CN107707272A - 用于可佩戴设备的射频系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及用于可佩戴设备的射频系统和方法。例如，一种射频(RF)系统包括RF集成电路(IC)管芯。RF IC管芯包括第一发射电路、第二发射电路、第一接收电路、第二接收电路和控制电路，控制电路耦合至第一发射电路、第二发射电路、第一接收电路和第二接收电路。RF系统还包括使用第一耦合结构耦合至第一发射电路和第一接收电路的第一天线。控制电路被配置为在第一操作模式期间激活第一发射电路并去激活第一接收电路。RF系统还包括使用第二耦合结构耦合至第二发射电路和第二接收电路的第二天线。控制电路被配置为在第二操作模式期间激活第二发射电路并去激活第二接收电路。

Description

用于可佩戴设备的射频系统和方法
技术领域
本公开总体上涉及电子设备，更具体地，涉及具有RF集成电路(RFIC)和天线系统以用于可佩戴设备的射频(RF)系统。
背景技术
由于低成本半导体技术(诸如硅锗(SiGe)和精细几何互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺)的快速进步，毫米波频率区域中的应用在过去几年得到了显著的重视。高速双极和金属氧化物半导体(MOS)晶体管的可用性使得对60GHz、77GHz和80GHz处以及超过100GHz的mm波应用的集成电路具有增长的需求。例如，这种应用包括汽车雷达系统、数千兆通信系统和可佩戴消费设备(诸如智能手表、活动监控器和健康监控器)。
在一些雷达系统中，雷达和目标之间的距离通过以下方式来确定：发射频率调制信号，接收频率调制信号的反射，以及基于频率调制信号的发射和接收之间的时间延迟和/或频率差来确定距离。因此，一些雷达系统包括：发射天线，用于发射RF信号；接收天线，用于接收RF；以及相关联的RF电路装置，用于生成发射信号并接收RF信号。在一些情况下，多个天线可用于使用相位阵列技术实施定向波束。
发明内容
根据一个实施例，一种射频(RF)系统包括RF集成电路(IC)管芯。RF IC管芯包括第一发射电路、第二发射电路、第一接收电路、第二接收电路和控制电路，其中，控制电路耦合至第一发射电路、第二发射电路、第一接收电路和第二接收电路。RF系统还包括使用第一耦合结构耦合至第一发射电路和第一接收电路的第一天线。控制电路被配置为在第一操作模式期间激活第一发射电路并去激活第一接收电路。RF系统还包括使用第二耦合结构耦合至第二发射电路和第二接收电路的第二天线。控制电路被配置为在第二操作模式期间激活第二发射电路并且去激活第二接收电路。
附图说明
为了更加完整地理解本发明及其优点，现在结合附图进行以下描述，其中：
图1示出了安装在电路板上的典型RF电路装置/天线封装件的立体图；
图2示出了根据一些实施例的mm波姿势感测系统的示意图；
图3A、图3B和图3C示出了根据一些实施例的RF电路装置/天线封装件的示意图；
图4A、图4B和图4C示出了根据一些实施例的RF电路装置/天线封装件的示意图；
图5A和图5B示出了根据一些实施例的可佩戴设备的顶视图和截面图；以及
图6示出了根据一些实施例的操作集成到可佩戴设备中的姿势感测系统的方法的流程图。
不同附图中的对应数字和符号一般表示对应的部分，除非另有指示。绘制附图以清楚地示出优选实施例的相关方面，并且不需要按比例绘制。为了更清楚地示出特定实施例，表示相同结构、材料或处理步骤的变化的字母可以跟随在图号后面。
具体实施方式
以下详细讨论优选实施例的制造和使用。然而，应该理解，本发明提供了许多可在各种特定条件下实施的可应用发明概念。所讨论的具体实施例仅仅是制造和使用本发明的具体方式而不用于限制本发明的范围。
将参照具体上下文(包括RF集成电路(RFIC)和天线系统的射频(RF)系统)的实施例来描述本公开。具体地，以下将参照作为可佩戴消费设备(诸如智能手表)的姿势感测系统的一部分的RF系统来讨论各种实施例。本文呈现的各个实施例还可应用于其他系统和应用，诸如其他可佩戴/便携式消费设备(诸如健康监控系统、活动监控系统、移动手机、平板设备、便携式游戏控制台、相机、录像机、膝上型计算机、笔记本电脑等)和非便携式消费设备(电视机、游戏控制台、桌上型计算机等)。
在本文呈现的各个实施例中，提供了RF系统，其可以集成到可佩戴设备的姿势感测系统中。在各个实施例中，姿势感测系统可以使用mm波RF电路装置来实施以制造mm波姿势感测系统。在一个实施例中，姿势感测系统包括RF系统(包括RF电路装置和天线)，其在球栅阵列(BGA)封装件中实施。这种RF电路装置/天线封装件包括集成电路，其具有位于芯片的第一边缘上的接收接口以及位于芯片的相邻或相对边缘上的发射接口。多元件贴片天线被设置在封装件与芯片的第一边缘相邻的表面上，并且在芯片的第一边缘处耦合至多接收通道接口。类似地，用于发射信号的贴片天线被设置在与发射接口相邻的芯片的相邻或相对边缘上的封装件的再分布层中。
在一些实施例中，RF电路装置/天线封装件包括多个天线，其中，每个天线都被配置为根据操作模式而用作接收天线或发射天线。每个天线都使用耦合结构耦合至对应的接收或发射电路。耦合结构可以是无源结构(诸如竞争耦合器(rat-race coupler)、威尔金森功率分配器、循环器等)或开关。耦合结构可以形成在RF电路装置/天线封装件的集成电路芯片的衬底上，或者RF电路装置/天线封装件的扇出区中的再分布层中。通过将同一天线用作接收天线和发射天线，可以减少RF电路装置/天线封装件内的天线的总数量。因此，可以减小RF电路装置/天线封装件的尺寸。这种尺寸减小可有利于将RF电路装置/天线封装件集成到尺寸减小的设备(诸如可佩戴设备)中。
在一些实施例中，操作RF电路装置/天线封装件的方法包括：以交替方式在第一操作模式和第二操作模式之间进行切换。在第一操作模式期间，RF电路装置/天线封装件的第一天线发射RF信号，而RF电路装置/天线封装件的第二天线接收RF信号。在第二操作模式期间，RF电路装置/天线封装件的第二天线发射RF信号，而RF电路装置/天线封装件的第一天线接收RF信号。
在一些实施例中，被广泛用于雷达系统的波束形成概念可用于执行波束控制并且指向RF信号的发射和接收。这种实施例例如可应用于汽车雷达系统、相机系统、便携式系统、可佩戴系统、电视机、平板电脑和其他应用。示例性波束形成概念还可以用于实施姿势识别系统。过去，姿势识别系统使用光学相机、压力传感器、PAL和其他设备来实施。通过使用示例性雷达系统，姿势识别系统可以执行精确的距离测量，同时被方便地隐藏在由塑料或其他坚固材料制成的不透明盖后面。
图1示出了安装在电路板101上的典型RF电路装置/天线封装件103的立体图。RF电路装置/天线封装件103使用焊球(未示出)安装在电路板101上。电路板101可以使用绝缘衬底来实施，其中绝缘衬底具有在绝缘衬底的一侧或两侧上层压的一个或多个薄导电层(未单独示出)。一个或多个薄导电层被图案化(例如，蚀刻)以形成电路板101的电路互连。一个或多个薄导电层可以被配置为地、功率和/或信号层。绝缘衬底由FR4形成，并且一个或多个薄导电层由铜形成。可替换地，诸如Rogers PCB材料的其他绝缘材料或者导电材料可用于形成电路板101。电路板101可以包括本领域已知的附加导电和绝缘层。
RF电路装置/天线封装件103包括RF前端集成电路(IC)管芯105、发射天线107a和107b、以及接收天线109a-109d。RF电路装置/天线封装件103被配置为经由发射天线107a和107b朝向对象(例如，当RF电路装置/天线封装件103是可佩戴设备的姿势感测系统的一部分时，为消费者的手)发射入射RF信号，并且经由接收天线109a-109d接收来自对象的反射RF信号。RF前端IC管芯105包括耦合至接收天线109a-109d的接收器前端(未示出)以及耦合至发射天线107a和107b的发射器前端(未示出)。发射天线107a和107b以及接收天线109a-109d使用贴片天线来实施。可替换地，诸如Yagi-Uda天线、Vivaldi天线、蝴蝶结天线等的其他天线类型可用于实施发射天线107a和107b以及接收天线109a-109d。RF前端IC管芯105提供将被发射给发射器前端的信号，并且接收和/或处理被接收器前端接收的信号。在一些实施例中，RF电路装置/天线封装件103的操作频率在大约57GHz和大约66GHz之间。可替换地，示例性系统也可以在该范围外的频率处进行操作。
以正方形配置来布置的接收天线109a-109d具有相互隔开一距离的中心，该距离等于由RF电路装置/天线封装件103发射的信号频率的波长的λ的一些倍数或分数x。在一些实施例中，x在大约1/2和大约2/3之间。可替换地，x可以在该范围外。在替换实施例中，大于或小于四个的贴片天线可用于根据特定系统的规则来实施接收天线。
如图所示，RF电路装置/天线封装件103是嵌入式晶圆级(eWLB)球栅阵列(BGA)封装件，其包括模制材料层。在这种实施例中，RF前端IC管芯105设置在模制材料层内。RF电路装置/天线封装件103可进一步包括导电层(诸如再分布层(RDL))，其用于路由和/或实施封装件内的各种无源或有源器件。发射天线107a和107b以及接收天线109a-109d可使用RDL来实施。可替换地，诸如BGA封装件或先进的薄型小型无引线(ATSPL)封装件的其他封装件类型也可用于实施RF电路装置/天线封装件103。在一个实施例中，RF电路装置/天线封装件103的第一宽度W1在大约8mm和大约9mm之间，并且RF电路装置/天线封装件103的第二宽度W2在大约11mm和大约12.5mm之间。如以下更详细描述的，省略发射天线107a和107b，并且接收天线109a-109d中的一些被配置为用作接收和发射天线。通过省略发射天线107a和107b，可以进一步减小RF电路装置/天线封装件103的第一宽度W1。
图2示出了根据一些实施例的mm波姿势感测系统200的示意图。如图所示，雷达收发设备201被配置为经由发射天线213a和/或发射天线213b朝向姿势手217发射入射RF信号，并且经由包括接收天线215a-215d的天线阵列接收反射RF信号。雷达收发设备201包括耦合至接收天线215a-215d的接收器前端211、耦合至发射天线213a的第一发射器前端203以及耦合至发射天线213b的第二发射器前端209。雷达电路205提供将被发射至第一和第二发射器前端203和209的信号，并且经由接收器前端211接收信号。处理电路207处理接收到的信号，并且控制由第一发射器前端203和第二发射器前端209引起的发射。在一些实施例中，mm波姿势感测系统200被实施为频率调制连续波(FMCW)雷达传感器，其具有两个发射通道和四个接收通道以实现数字波束形成全息雷达，使得天线前方的视场(FOV)中的每个目标的相对速度、距离和相位都被测量。
在操作期间，可以通过雷达收发设备201和/或与其耦合的其他处理电路装置来检测姿势手217的位置和姿势。例如，雷达收发设备201可以耦合至可佩戴设备、计算机系统、器械和其他设备，并且检测的姿势可用作这些设备的输入。例如，两个手指相互轻拍的姿势可解释为“按钮按压”，或者旋转拇指和手指的姿势可以解释为转动拨盘。
在一些实施例中，雷达收发设备201或者雷达收发设备201的部分可以在包含雷达电路装置205、第一发射前端203、第二发射前端209、接收前端211、发射天线213a和213b、以及接收天线215a-215d的封装件(诸如上面参照图1描述的RF电路装置/天线封装件103)中实施。在其他实施例中，雷达收发设备201可以实施为电路板上设置的一个或多个集成电路，并且发射天线213a和213b以及接收天线215a-215d可以在电路板实施为与集成电路相邻。在2015年11月30日提交的美国申请第14/954,198号中描述了姿势感测系统(诸如mm波姿势感测系统200)的操作的各种方法，其内容结合于此作为参考。
图3A示出了根据一些实施例的RF电路/天线封装件300的示意图。RF电路装置/天线封装件300包括RF前端IC管芯301，RF前端IC管芯301具有发射电路Tx1和Tx2以及接收电路Rx1、Rx2、Rx3和Rx4。RF电路装置/天线封装件300还包括天线305a-305d。在一些实施例中，天线305a-305d可以类似于接收天线109a-109d(参见图1)，并且为了简化不再重复其描述。天线305a耦合至接收电路Rx3。天线305b使用耦合结构303a耦合至接收电路Rx1和发射电路Tx1。天线305c耦合至接收电路Rx2。天线305d使用耦合结构303b耦合至接收电路Rx4和发射电路Tx2。耦合结构303a和303b可以使用无源结构(诸如竞争耦合器、威尔金森功率划分器、循环器等)或开关来实施。在一个实施例中，耦合结构303a和303b可以形成在RF电路装置/天线封装件300的RF前端IC管芯301的衬底上。在另一实施例中，耦合结构303a和303b可以形成在RF电路装置/天线封装件300的扇出区的再分布层中。RF前端IC管芯301还包括耦合至发射电路Tx1和Tx2以及接收电路Rx1、Rx2、Rx3和Rx4的控制电路307。控制电路307被配置为激活和去激活发射电路Tx1和Tx2以及接收电路Rx1、Rx2、Rx3和Rx4。在一个实施例中，例如控制电路307包括一个或多个开关。可替换地，其他适当的电路可用于实施控制电路307。
进一步参照图3A，与RF电路装置/天线封装件103(参见图1)相比，RF电路装置/天线封装件300包括较少的天线。在一个实施例中，RF电路装置/天线封装件300不包括专用发射天线，诸如RF电路装置/天线封装件103的发射天线107a和107b。因此，RF电路装置/天线封装件300的第一宽度W3可以小于RF电路装置/天线封装件103的第一宽度W1。第一宽度W1和第一宽度W3之间的差值可以在大约2mm和大约4mm之间，并且RF电路装置/天线封装件300的第二宽度W4可以等于RF电路装置/天线封装件103的第二宽度W2。可替换地，RF电路装置/天线封装件300的第二宽度W4可以不同于RF电路装置/天线封装件103的第二宽度W2。
在RF电路装置/天线封装件300的操作期间，以交替方式激活发射电路Tx1和Tx2，使得发射电路Tx1和Tx2不同时有效。参照图3B，在第一操作模式期间(也称为“线性调频1(Chirp 1)”)，控制电路307激活发射电路Tx1和接收电路Rx4，同时去激活接收电路Rx1和发射电路Tx2。因此，天线305b用作发射天线，并且天线305d用作接收天线。此外，控制电路307还激活接收电路Rx2和Rx3，并且天线305a和305c用作接收天线。在一个实施例中，天线305b朝向对象(例如，当RF电路装置/天线封装件300被用作可佩戴设备的姿势感测系统的雷达系统时，诸如为图2所示的姿势手217)发射RF信号，并且天线305a、305c和305d接收来自对象的反射RF信号。
参照图3C，在第二操作模式期间(也称为“线性调频2(Chirp2)”)，控制电路307激活发射电路Tx2和接收电路Rx1，同时去激活接收电路Rx4和发射电路Tx1。因此，天线305b用作接收天线，并且天线305d用作发射天线。此外，控制电路307还激活接收电路Rx2和Rx3，并且天线305a和305c用作接收天线。在一个实施例中，天线305d朝向对象发射RF信号，并且天线305a、305b和305c接收来自对象的反射RF信号。在一个实施例中，以交替方式重复N次Chirp 1和Chirp 2。N的值可以根据RF电路装置/天线封装件300的设计要求来改变。
图4A示出了根据一些实施例的RF电路装置/天线封装件400的示意图。RF电路装置/天线封装件400包括RF前端IC管芯401，RF前端IC管芯401具有发射电路Tx1和Tx2以及接收电路Rx1、Rx2、Rx3和Rx4。RF电路装置/天线封装件400还包括天线405a-405d。在一些实施例中，天线405a-405d可以类似于接收天线109a-109d(参见图1)，并且为了简化不再重复描述。天线405a使用耦合结构403a耦合至接收电路Rx3和发射电路Tx2。天线405b耦合至接收电路Rx1。天线405c使用耦合结构403b耦合至接收电路Rx2和发射电路Tx1。天线405d耦合至接收电路Rx4。耦合结构403a和403b可以使用无源结构(诸如竞争耦合器、威尔金森功率划分器、循环器等)或开关来实施。在一个实施例中，耦合结构403a和403b可以形成在RF电路装置/天线封装件400的RF前端IC管芯401的衬底上。在另一实施例中，耦合结构403a和403b可以形成在RF电路装置/天线封装件400的扇出区的再分布层中。RF前端IC管芯401还包括耦合至发射电路Tx1和Tx2以及接收电路Rx1、Rx2、Rx3和Rx4的控制电路407。控制电路407被配置为激活和去激活发射电路Tx1和Tx2以及接收电路Rx1、Rx2、Rx3和Rx4。在一个实施例中，例如控制电路407包括一个或多个开关。可替换地，其他适当的电路可用于实施控制电路407。
进一步参照图4A，与RF电路装置/天线封装件103(参见图1)相比，RF电路装置/天线封装件400包括较少的天线。在一个实施例中，RF电路装置/天线封装件400不包括专用发射天线，诸如RF电路装置/天线封装件103的发射天线107a和107b。因此，RF电路装置/天线封装件400的第一宽度W5可以小于RF电路装置/天线封装件103的第一宽度W1。第一宽度W1和第一宽度W5之间的差值可以在大约2mm和大约4mm之间，并且RF电路装置/天线封装件400的第二宽度W6可以等于RF电路装置/天线封装件103的第二宽度W2。可替换地，RF电路装置/天线封装件400的第二宽度W6可以不同于RF电路装置/天线封装件103的第二宽度W2。
在RF电路装置/天线封装件400的操作期间，以交替方式激活发射电路Tx1和Tx2，使得发射电路Tx1和Tx2不同时有效。参照图4B，在第一操作模式期间(也称为“线性调频1(Chirp 1)”)，控制电路407激活发射电路Tx1和接收电路Rx3，同时去激活接收电路Rx2和发射电路Tx2。因此，天线405b用作发射天线，并且天线405a用作接收天线。此外，控制电路407还激活接收电路Rx1和Rx4，并且天线405b和405d用作接收天线。在一个实施例中，天线405c朝向对象(例如，当RF电路装置/天线封装件300被用作可佩戴设备的姿势感测系统的雷达系统时，诸如为图2所示的姿势手217)发射RF信号，并且天线405a、405b和405d接收来自对象的反射RF信号。
参照图4C，在第二操作模式期间(也称为“线性调频(Chirp 2)2”)，控制电路407激活发射电路Tx2和接收电路Rx2，同时去激活接收电路Rx3和发射电路Tx1。因此，天线405c用作接收天线，并且天线405a用作发射天线。此外，控制电路407还激活接收电路Rx1和Rx4，并且天线405b和405d用作接收天线。在一个实施例中，天线405a朝向对象发射RF信号，并且天线405b、405c和405d接收来自对象的反射RF信号。在一个实施例中，以交替方式重复N次Chirp 1和Chirp 2。N的值可以根据RF电路装置/天线封装件400的设计要求来改变。
图5A和图5B示出了根据一些实施例的可佩戴设备500的顶视图和截面图。在所示实施例中，可佩戴设备500是智能手表。可替换地，可佩戴设备500可以是健康监控系统、行为监控系统等。可佩戴设备500包括壳体501，其容纳可佩戴设备500的各种部件，用作机械支持并为可佩戴设备500的各种部件提供保护。壳体501可以使用为可佩戴设备500的各种部件提供期望的支持和保护的任何适当的材料来形成。例如，壳体501可以使用金属、金属合金等来形成。可佩戴设备500还包括附接至壳体501的带503，并且例如被配置为将可佩戴设备500附接至消费者的手腕。可佩戴设备500还包括显示器505。显示器505可以是LCD、LED显示器、AMOLED显示器等。
可佩戴设备500还包括直接位于显示器505下方的第一电路板507以及放置在可佩戴设备500的壳体501与可佩戴设备500的带503的结点处的第二电路板509，使得第二电路板509与第一电路板507形成一角度。在一个实施例中，第二电路板509和第一电路板507之间的角度在大约30度和大约60度之间。第二电路板509使用柔性连接器511电耦合至第一电路板507，这允许调整第二电路板509和第一电路板507之间的角度。第一电路板507和第二电路板509可以使用与参照图1描述的电路板101类似的方式和方法来形成，并且为了简化不重复描述。如以下更详细描述的，RF系统(诸如分别在图3A和图4A中示出的RF电路装置/天线封装件300和400)和各种电部件被安装在第二电路板509上，以形成姿势感测系统(诸如上面参照图2描述的mm波姿势感测系统200)。通过将姿势感测系统放置在可佩戴设备500的壳体501与可佩戴设备500的带503的结点处，从姿势感测系统的RF系统发射或由RF系统接收的RF信号不被显示器505所阻挡。此外，设置在姿势感测系统的RF系统上方的壳体501的部分由对于毫米波透明的材料形成，以确保姿势感测系统的适当操作。
进一步参照图5A和图5B，姿势感测系统513安装在可佩戴设备500的第二电路板509上。为了简化，仅示出了姿势感测系统513的部件。本领域技术人员应理解，第一电路板507可以根据可佩戴设备500的功能要求包括各种部件和设备。在一些实施例中，第一电路板507可以包括各种专用集成电路(ASIC)、用于供电和控制可佩戴设备500的显示器505的各种部件、各种传感器(诸如运动传感器、压力传感器、温度传感器、湿度传感器、触摸传感器、心率传感器等)、各种接口部件(诸如USB、WiFi、WiGig、蓝牙等)、各种功率管理部件以及功率源(诸如电池)。
在一个实施例中，姿势感测系统513包括RF系统515。RF系统可以使用RF电路装置/天线封装件300(参见图3A)或RF电路装置/天线封装件400(参见图4A)来实施，并且为了简化不重复描述。姿势感测系统513还包括晶体振荡器(Xtal)517和锁相环(PLL)电路519，它们被配置为可在姿势感测系统513的各种部件之间共享的时钟生成电路。姿势感测系统513还包括基带放大器521a和521b以及模数转换器(ADC)523a和523b，它们被配置为放大和数字化RF系统515的输出信号。姿势感测系统513还包括开关119，其被配置为将RF系统515耦合至可佩戴设备500的功率管理集成电路(PMIC)(未示出)。通过使用RF电路装置/天线封装件300或400来实施RF系统515，可以减小姿势感测系统513的所有部件的总面积。因此，也可以减小第二电路板509的面积。在替换实施例中，可以通过将基带放大器521a和521b和/或ADC 523a和523b集成到RF系统515中来进一步减小姿势感测系统513的占用面积(footprint)。
在可佩戴设备500的姿势感测系统513的操作期间，RF系统515生成发射RF信号527。RF系统515的发射天线将发射的RF信号527发射至姿势手529。RF系统515的接收天线接收来自姿势手529的反射RF信号。姿势感测系统513通过将发射RF信号与反射RF信号比较来检测姿势。可佩戴设备500基于检测到的姿势执行操作。
图6示出了根据一些实施例的操作集成到可佩戴设备中的姿势感测系统的方法600的流程图。方法600开始于步骤601，其中去激活可佩戴设备(诸如图5A和图5B所示的可佩戴设备500)的姿势感测系统(诸如图5A和图5B所示的姿势感测系统513)的RF系统(诸如图3A所示的RF电路装置/天线封装件300)的第一接收电路(诸如图3A至图3C所示的接收电路Rx1)。在一个实施例中，第一接收电路使用第一耦合结构(诸如图3A至图3C所示的耦合结构303a)耦合至第一天线(诸如图3A至图3C所示的天线305b)。在步骤603中，去激活RF系统的第二发射电路(诸如图3A至图3C所示的发射电路Tx2)。在一个实施例中，第二发射电路使用第二耦合结构(诸如图3A至图3C所示的耦合结构303b)耦合至第二天线(诸如图3A至图3C所示的天线305d)。在步骤605中，激活RF系统的第一发射电路(诸如图3A至图3C所示的发射电路Tx1)。在一个实施例中，第一发射电路使用第一耦合结构耦合至第一天线。在步骤607中，激活RF系统的第二接收电路(诸如图3A至图3C所示的接收电路Rx4)。在一个实施例中，第二接收电路使用第二耦合结构耦合至第二天线。在步骤609中，第一天线将第一发射RF信号发射至姿势手(诸如图5B所示的姿势手529)。在步骤611中，第二天线接收来自姿势手的第一反射RF信号。步骤601至611还可以统称为“线性调频1(Chirp1)”。
进一步参照图6，在步骤613中，去激活RF系统的第一发射电路。在步骤615中，去激活RF系统的第二接收电路。在步骤617中，激活RF系统的第一接收电路。在步骤619中，激活RF系统的第二发射电路。在步骤621中，第二天线将第二发射RF信号发射至姿势手。在步骤623中，第一天线接收来自姿势手的第二反射RF信号。步骤613-623还可以统称为“线性调频2(Chirp 2)”。在一个实施例中，Chirp 1(步骤601-611)和Chirp 2(613-623)以交替方式重复一次或多次。在步骤625中，姿势感测系统基于发射RF信号和反射RF信号检测姿势。在一个实施例中，姿势感测系统可以将反射RF信号与发射RF信号进行比较来检测姿势。在步骤627中，可佩戴设备基于姿势执行操作。
这里总结本公开的实施例。也可以从提交的说明书和权利要求的整体中理解其他实施例。一个一般性方面包括射频(RF)系统，包括：RF集成电路(IC)管芯，RF IC管芯包括第一发射电路、第二发射电路、第一接收电路、第二接收电路和控制电路，控制电路耦合至第一发射电路、第二发射电路、第一接收电路和第二接收电路；第一天线，使用第一耦合结构耦合至第一发射电路和第一接收电路，其中，控制电路被配置为在第一操作模式期间激活第一发射电路并且去激活第一接收电路；以及第二天线，使用第二耦合结构耦合至第二发射电路和第二接收电路，其中，控制电路被配置为在第二操作模式期间激活第二发射电路并且去激活第二接收电路。
实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。在RF系统中，控制电路进一步被配置为在第一操作模式期间去激活第二发射电路并且激活第二接收电路。在RF系统中，控制电路被配置为在第二操作模式期间去激活第一发射电路并且激活第一接收电路。在RF系统中，在第一操作模式期间，第一天线被配置为向对象发射第一发射RF信号，并且第二天线被配置为接收来自对象的第一反射RF信号。在RF系统中，在第二操作模式期间，第二天线被配置为向对象发射第二发射RF信号，并且第一天线被配置为接收来自对象的第二反射RF信号。在RF系统中，第一耦合结构和第二耦合结构包括无源结构。在RF系统中，第一耦合结构和第二耦合结构被设置在RF IC管芯内。在RF系统中，RF IC管芯、第一天线和第二天线被设置在封装件中，并且其中第一耦合结构和第二耦合结构被设置在封装件的再分布层中。在RF系统中，RF IC管芯进一步包括第三接收电路以及第四接收电路。RF系统还包括：第三天线，耦合至第三接收电路；以及第四天线，耦合至第四接收电路。在RF系统中，第一天线、第二天线、第三天线和第四天线的中心被设置在正方形的角部处。在RF系统中，第一天线的第一中心被设置在正方形的第一角部处，并且第二天线的第二中心被设置在正方形的第二角部处，并且第一角部与第二角部相对。
另一个一般性方面包括一种射频集成电路(RFIC)，包括：多个发射电路和多个接收电路，被配置为耦合至天线阵列；以及控制电路，耦合至多个发射电路和多个接收电路，其中，控制电路被配置为在第一操作模式期间激活多个发射电路的第一子集和多个接收电路的第一子集，并且其中，控制电路被配置为在第二操作模式期间激活多个发射电路的第二子集和多个接收电路的第二子集，多个发射电路的第一子集不同于多个发射电路的第二子集。
实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。在RFIC中，多个接收电路的第一子集不同于多个接收电路的第二子集。在RFIC中，控制电路进一步被配置为在第一操作模式期间去激活多个发射电路的第三子集和多个接收电路的第三子集。在RFIC中，多个发射电路的第一子集和多个接收电路的第三子集被配置为耦合至天线阵列的同一子集。在RFIC中，控制电路进一步被配置为在第二操作模式期间去激活多个发射电路的第四子集和多个接收电路的第四子集。在RFIC中，多个发射电路的第二子集和多个接收电路的第四子集被配置为耦合至天线阵列的同一子集。
另一个一般性方面包括一种方法，包括：执行第一模式操作，第一模式操作包括通过天线阵列的第一子集向对象发射第一发射RF信号，并且通过天线阵列的第二子集接收来自对象的第一反射RF信号，其中天线阵列的第一子集不同于天线阵列的第二子集；以及执行第二模式操作，第二模式操作包括通过天线阵列的第三子集向对象发射第二发射RF信号，并且通过天线阵列的第四子集接收来自对象的第二反射RF信号，天线阵列的第三子集不同于天线阵列的第四子集。
实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。在该方法中，天线阵列的第一子集不同于天线阵列的第三子集。在该方法中，天线阵列的第二子集不同于天线阵列的第四子集。在该方法中，第一模式操作还包括：激活与天线阵列的第一子集的耦合的发射电路的第一子集；并且去激活与天线阵列的第一子集耦合的接收电路的第一子集；激活与天线阵列的第二子集耦合的接收电路的第二子集；并且去激活与天线阵列的第二子集耦合的发射电路的第二子集。在该方法中，发射电路的第一子集的第一发射电路和接收电路的第一子集的第一接收电路使用第一耦合结构耦合至天线阵列的第一子集的第一天线。在该方法中，发射电路的第二子集的第二发射电路和接收电路的第二子集的第二接收电路使用第二耦合结构耦合至天线阵列的第二子集的第二天线，并且其中第二耦合结构不同于第一耦合结构。在该方法中，第一耦合结构和第二耦合结构包括开关。在该方法中，第二模式操作还包括：激活与天线阵列的第三子集耦合的发射电路的第一子集；并且去激活与天线阵列的第三子集耦合的接收电路的第一子集；激活与天线阵列的第四子集耦合的接收电路的第二子集；并且去激活与天线阵列的第四子集耦合的发射电路的第二子集。该方法还包括：以交替方式执行一次或多次第一模式操作和第二模式操作。在该方法中，对象是姿势手。该方法还包括：基于发射RF信号和反射RF信号检测姿势手的姿势。
本文提供的各个实施例允许形成具有多个天线的RF系统，使得天线的子集被配置为根据RF系统的操作模式用作接收天线或发射天线。通过配置天线的子集来用作接收天线或发射天线，可以减小RF系统的天线的总数。因此，可以减小RF系统的尺寸，其可以有利于将RF系统集成到尺寸减小的设备(诸如可佩戴设备)中。
虽然参照示例性实施例描述了本发明，但说明书不用于限制。本领域技术人员在参照说明书的基础上可以明白所示实施例的各种修改和组合以及本发明的其他实施例。因此，所附权利要求包括了所有这些修改或实施例。

Claims (29)

1.一种射频(RF)系统，包括：
RF集成电路(IC)管芯，所述RF IC管芯包括：
第一发射电路；
第二发射电路；
第一接收电路；
第二接收电路；和
控制电路，耦合至所述第一发射电路、所述第二发射电路、所述第一接收电路和所述第二接收电路；
第一天线，使用第一耦合结构耦合至所述第一发射电路和所述第一接收电路，其中所述控制电路被配置为在第一操作模式期间激活所述第一发射电路并且去激活所述第一接收电路；以及
第二天线，使用第二耦合结构耦合至所述第二发射电路和所述第二接收电路，其中所述控制电路被配置为在第二操作模式期间激活所述第二发射电路并且去激活所述第二接收电路。
2.根据权利要求1所述的RF系统，其中所述控制电路进一步被配置为在所述第一操作模式期间去激活所述第二发射电路并且激活所述第二接收电路。
3.根据权利要求1所述的RF系统，其中所述控制电路被配置为在所述第二操作模式期间去激活所述第一发射电路并且激活所述第一接收电路。
4.根据权利要求1所述的RF系统，其中在所述第一操作模式期间，所述第一天线被配置为向对象发射第一发射RF信号，并且所述第二天线被配置为接收来自所述对象的第一反射RF信号。
5.根据权利要求4所述的RF系统，其中在所述第二操作模式期间，所述第二天线被配置为向所述对象发射第二发射RF信号，并且所述第一天线被配置为接收来自所述对象的第二反射RF信号。
6.根据权利要求1所述的RF系统，其中所述第一耦合结构和所述第二耦合结构包括无源结构。
7.根据权利要求1所述的RF系统，其中所述第一耦合结构和所述第二耦合结构被设置在所述RF IC管芯内。
8.根据权利要求1所述的RF系统，其中所述RF IC裸片、所述第一天线和所述第二天线被设置在封装件中，并且其中所述第一耦合结构和所述第二耦合结构被设置在所述封装件的再分布层中。
9.根据权利要求1所述的RF系统，其中所述RF IC管芯进一步包括：
第三接收电路；以及
第四接收电路。
10.根据权利要求9所述的RF系统，还包括：
第三天线，耦合至所述第三接收电路；以及
第四天线，耦合至所述第四接收电路。
11.根据权利要求10所述的RF系统，其中所述第一天线、所述第二天线、所述第三天线和所述第四天线的中心被设置在正方形的角部处。
12.根据权利要求11所述的RF系统，其中所述第一天线的第一中心被设置在所述正方形的第一角部处，并且所述第二天线的第二中心被设置在所述正方形的第二角部处，并且其中所述第一角部与所述第二角部相对。
13.一种射频集成电路(RFIC)，包括：
多个发射电路和多个接收电路，被配置为耦合至天线阵列；以及
控制电路，耦合至所述多个发射电路和所述多个接收电路，
其中所述控制电路被配置为在第一操作模式期间激活所述多个发射电路的第一子集和所述多个接收电路的第一子集，
并且其中所述控制电路被配置为在第二操作模式期间激活所述多个发射电路的第二子集和所述多个接收电路的第二子集，所述多个发射电路的第一子集不同于所述多个发射电路的第二子集。
14.根据权利要求13所述的RFIC，其中所述多个接收电路的第一子集不同于所述多个接收电路的第二子集。
15.根据权利要求13所述的RFIC，其中所述控制电路进一步被配置为在所述第一操作模式期间去激活所述多个发射电路的第三子集和所述多个接收电路的第三子集。
16.根据权利要求15所述的RFIC，其中所述多个发射电路的第一子集和所述多个接收电路的第三子集被配置为耦合至所述天线阵列的同一子集。
17.根据权利要求15所述的RFIC，其中所述控制电路进一步被配置为在所述第二操作模式期间去激活所述多个发射电路的第四子集和所述多个接收电路的第四子集。
18.根据权利要求17所述的RFIC，其中所述多个发射电路的第二子集和所述多个接收电路的第四子集被配置为耦合至所述天线阵列的同一子集。
19.一种方法，包括：
执行第一模式操作，所述第一模式操作包括：
通过天线阵列的第一子集向对象发射第一发射RF信号；并且
通过所述天线阵列的第二子集接收来自所述对象的第一反射RF信号，其中所述天线阵列的第一子集不同于所述天线阵列的第二子集；以及
执行第二模式操作，所述第二模式操作包括：
通过所述天线阵列的第三子集向所述对象发射第二发射RF信号；并且
通过所述天线阵列的第四子集接收来自所述对象的第二反射RF信号，所述天线阵列的第三子集不同于所述天线阵列的第四子集。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述天线阵列的第一子集不同于所述天线阵列的第三子集。
21.根据权利要求19所述的方法，其中所述天线阵列的第二子集不同于所述天线阵列的第四子集。
22.根据权利要求19所述的方法，其中所述第一模式操作还包括：
激活与所述天线阵列的第一子集耦合的发射电路的第一子集；并且
去激活与所述天线阵列的第一子集耦合的接收电路的第一子集；
激活与所述天线阵列的第二子集耦合的接收电路的第二子集；并且
去激活与所述天线阵列的第二子集耦合的发射电路的第二子集。
23.根据权利要求22所述的方法，其中所述发射电路的第一子集的第一发射电路和所述接收电路的第一子集的第一接收电路使用第一耦合结构耦合至所述天线阵列的第一子集的第一天线。
24.根据权利要求23所述的方法，其中所述发射电路的第二子集的第二发射电路和所述接收电路的第二子集的第二接收电路使用第二耦合结构耦合至所述天线阵列的第二子集的第二天线，并且其中所述第二耦合结构不同于所述第一耦合结构。
25.根据权利要求24所述的方法，其中所述第一耦合结构和所述第二耦合结构包括开关。
26.根据权利要求19所述的方法，其中所述第二模式操作还包括：
激活与所述天线阵列的第三子集耦合的发射电路的第一子集；并且
去激活与所述天线阵列的第三子集耦合的接收电路的第一子集；
激活与所述天线阵列的第四子集耦合的接收电路的第二子集；并且
去激活与所述天线阵列的第四子集耦合的发射电路的第二子集。
27.根据权利要求19所述的方法，还包括：以交替方式执行一次或多次所述第一模式操作和所述第二模式操作。
28.根据权利要求19所述的方法，其中所述对象是姿势手。
29.根据权利要求28所述的方法，还包括：基于发射RF信号和反射RF信号检测所述姿势手的姿势。
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