CN1237312A - 无线通信设备中的供电切换 - Google Patents

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Abstract

像GSM手机那样的无线通信设备是公知的,它带有如发送接收开关这样的双工器的接收发送天线切换装置。在GSM手机中,非常希望能尽量节省电池功率。为此目的,当某些部件不需要工作时,在接收和发送通道中的这些部件的供电被切断。这里提出了一种无线通信设备,其中的接收发送开关是一对机电开关(最好是超微小型舌簧继电器),它们的驱动线圈串联连接到至少一个接收通道或发送通道的直流供电电路。

Description

无线通信设备中的供电切换
本发明涉及一种无线通信设备，它包括一个具有第一射频处理装置的接收通道、一个具有第二射频处理装置的发送通道、一个用于接收和发送射频信号的天线、一个连接在天线和接收及发送通道之间以便在无线通信设备处在接收模式时把天线切换到接收通道而在无线通信设备处在发送模式时把天线切换到发送通道的发送接收切换装置、以及当无线通信设备分别处于接收模式或发送模式时将电源有选择地提供给第一或第二射频处理装置的供电装置。这样的一种无线通信设备可以是一个蜂窝或无绳电话机或任何合适的双向通信设备。这种无线电设备被设计成可交替地进行接收或发送。
上述这种类型的无线通信设备可从1990年由Springer-VerlagLondon Ltd出版、由H、W、Tuttlebee编写的手册“CordlessTelecommunications in Europe(欧洲的无绳电信)”第213、219和223页中得知。在上述各页中公开了各种收发器的结构，当收发器分别处于发送模式或接收模式时，它们具有不同的把天线耦合到发送通道或接收通道的实施方法。在213和219页上描述的收发器中，为这样的天线耦合采用了天线双工滤波器。在223页上描述的收发器中，使用了发送接收开关。在后面的收发器中发送接收开关的动作只是作了简要的表示。这类开关通常都是电子开关，不过也曾使用过基于价格昂贵的同轴传输线的开关。使用双工滤波器导致在发送和接收两个通道中都有插入损耗。由于这样的插入损耗，在滤波器中要损失多达一半甚至更高的发射功率，而且接收机的灵敏度会明显降低。为了补偿这类损耗需要另加放大，从而导致电源的消耗增大。另外，一个良好的低损耗双工滤波器是一个昂贵的部件。若使用电子开关，由于它是非线性元件，因而会导致不希望有的谐波失真。电子开关也是一个有损耗的部件，而且具有有限的工作电压范围。在这样一个有限的电压范围内为了要给出所需的射频功率，电流就必须较高，从而对匹配电路有增加了的需求。由于较高的电流，在印刷电路板上的导线内的损耗也会增大。在实际情况下，使用电子开关需要在发送通道中使用一个滤波器以限制在开关中产生的发送噪声和谐波。另外，在接收通道中也要一个滤波器以得到所需的频带选择性。不过，在使用基于开关的方案时，对于在发射频带中衰减的要求和功率的要求并不像使用基于双工滤波器的方案那样严格。因此，归根到底，基于开关的方案是有利的。在现代化的轻型通信设备中，例如基于TDMA(时分多址)的数字蜂窝无线设备和无绳电话中，尽可能地减少功率消耗是极其需要的，以便能达到很长的待机和通话时间。由于这个原因，从功能的观点来看，当没有需要时，接收和发送通道中的电路应该被关断。同时，射频前端应该尽可能是线性的，以便对频谱的要求能更加容易得到满足。
本发明的一个目的是提供一种具有低功率损耗和良好频谱规范的无线通信设备。
为此目的，按照本发明的无线通信设备的特征在于发送接收切换装置是一个机电切换装置，它具有至少一个电磁驱动装置，用来驱动至少一个包括在机电切换装置中的开关，该驱动装置串联连接到接收通道或发送通道的至少一个直流供电的电路。这样一个机电切换装置最好是一种超微小型的舌簧开关，它是高度线性的。另外，其电压范围远高于电子开关的电压范围。由于这种机电开关的驱动装置是和接收或发送通道中的部件的供电电源串联连接的，或者仅利用瞬态能量，不会带来外加的电流损耗，因此其功率消耗很低。这是基于这样一种理解：为了激励通常是一个线圈的电磁驱动装置，不需要另外的电流。
在权利要求2-6中，提出了控制机电开关的各种实施例。最好是使用一种转换开关以便节省PCB的空间。在权利要求7中提出了加速切断作用以使得设备有利地具有从发送到接收模式的更加快速的切换响应。在权利要求8中，提出了一种有利的实施例，其中该开关是一个超微小型的舌簧开关。这样的开关可以用于小型的和高密度的电子设备中。关于超微小型舌簧开关的更详细的说明可参考IEEE部件、混合电路和制造工艺论文集15卷2期1992年4月第172到176页上由K.Hinohara等写的论文“超微小型舌簧开关的磁和机械设计”。目前射频超小封装的舌簧继电器很容易在市场上获得，例如美国公司CeeJay的ALEPHTM的舌簧继电器。在权利要求9-11中，提出了电磁驱动装置的双重功能。机电开关的激励线圈可以用于例如射频滤波器或电压倍增器。这具有很大的好处，因为可节省部件因而可降低成本，同时还可节省PCB空间。当要把无线通信设备微型化时节省PCB空间是很重要的。
现在将通过举例的方式并参考附图来详细说明本发明，其中
图1是简要地显示具有按照本发明的发送接收切换装置的第一实施例的无线通信设备的方块图，
图2显示按照本发明的发送接收切换装置的第二实施例，
图3表示按照本发明的发送接收切换装置的第三实施例，
图4表示按照本发明的发送接收切换装置的第三实施例，
图5表示在无线通信设备中发送接收切换装置本身和其它功能一起的综合功能，以及
图6表示发送接收切换装置带有电压倍增器的综合功能。
在所有各图中用同样的参考数字表示同样的特性。
图1简要地显示了一种无线通信设备1的方块图，它带有按照本发明的发送接收切换装置2的第一实施例。无线通信设备1包括接收通道3和发送通道4。接收通道3含有第一射频处理装置，它包括一个耦合到射频放大器6的接收滤波器5。射频放大器6的输出送到混频器7。发送通道4含有第二射频处理装置，它包括耦合到发送滤波器10的功率放大级8和9。无线通信设备1还包括一个天线11，用来接收和发送射频信号。发送接收切换装置2耦合在天线11和接收及发送通道3及4之间。当无线通信设备1处于接收模式时，天线11被切换到接收通道3。当无线通信设备1处于发送模式时，天线11被切换到发送通道4。在无线通信设备1处于接收模式或发送模式时，例如采取电池形式(未示出)的电源供给装置有选择地把电源提供给第一或第二射频处理装置。为此提供了切换装置，按其原理表示为开关12和13以及控制逻辑14，它们由具有ROM和RAM存储器的编程的微控制器15所控制。开关12和13通常是电子开关。微控制器15是这样编程的，即要让接收机可以进入接收模式或者也可进入发送模式。按照本发明，由开关12和13切换的当前通道分别与相应的电磁驱动装置16和17串联连接以便分别去驱动在接收通道3和发送通道4中的天线开关18和19。电磁驱动装置16和17分别和天线开关18和19形成机电切换装置，它们最好采用超微小型舌簧继电器的形式或适合于高达多个千兆赫(GHz)的无线电频率范围的开关。在给出的实施例中，当起动发送通道4时流动的电源电流ITX驱动继电器线圈16，当起动接收通道3时流动的电源电流IRX驱动继电器线圈17。这样的一种逻辑可以称之为反向逻辑。在图1中，开关18和19是一个正常接通的开关，即当没有电流流经驱动装置16和17时开关是闭合的，而当有足够的电流流过驱动装置16和17时开关是开路的。
图2表示按照本发明的发送接收切换装置的第二实施例。在这个实施例中使用的是所谓的直接逻辑。接收电源电流IRX控制继电器线圈16，而发送电源电流ITX控制继电器线圈17。开关18和19两者都是正常开断型的，即在没有驱动时是开路的。
图3表示按照本发明的发送接收切换装置的第三实施例，其中使用了直接逻辑来控制接收和发送开关。在给出的实施例中，接收开关18是把接收和发送开关的功能组合起来的转换开关。开关18有一个如所示的无激励的位置。为了使开关加速切换到无激励的位置(即用弹簧加载的位置)，提供了一个加速线圈30以使开关触点的移动加速从而回到无激励的位置，在这里是回到接收的位置。加速线圈30的影响正好和驱动装置的影响相反。
图4是按照本发明的发送接收切换装置的第三实施例。在这个实施例中也采用了直接逻辑，其中的开关16和17的转换(也就是说，在接通/开断状态之间切换)是借助于当发送电源电流ITX分别沿斜坡上升或下降时从该电流所得到的信号dITX/d+和-dITX/dt来实现的。在这里，开关18和19的驱动装置16和17的控制是由电流脉冲完成的。这种电流脉冲可以用RC电路来产生，这样的电路是人们都熟悉的。在这里就不再需要使电流(例如发送电流ITX)流经驱动装置16和17。电流的斜坡上升及斜坡下降发生于GSM手机中的下述情况：例如，为了以预定的速率接通和切断发射机的射频功率输出而不是突然地接通或切断全部功率，用这种方法在控制发射电源时避免不希望有的频谱扩展。在图4中示出了电流斜坡上升/下降电路40，这在GSM手机中是人们都熟悉的。
图5表示在无线通信设备中发送接收切换装置本身和其它功能一起的综合功能。在这个实施例中，由线圈16和切换触点18所形成的舌簧开关的继电器线圈16也被用在接收滤波器15中作为电感滤波元件。这样一种综合利用节省了一个部件并因而节省了PCB空间。继电器线圈16的综合利用也可以用如下方式来实现，即把继电器线圈16用在无线通信设备1中作为发送脉冲电压倍增器。继电器线圈还可以用来在需要一个电感元件的场合去实现其它功能。
图6表示发送接收切换装置和电压倍增器60在一起的综合功能。由线圈16和开关触点18形成的舌簧开关的继电器线圈16还可以用作电压倍增器60中的电感元件。为此，电池61经线圈16连接到电容器62。电容器62由电池61进行充电以便使开关的瞬态损耗被吸收。例如，当无线设备不进行发送时，开关63和64是闭合的。其结果是电流I1便流过线圈16。当无线设备设置成为发送模式时，开关65和66闭合，这使得电池61和线圈16两端的电压被切换成串联状态。这样就实现了电压倍增功能，在输出端67可以得到两倍的电池电压。于是电流I2便流过负载(未示出)。
根据以上叙述，对于熟悉本技术的人们将会很清楚，即在本发明的精神和范围内可以进行各种修改，本发明将由后面所附的权利要求来定义，因此本发明将不受所提供的例子的限制。

Claims (11)

1．一种无线通信设备，包括一个具有第一射频处理装置的接收通道、一个具有第二射频处理装置的发送通道、一个用于接收和发送射频信号的天线、一个连接在天线和接收及发送通道之间以便在无线通信设备处在接收模式时把天线切换到接收通道而在无线通信设备处在发送模式时把天线切换到发送通道的发送接收切换装置、以及当无线通信设备分别处于接收模式或发送模式时将电源有选择地提供给第一或第二射频处理装置的供电装置，其中发送接收切换装置是一个机电切换装置，它具有至少一个电磁驱动装置，用来驱动至少一个包括在机电切换装置中的开关，该驱动装置串联连接到接收通道或发送通道的至少一个直流供电的电路。
2．如权利要求1所提出的无线通信设备，其特征在于对发送和接收通道具有分开的电磁驱动装置，它们分别由发送通道电源电流供电以便把天线切换到发送通道，以及由接收通道电源电流供电以便把天线切换到接收通道。
3．如权利要求1所提出的无线通信设备，其特征在于对发送和接收通道具有分开的电磁驱动装置，它们分别由发送通道电源电流供电以便将天线从接收通道切断，以及由接收通道电源电流供电以便将天线从发送通道切断。
4．如权利要求1所提出的无线通信设备，其特征在于其中的开关是扳动式开关且驱动装置是由发送或接收通道电源电流的导数所控制的。
5．如权利要求1、2、3或4所提出的无线通信设备，其特征在于其中至少一个开关是由接收和发送通道中的分开的开关所形成的。
6．如权利要求1、2、3或4所提出的无线通信设备，其特征在于其中至少一个开关是转换开关。
7．如权利要求1所提出的无线通信设备，其特征在于其中至少一个开关是这样构造的，即当相应的驱动装置解除激励时开关由于受磁或机械力作用而回到预定的开关状态，并且开关回到预定的开关状态时被另一个驱动装置所加速，其中该另一个驱动装置被接收通道或发送通道所激励而引起一个外加的力以使开关回到预定的状态。
8．如权利要求1所提出的无线通信设备，其特征在于其中至少一个开关是超微小型的舌簧开关。
9．如权利要求1所提出的无线通信设备，其特征在于其中的电磁驱动装置另外还被用于无线通信设备的附加功能之中。
10．如权利要求9所提出的无线通信设备，其特征在于该另外的功能是射频滤波，在此，电磁驱动装置被包含在一个射频滤波器中。
11．如权利要求9所提出的无线通信设备，其特征在于该另外的功能是电压倍增，在此，电磁驱动装置被包含在一个电压倍增器中。
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