TWI245498B - Radio frequency communication between devices via a power plane on a circuit board - Google Patents

Radio frequency communication between devices via a power plane on a circuit board Download PDF

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TWI245498B TW093121616A TW93121616A TWI245498B TW I245498 B TWI245498 B TW I245498B TW 093121616 A TW093121616 A TW 093121616A TW 93121616 A TW93121616 A TW 93121616A TW I245498 B TWI245498 B TW I245498B
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Description

1245498 (1) 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明之實施例係有關電路板上之裝置間的通訊領域 ’更明確地說,本發明之實施例係有關發送及接收在電路 板上之經由RF (射頻)的通訊。 【先前技術】 電腦平台成長趨勢正處於衝突期間,在電路板上之所 需數量的電壓平面及通訊訊號正在擴展,並且電路板上之 矽裝置的尺寸正在成長以容納電腦之所增加之能力的同時 ,從製造及消費者兩者的觀點來看,有使電路板的尺寸最 小化之需求。達成此目的之其中一方式爲使用電力平面來 幫助模組化電路板上之裝置間的無線電通訊。 同樣地,對美國商業部門之國家通信及資訊管理局( NTIA )頻譜圖如何描述對美國境內所操作之無線電服務 的射頻頻譜分配來說,也可以其他環境界定分配。在一模 組化電路板上,舉例來說,除了傳送數位訊號於訊號路徑 上以外,頻率範圍可以被預先分配給模組化電路板’以致 能裝置之間的通訊。 【發明內容】及【實施方式】 本發明之實施例的一個樣態爲一電路板,其中’裝置 經由RF (射頻)訊號而通訊。模組化電路板可以包含〜 具有至少一電力平面的電路板;多個裝置,一些裝置係連 -4 - (2) 1245498 /接 裝 方 波 面 裝 的 想 和 實 可 程 體 可 媒 依 碟 唯 式 程 接到該電力平面;以及至少一 R F訊號轉換器,以發射 收及轉換RF訊號至及自數位訊號。 本發明之實施例的另一個樣態爲使電路板上之第一 置將數位訊號經由一電力平面而通訊連絡到第二裝置的 法,此方法包含根據所接收到之數位訊號而將適當的載 頻率調變成RF訊號,而後發射此RF訊號於該電力平 上。 本發明之實施例的又一個樣態爲使電路板上之第二 置於一電力平面上接收發送自第一裝置訊號之RF訊號 方法,此方法包含接收RF訊號、從RF訊號中濾掉不 要的頻率、及解調變經濾波之RF訊號以復原數位訊號< 本發明之實施例包含各種操作,其將被敘述於下。 本發明之實施例相關聯的操作可以藉由硬體裝置來予以 施’或者可以用機器-可執行之指令來予以具體化,其 以被用來致使通用或專用處理器或者以諸指令來予以編 之邏輯電路實施該等操作。替換地,可以藉由硬體及軟 的組合來實施該等操作。 本發明之實施例可以被提供做爲電腦程式產品,其 以包含具有機器-可執行指令儲存於其上的機器-可讀取 體’而機器-可執行指令可以被用來編程電腦,以實施 據本發明之程序。機器-可讀取媒體可以包含軟碟、光 、CD-ROM (光碟-唯讀記憶體)、及磁光碟、ROMs ( 讀記憶體)、RAMs (隨機記憶體)、EPROMs (可拭除 可編程唯讀記憶體)、EEPROMs (電磁可拭除式可編 (3) 1245498 唯讀記憶體)、磁卡或光學卡、快閃記憶體、或者其他類 型之適用來儲存電子式指令的媒體/機器-可讀取媒體,但 並非僅限於此。 況且’本發明之實施例也可以被下載做爲電腦程式產 品’其中’程式可以經由通訊鏈路(例如,調變解調器或 網路連接),透過被具體化成載波或者其他傳遞媒體之資 料訊號的方法而從遠端電腦(例如,伺服器)轉移到請求 的電腦(例如,客戶)。因此,在此,載波將會被視爲包 含機器-可讀取媒體。 導論 使用預先分配之射頻來調整射頻頻譜之可使用於不同 類別之裝置的部分,而不同類別之裝置係連接到用於通訊 連絡之電力平面,有可能藉由在印刷電路板之電力平面上 發送及接收電氣RF電波而致能電路板上之諸裝置間的rf 通訊。 在此所使用之”裝置”係有關可以被連接到電路板之組 件,而且典型上爲矽,舉例來說,裝置可以祇是單一個積 體電路,或者可以包含許多個積體電路,例如,微處理器 、U S B (通用串列匯流排)控制器、或平行瑋控制器。應 該了解到,這些祇是可以被使用於本發明之實施例中之裝 置的例子,並且本發明之實施例並不僅限於所敘述的例子 〇 如同在此所使用的,電路板可以是一薄板,其上置有 -6 - (4) 1245498 積體電路(例如,印刷電路板),並且模組化電路板可以 是一含有積體電路的板子。模組化電路板,舉例來說,可 以包含一母板、一擴充板、一子卡、一控制卡 '或一網路 介面卡。 電力平面可以是一媒體,藉由此媒體,電力可以被轉 移到電子裝置,舉例來說,電腦母板可以包含一或多個電 力平面,各電力平面載有不同的電壓,例如,5V, 3.3 V ,]2 V。母板設計可以依照裝置規格而將這些電力平面 連接到各個砂裝置。電力平面可以係由一片構成印刷電路 板之玻璃纖維上的銅多邊形所做的,電力平面也可以係由 一串以將相同的電力平面分配到電氣裝置之方式連接在一 起的導線所做的。 發射及接收資訊 如同圖1之流程圖所舉例說明的,R F訊號轉換器藉 由根據數位訊號而將適當的載波頻率調變1 02成RF訊號 ]0 4,以處理在電力平面上從發送裝置發射到接收裝置的 數位訊號】〇 〇。然後,RF訊號轉換器藉由將發送裝置與 電力平面]0 6阻抗匹配而發射經調變之R F訊號於電力平 面上,並且將RF訊號耦合到電力平面]08上,在此實施 例中,R F訊號轉換器可以僅僅是用來發射R F訊號的R f 發射器,或者是用來發射及接收RF訊號的RF發射接收 器。如同在下面做更加詳細的解釋,像在此所使用之適當 的載波頻率可以包含一在用於給定電路板及/或給定裝置 (5) 1245498 之預先分配之頻率範圍的限制內之載波頻率。 此方法被舉例說明於圖3中,其開始於方塊3 00,並 且繼續至方塊3 0 2,在方塊3 02中,RF訊號轉換器根據 數位訊號而將載波頻率調變成r F訊號,在方塊3 0 4,經 調變之RF訊號被發射於電力平面上,此方法結束於方塊 3 0 6 〇 如同圖2之流程圖所舉例說明的,接收裝置接收RF 訊號,該RF訊號被耦合至電力平面丨〇 8上,並且藉由將 接收裝置對電力平面做阻抗匹配而對應於來自發送裝置的 數位訊號,而且解除耦合該數位訊號。然後,不想要的頻 率被濾掉200,並且最終的RF訊號被解調變以復原數位 訊號2 0 6。在此實施例中,RF訊號轉換器可以僅僅是用 來接收RF訊號的R.F接收器,或者是用來發射及接收rf 訊號的RF發射接收器。 此方法被舉例說明於圖4中,其開始於方塊4 00,並 且繼續至方塊4〇2,在方塊4 02中,對應於源自發送裝置 之數位訊號的RF訊號藉由將接收裝置對電力平面做阻抗 匹配,並且解除該數位訊號與電力平面的耦合而被接收裝 置所接收到。在方塊4 〇 4,不想要的頻率被濾掉,並且在 方塊4 0 6,R F訊號被解調變而復原數位訊號,此方法結 束於方塊4 0 8。 如同圖5之方塊圖所舉例說明的,依據本發明之一般 實施例的系統包含一具有至少一電力平面5 ] 0 (僅一個被 顯示出)的電路板5〇〇 ;多個裝置5 02, 5(M,其中,至 (6) 1245498 少兩個裝置被連接到電力平面5 ] 〇 ;以及至少一 R F訊號 轉換器5 0 6 ’ 5 0 8 (兩個被顯示出),以發射及/或接收 RF訊號512至及/或自另一 RF訊號轉換器(例如,5〇6, 5 〇 8 ’或者另一在此未被舉例說明的r ρ訊號轉換器), 或者至及/或自一裝置(例如,502, 504,或者另一在此 未被舉例說明的裝置)。圖5並未顯示裝置5 0 2, 504 與R F訊號轉換器5 〇 6, 5 0 8之間的任何特殊關係。 圖6係舉例說明依據本發明第一實施例之系統的方塊 圖,此系統包含一具有至少一電力平面5〗〇 (僅一個被顯 示出)的電路板6 0 0 ;多個裝置6 0 2, 6 0 4 (僅兩個被顯 不出,有可能更多),其中,至少兩個裝置被連接到電力 平面;以及至少一 R F訊號轉換器6 0 6, 6 0 8,其係內建 於裝置602, 604中。 圖7舉例說明例如裝置6 0 2之裝置的分解圖。在此例 中之裝置602可以包含兩個積體電路700, 702,其中, R F訊號轉換器6 0 6係在裝置6 0 2的內部中。裝置6 0 2經 由R F成號轉換益6 0 6 (其可以是R F發射器或R ρ發射接 收器),舉例來說,可以藉由產生數位訊號、根據數位訊 號來調變適當的載波頻率、及發射經調變之R F訊號於電 力平面上,而發送通訊至裝置604。裝置602經由RF訊 號轉換器6 0 6 (其可以是RF接收器或RF發射接收器), 舉例來說,可以藉由接收RF訊號、濾掉不想要的頻率、 及解調變R F訊號以復原數位訊號,而接收通訊。 在此例中,R F訊號轉換器6 0 6可以包含調變器7 0 4 (7) 1245498 ,7 Ο 6 ;解調變器7 〇 8, 7 ] 〇 ;連接到各解調變器 7 ] 〇以濾掉不想要之頻率的濾波器7 ] 2, 714 ;-: 解耦I合器7 1 6,發射R F頻率到供應電壓(v c c ) ,而後到電力平面5 1 Ο,及/或從電力平面5丨〇接收 應電壓718的RF頻率;一裝置602用之功率放大 •,及·-低通濾波器7 2 2,去除來自裝置電力井7 2 0 RF訊號。 如同習於此技藝者將會了解到,RF訊號轉換 包含其他在此未顯示出之組件,以使不致模糊了對 之實施例的了解。因此,例如連接到調變器之濾波 低雜訊放大器之組件,他們典型上可以是RF訊號 的部分,並未被顯示在本發明之實施例的舉例說明 圖8係舉例說明依據本發明第二實施例之系統 圖,此系統包含一具有至少一電力平面5]0(僅一 示出)的電路板800 ;多個裝置8〇2, 8 04 (僅兩 不出,有可能更多),其中,至少兩個裝置被連接 平面5 1 0 ;以及多個直立式RF訊號轉換器8 06, 其係經由訊號路由8〗0, 8 1 2而連接到裝置8 〇 2 , 通常,訊號路由爲印刷電路板上之可以連接兩個裝 氣路徑。 在圖8中,直立式RF訊號轉換器806, 808 顯示對應於獨特的裝置8 0 2, 8 0 4。替換地,系統 含一直立式RF訊號轉換器,以處理所有的RF_數 ,或者多個RF訊號轉換器,其並不對應於裝置 7 0 8, 稱合器/ 7 ] 8上 離開供 :器 720 之高頻 器可以 本發明 器,或 -轉換器 中 0 的方塊 個被顯 個被顯 到電力 8 0 8, 8 04。 白勺® 各自被 可以包 位訊號 8 02, -10- (8) 1245498 8 04的數目,或者其組合。 圖9舉例說明例如R F訊號轉換器8 0 6之R F訊號轉 換器的分解圖。R F訊號轉換器8 0 6可以經由訊號路由 8 ] 〇而接收來自裝置8 02的數位訊號900,RF訊號轉換器 8 0 6 (其可以是RF發射器或RF發射接收器)可以根據數 位訊號來調變適當的載波頻率,而後在電力平面5 ;! 〇上將 經調變之RF訊號發射到裝置8 04。RF訊號轉換器8 0 6 ( 其可以是RF接收器或RF發射接收器),舉例來說,可 以藉由接收RF訊號、濾掉不想要的頻率、及解調變RF 訊號以復原數位訊號,而接收通訊。 在此例中,RF訊號轉換器8 06包含調變器 904, 9 〇 6 ;解調變器9 0 8, 9 ] 0 ;連接到各解調變器之濾波器 9 12, 9 1 4 ;及一耦合器/解耦合器9 1 6,發射RF頻率到 供應電壓(Vcc ) 91 8上,而後到電力平面5 10,及/或從 電力平面5 1 0接收離開供應電壓9 1 8的RF頻率。 如同習於此技藝者將會了解到,RF訊號轉換器可以 包含其他在此未顯示出之組件,以使不致模糊了對本發明 之實施例的了解。因此,例如連接到調變器之濾波器,或 低雜訊放大器之組件,他們典型上可以是RF訊號轉換器 的部分,並未被顯示在本發明之實施例的舉例說明中。 此外,在所舉例說明及所敘述之實施例可以指單一電 路板上之裝置間之通訊的同時,本發明之實施例可以被應 用地比所舉例說明及所敘述的更廣。舉例來說,第一電路 板上之第一裝置可以使用R F訊號轉換器,或者使用行進 -11 - (9) 1245498 於實體連接上之RF傳輸來和第二電路板上之第二裝置( 例如:在電路板上有幾個層)通訊連絡,實體連接能夠是 邊緣連接器、導線、或電纜,但並非僅限於此。 RF訊號轉換器 在本發明之實施例中,RF訊號轉換器可以是發射器 、接收器、或發射接收器。此外,R F訊號轉換器可以根 據發送自給定裝置之數位訊號而將適當的載波頻率(亦即 ,用於給定電路板及/或給定裝置之預先分配之頻率範圍 的限制內之載波頻率)調變成RF訊號。 舉例來說,如果一特殊的頻譜規格表示 U S B裝置可 以僅發射使用在3· 8與4.0 GHz之間且包含3.8及4.0 GHz之頻率的訊號,則對應於USB埠之RF訊號轉換器( 在內部或直立式)可以根據來自 U S B埠之數位訊號而將 3.8與4.0 GHz之間的載波頻率(在預先分配之頻率範圍 的限制內)調變成RF訊號。因此,其中一 U S B埠能夠使 用3.825 GHz之頻率來發射RF訊號,而同時另一 USB埠 能夠使用3·925 GHz之頻率來發射RF訊號。 此外,RF訊號轉換器可以將所接收到之RF訊號解調 變成數位訊號,以便復原對應於原先經調變之載波頻率的 數位訊號。 濾波 當裝置接收R F訊號,其藉由濾掉那些超過指定用於 - 12 - (10) 1245498 模組化電路板上之裝置間通訊之預先分配頻率範圍以外的 頻率來濾掉不想要的頻率。舉例來說,如果一特殊的頻譜 規格載明裝置之間的通訊係發生在2 G Η z (十億赫茲)及 2 G Η ζ以上,則2 G Η ζ以下的頻率被視爲雜訊並且被濾掉 結論 因此,已經敘述了用於模組化電路板上之裝置在電力 平面上,使用以在預先分配之頻率範圍的載波頻率內被調 變成RF訊號的RF訊號,而與另一裝置通訊的方法及系 統。藉由經由R F通訊於電力平面上,在印刷電路板上之 裝置間的通訊連接可以被去除,藉以讓電壓平面的尺寸能 夠增加,讓電力能夠更平穩 '無雜訊地傳送到諸裝置。因 爲所有的訊號不再需要專用的接腳,所以裝置之總接腳數 可以減少。此外,因爲不一定需要訊號路由層,所以可以 減少電路板之需要的層。 在前述的說明中’已經寥"照其特定實施例來敘述本發 明。但是,各種修正及改變可以被做成於此而沒有違離本 發明之更廣的精神及範疇將會是明顯的。因此,說明書及 附圖僅被視爲是舉例說明的,而非限制之意。 舉例來說,在此所敘述及所舉例說明之實施例已經針 對單一電路板來予以討論的同時,習於此技藝者應該了解 到本發明具有比所敘述及所舉例說明更廣的應用。舉例來 說,在適當的情況下·第一電路板」::之裝置可以和第二電 -13“ (11) 1245498 路板上之裝置通訊連絡。 此外,意欲本發明之實施例使用經由電力平面上之 RF訊號及訊號路由之數位訊號之通訊的組合。 當然,這些例子並非毫無遺漏掉可能爲本發明之實施 例而存在之不同的可能性。 【圖式簡單說明】 藉由伴隨之圖形中的例子來說明本發明的實施例,並 且在伴隨的圖形中,相同的參考數字係指相同的元件。在 圖形中· 圖1係舉例說明一裝置如何從電力平面接收數位訊號 之流程圖。 圖2係舉例說明一裝置如何將數位訊號傳送到電力平 面之流程圖。 圖3係舉例說明在一電力平面上,從一裝置傳送數位 訊號之方法的流程圖。 圖4係舉例說明在一電力平面上,從另一裝置接收 RF訊號之方法的流程圖。 圖5係舉例說明依據本發明之一般實施例之系統的方 塊圖。 圖6係舉例說明依據本發明之第一實施例之系統的方 塊圖。 圖7係舉例說明依據本發明第一實施例之裝置之分解 圖的方塊圖。 -14 - (12) 1245498 圖8係舉例說明依據本發明之第二實施例之系統的方 塊圖。 圖9係舉例說明依據本發明第二實施例之R F訊號轉 換器之分解圖的方塊圖。 【主要元件之符號說明】 1 0 0 :數位訊號 1 0 2 :調變 1 04 : RF訊號 106,108:電力平面 2 0 0 :濾掉 2 0 4 :解調變 2 0 6 :數位訊號 5 0 0 :電路板 5 02,5 04 :裝置 5 0 6,5 0 8 : RF訊號轉換器 5 ] 0 :電力平面 5 1 2 : R F訊號 6 0 0 :電路板 602 5 604:裝置 6 06,60 8 : RF訊號轉換器 7 0 0,7 0 2 :積體電路 704, 706 :調變 708, 710:調變 -15- (13) 1245498 7 1 2,7 Μ :濾波器 716 :耦合器/解耦合器 7 1 8 :供應電壓(V c c ) 7 2 0 :功率放大器 72 2 :低通濾波器 8 0 0 :電路板 802,8 04 :裝置
8 06,8 0 8 : RF訊號轉換器 8 1 0,8 1 2 :訊號路由 9 0 0 :數位訊號 904,9 06 :調變 9 0 8,9 1 0 :調變 9 ] 2,9 1 4 :濾波器 916 :耦合器/解耦合器 9 1 8 :供應電壓(V c c )
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Claims (1)

12¾½ ⑴ 申請專利範圍 附件2A: 第93121616號專利申請案 中文申請專利範圍替換本 民國94年9月6日修正 1 · 一種射頻通訊方法,包含: 在電路板之電力平面上接收RF (射頻)訊號,該RF 訊號對應於一數位訊號; 濾掉RF訊號中之不想要的頻率;以及 解調變經濾波之RF訊號以復原數位訊號。 2 ·如申請專利範圍第1項之方法,其中,數位訊號 係產生自發送裝置,相對應之RF訊號被接收於接收裝置 上,並且發送及接收裝置皆連接至第一電路板。 3. 如申請專利範圍第1項之方法,其中,該濾掉不 想要的頻率包含濾掉係超過用於電路板上之裝置間通訊之 預先分配頻率範圍以外之範圍的頻率範圍。 4. 如申請專利範圍第3項之方法,其中,該濾掉不 想要的頻率另包含濾掉係超過用於產生數位訊號之裝置之 預先分配頻率範圍以外之範圍的頻率範圍。 5 . —種使用射頻訊號之一或多個電路板上之裝置間 通訊用的方法,包含: 在具有至少一電力平面之電路板上的發送裝置處產生 數位訊號,該數位訊號被發送到接收裝置; 1^45498Γ (2) 根據該數位訊號來調變RF (射頻)訊號;以及 使用至少一電力平面之其中一者來發射經調變之RF 訊號。 6. 如申請專利範圍第5項之方法,其中,RF訊號係 根據數位訊號,依據電路板用之預先分配的頻率範圍來予 以調變的。 7. 如申請專利車G圍弟6項之方法,其中,R F訊號係 根據數位訊號,依據發送裝置用之預先分配的頻率範圍來 予以調變的。 8 .如申請專利範圍第5項之方法,另包含: 在接收裝置處接收RF訊號; 濾掉RF訊號中之不想要的頻率;以及 解調變經濾波之RF訊號以復原數位訊號。 9. 如申請專利範圍第8項之方法,其中,該發送裝 置係在第一電路板上。 10. 如申請專利範圍第8項之方法,其中,該濾掉不 想要的頻率包含濾掉係超過用於電路板上之裝置間通訊之 預先分配頻率範圍以外之範圍的頻率範圍。 11. 如申請專利範圍第1 0項之方法,其中,該濾掉 不想要的頻率另包含濾掉係超過用於產生數位訊號之裝置 之預先分配頻率範圍以外之範圍的頻率範圍。 1 2 · —種使用射頻訊號之一或多個電路板上之裝置間 通訊用的系統,包含: 一第一電路板,具有至少一第一電力平面; -2 - U4s4bt (3) 複數裝置,包含至少一能夠發送訊號之裝置,及至少 一能夠接收訊號之裝置,該等發送裝置的至少一發送裝置 被連接到至少一第一電力平面的其中一電力平面;以及 至少一 RF訊號發射器,各RF訊號發射器係連接到 該至少一發送裝置,各RF訊號發射器能夠依據射頻頻譜 中之預先分配的頻率範圍,根據數位訊號來調變RF訊號 〇 1 3 .如申請專利範圍第1 2項之系統,其中,至少一 RF訊號發射器的其中一者被整合入該至少一發送裝置之 內。 14.如申請專利範圍第1 2項之系統,其中,至少一 RF訊號發射器的其中一些RF訊號發射器另外依據用於產 生數位訊號之裝置之預先分配的頻率範圍來調變RF訊號 〇 1 5 .如申請專利範圍第1 2項之系統,其中,該至少 一發送裝置與該至少一接收裝置經由訊號路由而通訊。 1 6.如申請專利範圍第1 2項之系統,其中,另包含 一具有至少一第二電力平面之第二電路板,且該等接收裝 置的至少一接收裝置係連接到至少一第二電力平面的其中 一電力平面。 17.如申請專利範圍第1 6項之系統,其中,連接到 第一電路板之發送裝置使用RF訊號發射器的至少其中一 者而將訊號發射至一連接到第二電路板之接收裝置。 ! 8 .如申請專利範圍第1 2項之系統,另包含一連接
1245498 (4) 到該等接收裝置的至少一接收裝置之RF訊號接收器,該 RF訊號接收器能夠解調變RF訊號以復原數位訊號。 19.如申請專利範圍第1 8項之系統,其中,RF訊號 發射器及RF訊號接收器被整合入單一組件內。
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