MAQUINAS DE COMUNICACION DE VARIOS MODOS Y VARIAS BANDAS
Campo de la invención La presente invención se refiere generalmente a topología frontal o de primer plano y, más particularmente, a disposiciones de frontales para electrónica de auriculares celulares móviles de varias bandas y/o varios modos. Antecedentes de la invención El término "frontal o de primer plano" según se usa en esta descripción, significa los componentes y funciones entre- las -antenas— —l-os—ampl-ifieadores—de— o encia- o- RF-ASIC "(circuito integrado" específico de ~ aplicaciones de radiofrecuencia) , pero algunos módulos frontales también pueden incluir amplificadores de potencia. El primer plano en máquinas de varias bandas y varios modos, especialmente aquellas que están diseñadas para satisfacer el requerimiento de funcionalidad MIMO (varias entradas, varias salidas) y/o funcionalidad de diversidad, normalmente es muy complejo en estructura y diseño. Ya que el primer plano generalmente comprende muchos conmutadores, consume una cantidad significativa de corriente eléctrica y requiere de varias líneas de control. La funcionalidad MIMO se requiere en terminales móviles nuevas y futuras e, inicialmente, Rx MIMO tiene prioridad toda vez que la velocidad de datos de enlace descendente es más importante que su contraparte de enlace REF:i71202 ascendente en las comunicaciones móviles. Esencialmente, Rx MIMO requiere que se proporcione más de una trayectoria Rx sobre una banda de operaciones particular. Las salidas de estas trayectorias son después monitoreadas y combinadas para dar una velocidad de datos incrementada. La alimentación de antena a cada una de estas trayectorias es independiente una de otra. Actualmente, una máquina de varios modos GSM/W-CDMA está diseñada para tener una antena GSM separada y una antena W-CDMA separada. Una antena W-CDMA está conectada a un duplexor que tiene un filtro pasa-banda tanto para las trayectorias Rx como Tx del modo W-CDMA. La antena GSM está conectada a un módulo conmutador de antenas que típicamente separa primero las frecuencias de 1GHz de las bandas de 2GHz usando un diplexor o similar. Las trayectorias Rx y Tx de cada escala de frecuencias son después separadas por conmutadores . El módulo conmutador de antenas también incluye comúnmente filtración de armónicas de las salidas del amplificador de potencia y puede incluir filtros de ondas acústicas superficiales (SAW) para proporcionar el filtrado para las trayectorias Rx. Un diagrama de bloques típico de una primer plano se muestra en las figuras 1A y IB. Como se muestra en la figura 1A, el módulo GSM incluye cuatro secciones : sección Rx GSM de 1GHz, sección TX GSM de 1GHz, sección Rx GSM de 2GHz y sección Tx GSM de 2GHz. La sección Rx GSM de 1GHz incluye una trayectoria Rx de 869- 894MHz 110, y la trayectoria Rx de 925- 960 MHz 130. La sección Tx GSM de 1GHz, colectivamente indicada como trayectoria 150, incluye dos bandas de frecuencia de 824-849MHz y 880-905 MHz. La trayectoria Rx de 869-894MHz 110 incluye un filtro 116 conectado entre los puertos 112 y un balún 122. La trayectoria Rx de 925-960 MHz 130 incluye un filtro 136 conectado entre los puertos 132 y un balún 142. La funcionalidad del balún puede incorporarse en los filtros 116 y 136 dependiendo de la tecnología del filtro. Las trayectorias Rx 110 y 130 son unidas en un nodo común 410. Estas trayectorias Rx también están unidas con el puerto, 152 -de- la- trayectoria Tx de 824-849/880-905 MHz -150 -en el nodo 412 por medio de un elemento de adaptación 80. Aquí se usan diodos PIN 42 y 44 para la conmutación Tx-Rx. Como alternativa, .también pueden usarse otras tecnologías de conmutación, por ejemplo, CMOS o GaAs p-HEMTs (Transistor Pseudomórfico. de Alta Movilidad de Electrones) . Sin embargo, mediante el uso de los conmutadores CMOS y p-HEMT, la disposición de elementos polarizadores e adaptadores se modificará ligeramente. La sección Rx de 2GHz incluye una trayectoria Rx de
1805-1880 MHz 220, comúnmente referida como el modo 1800GSM, y la trayectoria Rx de 1930-1990 MHz 240, comúnmente referida como el modo 1900GSM. La sección Tx GSM de 2GHz, colectivamente indicada como la trayectoria 260, incluye dos bandas de frecuencia de ¦ 1710 -1758MHz y 1850-1910 MHz.. La trayectoria Rx de 1805-1880 MHz 220 incluye un filtro 226 conectado entre los puertos 222 y un balún 232. La trayectoria Rx de 1930-1990 MHz 240 incluye un filtro 246 conectado entre los puertos 242 y un balún 252. Las trayectorias Rx 220 y 240 son unidas en un nodo común 414 con circuitos o dispositivos de adaptación 84, 86. Estas trayectoria Rx también son unidas con el puerto 262 de la trayectoria Tx de 1710-1758/1850-1910 MHz 260 en un nodo 416 por medio de un elemento de adaptación 82. Aquí se usan diodos PIN 46, 48 para la conmutación Tx-Rx. Las partes de 1GHz y 2GHz son conectadas a un punto de alimentación común 418 de la antena GSM 10 a través de un diplexor 30, las cuales comprenden filtros de armónicas 32, 34 para las trayectorias Tx 150 y 260. En la figura IB, el módulo W-CDMA tiene dos trayectorias: una trayectoria Rx de 2110-2170 MHz 320 y una trayectoria Tx de 1920-1980 MHz 340. La trayectoria Rx 320 incluye un filtro 326 conectado entre los puertos 322 y un balún 332. Sin embargo, el balún también puede estar después del filtro y externo al duplexor. La trayectoria Tx de 1920-1980 MHz 340 tiene un filtro pasa-banda 346 y un puerto 342. La trayectoria Rx 320 es unida con la trayectoria Tx 340 en un nodo 420 y una antena W-CDMA 20 común por medio de un elemento de adaptación 90. Para usar una antena para el modo GSM y una antena para el modo W-CDMA, se requiere que · el primer plano incluya dispositivos de adaptación 80, 82, 84, 86 y otros componentes necesarios para adaptar y polarizar, dependiendo también de la tecnología de conmutación seleccionada, para separar la trayectoria Rx de 1805-1880 MHz 220 y la trayectoria Rx de 1930-1990 MHz 240. La arquitectura de primer plano o frontal es complej a y ocurren pérdidas adicionales en estas trayectorias de recepción. Seria adecuado y deseable proporcionar una arquitectura de primer plano o frontal en la que pudiera reducirse la complejidad. . Bre-ve -descripción de -la invención La ""presente "invención reduce- - la --complejidad del diseño de primer plano al combinar una o más trayectorias Rx GSM de 2GHz con una o más trayectorias VÍ-CDMA.. Con esta combinación, el número de elementos de adaptación y los componentes de conmutación puede ser reducido o incluso eliminarse. Como resultado, el consumo de corriente y -las pérdidas en las máquinas de primer plano también pueden ser reducidos, y se requieren menos líneas de control. De esta manera, de acuerdo con el primer aspecto dé la presente invención, se proporciona un primer plano transceptor para usarse en un dispositivo de comunicación portátil, el dispositivo de comunicación tiene una primera antena y una segunda antena separada eléctricamente de la primera antena, el primer plano transceptor tiene una pluralidad de trayectorias de señales para transportar señales de comunicación en el dispositivo de comunicación, incluyendo por lo menos una primera trayectoria de señales para transportar una señal de comunicación en una primera banda de frecuencias, y una segunda trayectoria de señales para transportar una señal de comunicación en una segunda banda de frecuencias, la cual es traslapada al menos parcialmente con la primera banda de frecuencias, el primer plano comprende: un primer punto de alimentación, conectado operativamente a la primera antena, para transportar las
_señales_ de_ comunicación en_la primera, trayectoria de señales
-en- el~ dispositivo de comunicación- ~por~~medio—de la primera antena y un segundo punto - de alimentación, conectado operativamente a la segunda antena, para transportar las señales de comunicación en la segunda trayectoria de señales en el dispositivo de comunicación por medio de la segunda antena de tal manera que las señales de comunicación en las bandas de frecuencia parcialmente traslapadas sean transportadas por medio de diferentes antenas. La primera banda de frecuencias cubre sustancialmente una escala de frecuencias de 1930 MHz a 1990 Hz y la segunda banda de frecuencias cubre sustancialmente una escala de frecuencias 1920 MHz a 1980 MHz. Como alternativa, la. primera banda de frecuencias cubre sustancialmente una escala de frecuencias de 1850 MHz a 1910 MHz y la segunda banda de frecuencias cubre sustancialmente una escala de frecuencias de 1805 MHz a 1880 MHz. El primer plano transceptor comprende además: un primer módulo, conectado operativamente al primer punto de alimentación, para disponer la primera trayectoria de señales para transmitir las señales de comunicación y un segundo módulo, conectado operativamente al segundo punto de alimentación, para disponer la segunda trayectoria _ de__js=ñal_es para recibir las señales de comunicación-. — - El segundo módulo comprende además una tercera trayectoria de señales para la recepción en una tercera banda de frecuencias diferente a la segunda banda de frecuencias. La tercera banda de frecuencias cubre sustancialmente una escala de frecuencias de entre 2110 MHz y 2170 MHz, Las señales de comunicación en la primera y segunda bandas de frecuencias son transmitidas en un modo GSM, y las señales de comunicación en la tercera banda de frecuencias son transmitidas en un modo W-CDMA. El segundo módulo comprende además una cuarta trayectoria de señales para la transmisión sustancialmente en una escala de frecuencias de 1920 MHz a 1980 MHz en un modo -COMA. El primer módulo comprende además una quinta trayectoria de señales para la recepción sustancialmente en una escala de frecuencias de 1930 Hz a 1990 MHz. Como alternativa, la primera banda de frecuencias cubre sustancialmente una primera escala de frecuencias de 1710 MHz a 1785 MHz para transmisión, y una segunda escala de frecuencias de 1850 MHz a 1910 MHz para transmisión, y la segunda banda de frecuencias cubre sustancialmente una tercera escala de frecuencias de 1805 MHz a 1880 MHz para recepción. La_pr-imera—trayjectoria_de_señales-Compxende.: i n™primer extremo; ~ - un segundo extremo conectado operativamente al primer punto de alimentación; un primer filtro pasa-banda dispuesto entre el primer extremo y el segundo extremo para filtrar las señales de comunicación en la primera escala de frecuencias; • un segundo filtro pasa-banda dispuesto en paralelo al primer filtro pasa-banda entre el primer extremo y el segundo extremo para filtrar las señales de comunicación en la segunda escala de frecuencias; un primer medio de adaptación conectado operativamente al primer extremo y un segundo medio de adaptación conectado operativamente al segundo extremo.
El primer punto de alimentación también está conectado a una tercera trayectoria de señales para recibir señales de comunicación sustancialmente en una escala de frecuencias de 1930 MHz a 1990 MHz. Adecuadamente, un circuito de conmutación es conectado operativamente al primer punto de alimentación para proporcionar una función de conmutación entre la primera trayectoria de señales y la tercera trayectoria de señales. El medio de conmutación comprende : un primer diodo PIN conectado en serie a la primera txaye.cjb_oria._de_señales., ·__.. ... _ ... _ un segundo diodo PIN conectado a la tercera trayectoria de señales en una configuración derivada, y un medio de desplazamiento de fases conectado entre el primero y segundo diodos PIN. Como alternativa, el medio de conmutación comprende: un primer conmutador de estado sólido conectado en serie a la primera trayectoria de señales y un segundo conmutador de estado sólido conectado en serie a la tercera trayectoria de señales, en donde las señales de comunicación recibidas en las tercera trayectoria de señales son transmitidas en un modo GSM. En forma adecuada, el primer punto de alimentación está conectado además a trayectorias de señales para la transmisión y recepción de señales de comunicación en un modo GSM que opere en una escala de frecuencias de menos de 1000 MHz . Como alternativa, la primera banda de frecuencias cubre sustancialmente una escala de frecuencias de 1805 MHz a 1880 MHz para transmitir las señales de comunicación, y la segunda banda de frecuencias cubre sustancialmente una escala de frecuencias de 1850 MHz a 1910 MHz para recibir las señales de comunicación, y en donde el segundo punto de alimentación también está conectado a una tercera trayectoria de señales para la -recepción __de—s£ñales_,jie_ccmunica.c.ÍDn-__sustancialmente en una escala de frecuencias de 1930-1990 MHz. Como alternativa, la primera banda de frecuencias cubre sustancialmente una escala de frecuencias de 1805 MHz a 1880 MHz para transmitir las señales de comunicación, y la segunda banda de frecuencias cubre sustancialmente una escala de frecuencias de 1850 MHz a 1910 MHz para recibir las señales de comunicación, y en donde el primer punto de alimentación también está conectado a una tercera trayectoria de señales para la transmisión de señales de comunicación sustancialmente en una escala de frecuencias de 1920 MHz -1980 MHz. En forma adecuada, el primer punto de alimentación también está conectado a una cuarta trayectoria de señales para la transmisión de señales de comunicación sustancialmente en una escala de frecuencias de 1920 MHz -1980 MHz. La primera banda de frecuencias cubre también una escala de frecuencias adicional sustancialmente entre 1710 MHz a 1785 MHz. El segundo punto de alimentación también está conectado a una quinta trayectoria de señales para la recepción de señales de comunicación en una escala de frecuencias sustancialmente entre 2110 MHz y 2170 MHz. El primer punto de alimentación también está conectado a trayectorias de señales adicionales para la transmisión y recepción de señales de comunicación ' en un modo GSM que opere en una escala de frecuencias de menos de 1-000 MHz. · — " En forma adecuada,- el "dispositivo """de comunicación portátil comprende además una tercera antena, el primer plano transceptor comprende además un tercer módulo que tiene un tercer punto de alimentación conectado operativamente a la tercera antena, el tercer punto de alimentación está separado eléctricamente del primero y segundo puntos de alimentación, en donde el tercer módulo comprende además : por lo menos una trayectoria de señales adicional para recibir una señal de comunicación sustancialmente en una de las escalas de frecuencias: (1805 - 1880 MHz) , (1930 - 1990 MHz) y (2110 - 2170 MHz) . De acuerdo con el segundo aspecto de la presente invención, se proporciona un método para reducir la pérdida de recepción en un dispositivo de comunicación portátil, el dispositivo de comunicación tiene: una primera antena, una segunda antena separada eléctricamente de la primera antena y un primer plano transceptor para transportar señales de comunicación en el dispositivo de comunicación, en donde el primer plano transceptor comprende : un primer punto de alimentación, conectado operativamente a la primera antena, un segundo punto de alimentación, conectado —operativamente—a—l-a—segunda— ntena—y- - - liña " pluralidad de trayectorias de señales, incluyendo al menos una primera trayectoria de señales para transportar una señal de comunicación en una primera banda de frecuencias, y una segunda trayectoria de señales para transportar una señal de comunicación en una segunda banda de frecuencias, la cual se traslapa al menos parcialmente con la primera banda de frecuencias, el método comprende las etapas de: conectar operativamente la primera trayectoria de señales al primer punto de alimentación y conectar operativamente la segunda trayectoria de señales al segundo punto de alimentación, de tal manera que las señales de comunicación en las bandas de frecuencias parcialmente traslapadas sean transportadas por medio de antenas diferentes. La primera banda de frecuencias cubre sustancialmente una escala de frecuencias de 1930 MHz a 1990 MHz, y la segunda banda de frecuencias cubre sustancialmente una escala de frecuencias de 1920 MHz a 1980 MHz. Como alternativa, la primera banda de frecuencias cubre sustancialmente una escala de frecuencias de 1850 MHz a 1910 MHz, y la segunda banda de frecuencias cubre sustancialmente una escala de frecuencias de 1805 MHz a 1880 MHz. Como alternativa, la primera banda de frecuencias cubre sustancialmente" una escala de~ frecuencias de 1850 MHz a 1910 MHz para la transmisión de señales de comunicación, y la segunda banda de frecuencias cubre sustancialmente una escala de frecuencias de 1805 MHz a 1880 MHz para la recepción de las señales de comunicación, y en donde la recepción también se lleva a cabo en una tercera trayectoria de señales en una escala de frecuencias sustancialmente de entre 2110 MHz y 2170 MHz. El método comprende además la etapa de: conectar operativamente la tercera trayectoria de señales al segundo punto de alimentación. De manera adecuada, la transmisión también se lleva a cabo en una cuarta trayectoria de señales en una escala de frecuencias sustancialmente entre 1930 MHz y 1990 MHz. El método comprende además la etapa de : conectar operativamente la cuarta trayectoria de señales al primer punto de alimentación. Como alternativa, la primera banda de frecuencias cubre sustancialmente una escala de frecuencias de 1850 MHz a 1910 MHz para la transmisión de las señales de comunicación, y la segunda banda de frecuencias cubre sustancialmente una escala de frecuencias de 1805 MHz a 1880 MHz para la recepción de las señales de comunicación, y en donde la recepción también se lleva a cabo en una tercera trayectoria de señales en una escala de frecuencias sustancialmente entre 2110 MHz y -2-1-70 -MHz-.—El—método comprende—además la etapa de: conectar " operativamente la tercera trayectoria de señales al primer punto de alimentación. De manera adecuada, la transmisión también se lleva a cabo en una cuarta trayectoria de señales en una escala de frecuencias sustancialmente entre 1930 MHz y 1990 MHz. El método comprende además la etapa de: conectar operativamente la cuarta trayectoria de señales al segundo punto de alimentación. De acuerdo con el tercer aspecto de la presente invención, se proporciona un dispositivo de comunicación portátil, que comprende: una primera antena RF; una segunda antena RF separada eléctricamente de la primera antena y un primer plano transceptor que tiene una pluralidad de trayectorias de señales para transportar señales de. comunicación en el dispositivo de comunicación, incluyendo al menos una primera trayectoria de señales para transportar una
5 señal de comunicación en una primera banda de frecuencias, y una segunda trayectoria de señales para transportar una señal de comunicación en una segunda banda de frecuencias, la cual es traslapada al menos parcialmente con la primera banda de frecuencias, en donde el primer plano comprende además: 0 un primer punto de alimentación, conectado
- - operativamente-—a—-la- -primera—antena-, —para -transportar las señales de " comunicación en la primera trayectoria de señales en el dispositivo de comunicación por medio de la primera antena y 5 un segundo punto de alimentación, conectado operativamente a la segunda antena, para transportar las señales de comunicación en la segunda trayectoria de señales en el dispositivo de comunicación por medio de la segunda antena de tal forma que las señales de comunicación en las 0 bandas de frecuencias parcialmente traslapadas sean transportadas por medio de antenas diferentes . De manera adecuada, el primer plano comprende además : un primer módulo, conectado operativamente al primer 5 punto de alimentación, para disponer la primera trayectoria de señales y un segundo módulo, conectado operativamente al segundo punto de alimentación, para disponer la segunda trayectoria de señales. La primera banda de frecuencias cubre sustancialmente una escala de frecuencias de 1920 MHz a 1980 MHz, y la segunda banda de frecuencias cubre sustancialmente una escala de frecuencias de 1930 MHz a 1990 MHz. Como alternativa, la primera banda de frecuencias cubre sustancialmente una escala de frecuencias de 1805 MHz a 1880 MHz, y la segunda banda de frecuencias cubre sustancialmente una escala de frecuencias 1850 MHz a 1910 MHz. El dispositivo de comunicación puede ser un teléfono móvil, un dispositivo comunicador o similar. La presente invención se hará aparente después de leer la descripción tomada en conjunto con las figuras 2A a 8. Breve descripción de las figuras La figura 1A es un diagrama de bloques que ilustra una parte GSM de un módulo frontal o de primer plano de la técnica anterior. La figura IB es un diagrama de bloques que ilustra una parte W-CDMA del mismo módulo, de primer plano de la técnica anterior. La figura 2A es un diagrama de bloques que ilustra una parte GSM de una modalidad del módulo de primer plano de acuerdo con la presente invención.
La figura 2B es un diagrama de bloques que ilustra una parte GSM/W-CDMA mixta del módulo de primer plano de la figura 2A. La figura 2C es un diagrama de bloques que ilustra una disposición de conmutación diferente en la sección de banda superior GSM. La figura 2d es un diagrama de bloques que ilustra otra disposición de conmutación diferente en la sección de banda superior GSM. La figura 3 es un diagrama de bloques que ilustra una modalidad diferente de la parte GSM del módulo_de primer plano de acuerdo -eon—la presente- invención.-- - - La figura 4A es un diagrama de bloques que ilustra una módulo Tx GSM/W-CDMA de 2GHz mixto en combinación con un módulo Tx/Rx GSM de 1GHz, de acuerdo con la modalidad preferida de la presente invención. La figura 4B es un diagrama de bloques que ilustra una módulo Rx GSM/W-CDMA de 2GHz mixto, de acuerdo con la modalidad preferida de la presente invención. La figura 4C es un diagrama de bloques que ilustra una disposición de conmutación diferente en. la. trayectoria de. señales de banda superior GSM y la trayectoria W-CDMA. La figura 4D es un diagrama de bloques que ilustra filtros con una función de equilibrio que se usan en el módulo de recepción de la figura 4B.
La figura 4E es un diagrama de bloques que ilustra otro módulo GSM/W-CDMA mixto, en donde la separación de frecuencias entre cualquiera de dos bandas es de al menos 20 MHz . La figura 4F es un diagrama de bloques que ilustra un módulo GSM/W-CDMA mixto, que se usará junto con el módulo de la figura 4D en un primer plano transceptor. La figura 5A es una representación esquemática que muestra el aislamiento de la antena Tx-Rx en el primer plano GSM/W-CDMA, de acuerdo con la presente invención. La figura 5B es una gráfica __jde_ frecuencias que muestra -el tras-lape en las frecuencias de GSM y W-CDMA. La figura 6A es un diagrama de bloques que ilustra el uso de conmutadores para resolver el problema de aislamiento de bandas cruzadas en el módulo Rx GSM/W-CDMA de 2GHz en un primer plano' transceptor . . La figura 6B es un diagrama de bloques que ilustra el uso de un amplificador de bajo ruido para resolver el problema de bandas cruzadas en el módulo Rx GSM/W-CDMA de 2GHz en un primer plano transceptor. La figura 7 es un diagrama de bloques que ilustra dos módulos de recepción para usarse en' un receptor de-MIMO/diversidad. La figura 8 es una representación esquemática que muestra una terminal móvil que tiene un primer plano transceptor de acuerdo con la presente invención. Descripción detallada de la invención El rendimiento de Rx y Tx de la banda GSM superior (2GHz) en una terminal móvil de varias bandas y varios modos (o un dispositivo comunicador y similar) puede mejorarse al reasignar algunas de las trayectorias GSM y W-CDMA en el primer plano de la máquina. La terminal móvil 1 se muestra esquemáticamente en la figura 8, la cual muestra un primer plano transceptor 2 que comprende un primer módulo 4 conectado operativamente a una antena 10, y un segundo módulo 8 —conectado opera-fe-iv-ament-e—a-una -antena-20. - —- — De acuerdó ~"c ñ una modalidad de la presente invención, el Rx 1800GSM (1805-1880 MHz) es movido del conmutador de antenas al duplexor W-CDMA. Como se muestra en la figura 2A, la parte de 2GHz del módulo GSM sólo tiene una trayectoria Rx 240: Rx 1900GSM (1930-1990 MHz) . De esta forma, los elementos de adaptación 84 y 86 (véase figura 1A) pueden ser eliminados. La trayectoria Rx 1800GSM 220 comparte la antena de banda superior 20 del módulo W-CDMA, como se muestra- en la figura 2B. Debido a los modos de operación diferentes entre el duplexor W-CDMA (trayectoria Rx 320 y trayectoria Tx 340) y el GSM, la trayectoria Rx 1800GSM 220 puede ser conectada directamente al nodo 422, sin la necesidad de conmutadores . Sólo se usa un circuito de adaptación 92 para adaptar uno de los filtros. Esta disposición reduce las pérdidas de esta banda Rx específica hasta en 2dB debido a que se evitan las pérdidas causadas por los conmutadores para la conmutación Tx-Rx y el diplexor 30 o similar (véase figura 1A) . Se debe notar que la conmutación mostrada en la figura 2A se logra por diodos PIN en una configuración en serie (48) /en derivación (46) , requiriendo de una línea de transmisión ?/4 o de un desplazador de fases de 90 grados (82) . Sin embargo, existen alternativas: ambos diodos pueden estar en serie (48, 54) como se muestra en la figura 2C. En este caso, también-extraen corriente cuando el primer plano transceptor es operado en el modo Rx:" Los diodos también- pueden ser reemplazados por conmutadores CMOS 72, 74, conmutadores p-HEMT, MEMS o similares, como se muestra en la figura 2D. Estos conmutadores tienen una corriente de control muy baja. El uso de conmutadores suficientemente lineales en la rama Tx (260) haría posible poner a los conmutadores 46, 48 y 54 entre la antena y el filtro Tx de banda superior 34 (también usado para diplexar) . Esto reduciría las pérdidas en 1a- rama Rx 240. Un buen candidato para estos conmutadores sería CMOS sobre SOI (Silicio Sobre Aislador) , por ejemplo. Una mejora más para reducir las pérdidas del Rx" 1900GSM y el T 1800 y 1900GSM se puede lograr mediante el usó de filtros pasa-banda separados en la trayectoria Tx (1710-1758) / (1850-1910) GSM 260. Como se muestra en la figura 3, un circuito de adaptación 270 separado y un filtro pasa-banda 266 separado se usan para el Tx 1800GSM (1710-1785 MHz) , y un circuito de adaptación 272 separado y un filtro pasa-banda 268 se usan para el Tx 1900GSM (1850-1910 MHz) . Así, los elementos de conmutación 46, 48 y 82 (véase figura 2A) y el filtro de armónicas 34 se eliminan y se reemplazan' por filtros pasa- banda Tx selectivos 266, 268. Estos dos filtros pasa-banda son adaptados en ambos extremos con circuitos 270> 272, los cuales son elementos pasivos que pueden ser integrados en el módulo, por ejemplo. La remoción de los conmutadores y el diplexor/filtro de armónicas hace posible adaptar los tres - —fi-l-tros—a—un -sol-©—punto— de- alimentación de antena 510 sin conmutación. En esta disposición, ~ßG filtro Rx X900GSM 246 y el filtro Tx 1900GSM 268 correspondiente actúan como un duplexor. Así, se puede reducir la pérdida de inserción. Más aún, la trayectoria W-CDMA de 1920-1980 MHz 340 en la figura 2B y la trayectoria Rx 1900GSM 240 en la figura 3 pueden cambiar lugares, como se muestra en las figuras 4A y 4B. Como se muestra en la figura 4A, la trayectoria Tx W-CDMA de 1920-1980 MHz 340 es conectada directamente al punto de alimentación de antena 510 sin la necesidad del elemento de adaptación 92 (véase figura 2B) . Como se muestra en la figura 4B, aunque hay tres trayectorias Rx 220, 240, 320 conectadas a la antena 20 con un punto de alimentación de antena 520, sólo un circuito de adaptación 274 se requiere para adaptar uno de los filtros. Esta disposición proporciona beneficios adicionales . En la disposición mostrada en las figuras 4A y 4B, todas las trayectorias Rx y Tx de banda superior están separadas . Las trayectorias Rx de banda superior están conectadas a la antena 20, mientras que las trayectorias Tx de banda superior están conectadas a la antena 10. Así, las antenas R y Tx 10, 20 pueden ser antenas desequilibradas, con cada antena en un módulo separado. Más aun, cada módulo tiene tres filtros para la banda superior que son adaptados a un solo punto de alimentación con un elemento de adaptación. Al igual_.que _c_o.n los elementoS-__de__c.onmutación^ 48, _46, 82 en la figura 2A, los elementos de adaptación en la figura 4A pueden ser reemplazados por conmutadores CMOS o p-HEMT 76, 78, como se muestra en la figura 4C. De esta manera, sólo un filtro Tx de 2GHz 34 y un filtro Tx W-CDMA 346 son necesarios. El conmutador en las trayectorias Tx tiene que ser muy lineal . Las antenas separadas para las trayectorias Rx y Tx proporcionan cierta atenuación Tx a Rx "para libertad". El. término "para libertad" en este contexto significa que, para tener más de una antena que no sean influenciadas demasiado una por otra (condiciones de carga en el puerto, de antena, etc.), debe haber cierta cantidad de aislamiento entre las antenas, típicamente 10 dB siendo un requerimiento mínimo. Este es el caso incluso en la disposición de antenas GSM contra W-CDMA convencional. Esto significa que, con .una disposición de R y Tx adecuada, los 10 a 20 dB de aislamiento pueden usarse para lograr también algo del aislamiento Tx a Rx requerido. Esto da como resultado cierta relajación en los requerimientos de duplexión. Además, la antena Rx 20 puede ser optimizada ahora para omni-direccionalidad. Asimismo, la antena Tx de banda superior 10 puede ser optimizada para lograr una SAR (velocidad de absorción específica) tan baja como sea posible para teléfonos móviles de baja radiación. Además, ya que el nivel de impedancia de la cadena Rx es típicamente más alto que el de su contraparte Tx, la ^ impedancia de la_antejia_ puede., ser diseñada para adaptarse al Rx de banda superior y Tx de banda- superior únicamente, cuando las cadenas Tx y Rx sean conectadas a diferentes antenas. Los métodos descritos arriba pueden usarse en una máquina frontal o de primer plano para las frecuencias de W- CDMA actuales o futuras de Estados Unidos, o. en una máquina frontal o de primer plano que tenga uso mixto de frecuencias de W-CDMA europeas y estadounidenses. Más particularmente, la presente . invención es aplicable a cualquier conjunto dado de al menos tres bandas de frecuencias que estén cercanas, pero que no se traslapen en frecuencias. Por ejemplo, la trayectoria Tx. GSM de 2GHz 260 como la mostrada ¦ en la figura 4A también puede usarse para la actual W-CDMA de E.U.A. (US1, Tx 1850-1910 MHz) y la nueva W-CDMA de E.U.A. (US2, Tx 1710- 1755 MHz) . Estos modos comparten la misma antena 10 con la trayectoria Tx W-CDMA de EU 340. Asimismo, la trayectoria Rx 1900GSM 204 como la mostrada en la figura 4B también se puede usar para la actual W-CDMA de E.U.A. (US1, Tx 1930-1990 MHz) , y la trayectoria Rx de W-CDMA. europea 320 también se puede usar par la nueva W-CDMA de E.U.A. (US2, Tx 2110-2155 MHz) . Se debe notar que la W-CDMA US2 Rx tiene un ancho de banda más pequeño que su contraparte europea (2110-2170 MHz) . Más aún, no todas las bandas de GSM y W-CDMA tienen que ser implementadas en un sistema Tx/Rx. Para recibir diferentes normas de W-CDMA, se deben diseñar los filtros relevantes para que tengan diferentes frecuencias pasa-banda. -La—f-igura- 4D— muestra- una -modalidad—diferente del módulo Rx de 2GHz como el mostrado en la figura 4B. Los filtros 226, 246 y 326 en estas modalidades diferentes están ya sea completamente equilibrados y cada uno está asociado con un balún enfrente del mismo, o cada uno de los filtros tiene una sola función equilibrada incluida en el mismo (balún acústico) . Esto aplica a todas las combinaciones balún/filtro . Como se muestra en la. figura 4D, el balún y el filtro en cada trayectoria son integrados en un filtro que incluye la transformación individual a equilibrada. Los filtros- que tienen la transformación individual a equilibrada en las trayectorias Rx 220, 240 y 320 son indicados con los números de referencia 228, 248 y 328, respectivamente. En la figura 4A, la separación de frecuencias entre la trayectoria de señales 340 (1920 MHz - 1980 MHz) y la trayectoria de señales 260 (1850 MHz - 1910 MHz) en el mismo módulo 4 sólo es de 10 MHz, haciendo difícil la adaptación de los filtros 346 y 268. Es entonces preferible remover la trayectoria de señales de transmisión para el 1850 -1910 MHz al módulo 8 de la figura 4B, y mover la trayectoria de señales 220 en el módulo 8 al módulo 4, como se muestra en las figuras 4E y 4F. Así, la separación de frecuencias más pequeña entre cualquiera de dos bandas en el mismo módulo es de 20 MHz. En la figura 4F, la separación de frecuencias más pequeña ocurre entre -la -trayectoria—de—señales—260b— (-1850 1910 MHz) y la " ??G. ?? la~~fi~gura 4E, la separación de frecuencias más pequeña ocurre entre la trayectoria de señales 220 (1805 - 1880 MHz) y la trayectoria de señales 340 (1920 - 1980 MHz) . En las figuras 4E y 4F, los artículos 281 -285 son circuitos adaptadores, los cuales pueden ser bobinas, capacitores, líneas de transmisión o similares. Los artículos 226, 246, 266, 268, 326 y 346 son filtros pasa-banda selectivos. Con tres filtros en un módulo Rx, como se muestra en las figuras 4B y 4D, sólo el filtro con la frecuencia que esté entre las bandas de frecuencias más bajas y más altas requiere de un circuito de adaptación, el cual puede implementarse típicamente con un capacitor y uno o más inductores. La adaptación ' también se puede llevar a cabo usando líneas desnudas o diferentes disposiciones de bobinas y capacitores. La adaptación de al menos tres filtros a un solo punto generalmente es posible si la separación de frecuencias entre estos filtros no es demasiado pequeña (la adaptación -con una separación de frecuencias de 1GHz o 2GHz es directa) . El límite de la separación de frecuencias depende de la tecnología de filtros y los requerimientos de selectividad, pero ¦ un mínimo típico es alrededor de 1% de la frecuencia central (es decir, filtros cercanos a 2GHz, por ejemplo los filtros x GSM 1800 y 1900, W-CDMA 2110, son posibles de -adaptar-toda- -vez— ue--i-a—separación entre el borde pasa-banda superior de 1800 y el borde inferior de 1900 tienen una separación de 50 MHz y un separación más grande al Rx de W-CDMA) . En particular, la separación debe ser >20 MHz para tecnologías que en este punto de tiempo pueden lograrse. En el ejemplo anterior, las tres diferentes escalas de frecuencias son 1805-1880 MHz, 1930-1990 MHz y 2110-2170 MHz. La separación de las antenas Rx y Tx en las bandas superiores junto con los filtros Rx empinados proporciona suficiente aislamiento de Tx a Rx como para hacer innecesaria cualquier conmutación Tx/Rx adicional. Además, es posible diseñar los filtros de tal manera que sean lo suficientemente selectivos como para lograr el aislamiento Tx a Rx. Sin embargo, el problema del aislamiento de bandas cruzadas sigue sin resolverse. Este problema se origina a partir del hecho de que incluso a pesar de que las bandas Tx y Rx de una norma dada no se traslapan, pueden haber, en una máquina de varias bandas, traslape entre las frecuencias Tx de una norma y las frecuencias Rx de otra norma. Por ejemplo la norma 1900GSM tiene a su módulo Tx en 1850-1910 MHz y el modo Rx correspondiente en 1930-1990 MHz (teniendo entonces una separación de 20 MHz) . El modo Tx sí se traslapa parcialmente-con el Rx 1800GSM, el cual es operado a 1805-1880 MHz. Esto significa que incluso cuando la señal que proviene de la antena Tx es atenuada correctamente en el filtro Rx 1900GSM, la señal es capaz de pasar a través del filtro Rx 1800GSM. Desde el punto de vista del sistema esto es problemático debido a que el siguiente elemento en la cadena Rx normalmente es un LNA (amplificador de bajo ruido) , el cual ya está integrado en un RF-ASIC. Incluso a pesar de que el LNA para el 1800GSM pudiera estar en el estado apagado, niveles de señal suficientemente altos pueden existir en la entrada a la caja RP-ASIC, por ejemplo, los alambres de ligadura, causando interferencia en la operación del RF-ASIC. Esto especialmente cierto para los RF-ASIC modernos que operan a voltajes de suministro muy bajos tales como 1.2V. En tal caso, una señal de entrada de alto nivel podría incluso dañar al propio RF-ASIC. Además, la única atenuación en estas situaciones de bandas cruzadas se proporciona por las antenas separadas y es . de aproximadamente 10-15 dB. Esta atenuación no es suficiente.
Estas frecuencias de bandas cruzadas potenciales se muestran en las figuras 5A y 5B para el caso que incluye 1800GSM, 1900GSM y la -CD A europea. Como se muestra en la figura 5A, la cadena Tx de banda superior conectada a la antena 10 incluye 1800GSM Tx_3 (1710-1785 MHz) : 1900GS Tx_4 (1850-1910 MHz) y W-CDMA. (EU) Tx_7 (1920-1980 MHz) , y la cadena Rx de banda superior conectada a la antena 20 incluye 1800GSM Tx_3 (1805-1880 MHz) : 1900GSM Tx_4 (1930-1990 MHz) y W-CDMA (EU) Tx_7 (2110-2170 MHz) . Así, el traslape de frecuencias en estas cadenas es: TY_4 - T?y_? (·¾? MH7, HP Ifl^fl a 185.0... Hz) y_Tx_7__-_Ex^ .. (.50
MHz, de 1930 a 1980 MHz) . Los problemas de- bandas cruzadas también se ilustran en la figura 5B. Si la potencia de salida máxima en la antena en el modo Tx es de 30 a 33 dBm (dependiendo de la norma del sistema) y un aislamiento típico que puede lograrse entre dos antenas separadas es de entre 10 a 20 dBm, por ejemplo, entonces el nivel de potencia en la antena Rx es de 13 a 23 dBm. En tal caso, las antenas sí proporcionan cierto aislamiento Tx a Rx libre, pero para la banda cruzada esto no es suficiente, toda vez que un nivel de potencia máximo típicamente aceptable en la entrada RF-ASIC (trayectoria Rx) es de alrededor de OdBm durante el segmento de tiempo Tx (es decir, los LNAs en ASIC están apagados) . Por lo tanto, se requiere de cierto medio para proporcionar atenuación adicional en estos casos de bandas cruzadas.
Una aislamiento de bandas cruzadas suficiente puede lograrse en una máquina de varias bandas mediante básicamente dos métodos: ya sea implementando la conmutación en las trayectorias Rx que sean problemáticas, o moviendo algunos o todos los L As del ASIC al módulo Rx. Estos conmutadores proporcionan un incremento adecuado en el aislamiento, pero también incrementan la pérdida de inserción (los conmutadores pueden tener una disposición diferente,, .por ejemplo en derivación o a tierra) . El aislamiento de bandas cruzadas en el¾ módulo Rx de 2GHz usando conmutadores se muestra en la figura _6A. Por ejemplo, se _usa un „ diodo __PIN_5P . _cpmo. un conmutador—en la— rayectoria Rx 1800GS 220 de tal manera que el diodo PIN 50 sea apagado cuando el modo Tx 1900GSM se use para proporcionar así un buen aislamiento a la trayectoria Rx 1800GSM 220. Asimismo, un diodo PIN 52 se usa como un conmutador en la trayectoria R 1900GSM 240 de tal manera que el diodo PIN 52 sea apagado cuando el modo Tx W-CDMA europeo se use para proporcionar así un buen aislamiento a la trayectoria Rx 1900GSM 240. El PIN sólo es un ejemplo de cómo podría llevarse a cabo la conmutación. MEMS, CMOS y p-HEMT y similares son también posibles. Como se muestra en la figura 6A, los elementos pasivos que incluyen los balunes. 232, 252, 332, el elemento de adaptación 274 y los conmutadores 50, 52 pueden integrarse en un sub-módulo 610. Los filtros 226, 246 y 326 se fabrican por separado como sub-módulos individuales 620, 622 y 624. Todos estos sub-módulos pueden ensamblarse en un modulo Rx 600. El método de LNAs puede, en principio, proporcionar este aislamiento como un bono, toda vez que un LNA no' polarizado (=apagado) tiene muy buen aislamiento (de entrada a salida) y por consiguiente el nivel de señal en la salida de un LNA en el estado apagado es lo suficientemente pequeño para el RF-ASIC. Mover los LNAs fuera del RF-ASIC al módulo de filtro tiene también varios otros beneficios que se describen más adelante. El aislamiento de bandas cruzadas usando LANs se muestra en la figura ~6 . Como~sé~Tñúestira, tres amplificadores de bajo ruido 224, 244 y 324, respectivamente, se usan en la trayectoria Rx 1800GSM 220, trayectoria RX 1900GSM 240 y trayectoria Rx W-CDMA 320. Los amplificadores de bajo ruido 224, 244 y 324 son integrados en un sub-módulo 630. Los elementos pasivos que incluyen los balunes 232, 252, 332 y el elemento de adaptación 274 están integrados en un sub-módulo 612. Los filtros 226, 246 y 326 se fabrican por separado como sub-módulos individuales 620, 622 y 624. Todos estos sub-módulos pueden ensamblarse en un módulo Rx 601. Cuando se opera en el modo Rx 1900GSM, sólo el LNA 244 está encendido, y el LNA 1800GSM 224 está apagado para proporcionar así el aislamiento necesario. De manera similar, cuando se opera en W-CDMA (Eü o US2) con la trayectoria Rx 320, sólo el LNA 324 está encendido. El LNA 1900GSM 244 está apagado. Las ventajas de esta disposición incluyen que el LNA en el estado apagado proporciona el aislamiento "para libertad" y funciona como un conmutador, y que la adaptación entre los filtros y los LNAs pueden diseñarse para lograr rendimientos óptimos. Se debe notar que sólo el proceso bipolar se requiere para los amplificadores de bajo ruido. Un RF-ASIC puede hacerse de CMOS . Si los balunes en los módulos Rx no son balunes acústicos, como aquellos mostrados en las figuras 4D, 6A y 6B, pueden_ser. integrados .con elementos de adaptación pasivos, por ejemplo sobre microcircuitos- de silicio muy delgados, u otros microcircuitos semiconductores o de cristal. Se debe notar que la trayectoria Rx 1900GSM 240 también se usa para el actual modo Rx de W-CDMA de E.U.A. (US1) , y la trayectoria Rx de W-CDMA europea 320 se usa también para el nuevo modo Rx de -CDMA de E.U.A. (US2) . De esta manera, el módulo de recepción es un módulo de una sola antena en una combinación Rx de W-CDMA.EU "MUNDIAL" /US2/US1 y 1800/1900GSM. Un beneficio adicional de separar el Rx y Tx de banda superior es que la arquitectura de primer plano es muy adecuada para soportar la funcionalidad de Rx-MIMO/diversidad. En un módulo de recepción MIMO, al menos dos de las trayectorias de señales conectadas a dos antenas diferentes se usan simultáneamente para recibir señales del mismo modo en la misma banda de frecuencias. Por ejemplo, en la combinación W-CDMA EU/US2 MIMO y Rx 1800GSM, las trayectorias W-CDMA EU/US2 320 están conectadas por separado a dos antenas. La segunda antena también es adaptada a la trayectoria Rx 1800GSM 220. En diversidad, el único requerimiento es la duplicación del módulo, o una o más trayectorias de señales. Por ejemplo, dos módulos Rx idénticos pueden usarse colateralmente, como se muestra en la figura 7. En tal caso, sólo un módulo Tx (figura 4A o figura 4C, por ejemplo) es necesario. En los -módulos que-—contienen trayectorias Tx -de banda superior, tales" como trayectorias" x" 1800 ~y T90OGSM 260 y/o trayectoria Tx W-CDMA (EU) 340, la banda T 1800GSM y la banda Tx 1900GSM, en la mayoría de los casos, se proporcionan desde un amplificador de potencia (PA) común. Así, la filtración Tx de la trayectoria Tx GSM de banda superior puede hacerse con un filtro de armónicas, tal como el filtro 34 en la figura 2A, que tenga un pasa-banda 16 suficientemente ancho como para cubrir ambas bandas Tx de GSM. Como alternativa, la filtración Tx se logra mediante el uso de dos filtros pasa-banda, tales como los filtros 266, 268 en las figuras 3 y 4A, que son adaptados uno al otro tanto en el extremo de salida como en el extremo de entrada. La trayectoria Tx W-CDMA 340 requiere de un filtro separado, tal como el filtro pasa-banda-346 en la figura 4A. Cualquiera del filtro de armónicas 34, filtros pasa-banda 266, 268 y 346 pueden ser un filtro equilibrado, o un filtro que lleve a cabo una transformación individual a equilibrio, dependiendo de si alguno de los amplificadores de potencia tiene una salida diferencial. 5 Las bandas GSM de 1GHz 110, 130, 150 son conectadas ya sea a la antena Tx o la Rx usando en un enfoque de conmutación de antenas convencional. Es decir, una de las antenas tiene que diseñarse de tal manera que también tenga una resonancia a 1GHz. La principal razón de esto es que la 0 antena de 1GHz es la más grande y no se considera por lo tanto . q e sea posible tener antenas Tx y Rx separadas para las
— — andas-más -bajas . Las ventajas de esta invención son muchas (algunas pueden depender de la combinación e implementación específica 5 de las bandas) : La reducción del número de conmutadores: baja pérdida de inserción, menos líneas de control, consumo de corriente más pequeño (un diodo PIN extrae de 4 a 10 mA. de corriente). Reducción de los componentes de polarización 0 asociados con conmutadores. Antenas Rx y Tx separadas : para el aislamiento Tx a Rx libre, requerimientos de filtración menos . estrictos (especialmente en aplicaciones de CDMA) , menor número de componentes . 5 LNAs en el módulo Rx (o en el módulo en donde los filtros Rx están) : LNA en estado apagado proporciona el aislamiento de bandas cruzadas libre (no se requieren conmutadores) , la adaptación entre los filtros y el LNA puede diseñarse idealmente sin factores desconocidos a partir de varios diseños de máquinas (enrutado, etc.), sólo se requiere una cifra de ruido de nivel de sistema bipolar en la mayoría de los casos mejorada y con menos variación, en aplicaciones MIMO el módulo Rx completo puede duplicarse y debido a los LNAs en el módulo conexiones incluso más grandes a RF-ASIC ocasionan sólo pequeñas variaciones en la cifra y ganancia de ruido- (una c-if-ra -de—^ruido -igual -en- las- diferentes ramas Rx es
"importante en un"Treceptor MIMO)~~ ~ ~ Los módulos que tienen un contorno común, asignación I/O pueden usarse sólo con la caja interna seleccionado en la etapa de fabricación del módulo, dependiendo de la construcción requerida. La filtración de Tx de GSM con filtros verdaderamente selectivos obvia la necesidad de conmutadores, ya que al menos tres filtros sin traslape en frecuencias pueden adaptarse a un solo punto de alimentación. La antena Rx 20 puede ser optimizada para omni-direccionalidad, mientras que la antena Tx de banda superior 10 puede optimizarse para lograr una SAR (velocidad de absorción específica) tan baja como sea posible para una baja radiación desde la terminal móvil.
Se debe notar que los modos W-CDMA. como los descritos arriba están relacionados con W-CDMA. EU/US1/US2. Sin embargo, la presente invención también es aplicable a . todos los demás modos W-CDMA que existen actualmente y a aquellos que se desarrollarán en el futuro, siempre y cuando sean operados sustancialmente en .las mismas escalas de frecuencias. De esta manera, aunque la invención ha sido descrita con respecto a una modalidad preferida de la misma, se entenderá por los expertos en la técnica que lo anterior y varios otros cambios, omisiones y desviaciones en la forma y --deteaile—de-la-misma—pueden—hacerse-sin-ale.j-ars.e-.-del . alcance de ésta invención. Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.