TWI599184B - 通訊裝置 - Google Patents

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TWI599184B
TWI599184B TW105107876A TW105107876A TWI599184B TW I599184 B TWI599184 B TW I599184B TW 105107876 A TW105107876 A TW 105107876A TW 105107876 A TW105107876 A TW 105107876A TW I599184 B TWI599184 B TW I599184B
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張忠平
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啟碁科技股份有限公司
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Description

通訊裝置
本發明係關於一種通訊裝置，特別係關於一種可節省傳輸線之數量之通訊裝置。
隨著行動通訊技術的發達，通訊裝置在近年日益普遍，常見的例如：手提式電腦、無線網路基地台以及其他混合功能的攜帶型電子裝置。為了滿足人們的需求，有些通訊裝置可涵蓋長距離的無線通訊範圍，例如：2G、3G、LTE(Long Term Evolution)系統及其所使用700MHz、850MHz、900MHz、1800MHz、1900MHz、2100MHz、2300MHz以及2500MHz的頻帶進行通訊，而有些通訊裝置則可涵蓋短距離的無線通訊範圍，例如：Wi-Fi、Bluetooth系統使用2.4GHz、5.2GHz和5.8GHz的頻帶進行通訊。
為了使通訊裝置能夠發射及接收射頻(Radio Frequency，RF)信號，主動式天線裝置(Active Antenna Device)成為現今天線設計者常用之解決方案。然而，主動式天線裝置本身就需要一條獨立之控制信號線，若再加上其他電源信號線、射頻信號線之配置，將導致過多傳輸線無法同時容納於通訊裝置之有限空間中，從而衍生出許多設計問題。
在較佳實施例中，本發明提供一種通訊裝置，包括：一主電路板，包括：一第一切換開關，根據一第一控制信號，將一低供應電位或一高供應電位耦接至一第一偏壓節點；一第一電感器，耦接於該第一偏壓節點和一第一節點之間；以及一第一電容器，耦接於一射頻收發埠和該第一節點之間；一電纜線，其一端連接該第一節點；以及一主動天線裝置，其具有一第二節點連接該電纜線的另一端，該主動天線裝置包括：一第二電感器，耦接於該第二節點和一第二偏壓節點之間；一第二電容器，耦接於該第二節點和一第三節點之間；一分壓電路，耦接至該第二偏壓節點，並於一第四節點處產生一分壓電位；一參考電位產生器，耦接至該第二偏壓節點，並於一第五節點處產生一參考電位；一比較器，比較該分壓電位和該參考電位，以產生一第二控制信號；以及一天線元件，根據該第二控制信號，經由一發射路徑或一接收路徑耦接至該第三節點。
在一些實施例中，該主動天線裝置更包括一第二切換開關和一第三切換開關，其中該第二切換開關係根據該第二控制信號將該第三節點耦接至該發射路徑或該接收路徑，而其中該第三切換開關係根據該第二控制信號將該發射路徑或該接收路徑耦接至該天線元件。
在一些實施例中，該電纜線為一射頻電纜線，其同時傳輸直流控制信號和射頻信號。
在一些實施例中，該比較器，具有一正輸入端、一負輸入端，以及一輸出端，該比較器之該正輸入端係耦接至該第四節點，該比較器之該負輸入端係耦接至該第五節點，而 該比較器之該輸出端係用於輸出該第二控制信號。
在一些實施例中，該發射路徑包括一短路路徑或一功率放大器，而該接收路徑包括一低雜訊放大器。
在一些實施例中，該主動天線裝置更包括一第四切換開關，該第四切換開關係根據該第二控制信號將該第二偏壓節點耦接至該功率放大器或該低雜訊放大器。
在一些實施例中，該分壓電路包括一第一電阻器和一第二電阻器，該第一電阻器係耦接於該第二偏壓節點和該第四節點之間，而該第二電阻器係耦接於該第四節點和一接地電位之間。
在一些實施例中，該參考電位產生器包括一第三電阻器和一齊納二極體，該第三電阻器係耦接於該第二偏壓節點和該第五節點之間，而該齊納二極體係耦接於該第五節點和一接地電位之間。
在一些實施例中，該參考電位係介於該分壓電位之一高邏輯位準和一低邏輯位準之間。
100、200‧‧‧通訊裝置
110、210‧‧‧主電路板
120、220‧‧‧電纜線
130、230‧‧‧主動天線裝置
141‧‧‧第一切換開關
142‧‧‧第二切換開關
143‧‧‧第三切換開關
144‧‧‧第四切換開關
150、250‧‧‧分壓電路
160、260‧‧‧參考電位產生器
170、270‧‧‧比較器
180‧‧‧天線元件
190、290‧‧‧發射路徑
195、295‧‧‧接收路徑
291‧‧‧功率放大器
296‧‧‧低雜訊放大器
C1‧‧‧第一電容器
C2‧‧‧第二電容器
DZ‧‧‧齊納二極體
L1‧‧‧第一電感器
L2‧‧‧第二電感器
N1‧‧‧第一節點
N2‧‧‧第二節點
N3‧‧‧第三節點
N4‧‧‧第四節點
N5‧‧‧第五節點
NTRX‧‧‧射頻收發埠
NVA1‧‧‧第一偏壓節點
NVA2‧‧‧第二偏壓節點
NPA‧‧‧功率放大器之供應節點
NLNA‧‧‧低雜訊放大器之供應節點
R1‧‧‧第一電阻器
R2‧‧‧第二電阻器
R3‧‧‧第三電阻器
SC1‧‧‧第一控制信號
SC2‧‧‧第二控制信號
VA1‧‧‧第一偏壓節點之電位
VA2‧‧‧第二偏壓節點之電位
VD‧‧‧分壓電位
VH‧‧‧高供應電位
VL‧‧‧低供應電位
VREF‧‧‧參考電位
VSS‧‧‧接地電位
第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置之示意圖；第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置之示意圖；以及第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置之信號波形圖。
為讓本發明之目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出本發明之具體實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置100之示意圖。通訊裝置100可以是一無線基地台(Wireless Access Point)、一路由器(Router)，或是一筆記型電腦(Notebook Computer)。以上種類之通訊裝置通常會包括較長之信號傳輸線。如第1圖所示，通訊裝置100至少包括一主電路板(Main Circuit Board)110、一電纜線(Cable)120，以及一主動天線裝置(Active Antenna Device)130。大致而言，主電路板110係用於產生一射頻(Radio Frequency)信號和一直流控制信號，或是用於處理所接收之射頻信號。電纜線120係於主電路板110和主動天線裝置130之間傳遞射頻信號和直流控制信號。主動天線裝置130係根據直流控制信號進行操作，並選擇性地發射或接收射頻信號。主動天線裝置130可作為通訊裝置100內用於降低傳輸線損耗之解決方案。必須注意的是，雖然未顯示於第1圖中，通訊裝置100實際上更可包括其他元件，例如：一處理器、一揚聲器、一觸控面板、一電池模組，以及一外殼。
主電路板110具有一射頻收發埠NTRX，其可用於輸入或輸出一射頻信號。主電路板110包括一第一切換開關141、一第一電感器L1，以及一第一電容器C1。第一切換開關141可以是一單刀雙擲開關(Single Port Double Throw Switch，SPDT Switch)。第一切換開關141係根據一第一控制信號SC1將一低 供應電位VL或一高供應電位VH耦接至一第一偏壓節點NVA1。例如，高供應電位VH可為5V，而低供應電位VL可為3V，但不僅限於此。第一控制信號SC1可由主電路板110之一處理器所產生，且其包括低邏輯位準及高邏輯位準。舉例而言，當第一控制信號SC1為高邏輯位準時，第一切換開關141可將高供應電位VH耦接至第一偏壓節點NVA1，使得第一偏壓節點NVA1之一電位VA1等同於高供應電位VH；而當第一控制信號SC1為低邏輯位準時，第一切換開關141可將低供應電位VL耦接至第一偏壓節點NVA1，使得第一偏壓節點NVA1之電位VA1等同於低供應電位VL。換言之，第一切換開關141可於第一偏壓節點NVA1處產生一直流控制信號，其中此直流控制信號之波形係與第一控制信號SC1之波形相似。須注意的是，由於此直流控制信號之高邏輯位準和低邏輯位準皆不為0V(例如，分別為5V和3V)，其所控制之電路元件將不會有斷電之風險。第一電感器L1可為一射頻扼流(RF Choke)電感器且具有高於2nH之電感值。第一電感器L1係耦接於第一偏壓節點NVA1和一第一節點N1之間。第一電容器C1可為一直流阻斷(DC(Direct Current)Block)電容器且具有高於2pF之電容值。第一電容器C1係耦接於射頻收發埠NTRX和第一節點N1之間。大致而言，第一電感器L1係用於使直流控制信號通過，並阻斷射頻信號；而相反地，第一電容器C1係用於使射頻信號通過，並阻斷直流控制信號。此種設計使得高頻之射頻信號和低頻之直流控制信號不會互相干擾。
電纜線120可以是一射頻電纜線(RF Cable)。電纜線120係耦接於主電路板110和主動天線裝置130之間，並同時 具有傳輸直流控制信號和射頻信號之功能。亦即，電纜線120可視為一結合信號線，其整合了傳統之控制信號線和射頻信號線。
主動天線裝置130包括一第二電感器L2、一第二電容器C2、一分壓電路150、一參考電位產生器160、一比較器170、一天線元件180、一發射路徑190，以及一接收路徑195。第二電感器L2可為一射頻扼流電感器且具有高於2nH之電感值。第二電感器L2係耦接於一第二節點N2和一第二偏壓節點NVA2之間。主動天線裝置130之第二節點N2係經由電纜線120耦接至主電路板110之第一節點N1。第二電容器C2可為一直流阻斷電容器且具有高於2pF之電容值。第二電容器C2係耦接於第二節點N2和一第三節點N3之間。第二電感器L2係用於使直流控制信號通過，並阻斷射頻信號；而第二電容器C2係用於使射頻信號通過，並阻斷直流控制信號。分壓電路150係耦接至第二偏壓節點NVA2，並於一第四節點N4處產生一分壓電位VD。參考電位產生器160係於一第五節點N5處產生一參考電位VREF。比較器170係用於比較分壓電位VD和參考電位VREF，以產生一第二控制信號SC2。第二控制信號SC2之波形可與第一控制信號SC1之波形相似，且其包括低邏輯位準及高邏輯位準。天線元件180係根據第二控制信號SC2經由發射路徑190或接收路徑195耦接至第三節點N3。例如，當第二控制信號SC2為高邏輯位準時，天線元件180可經由發射路徑190耦接至第三節點N3，以執行一信號發射程序；而當第二控制信號SC2為低邏輯位準時，天線元件180可經由接收路徑195耦接至第三節點N3，以執 行一信號接收程序。
在第1圖之通訊裝置100中，射頻信號和直流控制信號係共用同一電纜線120，並於主電路板110和主動天線裝置130之間進行傳遞。因此，通訊裝置100無須使用獨立之控制信號傳輸線和射頻信號傳輸線，有助於減少傳輸線之總數量及降低整體製造成本。
第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置200之示意圖。第2圖和第1圖相似。在第2圖之實施例中，通訊裝置200至少包括一主電路板210、一電纜線220，以及一主動天線裝置230。主電路板210和電纜線220之結構及功能皆已於第1圖之實施例中作說明，故下列實施例僅就第1、2圖之間之差異處作說明。
在一些實施例中，主動天線裝置230之一分壓電路250包括一第一電阻器R1和一第二電阻器R2，其中第一電阻器R1係耦接於第二偏壓節點NVA2和第四節點N4之間，而第二電阻器R2係耦接於第四節點N4和一接地電位VSS之間。分壓電路250於第四節點N4處之分壓電位VD可如方程式(1)、(2)所述：VA2=VA1-Vloss...............................................(1)其中「VA2」代表第二偏壓節點NVA2之電位VA2，「VA1」代表第一偏壓節點NVA1之電位VA1，而「Vloss」代表電纜線220之不理想損耗。
其中「VD」代表分壓電位VD，「VA2」代表第二偏壓節點NVA2之電位VA2，「R1」代表第一電阻器R1之電阻值，而「R2」代 表第二電阻器R2之電阻值。
在理想情況下(假設Vloss為0)，第二偏壓節點NVA2之電位VA2將等同於第一偏壓節點NVA1之電位VA1，而分壓電位VD必定小於第二偏壓節點NVA2之電位VA2。
在一些實施例中，主動天線裝置230之一參考電位產生器260包括一第三電阻器R3和一齊納二極體(Zener Diode)，DZ，其中第三電阻器R3係耦接於第二偏壓節點NVA2和第五節點N5之間，而齊納二極體DZ係耦接於第五節點N5和接地電位VSS之間。詳細而言，齊納二極體DZ之陽極係耦接至接地電位VSS，而齊納二極體DZ之陰極係耦接至第五節點N5。齊納二極體DZ係操作於齊納崩潰區，以於第五節點N5處產生穩定之參考電位VREF。主動天線裝置230之一比較器270具有一正輸入端、一負輸入端，以及一輸出端，其中比較器270之正輸入端係耦接至第四節點N4，比較器270之負輸入端係耦接至第五節點N5，而比較器270之輸出端係用於輸出第二控制信號SC2。比較器270可耦接於第二偏壓節點NVA2和接地電位VSS之間，並以第二偏壓節點NVA2之電位VA2作為其供應電位。分壓電位VD係追蹤第二偏壓節點NVA2之電位VA2，故其亦具有一高邏輯位準和一低邏輯位準。參考電位VREF則幾乎為一固定值。因此，當分壓電位VD高於參考電位VREF時，比較器270可輸出具有高邏輯位準之第二控制信號SC2；而當分壓電位VD低於參考電位VREF時，比較器270可輸出具有低邏輯位準之第二控制信號SC2。為了使第二控制信號SC2能重現主電路板110之第一控制信號SC1之波形，參考電位VREF之設計可如不等式(3) 所述。
VDL<VREF<VDH..............................................(3)其中「VREF」代表參考電位VREF，「VDL」代表分壓電位VD之低邏輯位準，而「VDH」代表分壓電位VD之高邏輯位準。
舉例而言，在理想狀況下(假設Vloss為0)，若第一偏壓節點NVA1之電位VA1之高邏輯位準為5V且低邏輯位準為3V，則第二偏壓節點NVA2之電位VA2之高邏輯位準亦可為5V且低邏輯位準亦可為3V。假設第一電阻器R1之電阻值等於第二電阻器R2之電阻值，則分壓電位VD之高邏輯位準為2.5V(5V/2=2.5V)且低邏輯位準為1.5V(3V/2=1.5V)。此時，參考電位VREF須介於2.5V和1.5V之間，才可使第二控制信號SC2之波形和第一控制信號SC1之波形相一致。例如：參考電位VREF可以等於2V(亦即，1.5V<2V<2.5V)。前述參考電位VREF之設定可藉由選擇適當之齊納二極體DZ來達成。分壓電路250之加入可降低選擇高崩潰電壓之齊納二極體DZ之困難度。
在一些實施例中，主動天線裝置230之一發射路徑290包括一功率放大器(Power Amplifier，PA)291，用於放大欲發射之射頻信號，而主動天線裝置230之一接收路徑295包括一低雜訊放大器(Low Noise Amplifier，LNA)296，用於放大所接收之射頻信號。在另一些實施例中，功率放大器291亦可由一短路路徑所取代。在一些實施例中，主動天線裝置230更包括一第二切換開關142和一第三切換開關143。第二切換開關142和第三切換開關143可各自為一單刀雙擲開關。第二切換開關 142係根據第二控制信號SC2將第三節點N3耦接至發射路徑290或接收路徑295，而第三切換開關143係根據第二控制信號SC2將發射路徑290或接收路徑295耦接至天線元件180。舉例而言，當第二控制信號SC2為高邏輯位準時，第二切換開關142可將第三節點N3耦接至發射路徑290，且第三切換開關143可將發射路徑290耦接至天線元件180，以執行一信號發射程序；而相反的，當第二控制信號SC2為低邏輯位準時，第二切換開關142可將第三節點N3耦接至接收路徑295，且第三切換開關143可將接收路徑295耦接至天線元件180，以執行一信號接收程序。在此設計下，主動天線裝置230可根據由第一控制信號SC1所複製之第二控制信號SC2進行操作，並可選擇性地執行發射或接收射頻信號之程序。
在一些實施例中，主動天線裝置230更包括一第四切換開關144。第四切換開關144可以是一單刀雙擲開關。第四切換開關144係根據第二控制信號SC2將第二偏壓節點NVA2耦接至功率放大器291或低雜訊放大器296。舉例而言，當第二控制信號SC2為高邏輯位準時，第四切換開關144可將第二偏壓節點NVA2耦接至功率放大器291之一供應節點NPA，使得功率放大器291之供應電位等同於第二偏壓節點NVA2之電位VA2，此時低雜訊放大器296呈斷電狀態；而相反的，當第二控制信號SC2為低邏輯位準時，第四切換開關144可將第二偏壓節點NVA2耦接至低雜訊放大器296之一供應節點NLNA，使得低雜訊放大器296之供應電位等同於第二偏壓節點NVA2之電位VA2，此時功率放大器291呈斷電狀態。以上設計可降低發射路徑290 和接收路徑295中功率放大器291和低雜訊放大器296二者之總功率消耗量。
第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之通訊裝置200之信號波形圖。如第3圖所示，由主電路板210之處理器所產生之第一控制信號SC1具有高邏輯位準及低邏輯位準。第一偏壓節點NVA1之電位VA1之波形與第一控制信號SC1之波形相似，其高邏輯位準為高供應電位VH且低邏輯位準為低供應電位VL。第二偏壓節點NVA2之電位VA2之波形與第一偏壓節點NVA1之電位VA1之波形相似，若無傳輸線損耗，則其高邏輯位準亦為高供應電位VH且低邏輯位準亦為低供應電位VL。第二控制信號SC2之波形與第二偏壓節點NVA2之電位VA2之波形相似。由於第二控制信號SC2係由比較器270所產生，其高邏輯位準即等於比較器270之供應電位(亦即，第二偏壓節點NVA2之電位VA2，或是高供應電位VH)，且其低邏輯位準即等於比較器270之接地電位VSS。根據第3圖之波形圖可知，第二控制信號SC2幾乎可完全重現出第一控制信號SC1之波形，且兩者間之時間延遲差非常小。換言之，主動天線裝置230之接收及發射操作係由主電路板210上之直流控制信號所決定，其中此直流控制信號和射頻信號皆能夠同時由電纜線220來進行傳遞。
本發明提出一種新穎之通訊裝置，其可簡化主動天線裝置之傳輸線配置方式，卻不會改變預期之操作效果。與傳統設計相比，本發明至少具有下列優點：(1)減少傳輸線之數量；(2)縮小裝置之整體尺寸；(3)降低整體功率消耗量；(4)壓 縮整體製造成本；以及(5)簡化整體電路。在此設計下，本發明很適合應用於現今各種小型化之通訊裝置當中。
值得注意的是，以上所述之電位、電阻，或是其他參數皆非為本發明之限制條件。設計者可以根據不同需要調整這些設定值。本發明之通訊裝置並不僅限於第1-3圖所圖示之狀態。本發明可以僅包括第1-3圖之任何一或複數個實施例之任何一或複數項特徵。換言之，並非所有圖示之特徵均須同時實施於本發明之通訊裝置當中。
在本說明書以及申請專利範圍中的序數，例如「第一」、「第二」、「第三」等等，彼此之間並沒有順序上的先後關係，其僅用於標示區分兩個具有相同名字之不同元件。
本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，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。
100‧‧‧通訊裝置
110‧‧‧主電路板
120‧‧‧電纜線
130‧‧‧主動天線裝置
141‧‧‧第一切換開關
150‧‧‧分壓電路
160‧‧‧參考電位產生器
170‧‧‧比較器
180‧‧‧天線元件
190‧‧‧發射路徑
195‧‧‧接收路徑
C1‧‧‧第一電容器
C2‧‧‧第二電容器
L1‧‧‧第一電感器
L2‧‧‧第二電感器
N1‧‧‧第一節點
N2‧‧‧第二節點
N3‧‧‧第三節點
N4‧‧‧第四節點
N5‧‧‧第五節點
NVA1‧‧‧第一偏壓節點
NVA2‧‧‧第二偏壓節點
NTRX‧‧‧射頻收發埠
SC1‧‧‧第一控制信號
SC2‧‧‧第二控制信號
VL‧‧‧低供應電位
VA1‧‧‧第一偏壓節點之電位
VD‧‧‧分壓電位
VA2‧‧‧第二偏壓節點之電位
VH‧‧‧高供應電位
VREF‧‧‧參考電位

Claims (9)

  1. 一種通訊裝置，包括：一主電路板，包括：一第一切換開關，根據一第一控制信號，將一低供應電位或一高供應電位耦接至一第一偏壓節點；一第一電感器，耦接於該第一偏壓節點和一第一節點之間；以及一第一電容器，耦接於一射頻收發埠和該第一節點之間；一電纜線，其一端連接該第一節點；以及一主動天線裝置，其具有一第二節點連接該電纜線的另一端，該主動天線裝置包括：一第二電感器，耦接於該第二節點和一第二偏壓節點之間；一第二電容器，耦接於該第二節點和一第三節點之間；一分壓電路，耦接至該第二偏壓節點，並於一第四節點處產生一分壓電位；一參考電位產生器，耦接至該第二偏壓節點，並於一第五節點處產生一參考電位；一比較器，比較該分壓電位和該參考電位，以產生一第二控制信號；以及一天線元件，根據該第二控制信號，經由一發射路徑或一接收路徑耦接至該第三節點。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該主動天線裝置更包括一第二切換開關和一第三切換開關，其中該第二切換開關係根據該第二控制信號將該第三節點耦接至該發射 路徑或該接收路徑，而其中該第三切換開關係根據該第二控制信號將該發射路徑或該接收路徑耦接至該天線元件。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該電纜線為一射頻電纜線，其同時傳輸直流控制信號和射頻信號。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該比較器，具有一正輸入端、一負輸入端，以及一輸出端，該比較器之該正輸入端係耦接至該第四節點，該比較器之該負輸入端係耦接至該第五節點，而該比較器之該輸出端係用於輸出該第二控制信號。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該發射路徑包括一短路路徑或一功率放大器，而該接收路徑包括一低雜訊放大器。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之通訊裝置，其中該主動天線裝置更包括一第四切換開關，該第四切換開關係根據該第二控制信號將該第二偏壓節點耦接至該功率放大器或該低雜訊放大器。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該分壓電路包括一第一電阻器和一第二電阻器，該第一電阻器係耦接於該第二偏壓節點和該第四節點之間，而該第二電阻器係耦接於該第四節點和一接地電位之間。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該參考電位產生器包括一第三電阻器和一齊納二極體，該第三電阻器係耦接於該第二偏壓節點和該第五節點之間，而該齊納二極體係耦接於該第五節點和一接地電位之間。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該參考電位係介於該分壓電位之一高邏輯位準和一低邏輯位準之間。
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