CN102124659A - 对天线模块的噪声消除 - Google Patents

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Abstract

公开了一种具有检测器和关联消除器的天线模块。该检测器还可检测干扰和毛刺噪声。在一实施例中，天线模块可包括：配置成接收信号路径中的电磁信号的天线；配置成放大所接收电磁信号并在第一节点提供经放大信号的放大器；配置成从第一节点接收经放大信号并提供从其中输出的经滤波信号的滤波器；以及第一节点处集成在信号路径中的噪声消除器和检测器。

Description

对天线模块的噪声消除
相关申请的引用
本申请要求Wilhelm Steffen Hahn在2008年8月21日提交的题为“对GPS天线模块的噪声消除”的临时美国专利申请61/090,872(律师案号No.100143-002400US)的优先权，该申请通用地通过引用结合于此。
背景
便携式计算或电子设备通常包括调谐成接收具有特定频率的信号的天线。然而，从外部和/或内部源发出的电磁干扰(EMI)扰动可因为电磁辐射而影响电路。这些扰动可中断、阻碍有效电路性能，或以其它方式使有效电路性能退化或受到限制。因而，诸如全球定位系统(GPS)接收机、电话、个人数字助理(PDA)、小型计算机、电子邮件设备、音频播放器、视频播放器等电子设备中的电路应当受到保护以免受可能有害的EMI破坏。
发明内容
公开了一种具有检测器和关联消除器(canceller)的天线模块。该检测器还可检测干扰和毛刺噪声。在一实施例中，天线模块可包括：配置成接收信号路径中的电磁信号的天线；配置成放大所接收电磁信号并在第一节点提供经放大信号的放大器；配置成从第一节点接收经放大信号并提供从其中输出的经滤波信号的滤波器；以及第一节点处集成在信号路径中的噪声消除器和检测器。
在一实施例中，一种利用天线模块中的集成组件消除噪声的方法可包括：接收信号路径的电磁信号；放大并滤波所接收信号以提供经放大信号；检测单独信号路径中的噪声；从信号路径中消除检测到的噪声；以及对信号路径进行滤波。放大和检测也可包括滤波。此外，检测也可包括干扰和/或毛刺噪声检测。
在一实施例中，天线模块可包括：配置成接收信号路径中的电磁信号的天线；以及
带有检测器的噪声消除器，其被配置成从信号路径中接收到的电磁信号中消除噪声。检测和消除也可解决所接收信号中的干扰和/或毛刺噪声。
附图简述
图1是示出示例消除器天线配置的示意性框图。
图2是示例噪声消除器结构的示意性框图。
图3是利用有源天线模块中的集成组件消除噪声的示例方法的流程图。
图4是第一示例消除器天线结构的截面图。
图5是第二示例消除器天线结构的截面图。
图6是第三示例消除器天线结构的截面图。
具体实施例
具体实施例可允许在天线模块中进行噪声、干扰和/或毛刺噪声消除。当利用关联放大器时无源天线模块可变为激活。因为噪声消除器和检测器可被添加到天线模块而无需对关联的印刷电路板(PCB)或其它电路连接器进行大的重新设计，所以由于检测器的在先放置可实现相对短的上市时间(TTM)以及相对高的使用简便性。
现在参照图1，示出了利用噪声消除器的示例接收机的示意性框图100。在该具体应用中，在例如全球定位系统(GPS)中使用的天线模块可包括接线天线102，该接线天线102接收电磁信号并将所接收信号提供给第一LNA104-0。滤波器106(例如表面声波(SAW)滤波器、带通滤波器等)能从第一LNA接收经放大信号，并向第二LNA 104-1提供信号以将经恢复信号耦合至同轴电缆。
当然，在特定实施例中可发现图1所示具体示例的许多变体。例如，可选择多种或不同类型的滤波器、其它类型的放大器、滤波器和放大器设备或组件的排序、以及用于噪声消除器和检测器的不同连接点(例如沿射频(RF)信号路径)。在一示例中，有源GPS天线可不包括第二LNA，而相反第二LNA可以是主PCB或其它电路连接器上的RF集成电路(RF-IC)的一部分。在其它示例中，可使用其它类型的放大电路和/或其它功能电路。此外，如本文中所述的检测器和噪声消除器也可检测和消除干扰、发射机信号、和/或毛刺噪声。在一些情形中，可使用直接抽头(例如至接地或VCC)作为检测器的替代或附加。
在具体实施例中，有源GPS噪声消除器天线结构可包括配合(mate)至、以其它方式集成至、或以其它方式关联至天线模块的噪声消除器110和检测器或直接抽头108。因而，独立模块可用诸如添加至有源天线的超薄检测器(UTD)的适当检测器创建。带检测器108的噪声消除器110可放置成靠近或尽可能靠近有源天线，诸如与有源/接线天线排列在公共电路连接器(例如刚性PCB、柔性PCB、Kapton或其它聚酰亚胺膜、或其它适当连接器等)上或与该公共电路连接器排列在一起。此外，噪声消除器可置于覆盖天线模块的有源器件(例如LNA、开关等)的护罩之下，且检测器在该护罩的顶部或侧面。这种放置能确保相关联噪声签名之间的良好相关，从而导致良好消除。
总线(例如串行外围接口(SPI)、通用串行总线(USB)、集成电路间总线(I2C)等)可用于与另一组件通信以便于优化消除。可选地，固定设置可被储存在诸如相关主控系统的非易失性类型存储器(例如EEPROM闪存等)的本地存储器中以使设置信息可被下载到该器件中。这种固定设置可包括与消除的频率或其它信号特性有关的信息(例如增益、绝对温度、温度系数等)。可选地，这种存储器(例如闪存)可被定位于噪声检测和消除模块内，或者可包含在噪声消除器IC本身中。
在任何情形中，噪声消除器可被连接至诸如从MediaTEK、SiRF、Epson、Broadcom、Qualcom、Marvell、Dibcom、Megachips等公司购得的标准GPS、GSM、MTV、DARS、WLAN或WiMax芯片/芯片组，以使天线和LNA相对靠近。这种配置提供低损耗、同时保留良好接收。该天线模块可在任何适当的接收机应用(例如DARS、GPS、卫星电视(例如Astra、Intelsat、Eutelsat等)等等)中使用。
现在参照图2，示出了示例噪声消除器结构的示意性框图110。在该示例中，噪声消除器110可被实现为IQ调制器，该IQ调制器经由正交分路器202将输入信号分成两个单独的信号，包括接近90度异相的同相(I)信号和正交(Q)信号。从正交分路器202输出的信号(I，Q)称为处于正交。正交分路器202可经由各种类型的电路实现，诸如LC、RC、LR、全电容滤波器、全通滤波器、或多相滤波器。
(I)信号被输入至第一可控放大器(例如可变增益放大器(VGA)204-0)，而(Q)信号被输入至第二可控放大器VGA 204-1，这些可控放大器的输出经由求和电路206相加，从而产生相移和放大信号作为输出。可调放大器VGA 204可经由电压控制模拟放大器、数字控制开关型放大器、或其它适当可控放大器实现。注意，放大器VGA 204的一个或多个可以是不可控的，和/或单独的可变增益级可被添加在IQ调制器之前和/或之后，而不背离本发明示教的范围。这种IQ调制器之前的可变增益级可提供粗略增益控制(例如0dB、5dB、10dB、15dB等)，且经由增益控制/VGA 204进行更精细控制。
现在参看图3，示出了利用有源天线模块中的集成组件消除噪声的示例方法的流程图300。该流程开始(302)，且可接收信号路径的电磁信号(304)。所接收信号可以是经放大和滤波信号以提供经放大信号(306)。可检测单独信号路径中的噪声(308)。然后可从信号路径消除检测到的噪声(310)。还可对信号路径滤波(312)，从而完成该流程(314)。
现在参照图4，示出第一示例消除器天线结构400的截面图。在PCB 406的一侧上，可定位GPS接线天线402。噪声消除器和检测器(例如方形短柱检测器404)如图所示可被定位于电路410上PCB 406的相对侧。可选地，带检测器的噪声消除器可以不同角度(例如不同于约90°)安装，并且与GPS接线天线402安装在PCB 406的相同侧或不同侧。该检测器还可置于覆盖有源天线的护罩上。此外，检测器本身可被部分地屏蔽以针对具体应用修改其接收模式。
当干扰来自外部源且在GPS接线天线402中接收时，接线天线上的干扰信号与噪声采样检测器之间的最佳相关可在它们定位成极为接近时实现。如图4的具体示例中所示，接线天线和带消除器的噪声采样检测器可定位成极为接近。
这种结构可被用来替代可能不包括消除能力的现有天线。带噪声消除器的检测器可被置于PCB板的底部，以使消除能力被包括在天线结构中。因而，可用本文中所述的结构来替换正常工作天线(例如GPS)。以此方式，在单个模块中实现包括有源天线部分和相关联噪声消除电路的集成水平。
现在参看图5和6，示出了示例消除器天线结构的其它示例截面图。在图5的示例(500)中，可使用柔性连接器502，且GPS接线天线402在一侧，而检测器404/电路410在另一侧，如图所示。同样，柔性连接器502可具有用以容纳接线天线402与检测器404/电路410之间的连接并降低模块的高度的曲线。
在图6的示例中，柔性连接器502在具有GPS接线天线402和检测器404/电路410的配置600中相对平坦。此外，护罩602可被用来修改检测器404的接收模式。在示例配置650中，柔性连接器502允许电路410、检测器404和护罩602往下折叠以适应不同的波形因数。
在一示例中，GPS接线天线402的高度可在从约3mm至约5mm的范围内，PCB 406的厚度可以是约0.8mm，其它设备(例如芯片组)可从PCB延伸约1mm，并且方形短柱检测器404的高度可在从约1mm到约3.2mm的范围内。PCB 406还可具有约13mmx约17mm的尺寸。柔性连接器502的高度可以是约50μm，而其它刚性连接器的范围可在约0.1mm至约0.8mm。此外，电缆408可连接至PCB 406，并且还可具有任何适当尺寸。
当然，诸如UTD的其它类型的检测器可被用来减小整体结构高度。通过使用任何适当粘合剂(例如粘性带、双面胶、胶水等)，带检测器的噪声消除器可被紧固至PCB、其它电路连接器、或护罩。此外，天线还可重新定位，并且可容纳检测器和噪声消除器的抽头接入或其它放置。此外，图6示例中所示的折叠可导致检测器和噪声消除器在天线下方(例如约180°的折叠)、垂直于天线(例如约90°的折叠)、或任何其它适当位置。
因而，在具体实施例中，GPS天线模块可包括检测器，以及耦合至检测器且插入在信号路径中的噪声消除器。如本文中所述地，可提供带有集成式噪声消除器和噪声采样检测器的有源天线。
尽管已经描述了本发明的具体实施例，但这些实施例的变化是可能的并且在本发明的范围内。例如，尽管已经描述了特定存储器类型、存储器结构和协议，但根据本发明的实施例可容纳其它类型的存储器、其它配置或类型的总线和/或设备。同样，根据具体实施例可容纳便携式计算设备等除外的应用。本发明诸实施例还可在包括用户、设备、功能系统、和/或硬件和软件的组合的任何一个或多个过程或实体之间工作。
任何适当的编程语言可被用来实现本发明的功能，包括C、C++、Java、汇编语言等。可采用不同的编程技术，诸如过程或面向对象的编程技术。例程可在单个处理设备或多个处理器上执行。尽管步骤、操作或计算可以特定次序呈现，但该次序在不同实施例中可改变，除非另有规定。在一些实施例中，在本说明书中示为相继的多个步骤可同时执行。本文中所述的操作的顺序可被诸如操作系统、内核等的另一进程中断、暂停或以其它方式控制。例程可在操作系统环境中或作为单独例程占据系统处理的全部或相当大的部分运行。功能可用硬件、软件或两者的组合执行。
在本文的描述中，提供了许多特定细节，诸如组件和/或方法的示例，以提供对本发明诸实施例的透彻理解。然而，本领域技术人员将理解，本发明一实施例可在没有这些特定细节的一个或多个的情况下、或者用其它装置、系统、组件、方法、部件、材料、零件和/或相似物来实现。未具体示出和详述其它情况下众所周知的结构、材料或操作，以避免混淆本发明诸实施例的各个方面。
出于本发明诸实施例的目的，“计算机可读介质”可以是能包含和储存程序以供指令执行系统、装置、系统或设备或结合其使用的任何介质。仅作为示例而非限制，该计算机可读介质可以是电、磁、光、或半导体系统、装置、系统、设备、或计算机存储器。
“处理器”或“进程”包括处理数据、信号或其它信息的任何硬件和/或软件系统、机制或组件。处理器可包括具有通用中央处理单元、多处理单元、用于实现功能的专用电路的系统或其它系统。处理无需限于一地理位置、或具有时间限制。本文中所述的功能和功能部分可由设备在不同地点实现且不同时间工作。例如，处理器可“实时”、“离线”、以“批量模式”等执行其功能。可使用并行、分布式、或其它处理方法。
在本说明书通篇中对“一个实施例”、“实施例”、“具体实施例”或“特定实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中，而并非必然包括在所有实施例中。因此，在本说明书通篇中的多个位置中的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”或“在一特定实施例中”的出现不一定指的是同一实施例。而且，本发明任何特定实施例的具体特征、结构、或特性可按照任何合适的方式与一个或多个实施例组合。可以理解，本文中所述和所示的本发明诸实施例的其它变体和修改根据本文中的示教是可能的，且被示为本发明精神和范围的一部分。
本发明诸实施例可通过使用编程通用数字计算机、通过使用专用集成电路、可编程逻辑器件、现场可编程门阵列、光学、化学、生物、量子或纳米工程设计系统、组件和机制来实现。一般而言，本发明的功能可通过本领域已知的任何手段来实现。例如，可使用分布式、网络化系统、组件和/或电路。数据的通信或传输可以是有线、无线、或通过任何其它手段。
还可以理解，附图中所示的一个或多个元件也可以更独立或集成的方式实现，甚至在特定情形中被移除或呈现为不可用，根据一具体应用呈现为有用。实现可被储存在机器可读介质中以允许计算机执行上述任一方法的程序或代码也在本发明的精神和范围内。
此外，附图中的任何信号箭头应当仅被视为是示例性而非限制，除非另外明确指出。而且，本文中使用的术语“或者”通常旨在表示“和/或”，除非另有指示。组合或步骤的组合也将被视为是要注意的，该术语被视为呈现分开还是组合的能力是不清楚的。
如在本申请和权利要求书中使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数形式，除非上下文另外清楚地指明。如在本申请和权利要求书中使用的，“中”的意思包括“之中”和“之上”，除非上下文另外清楚地指明。
本发明各实施例的以上描述，包括在摘要中所描述的内容，不旨在是穷举或将各实施例限于所公开的精确形式。如本领域技术人员将理解和了解的，尽管本文中仅为示例性目的描述了本发明的具体实施例和示例，但各种等效变体在本发明的精神和范围内是可能的。如所指示地，这些变体可根据本发明所示实施例的前面描述对本发明作出，并且包括在本发明的精神和范围内。
因而，尽管本文中已参照具体实施例描述了本发明，但在前面的公开内容中旨在有多种修改、各种变化和替换，并且可以理解在一些情形中，将采用本发明诸实施例的一些特征而不相应使用其它特征，这不背离所阐述的本发明的精神和范围。因此，可作出许多修改以使具体情形或材料适应本发明的实质范围和精神。本发明旨在不限于所附权利要求中使用的具体术语，和/或不限于为实践本发明而构想的最佳实施方式所揭示的具体实施例，但本发明将包括落在所附权利要求的范围内的任何和所有实施例与等效方式。
因而，本发明的范围完全由所附权利要求确定。

Claims (20)

1.一种天线模块，包括：
配置成接收信号路径中的电磁信号的天线，所述天线电耦合至电路连接器；
配置成放大所接收电磁信号并在第一节点提供经放大信号的放大器；
配置成从所述第一节点接收经放大信号并提供从其中输出的经滤波信号的滤波器；以及
所述第一节点处集成在所述信号路径中的噪声消除器和检测器，其中所述放大器、所述滤波器、所述噪声消除器、以及所述检测器电耦合至所述电路连接器。
2.如权利要求1所述的天线模块，其特征在于，所述电路连接器包括刚性印刷电路板(PCB)和柔性连接器的至少之一。
3.如权利要求1所述的天线模块，其特征在于，所述噪声消除器被进一步配置成消除检测到的干扰和毛刺噪声。
4.如权利要求1所述的天线模块，其特征在于，所述噪声消除器包括：
正交分路器，配置成接收输入信号并提供第一和第二分路信号；
第一可控放大器，配置成接收第一分路信号并从中提供第一分路放大信号；
第二可控放大器，配置成接收第二分路信号并从中提供第二分路放大信号；
求和电路，配置成接收第一和第二分路放大信号并从中提供输出信号；以及
在所述正交分路器之前和/或在所述求和电路之后的一个或多个可控放大器。
5.如权利要求4所述的天线模块，其特征在于：
所述第一分路信号与所述输入信号同相；以及
所述第二分路信号是与所述输入信号相关的正交信号。
6.如权利要求1所述的天线模块，其特征在于，所述检测器包括超薄检测器(UTD)。
7.一种利用有源天线模块中的集成组件消除噪声的方法，所述方法包括：
接收信号路径的电磁信号；
放大并滤波所接收信号以提供经放大信号；
检测单独信号路径中的噪声、毛刺噪声或其它干扰；
从信号路径中消除检测到的噪声、毛刺噪声或干扰；以及
对信号路径进行滤波。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述消除进一步包括利用消除器电路来将检测到的噪声移相、放大和求和。
9.一种天线模块，包括：
配置成接收信号路径中的电磁信号的天线，所述天线电耦合至电路连接器；以及
带有检测器的噪声消除器，其被配置成从信号路径中接收到的电磁信号中消除噪声，其中所述带有检测器的噪声消除器电耦合至所述电路连接器且布置成靠近所述天线。
10.如权利要求9所述的天线模块，其特征在于，所述噪声消除器包括：正交分路器，配置成接收输入信号并提供第一和第二分路信号；
第一可控放大器，配置成接收第一分路信号并从中提供第一分路放大信号；
第二可控放大器，配置成接收第二分路信号并从中提供第二分路放大信号；以及
求和电路，配置成接收第一和第二分路放大信号并从中提供输出信号。
11.如权利要求10所述的天线模块，其特征在于：
所述第一分路信号与所述输入信号同相；以及
所述第二分路信号是与所述输入信号相关的正交信号。
12.如权利要求10所述的天线模块，其特征在于，还包括耦合至所述输入信号的可变增益放大器。
13.如权利要求10所述的天线模块，其特征在于，还包括耦合至所述输出信号的可变增益放大器。
14.如权利要求9所述的天线模块，其特征在于，所述电路连接器包括印刷电路板(PCB)、位于所述PCB的第一侧的天线、位于所述PCB的第二侧的带有检测器的噪声消除器，所述第一侧与所述第二侧相对。
15.如权利要求9所述的天线模块，其特征在于，所述电路连接器包括PCB和柔性连接器的至少之一，所述天线和所述带有检测器的噪声消除器位于所述电路连接器的同一侧。
16.如权利要求15所述的天线模块，其特征在于，还包括至少部分地覆盖所述带有检测器的噪声消除器的护罩。
17.如权利要求9所述的天线模块，其特征在于，所述天线位于所述电路连接器的第一侧，且所述带有检测器的噪声消除器位于所述电路连接器的第二侧，所述第一侧与所述第二侧相对，所述电路连接器是柔性连接器。
18.如权利要求17所述的天线模块，其特征在于，所述带有检测器的噪声消除器相对于所述天线反相。
19.如权利要求17所述的天线模块，其特征在于，还包括至少部分地覆盖所述检测器以改变所述检测器的方向性的护罩。
20.如权利要求17所述的天线模块，其特征在于，所述柔性连接器被配置成弯曲成使带有检测器的噪声消除器相对于所述天线折叠。
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