Fm接收器及改进fm接收器接收性能的方法

专利名称：Fm接收器及改进fm接收器接收性能的方法
技术领域：
本发明涉及无线通信，更具体地说，涉及移动无线通信系统内的信号接收 和发送。
背景技术：
众所周知，通信系统支持无线和/或有线通信设备之间的无线和有线通信。 这些通信系统的范围涉及从国内和/或国际蜂窝电话系统到互联网，以及点对 点家用无线网络。每种通信系统都是根据一种或多种通信标准构建进而来工作 的。无线通信系统操作所依据的一种或多种标准包括但不限于IEEE802.11、 蓝牙.高级移动电话服务(AMPS)、数字AMPS、全球移动通信系统(GSM)、 码分多址(CDMA)、本地多点分配系统(LMDS)、多路多点分配系统(MMDS)、 和/或相应的各种变化版本。
根据无线通信系统的类型，一无线通信设备直接或间接地与别的无线通信 设备进行通信，这些无线通信设备可以是例如蜂窝电话、双向无线收发器、个 人数字助理(PDA)、个人计算机(PC)、笔记本电脑、家庭娱乐设备等等。 对于直接通信(也是熟知的点对点通信)，参与通信的设备调谐它们的接收器 和发射器到相同的信道(例如，无线通信系统的多个射频(RF)载波中的一 个或对于一些系统的一特定RF频率)，并通过该信道进行通信。对于间接无 线通信，每一无线通信设备经过分配的信道，直接与相关的基站(例如蜂窝服 务)和/或相关的访问点(例如，对于家用或建筑物内无线网络)进行通信。 为了完成无线通信设备之间的通信连接，经过系统控制器、公用交换电话网 (PSTN)、互联网、和/或别的广域网络，相关的基站和/或相关的访问点相互 直接通信。
对于参与无线通信的每一无线通信设备，其包括内置的无线收发器(即接
4收器和发送器)或连接到相关的无线收发器(例如，对于家用和/或建筑物内
无线通信网络的站、RF调制解调器等等)。已知的是，发射器包括数据调制级、
一个或多个中频级、及功率放大器。数据调制级依据特定的无线通信标准将原 始数据转换成基带信号。一个或多个中频级将基带信号与一个或多个本地振荡
进行混合，以生成RF信号。在经过天线进行发送之前，功率放大器将RF信 号放大。
天线对于无线通信设备来说是必不可少的组件。天线为无线通信设备例如 无线电收发器、移动电话、寻呼机、工作站(用于无线局域网、无线互联网等) 提供无线接口。规定了发射频率、接收频率和功率级的特定类型的无线通信系 统，便规定了对天线的性能要求。
由于大部分的无线通信设备是手持的或便携式的设备，构成这些设备的每 个部件都必需很小、效率高、经济且重量轻。通常，这些部件以片上系统或其 它集成电路的形式来提供。天线也不例外，其也必需尺寸小、高效、经济且重 量轻。为了达到这些要求，己经设计出了很多天线，具有不同的结构，例如单 极天线、偶极天线等等。
然而，天线的小型化使得天线更加容易受到操作环境变化的影响，从而影 响天线可靠地接收和/或发射信号的能力。例如，移动电话很容易由用户握在 手中或放在口袋内。当操作环境条件变化时，天线的阻抗进而天线的性能将受 到不利的影响，降低天线的信噪比。
尽管还会回到有利的操作环境条件，但是他们已经受到了移动电话或设备 的服务的不稳定性所影响。而且，移动无线设备在结构上的紧凑化将导致与其 它设备器件之间的E-M干扰，进一步降低天线的性能。各种类型的天线和对 应的形状能够提供足够的天线性能。尽管如此，这些天线也变得对操作环境的 变化更加敏感并增加了与其它设备器件的干扰。因此，需要有一种能够快速调 谐FM天线以补偿操作环境的变化和器件间干扰的小型化集成电路。

发明内容
本发明的描述涉及装置和操作方法，并结合至少一幅附图进行了充分的展现和描述，并在权利要求中得到了更完整的阐述。
根据本发明的一方面，本发明提供一种FM接收器，具有用于接收连续波 形信号的FM天线，所述FM接收器连接至所述FM天线并可改变FM天线的 增益线型的中心频率，所述FM接收器包括
低噪放大器模块，放大所述连续波形信号以从中生成经放大的RF信号； 下转换模块，将经放大的RF信号与本地振荡混频以生成信息信号； 滤波器模块，对信息信号滤波以生成经滤波的信息信号； 解调模块，从经滤波的信息信号中捕捉音频信息；
信号监控模块，监控接收的连续波形信号的FM信号质量，从中生成信号 质量指示；
天线控制模块，基于信号质量指示生成信号值，其中所述信号值用于改变 FM天线的增益线型的中心频率。
优选地，所述信号监控模块监控接收信号强度和信噪比中的至少一项。
优选地，所述信号监控模块监控经放大的RF信号、信息信号和经滤波的 信息信号中至少一种接收的连续波形信号的FM信号质量。
优选地，所述FM接收器进一步包括
多个集总调谐组件；
连接至所述多个集总调谐组件的多个切换器，其中所述多个切换器基于信 号值的位置影响所述多个集总调谐组件的阻抗，以生成对应于所述信号值的阻 抗调节值，用以改变FM天线增益线型的中心频率。
优选地，所述天线控制模块将所述信号质量指示与所述多个切换器中每个 切换器的位置相关联。
优选地，所述多个切换器和所述多个集总调谐组件包含在一单独定义的集
优选地，所述多个集总调谐组件包含在一单独定义的集成电路上。 优选地，所述多个切换器生成控制信号，其中，所述多个切换器基于所述 控制信号改变所述单独定义的集成电路上的多个集总调谐组件的阻抗。
优选地，所述FM天线具有合适的增益带宽，所述增益带宽是FM频带的一部分。
根据本发明的一方面，本发明提出一种改进FM接收器电路的接收性能的 方法，所述FM接收器电路具有集总调谐电路连接至用于接收连续波形信号的 FM天线，所述集总调谐电路用于改变FM天线增益线型的中心频率，所述方 法包括
接收入站连续波形信号；
下转换接收的入站连续波形信号以生成音频信息； 确定所述音频信息的信号质量信息；
基于所述信号质量信息改变FM天线增益线型的中心频率。 优选地，改变增益线型的中心频率包括 确定信号质量指示是否位于预订的阈值内；
当信号质量指示在预订阈值外时，改变FM天线的中心频率直至信号质量 直至位于预订阈值内。
优选地，所述信号质量指示包括测得的接收信号强度和测得的信噪比中的 至少一项。
优选地，监控入站连续波形信号包括
监控经放大的RF信号、低中频信号和经滤波的低中频信号中的至少一种。
优选地，改变所述FM天线的增益线型的中心频率包括
基于信号质量指示设置多个切换器中每个切换器的位置，所述多个切换器
连接至多个集总调谐组件以生成给FM天线的阻抗调节值。
根据本发明的一方面，本发明提出一种无线手持设备，包括
无线通信电路，用于转换入站RF信号为入站数据信号并转换出站数据信
号为出站RF信号；
FM接收器电路，包括有FM天线以接收连续波形信号，所述FM接收器 电路转换连续波形信号为音频信息，其中所述FM接收器电路包括
低噪放大器模块，放大所述连续波形信号以从中生成经放大的RF信号；
7下转换模块，将经放大的RF信号与本地振荡混频以生成信息信号； 滤波器模块，对信息信号滤波以生成经滤波的信息信号； 解调模块，从经滤波的信息信号中捕捉音频信息；
信号监控模块，监控接收的连续波形信号的FM信号质量，从中生成信号 质量指示；
天线控制模块，基于信号质量指示生成信号值，其中所述信号值用于改变 FM天线的增益线型的中心频率。
优选地，所述信号监控模块监控接收信号强度和信噪比中的至少一项。
优选地，所述信号监控模块监控经放大的RF信号、信息信号和经滤波的 信息信号中至少一种接收的连续波形信号的FM信号质量。
优选地，所述无线手持设备进一步包括
多个集总调谐组件；
连接至所述多个集总调谐组件的多个切换器，其中所述多个切换器基于信 号值的位置影响所述多个集总调谐组件的阻抗，以生成对应于所述信号值的阻 抗调节值，用以改变FM天线增益线型的中心频率。
优选地，所述天线控制模块将所述信号质量指示与所述多个切换器中每个 切换器的位置相关联。
优选地，所述多个切换器和所述多个集总调谐组件包含在一单独定义的集 成电路上。
优选地，所述多个集总调谐组件包含在一单独定义的集成电路上。 优选地，所述多个切换器生成控制信号，其中，所述多个切换器基于所述
控制信号改变所述单独定义的集成电路上的多个集总调谐组件的阻抗。
优选地，所述FM天线具有合适的增益带宽，所述增益带宽是FM频带的
一部分。
本发明的各种优点、各个方面和创新特征，以及其中所示例的实施例的细 节，将在以下的描述和附图中进行详细介绍。


下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中
图1是包括有多个基站或接入点(AP)、多个无线通信设备以及一网络硬
件的通信系统的功能框图2是根据本发明实施例的包含FM收发器和FM天线调谐模块的无线通
信设备的示意框图;
图3是FM天线的增益线型(gainprofile)的中心频率的示意图4是根据本发明实施例的包含FM收发器和连接有调谐电路的FM天线
调谐模块的无线通信设备的示意框图5是根据本发明实施例的支持无线通信的集成电路的示意框图6是根据本发明实施例的另一支持无线通信的集成电路的示意框图7是根据本发明实施例的包含数控天线调谐电路的FM接收器电路的示
意框图8是根据本发明实施例的改变FM天线的增益线型的中心频率的方法流 程图9是根据本发明实施例的包含天线结构的砖块型移动电话的爆炸图； 图IO是根据本发明实施例的包含天线结构的翻盖型移动电话的爆炸图； 图11是根据本发明实施例的包含印刷的FM天线的天线结构在第一方向 上的剖视图12是根据本发明实施例的包含印刷的FM天线的天线结构在第二方向 上的剖视图13是根据本发明实施例的另一包含绝缘垫片(spacer)的天线结构的 爆炸图14是图13所示天线结构的剖视图。
具体实施例方式
图1是根据本发明实施例的包含有电路设备和网络组件的通信系统及其 操作的功能框图。更具体地说，多个网络服务区04、 06和08是网络10的一
9部分。网络10包括多个基站或接入点(AP) 12—16、多个无线通信设备18 一32以及网络硬件组件34。无线通信设备18—32可以是膝上型计算机18和 26、个人数字助理20和30、个人计算机24和32和/或蜂窝电话22和28。
基站或AP 12-16通过局域网(LAN)连接36、 38和40连接至网络硬件 34。网络硬件34可以是路由器、交换机、桥接器、调制解调器、系统控制器 等，为通信系统10提供到外部网络组件的广域网(WAN)连接42。每个基站 或接入点12-16具有关联的天线或天线阵列，以与其覆盖区域内的无线通信设 备通信。 一般，无线通信设备18-32注册到特定的基站或接入点12-16，以从 通信系统10接收服务。对于直接通信(即点对点通信)，无线通信设备通过分 配的信道直接进行通信。
无线通信设备18-32中的部分或全部都具有FM收发器以接收和/或发射 FM广播频带内的连续波形信号，在美国该FM广播频带是89.7至107.9MHz。 然而可以了解的是，FM信号可以在任何频率上传送。当前的示例中，无线通 信设备22、 24、 28、 30和32分别具有FM收发器23、 25、 31、 33和35。这 种方式下，无线通信设备可通过FM频率传输技术来接收和/或发送媒体内容。
除了媒体内容(例如音频、视频等)，无线通信设备可接收和/或发送其它 的信息例如无线电数据系统(RDS)信息，该信息提供与FM无线电广播有关 的数字信息。这些信息可包括以下项目时间、音轨/表演者信息、站识别等 等。
FM广播站54和56在FM波段内通过连续的波形发射媒体内容，FM收 发器23-33在该波段内通过各自的FM天线进行接收。接着FM收发器处理信 号以向用户设备呈现该媒体内容。此外，无线通信设备可以本地广播的方式发 送FM信号给附近的具有FM接收器的音频设备，例如个人立体声系统、汽车 FM收音机等。
小型无线设备的FM接收器具有数控调谐电路，以在穿过非理想操作环境 时为该小型无线设备改进天线性能。天线的性能可通过改变FM天线增益线型 的中心频率来得以改进。
出现非理想操作环境条件的一个例子是人体到设备的FM天线的位置，一般，用户靠近天线的位置将影响和/或改变FM天线的阻抗(例如当无线设备 被握在用户手中时，放在口袋中时，靠近笔记本电脑时，等等)。随着人越靠
近或越远离该设备的天线，天线的阻抗会随之变化，从而影响FM天线的增益 线型的中心频率。由于FM天线都被縮减为匹配较小型的无线设备，天线的阻 抗便变得对这些变化的操作环境条件更加敏感。
因此，因非理想操作环境条件导致的变化的天线阻抗影响信号的处理和媒 体内容的呈现。例如，当接收条件低于理想情况时(即，信噪比更差和/或信 号强度降低)，立体声FM广播播放成单声道，或者FM信号被完全丢失。随 着不断变化的环境条件，变化的和/或不连贯的播放将使用户感到灰心。FM天 线调谐电路和FM天线结构将在后续结合图2-14给出进一步的介绍。
图2是无线通信设备22-32的示意框图。如图所示，无线通信设备22-32 包括数字处理模块54、存储器56、用户接口52、收发器58-66、 FM天线控制 电路68、 FM天线70和天线切换器72。数字处理模块57和存储器56依据特 定的移动和/或蜂窝电话标准执行指令并执行度应的通信功能。
用户接口 52允许接收数据并提供到输出设备的连接，该输出设备可以是 显示器、监视器、扬声器、麦克风等，因而接收的数据可进行显示和/或播放。 数字处理模块54还可从输入设备例如键盘、键区、麦克风等经由用户接口52 接收出站数据，或者其自身可生成数据。用户接口将出站数据76提供给数字 处理模块54，以便通过收发器58-66其中之一发送出去。用户接口还接收提供 给用户的入站数据74。
无线通信设备22-32具有几个收发器(g卩，接收器和发射器)，以适配不 同的通信和/或数据会话。无线通信设备22-32具有蜂窝收发器58 (例如个人 通信系统(PCS)、全球移动通信系统(GSM)、宽带CDMA等)、无线广域网 (WWAN)收发器60 (例如WiMAX、 HSDPA等)、无线LAN (WLAN)收 发器62 (例如IEEE 802.11 )、无线个域网(WPAN)收发器64 (例如蓝牙、IEEE 802.15等)以及FM收发器66。
收发器的发射器部分通常包括有数据调制级、一个或多个中频级以及功率 放大级。数据调制级依据特定的无线通信标准将原始数据转换成基带信号。一个或多个中频级将基带信号与一个或多个本地振荡进行混合，以生成RF信号。 在经过天线进行发送之前，功率放大器将RF信号放大。
收发器的接收器部分通常包括有低噪放大器(LNA)级、 一个或多个中频 级、以及数据解调级。LNA级放大接收的RF信号以提供更强的信号进行后续 处理。 一个或多个中频级依据特定无线通信标准将RF信号与一个或多个本地 振荡混频以生成基带信号。在其它的收发器配置中，接收的FM信号可直接转 换成基带信号。数据解调级用于将基带信号转换成原始数据。
收发器58-64通过天线切换器72接收和发送RF信号，天线切换器72在 接收模式下将接收器与天线86连接，并在发送模式下将发射器与天线86连接。 天线切换器72提供到天线86的多对一访问，以便有效地使用天线资源。天线 切换器的示例在2006年7月18日公告的美国专利No. 7,079,816"片上分集天 线切换器"中已有进一步介绍，本申请在此引用其全文。
FM收发器66通过FM天线70从FM发射器例如FM广播站54和56(参 见图1)接收连续波形信号89。又，FM收发器66可在FM波段内发射连续 波形信号89给本地接收器(例如个人立体声系统、汽车FM收音机等)。
具有集总调谐组件69的FM天线调谐模块68使用阻抗调节值71来调节 与FM天线70的阻抗匹配。 一般，FM天线的占用面积(footprint)越小，其 性能因其在无线通信设备内相对于其它器件的位置关系而更易受到破坏，并且 对其操作环境中的变化更加敏感，进而影响天线70的调谐(例如通过用户到 无线通信设备的邻近距离的变化)。
FM天线70可通过各种配置来提供，例如单极天线、偶极天线(例如2006 年4月25日公告的美国专利No. 7，034，770 "印刷偶极天线"中描述的偶极天 线，本申请在此引用该专利的全文)、偏心螺旋天线(例如2000年4月4日公 告的美国专利No. 6,947,010 "偏心螺旋天线"中所描述的，本申请在此引用该 专利的全文)、分形八木天线(fractal element antenna)等。每种配置具有不同 的设计考虑。
作为一个示例，单极天线因其天线迹线具有较低的电阻损耗(即，单极天 线结构可以使用较少的天线迹线)而相对于偶极天线结构具有更好的性能。通
12常，较低的电阻损耗使FM天线70具有更高的天线效率。
单极结构依靠移动电话22已有的地层来产生"丢失"部分的图像(即， 单极天线的偶极部分)。由于无线设备可能不具有用于附着单极天线结构的理 想的地层，阻抗的匹配是不可预测的。但是，通过因小天线占用面积而得到的 天线迹线218的较低电阻损耗，单极天线的整体性能仍然得到改进。
天线的较低电阻损耗还可通过使天线工作在较高谐振频率fc上来得到承 认。例如，FM天线70具有比预期的操作频率(本示例中，FM频段)更高的 谐振频率(例如高出两到三倍)。较高的谐振频率使天线的电长度(electrical length)得到縮减，并对应地减少分配给天线迹线的空间。也就是说，较短的 电长度具有较少的迹线线圈，能在规定天线区域内具有较大的迹线表面积，结 果导致较低的电阻损耗。使用FM收发器66工作时，接收器使用离散的(或 集总的)低损耗天线匹配器件(例如集总的调谐组件68)将FM天线70的谐 振频率降低至预期频率谐振。
然而，在天线被调谐到的最高谐振频率与将谐振频率调至预期操作频率范 围的内阻抗匹配量(通过FM天线控制电路68)之间存在折衷。例如，当天 线在特高频率上谐振时，所需的阻抗匹配量非常大，结果产生过多的天线损耗。 换句话说，丧失了具有较低电阻损耗和较高天线效率的优点。另一方面，当天 线谐振频率非常接近预期工作频率时，所需的匹配器件将很少；但是，由此产 生的FM天线迹线的电阻损耗将与FM天线70的辐射电阻差不多，或大于FM 天线70的辐射电阻。
不管采用的天线配置如何，对于预期的无线电频段，FM天线70具有与 其增益线型相关的中心频率。FM天线控制电路68控制FM天线70的中心频 率位于预期工作频率内。基于接收的连续波形信号89的信号强度指示，FM 天线控制电路68提供调节控制信号给集总调谐组件69。集总调谐组件69对 应地通过阻抗调节值71改变FM天线70的阻抗(和谐振频率)。
也即，尽管接收到的信号是连续波形信号，数控天线调谐电路能够以满足 在动态操作环境中将广播内容呈现给用户的速率改变FM天线的增益线型的 中心频率。也就是说，用户不会察觉或感知到因不断变化的操作环境所带来的
13干扰。
集总调谐组件69包括压控可变阻抗器件(例如一组阻抗器件、变抗器、 变容二极管等)，以产生阻抗调节值71。 S卩，通过由集总调谐组件69调节阻 抗值，FM天线控制电路68可将FM天线70调谐到无线通信设备22-32的操 作条件。
FM天线控制电路68与集总调谐组件69可位于的单个集成电路或多个集 成电路上。而且，FM天线控制电路68和集总调谐组件69可实现为片上系统 的一部分。其它实施方式的示例将结合图4-14给出详细介绍。
数字处理模块54结合存储在存储器56内的操作指令，执行数据接收器和 数据发射器功能。数字处理器54可使用共用的处理设备、单个处理设备或多 个处理设备实现。这样的处理设备可以是微处理器、微控制器、数字信号处理 器、微型计算机、中央处理器、场编程门阵列、可编程逻辑设备、状态器、逻 辑电路、模拟电路、数字电路和/或任何基于操作指令操作信号(模拟和/或数 字)的设备。
存储器56可以是单个存储设备或多个存储设备。所述存储设备可为只读 存储器、随机访问存储器、非永久性存储器、永久性从初期、静态存储器、动 态存储器、闪存和/或任何存储数字信息的设备。需要注意的是，当数字处理 模块54通过状态器、模拟电路、数字电路和/或逻辑电路实现一个或多个功能 时，存储对应指令的存储器嵌入在包括状态器、模拟电路、数字电路和/或逻 辑电路的电路内。存储器56存储且数字处理模块54执行对应于本申请中所示 和/或所描述的至少某些功能的操作指令。
工作中，数字处理模块54基于特定的无线通信标准(例如IEEE802.11a、 IEEE 802.11b、蓝牙、IEEE 802.16等)处理出站数据76，生成合适的数字传 输格式的数据以用于当前通信会话，该数据包括蜂窝数据59、 WLAN数据61、 WWAN数据65和/或FM信号数据67。该数据可以是数字基带信号或数字低 中频信号，其中该低中频一般位于IOO千赫到几兆赫的频率范围内。
每个对应的收发器58-66将数字数据从数字域转换成模拟域。虽然图中所 示的天线86位于该无线设备的主体的外部，市场上的无线通信设备一般将天线组件和结构内置于设备主体内部。此外，该无线通信设备还可具有额外的天 线用于特定应用，例如用于蓝牙应用的天线等。
本领域的普通技术人员可知的是，图2的无线通信设备可使用一个或多个 集成电路实现。例如，数字处理模块54和存储器56实现于第一集成电路，无 线通信设备22-32剩下的部件除去天线86外，可实现于第二集成电路。或者 又例如，无线通信设备22-32可在一个集成电路上实现。
图3是关于FM信号频带接收(表示为接收信号强度93)的FM天线增 益线型(gainprofile)的中心频率或谐振频率fc的示意图。这个示例中，中心 频率fc失调了值"x"。即，该天线没有关于FM信号的局部峰值(localpeak) 定中心频率。除非调谐是正确的，否则该信号数据在经处理呈现给用户(例如 使用静态、单声道播放等)时将出现失真，或者需要额外的功率资源来校正该 失真。
中心频率失调的量值部分对应于操作环境的改变。也就是说，阻抗的改变 (例如用户邻近距离的变化)影响天线的中心频率fe。 FM天线控制电路提供 控制信号以生成阻抗调节值71来改变对天线的调谐。中心频率fc的改变将结 合图4-8给出进一步介绍。
尽管图中所示的阻抗调节值71将天线中心频率fc导向与接收的信号强度 同中心，FM天线控制电路68还可提供控制信号来提供调谐偏移量，以在较 宽的带宽上利用更平滑的放大器特性。
图4是包含分布式的FM天线控制电路68和集总调谐组件69的无线通信 设备22-32的示意框图。
如图所示，无线通信设备22-32具有数字处理模块54和存储器56。数字 处理模块57和存储器56依据特定的移动和/或蜂窝电话标准执行指令并执行 度应的通信功能。就此而言，类似的器件和/或组件已经在对无线通信设备 22-32的描述中给出了介绍，因而在此不再重复。
无线通信设备22-32具有天线切换器75和天线切换器77。天线切换器75 服务于天线86上发射和/或接收模式下的蜂窝Tx/Rx信号81以及WWAN Tx/Rx信号83。天线切换器77服务于天线86上发射和/或接收模式下的WLAN
15Tx/Rx信号85以及WPAN Tx/Rx信号87。 FM收发器66通过FM天线70接 收和/或发射连续波形信号。
多个天线切换器75和77使得每个天线切换器适配类似通信模式的特性。 所述特性的示例包括类似的频带、类似的数据率等。例如， 一个天线切换器可 服务于蜂窝频带(例如对于AMPS、 IS-95 (CDMA)、 IS-136 (D-AMPS)、 GSM， 工作在824-849MHz、 869-894MHz、 896-901 MHz以及935-940MHz频带内)， 另一个天线切换器可服务于个人通信业务(PCS)频带(例如对于GSM、 IS-95 (CDMA)、 IS-136 (D-AMPS)，工作在1850-1910MHz和1930-1990MHz频 带内)。再一个天线切换器可服务于高数据率通信(例如2.4GHz)。
FM收发器66从FM天线70接收连续波形信号89。 FM天线控制电路68 f收从FM收发器66接收信号强度指示(SSI)。又，FM收发器66提供接收 的FM信号给FM天线控制电路68,由FM天线控制电路68评估信号强度或 其它信号特征以产生控制信号73。当SSI落在允许的信号强度级至外时，集 总调谐组件69基于来自FM天线控制电路68的控制信号73提供阻抗调节值 71给印刷FM天线。
图示的集总调谐组件69位于与FM收发器66和FM天线控制电路68分 开定义的IC上。通过这种方式，可使用不同的制造工艺来实现集总调谐组件 69的阻抗器件，并实现无线通信设备22-32的其它器件。g卩，某些情况下，可 实现制造成本和复杂度的降低。此外，无线通信设备可设有可被设备内的其它 器件接入的阻抗组，以实现对这些器件的共享(例如，用于时钟调节等)。通 过调节集总调谐组件69的阻抗值，FM天线控制电路68调谐FM天线70至 通信设备22-32的阻抗。
图5是支持无线通信并具有FM接收器能力的集成电路270的示意框图。 集成电路270包括FM接收器电路66和FM天线控制电路68。为了支持无线 通信，集成电路270还包括有无线通信电路57，其具有收发器58-64 (参见图 2和图4)。
FM天线控制电路68生成控制信号73来控制FM天线例如FM天线70 的增益线型的中频频率(参见图2和图4)。外部集总调谐组件阵列69具有切换器模块326和集总调谐器件328。外部的集总调谐组件阵列69通过单独定 义的集成电路来提供，例如位于混合式半导体结构或具有定义的边界的集成电 路的一部分内。
切换器模块326包括多个切换器So到Sz，连接至包含多个调谐器件Co 到Cz的集总调谐器件328。多个调谐器件还可以采用其它配置例如压控可变 阻抗器件(例如变抗器、变容二极管等)来实现。该多个切换器So到Sz用于 通过集总调谐器件328改变阻抗调节值71。
FM接收器电路66接收连续波形信号89并提供信号值90给FM天线控 制电路68。 FM接收器电路66还提供FM数据信号67给数字处理模块54。 信号值90将结合图6-8给出详细介绍。
FM天线控制电路68基于信号值90的特征(例如接收信号的强度指示、 信噪比等)，产生控制信号73以改变FM天线的增益线型的中心频率。工作中， 控制信号73控制外部集总调谐组件阵列69中的多个切换器So到Sz。进而， 切换器模块326控制集总调谐器件328的调谐器件Co到Cz以产生阻抗调节值 71。通过这种方式，控制信号73用以改变外部集总调谐组件阵列69的阻抗。
注意，FM天线控制电路68提供阻抗调节值71的快速调节，并对应地快 度调谐FM天线以适应于无线通信设备22-32 (参见图1)的操作环境的改变。
图6是支持无线通信并具有FM接收器能力的另一集成电路280的示意框 图。集成电路280包括FM接收器电路66和FM天线控制电路68。 FM天线 控制电路68进一步包括切换器模块346，其具有多个切换器是So到Sz。为了 支持无线通信，集成电路280还包括有无线通信电路57，其具有收发器58-64 (参见图2和图4)。
FM接收器电路66接收连续波形信号89并提供信号值90给FM天线控 制电路68。 FM接收器电路66还提供FM数据信号67给数字处理模块54 (参 见图2和图4)。
FM天线控制电路68通过切换器模块346的多个切换器S。到Sz生成控制 信号一73给外部集总调谐组件348。外部集总调谐组件348包含多个调谐器件 Co到Cz，这些调谐器件还可以实现为压控可变阻抗器件(例如变抗器、变容二极管等)，对控制信号73做出响应。
FM天线控制电路68基于信号值90的特征(例如接收信号的强度指示、 信噪比等)，产生控制信号73以改变FM天线的增益线型的中心频率。工作中， FM天线控制电路68从多个切换器So到Sz生成控制信号73给外部集总调谐 组件34S，以改变或"拉动"FM天线增益线型的谐振频率fc。
FM天线控制电路68通过改变经由集总调谐器件Q)到Cz的得到的阻抗 调节值71所提供的阻抗值来改变谐振频率。因此，提高给FM天线的阻抗调 节值71进而改变天线增益线型的中心频率，以改善FM信号的接收。
注意，FM天线控制电路68提供阻抗调节值71的快速调节，并对应地快 度调谐FM天线以适应于无线通信设备22-32 (参见图1)的操作环境的改变。
图7是包含数控天线调谐电路的FM接收器电路66的示意框图。FM接 收器电路66包括低噪放大器302、下转换模块306、滤波器模块312、模数转 换器316、信号监控模块322和控制模块328。数字处理模块54经配置可提供 解调模块318。
工作中，FM天线70传送连续波形信号89给低噪放大器(LNA) 302， 由其从中生成放大后的射频信号304。下转换模块306将放大后的射频信号304 与FM频带本地振荡信号308混频，生成信息信号310。 FM频带本地振荡信 号308是基于用于无线电台接收的用户选择的频率的。放大后的射频信号304 的下转换可通过零差(直接)转换或超外差(多阶)转换到基带频率来实现， 以便由数模转换器316采样用于后续解调。
滤波器模块312对信息信号310滤波，生成经滤波的信息信号314。滤波 器模块312执行的滤波可以是低通滤波和/或带通滤波。滤波器模块312可具 有一级或多级电阻器/电容器电路和/或一级或多级感应器/电容器电路。
模数转换器316将经滤波的信息信号314转换成FM信号数据67。解调 模块318将FM信号数据67解调成音频信息320，该音频信息320构成呈现 给用户接口52 (参见图2和图4)的入站数据74的一部分。
信号监控模块322测量经放大的RF信号304的信号质量，以及信息信号 310的信号质量，和/或经滤波信息信号314的信号质量，由图中虚线表示。信号质量指示包括接收的信号的强度指示(RSSO、信噪比(SNR)等等。
信号监控模块322提供信号质量指示326给控制模块328。信号质量指示 326可以是数字或模式格式的，控制模块328据此进行处理。信号值90用于 改变FM天线增益线型(其具有合适的增益带宽，该增益带宽是使用中的FM 带宽的一部分)的中心频率。
基于信号质量指示326，控制模块328补偿受操作环境条件改变影响的天 线性能。通过信号质量指示326，信号监控模块322将这些改变和/或对天线性 能的这些影响对控制模块328，由控制模块328对应地调节FM天线的性能。 即，接收的连续波形信号的质量的改变被感测到，并通过改变FM天线的增益 线型特征来进行补偿，从而实现信号接收的改进，也即，改变FM天线的中心 频率。
总之，控制模块328可基于预定的和/或动态的标准来改变中心频率。例 如，控制模块328可首先确定信号质量指示是否处于预定的阈值和/或公差内。 当信号质量指示326位于预定阈值外时，控制模块328通过信号值90改变FM 天线70 (参见图2和图4)的中心频率，直到信号质量指示326处于预定阈值 范围内。
此外，若电台或载波频率不可用，例如由于因建筑物、公路隧道或其它衰 减源导致的严重信号衰减，则可执行休眠期来保存设备资源，并停止处理输出 给用户接口，例如耳机或其它音频播放设备。休眠期过了之后，可周期性地继 续信号质量指示326的进一步处理。
另一方面，对信号质量指示的预定阈值可以是动态地。例如，该预定阈值 可以设置为信号质量指示的平均值，或可基于预期公差水平内的最大信号质量 指示。这样的话，FM接收器电路66的灵敏度便随FM接收器电路66的操作 环境的变化而增加或减小。降低RF接收器电路66追踪操作环境的变化的速 率可相应地保存设备资源，例如处理资源和/或电源。
本领域的普通技术人员可知的是，实现FM接收器电路的集成电路还可结 合有FM天线控制电路68，例如图2以及图4_6所示的。FM天线控制电路 68具有切换器模块326连接至集总调谐组件328。切换器模块326的各切换器的位置取决于信号值90,并用于影响集总调谐组件328的阻抗，以生成阻抗 调节值71，该阻抗调节值71对应于信号值以改变FM天线的增益线型的中心 频率。
此外，关于FM接收器电路的实现，单独定义的集成电路可包括有采用各 种集成电路结构的切换器模块326和/或集总调谐组件328，以适应于制造、运 行和/或设计的各种考虑因素。
图8是改变FM天线的增益线型的中心频率的方法340的流程图。一般而 言，FM接收器用于以足以满足在动态操作环境中将广播内容呈现给用户的速 率来改变FM天线的增益线型的中心频率。如此的话，用户不会察觉或感知到 因运行环境变化带来的FM天心的阻抗变化所导致的干扰。
方法340从步骤342开始，FM接收器电路接收入站连续波形信号。如前 所述，该入站连续波形信号可以使FM广播信号或其它连续波形信号。步骤 344中，FM接收器电路下转换接收的连续波形信号以生成音频信息。步骤346 中，FM接收器确定该音频信息的信号质量信息。信号质量信息可基于信号的 接收信号强度，或基于其它合适的信号强度指示。步骤348中，基于该信号质 貴信息，FM接收器改变FM天线的增益线型的中心频率。
对于步骤348，改变FM天线增益线型的中心频率是基于预定的或动态的 阈值的。步骤350中，FM接收器确定该信号质量指示是否位于阈值内，该阈 值可以是预定的阈值和/或动态的阈值。步骤352中，当信号质量指示位于预 定或动态的阈值范围之外时，FM接收器电路改变FM天线的中心频率直至信 号质量指示位于预定阈值内。
图9是具有天线结构200的移动电话22的爆炸图。移动电话22具有被称 为"砖块"的结构。移动电话22包括面盖202、后盖222和电池盖228。面盖 202包括显示器204、功能键区206、数字键区208。面盖202内设置具有集成 电路212的印刷电路板210，该集成电路212具有收发器58—66 (如前结合图 2和图4所述)连接至天线结构200的FM天线70。
此外，印刷电路板210可具有集总调谐器件以首先将移动电话与FM天线 70的阻抗相匹配。后盖222包括第一侧219和第二侧221。第二侧221定义出
20斜坡部分以接纳电池盖228。
移动电话22支持不同形式的通信和信息和/或媒体内容。例如，处理支持 语音呼叫外，移动电话22还可以发送和接收数据，通过SMS发送文本消息， 访问无线应用协议(WAP)业务，通过数据技术如GPRS提供互联网接入， 使用内置数码相机发送和接收图片，视频和声音录制，等等。此外，移动电话 22还有可用的本机特征，例如闹钟、音量调节、用户定义和可下载的铃音和 标志图、可互换的前后盖等等。
天线结构200包括FM天线70、导电材料制成的接地层224以及电池226。 FM天线70包括天线极限218和输入/输出连接216。 FM天线70具有平面结 构，且平面面积小于电池盖228，设置在靠近电池盖228的内侧处。FM天线 70可具有根据不同标准设计的各种配置结构(参见图2和图4一6)。
此外，FM天线70可实现在一个或多个印刷电路板层上和/或一个或多个 印刷电路层上。集成电路212的收发器电路与FM天线70的连接可以是直接 的或间接的，并且设置在FM天线70上以达到预期的负载阻抗。例如，输入/ 输出连接216可以是同轴探针(coaxial probe)、印刷的微波传输带(microstrip)、
波导和共面传输线等等。
电池226具有平面结构，置于靠近接地层224的第二侧处，从而天线70 的平面结构与电池226是完全平行的。位于电池226和FM天线70之间的接 地层224用于改善FM天线70的信噪比。电池226可具有导电外层，提供接 地层224给FM天线70。电池盖228、后盖222和面盖202相连以提供移动电 话22操作时的电气和物理连接。
图10是具有天线结构200的移动电话28的爆炸图。移动电话28具有被 称为翻盖型的结构。移动电话28支持不同形式的通信和信息和/或媒体内容。 例如，处理支持语音呼叫外，移动电话28还可以发送和接收数据，通过SMS 发送文本消息，访问无线应用协议(WAP)业务，通过数据技术如GPRS提 供互联网接入，使用内置数码相机发送和接收图片，视频和声音录制，等等。 此外，移动电话28还有可用的本机特征，例如闹钟、音量调节、用户定义和 可下载的铃音和标志图、可互换的前后盖等等。移动电话28包括第一部分242和第二部分250。第一部分242包括键区 244、功能键区246和面盖254。第一部分242还容置有FM天线70和电池226， 两者由接地层224隔开。电池226、接地层224和FM天线70可以和后盖229 一起构成一个单元。移动电话28的第二部分250包括显示器248以用于将呼 叫状态和其它信息呈现给用户。第一部分242和第二部分250沿铰链部分251 折叠至两者平行的位置，即为该移动电话28的关闭位置。
移动电话28通过第一部分242容置有印刷电路板210，印刷电路板210 上的集成电路212包含收发器电路25-66。 FM收发器66连接至FM天线70。
翻盖型移动电话的第一部分242为FM天线70提供了较小的占用空间和/ 或面积。因此，印刷的FM天线的性能更易受到因用户和/或其它物体导致的 阻抗改变而引起的操作环境的变化的影响。就此而言，接地层224用于减轻这 些影响并进一步改善印刷FM天线在信号接收方面的性能。此外，该印刷电路 板可具有集总调谐器件，用以补偿移动电话器件引入的阻抗，首先将FM天线 70调谐至与无线通信设备22-33匹配。
FM天线70包括天线迹线252和输入/输出连接258。 FM天线70具有平 面结构，且平面面积小于电话28的第一部分242，设置在靠近接地层224处。 FM天线70可实现在一个或多个印刷电路板层上和/或一个或多个印刷电路层 上。集成电路上的收发器电路与FM天线70的连接可以是直接的或间接的， 并且设置在FM天线70上以达到预期的负载阻抗。例如，输入/输出连接216 可以是同轴探针、印刷的微波传输带、波导和共面传输线等等。
FM天线70可具有根据不同标准设计的各种配置结构，其示例已结合图2 给出介绍。
电池226具有平面结构，置于靠近接地层224的第二侧处，从而天线70 的平面结构与电池226是完全平行并间隔开的，以便改善FM天线70的性能。 电池226、接地层224、 FM天线70和后盖229可集成在一个模块内，与第一 部分242可拆卸的连接，以为移动电话28的操作提供电气和物理连接。此外， 接地层224可形成为电池226上的导电层。
图11是天线结构200的剖视图。天线结构200包括FM天线70和电池
22226与接地层224彼此层叠。天线迹线218通过保护层225与接地层224电隔 离。FM天线70具有平面结构，其平面积小于移动电话电池盖228的外周定 义出的平面面积，且FM天线70设置在使天线基底219靠近电池盖228的内 侧处。天线迹线218朝向接地层224。
天线基底219可与电池盖228形成在一起，并还可与电池盖228连接或构 成电池盖228的一部分。保护层225和天线基底219由电绝缘材料制成，在移 动电话器件之间提供电绝缘并同时支持静电场。此外，该电绝缘材料具有足以 聚集静电磁通线并损耗最小热量的介电常数。这种材料包括空气、聚乙烯、聚 苯乙烯等等。FM天线70的平面结构、接地层224和电池226的平面表面彼 此平行。这种夹层结构为FM天线70提供了改进的FM信号接收性能。
图12是天线结构239的剖视图。天线结构239示出了另一种夹层结构， 可用于移动电话22和/或28。天线结构239包括FM天线70和电池226与接 地层224彼此层叠。天线迹线218通过保护层225提供电隔离和/或机械上的 保护。FM天线70具有平面结构，其平面积小于移动电话电池盖228的外周 定义出的平面面积，且FM天线70设置在使天线基底219靠近接地层224的 位置处。天线迹线218靠近电池盖228的内表面。因此，FM天线70的平面 结构、接地层224和电池226的平面表面彼此平行。这种夹层结构为FM天线 70提供了改进的FM信号接收性能。
图13是包含绝缘垫片257的另一天线结构230的爆炸图。天线结构230 可用于砖块型移动电话22和/或翻盖型移动电话28内，以及其它适合的无线 设备结构内。
天线结构230包括FM天线70和电池226，通过绝缘垫片257间隔开。 绝缘垫片257包括第一绝缘间隔部分260和第二绝缘间隔部分262。绝缘垫片 257还具有腹板261以将第一和第二绝缘间隔部分206和260固定隔开，绝缘 垫片257提供了第一侧263和第二侧265。绝缘垫片257为电池226和FM天 线70提供进一步的隔离，用于改进印刷FM天线的E-M磁通特性，并改进FM 天线70的性能。
绝缘垫片257因其内的各部件和中间定义出的空腔259 (该空腔内可充满
23来起周围环境的空气)而具有不同的介电常数。而且，绝缘垫片257可整个由 相同的材料构成，或者由具有不同绝缘特性的多种材料构成。
这样的话，绝缘垫片257在FM天线70和移动电话部件之间提供电绝缘， 同时还支持静电场。 一般，绝缘垫片257的面积对应于FM天线的表面积；但 是，也可以使用具有较小表面积的绝缘垫片，同样能达到预期的印刷天线70 的性能改进。
FM天线70具有平面结构，其平面积小于移动电话电池盖228的外周定 义出的平面面积，且FM天线70设置在靠近移动电话电池盖228的内表面处。 电池226具有一平面表面靠近接地层224，该平面表面可以是电池226的导电 外层。电池226的导电外层可部分包住电池226，使得接地层224位于电池226 和FM天线70之间。这种夹层天线结构230为FM天线70提供了改进的FM 信号接收性能。
图14是图13所示天线结构230的剖视图，具有绝缘垫片257并在天线机 鞯口 230与电池盖228之间具有间隙231。
天线结构230包括FM天线70和电池226，通过绝缘垫片257建隔开。 FM天线70具有对应于绝缘垫片257的平面结构，并具有导电层以提供接地 层224。 FM天线70具有保护层225和天线迹线218，面向靠近绝缘垫片257 的第一侧的方向。形成接地层224的导电层紧邻绝缘垫片257的第二侧，接着 是电池226紧邻接地层224。
通过这种方式，FM天线70的平面结构与电池226的平面表面彼此平行 并间隔开，用以改进FM天线70的FM性能。此外，间隙231提供对天线结 构230的进一步绝缘效果，从而在天线接口 230和机盖之间提供一定程度的电 绝缘，同时支持有益于FM天线操作的静电场。
本领域普通技术人员可以理解，术语"基本上"或"大约"，正如这里可能 用到的，对相应的术语提供一种业内可接受的公差。这种业内可接受的公差从 小于1%到20%，并对应于，但不限于，组件值、集成电路处理波动、温度波 动、上升和下降时间和/或热噪声。本领域普通技术人员还可以理解，术语"可 操作地连接"，正如这里可能用到的，包括通过另一个组件、元件、电路或模块直接连接和间接连接，其中对于间接连接，中间插入组件、元件、电路或模 块并不改变信号的信息，但可以调整其电流电平、电压电平和/或功率电平。 本领域普通技术人员可知，推断连接(亦即， 一个元件根据推论连接到另一个 元件)包括两个元件之间用相同于"可操作地连接"的方法直接和间接连接。 本领域普通技术人员还可知，术语"比较结果有利"，正如这里可能用的，指 两个或多个元件、项目、信号等之间的比较提供一个想要的关系。例如，当想
要的关系是信号1具有大于信号2的振幅时，当信号1的振幅大于信号2的振 幅或信号2的振幅小于信号1振幅时，可以得到有利的比较结果。虽然以上描 述中的晶体管或切换器是场效应晶体管(FET)，本领域普通技术人员可知的 是，该晶体管可使用任意类型的晶体管结构来实现，包括但不限于双极 MOSFET、 N阱晶体管、P阱晶体管、增强型、耗尽型和零压阈值(VT)晶体 管。
权利要求
1、一种FM接收器，具有用于接收连续波形信号的FM天线，所述FM接收器连接至所述FM天线并可改变FM天线的增益线型的中心频率，其特征在于，所述FM接收器包括低噪放大器模块，放大所述连续波形信号以从中生成经放大的RF信号；下转换模块，将经放大的RF信号与本地振荡混频以生成信息信号；滤波器模块，对信息信号滤波以生成经滤波的信息信号；解调模块，从经滤波的信息信号中捕捉音频信息；信号监控模块，监控接收的连续波形信号的FM信号质量，从中生成信号质量指示；天线控制模块，基于信号质量指示生成信号值，其中所述信号值用于改变FM天线的增益线型的中心频率。
2、 根据权利要求1所述的FM接收器，其特征在于，所述信号监控模块 监控接收信号强度和信噪比中的至少一项。
3、 根据权利要求1所述的FM接收器，其特征在于，所述信号监控模块 监控经放大的RF信号、信息信号和经滤波的信息信号中至少一种接收的连续 波形信号的FM信号质量。
4、 根据权利要求1所述的FM接收器，其特征在于，所述FM接收器进 一步包括多个集总调谐组件；连接至所述多个集总调谐组件的多个切换器，其中所述多个切换器基于信 号值的位置影响所述多个集总调谐组件的阻抗，以生成对应于所述信号值的阻 抗调节值，用以改变FM天线增益线型的中心频率。
5、 根据权利要求4所述的FM接收器，其特征在于，所述天线控制模块 将所述信号质量指示与所述多个切换器中每个切换器的位置相关联。
6、 根据权利要求5所述的FM接收器，其特征在于，所述多个切换器和 所述多个集总调谐组件包含在一单独定义的集成电路上。
7、 一种改进FM接收器电路的接收性能的方法，所述FM接收器电路具 有集总调谐电路连接至用于接收连续波形信号的FM天线，所述集总调谐电路 用于改变FM天线增益线型的中心频率，其特征在于，所述方法包括接收入站连续波形信号；下转换接收的入站连续波形信号以生成音频信息； 确定所述音频信息的信号质量信息；基于所述信号质量信息改变FM天线增益线型的中心频率。
8、 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，改变增益线型的中心频率 包括确定信号质量指示是否位于预订的阈值内；当信号质量指示在预订阈值外时，改变FM天线的中心频率直至信号质量 直至位于预订阈值内。
9、 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述信号质量指示包括测 得的接收信号强度和测得的信噪比中的至少一项。
10、 一种无线手持设备，其特征在于，包括无线通信电路，用于转换入站RF信号为入站数据信号并转换出站数据信 号为出站RF信号；FM接收器电路，包括有FM天线以接收连续波形信号，所述FM接收器 电路转换连续波形信号为音频信息，其中所述FM接收器电路包括低噪放大器模块，放大所述连续波形信号以从中生成经放大的RF信号； 下转换模块，将经放大的RF信号与本地振荡混频以生成信息信号； 滤波器模块，对信息信号滤波以生成经滤波的信息信号； 解调模块，从经滤波的信息信号中捕捉音频信息；信号监控模块，监控接收的连续波形信号的FM信号质量，从中生成信号 质量指示；天线控制模块，基于信号质量指示生成信号值，其中所述信号值用于改变 FM天线的增益线型的中心频率。
全文摘要
本发明涉及FM接收器及改进FM接收器接收性能的方法。所述FM接收器具有用于接收连续波形信号的FM天线，所述FM接收器连接至FM天线并可改变FM天线的增益线型的中心频率。所述FM接收器包括低噪放大器模块，放大连续波形信号以从中生成经放大的RF信号；下转换模块，将经放大的RF信号与本地振荡混频以生成信息信号；滤波器模块，对信息信号滤波以生成经滤波的信息信号；解调模块，从经滤波的信息信号中捕捉音频信息；信号监控模块，监控接收的连续波形信号的FM信号质量，从中生成信号质量指示；天线控制模块，基于信号质量指示生成信号值，其中所述信号值用于改变FM天线的增益线型的中心频率。本发明还提出一种具有上述FM接收器电路的无线手持设备。
文档编号H04B1/16GK101471679SQ20081013084
公开日2009年7月1日 申请日期2008年8月8日 优先权日2007年8月8日
发明者吉泽斯·卡斯塔涅达, 玛雅姆·罗弗戈兰, 西玛·阿南德, 阿玛德雷兹·罗弗戈兰 申请人:美国博通公司