模塊附著到該裝置時是可接入的。這些埠可包括DC功率、AC功率以及電信號輸入和輸出。該模塊還包括使它能夠緊固在相關於該處理單元的配合位置中的機械特徵。這些特徵可包括互鎖接片或孔以便接納螺絲。該模塊容納能量存儲設備，該能量存儲設備可以是電池或電容器，用於提供功率到處理單元。
本發明具體實施例的前面描述是為了說明和描述的目的而呈現的。它們並非意圖窮舉本發明或將本發明限制為公開的精確形式，而且明顯的是，根據上述教示，很多修改和變化都是可能的。選擇和描述這些實施例是為了最好地解釋本發明的原理及其實際應用，以由此使本領域其他技術人員能夠最好地利用本發明，並且具有各種修改的各種實施例是適合於預期的特定應用。意圖在於本發明的範圍是由所附權利要求及其效來限定。
權利要求
1.一種用於電子裝置的處理單元，包括信號/數據處理器；用於接收電功率輸入的暴露的外部電接觸；用於接收電信號輸入的暴露的外部電接觸；用於傳輸電信號輸出的暴露的外部電接觸；以及殼，包括用於穩固附著電池/輸入/輸出模塊的機械保持特徵。
2.權利要求1的處理單元，其中所述處理單元包括存儲器、小鍵盤、微處理器中的至少一個。
3.權利要求1的處理單元，其中所述處理單元包括顯示器。
4.權利要求3的處理單元，其中所述顯示器是觸摸面板顯示器。
5.一種用於電子裝置的電池/輸入/輸出模塊單元，包括電能存儲設備；用於傳輸電功率的暴露的外部電接觸；用於接收電信號輸入的暴露的外部電接觸；用於傳輸電信號輸出的暴露的外部電接觸；殼，包括用於穩固附著處理單元的機械保持特徵。
6.權利要求1或5的單元，其中所述接觸可通過蓋附著到所述殼的表面來密封。
7.權利要求5的電池/輸入/輸出模塊，進一步包括串行埠，該串行埠電耦合到用於傳輸電信號輸出的所述暴露的電接觸。
8.權利要求5的電池/輸入/輸出模塊，進一步包括並行埠，該並行埠電耦合到用於傳輸電信號輸出的所述暴露的電接觸。
9.權利要求5的電池/輸入/輸出模塊，進一步包括用於數據通信的無線收發器，該收發器電耦合到用於傳輸電信號輸出的所述暴露的電接觸。
10.權利要求5的電池/輸入/輸出模塊，進一步包括用於所述能量存儲設備的嵌入式感應充電器。
11.權利要求5的電池/輸入/輸出模塊，進一步包括用於對所述能量存儲設備充電的功率輸入埠。
12.一種可攜式電子裝置，包括耦合到電池/輸入/輸出模塊的處理單元。
13.權利要求12的可攜式電子裝置，其中所述可攜式電子裝置是密封的。
14.權利要求12的可攜式電子裝置，其中所述可攜式電子裝置可通過將外部電源耦合到所述電池/輸入/輸出模塊來供電。
15.權利要求14的可攜式電子裝置，其中所述外部電源可感應地耦合到所述電池/輸入/輸出模塊。
16.權利要求12的可攜式電子裝置，其中所述可攜式電子裝置是手持計算機或全球定位系統(GPS)。
全文摘要
一種可攜式電子裝置，包括處理單元(105)和組合式功率和輸入/輸出模塊(110)。該模塊包括多個電接觸(125)，用於配合至處理單元上的互補接觸。該處理單元和模塊的配合表面(240，140)成形為當該模塊附著到該裝置時為這些接觸提供密封。多個電接觸連接到外部埠(245、250、255)，這些外部埠在該模塊附著到該裝置時是可接入的。
文檔編號G06F1/16GK1842758SQ200480024342
公開日2006年10月4日 申請日期2004年8月20日 優先權日2003年8月29日
發明者丹尼斯·約克 申請人:特林布爾導航有限公司