TWI551070B - 可攜式電子裝置 - Google Patents

Description

可攜式電子裝置

本發明是關於一種通訊裝置，且特別是關於一種可攜式電子裝置及其天線頻率切換電路。

在無線通訊中，用來發射、接收無線電波的天線無疑是可攜式電子裝置中重要的組件。近年來，由於各種通訊系統及其應用不斷的出現，為了涵蓋多個系統操作頻帶，使得天線必須朝向多頻帶設計。

習知多頻帶可攜式電子裝置中，設計了可調整收發頻率的天線架構。在部分習知的可調式天線架構下，其須在天線上加上調整單元(如開關元件或切換元件)以調整天線的路徑。然而，由於調整單元為非線性元件，加上天線功率訊號過大，調整單元便會產生電磁(EMI)訊號干擾的問題，進而造成諧波失真(harmonic distortion)並影響天線效率。

在其他習知可調式天線架構中，其天線係搭接可變電容晶片，透過不同的電容值來切換天線頻率。然而，由於切換路徑經過晶片，可變電容晶片式的可調式天線亦會造成路徑損失。

為了達到可攜式電子裝置對操作頻寬的要求，如何擴展可攜式電子裝置的操作頻寬實屬當前重要研發課題之一。

本揭示內容之一態樣是在提供一種可攜式電子裝置，包含天線單元、處理器、電路板及頻率切換電路。天線單元包含接腳。處理器包含訊號控制端，用以輸出電壓控制訊號。頻率切換電路配置於電路板上，其連接訊號控制端及接腳，並依據電壓控制訊號以切換天線單元的頻率。頻率切換電路包含開關切換單元及抗雜訊單元。開關切換單元耦接接腳，抗雜訊單元耦接訊號控制端以及開關切換單元。

本揭示內容提供一種可攜式通訊裝置及其頻率切換電路。在可攜式通訊裝置中設置有在電路板上的頻率切換電路，其可經由處理器輸出之電壓控制訊號切換頻率切換電路的導通狀態，藉此調整可攜式通訊裝置的天線接地路徑並達到調頻效果。此外，頻率切換電路可包含抗雜訊單元，以隔離天線與處理器，預防處理器的雜訊影響天線效率，或天線端的高頻訊號影響處理器的運作。如此一來，藉由在電路板上設計的頻率切換電路，便不需要在天線上設置額外的調整單元或搭接可變電容晶片，即可完成可攜式通訊裝置的調頻動作。藉此，不僅降低可攜式通訊裝置的設計成本，亦可避免不必要的電磁訊號干擾或路徑損耗。

100、400‧‧‧可攜式電子裝置

120‧‧‧天線單元

122、122a、122b‧‧‧接腳

140‧‧‧處理器

142、142a、142b‧‧‧訊號控制端

131‧‧‧電容組件的第一端

132‧‧‧電容組件的第二端

133‧‧‧電感組件的第一端

134‧‧‧電感組件的第二端

135‧‧‧開關電路的第一端

136‧‧‧開關電路的第二端

137‧‧‧開關電路的第三端

VCTL、VCTL1、VCTL2‧‧‧電壓控制訊號

160‧‧‧電路板

180、180a、180b‧‧‧頻率切換電路

182‧‧‧開關切換單元

184‧‧‧抗雜訊單元

186‧‧‧低通濾波器

188‧‧‧開關電路

D1‧‧‧第一二極體

D2‧‧‧第二二極體

181‧‧‧電容組件

183‧‧‧電感組件

C1‧‧‧第一電容器

C2‧‧‧第二電容器

L1‧‧‧第一電感器

L2‧‧‧第二電感器

185‧‧‧抗干擾元件

187‧‧‧限流元件

501‧‧‧頻率切換電路及平面倒F型天線天線

502‧‧‧頻率切換電路及耦合饋入天線

503‧‧‧頻率切換電路及迴路天線

S1、S2‧‧‧可切換接地路徑接腳

F、S‧‧‧固定接地接腳

第1圖為根據本發明之一實施例中一種可攜式通訊裝置所繪示的電路示意圖；第2圖為根據本發明之一實施例所繪示的電容值對應低通濾波器穿透特性的示意圖；第3圖為根據本發明之一實施例所繪示的電感值對應低通濾波器穿透特性的示意圖；第4圖為根據本發明之一實施例所繪示應用平面倒F型天線的可攜式電子裝置示意圖；第5A圖為根據本發明之一實施例所繪示的平面倒F型天線示意圖；第5B圖為根據本發明之一實施例所繪示的耦合饋入天線示意圖；以及第5C圖為根據本發明之一實施例所繪示的迴路天線示意圖。

下文係舉實施例配合所附圖式作詳細說明，但所提供之實施例並非用以限制本發明所涵蓋的範圍，而結構操作之描述非用以限制其執行之順序，任何由元件重新組合之結構，所產生具有均等功效的裝置，皆為本發明所涵蓋的範圍。此外，圖式僅以說明為目的，並未依照原尺寸作圖。為使便於 理解，下述說明中相同元件將以相同之符號標示來說明。

於本文中，除非內文中對於冠詞有所特別限定，否則『一』與『該』可泛指單一個或多個。將進一步理解的是，本文中所使用之『包含』、『包括』、『具有』及相似詞彙，指明其所記載的特徵、區域、整數、步驟、操作、元件與/或組件，但不排除其所述或額外的其一個或多個其它特徵、區域、整數、步驟、操作、元件、組件，與/或其中之群組。

關於本文中所使用之『第一』、『第二』、…等，並非特別指稱次序或順位的意思，亦非用以限定本發明，其僅僅是為了區別以相同技術用語描述的元件或操作而已。

關於本文中所使用之『約』、『大約』或『大致』一般通常係指數值之誤差或範圍約百分之二十以內，較好地是約百分之十以內，而更佳地則是約百分之五以內。文中若無明確說明，其所提及的數值皆視作為近似值，即如『約』、『大約』或『大致』所表示的誤差或範圍。

另外，關於本文中所使用之『耦接』或『連接』，均可指二或多個元件相互直接作實體或電性接觸，或是相互間接作實體或電性接觸，亦可指二或多個元件相互操作或動作。

請參照第1圖，第1圖為根據本發明之一實施例中一種可攜式通訊裝置所繪示的電路示意圖。如第1圖所示，可攜式通訊裝置100包含天線單元120、處理器140、電路板160以及至少一頻率切換電路180。

以下段落將提出各個實施例，來說明上述可攜式通訊裝置100的功能，但本揭示內容並不僅以下所列的實施例 為限。

於此實施例中，如第1圖所示，天線單元120包含至少一接腳122，處理器140包含訊號控制端142，用以輸出電壓控制訊號VCTL。頻率切換電路180配置於電路板160上，並依據電壓控制訊號VCTL以切換天線單元120的操作頻率。頻率切換電路180包含開關切換單元182以及抗雜訊單元184。

於本揭示內容一實施例中，開關切換單元182相對抗雜訊單元184較靠近天線單元120。由於天線單元120的高頻訊號會對處理器140造成影響，處理器140本身的高頻雜訊亦會干擾天線效率，因此，抗雜訊單元184配置於靠近處理器140的一端，藉此隔離天線單元120的高頻訊號以及處理器140的高頻雜訊。

於本揭示內容一實施例中，開關切換單元182可包含低通濾波器186以及開關電路188。其中，低通濾波器186耦接抗雜訊單元184及開關電路188，並可用以隔離處理器140和天線單元120間的雜訊。開關電路188可包含第一端135、第二端136及第三端137。其第一端135耦接低通濾波器186，其第二端136耦接接腳122，其第三端137耦接至地。

於本揭示內容一實施例中，開關電路188可至少包含第一二極體D1以及第二二極體D2。如第1圖所示，第一二極體D1及第二二極體體D2分別包含一陽極及一陰極，其中第一二極體D1的陽極以及第二二極體D2的陽極耦接開關電路188的第一端135，第一二極體D1的陰極耦接至 接腳122，第二二極體D2之陰極耦接至開關電路188的第三端137。

於本揭示內容一實施例中，電壓控制訊號VCTL可用以控制開關電路188的開啟或關閉狀態，從而調整天線單元120的接地路徑。舉例來說，當電壓控制訊號VCTL為低準位時，第一二極體D1與第二二極體D2皆呈現電容性，此時第一二極體D1及第二二極體D2等效截止，當電壓控制訊號VCTL為高準位時，第一二極體D1與第二二極體D2皆呈現電感性，此時第一二極體D1及第二二極體D2等效導通，則天線單元120等效為經接腳122與地短路，亦即改變了天線單元120的接地路徑。由於本揭示內容的頻率切換電路180系配置於電路板160上，因此不需調整天線單元120本體的路徑，而僅需藉由電壓控制訊號VCTL控制開關電路188時的開啟或關閉狀態便能調整天線單元120接地路徑的長短，進而達到調整天線單元120頻率的效果。

本揭示內容一實施例中，如第1圖所示，低通濾波器186可包含電容組件181及電感組件183。其中，電容組件181的第一端131耦接抗雜訊單元184，其第二端132耦接至地。電感組件183的第一端133耦接電容組件181的第一端131，電感組件183的第二端134耦接開關電路188的第一端135。

本揭示內容一實施例中，如第1圖所示，電容組件181可包含第一電容器C1與第二電容器C2，其中第一電容器C1與第二電容器C2並聯。第一電容器C1與第二電容器 C2的電容值可用以調整低通濾波器186的穿透特性(S21)。請一併參照第2圖，第2圖為根據本發明之一實施例所繪示的電容值對應低通濾波器穿透特性的示意圖。如第2圖所示，由於小電容值的電容僅在高頻帶220的濾波效果較好，大電容值的電容在僅低頻帶210的濾波效果較好，因此本揭示內容的電容組件181可選擇一較小電容值的第一電容器C1搭配一較大電容值的第二電容器C2，以在可攜式通訊裝置100的應用頻段內獲得最佳的濾波效果。在一實施例中，第一電容器C1為33pF且第二電容器C2為220pF時，在可攜式通訊裝置100的應用頻段內可得到較佳的濾波效果。

本揭示內容一實施例中，如第1圖所示，電感組件183可包含第一電感器L1與第二電感器L2彼此串聯。第一電感器L1與第二電感器L2的電容值可用以調整低通濾波器186的穿透特性。請一併參照第3圖，第3圖為根據本發明之一實施例所繪示的電感值對應低通濾波器穿透特性的示意圖。如第3圖所示，較大電感值310的電感在低頻雖然有較好的濾波效果，然而在高頻時因為電感的電容性超過電感性，因此濾波效果反而變得較差。因此，為了在可攜式通訊裝置100的應用頻段內得到較好的濾波效果，可選擇兩個中等電感值320的第一電感器L1和第二電感器L2串聯，如此一來，低通濾波器186在低頻及高頻均可得到較佳的穿透特性。在一實施例中，第一電感器L1及第二電感器L2可為LQW 12AN系列，且第一電感器為91nH、第二電感器L2亦為91nH時，在可攜式通訊裝置100的應用頻段內可得到較佳的濾波效 果。

本揭示內容一實施例中，抗雜訊單元184可包含抗干擾元件185以及限流元件187。抗干擾元件185，耦接訊號控制端142，用以隔離處理器140至天線單元120的高頻雜訊以及天線單元120至處理器的高頻訊號。本揭示內容一實施例中抗雜訊單元184可以是磁珠(bead)，但不以此為限。

如圖1所示，限流元件187耦接抗干擾元件185以及低通濾波器186，用以限制流過開關電路188之電流。由於處理器140的輸出電流較大，為避免不必要的功率消耗，可透過限流元件187限制流過開關電路188的電流為其正常操作的最小電流，藉此降低可攜式通訊裝置100的功耗。

本揭示內容一實施例中，限流元件187可以是限流電阻，其中，電阻的阻值可隨著第一二極體D1與第二二極體D2所需的最小操作電流而調整，但不以此為限。

請參照第4圖，第4圖為根據本發明之一實施例所繪示應用平面倒F型天線(Planar Inverted F Antenna，PIFA)的可攜式電子裝置示意圖。請一併參照第5A圖，第5A圖為根據本發明之一實施例所繪示的頻率切換電路及平面倒F型天線501示意圖。S1、S2、F、S皆為天線接腳，其中S1、S2分別為可切換接地路徑接腳，F、S分別為固定接地接腳。

應用平面倒F型天線的可攜式電子裝置400可包含第一接腳122a(對應第5A圖的S1)及第二接腳122b(對應第5A圖的S2)，因此處理器140提供第一電壓控制訊號VCTL1 及第二電壓控制訊號VCTL2以分別調整第一頻率切換電路180a及第二頻率切換電路180b中開關電路的開啟或關閉狀態。

舉例來說，當第一電壓控制訊號VCTL1為高準位且第二電壓控制訊號VCTL2為低準位時，天線單元120經第一接腳122a接地，而有一較短接地路徑以及對應於較短路徑的較低天線操作頻率。當第一電壓控制訊號VCTL1為低準位且第二電壓控制訊號VCTL2為高準位時，天線單元120經第二接腳122b接地，而有一較長接地路徑以及較高天線操作頻率。

當可攜式電子裝置100處於待機狀態時，第一電壓控制訊號VCTL1及第二電壓控制訊號VCTL2可同時為低準位，此時沒有電流通過第一頻率切換電路180a與第二頻率切換電路180b，藉此達到省電的效果。須補充的是，於此實施例中電壓控制訊號VCTL1及第二電壓控制訊號VCTL2不會有同時為高準位的情況，這是為了避免同時有兩組接地路徑使天線單元120產生阻抗不匹配的問題。

請參照第5A至第5C圖。第5A圖至第5C圖為依據本發明之頻率切換電路用於各式天線之示意圖，S1、S2、F、S皆為天線接腳，其中S1、S2分別為可切換接地路徑接腳，F、S分別為固定接地接腳。

請參照第5A圖，第5A圖為根據本發明之一實施例所繪示的頻率切換電路及平面倒F型天線501示意圖。頻率切換電路可切換接腳S1及接腳S2的接地路徑以調整天線的操 作頻率。請參照第5B圖，第5B圖為根據本發明之一實施例所繪示的頻率切換電路及耦合饋入天線502示意圖。其中，頻率切換器可切換接腳S1的接地路徑以調整天線的操作頻率。請參照第5C圖，第5C圖為根據本發明之一實施例所繪示的頻率切換電路及迴路天線503示意圖。其中，頻率切換器可切換接腳S1的接地路徑以調整天線的操作頻率。

綜上所述，本揭示內容所示的可攜式電子裝置可依據處理器產生的電壓控制訊號控制電路板上的開關電路，以改變天線單元的接地路徑，進而調整天線單元的操作頻率。如此一來，可有效改善可攜式電子裝置的操作頻寬。

儘管本文已參閱附圖詳細描述了本發明之說明性實施例，但應瞭解，本發明並不限於彼等相同的實施例。在不脫離由所附申請專利範圍定義之本發明之範疇及精神的情況下，熟習此項技術者可對本發明進行各種改變及修改。

100‧‧‧可攜式電子裝置

120‧‧‧天線單元

122‧‧‧接腳

131‧‧‧電容組件的第一端

132‧‧‧電容組件的第二端

133‧‧‧電感組件的第一端

134‧‧‧電感組件的第二端

135‧‧‧開關電路的第一端

136‧‧‧開關電路的第二端

137‧‧‧開關電路的第三端

140‧‧‧處理器

142‧‧‧訊號控制端

VCTL‧‧‧電壓控制訊號

160‧‧‧電路板

180‧‧‧頻率切換電路

182‧‧‧開關切換單元

184‧‧‧抗雜訊單元

186‧‧‧低通濾波器

188‧‧‧開關電路

D1‧‧‧第一二極體

D2‧‧‧第二二極體

181‧‧‧電容組件

183‧‧‧電感組件

C1‧‧‧第一電容器

C2‧‧‧第二電容器

L1‧‧‧第一電感器

L2‧‧‧第二電感器

185‧‧‧抗干擾元件

187‧‧‧限流元件

Claims (10)

1. 一種可攜式電子裝置，包含：一天線單元，包含至少一接腳；一處理器，包含至少一訊號控制端，用以輸出至少一電壓控制訊號；一電路板；以及至少一頻率切換電路，配置於該電路板上，該頻率切換電路電性連接該處理器及該天線單元，該頻率切換電路包含：一開關切換單元，耦接該接腳；一抗雜訊單元，耦接該訊號控制端以及該開關切換單元；其中，該至少一電壓控制訊號用以切換該至少一頻率切換電路的一導通狀態，以調整該天線單元的接地路徑，藉此切換該天線單元的頻率；其中該開關切換單元更包含：一低通濾波器，用以隔離該處理器和該天線單元間的雜訊；以及一開關電路；該低通濾波器包含一第一端以及一第二端，該低通濾波器之該第一端耦接該抗雜訊單元，該開關電路包含一第一端、一第二端以及一第三端，該開關電路之該第一端耦接該低通濾波器之該第二端，該開關之該第二端耦接該接腳，該開關之該第三端耦接至地；其中該開關電路至少包含一第一二極體以及一第二二 極體，該第一二極體包含一陽極及一陰極，該第二二極體包含一陽極及一陰極，其中該第一二極體的該陽極以及該第二二極體的該陽極耦接該開關之該第一端，該第一二極體之該陰極耦接至該開關之該第三端，該第二二極體之該陰極耦接至該接腳。
2. 如請求項1所述之可攜式電子裝置，其中該開關切換單元相對該抗雜訊單元較靠近該天線單元。
3. 如請求項1所述之可攜式電子裝置，其中該電壓控制訊號用以控制該開關電路的開啟或關閉狀態，從而調整該天線單元的接地路徑。
4. 如請求項1所述之可攜式電子裝置，其中該低通濾波器包含：一電容組件，包含一第一端以及一第二端，該電容組件之該第一端耦接該抗雜訊單元，該電容組件之該第二端耦接至地；以及一電感組件，包含一第一端以及一第二端，該電感組件之該第一端耦接該電容組件之該第一端，該電感組件之該第二端耦接該開關電路之該第一端。
5. 如請求項4所述之可攜式電子裝置，其中該電容組件包含一第一電容器與一第二電容器相互並聯，該第一電容器的電容量和該第二電容器的電容量不同。
6. 如請求項4所述之可攜式電子裝置，其中該電感組件包含一第一電感器與一第二電感器彼此串聯。
7. 如請求項1所述之可攜式電子裝置，其中該抗雜訊單元包含：一抗干擾元件，耦接該訊號控制端；以及一限流元件，耦接該抗干擾元件以及該低通濾波器，用以限制流過該開關電路之電流。
8. 如請求項7所述之可攜式電子裝置，其中該抗干擾元件是磁珠(bead)。
9. 如請求項7所述之可攜式電子裝置，其中流過該限流元件為限流電阻。
10. 如請求項1所述之可攜式電子裝置，其中該天線單元是平面倒F型天線、耦合饋入天線或迴路天線。