CN1471272A - 无线通讯电路结构 - Google Patents

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Abstract

一种无线通讯电路，其具有第一天线连接端与第二天线连接端，其中第二天线连接端也用作一发送天线连接端；一天线开关个别连接于第一天线连接端与第二天线连接端，并选择其一之信号当作输出；一第一滤波器，用以接收天线开关的输出信号；一RFIC单元，用以在接收模式时接收第一滤波器之输出，及在发送模式时输出一发送信号；一功率放大器，用以接收与放大此发送信号；第二滤波器，用以接收放大后的发送信号，并且滤除不需要的频率噪声；又，一发送/接收(T/R)开关，用以接收由第二滤波器传送的发送信号，其中发送/接收开关也可经开关作用，将由第二天线连接端所接收之信号输出到天线开关之一端点。

Description

无线通讯电路结构
技术领域
本发明是有关于一种无线通讯技术，且特别关于一种无线通讯电路结构，适用于工业、科学、医学技术领域所用的2.4GHz频带。
先前技术
在过去数十年中，由于大规模集成电路技术积极的发展，使无线通讯已有广泛之应用。例如，目前生产出的无线电话之可携式组件，无论是在价格、尺寸与功耗上，皆已达到大众可接受的程度。
虽然当前无线技术主要用于语音通讯，(例如手持无线装置)，然而于可预见的未来，在可动或固定之语音通讯及其它数据通讯方面将得到急速发展与扩张，以提供更多之信息流。特别是，因技术的进一步发展，使得无线组件不再昂贵，且可以以集成方式设置于许多其它组件之中。例如，无线通讯可以排除或减少用于连接到主组件或是外围组件之缆线之使用数量。
前述之无线通讯一般需要具有更高传输效率之频带，例如是一个所谓尚未许可的频带，以使其有足够的容量以允许更高的数据传输速率。此外，一种适用的频带为2.4GHz之ISM频带，而此ISM频带是全球性使用的，其中ISM频带提供了83.5MHz的频谱。
为了允许不同的无线网络在不需要协调下共享并分享相同的无线媒体，一般采用信号扩展(signal spreading)的方式。事实上，美国联邦通讯委员会(Federal Communications Commission，FCC)对于目前工作在2.4GHz频带的无线设备，要求当发送功率大于0dBm时，就必需采用一些频谱扩展或是展频技术。展频通讯之技术从第二次世界大战就已存在。因为其可对抗强烈的干扰，而且允许多个信号同时占用相同的频宽，所以已引起目前通讯领域技术人员之兴趣。
在蜂窝通讯系统中包括有移动装置，其与一硬件网络通讯，例如是局域网(LAN)或是广域网(WAN)，已经广泛使用。例如，零售商可能使用蜂窝通讯系统与行动数据端，追踪架上货品之库存以适时添加。运输业者可在广大的户外集聚处，利用此系统以准确得知货物之进出与运送。而制造业者，可利用此系统以追踪零件、成品与不良品。这些系统都可利用行动电话跨过大地域而进行。而且，呼叫网络(page network)也可利用蜂窝系统，允许使用者于任何区域，佩带口袋式呼叫器，而得已被呼叫。
为了管理这些无线通讯的多个节点，IEEE 802.11b之协议因此已被提出，以管理这些信号的传送与接收。另外，因为计算机工业已有良好的发展，而无线局域网络(WLAN)已允许与计算机结合，例如与个人计算机结合。关于IEEE 802.11b WLAN PC-CARD之应用，传统的超外差式(super-heterodyne)之射频结构也广泛被采用，其需要两个压控震荡器(voltage controlled oscillator，VCO)，两个混频器(mixer)，及一个表面声波(surface acoustic wave，SAW)滤波器。
为了降低制造成本，一般做法为减少一些组件。图1为显示一传统无线通讯电路结构之方块图。如图1之电路结构，通讯系统之使用者端，一般需要两个天线100、102以达到分集化(diversity)的特征。在接收操作模式中，天线100与102二者中具有较佳品质之其一会被选择以接收射频信号。然而，天线100、102之任一个可固定设置成为一发送天线。天线100、102耦接于一天线开关104，以选择所要之天线。天线开关104之输出端耦接于一带通滤波器(BPF)106，其中带通滤波器106仅允许特定的频率通过。特别是对于数字I/Q信号，其一般需要以一特殊频率进行传送，而需使用带通滤波器以得到所要之频率。另外，因为带通滤波器106传统系共享于接收模式与发送模式，因此带通滤波器106会被耦接于一发送/接收(T/R)开关108。此T/R开关108有两个输出端点，其一用于接收路径，而另一用于发送路径。关于接收路径，从带通滤波器106之输出信号，由T/R开关108进行选择，而后传送到一射频集成电路(RFIC)110。此RFIC 110用于转换射频信号使其成为可被处理的格式，例如是用户计算机所要求的格式。当进行发送模式时，RFIC 110会输出信号给功率放大器(PA)112。经放大后，信号被送至BPF/LPF 114，其由带通滤波器与低通滤波器(LPF)所组成，又称为BPF/LPF 114。BPF/LPF 114再次滤波后，其输出信号则由T/R开关108选择而输出。信号于是沿着发送路径而发送出射频信号。
在前述传统的电路中，如图1所示，带通滤波器106为必要的组件，这是因为RFIC 110通常包括一低噪声放大器，其需要带通滤波器106以滤除噪声。另外、RFIC 110也通常包括附加之压控震荡器(voltage control oscillator，VCO)(未示)，用于内部降频之用。因此，VCO的频率也必须滤除。于是BPF/LPF 114至少需要一带通滤波器。当考虑整个使用频率之范围，也可另外加入低通滤波器。就传统设计，天线100、102、天线开关104与带通滤波器106会共享于发送路径与接收路径。由这些考虑，传统之无线通讯电路之设计如图1所示。
从效能的观点而言，因为发送信号不可避免会随发送的距离而衰减，其发送范围于无线通讯是所关切之要点，而其中发送范围又取决于发送功率。根据图1之传统设计，其每一组件之功率损失如下：天线开关104耗损约0.5dB，带通滤波器106耗损约2.0dB，T/R开关108也耗损约0.5dB，BPF/LPF 114则至少约耗损2.0dB，其中LPF一般会多耗损0.8dB。在此传统设计中，发送路径需经过两个BPF以滤除噪声，但是BPF有较大的功率损失。如此，于此设计下功率损失仍嫌过高。人们仍想再减少功率损失，以增加无线通讯之传送范围。如何增加传送范围，而又不增加操作功率，是本领域技术人员所欲解决的课题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一无线通讯电路结构，其能有效降低插入功率损失(insertion power loss)。如此。传送范围能有效提高，这对于无线通讯将有很大的帮助。
本发明提供一无线通讯电路结构，其发送路径显著被简化，如此可减少插入功率损失，并且制造成本也可降低。
本发明提供一无线通讯电路结构，其可适用于在IEEE 802.11b协议下的WLAN网络。电路结构可工作于一发送模式与一接收模式。本发明包括一第一天线连接端与一第二天线连接端，其中第二天线连接端也可当作发送天线连接端；一天线开关包括一第一输入端与一第二输入端，用以个别由第一天线连接端与第二天线连接端而接收信号，以选择其一为一输出；一第一滤波器，用以接收由天线开关输出之信号；一射频集成电路单元，用以在接收模式时，接收由第一滤波器之一输出信号，以及在发送模式时，输出一发送信号；一功率放大器，用以接收与放大此发送信号；一第二滤波器，用以接收放大的发送信号，以滤除不需要的频率噪声；一发送/接收(T/R)开关，以接收由第二滤波器输出之发送信号，其中发送/接收(T/R)开关可以被切换，以允许由第二天线连接端接收之信号被传送到天线开关之一第二端。
在前述之电路结构中，其第一滤波器包括一带通滤波器，而第二滤波器则仅包括一低通滤波器。
在前述之电路结构中，其射频集成电路单元包括一单一工作频率，而不需要一中间频率(IF)，又称零IF。
在前述之电路结构中，其射频集成电路单元包括一工作频率，可使用于工业、科学、医学ISM的频带内。
根据本发明之特征，在发送模式时，可以避免使用带通滤波器，如此可降低插入损失。另外、因为射频集成电路单元之型态为零IF，第二滤波器可仅使用低通滤波器，其有较低的插入损失。其结果为，本发明可有效降低插入损失，而当在同样程度的工作功率下，本发明的发送范围可有效地被提高。
本发明提供一方法以接收一所接收之射频信号与发送一发送信号，而适用于一无线局域网络系统，以工作于一接收模式与一发送模式。本方法包括提供一第一天线连接端与一第二天线连接端，其中第二天线连接端在发送模式时，也可被当做一发送天线连接端来使用。在接收模式时本方法执行一些步骤如下，包括选择第一天线连接端与一第二天线连接端其中之一，以接收该接收之射频信号；此接收之射频信号由一第一滤波器滤波，以滤除一第一噪声频率；此被滤波后之信号被传送至一射频集成电路单元以进行处理。当在发送模式时则执行下列步骤如下，包括由射频集成电路发送出一所欲发送之射频信号；接着，放大此所发送射频信号；又，放大后之所发送射频信号经由一第二滤波器，将一第二噪声频率滤除；接着，经由第二天线连接端发送此放大后之所发送射频信号，其发送路径不需要经过第一滤波器。
本领域技术人员应了解的是，上述技术仅是一般描述，而以下的详细描述也仅为实施例。而本发明所欲保护的范围则由权利要求书限定。
附图简述
图1示出一传统无线通讯电路结构方块图；
图2示出依照本发明的一无线通讯电路结构方块图；
图3示出依照本发明的一无线通讯电路布局在印刷电路板上之俯视图；
图4示出依照本发明的另一无线通讯电路布局在印刷电路板上之俯视图；
图5示出依照本发明的另一无线通讯电路结构方块图；以及
图6示出依照本发明的又一无线通讯电路结构方块图。
附图标记说明：
100，102  天线
104，108  天线开关
106       带通滤波器
110，210  射频集成电路
112       功率放大器
114       滤波器组
200       BALUN电路
215       BB/MAC
220       滤波单元
230       同轴开关
240，270  整流器
250       通用震荡器
260       输入/输出端
265       电源端
400       电路主体
404       外部连接组件
402a、402b、408a、408b天线连接端
408       天线组
具体实施方式的说明
为让本发明之上述目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下：
本发明考虑传统技术的问题，而提出一新颖的无线通讯电路结构。本发明至少可减少发送路径之插入损失。其结果可达到发送范围被有效增加。以下举一实施例作为本发明特征之描述。
图2示出依照本发明的一无线通讯电路结构方块图。在图2中，虽然个别组件为传统组件，但由于本发明在整个电路结构之新颖设计，可以产生非传统电路所能预期之其它效果。在本实施例中，仅取二天线100、102为例，用以接收射频信号，而其中之一可用于发送射频信号。然而，实际使用之天线数量并不限定于二个。依照相同原则，天线可以多于二个，而其为设计之变化。使用多个天线之目的是为达到分集化(diversity)的特征。然而当发送射频信号时，可仅取其中之一即可。在此例中，例如天线102被设定成也当作发送天线之用。
当工作于接收模式时，其接收射频信号可有两个路径，分别对应于二天线100和102。这些天线100、102耦接于一天线开关104，例如分别配置于接收路径1与接收路径2上。因为天线102也被用于发送信号，天线102并没有直接与天线开关104连接，而是通过发送/接收开关108来选择，其进一步关系会描述于后。天线开关104用以选择具有较佳品质的射频信号，而输出给滤波单元106。这是因为一般之原始所接收的射频信号，会含有高频与低频之噪声，其需要由滤波单元以将不需要之频率滤除，以抑制信号干扰。上述滤波单元106一般可包括一带通滤波器(BPF)。经BPF 106之滤波后，信号被传送至一射频集成电路(RFIC)210。因为RFIC 210一般需要一差动式信号，因此其可使用例如巴伦(BALUN)电路200，以转换信号，使其可匹配于RFIC 210的输入阻抗。而RFIC 210较佳设计为零-IF型的设计。在此，零-IF意即没有包括使用于压控震荡器(VCO)之中间频率(IF)。本发明利用零-IF的RFIC之设计，可产生一些显著的改进效能，其可见于后述。RFIC 210用于处理射频信号，以得到由接收之信号所携带之内容，而后将内容输入给基频/媒体控制层(baseband/media-access-control，BB/MAC)215。此BB/MAC 215为一接口单元，可与内部所连接的系统向内进行信息交流，例如与计算机系统之信息交流。
在前述中，因为RFIC 210包括需要一低噪声放大器(LNA)，因此需要BPF 106以抑制不需要之干扰信号。另外，BALUN电路会差分射频信号，使其能被RFIC 210接收，其中BALUN电路200与低噪声放大器之输入阻抗可匹配，因而可降低噪声。RFIC 210将射频信号直接转换成基频之I/Q信号，而不需要表面声波滤波器。
从考虑插入损失而言，一般天线开关耗用0.5dB，BPF耗用约2.0dB～2.4dB，另外对于接收路径2而言，其可能又包括发送/接收开关108，其耗用约0.5dB。本发明之插入损失与图1之传统设计也有差别，因为二个天线都必须经过发送/接收开关108，因此对于天线100之接收灵敏度而言，可以得以提高。
对于发送模式之发送路径2，其沿着虚线所示，是由BB/MAC 215到天线102所构成。当由BB/MAC 215输出之数据信号，经RFIC 210处理成为一发送射频信号后，信号又被功率放大器112放大；放大后之信号再输入到滤波单元220，滤波单元220可以由带通滤波器与低通滤波器之组合。然而，根据本发明之设计，较佳者是使用零-IF型设计之RFIC 210，因此滤波单元220仅需要低通滤波器即可。这是因为RFIC 210中不需要VCO以进行降频至中间频率IF，因此带通滤波器可以被省去，这因此可减少插入损失，其中低通滤波器之插入损失将小于1.0dB，例如一般是0.8dB。
接着，由滤波单元220所输出之发送信号，被输入到发送/输入开关108。如前述，因为天线102也被选定为发送之用，因此发送/输入开关108可用于选择输入与发送状态。天线102于是耦接至发送/输入开关108。另外，如果必要进行测试，其也可另外耦接一同轴开关230，但是同轴开关230并没有绝对必要。
关于本发明之发送路径，其接收路径1与接收路径2所使用之带通滤波器106，并不与发送路径共享。在本发明之设计中，其仅需要一个滤波单元220，因此由带通滤波器106所产生之插入损失可以避免。又因为射频集成电路210可采用零-IF之设计，其滤波单元220仅使用低通滤波器已足够，因此又降低插入损失。此外，对于本发明之电路，如果在一固定工作功率下，也可以显著有较大的发送范围。
另外，根据电路结构，其电路可以布局于一印刷电路板上。当此电路被转移至电路板上时，其内联机与电子组件，例如电阻或电容，会有电磁干扰(EMI)。如图3所示，在EMI之考虑下，一个实际的电路板，其上包括有如图2之电路与其它外围组件，位于适当之位置。天线100与天线102例如以互相垂直配置，使其有平均的分集化。而BALUN电路200则如图中之布局，可降低噪声。而功率放大器112可例如选用Philips SA2411或是Maxim MAX2242之类型。在图3中，功率放大器112为SA2411，而在图4中，功率放大器112为MAX2242，其它之组件则类似。
由上述之结论，本发明提供一无线通讯电路结构，具有多项优点如下：
因为发送路径与接收路经之设计，使得二路径除了发送/接收开关外，基本上是分开独立路径，因此，至少可减少一带通滤波器之使用。又，当RFIC被特殊设计而采用零-IF之设计时，使得滤波器可仅使用一低通滤波器即可，这又进一步降低插入损失，其结果为发送范围可有效增进。
对于接收路径而言，其中仅有对于也当作发送天线之接收天线才需经过发送/接收开关，而其它天线则不需要。因此，由于发送/接收开关的省去，可增加接收灵敏度。
又，在图2之结构中，其天线100与其天线102分离于电路本体400，而可设置于一外部组件上。在图5-6中，是根据图2之结构所作之变化。其差别在于天线之安排，其中天线是以外接方式而达成连接。如此，电路本体400，也可视为一无线通讯卡，可连接于一外部连接组件404上。
例如图5所示，天线100、102可以内建于一外部连接组件404上。外部连接组件404例如是一计算机、一信息装置或是一主组件(master device)。当本发明之电路本体400连接于此外部连接组件404时，例如通过天线连接端402a、402b，可与内建之天线100、102连接。
又，例如图6所示，天线100、102也可以单独构成一天线组408。天线组408视操作之需要，可连接于外部连接组件404上。而本发明之电路本体400也可连接于外部连接组件404上。
在上述实施例中，电路本体400仅提供天线之连接端点。如此，天线100、102可以有较弹性之应用，也允许天线100、102与其它无线装置(未示出)共享。
综上所述，本发明解决本技术领域长久面临的问题。虽然本发明以一较佳实施例做如上说明，然其并非用以限定本发明，任何本领域普通技术人员，在不脱离本发明之精神和范围内，可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围当以权利要求书之范围为准。

Claims (20)

1.一种无线通讯电路结构，可适用于一无线局域网络系统，工作于一发送模式与一接收模式，该电路结构包括：
一第一天线连接端与一第二天线连接端，其中该第二天线连接端也可当作一发送天线连接端；
一天线开关，包括一第一输入端与一第二输入端，用以个别由该第一天线连接端与该第二天线连接端接收信号，以及选择该信号其一为一输出；
一第一滤波器，用以接收由该天线开关输出之该输出信号；
一射频集成电路单元，在该接收模式时，用以接收由该第一滤波器之一输出信号，以及在该发送模式时，输出一发送信号；
一功率放大器，用以接收与放大该发送信号；
一第二滤波器，用以接收放大后之该发送信号，以滤除不需要之频率噪声；以及
一发送/接收(T/R)开关，以接收由该第二滤波器输出之该发送信号，其中该发送/接收开关也可以被切换，以允许由该第二天线连接端接收之该信号，被传送到该天线开关之该第二输入端。
2.如权利要求1所述之无线通讯电路结构，其中，该第一滤波器包括一带通滤波器。
3.如权利要求1所述之无线通讯电路结构，其中，该第二滤波器包括一带通滤波器与一低通滤波器。
4.如权利要求1所述之无线通讯电路结构，其中，该第二滤波器仅包括一低通滤波器。
5.如权利要求1所述之无线通讯电路结构，还包括一基频/媒体控制层(BB/MAC)，与该射频集成电路单元耦接，以作为向内部之信息交换。
6.如权利要求1所述之无线通讯电路结构，还包括一巴伦(BALUN)电路，其位于该第一滤波器与该集成电路单元之间，进行差分信号。
7.如权利要求1所述之无线通讯电路结构，其中，该集成电路单元包括一单一工作频率，而无中间频率。
8.如权利要求1所述之无线通讯电路结构，其中，该集成电路单元包括一工作频率，在工业、科学、医学(ISM)之频带内。
9.如权利要求1所述之无线通讯电路结构，其中，该无线通讯电路结构符合IEEE 802.11b之协议。
10.一种无线通讯电路结构，可适用于一无线局域网络系统，工作于一发送模式与一接收模式，该电路结构包括：
一第一天线连接端与一第二天线连接端，其中该第二天线连接端也可当作一发送天线连接端；
一天线开关，包括一第一输入端与一第二输入端，用以个别由该第一天线连接端与该第二天线连接端接收多个信号，以及选择这些信号之一为一输出；
一带通滤波器，用以接收由该天线开关输出之该输出信号；
一射频集成电路单元，在该接收模式时，用以接收由该带通滤波器之一输出信号，以及在该发送模式时，输出一发送信号，其中该射频集成电路单元不包括使用中频之一压控震荡器(VCO)；
一功率放大器，用以接收与放大该发送信号；
一低通滤波器，用以接收放大后之该发送信号，以滤除不需要之频率噪声；
一发送/接收(T/R)开关，以接收由该低通滤波器输出之该发送信号，其中该发送/接收开关也可以被切换，以允许由该第二天线连接端接收之该信号，被传送到该天线开关之该第二输入端。
11.如权利要求10所述之无线通讯电路结构，其中，该集成电路单元包括一工作频率，在工业、科学、医学(ISM)之频带内。
12.如权利要求10所述之无线通讯电路结构，其中，该无线通讯电路结构符合IEEE 802.11b之协议。
13.一种无线通讯方法，用以接收一所接收射频信号与发送一所发送信号，而适用于一无线局域网络系统，以工作在一接收模式与一发送模式，该方法包括：
提供一第一天线连接端与一第二天线连接端，其中该第二天线连接端在该发送模式时，也可被当做一发送天线连接端使用；
在该接收模式时，执行以下步骤：
选择该第一天线连接端与该第二天线连接端其中之一，以接收该所接收射频信号；
将该所接收射频信号，以一第一滤波器滤除一第一噪声频率；以及
传送被滤波后的该接收射频信号至一射频集成电路单元以进行信号处理；以及
在该发送模式时则执行下列步骤：
由该射频集成电路单元发送出一发送射频信号；
放大该所发送射频信号；
将放大后之该所发送射频信号，以一第二滤波器滤除一第二噪声频率；以及
将放大后的该所发送射频信号，经由该第二天线连接端发送，其一发送路径不需要经过该第一滤波器。
14.如权利要求13所述之无线通讯方法，其中，在将该所接收射频信号以该第一滤波器滤除该第一噪声频率之步骤中，该第一滤波器包括一带通滤波器。
15.如权利要求13所述之无线通讯方法，其中，在将放大后之该所发送射频信号以该第二滤波器滤除该第二噪声频率之步骤中，该第二滤波器包括一带通滤波器与一低通滤波器之组合。
16.如权利要求13所述之无线通讯方法，其中，在将放大后之该所发送射频信号以该第二滤波器滤除该第二噪声频率之步骤中，该第二滤波器仅包括一低通滤波器。
17.如权利要求13所述之无线通讯方法，其中，该射频集成电路单元不包括工作于中间频率。
18.如权利要求13所述之无线通讯方法，其中，该射频集成电路单元工作在一工业、科学、医学(ISM)之频带。
19.如权利要求13所述之无线通讯方法，还包括当该第二天线连接端被选择于该发送模式与该接收模式时，对应选择该所发送射频信号与该所接收射频信号二者其一。
20.如权利要求13所述之无线通讯方法，该方法适用于IEEE802.11b协议。
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