KR102121921B1 - 착용가능 디바이스를 위한 무선 주파수 시스템 - Google Patents

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Abstract

무선 주파수(RF) 시스템은 RF 집적 회로(IC) 다이와, RF IC 다이에 연결된 안테나를 포함한다. RF 시스템은 RF IC 다이 위의 반사체 층을 포함하고, 반사체 층은 안테나의 적어도 일부 위에서 연장되고, 안테나와 반사체 층의 조합은 반사체 층의 상부 표면에 평행한 제 1 방향의 주 로브를 포함하는 방사 형태를 갖는다.

Description

착용가능 디바이스를 위한 무선 주파수 시스템{RADIO FREQUENCY SYSTEM FOR WEARABLE DEVICE}
본 개시는 일반적으로 전자 디바이스에 관한 것이고, 더 구체적으로는 착용가능한 디바이스에서 활용될 RF 집적 회로(RFIC) 및 안테나 시스템을 갖는 무선 주파수(RF) 시스템에 관한 것이다.
밀리미터-파(millimeter-wave) 주파수 체제에서의 적용예는 실리콘 게르마늄(SiGe) 및 정교한 기하학적 상보형 산화 금속 반도체(CMOS) 프로세스와 같은 저비용 반도체 기술에서의 빠른 발전에 기인하여 지난 몇년 동안 상당한 관심을 얻게 되었다. 고속의 쌍극 및 산화 금속 반도체(MOS) 트랜지스터의 이용가능성은 60GHz, 77GHz, 및 80GHz 및 또한 100GHz를 넘어서 mm-파 적용예에 대해 집적 회로에 대한 증가하는 수요로 이어진다. 이러한 적용예는, 예를 들어, 자동차 레이더 시스템, 멀티 기가비트 통신 시스템, 및 스마트 워치, 활동 모니터 및 건강 모니터와 같은 착용가능한 소비자 디바이스를 포함한다.
일부 레이더 시스템에서, 레이더와 목표물 사이의 거리는 주파수 변조된 신호를 전송하고, 주파수 변조된 신호의 반사를 수신하고, 주파수 변조 신호의 전송과 수신 사이의 시간 지연 및/또는 주파수 차에 기초하여 거리를 판정함으로써 결정된다. 따라서, 일부 레이더 시스템은 RF 신호를 전송하는 전송 안테나, RF를 수신하는 수신 안테나 뿐만 아니라 전송 신호를 생성하고 RF 신호를 수신하는데 사용되는 연관된 RF 회로를 포함한다. 일부 경우에, 다중 안테나는 위상 배열 기술을 사용하여 방향성 빔을 구현하는데 사용될 수 있다.
실시예에 따르면, 무선 주파수(RF) 시스템은 RF 집적 회로(IC) 다이, 및 RF IC 다이에 연결된 안테나를 포함한다. RF 시스템은 RF IC 다이 위의 반사층을 포함하고, 반사층은 안테나의 적어도 일부 위에서 연장되고, 반사층의 상부 표면과 평행한 제 1 방향의 메인 로브를 포함하는 방사 패턴을 갖는다.
본 발명 및 발명의 장점을 더 완전하게 이해하기 위해, 이제 첨부한 도면과 함께 다음의 설명에 대한 참조가 이루어진다.
도 1a는 일부 실시예에 따른 회로 보드 상에 실장된 RF 회로/안테나 패키지의 투시도를 도시한다.
도 1b는 일부 실시예에 따른 대응하는 방사 패턴을 갖는 회로 보드 상에 실장된 RF 회로/안테나 패키지의 투시도를 도시한다.
도 2는 일부 실시예에 따른 mm-파 제스쳐 감지 시스템의 개략도를 도시한다.
도 3a는 일부 실시예에 따른 착용가능한 디바이스의 정면도를 도시한다.
도 3b는 일부 실시예에 따른 착용가능한 디바이스의 단면도를 도시한다.
도 4a는 일부 실시예에 따른 회로 보드 상에 실장된 RF 회로/안테나 패키지의 투시도를 도시한다.
도 4b는 일부 실시예에 따른 RF 회로/안테나 패키지의 방사 패턴을 도시하는 3차원 도면이다.
도 4c는 일부 실시예에 따른 대응하는 방사 패턴을 갖는 회로 보드 상에 실장된 RF 회로/안테나 패키지의 개략도를 도시한다.
도 5a는 일부 실시예에 따른 회로 보드 상에 실장된 RF 회로/안테나 패키지의 개략도를 도시한다.
도 5b는 일부 실시예에 따른 RF 회로/안테나 패키지의 방사 패턴을 도시하는 3차원 도면이다.
도 5c는 일부 실시예에 따른 대응하는 방사 패턴을 갖는 회로 보드 상에 실장된 RF 회로/안테나 패키지의 개략도를 도시한다.
도 6a는 일부 실시예에 따른 착용가능한 디바이스의 정면도를 도시한다.
도 6b는 일부 실시예에 따른 착용가능한 디바이스의 단면도를 도시한다.
도 6c는 일부 실시예에 따른 착용가능한 디바이스의 평면도를 도시한다.
도 7a는 일부 실시예에 따른 착용가능한 디바이스의 평면도를 도시한다.
도 7b는 일부 실시예에 따른 착용가능한 디바이스의 평면도를 도시한다.
도 7c는 일부 실시예에 따른 착용가능한 디바이스의 평면도를 도시한다.
도 8은 일부 실시예에 따른 착용가능한 디바이스로 통합되는 제스쳐 감지 시스템을 동작시키는 방법의 흐름도를 도시한다.
상이한 도면에서 대응하는 번호 및 부호는 일반적으로 달리 명시되지 않으면 대응하는 부분을 지칭한다. 도면은 선호되는 실시예들의 관련 측면을 분명하게 도시하도록 그려지고 반드시 일정한 비율로 그려지는 것은 아니다. 특정 실시예를 더 분명하게 도시하기 위해, 동일한 구조, 재료, 또는 프로세스 단계의 변형을 나타내는 문자는 도면 번호를 따라간다.
현재 선호되는 실시예를 제조하고 사용하는 것이 이하에서 자세하게 논의된다. 그러나, 본 발명은 다양한 특정 상황에서 구현될 수 있는 많은 적용가능한 발명의 개념을 제공한다는 것을 이해할 수 있다. 논의된 특정 실시예는 본 발명을 제조하고 사용하는 특정 방식을 단지 예시하는 것이고, 본 발명의 범위를 제한하는 것이 아니다.
본 개시는 특정 상황에서의 실시예와 관련하여 설명될 것이고, 무선 주파수(RF) 시스템은 RF 집적 회로(RFIC) 및 안테나 시스템을 포함한다. 특히, 이하에서 다양한 실시예는 예를 들어, 스마트 워치와 같은 착용가능한 소비자 디바이스의 제스쳐 감지 시스템의 일부인 RF 시스템과 관련하여 설명될 것이다. 본원에서 제시된 다양한 실시예는 또한 다른 착용가능한/휴대용 소비자 디바이스(예를 들어, 건강 모니터링 시스템, 활동 모니터링 시스템, 모바일 전화, 태블릿 디바이스, 휴대용 게임 콘솔, 사진 카메라, 비디오 캠코더, 랩탑 컴퓨터, 노트북 컴퓨터 등) 및 비휴대용 소비자 디바이스(TV 세트, 게임 콘솔, 데스크탑 컴퓨터 등)와 같은, 다른 시스템 및 적용예에 또한 적용될 수 있다.
본원에서 제시된 다양한 실시예에서, 착용가능한 디바이스의 제스쳐 감지 시스템으로 집적될 수 있는 RF 시스템이 제공된다. 다양한 실시예에서, 제스쳐 감지 시스템은 mm-파 제스쳐 감지 시스템을 생성하도록 mm-파 RF 회로를 사용하여 구현될 수 있다. 실시예에서, 제스쳐 감지 시스템은 볼 그리드 어레이(BGA) 패키지로 구현되는 RF 회로 및 안테나를 포함하는 RF 시스템을 포함한다. 이러한 RF 회로/안테나 패키지는 칩의 제 1 엣지 상의 수신 인터페이스 및 칩의 인접 또는 대향 엣지 상의 전송 인터페이스를 갖는 집적 회로를 포함한다. 다중 요소 패치 안테나는 칩의 제 1 엣지에 인접한 패키지의 표면 상에 배치되고, 칩의 제 1 엣지에서 다중 수신 채널 인터페이스에 연결된다. 유사하게, 신호를 전송하기 위한 패치 안테나는 전송 인터페이스에 인접한 칩의 인접 또는 대향 엣지 상의 패키지의 재분포 층(redistribution layer) 상에 배치된다.
일부 실시예에서, 레이더 시스템에서 널리 사용되는, 빔 형성 개념은 RF 신호의 전송 및 수신에 대한 빔 스티어링(beam steering) 및 방향성을 전달하는데 사용될 수 있다. 이러한 실시예는 예를 들어, 자동차 레이더 시스템, 카메라 시스템, 휴대용 시스템, 착용가능한 시스템, TV 세트, 태블릿 컴퓨터, 및 다른 적용예에 대해 적용될 수 있다. 실시예의 빔 형성 개념은 또한 제스쳐 인식 시스템을 구현하는데 사용될 수 있다. 과거에는, 제스쳐 인식 시스템이 광학 카메라, 압력 센서, PAL 및 다른 디바이스를 사용하여 구현되었다. 실시예의 레이더 시스템을 사용함으로써, 제스쳐 인식 시스템은 정확한 거리 측정을 수행할 수 있는 반면, 플라스틱 또는 다른 연구 재료로 만들어지는 불투명한 커버 뒤에 편리하게 숨겨진다.
일부 실시예에서, 제스쳐 감지 시스템은 예를 들어, 스마트 워치와 같은 착용가능한 디바이스의 회로 보드 상에 집적된다. 실시예에서, 제스쳐 감지 시스템의 RF 회로/안테나 패키지의 안테나는 방사 패턴을 갖도록 형성되어서 안테나는 착용가능한 디바이스의 디스플레이와 같은, 착용가능한 디바이스의 다른 컴포넌트에 의해 차단되지 않는 방향으로 RF 신호를 전송 또는 수신한다. 다른 실시예에서, 제스쳐 감지 시스템의 RF 회로/안테나 패키지는 RF 회로/안테나 패키지의 안테나의 방사 패턴을 수정하는 반사층을 포함한다. 반사층은 원치않는 방향(예를 들어, 작용가능한 디바이스의 디스플레이를 향하는 방향)으로 RF 신호의 전송/수신을 반사 및/또는 억제하고 방사 에너지를 원하는 방향(예를 들어, 착용가능한 디바이스의 디스플레이와 평행한 방향)으로 재지향시킨다. 이러한 실시예에서, 착용가능한 디바이스의 하우징의 부분은 mm-파 RF 신호에 대해 투명한 적합한 재료로 형성될 수 있다.
도 1a는 일부 실시예에 따른 회로 보드(101) 상에 실장된 RF 회로/안테나 패키지(103)의 투시도를 도시한다. 실시예에서, RF 회로/안테나 패키지(103)는 땜납 볼(도시되지 않음)을 사용하여 회로 보드(101) 상에 실장된다. 회로 보드(101)는 절연 기판의 일측 또는 양측 상에 적층된 하나 이상의 전도성 박층(개별적으로 도시되지 않음)을 갖는 절연 기판을 사용하여 구현될 수 있다. 하나 이상의 전도성 박층은 회로 보드(101)의 회로 상호접속을 형성하도록 패터닝된다(예를 들어, 에칭됨). 하나 이상의 전도성 박층은 접지, 전력 및/또는 신호층으로서 구성될 수 있다. 실시예에서, 절연 기판은 RF4로 형성되고 하나 이상의 전도성 박층은 구리로 형성된다. 대안으로, 로저스(Rogers) PCB 재료와 같은 다른 절연 재료, 또는 전도성 재료는 회로 보드(101)를 형성하는데 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 회로 보드(101)는 당 기술분야에서 알려진 추가적인 전도성 층 및 절연 층을 포함할 수 있다.
실시예에서, RF 회로/안테나 패키지(103)는 RF 프론트 엔드 집적 회로(IC) 다이(105), 전송 안테나(107a 및 107b), 및 수신 안테나(109a 내지 109d)를 포함한다. RF 회로/안테나 패키지(103)는 전송 안테나(107a 및 107b)를 통해 객체(예를 들어, RF 회로/안테나 패키지(103)가 착용가능한 디바이스의 제스쳐 감지 시스템의 일부일 때 소비자의 손)를 향해 입사 RF 신호를 전송하고, 수신 안테나(109a 내지 109d)를 통해 객체로부터 반사 RF 신호를 수신하도록 구성된다. RF 프론트 엔드 IC 다이(105)는 수신 안테나(109a 내지 109d)에 연결된 수신기 프론트 엔드(도시되지 않음) 및 전송 안테나(107a 및 107b)에 연결된 전송기 프론트 엔드(도시되지 않음)를 포함한다. 실시예에서, 전송 안테나(107a 및 107b) 및 수신 안테나(109a 내지 109d)는 패치 안테나를 사용하여 구현된다. 이하에서 더 자세하게 설명되는 바와 같이, 전송 안테나(107a 및 107b) 및 수신 안테나(109a 내지 109d)는 RF 회로/안테나 패키지(103)에 대한 설계 필요조건에 기초하여 다른 타입의 안테나를 사용하여 구현될 수 있다. RF 프론트 엔드 IC 다이(105)는 전송기 프론트 엔드로 전송될 신호를 제공하고 수신기 프론트 엔드에 의해 수신되는 신호를 수신 및/또는 프로세싱한다. 일부 실시예에서, RF 회로/안테나 패키지(103)의 동작 주파수는 약 57GHz와 약 66GHz 사이이다. 대안으로, 실시예의 시스템은 또한 이 범위의 외부의 주파수에서 동작할 수 있다.
도시된 바와 같이, RF 회로/안테나 패키지(103)는 몰딩 재료층을 포함하는 내장 웨이퍼 레벨(eWLB) 볼 그리드 어레이(BGA) 패키지이다. 이러한 실시예에서, RF 프론트 엔드 IC 다이(105)는 몰딩 재료 층 내에 배치된다. RF 회로/안테나 패키지(103)는 패키지 내의 다양한 수동 및/또는 능동 디바이스의 라우팅에 대해 및/또는 구현에 대해 사용되는 재분포층(RDL)과 같은, 전도성 층을 더 포함할 수 있다. 전송 안테나(107a 및 107b) 및 수신 안테나(109a 내지 109d)는 RDL을 사용하여 구현될 수 있다. 대안으로, BGA 패키지 또는 ATSPL(advanced thin small leadless) 패키지와 같은 다른 패키지 타입은 또한 RF 회로/안테나 패키지(103)를 구현하는데 사용될 수 있다.
도 1b는 일부 실시예에 따른 수신 안테나(109a 내지 109d)의 대응하는 방사 패턴(111)을 갖는 회로 보드(101) 상에 실장된 RF 회로/안테나 패키지(103)의 투시도를 도시한다. 수신 안테나(109a 내지 109d)가 패치 안테나를 사용하여 구현되는 실시예에서, 수신 안테나(109a 내지 109d)의 방사 패턴(111)은 수신 안테나(109a 내지 109d) 위에서 RF 회로/안테나 패키지(103)의 상부 표면 상에 배치되는 "하프 볼(half-ball)" 형상을 갖는다. 수신 안테나(109a 내지 109d)는 방사 패턴(111)에 따른 방향으로부터 RF 신호를 수신하도록 구성된다. 따라서, RF 회로/안테나 패키지(103)의 상부 표면 위에 위치된 방해물은 수신 안테나(109a 내지 109d)의 가장 민감한(가장 높은 이득을 가짐) 방향을 차단함으로써 RF 회로/안테나 패키지(103)의 성능에 악영향을 줄 수 있다.
도 2는 일부 실시예에 따른 mm-파 제스쳐 감지 시스템의 개략도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 레이더 송수신기 디바이스(201)는 전송 안테나(213a) 및/또는 전송 안테나(213b)를 통해 제스쳐를 취하는 손(217)을 향해 입사 RF 신호를 전송하고, 수신 안테나(215a 내지 215d)를 포함하는 안테나 어레이를 통해 반사 RF 신호를 수신하도록 구성된다. 레이더 송수신기 디바이스(201)는 수신 안테나(215a 내지 215d)에 연결된 수신기 프론트 엔드(211), 전송 안테나(213a)에 연결된 제 1 전송기 프린트 엔드(203) 및 전송 안테나(213b)에 연결된 제 2 전송기 프론트 엔드(209)를 포함한다. 레이더 회로(205)는 제 1 전송기 프론트 엔드 및 제 2 전송기 프론트 엔드(203 및 209)로 전송될 신호를 제공하고, 수신기 프론트 엔드(211)를 통해 신호를 수신한다. 프로세싱 회로(207)는 수신 신호를 프로세싱할 뿐만 아니라, 제 1 전송기 프론트 엔드(203) 및 제 2 전송기 프론트 엔드(209)에 의해 생성된 전송을 제어한다. 일부 실시예에서, mm-파 제스쳐 감지 시스템(200)은 홀로그램 레이더를 형성하는 디지털 빔을 실현하여 안테나의 전면의 시야(FOV)에서 각각의 타겟의 상대적인 속도, 거리, 및 위상이 측정되도록 두 개의 전송 채널 및 네 개의 수신 채널을 갖는 주파수 변조 연속파(FMCW) 레이더 센서로서 구현된다. 다른 실시예에서, 다수의 전송 채널 및 다수의 수신 채널은 mm-파 제스쳐 감지 시스템(200)을 위한 설계 필요조건에 따라 변할 수 있다.
동작 중에, 제스쳐를 취하는 손(217)의 위치 및 제스쳐는 레이더 송수신기 디바이스(201) 및/또는 이에 연결된 다른 프로세싱 회로에 의해 검출될 수 있다. 예를 들어, 레이더 송수신기 디바이스(201)는 착용가능한 디바이스, 컴퓨터 시스템, 어플라이언스, 또는 다른 디바이스에 연결될 수 있고, 검출된 제스쳐는 이러한 디바이스로의 입력으로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 서로 탭핑하는 두 손가락의 제스쳐는 "버튼 누름"으로서 해석될 수 있거나, 엄지 및 손가락을 회전하는 제스쳐는 다이얼을 돌리는 것으로서 해석될 수 있다.
일부 실시예에서, 레이더 송수신기 디바이스(201), 또는 레이더 송수신기 디바이스(201)의 일부는 레이더 회로(205), 제 1 전송기 프론트 엔드(203), 제 2 전송기 프론트 엔드(209), 수신기 프론트 엔드(211) 뿐만 아니라 전송 안테나(213a 및 213b), 및 수신 안테나(215a 내지 215d)를 포함하는 패키지(예를 들어, 도 1a와 관련하여 상술된 RF 회로/안테나 패키지(103))로 구현될 수 있다. 다른 실시예에서, 레이더 송수신기 디바이스(201)는 회로 보드 상에 배치된 하나 이상의 집적 회로로서 구현될 수 있고, 전송 안테나(213a 및 213b) 및 수신 안테나(215a 내지 215d)는 집적 회로에 인접한 회로 보드 상에 구현될 수 있다. 제스쳐 감지 시스템(예를 들어, mm-파 제스쳐 감지 시스템(200))의 동작의 다양한 방법들은 2015년 11월 30일 제출된 미국 특허 출원 번호 14/954,198에서 설명되었고, 이로써 이 출원은 본원에서 그 전체가 참조로서 통합되었다.
도 3a 및 도 3b는 일부 실시예에 따른 착용가능한 디바이스(300)의 정면도 및 단면도 각각을 도시한다. 도시된 실시예에서, 착용가능한 디바이스(300)는 스마트 워치이다. 대안으로, 착용가능한 디바이스(300)는 건강 모니터링 시스템, 활동 모니터링 시스템 등이 될 수 있다. 착용가능한 디바이스(300)는 착용가능한 디바이스(300)의 다양한 컴포넌트를 하우징하고, 기계적 지지물로서 동작하며, 착용가능한 디바이스(300)의 다양한 컴포넌트에 보호를 제공하는 하우징(301)을 포함한다. 하우징(301)은 착용가능한 디바이스(300)의 다양한 컴포넌트로 바람직한 지지 및 보호를 제공하는 임의의 적합한 재료를 사용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 하우징(301)은 금속, 금속 합금 등을 사용하여 형성될 수 있다. 착용가능한 디바이스(300)는 하우징(301)에 부착되고, 예를 들어, 소비자의 손목에 착용가능한 디바이스(300)를 부착하도록 구성되는 밴드(303)를 더 포함한다. 밴드(303)는 도 3b에서 도시되지 않는데, 도 3b는 YZ 평면의 단면도를 도시하기 때문이다.
착용가능한 디바이스(300)는 회로 보드(305) 상에 실장된 다양한 전기 컴포넌트 또는 디바이스를 전기로 연결하는 회로 보드(305)를 더 포함한다. 회로 보드(305)는 도 1a와 관련하여 상술된 회로 보드(101)와 유사한 재료 및 방법을 사용하여 형성될 수 있고 설명은 간결성을 위해 본원에서 반복되지 않는다. 실시예에서, RF 회로/안테나 패키지(307) 및 다양한 전기 컴포넌트(도 3b에서 두 전기 컴포넌트(309 및 311)로 표현됨)는 회로 보드(305) 상에 실장되어 제스쳐 감지 시스템(예를 들어, 도 2와 관련하여 상술된 mm-파 제스쳐 감지 시스템(200))을 형성한다. RF 회로/안테나 패키지(307)는 도 1a와 관련하여 상술된 RF 회로/안테나 패키지(103)와 유사할 수 있고, 설명은 간결성을 위해 본원에서 반복되지 않는다. 전기 컴포넌트(309 및 311)는 수정 발진기(Xtal), 위상 고정 루프(PLL) 회로, 기저대역 증폭기, 아날로그 대 디지털 변환기(ADC), 스위치, 전력 관리 집적 회로(PMIC) 등을 포함할 수 있다.
도시된 바와 같이, 착용가능한 디바이스(300)는 회로 보드(305)에 연결된 디스플레이(313)를 더 포함한다. 디스플레이(313)는 RF 회로/안테나 패키지(307)와 같은, 회로 보드(305) 상에 실장된 회로 보드(305) 및 다양한 전기 컴포넌트 또는 디바이스를 커버한다. 디스플레이(313)는 LCD, LED 디스플레이, AMOLED 디스플레이 등이 될 수 있다. 당업자는 착용가능한 디바이스(300)의 기능적인 필요조건에 따라 추가적인 컴포넌트(도시되지 않음)를 더 포함할 수 있다는 것을 이해할 수 있다. 일부 실시예에서, 회로 보드(305)는 다양한 애플리케이션 특정 집적 회로(ASIC), 디스플레이(313), 움직임 센서, 압력 센서, 온도 센서, 습도 센서, 터치 센서, 심박수 센서 등과 같은 다양한 센서, USB, WiFi, WiGig, 블루투스 등과 같은 다양한 인터페이스 컴포넌트, 다양한 전원 관리 컴포넌트, 및 배터리 등과 같은 전원에 전원공급하고 제어하기 위한 다양한 컴포넌트를 포함할 수 있다.
실시예에서, RF 회로/안테나 패키지(307)의 수신 안테나는 도 1b에 도시된 방사 패턴(111)과 유사한 방사 패턴을 갖는다. 따라서, RF 회로/안테나 패키지(307)의 수신 안테나는 Z 방향으로 대부분 가장 높은 이득을 갖는다. 이러한 실시예에서, 하우징(301)의 디스플레이(313) 또는 상부는 mm-파 RF 신호에 대해 투명하지 않은 재료로 형성되기 때문에, RF 회로/안테나 패키지(307)에 의해 수신된 mm-파 RF 신호(315)는 디스플레이(313) 또는 하우징(301)의 상부에 의해 차단된다. 실시예에서, 착용가능한 디바이스(300)의 디스플레이(313)는 재성형되어서, 재성형된 디스플레이(313)는 RF 회로/안테나 패키지(307)의 RF 신호(315)를 차단하지 않는다. 대안으로, RF 회로/안테나 패키지(307)는 디스플레이(313)에 의해 방해되지 않는 착용가능한 디바이스(300)(예를 들어, 착용가능한 디바이스(300)의 하우징(301) 및 밴드(303)의 접합)의 위치에 위치된다.
이하에서 더 자세하게 설명되는 바와 같이, 다른 실시예에서, RF 회로/안테나 패키지는 RF 회로/안테나 패키지의 안테나가 Y 방향으로 대부분 가장 높은 이득을 갖도록 구성될 수 있다. 이러한 실시예에서, 하우징(301)의 일부 또는 전체 측벽은 착용가능한 디바이스의 제스쳐 감지 시스템의 적합한 동작을 보장하는 mm-파 RF 신호에 대해 투명한 재료로 형성된다.
도 4a는 일부 실시예에 따른 회로 보드(401) 상에 실장된 RF 회로/안테나 패키지(403)의 투시도를 도시한다. 회로 보드(401)는 도 1a와 관련하여 상술된 회로 보드(101)와 유사한 재료 및 방법을 사용하여 형성될 수 있고 설명은 간결성을 위해 본원에서 반복되지 않는다. 도시된 바와 같이, RF 회로/안테나 패키지(403)는 Y 방향의 메인 로브를 갖는 방사 패턴을 가진 야기-우다(Yagi-Uda) 안테나를 사용하여 구현되는, 수신 안테나(407)에 연결되는 RF 프론트 엔드 IC 다이(405)를 포함한다(도 4b). 다른 실시예에서, 비발디(Vivaldi) 안테나, 나비넥타이모양(bow-tie) 안테나 등과 같은, 다른 방향성 안테나가 수신 안테나(407)를 구현하는데 사용될 수 있다.
도 4b는 RF 회로/안테나 패키지(403)의 방사 패턴(409)을 도시하는 3차원 도면이고, 수신 안테나(407)는 야기-우다 안테나를 사용하여 구현된다. 도 1b에 도시된 방사 패턴(111)과 비교하여, 방사 패턴(409)은 Y 방향으로 확연한 방향성을 보인다. 실시예에서, 방사 패턴(409)은 Y 방향의 메인 로브(409b)를 갖는다. 또한, 방사 패턴(409)는 Z 방향의 사이드 로브(409s)를 갖고, 사이드 로브(409s)는 메인 로브(409m)와 유사한 이득을 갖는다.
도 4c는 일부 실시예에 따른 대응하는 방사 패턴(409)을 갖는 회로 보드(401) 상에 실장된 RF 회로/안테나 패키지(403)의 개략도를 도시한다. 특히, 도 4c는 RF 회로/안테나 패키지(403)의 수신 안테나(407) 및 다른 컴포넌트에 대한 방사 패턴(409)의 위치를 도시한다. 이하에서 더 자세하게 설명되는 바와 같이, 방사 패턴(409)의 메인 로브(409m)는 RF 회로/안테나 패키지의 상부에 위치된 반사층을 사용하여 방사 패턴(409)의 사이드 로브(409s)를 억제함으로써 증가될 수 있다(도 5a, 5b 및 5c 참조).
도 5a는 일부 실시예에 따른 회로 보드(501) 상에 실장된 RF 회로/안테나 패키지(503)의 일부의 개략도를 도시한다. 회로 보드(501)는 도 1a와 관련하여 상술된 회로 보드(101)와 유사한 재료 및 방법을 사용하여 형성될 수 있고, 설명은 간결성을 위해 본원에서 반복되지 않는다. 실시예에서, RF 회로/안테나 패키지(503)는 Y 방향의 메인 로브를 갖는 방사 패턴으로 야기-우다 안테나를 사용하여 구현되는, 수신 안테나(507)에 연결된 RF 프론트 엔드 IC 다이(505)를 포함한다(도 5b 참조). 다른 실시예에서, 비발디 안테나, 나비넥타이모양 안테나 등과 같은, 다른 방향성 안테나가 수신 안테나(507)를 구현하는데 사용될 수 있다.
도 5a를 추가로 참조하면, 반사층(509)이 RF 프론트 엔드 IC 다이(505) 위에 그리고 적어도 부분적으로 수신 안테나(507) 위에 형성되도록 반사층(509)이 RF 회로/안테나 패키지(503)의 상부 표면 위에 형성된다. 반사층(509)은 알루미늄, 은, 구리, 이들의 합금 등과 같은 금속 재료로 형성될 수 있다. 도시된 바와 같이, 반사층(509)은 RF 회로/안테나 패키지(503)를 형성한 이후에 RF 회로/안테나 패키지(503) 위에 형성된다. 이러한 실시예에서, 반사층(509)은 적합한 접착제를 사용하여 RF 회로/안테나 패키지(503)의 상부 표면에 부착될 수 있다. 따라서, 부착된 반사층(509)을 갖는 RF 회로/안테나 패키지(503)는 회로 보드(501) 상에 실장될 수 있다. 다른 실시예에서, 반사층(509)은 RF 회로/안테나 패키지(503)를 회로 보드(501) 상에 실장시킨 이후에 RF 회로/안테나 패키지(503) 위에 형성된다.
또 다른 실시예에서, 반사층(509)은 RF 회로/안테나 패키지(503)를 형성하는 패키징 프로세스 동안 RF 프론트 엔드 IC 다이(505)에 부착될 수 있다. 이러한 실시예에서, 반사층(509)은 액상 금속 패드가 될 수 있고 RF 프론트 엔드 IC 다이(505)를 캡슐화하기 이전에 RF 프론트 엔드 IC 다이(505)의 상부 표면에 부착될 수 있다. RF 프론트 엔드 IC 다이(505)의 상부 표면에 반사층(509)를 부착한 이후에, 반사층(509) 및 RF 프론트 엔드 IC 다이(405)는 몰딩 재료 내에 캡슐화되어 RF 회로/안테나 패키지(503)를 형성할 수 있다.
도 5b는 RF 회로/안테나 패키지(503)의 방사 패턴(511)을 도시하는 3차원 도면을 도시하고, 수신 안테나(507)는 야기-우다 안테나를 사용하여 구현되고, 반사층(509)은 RF 회로/안테나 패키지(503)의 수신 안테나(507) 및 RF 프론트 엔드 IC 다이(505) 위에 형성된다. 실시예에서, 방사 패턴(511)은 메인 로브(511m) 및 사이드 로브(511s)를 갖고, 메인 로브(511m)는 Y 방향으로 존재하고 사이드 로브(511s)는 XZ 평면으로 존재한다. 도 4b에 도시된 방사 패턴과 비교하여, 방사 패턴(511)의 사이드 로브(511s)는 방사 패턴(409)의 사이드 로브(409s) 보다 작다. 실시예에서, 반사층(509)은 사이드 로브(511s)에서 RF 에너지를 반사하고 RF 에너지를 메인 로브(511m)로 재지향시킨다. 따라서, 메인 로브(511m)는 두드러지는 반면, 사이드 로브(511s)는 억제된다.
도 5c는 일부 실시예에 따른 대응하는 방사 패턴(511)을 갖는 회로 보드(501) 상에 실장된 RF 회로/안테나 패키지(503)의 개략도를 도시한다. 특히, 도 5c는 수신 안테나(507), 반사층(509), 및 RF 회로/안테나 패키지(503)의 다른 컴포넌트와 관련한 방사 패턴(511)의 위치를 도시한다.
도 6a 및 도 6b는 일부 실시예에 따른 착용가능한 디바이스(600)의 정면도 및 단면도를 각각 도시한다. 도시된 실시예에서, 착용가능한 디바이스(600)는 스마트 워치이다. 대안으로, 착용가능한 디바이스(600)는 건강 모니터링 시스템, 활동 모니터링 시스템 등이 될 수 있다. 착용가능한 디바이스(600)는 착용가능한 디바이스(600)의 다양한 컴포넌트를 하우징하고, 기계적 지지물로서 동작하며, 착용가능한 디바이스(600)의 다양한 컴포넌트에 보호를 제공하는 하우징(601)을 포함한다. 실시예에서, 하우징(601)은 상부(601t), 하부(601b), 및 하부(601b)로부터 상부(601t)를 분리하는 측벽(601s)을 포함한다. 하우징(601)의 상부(601t) 및 하부(601b)는 금속, 금속 합금 등으로 형성될 수 있다. 실시예에서, 하우징(601)의 측벽(601s) 중 적어도 일부는 mm-파 RF 신호에 대해 투명한 적합한 재료로 형성될 수 있다. 착용가능한 디바이스(600)는 하우징(601)에 부착되고 예를 들어, 부착가능한 디바이스(600)를 소비자의 손목에 부착하도록 구성되는 밴드(603)를 더 포함한다. 도 6b는 YZ 평면에서 단면도를 도시하기 때문에, 밴드(603)는 도 6b에 도시되지 않는다.
착용가능한 디바이스(600)는 회로 보드(605) 상에 실장된 다양한 전기 컴포넌트 또는 디바이스를 전기로 연결하는 회로 보드(605)를 더 포함한다. 회로 보드(605)는 도 1a와 관련하여 상술된 회로 보드(101)와 유사한 재료 및 방법을 사용하여 형성될 수 있고, 설명은 간결성을 위해 본원에서 반복되지 않는다. 실시예에서, RF 회로/안테나 패키지(607) 및 다양한 전기 컴포넌트(도 6b에서 두 전기 컴포넌트(609 및 611)로 표현됨)는 제스쳐 감지 시스템(예를 들어, 도 2와 관련하여 상술된 mm-파 제스쳐 시스템)을 형성하는 회로 보드(605) 상에 실장될 수 있다. RF 회로/안테나 패키지(607)는 도 4a와 관련하여 상술된 RF 회로/안테나 패키지(403), 또는 도 5a와 관련하여 상술된 RF 회로/안테나 패키지(503)를 사용하여 구현될 수 있다. 전기 컴포넌트(609 및 611)는 수정 발진기(Xtal), 위상 고정 루프(PLL) 회로, 기저대역 증폭기, 아날로그 대 디지털 변환기(ADC), 스위치, 전력 관리 집적 회로(PMIC) 등을 포함할 수 있다.
착용가능한 디바이스(600)는 회로 보드(605)에 연결된 디스플레이(613)를 더 포함한다. 디스플레이(613)는 RF 회로/안테나 패키지(607)와 같은, 회로 보드(605)에 실장된 다양한 전기 컴포넌트 및 회로 보드(605)를 커버한다. 디스플레이(613)는 LCD, LED 디스플레이, AMOLED 디스플레이 등이 될 수 있다. 당업자는 착용가능한 디바이스(600)의 기능적 필요조건에 따라 추가적인 컴포넌트(도시되지 않음)를 포함할 수 있음을 이해할 것이다. 일부 실시예에서, 회로 보드(605)는 다양한 애플리케이션 특정 집적 회로(ASIC), 디스플레이(613)에 전원을 공급하고 제어하기 위한 다양한 컴포넌트, 움직임 센서, 압력 센서, 온도 센서, 습도 센서, 터치 센서, 심박수 센서 등과 같은 다양한 센서, USB, WiFi, WiGig, 블루투스 등과 같은 다양한 인터페이스 컴포넌트, 다양한 전력 관리 컴포넌트, 및 배터리 등과 같은 전원을 더 포함할 수 있다.
도 6b를 추가로 참조하면, RF 회로/안테나 패키지(403)를 사용하여 RF 회로/안테나 패키지(607)가 구현되는 실시예에서(도 4a 참조), RF 회로/안테나 패키지(607)는 도 4b에 도시된 방사 패턴(409)과 유사한 방사 패턴을 갖는다. RF 회로/안테나 패키지(503)를 사용하여 RF 회로/안테나 패키지(607)가 구현되는 다른 실시예에서(도 5a 참조), RF 회로/안테나 패키지(607)는 도 5b에 도시된 방사 패턴(511)과 유사한 방사 패턴을 갖는다. 따라서, RF 회로/안테나 패키지(607)는 Y 방향으로 대부분 가장 높은 이득을 갖는다. 이러한 실시예에서, RF 회로/안테나 패키지(607)에 의해 전송되거나 수신되는 mm-파 RF 신호(516)는 하우징(601)의 측벽(601s)을 통과하고 하우징(601)의 상부(601t) 또는 디스플레이(613)에 의해 차단되지 않는다. 따라서, 착용가능한 디바이스(600)의 디스플레이(613)는 RF 회로/안테나 패키지(607)를 노출시키기 위해 재성형될 수 없다.
도 6b를 추가로 참조하면, RF 회로/안테나 패키지(503)를 사용하여 RF 회로/안테나 패키지(607)가 구현되는 실시예에서(도 5a 참조), 반사층(509)은 열 싱크(heat sink)로서 동작하도록 구성될 수 있다. 이러한 실시예에서, 반사층(509)은 고 열 전도성 재료(예를 들어, 금속 재료)로 형성될 수 있고, 하우징(601)의 상부(601t)에 연결될 수 있고, RF 프론트 엔드 IC 다이(505)에서 생성된 열을 하우징(601)의 상부(601t)로 전달하여 환경으로 추가로 방출되게 하도록 구성될 수 있다. 또한, 착용하는 동안 소비자의 피부와 접촉하는 하우징(601)의 하부(601b)는 소비자의 피부에 불편함을 주거나 상해를 입히는 것을 방지하도록 저 열 전도성 재료로 형성될 수 있다.
도 6c는 디스플레이(613)에 의해 가려지지 않은 착용가능한 디바이스(600)의 평면도를 도시한다. 특히, 도 6c는 착용가능한 디바이스(600)의 다른 컴포넌트에 대한 RF 회로/안테나 패키지(607)의 위치를 도시한다. 착용가능한 디바이스(600)의 mm-파 제스쳐 감지 시스템의 동작 동안, 제스쳐를 취하는 손(617)으로 전송되고 반사되는 RF 신호(615)는 하우징(601)의 측벽(601s)을 통과하고 착용가능한 디바이스(600)의 밴드(603) 또는 디스플레이(613)(도 6a 및 6b 참조)에 의해 차단되지 않는다. 실시예에서, RF 신호(615)는 하우징(601)의 측벽(601s)의 일부와 교차한다. 즉, 방사 패턴의 RF 회로/안테나 패키지(607)(예를 들어, 도 4b 및 도 5b 각각의 방사 패턴(409 및 511) 참조)의 메인 로브에 의해 정의되는 방향과 같은, RF 회로/안테나 패키지(607)의 높은 이득 방향은 하우징(601)의 측벽(601s)의 일부와 교차한다. 따라서, RF 신호(615)와 교차하는 하우징(601)의 측벽(601s)의 부분은 mm-파 RF 신호에 대해 투명한 재료로 형성된다. 하우징(601)의 측벽(601s)의 나머지 부분은 예를 들어, 금속 재료와 같은 mm-파 RF 신호에 대해 투명하지 않은 재료로 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 하우징(601)의 전체 측벽(601s)은 mm-파 RF 신호에 대해 투명한 재료로 형성될 수 있다.
도 7a, 7b 및 7c는 착용가능한 디바이스(700A, 700B 및 700C) 각각의 평면도를 도시하고, 수신 안테나 및 전송 안테나는 야기-우다 안테나와 같은 방향성 안테나를 사용하여 구현된다. 또한, 도 7a, 7b 및 7c는 착용가능한 디바이스(700A, 700B 및 700C)의 각각의 RF 회로/안테나 패키지의 다양한 안테나 배열을 도시한다. 도시된 실시예에서, 착용가능한 디바이스(700A, 700B 및 700C)는 스마트 워치이다. 대안으로, 착용가능한 디바이스(700A, 700B 및 700C)는 건강 모니터링 시스템, 활동 모니터링 시스템 등이 될 수 있다.
도 7a를 참조하면, 착용가능한 디바이스(700A)는 착용가능한 디바이스(300)의 다양한 컴포넌트를 하우징하고, 기계적 지지물로서 동작하며, 착용가능한 디바이스(700A)의 다양한 컴포넌트에 보호를 제공하는 하우징(701)을 포함한다. 실시예에서, 하우징(701)은 상부(도시되지 않음), 하부(도시되지 않음), 및 하부로부터 상부를 분리하는 측벽(701s)을 포함한다. 하우징(701)의 상부 및 하부는 금속, 금속 합금 등으로 형성될 수 있다. 실시예에서, 하우징(701)의 측벽(701s) 중 적어도 일부는 mm-파 RF 신호에 대해 투명한 적합한 재료로 형성될 수 있다. 착용가능한 디바이스(700A)는 하우징(701)에 부착되고, 예를 들어, 소비자의 손목에 착용가능한 디바이스(700A)를 부착하도록 구성되는 밴드(703)를 더 포함한다.
착용가능한 디바이스(700A)는 회로 보드(705) 상에 실장된 다양한 전기 컴포넌트 또는 디바이스를 전기로 연결하는 회로 보드(705)를 더 포함한다. 회로 보드(705)는 도 1a와 관련하여 상술된 회로 보드(101)와 유사한 재료 및 방법을 사용하여 형성될 수 있고 설명은 간결성을 위해 본원에서 반복되지 않는다. 실시예에서, RF 회로/안테나 패키지(707A) 및 다양한 전기 컴포넌트(도시되지 않음)는 회로 보드(705) 상에 실장되어 제스쳐 감지 시스템(예를 들어, 도 2와 관련하여 상술된 mm-파 제스쳐 시스템)을 형성한다. 전기 컴포넌트는 수정 발진기(Xtal), 위상 고정 루프(PLL) 회로, 기저대역 증폭기, 아날로그 대 디지털 변환기(ADC), 스위치, 전력 관리 집적 회로(PMIC) 등을 포함할 수 있다.
RF 회로/안테나 패키지(707A)는 RF 회로/안테나 패키지(403)(도 4a 참조)와 유사하거나, RF 회로/안테나 패키지(503)(도 5a 참조)와 유사할 수 있다. 실시예에서, RF 회로/안테나 패키지(707A)는 RF 프론트 엔드 IC 다이(709), 전송 안테나(713a 및 713b), 및 수신 안테나(715a 내지 715d)를 포함한다. RF 회로/안테나 패키지(707A)는 전송 안테나(713a 및 713b)를 통해 제스쳐를 취하는 손(721)을 향해 입사 RF 신호를 전송하고, 수신 안테나(715a 내지 715d)를 통해 제스쳐를 취하는 손(721)으로부터 반사된 RF 신호(719)를 수신하도록 구성된다. RF 프론트 엔드 IC 다이(709)는 수신 안테나(715a 내지 715d)에 연결된 수신기 프론트 엔드(도시되지 않음), 및 전송 안테나(713a 및 713b)에 연결된 전송기 프론트 엔드(도시되지 않음)를 포함한다. 실시예에서, 전송 안테나(713a 및 713b) 및 수신 안테나(715a 내지 715d)는 야기-우다 안테나를 사용하여 구현된다. 다른 실시예에서, 비발디 안테나, 나비넥타이모양 안테나 등과 같은, 다른 방향성 안테나가 전송 안테나(713a 및 713b) 및 수신 안테나(715a 내지 715d)를 구현하는데 사용될 수 있다.
실시예에서, 반사층(711)이 RF 프론트 엔드 IC 다이(709) 위에 그리고 전송 안테나(713a 및 713b) 및 수신 안테나(715a 내지 715d) 위에 적어도 부분적으로 형성되도록 RF 회로/안테나 패키지(707A)의 상부 표면 위에 반사층(711)이 형성된다. 반사층(711)은 도 5a와 관련하여 상술된 반사층(509)과 유사한 재료 및 방법을 사용하여 형성될 수 있고 설명은 간결성을 위해 본원에서 반복되지 않는다. 다른 실시예에서, 반사층(711)은 생략될 수 있다. 반사층(711)이 RF 회로/안테나 패키지(707A) 위에 형성되는 실시예에서, 전송 안테나(713a 및 713b), 및 수신 안테나(715a 내지 715d)의 각각의 방사 패턴은 방사 패턴(511)(도 5b)와 유사할 수 있다. 반사층(711)이 RF 회로/안테나 패키지(707A) 위에 형성되지 않는 다른 실시예에서, 전송 안테나(713a 및 713b), 및 수신 안테나(715a 내지 715d)의 각각의 방사 패턴은 방사 패턴(409)(도 4b 참조)과 유사할 수 있다.
실시예에서, 착용가능한 디바이스(700A)는 회로 보드(705)에 연결되고 위에 배치되는 디스플레이(도시되지 않음)를 더 포함한다. 디스플레이는 LCD, LED 디스플레이, AMOLED 디스플레이 등이 될 수 있다. 당업자는 회로 보드(705)가 착용가능한 디바이스(700A)의 기능적 필요조건에 따라 추가적인 컴포넌트(도시되지 않음)를 포함할 수 있음을 이해할 수 있다. 일부 실시예에서, 회로 보드(705)는 다양한 애플리케이션 특정 집적 회로(ASIC), 디스플레이(313), 움직임 센서, 압력 센서, 온도 센서, 습도 센서, 터치 센서, 심박수 센서 등과 같은 다양한 센서, USB, WiFi, WiGig, 블루투스 등과 같은 다양한 인터페이스 컴포넌트, 다양한 전원 관리 컴포넌트, 및 배터리 등과 같은 전원에 전원공급하고 제어하기 위한 다양한 컴포넌트를 포함할 수 있다.
도 7a를 추가로 참조하면, 착용가능한 디바이스(700A)의 RF 회로/안테나 패키지(707A)의 동작 동안, 제스쳐를 취하는 손(721)으로 전송되는 입사 RF 신호(717) 및 반사되는 반사 RF 신호(719)는 하우징(701)의 측벽(701s)을 통과하고 착용가능한 디바이스(700A)의 밴드(703) 또는 디스플레이에 의해 차단되지 않는다. 실시예에서, 입사 RF 신호(717) 및 반사 RF 신호(719)는 하우징(701)의 측벽(701s)의 일부와 교차한다. 즉, 방사 패턴의 RF 회로/안테나 패키지(607)(예를 들어, 도 4b 및 도 5b 각각의 방사 패턴(409 및 511) 참조)의 메인 로브에 의해 정의되는 방향과 같은, RF 회로/안테나 패키지(707A)의 높은 이득 방향은 하우징(701)의 측벽(701s)의 일부와 교차한다. 따라서, 입사 RF 신호(717) 및 반사 RF 신호(719)와 교차하는 하우징(701)의 측벽(701s)의 부분은 mm-파 RF 신호에 대해 투명한 재료로 형성된다. 하우징(701)의 측벽(701s)의 나머지 부분은 예를 들어, 금속 재료와 같은 mm-파 RF 신호에 대해 투명하지 않은 재료로 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 하우징(701)의 전체 측벽(701s)은 mm-파 RF 신호에 대해 투명한 재료로 형성될 수 있다.
도 7b를 참조하면, 착용가능한 디바이스(700B)는 도 7a와 관련하여 상술된 착용가능한 디바이스(700A)와 유사하고, 설명은 간결성을 위해 본원에서 반복되지 않는다. 착용가능한 디바이스(700B)의 RF 회로/안테나 패키지(707B)는 전송 안테나(713a 및 713b), 및 수신 안테나(715a 내지 715d)의 배열에 의해 착용가능한 디바이스(700A)의 RF 회로/안테나 패키지(707A)와 상이하다. 착용가능한 디바이스(700A)와 유사하게, 착용가능한 디바이스(700B)의 입사 RF 신호(717) 및 반사 RF 신호(719)는 mm-파 RF 신호에 대해 투명한 재료로 형성된 하우징(701)의 측벽(701s)의 일부와 교차한다. 또한, RF 회로/안테나 패키지(707B)의 전송 안테나(713a 및 713b), 및 수신 안테나(715a 내지 715d)는 RF 회로/안테나 패키지(707A)의 전송 안테나(713a 및 713b), 및 수신 안테나(715a 내지 715d)와 상이한 배열을 갖기 때문에, mm-파 RF 신호에 대해 투명한 착용가능한 디바이스(700B)의 측벽(701s)의 부분은 mm-파 RF 신호에 대해 투명한 착용가능한 디바이스(700A)의 측벽(701s)의 부분과 상이하다. 착용가능한 디바이스(700B)의 RF 회로/안테나 패키지(707B)는 도 7a와 관련하여 상술된 착용가능한 디바이스(700A)의 RF 회로/안테나 패키지(707A)와 유사한 방식으로 동작하고, 설명은 간결성을 위해 본원에서 반복되지 않는다.
도 7c를 참조하면, 착용가능한 디바이스(700C)는 도 7a 및 도 7b 각각과 관련하여 상술된 착용가능한 디바이스(700A 및 700B)와 유사하고, 설명은 간결성을 위해 본원에서 반복되지 않는다. 착용가능한 디바이스(700C)의 RF 회로/안테나 패키지(707C)는 전송 안테나(713a 및 713b), 및 수신 안테나(715a 내지 715d)의 배열에 의해 착용가능한 디바이스(700A 및 700B)의 RF 회로/안테나 패키지(707A 및 707B)와 상이하다. 착용가능한 디바이스(700A 및 700B)와 유사하게, 착용가능한 디바이스(700C)의 입사 RF 신호(717) 및 반사 RF 신호(719)는 mm-파 RF 신호에 대해 투명한 재료로 형성된 하우징(701)의 측벽(701s)의 일부와 교차한다. 또한, RF 회로/안테나 패키지(707C)의 전송 안테나(713a 및 713b), 및 수신 안테나(715a 내지 715d)는 RF 회로/안테나 패키지(707A 및 707B)의 전송 안테나(713a 및 713b), 및 수신 안테나(715a 내지 715d)와 상이한 배열을 갖기 때문에, mm-파 RF 신호에 대해 투명한 착용가능한 디바이스(700C)의 측벽(701s)의 부분은 mm-파 RF 신호에 대해 투명한 착용가능한 디바이스(700A 및 700B)의 측벽(701s)의 부분과 상이하다. 도시된 실시예에서, mm-파 RF 신호에 대해 투명한 착용가능한 디바이스(700C)의 측벽(701s)의 부분은 두 분리된 부분을 포함하여, 분리된 부분은 착용가능한 디바이스(700C)의 하우징(701)의 측벽(701s)의 대향 측 상에 위치된다. 착용가능한 디바이스(700C)의 RF 회로/안테나 패키지(707C)는 도 7a와 관련하여 상술된 착용가능한 디바이스(700A)의 RF 회로/안테나 패키지(707A)와 유사한 방식으로 동작하고, 설명은 간결성을 위해 본원에서 반복되지 않는다.
도 8은 일부 실시예에 따른 착용가능한 디바이스로 통합된 제스쳐 감지 시스템을 동작시키는 방법(800)의 흐름도를 도시한다. 방법(800)은 단계(801)에서 시작하고, 착용가능한 디바이스(예를 들어, 도 7a, 7b 및 7c 각각에 도시된 착용가능한 디바이스(700A, 700B 및 700C))의 제스쳐 감지 시스템(예를 들어, 도 2에 도시된 mm-파 제스쳐 감지 시스템(200))의 RF 시스템(예를 들어, 도 7a, 7b 및 7c 각각에 도시된 RF 회로/안테나 패키지(707A, 707B 및 707C))은 전송 RF 신호를 생성한다. 단계(803)에서, 전송 안테나(예를 들어, 도 7a, 7b 및 7c에 도시된 전송 안테나(713a 및 713b))는 전송 RF 신호(예를 들어, 도 7a, 7b 및 7c에 도시된 입사 RF 신호(717))를 착용가능한 디바이스의 하우징의 측벽의 일부(예를 들어, 도 7a, 7b 및 7c에 도시된 하우징(701)의 측벽(701s))를 통해 제스쳐를 취하는 손(예를 들어, 도 7a, 7b 및 7c에 도시된 제스쳐를 취하는 손)으로 전송한다. 전송 RF 신호는 방사 패턴(예를 들어, 도 4b 및 5b 각각에 도시된 방사 패턴(409 또는 511))에 따라 전송된다. 실시예에서, 방사 패턴의 메인 로브의 가장 높은 이득 방향은 착용가능한 디바이스의 하우징의 측벽과 교차하여, 전송 RF 신호는 착용가능한 디바이스의 하우징의 측벽의 부분과 중첩한다. 단계(805)에서, 수신 안테나(예를 들어, 도 7a, 7b 및 7cdp 도시된 수신 안테나(715a 내지 715d))는 착용가능한 디바이스의 하우징의 측벽의 부분을 통해 제스쳐를 취하는 손으로부터 반사 RF 신호(예를 들어, 도 7a, 7b 및 7c에 도시된 수신 안테나(715a 내지 715d))를 수신한다. 단계(807)에서, 제스쳐 감지 시스템은 전송 RF 신호 및 반사 RF 신호에 기초하여 제스쳐를 검출한다. 실시예에서, 제스쳐 감지 시스템은 제스쳐를 검출하기 위해 반사 RF 신호를 전송 RF 신호와 비교할 수 있다. 단계(809)에서, 착용가능한 디바이스는 제스쳐에 기초하여 동작을 수행한다.
본 개시의 실시예가 요약되었다. 다른 실시예가 또한 본원에서 제출된 명세서 및 청구항의 전체를 형성한다는 것을 이해할 수 있다. 하나의 일반적인 측면은 RF 집적 회로(IC) 다이와, RF IC 다이에 연결된 안테나와, RF IC 다이 위의 반사층을 포함하되, 반사층은 안테나의 적어도 일부 위에서 연장되고, 안테나 및 반사층의 조합이 반사층의 상부 표면과 평행한 제 1 방향의 메인 로브를 포함하는 방사 패턴을 갖는 무선 주파수(RF) 시스템을 포함한다.
구현예는 다음의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. RF 시스템에서 반사층은 금속 또는 금속 합금을 포함한다. RF 시스템에서 반사층은 RF IC 다이에 대한 열 싱크로서 동작하도록 구성된다. RF 시스템은 RF IC 다이 및 반사층을 캡슐화하는 몰딩 재료를 더 포함한다. RF 시스템에서 안테나는 야기-우다 안테나이다. RF 시스템에서 방사 패턴은 제 1 방향에 수직인 제 2 방향의 사이드 로브를 갖는다. RF 시스템에서 반사층은 제 2 방향으로부터 제 1 방향으로 RF 신호의 에너지를 재지향시키도록 구성된다.
다른 일반적인 측면은 하우징―하우징은 상부, 하부, 및 상부와 하부를 연결하는 측벽을 가짐―과, 하우징의 내부 및 하우징의 하부 위의 회로 보드와, 회로 보드 상에 실장된 무선 주파수(RF) 시스템을 포함하되, RF 시스템은, RF 집적 회로(IC) 다이와, RF IC 다이에 연결된 안테나와, RF IC 다이 및 안테나 위의 반사층과, RF 시스템 위에 배치된 디스플레이를 포함하되, RF 시스템의 방사 패턴은 디스플레이의 상부 표면과 평행한 제 1 방향의 메인 로브를 갖고, 제 1 방향은 하우징의 측벽과 교차하는 착용가능한 디바이스를 포함한다.
구현예는 다음의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 착용가능한 디바이스에서 RF IC 다이는 안테나에 연결된 레이더 회로를 포함한다. 착용가능한 디바이스에서 RF IC 다이에 연결된 제스쳐 인식 프로세싱 회로를 더 포함한다. 착용가능한 디바이스에서 방사 패턴은 제 1 방향과 수직인 제 2 방향의 사이드 로브를 갖고, 제 2 방향은 디스플레이와 교차한다. 착용가능한 디바이스에서 메인 로브의 이득은 사이드 로브의 이득 보다 더 크다. 착용가능한 디바이스에서 하우징의 상부 및 하우징의 하부는 금속 또는 금속 합금을 포함한다. 착용가능한 디바이스에서 하우징의 측벽의 적어도 일부는 mm-파 RF 신호에 대해 투명한 재료로 형성된다. 착용가능한 디바이스에서 하우징의 측벽의 일부는 mm-파 RF 신호에 대해 투명하지 않다. 착용가능한 디바이스에서 반사층은 금속 또는 금속 합금을 포함한다. 착용가능한 디바이스에서 반사층은 RF IC 다이로부터 하우징의 상부로의 방열 경로를 제공하도록 구성된다. 착용가능한 디바이스에서 하우징의 상부는 고 열 전도성 재료를 포함한다. 착용가능한 디바이스에서 하우징의 하부는 저 열 전도성 재료를 포함한다. 착용가능한 디바이스에서 착용가능한 디바이스는 스마트 워치이다.
다른 일반적인 측면은 착용가능한 디바이스의 무선 주파수(RF) 시스템에 의해, 전송 RF 신호를 생성하는 단계와, 방사 패턴에 따라 RF 시스템의 전송 안테나에 의해, 착용가능한 디바이스의 하우징의 측벽의 제 1 부분을 통해 객체로 전송 RF 신호를 전송하는 단계―방사 패턴의 메인 로브의 가장 높은 이득 방향은 착용가능한 디바이스의 하우징의 측벽의 제 1 부분과 교차함―와, RF 시스템의 수신 안테나에 의해, 착용가능한 디바이스의 하우징의 측벽의 제 1 부분을 통해 객체로부터 반사 RF 신호를 수신하는 단계를 포함하는 방법을 포함한다.
구현예는 다음의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 방법에서 객체는 제스쳐를 취하는 손이다. 방법은 RF 시스템에 의해, 전송 RF 신호 및 반사 RF 신호에 기초하여 제스쳐를 취하고 있는 손의 제스쳐를 검출하는 단계와, 착용가능한 디바이스에 의해, 제스쳐에 기초하여 동작을 수행하는 단계를 더 포함한다. 방법에서 착용가능한 디바이스의 하우징의 측벽 중 제 1 부분은 제 1 재료를 포함하고, 착용가능한 디바이스의 하우징의 측벽 중 제 2 부분은 제 1 재료와 상이한 제 2 재료를 포함한다. 방법에서 착용가능한 디바이스의 하우징의 측벽 중 제 2 부분은 전송 RF 신호 및 반사 RF 신호에 대해 투명하지 않다. 방법에서 착용가능한 디바이스의 하우징의 측벽 중 제 1 부분은 전송 RF 신호 및 반사 RF 신호에 대해 투명하다. 방법에서 착용가능한 디바이스는 스마트 워치이다.
본 발명은 예시적인 실시예와 관련하여 설명되었지만, 상세한 설명은 제한의 의미로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 다른 실시예 뿐만 아니라 예시적인 실시예의 다양한 수정 및 조합은 상세한 설명을 참조할 시에 당업자에게 명백해질 것이다. 따라서, 첨부된 청구항은 이러한 수정 또는 실시예를 포함하기 위한 것이다.

Claims (27)

  1. 무선 주파수(RF) 시스템으로서,
    RF 집적 회로(IC) 다이와,
    상기 RF IC 다이에 연결된 안테나와,
    상기 RF IC 다이 위의 반사층을 포함하되, 상기 반사층은 상기 안테나의 적어도 일부 위에서 연장되고, 상기 안테나 및 상기 반사층의 조합은 방사 패턴을 가지며, 상기 방사 패턴의 메인 로브(main lobe)의 가장 높은 이득 방향(a highest gain direction)인 제 1 방향은 상기 반사층의 상부 표면과 평행한
    RF 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반사층은 금속 또는 금속 합금을 포함하는
    RF 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 반사층은 상기 RF IC 다이에 대한 열 싱크(heat sink)로서 동작하도록 구성되는
    RF 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 RF IC 다이 및 상기 반사층을 캡슐화하는 몰딩 재료를 더 포함하는
    RF 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 안테나는 야기-우다(Yagi-Uda) 안테나인
    RF 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 방사 패턴은 상기 제 1 방향에 수직인 제 2 방향의 사이드 로브(side lobe)를 갖는
    RF 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 반사층은 RF 신호의 에너지를 상기 제 2 방향에서 상기 제 1 방향으로 재지향시키도록 구성되는
    RF 시스템.
  8. 착용가능한 디바이스로서,
    하우징―상기 하우징은 상부, 하부, 및 상기 상부와 상기 하부를 연결하는 측벽을 가짐―과,
    상기 하우징의 내부 및 상기 하우징의 하부 위의 회로 보드와,
    상기 회로 보드 상에 실장된 무선 주파수(RF) 시스템―상기 RF 시스템은,
    RF 집적 회로(IC) 다이와,
    상기 RF IC 다이에 연결된 안테나와,
    상기 RF IC 다이 및 상기 안테나 위의 반사층을 포함함―과,
    상기 RF 시스템 위에 배치된 디스플레이를 포함하되,
    상기 RF 시스템의 방사 패턴은 상기 디스플레이의 상부 표면과 평행하며 가장 높은 이득을 가지는 제 1 방향의 메인 로브를 갖고, 상기 제 1 방향은 상기 하우징의 측벽과 교차하는
    착용가능한 디바이스.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 RF IC 다이는 상기 안테나에 연결된 레이더 회로를 포함하는
    착용가능한 디바이스.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 RF IC 다이에 연결된 제스쳐 인식 프로세싱 회로를 더 포함하는
    착용가능한 디바이스.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 방사 패턴은 상기 제 1 방향과 수직인 제 2 방향의 사이드 로브를 갖고, 상기 제 2 방향은 상기 디스플레이와 교차하는
    착용가능한 디바이스.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 메인 로브의 이득은 상기 사이드 로브의 이득보다 큰
    착용가능한 디바이스.

  13. 제8항에 있어서,
    상기 하우징의 상부 및 상기 하우징의 하부는 금속 또는 금속 합금을 포함하는
    착용가능한 디바이스.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 하우징의 측벽 중 적어도 일부는 mm-파(wave) RF 신호에 대해 투명한(transparent) 재료로 형성되는
    착용가능한 디바이스.
  15. 제8항에 있어서,
    상기 하우징의 측벽 중 일부는 mm-파 RF 신호에 대해 투명하지 않은
    착용가능한 디바이스.
  16. 제8항에 있어서,
    상기 반사층은 금속 또는 금속 합금을 포함하는
    착용가능한 디바이스.
  17. 제8항에 있어서,
    상기 반사층은 상기 RF IC 다이로부터 상기 하우징의 상부로 방열 경로를 제공하도록 구성되는
    착용가능한 디바이스.
  18. 제8항에 있어서,
    상기 하우징의 상부는 고 열 전도성(high thermal conductivity) 재료를 포함하는
    착용가능한 디바이스.
  19. 제8항에 있어서,
    상기 하우징의 하부는 저 열 전도성 재료를 포함하는
    착용가능한 디바이스.

  20. 제8항에 있어서,
    상기 착용가능한 디바이스는 스마트 워치인
    착용가능한 디바이스.
  21. 제스쳐 감지 시스템을 동작시키는 방법으로서,
    착용가능한 디바이스의 무선 주파수(RF) 시스템에 의해, 전송 RF 신호를 생성하는 단계와,
    방사 패턴에 따라 상기 RF 시스템의 전송 안테나에 의해, 상기 착용가능한 디바이스의 하우징의 측벽의 제 1 부분을 통해 객체로 상기 전송 RF 신호를 전송하는 단계―상기 방사 패턴의 메인 로브의 가장 높은 이득 방향은 상기 착용가능한 디바이스의 하우징의 측벽의 제 1 부분과 교차(intersect)하고, 상기 가장 높은 이득 방향은 상기 착용가능한 디바이스의 디스플레이의 상면과 평행한 제 1 방향임―와,
    상기 RF 시스템의 수신 안테나에 의해, 상기 착용가능한 디바이스의 하우징의 측벽의 제 1 부분을 통해 상기 객체로부터 반사 RF 신호를 수신하는 단계를 포함하는
    제스쳐 감지 시스템을 동작시키는 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 객체는 제스쳐를 취하고 있는 손(gesturing hand)인
    제스쳐 감지 시스템을 동작시키는 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 RF 시스템에 의해, 상기 전송 RF 신호 및 상기 반사 RF 신호에 기초하여 상기 제스쳐를 취하고 있는 손의 제스쳐를 검출하는 단계와,
    상기 착용가능한 디바이스에 의해, 상기 제스쳐에 기초하여 동작을 수행하는 단계를 더 포함하는
    제스쳐 감지 시스템을 동작시키는 방법.
  24. 제21항에 있어서,
    상기 착용가능한 디바이스의 하우징의 측벽 중 제 1 부분은 제 1 재료를 포함하고, 상기 착용가능한 디바이스의 하우징의 측벽 중 제 2 부분은 상기 제 1 재료와 상이한 제 2 재료를 포함하는
    제스쳐 감지 시스템을 동작시키는 방법.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 착용가능한 디바이스의 하우징의 측벽 중 제 2 부분은 상기 전송 RF 신호 및 상기 반사 RF 신호에 대해 투명하지 않은
    제스쳐 감지 시스템을 동작시키는 방법.
  26. 제21항에 있어서,
    상기 착용가능한 디바이스의 하우징의 측벽 중 제 1 부분은 상기 전송 RF 신호 및 상기 반사 RF 신호에 대해 투명한
    제스쳐 감지 시스템을 동작시키는 방법.
  27. 제21항에 있어서,
    상기 착용가능한 디바이스는 스마트 워치인
    제스쳐 감지 시스템을 동작시키는 방법.
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