耦合信號的方法和設備的製作方法
2023-05-09 06:44:16 2
專利名稱：耦合信號的方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明總體上涉及耦合設備，特別是指在電子設備中用於耦合信號的方法和裝置。
無線通信設備，如蜂窩式無線電話是從相關的通信系統的固定基站發送和接收射頻(RF)通信信號，例如蜂窩式無線電話系統、PCS網絡、尋呼網絡或其它通信網絡。當普通的無線通信設備用整體天線方式發射和接收RF信號時，最理想的也許是用硬線連接的方式將外部RF通信信號發送到設備，譬如外部天線。例如，一個蜂窩式無線電話可被連接到安裝在運輸載體內的加載支架上，以提供送到分離的高功率收發信機和外部天線的RF信號的耦合。
普通的無線通信設備都裝有外部輸入輸出(I/O)埠，用於傳送RF通信信號到加載支架或其它外部設備。當無線通信設備內的印刷電路板傳輸RF通信信號時，比如從收發信機到I/O埠，該印刷電路板必須嚴格地設計為使信號衰減和其它信號幹擾最小，並提供相應的阻抗匹配。也就是說，除了其它多種因素之外，在印刷電路板的各層中傳輸線的位置如何選擇還要依靠印刷電路板的層數、地線面和元件的位置、絕緣材料或外殼的選擇。雖然有很多方案，但一個常用的傳輸通信信號的方案包括帶狀線結構，其中傳輸線的每個面都覆蓋一個地線面。用於在印刷電路板上傳輸RF通信信號的另一個常用方案是採用微帶傳輸線，它含有底層覆蓋了一個地線面的絕緣層表面上的傳輸線。雖然微帶只有較少的層數而且更薄，但這種結構一般只提供較弱的隔離。在這兩種情況下，傳輸線設計為產生50歐姆阻抗來提供相應的匹配，以I/O埠方式在無線通信設備和一個外部設備之間傳輸信號。
用I/O埠方式來耦合RF通信信號給一個外部設備時，RF通信信號必須以信號最小限度的衰減從傳輸線傳輸。現有技術下的設備是採用普通的裸露在電話I/O埠外的同軸連接器，被配對連接對應的外部設備連接器部分的裸露的同軸連接器，比如適用於耦合到外部設備的加載支架或電纜。同軸電纜過去被要求在無線通信設備的接收機中減少RF幹擾。然而，在I/O埠處的同軸電纜常常要求比沒有同軸電纜的一般連接器額外的空間。也就是說，I/O埠中的連接器的連接部分或與外部設備相連通常要厚些。而且，這樣的連接器通常更貴，更容易過早損壞。
因此，需要一種有較小的尺寸的方法和裝置用於從無線通信設備到一個外部埠的射頻信號耦合。同樣，也需要耐用而成本低廉的裝置實現從無線通信設備到一個外部埠的射頻信號耦合。
圖1是將本發明用於無線通信設備的電路原理的方框圖。
圖2是運用圖1中電路原理的無線通信設備。
圖3是處於打開位置的圖2的無線通信設備，顯示了依照本發明關於無線通信設備的耦合裝置部分的局部剖視圖。
圖4是圖3所示的局部剖視圖的耦合裝置部分的部件分解圖。
圖5是與耦合到印刷電路板的無線通信設備相關的耦合裝置部分的正視圖。
圖6是圖5中與無線通信設備和印刷電路板相關的耦合裝置部分的平面圖。
圖7是圖5中印刷電路板第一層的平面圖。
圖8是圖5中印刷電路板第二層的平面圖。
圖9是圖5中印刷電路板第三層的平面圖。
圖10是圖7、8、9所示三層印刷電路板在連線10-10處的綜合剖視圖。
圖11是依照本發明中與外部設備相關的耦合裝置第二部分的部件分解圖。
圖12是圖11組裝後耦合裝置的第二連接器的透視圖。
圖13是圖12中第二連接器連接部分的正視圖。
本發明提供了一種新穎的方法和裝置，用於以I/O埠方式從一個無線通信設備到一個外部設備耦合射頻信號。而現有技術設備使用了普通的裸露在電話I/O埠和外部設備連接器部分外面的同軸連接器。這種I/O埠處的同軸電纜常常需要額外的空間並且比沒有同軸電纜的連接器貴且更容易過早損壞。同軸連接器集成到連接器的連接部分過去要求能減少無線通信設備的接收機的RF幹擾。然而，本發明的方法和裝置提供了小尺寸、更低成本、更可靠的設備用於一個無線通信設備與一個外部設備耦合RF信號。特別地，第一同軸連接器從無線通信設備中取消，而第二同軸連接器有選擇地移到一個外部設備的配對連接器的內部。當第一同軸連接器從無線通信設備中取消而第二同軸連接器移到外部設備的配對連接器內時，連接器的元件有選擇地接地以消除接收到的由任何傳輸線產生的RF幹擾。
現在翻到圖1，它顯示了使用本發明的無線通信設備譬如象蜂窩式無線電話的方框圖。在最佳實施例中，一個幀發生器ASIC101，比如可以是Motorola公司的CMOS ASIC，和一個微處理器103，比如同樣可以是Motorola公司的68HC11微處理器，組合起來產生所需的用於操作蜂窩系統的通信協議。微處理器103利用包括RAM105、EEPROM107和ROM109在內的存儲器104，最好安裝在單一部件111內，來執行所需的步驟以產生通信協議並完成無線通信設備的其它功能，比如向顯示器113輸出，從鍵盤115接收信息，以依照本發明中連接器116的方式接收輸入/輸出信息，控制頻率合成器125，或依照本發明的方法完成所需步驟來放大信號。ASIC101處理從麥克風117經音頻電路119傳來的聲音信號並輸出到揚聲器121。
收發信機處理射頻信號。特別地，發射機123利用頻率合成器125產生的載波頻率通過天線129發射。通信設備的天線129收到的信息進入接收機127，接收機127使用從頻率合成器125來的載波頻率解調碼元。通信設備可選擇性地含有數位訊號處理設備的信息接收機和存儲裝置130。這個信息接收機和存儲裝置比如可以是數字應答機或尋呼接收機。
現在翻到圖2，透視圖顯示了一個摺疊的電子設備200，譬如處於閉合狀態帶有兩個連結部分的可攜式蜂窩無線電話。特別地，下部外殼202連接到帶有外殼覆蓋層206和可拆卸電池208的上部外殼204。下部外殼202包含連結部件210和212，連結部件210和212從內部連接到上部外殼204的連結部件214和216。下部外殼202和上部外殼204之間的用作路由導線的圓柱218處於上部外殼204內，連結部件214和216之間。下部外殼202最好包含第一連接器116，用於發送或接收從外部設備來的信號，還包含天線129，用於發送或接收射頻(RF)信號。依照本發明的可應用的連接器的一個例子包括3260-15S-3型連接器，可獲自Hirose美國有限公司在矽谷2688 Westhills Ct.的辦公室，電報掛號93065。
現在翻到圖3，是處於打開位置的圖2的無線通信設備，顯示了依照本發明的耦合裝置部分的剖視圖。處於打開位置時，揚聲器222、顯示器224和鍵盤226被顯露出來。如同圖4部件的局部剖視圖的所示，第一連接器116包括外層屏蔽板230，外層屏蔽板230覆蓋帶有導向座234和基座部分236的接觸外殼232。因為連接器116內不用同軸連接器而是使用3個普通的觸點管腳傳送射頻信號，所以這些普通的觸點管腳必須適當屏蔽。為此，外層屏蔽板230由屏蔽射頻信號和其它電磁信號的材料構成。包含地線觸點239，RF觸點240和地線觸點241的觸點部件238由接觸外殼232支撐。特別地，觸點部件238的頂端部分242沿導向座234延長進入基座部分236。彎曲部分243向下延伸到引腳244。參照圖6有關的更詳細的顯示，觸點引腳部分連接到印刷電路板300。
現在翻到圖5，顯示了耦合到印刷電路板300的第一連接器116的正視圖。如正視圖所見，外層屏蔽板230圍繞著觸點部件238，觸點部件238包括位於RF觸點240兩邊的地線觸點239和241。導向座234和觸點部件238從由外層屏蔽板230構成的間隙245內的基座部分236向外延伸。外露的觸點部件238組成插頭部分以適配連接相應的插座連接器。第一連接器116還包括導向部件246，導向部件246幫助導引如圖12中詳細顯示的與第一連接器116適配連接的第二連接器，第一連接器116還包括用於焊接並接地外層屏蔽板230的連接部件248。
現在翻到圖6，所顯示的是第一連接器116和印刷電路板300的頂視圖。上部二維表面或是第一層301包括一個地線面302和多觸點焊盤。地線觸點239和241的引腳244被連接到觸點焊盤304和306，觸點焊盤304和306則連接到地線面302。RF觸點240的引腳244連接到觸點焊盤308，觸點焊盤308以通孔或是過孔309的方式將信號耦合到印刷電路板的另一層。外層屏蔽板230還包括孔250以適應接納耦合部件來連接第二連接器到第一連接器116。最後，外層屏蔽板230的側邊254可被焊接到地線面302來為外層屏蔽板提供滿足要求的地線。其餘觸點焊盤被連接到印刷電路板的單層或多層的各種引線和連線上以完成無線通信設備的功能。這些剩餘觸點焊盤承擔的所希望的功能將在圖7中詳細描述。
現在翻到圖7，頂視圖顯示了沒有第一連接器116的印刷電路板300的第一層301。如圖所示另外的觸點焊盤最好包括電池測試觸點310，自測試觸點312，不連接觸點314和316，音頻輸入和輸出觸點318，電池地線觸點320，數字數據觸點322，外部電池電源觸點324和模擬地線觸點326。這些觸點焊盤擇優排列為使數字數據線和RF連線之間的幹擾最小。特別地，數字數據線和RF傳輸線是分開的，以避免RF通信信號的能量混入數據線上的數據中，或者是數據線的數字諧波被接收機通過連接到觸點焊盤308的傳輸線收到。以數字數據觸點322的方式進行數據通信是可實現的，如授予John P.Byrns的名為自同步數據傳輸系統的美國專利第4,369,516號所述。
所示的定位孔330用於接納和定位第一連接器116，過孔332用於接納外層屏蔽板230的連接部件248。這些過孔和連接部件能夠滿足從外層屏蔽板到地線面302的連接和接地的要求。如圖8所示，顯示了印刷電路板300的第二層340。RF傳輸線344提供了傳導通路並被連接到過孔309的部分346，它傳輸RF通信信號到觸點焊盤308並從308接收RF通信信號。最後，如圖9所示的第三層350提供了地線面。特別地，地線面352提供下部地線，用於在圖10中有詳細描述的傳輸線的帶狀線結構。另外，觸點354，觸點356，358和360如圖所示。這些觸點是可用的，例如作為電池觸點。
現在翻到圖10，圖7、8、9所示三層印刷電路板在連線10-10處的綜合剖視圖顯示了傳輸線的帶狀線結構。特別地，第一層301的地線面302和第三層350的地線面352環繞傳輸線334而構成帶狀線。這些導體的尺寸和結構，絕緣介質和其它材料被選擇為能產生50歐姆的阻抗，提供在技術上眾所周知的在連接器116的阻抗匹配。雖然圖示的是帶狀線結構，但也可使用根據本發明的微帶結構。並且，位於第一層301的觸點焊盤還能夠連接到除圖示之外的印製板其它層上去。雖然只顯示了三層，但如果需要，也可使用更多的層以完成無線通信設備的功能。此外，在本發明範圍之內，第一層的觸點元件還能夠直接連到第一層之外的一個或多個層上。
現在翻到圖11，顯示的是適配連接於第一連接器116的第二連接器400的部件分解圖。特別地，第二連接器400包括一個主體部分402和一個觸點部分404。位於沿觸點部分404的外部邊緣的耦合組件405適應於嵌入圖6所示的第一連接器116的孔250。包括第一地線觸點(不可見)和第二地線觸點410在內的觸點元件406提供了電信號或地線通路，穿過觸點部分404到達圖13所示頂端部分449。與第一連接器116的地線觸點239和241相應的地線觸點410及第二地線觸點(不可見)連接到同軸連接器412的外層導線411。與RF連線相應的RF觸點408連到同軸連接器的中心導線。同軸電纜414和多股導線416以兩者封裝於電纜418的方式從第二連接器400引出。
主體部分402和觸點部分404由屏蔽罩420圍繞，使來自其它設備的RF幹擾或連接器RF信號的洩漏最小。同軸連接器的外層導線411由焊接觸點422連到屏蔽罩420。由於同軸連接器位於連接器400內，RF觸點元件408是裸露的並且可傳輸RF幹擾信號給無線通信設備的接收機。為此，連接器400必須嚴格屏蔽來防止RF幹擾。如圖11所示，屏蔽覆蓋層430被安裝為覆蓋主體部分402和觸點部分404，以提供與屏蔽罩420相通的連接器的屏蔽。特別地，觸點屏蔽部分432和屏蔽覆蓋層430的主屏蔽部分434實際上覆蓋了第二連接器400的上表面。多側面436與屏蔽罩420重疊來實際封閉了第二連接器400。在連接器116和連接器400連接時，地線接頭440對連接器116的外層屏蔽230建立剛性(positive)連接。
如圖12所示，裝配完整的連接器包括孔438以便同軸電纜414和多股導線416從連接器底部引出。外層屏蔽430以電氣連接接到屏蔽罩420來完全屏蔽連接器。這個連接在地線面302、無線通信設備的連接器116、包含同軸電纜連接器412的連接器400和連接到同軸連接器412的外部屏蔽層的連接器400的地線觸點之間產生了公共接地點。分離且不導電的外殼(未畫)可插入覆蓋連接器的主體部分以及後部通道以完全封閉同軸電纜414和多股導線416。
現在翻到圖13，圖12中連接器400的前正視圖顯示了觸點元件406的頂端部分449。特別地，地線觸點450、RF觸點451和第二地線觸點452如圖所示。觸點元件406的頂端部分449適配連接到第一連接器116的觸點元件238的頂端部分242。特別地，導向座234和第一連接器116上觸點元件238的頂部適應於插入孔454內，以便觸點450、451和452的頂部分別有效地連接到241、240和239。
總之，本發明提供了一種新穎的方法和裝置，通過I/O埠方式從無線通信設備到外部設備耦合射頻信號。將同軸連接器集成到連接器的連接部分過去要求減少無線通信設備接收機的RF幹擾。而現有技術下的設備使用了普通的裸露在電話I/O埠和外部設備的連接部分的同軸連接器，這種I/O部分處的同軸電纜常常要求額外的空間並且比沒有同軸電纜的連接器貴且容易過早損壞。本發明的方法和裝置通過取消連接設備中裸露的同軸連接器，提供了小尺寸、較低成本、更可靠的設備用於無線通信設備與外部設備耦合信號。特別地，第一同軸連接器從無線通信設備中取消，而一個外部設備的第二同軸連接器有選擇地移到外部連接器的內部。當取消或移去了同軸連接器，連接器的元件有選擇地接地以消除由任何傳輸線接收到的去掉或移去同軸連接器所產生的RF幹擾。
雖然這個發明已由上面的敘述和圖表描述和闡明了，但可以理解，這種描述只是依靠一種舉例的方式，而在不脫離本發明的實質和範圍的情況下，在工藝上可以有許多變化和修改。例如，根據本發明，任何現有的連接器可被改進，組成本專利闡明和申請的方法和裝置。雖然本發明是應用於可攜式蜂窩無線電話的，但它也可用於任何無線通信設備，包括尋呼機、電子筆記本或計算機。我們的發明僅由下列權利要求所限定。
權利要求
1.一種用於從無線通信設備到外部設備耦合信號的裝置，所說的裝置包括一個多層電路板(300)，至少含有一個包括帶第一地線面的第一層和一個使上述信號具有導通路徑的第二層；一個耦合到上述電路板的第一連接器(116)，用於耦合上述信號到所述的外部設備，所述第一連接器具有多層導電部件，其中所述的多層導電部件的第一和第三導電部件電耦合到上述第一層的所述的第一地線面，其中所述多層導電部件的第二導電部件電耦合到上述第二層的所述導電通路；以及一個第一屏蔽層(230)用於實際上覆蓋上述第一連接器，所述第一屏蔽層連接到上述第一層的所述第一地線面上。
2.權利要求1的用於耦合信號的裝置，還包含一個第二地線面(352)，其特徵在於所述第一地線面，上述第二層的所述導電通路和所述第二地線面組成帶狀傳輸線。
3.權利要求2的用於耦合信號的裝置，其特徵在於所述的帶狀傳輸線(344)在所述的第一連接器提供了50歐姆阻抗。
4.權利要求1的用於耦合信號的裝置，該裝置中還包含連接到所述第一連接器的一個第二連接器(400)。
5.權利要求4的用於耦合信號的裝置，其特徵在於所述的第二連接器包括連接到上述第一連接器的所述多層導電部件的多層導電部件(406)。
6.權利要求5的用於耦合信號的裝置，其特徵在於所述的第二連接器還包括第二屏蔽層(430)來實際上覆蓋上述多層導電部件。
7.在權利要求6的用於耦合信號的裝置，其特徵在於上述第二連接器的所述多層導電部件的第一和第三導電部件(410)連接到連接到上述第二屏蔽層的同軸連接器的外層導線，上述第二連接器的所述的多層導電部件的第二導電部件(408)連接到同軸連接器的內部導線上。
8.一個從無線通信設備到外部設備耦合信號的方法，所述的方法包括以下步驟連接多個觸點焊盤中的第一和第三觸點焊盤到印刷電路板的地線；連接連接器的多個管腳到上述多個觸點焊盤，用於從上述多個觸點焊盤到所述外部設備耦合信號；圍繞上述多個管腳外來進行屏蔽；且所述的屏蔽接地。
9.權利要求8的用於耦合信號的方法還包括一個步驟，將上述第一和第三觸點焊盤之間的第二觸點焊盤連接到用於傳輸射頻信號的傳輸線。
10.權利要求9的用於耦合信號的方法包含如下步驟提供帶有多層導電部件的一個連接器連接到上述多個觸點焊盤，用於從上述多個觸點焊盤耦合信號到所述的外部設備。
全文摘要
一種獨特的方法和裝置以I/O埠的方式從無線通信設備耦合射頻信號到外部設備。特別地，帶有相鄰三層導電部件的連接器耦合信號到外部設備，其中第一和第三導電部件電耦合到地線面，而第二導電部件電耦合到導電通路。連接器實際上用耦合到地線面的屏蔽層覆蓋。一個配對連接器同樣包含共同接地的屏蔽層。配對連接器還包含內置的局部同軸連接器和電纜來使RF通信信號的衰減最小。連接器的元件有選擇地接地以避免RF幹擾並且給無線通信設備的印刷電路板和同軸連接器建立了可靠的RF接地基準。
文檔編號H04M1/215GK1152848SQ9611260
公開日1997年6月25日 申請日期1996年9月6日 優先權日1995年9月8日
發明者施考特·戴維德·布特勒, 米切爾·史蒂芬·克魯茲, 弗蘭克·羅伯特·斯庫塔 申請人:摩託羅拉公司