CN1097406C - 耦合信号的方法和设备 - Google Patents

Abstract

从无线通信设备耦合射频信号到外部设备的方法和装置。带有相邻三层触点部件的连接器耦合信号到外部设备，第一和第三触点部件电耦合到地线面，第二触点部件电耦合到导电通路。接地面和导电通路最好在最好是三层板的印刷电路板上。连接器实际上用耦合到地线面的屏蔽层覆盖。一个配对连接器同样包含共同接地的屏蔽层。配对连接器包含内置的局部同轴连接器和电缆来使RF通信信号的衰减最小。连接器的元件有选择地接地以避免RF干扰并给无线通信设备的印刷电路板和同轴连接器建立可靠的RF接地基准。

Description

耦合信号的方法和设备

本发明总体上涉及耦合设备，特别是指在电子设备中用于耦合信号的方法和装置。

无线通信设备，如蜂窝式无线电话是从相关的通信系统的固定基站发送和接收射频(RF)通信信号，例如蜂窝式无线电话系统、PCS网络、寻呼网络或其它通信网络。当普通的无线通信设备用整体天线方式发射和接收RF信号时，最理想的也许是用硬线连接的方式将外部RF通信信号发送到设备，譬如外部天线。例如，一个蜂窝式无线电话可被连接到安装在运输载体内的加载支架上，以提供送到分离的高功率收发信机和外部天线的RF信号的耦合。

普通的无线通信设备都装有外部输入输出(I/O)端口，用于传送RF通信信号到加载支架或其它外部设备。当无线通信设备内的印刷电路板传输RF通信信号时，比如从收发信机到I/O端口，该印刷电路板必须严格地设计为使信号衰减和其它信号干扰最小，并提供相应的阻抗匹配。也就是说，除了其它多种因素之外，在印刷电路板的各层中传输线的位置如何选择还要依靠印刷电路板的层数、地线面和元件的位置、绝缘材料或外壳的选择。虽然有很多方案，但一个常用的传输通信信号的方案包括带状线结构，其中传输线的每个面都覆盖一个地线面。用于在印刷电路板上传输RF通信信号的另一个常用方案是采用微带传输线，它含有底层覆盖了一个地线面的绝缘层表面上的传输线。虽然微带只有较少的层数而且更薄，但这种结构一般只提供较弱的隔离。在这两种情况下，传输线设计为产生50欧姆阻抗来提供相应的匹配，以I/O端口方式在无线通信设备和一个外部设备之间传输信号。

用I/O端口方式来耦合RF通信信号给一个外部设备时，RF通信信号必须以信号最小限度的衰减从传输线传输。现有技术下的设备是采用普通的裸露在电话I/O端口外的同轴连接器，被配对连接对应的外部设备连接器部分的裸露的同轴连接器，比如适用于耦合到外部设备的加载支架或电缆。同轴电缆过去被要求在无线通信设备的接收机中减少RF干扰。然而，在I/O端口处的同轴电缆常常要求比没有同轴电缆的一般连接器额外的空间。也就是说，I/O端口中的连接器的连接部分或与外部设备相连通常要厚些。而且，这样的连接器通常更贵，更容易过早损坏。

因此，需要一种有较小的尺寸的方法和装置用于从无线通信设备到一个外部端口的射频信号耦合。同样，也需要耐用而成本低廉的装置实现从无线通信设备到一个外部端口的射频信号耦合。

本发明提供了一种设备，该设备将射频信号从无线通信设备耦合到外部设备，其中上述无线通信设备包括一个电路板，一个第一连接器和一个第一屏蔽层，上述电路板具有多个层，至少包括：一个第一层，该第一层具有一个接地平面和多个触点焊盘，上述多个触点焊盘包括三个相邻的触点焊盘，其中上述三个相邻的触点焊盘的第一和第三触点焊盘与上述第一层的上述接地平面电气连接；一个第二层，该第二层具有一个导电路径，其中上述三个相邻的触点焊盘的第二触点焊盘与上述导电路径电气连接；其中上述第一连接器连接到上述电路板，用于将上述射频信号耦合到上述外部设备，上述第一连接器具有第一多个导电部件，上述第一多个导电部件包括三个相邻的导电部件，上述三个相邻的导电部件与上述第一层的上述多个触点焊盘的上述三个相邻的触点焊盘电气连接，并且其中上述第一屏蔽层适合于基本上覆盖上述第一连接器的上述的第一多个导电部件，上述第一屏蔽层连接到上述第一层的上述接地平面，上述设备包括：一个第二连接器，用于可操作地与上述第一连接器连接，上述第二连接器包括适合于与上述第一多个导电部件相啮合的第二多个相邻导电部件，上述第二多个相邻导电部件包括用于可操作地分别与上述三个相邻导电部件的每一个相连接的第一部件、第二部件和第三部件；并且上述第二屏蔽层基本上覆盖上述第二多个相邻导电部件，其中当上述第二导体可操作地连接到上述第一连接器时上述第二屏蔽层电气连接到上述第一屏蔽层，并且其中上述第二多个相邻导电部件的上述第一部件和第三部件电气连接到被电气连接到上述第二屏蔽层的同轴连接器的外导体。

本发明提供了一种将射频信号从无线通信设备耦合到外部设备的设备，包括：一个第一连接器，该第一连接器包括多个相邻的导电部件，上述多个相邻的导电部件包括上述多个相邻的导电部件的第一、第二和第三导电部件和上述多个相邻的导电部件的其它诸导电部件，其中上述多个相邻的导电部件适合于与上述无线通信设备的第二连接器连接，并且其中上述多个相邻导电部件的上述第一部件和第三部件将上述多个相邻导电部件的上述第二部件与上述多个相邻导电部件的其它诸部件分开；一个屏蔽层，该屏蔽层基本上覆盖上述多个相邻导电部件，其中上述多个相邻导电部件的上述第一和第三部件电气连接到上述屏蔽层；和一个连接到上述第一连接器并包括外导体和内导体的同轴连接器，其中上述多个相邻导电部件的上述第一和第三部件电气连接到上述同轴连接器的上述外导体，并且其中上述外导体电气连接到上述屏蔽层。

本发明提供了一种将射频信号从无线通信设备耦合到外部设备的设备，包括：一个第一连接器，该第一连接器包括多个暴露的导电部件，上述多个暴露的导电部件用于连接到第二连接器的类似的多个导电部件，上述无线通信设备包括上述第二连接器；置于上述第一连接器内的同轴连接器，其中上述多个暴露的导电部件的上述第一和第三部件连接到上述同轴连接器的外导体，并且其中上述多个暴露的导电部件的上述第二导电部件连接到上述同轴连接器的内导体并适合于连接到上述第二连接器的类似的多个导电部件的相应的一个导电部件，用于接收来自上述第二连接器的上述射频信号；一个屏蔽层，该屏蔽层基本上覆盖上述多个暴露的导电部件，该屏蔽层电气连接到上述同轴连接器的上述外导体。

总之，本发明提供了一种新颖的方法和装置，通过I/O端口方式从无线通信设备到外部设备耦合射频信号。将同轴连接器集成到连接器的连接部分过去要求减少无线通信设备接收机的RF干扰。而现有技术下的设备使用了普通的裸露在电话I/O端口和外部设备的连接部分的同轴连接器，这种I/O部分处的同轴电缆常常要求额外的空间并且比没有同轴电缆的连接器贵且容易过早损坏。本发明的方法和装置通过取消连接设备中裸露的同轴连接器，提供了小尺寸、较低成本、更可靠的设备用于无线通信设备与外部设备耦合信号。特别地，第一同轴连接器从无线通信设备中取消，而一个外部设备的第二同轴连接器有选择地移到外部连接器的内部。当取消或移去了同轴连接器，连接器的元件有选择地接地以消除由任何传输线接收到的去掉或移去同轴连接器所产生的RF干扰。

图1是将本发明用于无线通信设备的电路原理的方框图。

图2是运用图1中电路原理的无线通信设备。

图3是处于打开位置的图2的无线通信设备，显示了依照本发明关于无线通信设备的耦合装置部分的局部剖视图。

图4是图3所示的局部剖视图的耦合装置部分的部件分解图。

图5是与耦合到印刷电路板的无线通信设备相关的耦合装置部分的正视图。

图6是图5中与无线通信设备和印刷电路板相关的耦合装置部分的平面图。

图7是图5中印刷电路板第一层的平面图。

图8是图5中印刷电路板第二层的平面图。

图9是图5中印刷电路板第三层的平面图。

图10是图7、8、9所示三层印刷电路板在连线10-10处的综合剖视图。

图11是依照本发明中与外部设备相关的耦合装置第二部分的部件分解图。

图12是图11组装后耦合装置的第二连接器的透视图。

图13是图12中第二连接器连接部分的正视图。

本发明提供了一种新颖的方法和装置，用于以I/O端口方式从一个无线通信设备到一个外部设备耦合射频信号。而现有技术设备使用了普通的裸露在电话I/O端口和外部设备连接器部分外面的同轴连接器。这种I/O端口处的同轴电缆常常需要额外的空间并且比没有同轴电缆的连接器贵且更容易过早损坏。同轴连接器集成到连接器的连接部分过去要求能减少无线通信设备的接收机的RF干扰。然而，本发明的方法和装置提供了小尺寸、更低成本、更可靠的设备用于一个无线通信设备与一个外部设备耦合RF信号。特别地，第一同轴连接器从无线通信设备中取消，而第二同轴连接器有选择地移到一个外部设备的配对连接器的内部。当第一同轴连接器从无线通信设备中取消而第二同轴连接器移到外部设备的配对连接器内时，连接器的元件有选择地接地以消除接收到的由任何传输线产生的RF干扰。

现在翻到图1，它显示了使用本发明的无线通信设备譬如象蜂窝式无线电话的方框图。在最佳实施例中，一个帧发生器ASIC101，比如可以是Motorola公司的CMOS ASIC，和一个微处理器103，比如同样可以是Motorola公司的68HC11微处理器，组合起来产生所需的用于操作蜂窝系统的通信协议。微处理器103利用包括RAM105、EEPROM107和ROM109在内的存储器104，最好安装在单一部件111内，来执行所需的步骤以产生通信协议并完成无线通信设备的其它功能，比如向显示器113输出，从键盘115接收信息，以依照本发明中连接器116的方式接收输入/输出信息，控制频率合成器125，或依照本发明的方法完成所需步骤来放大信号。ASIC101处理从麦克风117经音频电路119传来的声音信号并输出到扬声器121。

收发信机处理射频信号。特别地，发射机123利用频率合成器125产生的载波频率通过天线129发射。通信设备的天线129收到的信息进入接收机127，接收机127使用从频率合成器125来的载波频率解调码元。通信设备可选择性地含有数字信号处理设备的信息接收机和存储装置130。这个信息接收机和存储装置比如可以是数字应答机或寻呼接收机。

现在翻到图2，透视图显示了一个折叠的电子设备200，譬如处于闭合状态带有两个链接部分的便携式蜂窝无线电话。特别地，下部外壳202连接到带有外壳覆盖层206和可拆卸电池208的上部外壳204。下部外壳202包含链接部件210和212，链接部件210和212从内部连接到上部外壳204的链接部件214和216。下部外壳202和上部外壳204之间的用作路由导线的圆柱218处于上部外壳204内，链接部件214和216之间。下部外壳202最好包含第一连接器116，用于发送或接收从外部设备来的信号，还包含天线129，用于发送或接收射频(RF)信号。依照本发明的可应用的连接器的一个例子包括3260-15S-3型连接器，可获自Hirose美国有限公司在硅谷2688 WesthillsCt.的办公室，电报挂号93065。

现在翻到图3，是处于打开位置的图2的无线通信设备，显示了依照本发明的耦合装置部分的剖视图。处于打开位置时，扬声器222、显示器224和键盘226被显露出来。如同图4部件的局部剖视图的所示，第一连接器116包括外层屏蔽板230，外层屏蔽板230覆盖带有导向座234和基座部分236的接触外壳232。因为连接器116内不用同轴连接器而是使用3个普通的触点管脚传送射频信号，所以这些普通的触点管脚必须适当屏蔽。为此，外层屏蔽板230由屏蔽射频信号和其它电磁信号的材料构成。包含地线触点239，RF触点240和地线触点241的触点部件238由接触外壳232支撑。特别地，触点部件238的顶端部分242沿导向座234延长进入基座部分236。弯曲部分243向下延伸到引脚244。参照图6有关的更详细的显示，触点引脚部分连接到印刷电路板300。

现在翻到图5，显示了耦合到印刷电路板300的第一连接器116的正视图。如正视图所见，外层屏蔽板230围绕着触点部件238，触点部件238包括位于RF触点240两边的地线触点239和241。导向座234和触点部件238从由外层屏蔽板230构成的间隙245内的基座部分236向外延伸。外露的触点部件238组成插头部分以适配连接相应的插座连接器。第一连接器116还包括导向部件246，导向部件246帮助导引如图12中详细显示的与第一连接器116适配连接的第二连接器，第一连接器116还包括用于焊接并接地外层屏蔽板230的连接部件248。

现在翻到图6，所显示的是第一连接器116和印刷电路板300的顶视图。上部二维表面或是第一层301包括一个地线面302和多触点焊盘。地线触点239和241的引脚244被连接到触点焊盘304和306，触点焊盘304和306则连接到地线面302。RF触点240的引脚244连接到触点焊盘308，触点焊盘308以通孔或是过孔309的方式将信号耦合到印刷电路板的另一层。外层屏蔽板230还包括孔250以适应接纳耦合部件来连接第二连接器到第一连接器116。最后，外层屏蔽板230的侧边254可被焊接到地线面302来为外层屏蔽板提供满足要求的地线。其余触点焊盘被连接到印刷电路板的单层或多层的各种引线和连线上以完成无线通信设备的功能。这些剩余触点焊盘承担的所希望的功能将在图7中详细描述。

现在翻到图7，顶视图显示了没有第一连接器116的印刷电路板300的第一层301。如图所示另外的触点焊盘最好包括电池测试触点310，自测试触点312，不连接触点314和316，音频输入和输出触点318，电池地线触点320，数字数据触点322，外部电池电源触点324和模拟地线触点326。这些触点焊盘择优排列为使数字数据线和RF连线之间的干扰最小。特别地，数字数据线和RF传输线是分开的，以避免RF通信信号的能量混入数据线上的数据中，或者是数据线的数字谐波被接收机通过连接到触点焊盘308的传输线收到。以数字数据触点322的方式进行数据通信是可实现的，如授予John P.Byrns的名为自同步数据传输系统的美国专利第4,369,516号所述。

所示的定位孔330用于接纳和定位第一连接器116，过孔332用于接纳外层屏蔽板230的连接部件248。这些过孔和连接部件能够满足从外层屏蔽板到地线面302的连接和接地的要求。如图8所示，显示了印刷电路板300的第二层340。RF传输线344提供了传导通路并被连接到过孔309的部分346，它传输RF通信信号到触点焊盘308并从308接收RF通信信号。最后，如图9所示的第三层350提供了地线面。特别地，地线面352提供下部地线，用于在图10中有详细描述的传输线的带状线结构。另外，触点354，触点356，358和360如图所示。这些触点是可用的，例如作为电池触点。

现在翻到图10，图7、8、9所示三层印刷电路板在连线10-10处的综合剖视图显示了传输线的带状线结构。特别地，第一层301的地线面302和第三层350的地线面352环绕传输线334而构成带状线。这些导体的尺寸和结构，绝缘介质和其它材料被选择为能产生50欧姆的阻抗，提供在技术上众所周知的在连接器116的阻抗匹配。虽然图示的是带状线结构，但也可使用根据本发明的微带结构。并且，位于第一层301的触点焊盘还能够连接到除图示之外的印制板其它层上去。虽然只显示了三层，但如果需要，也可使用更多的层以完成无线通信设备的功能。此外，在本发明范围之内，第一层的触点元件还能够直接连到第一层之外的一个或多个层上。

现在翻到图11，显示的是适配连接于第一连接器116的第二连接器400的部件分解图。特别地，第二连接器400包括一个主体部分402和一个触点部分404。位于沿触点部分404的外部边缘的耦合组件405适应于嵌入到图6所示的第一连接器116的孔250，用于锁住所连接的连接器。包括第一地线触点(不可见)和第二地线触点410在内的触点元件406提供了电信号或穿过触点部分404到达图13所示顶端部分449的地线通路，。与第一连接器116的地线触点239和241相应的地线触点410及第二地线触点(不可见)连接到同轴连接器412的外层导线411。与RF连线相应的RF触点408连到同轴连接器的中心导线。同轴电缆414和多股导线416以两者封装于电缆418的方式从第二连接器400引出。

主体部分402和触点部分404由屏蔽罩420围绕，使来自其它设备的RF干扰或连接器RF信号的泄漏最小。同轴连接器的外层导线411由焊接触点422连到屏蔽罩420。由于同轴连接器位于连接器400内，RF触点元件408是裸露的并且可传输RF干扰信号给无线通信设备的接收机。为此，连接器400必须严格屏蔽来防止RF干扰。如图11所示，一个屏蔽覆盖层430被安装为覆盖主体部分402和触点部分404，以提供与屏蔽罩420相通的连接器的屏蔽。特别地，触点屏蔽部分432和屏蔽覆盖层430的主屏蔽部分434实际上覆盖了第二连接器400的上表面。多侧面436与屏蔽罩420重叠来实际封闭了第二连接器400。在连接器116和连接器400连接时，地线接头440对连接器116的外层屏蔽230建立刚性(positive)连接。

如图12所示，装配完整的连接器包括孔438以便同轴电缆414和多股导线416从连接器底部引出。外层屏蔽430以电气连接接到屏蔽罩420来完全屏蔽连接器。这个连接在地线面302、无线通信设备的连接器116、包含同轴电缆连接器412的连接器400和连接到同轴连接器412的外部屏蔽层的连接器400的地线触点之间产生了公共接地点。分离且不导电的外壳(未画)可插入覆盖连接器的主体部分以及后部通道以完全封闭同轴电缆414和多股导线416。

现在翻到图13，图12中连接器400的前正视图显示了触点元件406的顶端部分449。特别地，地线触点450、RF触点451和第二地线触点452如图所示。触点元件406的顶端部分449适配连接到第一连接器116的触点元件238的顶端部分242。特别地，导向座234和第一连接器116上触点元件238的顶部适应于插入孔454内，以便触点450、451和452的顶部分别有效地连接到241、240和239。

虽然这个发明已由上面的叙述和图表描述和阐明了，但可以理解，这种描述只是依靠一种举例的方式，而在不脱离本发明的实质和范围的情况下，在工艺上可以有许多变化和修改。例如，根据本发明，任何现有的连接器可被改进，组成本专利阐明和申请的方法和装置。虽然本发明是应用于便携式蜂窝无线电话的，但它也可用于任何无线通信设备，包括寻呼机、电子笔记本或计算机。我们的发明仅由下列权利要求所限定。

Claims (5)

1.一种设备，该设备将射频信号从无线通信设备耦合到外部设备，其中上述无线通信设备包括一个电路板，一个第一连接器和一个第一屏蔽层，上述电路板具有多个层，至少包括：

一个第一层，该第一层具有一个接地平面和多个触点焊盘，上述多个触点焊盘包括三个相邻的触点焊盘，其中上述三个相邻的触点焊盘的第一和第三触点焊盘与上述第一层的上述接地平面电气连接；

一个第二层，该第二层具有一个导电路径，其中上述三个相邻的触点焊盘的第二触点焊盘与上述导电路径电气连接；

其中上述第一连接器连接到上述电路板，用于将上述射频信号耦合到上述外部设备，上述第一连接器具有第一多个导电部件，上述第一多个导电部件包括三个相邻的导电部件，上述三个相邻的导电部件与上述第一层的上述多个触点焊盘的上述三个相邻的触点焊盘电气连接，并且

其中上述第一屏蔽层适合于基本上覆盖上述第一连接器的上述的第一多个导电部件，上述第一屏蔽层连接到上述第一层的上述接地平面，上述设备包括：

一个第二连接器，用于可操作地与上述第一连接器连接，上述第二连接器包括适合于与上述第一多个导电部件相啮合的第二多个相邻导电部件，上述第二多个相邻导电部件包括用于可操作地分别与上述三个相邻导电部件的每一个相连接的第一部件、第二部件和第三部件；并且

上述第二屏蔽层基本上覆盖上述第二多个相邻导电部件，其中当上述第二导体可操作地连接到上述第一连接器时上述第二屏蔽层电气连接到上述第一屏蔽层，并且其中上述第二多个相邻导电部件的上述第一部件和第三部件电气连接到被电气连接到上述第二屏蔽层的同轴连接器的外导体。

2.权利要求1的耦合射频信号的设备，其中上述第二多个导电部件的上述第二部件连接到上述同轴连接器的内导体。

3.一种将射频信号从无线通信设备耦合到外部设备的设备，包括：

一个第一连接器，该第一连接器包括多个相邻的导电部件，上述多个相邻的导电部件包括上述多个相邻的导电部件的第一、第二和第三导电部件和上述多个相邻的导电部件的其它诸导电部件，其中上述多个相邻的导电部件适合于与上述无线通信设备的第二连接器连接，并且其中上述多个相邻导电部件的上述第一部件和第三部件将上述多个相邻导电部件的上述第二部件与上述多个相邻导电部件的其它诸部件分开；

一个屏蔽层，该屏蔽层基本上覆盖上述多个相邻导电部件，其中上述多个相邻导电部件的上述第一和第三部件电气连接到上述屏蔽层；和

一个连接到上述第一连接器并包括外导体和内导体的同轴连接器，其中上述多个相邻导电部件的上述第一和第三部件电气连接到上述同轴连接器的上述外导体，并且其中上述外导体电气连接到上述屏蔽层。

4.权利要求3的耦合射频信号的设备，其中上述多个相邻导电部件的上述第二部件电气连接到上述同轴连接器的上述内导体并且适合于与上述第二连接器的相应的导电部件连接，用于接收来自上述第二连接器的上述射频信号。

5.一种将射频信号从无线通信设备耦合到外部设备的设备，包括：

一个第一连接器，该第一连接器包括多个暴露的导电部件，上述多个暴露的导电部件用于连接到第二连接器的类似的多个导电部件，上述无线通信设备包括上述第二连接器；

置于上述第一连接器内的同轴连接器，其中上述多个暴露的导电部件的上述第一和第三部件连接到上述同轴连接器的外导体，并且其中上述多个暴露的导电部件的上述第二导电部件连接到上述同轴连接器的内导体并适合于连接到上述第二连接器的类似的多个导电部件的相应的一个导电部件，用于接收来自上述第二连接器的上述射频信号。

一个屏蔽层，该屏蔽层基本上覆盖上述多个暴露的导电部件，该屏蔽层电气连接到上述同轴连接器的上述外导体。

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