CN102064435B - 用于外接式装置的地线平衡装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于外接式装置的地线平衡装置和方法。该用于外接式装置的地线平衡装置，安装在外接式装置上，在外接式装置连接到主机上应用时，对该外接式装置的地线和主机的地线进行平衡，使该外接式装置的性能更稳定。所述用于外接式装置的地线平衡装置包括第一金属片以及匹配电路，该第一金属片连接该外接式装置的地线信号引脚，形成该外接式装置内的地线结构。该匹配网络则是基于该外接式装置的天线的无线传输性能进行设计，连接于该金属外壳以及该第一金属片之间。

Description

用于外接式装置的地线平衡装置和方法
技术领域
概括地说，本发明涉及外接式装置；具体地说，本发明涉及用于外接式装置的地线平衡装置和方法。
背景技术
随着计算机系统的主机与外围设备之间通信的需求愈来愈大，计算机的外围设备得到空前的发展，而逐渐普及于市面上。大多数现有的外围设备中的地线都在该外围设备与主机连接时直接连接到主机上，这样做会导致外围设备的地线与主机的地线之间的不平衡。
尤其是，这些外围设备中的一些外接式装置通过与主机连接而向主机提供无线通信功能，目前常规的这类外接式装置的地线通常直接与所连接的主机的地线连接，其所存在的问题是由于地线无法与主机地线平衡而导致其天线的调适非常复杂，即外接式装置的结构设计必须非常严谨，才能克服外接式装置内部地线结构与主机地线结构的不对称问题，使其自身的天线得以正常运作。这样设计相当复杂，批量生产时，厂商必须对出品的每个外接式装置的结构作调整，才能确保每个产品的天线能够正常运作。如果不做精确的结构调整，则将导致天线的匹配时间过长，而影响外接式设备并进而影响主机的通信效率。
因此，本领域需要一种能够高效快速进行外接设备与其连接的主机之间的地线平衡的装置和方法。
发明内容
本发明提供一种用于外接式装置的地线平衡装置和方法，其通过匹配电路的使用而达到对外接式装置的地线和主机的地线之间的平衡作用，从而解决了现有技术中外接式装置与主机的地线的不平衡问题。
本发明在一些方面涉及一种用于外接式装置的地线平衡装置，其安装在包括地线信号管脚、天线以及金属外壳的外接式装置上。该用于外接式装置的地线平衡装置包括第一金属片以及匹配电路。该第一金属片连接该外接式装置的地线信号引脚，形成该外接式装置内的地线结构。该匹配网络则是基于该外接式装置的天线的无线传输性能进行设计，连接于该金属外壳以及该第一金属片之间。
本发明在另一些方面涉及一种用于外接式装置的地线平衡方法，该方法适用于包括地线信号管脚、印刷电路板、天线以及金属外壳的外接式装置。该方法包括：将第一金属片与外接式装置的地线信号引脚相连接。该方法还包括：将匹配网络的第一端与装置的金属外壳相连接；以及将所述匹配网络的第二端与所述第一金属片相连接。
上述设计使外接式装置的地线与主机的地线之间得到平衡，从而使得一些提供无线通信功能的外接式装置的天线的调适变得十分简易，能够发挥最好的无线通信效能。
为了使本发明的上述目的、特征和优点更明显易懂，下文中将列举实施例，并结合附图进行详细说明。
附图说明
图1A示出了外接式装置的一个实施例；
图1B示出了图1A中的外接式装置上的通用串行总线插头的视图；
图2为图1A的外接式装置102的机体104内部示意图，其中，通用串行总线插头106连接在印刷电路板202上；
图3示出了根据本发明的用于外接式装置的地线平衡装置在图2所示的外接式装置202中实现的一个实施例；
图4示出了根据本发明的用于外接式装置的地线平衡装置的简化示图，其中显示，在外接式装置102与主机连接的状态下，两者的地线结构如何共享；以及
图5A、5B为匹配网络的不同实施方式。
具体实施方式
下面将参照附图对本发明进行详细描述，为了使说明更容易理解，下文中将针对通用串行接口(USB)的外接式装置对本发明进行描述，但是，本领域的技术人员应该理解，本发明并不局限于USB外接式装置，其他类型的外接式装置也不脱离本发明的范围。
图1A示出了外接式装置的一种实施方式。外接式装置102采用USB接口与主机连接，并向主机提供无线传输功能，如，WiFi传输、WiMAX传输、WAPI、GPS等。
如图所示，外接式装置102包括机体104与通用串行总线插头106(USBplug)两部分。图1B示出了通用串行总线插头106。如图所示，通用串行总线插头106包括：金属外壳USB_shield、以及包围在该金属外壳USB_shield内的多个引脚1、2、3、4。金属外壳USB_shield用于与主机的通用串行总线插座(USB socket)连接，从而连接主机的地线结构。外接式装置102与主机的数据传送则由引脚1、2、3、4负责，其中，编号4的引脚为地线信号引脚(GND pin)。
参阅图2，其中将图1的外接式装置102的机体104拆解开，可发现通用串行总线插头106可连接到印刷电路板202上。印刷电路板202上可设置有一天线204，以传输无线信号。
参阅图3，图3示出了根据本发明的用于外接式装置的地线平衡装置在图2所示的外接式装置202中实现的一个实施例。其中，将图2的通用串行总线插头106自印刷电路板202上移除。图3显示，印刷电路板202上可包括多个焊点301、302、303、304、305，供通用串行总线插头106焊接于印刷电路板202上。焊点301、302、303、304分别对应通用串行总线插头106的引脚1、2、3、4。焊点305则是用来焊接通用串行总线插头106的金属外壳USB_shield。以下将连接通用串行总线插头106地线信号引脚(标号4)的焊点304命名为地线信号焊点，且将焊点305命名为金属外壳焊点。
将根据本发明的第一金属片306以及匹配网络307也设置在印刷电路板202上。第一金属片306可以铜皮方式实现，与地线信号焊点304连接在一起，以连接通用串行总线插头106上的地线信号引脚4，形成该外接式装置102内的地线结构。匹配网络307基于天线204的无线传输效能-包括天线204的发射功率、或接收灵敏度等而设计，具有第一端A以及第二端B。如图3所示，印刷电路板202上还可设置有第二金属片308，其也可由铜皮实现，该第二金属片308与该金属外壳焊点305连接。匹配网络307的第一端A可藉由连接该第二金属片308连接该金属外壳焊点305，进而连接该通用串行总线插头106的金属外壳USB_shield。至于匹配网络307的第二端B，则连接该第一金属片306。
必须声明的是，所述第一金属片306以及匹配电路307并不限定制作于印刷电路板202上。上述的印刷电路板202、以及该印刷电路板202上的地线信号焊点304、金属外壳焊点305以及第二金属片308都是非必要组件，可视使用者需要而变更设计。
综上所述，在本实施例中，主要是在通用串行总线插头106的金属外壳USB_shield、与通用串行总线插头106的地线信号引脚4所连接的第一金属片306之间提供匹配电路307，使外接式装置102能够利用主机内的地线结构，且不因地线结构不对称问题影响天线效能。
图4示出了根据本发明一实施例的用于外接式装置的地线平衡装置的简化试图，其中显示，在外接式装置102与主机连接的状态下，两者的地线结构如何共享。参阅图4图，虚线两侧分别为外接式装置102和主机。第一金属片306为外接式装置102自身的地线结构。外接式装置102与主机连接，会使得通用串行总线插头106的金属外壳USB_shield与主机的地线结构402连接。外接式装置102的地线结构因此得以扩展。
然而，若单纯将第一金属片306与主机的地线结构402连接在一起，则金属外壳USB_shield的结构设计必须非常严谨，才能克服外接式装置102内部地线结构与主机的地线结构的不对称问题，使天线得以正常运作。这种设计相当复杂。在产品批量生产上，厂商必须对出品的每个外接式装置的通用串行总线插头的金属外壳的结构作调整，才能确保每个产品的天线能够正常运作。
上述匹配网络307的设计即是用来克服外接式装置自身地线结构与主机内部地线结构的不对称问题。匹配网络307可有多种实现方式，且仅需简单测试天线效能是否合乎标准，即可轻易得到适当的架构实现匹配网络307。在产品批量生产上，天线效能不再受通用串行总线插头的结构状况影响，产品设计程序大大简化。
匹配网络307有多种实施方式，例如，π型、T型匹配网络等等，其中T型匹配网络也称为Y型匹配网络。图5A图解其中一种实施方式。匹配网络307_1包括三个电容C1、C2、C3所实现的π型匹配网络502。电容C1的两端分别作为匹配网络307_1的第一端A与第二端B。电容C2与C3除了各自提供一端分别连接于电容C1两侧外，还与彼此的另一端连接在一起耦接至匹配网络307_1的第二端B。
在其它实施方式中，匹配网络307_1的电容C2与C3可被省略，直接以电容C1实现所述匹配网络。
或者，匹配网络307_1内的电容组件也可用其它阻抗组件，如电阻、电感、或其它组件，代替。
图5B图解匹配网络307的另一种实施方式。匹配电路307_2包括第一、第二以及第三阻抗装置。此实施例分别以电阻R1、R2以及R3实现第一、第二以及第三阻抗装置。第一阻抗装置(R1)的一端被视为匹配网络307_2的第一端A，且第一阻抗装置(R1)的另一端与并联的第二与第三阻抗电阻(R2与R3)连接，且第二与第三阻抗电阻(R2与R3)的另一端被用来作为匹配网络307_2的第二端B。必须声明的是，上述第一、第二以及第三阻抗装置并不限定为电阻组件，也可改由电容组件、或电感组件实现。
本发明所述的匹配电路并不局限为上述实施方式。只要是能够使天线效能达到一定水平以上的电路，都可用来实现本案的匹配电路。
本发明所述的实施例仅仅是说明性的，而并非是对本发明主题的限制。其中外接式装置并不局限于USB接口设备，任何需要地线平衡的外接式装置都可以使用本发明提供的装置和方法。另外，天线的调适复杂仅仅是地线不平衡所造成的多种不良影响中的一种，本发明不局限于克服这一种现有技术的问题，本领域技术人员可以理解，任何由于外接设备的地线与主机的地线之间不平衡所引发的问题都可以使用本发明的技术方案来解决。
虽然本发明以优选实施例描述如上，但是其并非用以限定本发明，本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的基础上，可以对本发明做出多种变形和改变，因此本发明的保护范围是以本发明的权利要求所界定的范围。

Claims (10)

1.一种用于外接式装置的地线平衡装置，所述外接式装置包括地线信号管脚、印刷电路板、天线以及金属外壳，所述用于外接式装置的地线平衡装置包括：
第一金属片，连接所述外接式装置的地线信号管脚，作为该外接式装置内部的地线结构；以及
匹配网络，用于平衡所述外接式装置的地线结构和所述外接式装置所连接到的主机的地线结构，所述匹配网络具有第一端和第二端，所述第一端连接所述外接式装置的金属外壳，所述第二端连接所述第一金属片，
其中，所述匹配网络的设计基于所述外接式装置的天线的无线性能。
2.根据权利要求1所述的用于外接式装置的地线平衡装置，其中，所述匹配网络由多个阻抗装置组合实现。
3.根据权利要求2所述的用于外接式装置的地线平衡装置，其中，所述多个阻抗装置组合成：
π型匹配网络；和
T型匹配网络。
4.根据权利要求2所述的用于外接式装置的地线平衡装置，其中将所述第一金属片与所述印刷电路板上的地线信号焊点连接在一起，从而使所述第一金属片连接到所述外接式装置的地线信号引脚，所述阻抗装置由电阻元件、电容元件、电感元件以及其组合实现。
5.根据权利要求1所述的用于外接式装置的地线平衡装置，还包括：
第二金属片，所述第二金属片连接所述外接式装置的金属外壳，并连接所述匹配网络的所述第一端，从而，所述匹配网络的所述第一端通过连接所述第二金属片连接所述金属外壳。
6.一种用于外接式装置的地线平衡方法，所述外接式装置包括地线信号管脚、印刷电路板、天线以及金属外壳，所述方法包括：
将第一金属片与所述外接式装置的地线信号引脚相连接；
将匹配网络的第一端与所述外接式装置的金属外壳相连接；以及
将所述匹配网络的第二端与所述第一金属片相连接，
其中，所述匹配网络用于平衡所述外接式装置的地线结构和与所述外接式装置连接的主机的地线结构，所述匹配网络的设计基于所述外接式装置的天线的无线性能。
7.根据权利要求6所述的用于外接式装置的地线平衡方法，其中，所述匹配网络由多个阻抗装置的组合实现。
8.根据权利要求7所述的外接式装置的地线平衡方法，其中所述多个阻抗装置组合成：
π型匹配网络；和
T型匹配网络。
9.根据权利要求7所述的用于外接式装置的地线平衡方法，其中，将所述第一金属片与所述印刷电路板上的地线信号焊点连接在一起，从而使所述第一金属片连接到所述外接式装置的地线信号引脚，所述阻抗装置由电阻原件、电容元件、电感元件以及其组合实现。
10.根据权利要求6所述的用于外接式装置的地线平衡方法，还包括：
将第二金属片连接到所述外接式装置的金属外壳，并连接所述匹配网络的所述第一端，从而，所述匹配网络的所述第一端通过连接所述第二金属片而连接到所述金属外壳。
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