TWI514675B - 天線裝置和天線切換電路 - Google Patents

Description

天線裝置和天線切換電路

本發明係有關於電子電路，且特別有關於天線裝置和天線切換電路。

隨著現今對無線通訊技術的發展，而有越來越多使用兩組天線的產品設計。在只需要使用一組天線運作的情況下電子產品所使用的微處理器需要切換到其中一組天線，目前的電路設計都需要在微處理器上使用一組專門用來切換天線的通用型之輸入輸出埠(General Purposed Input Output，以下稱為GPIO)、或是利用特殊的電子式或機械式切換連接器或接頭來切換要使用的天線。使用GPIO的作法如果在GPIO不足的情況下就無法進行理想的天線切換。而使用特殊的電子式或機械式切換連接器或接頭的方式會增加產品的生產成本。

有鑑於此，本發明提供一種天線裝置及一種天線切換電路以解決前述問題。

本發明實施例之一種天線裝置，包括一第一天線、一第二天線裝置、一切換控制電路、以及一控制器。該第一天線用於傳送射頻訊號。該第二天線裝置包括一第二天線、用於偵測該第二天線的一電感。該切換控制電路耦接上述第二天線裝置，一旦偵測到上述第二天線即產生表示第二天線存在的一第一控制訊號。該控制器耦接上述第一天線、上述第二天線裝置、及上述切換控制電路，當收到上述第一控制訊號時便耦接到上述第二天線。

本發明實施例之另一種天線切換電路，包括一天線偵測電路以及一切換控制電路。該天線偵測電路包括用於偵測一第一天線的一電感。該切換控制電路耦接上述天線偵測電路，一旦偵測到上述第一天線即產生表示第一天線存在的一第一控制訊號，並且根據上述第一控制訊號而控制一控制器耦接上述第一天線。

為使本發明之上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式，詳細說明如下。

第1圖係顯示適用本發明之一種天線裝置1的方塊圖，包括第一天線100、第二天線裝置102、天線切換電路104、和控制器106。控制器106耦接第一天線100和天線切換電路104，該天線切換電路104可另外耦接到第二天線裝置102。天線裝置1可以用於數位相機、電腦、行動電話、或是任何具有通訊功能的電子裝置內。第一天線100係可為一種內建天線，建置在天線裝置1內以提供基本的資料收發。第二天線1020係可為一種外部天線，其可由使用者選擇而提供所需要的天線效能以及資料傳輸品質。外部第二天線1020係可透過天線切換電路104而耦接控制器106。當外部第二天線裝置102未耦接到時天線切換電路104時，天線裝置1使用內建的第一天線100進行資料的上行或下行傳輸；而當外部第二天線裝置102藉由插入或其他方式耦接到天線切換電路104時，天線切換電路104即可以將電子裝置的傳收天線從內建第一天線100切換到外部第二天線1020，使用第二天線1020代替第一天線100來傳送及接收無線訊號。上述內建第一天線100到外部第二天線1020的切換係由天線切換電路104所控制並且由外部第二天線裝置102的連接所觸發。

控制器106係可為一或多微處理器、處理器、控制器、微控制器、或積體電路所組成。控制器106產生要傳送的上行射頻(Radio Frequency，以下稱為RF)訊號透過內部第一天線100或外部第二天線1020而傳播到空氣介面中，以及將內部第一天線100或外部第二天線1020所接收之下行RF訊號進行處理。控制器106包括第一IO埠1062、第二IO埠1064、RF模組1060和基頻模組(未圖示)。RF模組1060包括傳送器(未圖示)和接收器(未圖示)。該傳送器將該基頻模組輸出的基頻訊號進行包括數位類比轉換處理、濾波處理、上轉換處理、以及放大處理的訊號處理而產生要傳送的上行訊號。相對的該接收器將接收到之下行RF訊號進行包括放大處理、下轉換處理、濾波處理、以及類比數位轉換處理的訊號處理而產生進行數位處理的基頻訊號。控制器106只會耦接到內部第一天線100或外部第二天線1020中之一者，利用該選擇之天線而進行上行及下行訊號傳輸。在一些實施例中，控制器106可以藉由一開關來選擇耦接到內部第一天線100或外部第二天線1020。在另一些實施例中，控制器106可以藉由一多工器(multiplexer，未圖示)來選擇使用內部第一天線100或外部第二天線1020。控制器106接收第一控制訊號S_{sw_ext} 及第二控制訊號S_{sw_int} 分別控制要耦接到外部第二天線1020或內部第一天線100。在一些實施例中，第一控制訊號S_{sw_ext} 及第二控制訊號S_{sw_int} 係為互補的訊號，使得當連接到第一天線100和第二天線1020中之其中之一者時，會同時切斷另一者。例如，第一控制訊號S_{sw_ext} 為3.3V的預定電壓V_RF ，用以表示外部第二天線的存在及建立到第二天線的連接，同時第二控制訊號S_{sw_int} 為0V的地極電壓V_GND ，用以切斷到第一天線100的連接。RF模組1060根據第一控制訊號S_{sw_ext} 及第二控制訊號S_{sw_int} 分別控制到第一天線100或第二天線1020的耦接。當第一控制訊號S_{sw_ext} 為預定電壓V_RF 且第二控制訊號S_{sw_int} 為0V時，將RF模組1060從第一IO埠1062切換連接到第二IO埠1064，使RF模組1060和外部第二天線透過第二IO埠1064和天線切換電路104建立連接。相反地，當第一控制訊號S_{sw_ext} 為0V且第二控制訊號S_{sw_int} 為預定電壓V_RF 時，將RF模組1060從第二IO埠1064切換連接到第一IO埠1062，藉以使用內部第一天線100進行運作。

天線切換電路104可藉由離散元件(discrete component)電路在印刷電路板上實現。天線切換電路104包括切換控制電路1040。第二天線裝置102包括第二天線1020與天線偵測電路1022，可用於偵測第二天線1020。天線偵測電路1022在第二天線1020連接端和地極之間串接電感L1。當外部第二天線裝置102未連接到天線切換電路104時天線偵測訊號S_det 為一開路(open-circuited)路徑。相對地當外部第二天線裝置102連接到天線切換電路104時電感L1對低頻訊號形成一短路路徑而將該低頻訊號導入地極電壓，例如0，高頻訊號將電感L1視為一開路(open-circuited)路徑，使得天線偵測電路1022輸出的天線偵測訊號S_det ，藉以通知切換控制電路1040第二天線1020的存在。切換控制電路1040藉由天線偵測訊號S_det 而判斷外部第二天線1020的存在，一旦偵測到第二天線1020即產生表示第二天線存在的第一控制訊號S_{sw_ext} ，藉以啟用外部第二天線1020來傳送和接收RF訊號。在一些實施例中，切換控制電路1040判斷外部第二天線1020連接上天線裝置1後也會同時產生第二控制訊號S_{sw_int} 以同時切斷內部第一天線100到控制器106的連接。

天線裝置1不使用特殊的RF連接器或是高成本的微處理器，而使用離散電路所組成的天線切換電路，來達成電子是的天線切換，藉以降低生產成本以及減少控制器或微處理器所運用的功率。

第2圖係顯示適用本發明之一種天線裝置2的電路圖，包括第一天線100、第二天線裝置102、天線切換電路204、和控制器106。第2圖天線裝置2之電路連接和操作和第1圖天線裝置1完全相同，相關描述可以參考前面段落，這裡不再重複。天線切換電路204詳細顯示天線切換電路104的其中一種實現，包括隔離電路2040以及切換控制電路2042。天線偵測電路1022耦接隔離電路2040，其接著耦接切換控制電路2042。第2圖中天線偵測電路1022和切換控制電路2042分別對應到第1圖中天線偵測電路1022和切換控制電路1040，並且其功能完全相同。

隔離電路2040耦接於天線偵測電路1022和切換控制電路2042之間，用以隔離天線偵測電路1022和切換控制電路2042，並且在偵測到來自天線偵測電路1022的天線偵測訊號S_det 後即輸出一隔離電路輸出訊號至切換控制電路2042，藉以觸發切換控制電路2042而產生第一控制訊號S_{sw_ext} 。隔離電路2040可包括一偏壓電阻及耦接該偏壓電阻的電晶體M3。在一些實施例中電晶體M3可以由一NMOS電晶體實現。當第二天線電路102未被接上而且天線偵測訊號S_det 為一預定電壓V_det 時，NMOS電晶體M3被打開並且輸出上述隔離電路輸出訊號0V至切換控制電路2042以通知切換控制電路2042第二天線1020不存在。當第二天線裝置102被接到天線偵測訊號S_det 為0V時，NMOS電晶體M3被關閉並且輸出上述隔離電路輸出訊號V_RF 至切換控制電路2042以通知第二天線1020的存在。切換控制電路2042可包括一第一電阻、連接到該第一電阻的第一電晶體M1、一第二電阻、連接到該第二電阻的第二電晶體M2。當切換控制電路2042收到代表第二天線裝置102未連接之上述隔離電路輸出訊號0V時，第一電晶體M1會被關閉且第二電晶體M2會被打開，產生第一控制訊號S_{sw_ext} 為0V且第二控制訊號S_{sw_int} 為預定電壓V_RF 。相應地，控制器106會連接到內部第一天線100且切斷到第二天線1020的連接。當切換控制電路2042收到代表第二天線裝置102已連接之上述隔離電路輸出訊號V_RF 時，第一電晶體M1會被打開且第二電晶體M2會被關閉，產生第一控制訊號S_{sw_ext} 為預定電壓V_RF 且第二控制訊號S_{sw_int} 為0V。相應地，控制器106會切斷到內部第一天線100的連接且連接到第二天線1020。

天線裝置2提供一種天線切換電路204，不使用特殊的RF連接器或是高成本的微處理器，而仍可達成電子是的天線切換，藉以降低生產成本以及減少控制器或微處理器所運用的功率。

本發明描述之各種邏輯區塊、模組、以及電路的操作以及功能可以利用電路硬體或嵌入式軟體碼加以實現，該嵌入式軟體碼可以由一處理器存取以及執行。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟悉此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

102．．．第二天線裝置

1020．．．第二天線

1022．．．天線偵測電路

104．．．天線切換電路

1040．．．切換控制電路

106．．．控制器

1060．．．RF模組

204．．．天線切換電路

2040．．．隔離電路

2042．．．切換控制電路

第1圖係顯示適用本發明之一種天線裝置1的方塊圖。

第2圖係顯示適用本發明之一種天線裝置2的電路圖。

102．．．第二天線裝置

1020．．．第二天線

1022．．．天線偵測電路

104．．．天線切換電路

1040．．．切換控制電路

106．．．控制器

1060．．．RF模組

Claims (10)

1. 一種天線裝置，包括：一第一天線，用於傳送射頻訊號；一第二天線裝置，包括一第二天線及用於偵測該第二天線的一天線偵測電路，該天線偵測電路僅包含一電感，且該電感直接連接於該第二天線和一地極之間；一切換控制電路，耦接上述第二天線裝置，一旦偵測到上述第二天線即產生表示第二天線存在的一第一控制訊號；以及一控制器，耦接上述第一天線、上述天線偵測電路、及上述切換控制電路，當收到上述第一控制訊號時便切換耦接到上述第二天線。
2. 如申請專利範圍第1項所述之天線裝置，其中，該切換控制電路包括耦接上述電感之第一和第二電晶體，一旦偵測到上述第二天線，該第二電晶體便產生一第二控制訊號以及該第一電晶體便產生該第一控制訊號，以及當收到第二控制訊號時上述控制器便切斷到上述第一天線到上述控制器耦接。
3. 如申請專利範圍第1項所述之天線裝置，更包括一隔離電路，耦接於上述天線偵測電路和上述切換控制電路之間，用以隔離上述天線偵測電路和上述切換控制電路，並且在偵測到上述第二天線時即觸發上述切換控制電路以產生上述第一控制訊號。
4. 如申請專利範圍第1項所述之天線裝置，其中，藉 由上述第二天線偵測到之訊號而偵測上述第二天線的存在。
5. 如申請專利範圍第1項所述之天線裝置，該電感耦接於上述第二天線以及具有一地極電壓之一地極之間，並且當上述第二天線不存在時輸出該地極電壓。
6. 一種天線切換電路，包括：一天線偵測電路，僅包括用於偵測一第一天線的一電感，且該電感直接連接於該第二天線和一地極之間；以及一切換控制電路，耦接上述天線偵測電路，一旦偵測到上述第一天線即產生表示第一天線存在的一第一控制訊號，並且根據上述第一控制訊號而控制一控制器耦接上述第一天線。
7. 如申請專利範圍第6項所述之天線切換電路，其中，該切換控制電路包括耦接上述電感之第一和第二電晶體，一旦偵測到上述第一天線，該第二電晶體便產生一第二控制訊號以及該第一電晶體便產生該第一控制訊號，以及根據上述第二控制訊號更控制上述控制器切斷到一第二天線的耦接。
8. 如申請專利範圍第6項所述之天線切換電路，更包括一隔離電路，耦接於上述天線偵測電路和上述切換控制電路之間，用以隔離上述天線偵測電路和上述切換控制電路，並且在偵測到上述第二天線時即觸發上述切換控制電路以產生上述第一控制訊號。
9. 如申請專利範圍第6項所述之天線切換電路，其中，藉由上述第二天線偵測到之訊號而偵測上述第一天線 的存在。
10. 如申請專利範圍第6項所述之天線切換電路，該電感耦接於上述第一天線以及具有一地極電壓之一地極之間，並且當上述第二天線不存在時輸出該地極電壓。