CN1223504A - 形成于同一电路板上的无线网络数据机卡 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种形成于同一电路板上的无线网络数据机卡,其特点是包含:基带处理装置,以将输出信号进行基带调制;射频处理装置,以将经过基带调制后输出的信号进行射频转换以提高信号频率,该装置耦合至基带处理装置;无线收发装置,以将射频输出信号以无线电波的形式传送到接收装置,并在接收发射装置发出的输入信息后经射频处理装置与基带处理装置处理后产生基带输入数字信号而传送到计算机系统;以上装置形成于一电路板上。

Description

形成于同一电路板上的无线网络数据机卡

本发明涉及关于一种有关无线通讯装置中的无线数据机和无线网络卡，尤其涉及一种将无线数据机和无线网络卡制作在同一个印刷电路板上，并以PCMCIA为界面标准的形成于同一电路板上的无线网络数据机卡。

在无线区域网络中，计算机以无线电波传送信号到区域网络，而这种区域网络的结构如图1A所示。笔记型(notebook)计算机100以无线电的方式传送信号到天线101，然后经由天线101将接收到的信号送至传送器(fransmitter)102，以降低所接收到的信号的频率并传送到存取点(access point)103。然后存取点101，将所收到的信号传送到区域网络104。其传送的方法是以有线传送的方式，透过电缆线105将信号传送到区域网络104上，所以笔记型计算机100透过电缆线105可以连线到区域网络104。

当笔记型计算机100要以无线数据机和区域网络中的其他计算机通讯时，如图1B所示，必须使用无线区域网络卡(Wireless Local Area Network card)100b，以在笔记型计算机主机100a和无线数据机100c之间的信号做传送工作。因为PCMCIA(Personal Computer Memory Card International Association)标准已经广泛应用在很多笔记型计算机上，所以很多界面卡的设计都依据PCMCIA的标准。在无线区域网络中，两部计算机要进行彼此之间的通讯时，使用者必须要将无线网络卡装在计算机上，并且将无线数据机和无线网络卡连接，使得无线数据通讯得以进行。

为了避免由无线数据机100c的射频电路中的高频信号以及所发射的电磁波对无线区域网络卡100b的基带(base band)信号造成干扰，所以无线数据机100c和无线区域网络卡100b不能做在同一个印刷电路板上。因为要避免上述的情形，所以无线数据机100c和无线区域网络卡100b是用电缆线100d连接起来的，以避免了无线数据机100c的射频电路与无线区域网络卡100b的基带电路的互相干扰。

如图1B所示的，无线数据机上包含一个天线100e。当使用者以无线数据机100c将信号传送到存取点103时，使用者必须调整无线数据机100c的方向与位置，以此调整天线100e的方向与位置。因为笔记型计算机设计的目的，就是让使用者可以方便地使用并且易于携带。但是上述的计算机的数据无线通讯中所使用的通讯设备，不但使用不方便，同时更不方便携带，所以现有技术所使用的数据无线通讯设备并不适合于笔记型计算机的设计目的。

根据上述，现有技术所使用的数据无线通讯设备，其用来处理基带数字信号的装置(亦即PCMCIA介面)的电路，与用来将基带信号处理成为射频信号以利将信号以微波的形式传送出去或接收进来的微波信号射频收发机(radio transceiver)的电路不能在同一片印刷电路板上。上述的数据无线通讯设备连接上笔记型计算机之后，其功能方块图在图1C中表示出来，依照连接的方式分为三个区域，区域110、111、以及112。其中区域110是表示笔记型计算机部分的功能的方块图，此区域110以笔记型计算机的PCMCIA槽(PCMCIA socket)与PCMCIA的区域网络卡相连接。而区域111表示区域网络卡的部分，此部分就是用来进行信号的模拟与数字转换，以及作为802.3和802.11通讯协定的转换，而区域111以电缆线的方式与区域112相连接。区域112是用来作为将信号在射频与基带之间的转换，当接收信号的时候是接收射频信号然后转换成基带信号并送到区域111。发送信号的时候是将基带信号转换成射频信号并通过天线以无线电波的形式传送出去。

在图C中，中央处理单元(Central Processing Unit:CPU)120以及存储器121都连接到总线(bus)122上，当中央处理单元120下一指令时，这个指令便通过总线122然后传送到PCMCIA处理界面126进行信号的模拟与数字转换，以及作为802.3和802.11通讯协定的转换。而且PCMCIA处理界面126是形成在单独的一片印刷电路板上，通过电缆线与射频收发机128相连接。射频收发机128也是形成在一片单独的印刷电路板上，而射频收发机128的目的是要进行基带信号与射频信号的转换。然后天线130则是在无线电波信号与电子信号之间做一个转换。

现有技术的双极天线(dipole antenna)是直接用一个中间馈入(central fed)的天线，其长度与其阻抗一特定关系，所以可以通过选择天线的长度而选择适当的阻抗，进而使天线上的阻抗与射频收发电路的阻抗匹配，以使得在所欲发射的信号功率一定之下，由天线发射出去的功率有最大值，达到有效发射电磁波的目的。若要有效收发无线电波，则天线的最小长度为其所传送的电波的一半。若是所传送的电波是微波，其波长为十公分，所以若要有效收发微波，这种传统的双极天线长度最少是五公分，若是低于五公分则天线阻抗将大增。为了要使天线所发射的电磁波易于接收，所以通常会将天线垂直于水平面而直立。

另一种天线是超小型无方向性陶瓷天线，这种天线可以使电磁波向各方向均匀发射。其外型是一个扁平的圆柱体。其使用的是陶瓷(ceramic)材料，这是一种介电质天线(dielectric antenna)，其发射的电磁波与双极天线所发射的不同，因为其材料的特性可以使得其天线的尺寸缩小。然而因为现有技术上未能克服射频电路与基带电路之间的干扰，所以目前为止并无通讯系统可以将射频电路与基带电路制造在同一片印刷电路板上，即使天线尺寸缩小，在使用笔记型计算机进行数据通讯时，所遇到的困扰便一直存在。

由上所知，现有技术所使用的数据无线通讯设备，其用来处理基带数字信号的装置(亦即PCMCIA界面)的电路，与用来将基带信号处理成为射频信号以利将信号以微波的形式传送出去或接收进来的微波信号射频收发机(radio transceiver)的电路不能在同一片印刷电路板上，而且天线也不能制造在同一片电路板上，所以这种无线通讯设备在使用上相当不方便，更不符合携带式电子设备轻、薄、短、小的原则。

本发明的目的在于提供一种形成于同一电路板上的无线网络数据机卡，它能将PCMCIA规格的网络卡与无线数据机的电路制作在同一片电路板上以节省通讯装置的体积。

本发明的目的是这样实现的：

一种无线通讯装置，用于将一计算机系统输出的一输出数字信号，以无线电波的形式传送到一接收装置，该通讯装置并接收一发射装置所发射的无线电波形式之一输入信息，其特点是，该通讯装置至少包含：

基带处理装置，用于将该输出数字信号进行一基带调制，以产生一基带调制输出信号；

射频处理装置，用于将该基带调制输出信号进行一射频转换，以产生一射频输出信号，该射频处理装置耦合至该基带处理装置；以及

无线收发装置，用于将该射频输出信号以无线电波的形式传送到该接收装置，该无线收发装置耦合至该射频处理装置，并在接收该发射装置所发出的该输入信息之后传送到该射频处理装置以产生一射频输入信号，该射频处理装置处理该射频输入信号产生一基带输入信号，并将该基带输入信号传到该基带处理装置以产生一基带输入数字信号，并将该基带输入数字信号传送到该计算机系统，该基带处理装置、该射频处理装置以及该无线收发装置形成于一电路板上。

在上述的无线通讯装置中，其中，所述的射频处理装置至少包含：

压控振荡器，用于产生一余弦信号；以及

混频器，用于将该余弦信号与该基带调制输出信号相乘，以获得该射频输出信号，该混频器藕接至该压控振荡器。

本发明由于所用的印刷电路板包含有六层铜箔，分别作为传送控制信号与传送电源及接地之用，所以由天线以外的其他部分所泄露出来的电磁波所造成的干扰便微乎其微；同时，由于将射频电路和基带电路设置在同一片印刷电路板上，并使各种电路以及天线体积缩小，所以本发明的无线区域网络数据机卡可以制成一个卡式的结构。

通过以下对本发明形成于同一电路板上的无线网络数据机卡的一实施例结合其附图的描述，可以更进一步理解本发明的目的、结构特征和优点。其中，附图为：

图1A是现有技术的PCMCIA卡和无线数据机与其他计算机系统通讯时的示意图。

图1B是现有技术的PCMCIA卡和无线数据机与计算机系统连接后的系统结构示意图。

图1C是现有技术的PCMCIA卡和无线数据机与计算机系统连接后的电路功能方块图。

图2A是依据本发明提出的形成于同一电路板上的无线网络数据机卡中计算机系统在区域网络中通讯装置的结构示意图。

图2B是依据本发明提出的形成于同一电路板上的无线网络数据机卡中计算机系统和无线区域网络数据机卡结合后的结构示意图。

图3是依据本发明提出的形成于同一电路板上的无线网络数据机卡在与计算机系统连接后的电路功能发块图。

图4是依据本发明提出的形成于同一电路板上的无线网络数据机卡中无线区域网络数据机卡的发射机所用的印刷电路板的剖视图。

图5A是依据本发明提出的形成于同一电路板上的无线网络数据机卡中无线区域网络数据机卡的发射机的结构示意图。

图5B是依据本发明提出的形成于同一电路板上的无线网络数据机卡中传统天线用于无线区网络数据机卡的发射机的结构示意图。

如图2A所示，在本发明的计算机与区域网络的结构示意图中，笔记型计算机系统200传输信号到存取点201，而存取点201通过电缆线202将信号传输到区域网络203中，区域网络203是一种乙太网络(ETHERNET)，传输时所依据的通讯协定是802.3。存取点201接收信号是通过本发明装置的第一无线区域网络数据机卡204，以取代现有技术无线网络通讯系统的天线和传送器这些大体积的装置。

如图2B所示，笔记型电路205将信号传送到第二无线区域网络数据机卡206，用以进行无线区域网络通讯。而第二无线区域网络数据机卡206是依据PCMCIA(Personal Computer Memory card International Association)的标准所制作的，以便本发明的装置可以使用在笔记型计算机之中，本发明的装置的结构是将无线区域网络卡和无线数据机结合在一起，也就是制作在同一片印刷电路板上，并通过缩小元件尺寸以缩小整个元件的体积，以便于形成一卡片式的结构，让使用者易于携带及使用。

当然，第一无线区域网络数据机卡204与第二无线区域网络数据机卡206可以依据多种标准而制作，例如ESA与ISA,PCMCIA只是其中一种标准而已。因此根据不同标准而制定的无线区域网络数据机卡，可以使用在不同的计算机系统上，终端使用的是何种计算机系统以配合何种标准而定。另外，本发明的无线区域网络数据机卡所使用的无线通讯是微波通讯，然而其他形式的无线通讯，例如红外线亦可以使用在本发明的通讯装置中。本发明的较佳实施例以PCMCIAD的无线区域网络数据机卡，和笔记型计算机为例如以说明。第一无线区域网络数据机卡204与第二无线区域网络数据机卡206的结构是完全一样的，只是一个用于使用者端的笔记型计算机，一个用于连接到存取点上。在存取点的无线区域网络数据机卡，也可以使用传统的天线与传送器进行接收并发送信号的功能，并不会对整个系统的运作造成任何妨碍。

依据本发明所制作的无线区域网络数据机卡的外型是一个薄平台式的结构，仅有用来装天线的部分稍微突出一点。而无线区域网络数据机卡里面所包含的印刷电路板只有一片。在这种情形下的印刷电路板中，必须加以特殊的设计才能避免射频电路与基带电路之间所有的干扰。本发明用于搭配笔记型计算机使用时，其功能方块图与图1C相同，包含区域111以及区域112的所有电路，但是最大的不同是，本发明将所有的功能方块建立在同一片印刷电路板上。首先说明用以执行本发明的无线区域网络数据机卡的所有功能的电路方块图，然后再说明用以解决现有技术遭遇的困难的技术。

如图3所示，由笔记型计算机将信号传送出时，是由区域110将信息传送到中央处理器(CPU)301，而通讯协定802.3储存于只读存储器(ROM)303中，由区域110(笔记型计算机端)传送过来的信息则存于随机存取的存储器(RAM)305中。然后CPU301送一个控制信号到射频开关(Radio Switch)307，使其由原来与端点308相接，转而与端点309连接，以使得欲输出的信号得以经由输出电路而输出。

在射频开关连接到输出电路之后，CPU301将由区域110传来的信息，在数字/模拟转换器(D/A converter)320中，以差动式垂直键控相移(DifferentialQuadrature Phase Shift Keying:DQPSK)的方式，在基带做调制。其输出就分为同相(in phase)与垂直相(quadrature phase)两个部分，而且输入数-模转换器D/A320之前为数字信号，经过数一模转换器D/A 320处理之后的输出信号是模拟信号。然后将此模拟信号传送到垂直调制器(quadrature modulator)325，此垂直调制器是一种直接序列式展频(Direct Sequence Spread Spectrum:DSSS)系统，其输出是将数一模转换器D/A 320的输出信号合成成为一个信号，此信号是中频(Intermediate Frequency:IF)信号，而且其通讯协定亦改变成为802.11。

然后将此数-模转换器D/A 320的输出信号送到混频器329。区振荡器330(此为一压控振荡器)馈入一移频信号(此为一余弦信号)，于是混频器329的输出就是一个射频信号。此射频信号传送到射频放大器335，以将此欲输出的射频信号功率加大。然后将加大功率后的射频信号传送到端点309，经过射频开关307，通过天线340将信息以无线电波的方式传送出去，此即完成了信号的发射。

当天线340接收到输入信号时，使输入的信号由射频开关307进入端点308，并进入低噪声放大器(Low Noise Amplifier:LNA)342，以避免增加噪声功率的情况下加强信号功率。然后将此加强过功率的信号传送到混频器345，而且区域振荡器348(此为一压控振荡器)馈入一移频信号(此为一余弦信号)，于是混频器345的输出就是一个中频信号。然后将此中频信号传送到一个中频放大器350，以增强此中频信号的功率，以利于后续解调信号时所需。

接着将此加强功率后的中频信号传送到垂直解调器(quadraturedemodulator)352进行解调。垂直解调器352接收到信号后，通过控制信号线353，将其信号强度指标传送到CPU301，若信号强度不足则由CPU301发出信号要求发送信号端重送信号。垂直解调器352的输出信号是基带信号，而且此基带信号的通讯协定改变成为802.3。垂直解调器(quadrature demodulator)352的输出除了控制信号线353上的信号之外，还有两个模拟信号，分别是同相成份与垂直相成份两个模拟信号。

然后将此两个部分的信号传送到模拟/数字转换器(A/D converter)355，并以差动式垂直键控相移的方式，在基带做解调制。其输出是将同相与垂直相两个部分合成为一个信号，而且输入模-数转换器A/D 355之前为模拟信号，经过模一数转换器A/D converter 355之后的输出信号是数字信号。解调的方式是差动式垂直键控相移的方式，在基带做解调，解调后所得的信号就是原发送信号。然后将此原发送信号经过CPU传送到区域110(笔记型计算机端)，此即完成了信号的接收。

上述所提的差式垂直键控相移的调制/解调方式，也可以使用差动式二进制键控相移的调制/解调方式，而DSSS的编码方式也可以使用跳频(frequencyhopping)的编码方式。

以上说明了用以执行本发明的无线区域网络数据机卡的功能方块图，接着说明本发明如何将基带电路与射频电路制作在同一个印刷电路板上。通常基带电路与射频电路若是在同一片印刷电路板，连接基带电路与射频电路的导线会成为这两个部分电路干扰的来源，例如射频电路的高频信号可能通过连接基带电路与射频电路的导线和使基带电路动作不正常而当机(死机)。所以本发明采用的技术是将连接基带电路与射频电路的导线以一接地导电面隔绝，以防止不同部分电路的信号互相干扰。并用以防止射频信号外泄干扰到基带电路而发生当机(死机)的情形。

基带电路(区域111)与射频电路(区域112)所包含的印刷电路板，与天线340下面的印刷电路板是同一片。如图4所示，为了克服射频电路与基带电路互相造成的干扰，本发明所用的印刷电路板包含有六层铜箔，其中位于最顶层，也就是直接位于天线下面的是铜箔401，最底层是铜箔402，而其余的四层铜箔其中有一层铜箔403位于铜箔401和铜箔402之间。铜箔404邻接于铜箔401而位于其下方，铜箔405邻接于铜箔402而位其上方。铜箔403邻接于铜箔405而位于铜箔405上发，而铜箔406则是位于铜箔403和404之间。

铜箔401以及铜箔402分别是接触本发明所有零件的接触面，铜箔403是用来在笔记型计算机和天线之间传送控制信号，也是用来传送CPU301所发送的控制信号之用，而铜箔406是用来作为传送电源之用。铜箔404以及铜箔405都是用来作为接地的，铜箔404是作为铜箔401上所有元件的接地面，而铜箔405是作为铜箔402上所有元件的接地面。

所以当铜箔402上元件所接的导线400原来在低频电路区域传送信号，而且导线400虽然也传送到射频电路部分，但是因为导线400是穿透铜箔405然后再将控制信号传到铜箔403上，所以便不会有基频电路与射频电路互相干扰的问题发生。同时也因为高频电路部分的导线完全都在这六层铜箔间传送信息，又因为绝大部分的导线都是在铜箔404与405这两层接地层之间传送信号，所以由天线以外的其他部分所泄露出来的电磁波所造成的干扰便微乎其微。

这六层铜箔中最顶端的一层铜箔是直接接触到天线的，其目的也可以提供一个减少天线长度的方法。因为在天线下面的铜箔对天线提供了一个导电平面，因此可以适用于图像法的图像，故可以视为天线的有效长度增长为二倍。根据电磁学中的图像法所描述的，当一天线位于接地的导电平面上时，可以视为一单独的天线，其长度为原来物理天线的两位。请参见图5A所示，天线500是一个陶瓷天线，制作于印刷电路板501之上。请参见图5B所示，当使用者要使用传统天线时，就用传统天线505取代天线500，而天线的长度最小值要为所发射的无线电波波长的四分之一。而因为图像法的原理，可以将天线长度视为传统天线505物理长度的两倍。因为用来连接天线与印刷电路板的方法是一种传统的连接方块，例如小型M式接头(small M-type Airjet:SMA)，所以在本说明书中并不加以赘述。

另一方面，位于天线下方，可正常实行其功能的印刷电路板的最小面积值，至少要一个半径为发射波长的四分之一的圆形区域。若所发射的电磁波是一种微波(micro-wave)，则上述的波长之四分之一为2.5公分。而且这个天线与电路板的焊接点已经尽量减少，以避免其中的电磁波外泄。若是使用扁平型的陶瓷天线，则其焊接点只有一点，也就是位于天线下方的铜箔只有一个孔，以供焊接天线使用。若是使用传统的双极天线，则是要经过计算之后尽量减少孔的数目，本发明的孔数是四个。

本发明由于将射频电路和基带电路设置在同一片印刷电路板上，并使各种电路以及天线体积缩小，其中，所用的电路都是使用超小型体积的电路，元件尺寸约为4mil×2mil,mil为长度单位，大小是一英寸的一千分之一，所以本发明的无线区域网络数据机卡可以制成一个卡式的结构。

Claims (14)

1．一种无线通讯装置，用于将一计算机系统输出的一输出数字信号，以无线电波的形式传送到一接收装置，该通讯装置并接收一发射装置所发射的无线电波形式之一输入信息，其特征在于该通讯装置至少包含：

基带处理装置，用于将该输出数字信号进行一基带调制，以产生一基带调制输出信号；

射频处理装置，用于将该基带调制输出信号进行一射频转换，以产生一射频输出信号，该射频处理装置耦合至该基带处理装置；以及

无线收发装置，用于将该射频输出信号以无线电波的形式传送到该接收装置，该无线收发装置耦合至该射频处理装置，并在接收该发射装置所发出的该输入信息之后传送到该射频处理装置以产生一射频输入信号，该射频处理装置处理该射频输入信号产生一基带输入信号，并将该基带输入信号传到该基带处理装置以产生一基带输入数字信号，并将该基带输入数字信号传送到该计算机系统，该基带处理装置、该射频处理装置以及该无线收发装置形成于一电路板上。

2．如权利要求1所述的无线通讯装置，其特征在于：所述的基带处理装置所进行的该基带调制用于在数字信号与模拟信号之间做转换。

3．如权利要求2所述的无线通讯装置，其特征在于：所述的基带调制为下列其中之一：差动式垂直键控相移调制以及差动式二进制键控相移调制。

4．如权利要求1所述的无线通讯装置，其特征在于：所述的射频处理装置至少包含：

压控振荡器，用于产生一余弦信号；以及

混频器，用于将该余弦信号与该基带调制输出信号相乘，以获得该射频输出信号，该混频器藕接至该压控振荡器。

5．如权利要求1所述的无线通讯装置，其特征在于：所述的无线收发装置为一天线。

6．如权利要求1所述的无线通讯装置，其特征在于：所述的天线为下列其中之一：双极天线以及介电质天线。

7．如权利要求1所述的无线通讯装置，其特征在于：所述的电路板包含数层导电层。

8．如权利要求4所述的无线通讯装置，其特征在于：所述的射频处理装置还包含：

射频放大器，用于放大该射频输出信号的功率，该射频放大器藕接至该无线收发装置以及该混频器；

低噪声放大器，用于放大该无线收发装置传送到该射频处理装置的信号功率，该低噪声放大器藕接至该无线收发装置以及该混频器；以及

中频放大器，用于放大该射频输入信号的功率，该中频放大器藕接至该混频器以及该基带处理装置。

9．一种无线通讯装置，用于将一计算机系统输出的一输出数字信号，以无线电波的形式传送到一接收装置，该通讯装置并接收一发射装置所发射的无线电波形式的一输入信息，其特征在于该通讯装置至少包含：

基带处理装置，用于将该输出数字信号进行一基带调制，以产生一基带调制输出信号，该基带调制为下列其中之一：

差动式垂直键控相移调制以及差动式二进制键控相移调制；

射频处理装置，用于将该基带调制输出信号进行一射频转换，以产生一射频输出信号，该射频处理装置耦合至该基带处理装置；以及

无线收发装置，用于将该射频输出信号以无线电波的形式传送到该接收装置，该无线收发装置耦合至该射频处理装置，并在接收该发射装置所发出的该输入信息之后传送到该射频处理装置以产生一射频输入信号，该射频处理装置处理该射频输入信号产生一基带输入信号，并将基带输入信号传到该基带处理装置以产生一基带输入数字信号，并将该基带输入数字信号传送到该计算机系统，该基带处理装置、该射频处理装置以及该无线收发装置形成于一电路板上，该电路板至少包含数层导电层。

10．如权利要求9所述的无线通讯装置，其特征在于：所述的射频处理装置至少包含：

压控振荡器，用于产生一余弦信号；以及

混频器，用于将该余弦信号与该基带调制输出信号相乘，以获得该射频输出信号，该混频器藕接至该压控振荡器。

11．如权利要求9所述的无线通讯装置，其特征在于：所述的无线收发装置为一天线。

12．如权利要求9所述的无线通讯装置，其特征在于：所述的天线为下列其中之一：双极天线以及介电质天线。

13．如权利要求9所述的无线通讯装置，其特征在于：所述的电路板包含数层导电层。

14．如权利要求10所述的无线通讯装置，其特征在于：所述的射频处理装置还包含：

射频放大器，用于放大该射频输出信号的功率，该射频放大器藕接至该无线收发装置以及该混频器；

低噪声放大器，用于放大该无线收发装置传送到该射频处理装置的信号功率，该低噪声放大器藕接至无线收发装置以及该混频器；以及

中频放大器，用于放大该射频输入信号的功率，该中频放大器藕接至该混频器以及该基带处理装置。

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