СИСТЕМА, УСТРОЙСТВО И СПОСОБ БЕСПРОВОДНОЙ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ
SYSTEM, DEVICE AND METHOD OF WIRELESS DATA TRANSFER

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к системе беспроводной передачи данных, устройству беспроводной передачи данных и способу беспроводной передачи данных.
Уровень техники
Передача дифференциальных сигналов низкого напряжения (LVDS) известна как технология, предназначенная для реализации быстрой передачи сигналов между частями электронного устройства, расположенными на сравнительно малом расстоянии (например, в пределах от нескольких сантиметров до десяти и нескольких сантиметров) и быстрой передачи сигналов в электронном устройстве. Однако наряду с постоянным увеличением объема и скорости передачи данных в последнее время возникают проблемы увеличения потребления энергии, увеличения влияния искажений сигнала из-за отражений и т.д., увеличения ненужного излучения и т.д. Например, рабочая характеристика низковольтного дифференциального сигнала достигла предела в случае быстродействующей (режим реального времени) передачи, например, видеосигналов (включающих в себя сигналы формирования изображения) и сигналов компьютерных изображений в устройстве.
Можно было бы увеличить количество линий и выполнять параллельную передачу сигналов, чтобы таким образом уменьшить скорость передачи в одной линии передачи сигнала для достижения цели повышения скорости передачи данных. Однако эта мера противодействия приводит к увеличению количества выводов входа-выхода. В результате повышается сложность печатной платы и кабельных линий, увеличиваются размеры полупроводниковой микросхемы и т.д. Кроме того, в связи с тем, что высокоскоростные, объемные данные направляют по линиям, так называемые, электромагнитные помехи становятся проблемой.
Проблемы, связанные как с применением низковольтных дифференциальных сигналов, так и с технологией увеличения числа линий, приписывают передаче сигналов по электрическим линиям. Таким образом, в качестве технологии, позволяющей решить проблемы, приписываемые передаче сигналов по электрическим линиям, были предложены технологии передачи сигналов с заменой электрических линий беспроводной передачей (см., например, выложенный японский патент №2005-204221 (ниже, патентный документ 1), выложенный японский патент №2005-223411 (ниже, патентный документ 2), выложенный японский патент № Hei 10-256478 (ниже, патентный документ 3) и американский патент №5754948 (ниже, патентный документ 4)).
В патентных документах 1 и 2 предлагается выполнять передачу сигналов в корпусе, используя беспроводную передачу и ультраширокополосную (UWB) систему передачи данных. В патентных документах 3 и 4 показано, что используется несущая частота в полосе миллиметровых волн.
Сущность изобретения
Однако в соответствии с патентными документами 1 и 2 несущая частота в системе передачи данных UWB является низкой. Таким образом, эта система не подходит для быстродействующей передачи данных, например для передачи видеосигнала. Также, у этой системы есть проблемы, связанные с размерами, такие как большой размер антенны. Кроме того, частота, используемая при передаче, близка к частоте обработки других сигналов в основной полосе пропускания. Поэтому эта система также имеет проблему взаимных помех непосредственно между радиосигналом и сигналами в основной полосе пропускания. Кроме того, когда несущая частота низкая, передача восприимчива влиянию шумов системы управления в устройстве, и необходимы меры противодействия этому.
С другой стороны, если используется несущая частота в полосе миллиметровых волн, которая соответствует более коротким длинам волн, как описано в патентных документах 3 и 4, проблемы с размерами антенны и взаимных помех могут быть решены.
В случае использования беспроводной передачи, для которой применяется полоса миллиметровых волн, требуется несущая частота, обеспечивающая высокую устойчивость, если система беспроводной передачи (технология беспроводной передачи данных) такого типа используется в общей открытой области (область вне помещения). Это означает, что необходима схема гетеродина, имеющая высокую стабильность частоты и сложную конфигурацию схемы, и приводит к тому, что конфигурация системы в целом также становится сложной.
Например, размеры схемы становятся большими, если используются внешние основные части, схема умножителя частоты, схема ФАПЧ и т.д., чтобы реализовать несущий сигнал с частотой, для которой обеспечивается стабильность порядка промилле (частей на миллион). Кроме того, в случае попытки реализовать всю схему гетеродина, включающую в себя колебательный контур (резонансный контур, состоящий из катушек индуктивности и конденсаторов), на основе кремниевой интегральной схемы, на практике трудно сформировать колебательный контур, имеющий высокую добротность, и, таким образом, колебательный контур, имеющий высокую добротность, должен быть расположен вне интегральной схемы.
Однако, при анализе реализации беспроводной быстродействующей передачи сигналов между частями электронного устройства, расположенными на сравнительно малом расстоянии, и в электронном устройстве, используя полосу частот, соответствующую более коротким длинам волн (например, полоса миллиметровых волн), может оказаться, что требование обеспечения высокой стабильности несущей частоты является излишним. Действительно, может оказаться, что лучше допустить снижение стабильности несущей частоты, чтобы, таким образом, использовать схему гетеродина, имеющую простую конфигурацию, и упростить конфигурацию системы в целом.
Однако если стабильность несущей частоты будет просто снижена, возможно, что изменение частоты (различие между несущей частотой, используемой передающей схемой и несущей частотой, используемой приемным контуром), станет проблемой, и надлежащую передачу сигналов нельзя будет выполнить (сигнал нельзя будет должным образом демодулировать), хотя это зависит от системы модуляции/демодуляции.
Настоящее изобретение решает задачу предоставления механизма, который обеспечивает надлежащую передачу сигналов при пониженной стабильности несущей частоты при передаче радиосигнала между частями электронного устройства и в устройстве.
В системе беспроводной передачи данных в устройствах беспроводной передачи данных и способе беспроводной передачи данных в соответствии со способами настоящего изобретения, во-первых, модуль связи, предназначенный для передачи, и модуль связи, предназначенный для приема, расположены в корпусе электронного устройства.
Канал беспроводной передачи сигнала, обеспечивающий возможность беспроводной передачи информации, построен между модулем связи, предназначенным для передачи, и модулем связи, предназначенным для приема. Канал беспроводной передачи сигнала может быть устроен через воздух (так называемое, свободное пространство). Однако предпочтительно, чтобы канал беспроводной передачи сигнала представлял собой канал, имеющий структуру волновода, по которой передают сигнал беспроводной передачи данных при ограничении сигнала беспроводной передачи в канале передачи.
В некоторых случаях систему беспроводной передачи данных формируют из комбинации множества частей электронного устройства, каждая из которых включает в себя модуль связи на стороне передачи данных и/или модуль приема на стороне передачи данных так, чтобы сторона передачи и сторона приема могли сформировать пару. В других случаях одна часть электронного устройства выполнена таким образом, чтобы включать в себя модули связи на стороне передачи и на стороне приема, и эта часть электронного устройства используется как сама система беспроводной передачи данных. Устройство беспроводной передачи данных выполнено таким образом, что оно включает в себя модуль связи на стороне передачи или на стороне приема. Например, устройство беспроводной передачи данных предоставляют в виде полупроводниковой интегральной схемы и устанавливают на печатной плате в электронном устройстве.
Модуль связи, предназначенный для передачи, выполняет преобразование частоты сигнала - объекта передачи путем модуляции сигнала несущей, чтобы генерировать модулированный сигнал, и передает генерируемый модулированный сигнал в канал беспроводной передачи данных. Модуль связи для приема генерирует сигнал демодуляции несущей, синхронизированный с сигналом несущей модуляции, используя сигнал, принятый через канал беспроводной передачи, как сигнал гетеродина, и демодулирует сигнал - объект передачи при выполнении преобразования частоты модулированного сигнала, принятого через канал беспроводной передачи данных, с использованием сигнала несущей демодуляции.
По своей сущности канал беспроводной передачи данных формируют между модулем связи на стороне передачи, расположенным в корпусе электронного устройства, и модулем приема на стороне передачи данных, расположенным аналогично в корпусе электронного устройства (это электронное устройство может быть либо одним и тем же, или может отличаться от устройства, в котором расположен модуль связи на стороне передачи данных), и передачу сигнала беспроводной передачи данных выполняют между обоими модулями связи.
При такой беспроводной передаче сигнала в механизме способа настоящего изобретения сторона приема использует принятый сигнал как сигнал синхронизации для генерирования сигнала демодуляции несущей, синхронизированного с сигналом несущей модуляции, и демодулирует сигнал, предназначенный для передачи, при выполнении преобразования частоты (преобразование с понижением частоты) при использовании сигнала несущей демодуляции.
Сторона передачи может передавать только модулированный сигнал, полученный в результате преобразования частоты (преобразование с повышением частоты), и принятый модулированный сигнал может использоваться как сигнал синхронизации для генерирования сигнала демодуляции несущей. Однако предпочтительно, чтобы опорный сигнал несущей, используемый для модуляции, также можно было передавать вместе с модулированным сигналом, и сторона приема пытается достичь внешней синхронизации по принимаемому опорному сигналу несущей.
Механизм способов настоящего изобретения предоставляет состояние, в котором сигнал несущей модуляции, используемый для преобразования с повышением частоты, и сигнал несущей демодуляции, используемый для преобразования с понижением частоты, надежно синхронизированы друг с другом. Таким образом, сигнал, предназначенный для передачи, может быть должным образом демодулирован, даже если беспроводную передачу сигнала выполняют при пониженной стабильности частоты сигнала несущей модуляции.
При преобразовании с понижением частоты просто использовать синхронное детектирование. При повсеместном использовании синхронного детектирования для квадратурного детектирования можно использовать не только амплитудную модуляцию, но также и фазовую модуляцию и частотную модуляцию. Это означает, что скорость передачи данных может быть увеличена при представлении модулированного сигнала, например, в виде квадратурно-модулированного сигнала.
В соответствии со способами настоящего изобретения при передаче сигнала беспроводной передачи данных между частями устройства или в устройстве (в корпусе) сигнал, предназначенный для передачи, может быть должным образом демодулирован на стороне приема, даже при пониженной стабильности частоты сигнала несущей модуляции.
Поскольку стабильность частоты сигнала несущей может быть понижена, можно использовать схему гетеродина, имеющую простую конфигурация схемы, и конфигурация системы в целом также может быть упрощена.
Поскольку стабильность частоты сигнала несущей может быть понижена, вся схема гетеродина, включая в себя колебательный контур (и преобразователь частоты) может быть сформирована на одной полупроводниковой подложке. При этом может быть реализована однокристалльная схема гетеродина (полупроводниковая интегральная схема), включающая в себя встроенный колебательный контур, и однокристалльная схема передачи данных (полупроводниковая интегральная схема), включающая в себя встроенный колебательный контур.
Краткое описание чертежей
На фиг.1А показана схема для пояснения интерфейса сигнала системы беспроводной передачи данных в отношении функциональной конфигурации;
на фиг.1В1-1В3 показаны схемы для пояснения мультиплексирования сигналов в системе беспроводной передачи данных;
на фиг.2А и 2В показаны схемы для пояснения сравнительного примера функционального блока модуляции и функционального блока демодуляции в системе обработки передачи данных;
на фиг.3А-3D показаны схемы для пояснения основного примера конфигурации функционального блока модуляции в соответствии с вариантами выполнения настоящего изобретения и его периферийная схема;
на фиг.4А1-4А4 показаны схемы для пояснения основного примера конфигурации функционального блока демодуляции в соответствии с вариантами выполнения и его периферийная схема;
на фиг.4В представлена схема для пояснения соотношения фаз внешней синхронизации;
на фиг.5А1-5А5 показаны схемы для пояснения основания обработки демодуляции, когда несущий сигнал и несущий опорный сигнал имеют одинаковую частоту и одинаковую фазу;
на фиг.5В1-5В4 показаны схемы для пояснения основания обработки демодуляции, когда несущий сигнал и несущий опорный сигнал имеют одинаковую частоту и фазы в квадратурной зависимости;
на фиг.5С1-5С3 показаны схемы для пояснения основания конфигурации схемы обработки демодуляции, когда несущий сигнал и несущий опорный сигнал имеют одинаковую частоту и фазы в квадратурной зависимости;
на фиг.6А1 и 6А2 показаны первые схемы для пояснения определенного примера обработки демодуляции, когда несущий сигнал и несущий опорный сигнал имеют одинаковую частоту и фазы в квадратурной зависимости;
на фиг.6В1 и 6В2 показаны вторые схемы для пояснения определенного примера обработки демодуляции, когда несущий сигнал и несущий опорный сигнал имеют одинаковую частоту и фазы в квадратурной зависимости;
на фиг.6С1-6С3 показаны третьи схемы для пояснения определенного примера обработки демодуляции, когда несущий сигнал и несущий опорный сигнал имеют одинаковую частоту и фазы в квадратурной зависимости;
на фиг.6D1 и 6D2 показаны четвертые схемы для пояснения определенного примера обработки демодуляции, когда несущий сигнал и несущий опорный сигнал имеют одинаковую частоту и фазы в квадратурной зависимости;
на фиг.7А представлена схема для пояснения примера конфигурации стороны передатчика, в которой используется система внешней синхронизации в соответствии с первым вариантом выполнения настоящего изобретения (первый пример);
на фиг.7В представлена схема для пояснения примера конфигурации стороны передатчика, в которой используется система внешней синхронизации в соответствии с первым вариантом выполнения (второй пример);
на фиг.8 представлена схема для пояснения примера конфигурации стороны приемника, в которой используется система внешней синхронизации в соответствии с первым вариантом выполнения;
на фиг.9А представлена схема для пояснения примера конфигурации стороны передатчика, в которой используется система внешней синхронизации в соответствии со вторым вариантом выполнения настоящего изобретения (первый пример);
на фиг.9В представлена схема для пояснения примера конфигурации стороны передатчика, в которой используется система внешней синхронизации в соответствии со вторым вариантом выполнения (второй пример);
на фиг.10А представлена схема для пояснения примера конфигурации стороны приемника, в которой используется система внешней синхронизации в соответствии со вторым вариантом выполнения (первый пример);
на фиг.10В представлена схема для пояснения примера конфигурации стороны приемника, в которой используется система внешней синхронизации в соответствии со вторым вариантом выполнения (второй пример);
на фиг.11А и 11В показаны схемы для пояснения конфигурации схемы гетеродина и пример топологического чертежа схемы катушки индуктивности на структуре CMOS;
на фиг.11C-11Е показаны схемы для пояснения деталей примера топологического чертежа схемы катушки индуктивности на структуре CMOS;
на фиг.12А-12D показаны схемы для пояснения зависимости между многоканальной передачей данных и внешней синхронизацией;
на фиг.13А1-13А5 показаны схемы для пояснения первого примера структуры канала беспроводной передачи данных в соответствии с вариантами выполнения;
на фиг.13В1-13В3 показаны схемы для пояснения второго примера структуры канала беспроводной передачи данных в соответствии с вариантами выполнения;
на фиг.13С1-13С3 показаны схемы для пояснения третьего примера структуры канала беспроводной передачи данных в соответствии с вариантами выполнения;
на фиг.14 представлена схема для пояснения первого примера применения системы беспроводной передачи данных в соответствии с вариантами выполнения;
на фиг.15 представлена схема для пояснения второго примера применения системы беспроводной передачи данных в соответствии с вариантами выполнения;
на фиг.16А представлена схема для пояснения третьего примера применения (конфигурация 1-1) системы беспроводной передачи данных в соответствии с вариантами выполнения;
на фиг.16В представлена схема для пояснения третьего примера применения (конфигурация 1-2) системы беспроводной передачи данных в соответствии с вариантами выполнения;
на фиг.16С представлена схема для пояснения третьего примера применения (конфигурация 2) системы беспроводной передачи данных в соответствии с вариантами выполнения;
на фиг.17А представлена схема для пояснения четвертого примера применения (конфигурация 1) системы беспроводной передачи данных в соответствии с вариантами выполнения; и
на фиг.17В представлена схема для пояснения четвертого примера применения (конфигурация 2) системы беспроводной передачи данных в соответствии с вариантами выполнения.
Подробное описание изобретения
Варианты выполнения настоящего изобретения будут подробно описаны ниже со ссылкой на чертежи.
Описание будет представлено в соответствии с указанным ниже порядком.
1. Система обработки передачи данных: основные принципы
2. Модуляция и демодуляция: сравнительный пример
3. Модуляция и демодуляция: основные принципы (использование системы внешней синхронизации)
4. Зависимость между фазой опорного сигнала несущей и обработкой демодуляции
5. Система внешней синхронизации: первый вариант выполнения
6. Система внешней синхронизации: второй вариант выполнения
7. Пример конфигурации схемы гетеродина
8. Зависимость между многоканальной передачей и внешней синхронизацией
9. Структура канала передачи (для передачи внутри корпуса и между установленными/загруженными частями устройства)
10. Конфигурация системы: первый пример применения (одиночный канал)
11. Конфигурация системы: второй пример применения (циркулярная связь)
12. Конфигурация системы: третий пример применения (частотное разделение каналов: два канала)
13. Конфигурация системы: четвертый пример применения (частотное разделение каналов: дуплексная двусторонняя передача данных).
<Система обработки передачи данных: основные принципы>
На фиг.1А-1В3 показаны схемы для пояснения системы беспроводной передачи данных в соответствии с вариантами выполнения настоящего изобретения. В частности, на фиг.1А представлена схема для пояснения функциональной конфигурации интерфейса сигнала системы 1 беспроводной передачи данных. На фиг.1В1-1В3 показаны схемы, для пояснения мультиплексирования сигналов в системе 1 беспроводной передачи данных.
В следующем описании несущая частота в полосе миллиметровых волн используется как несущая частота, используемая в системе беспроводной передачи данных в соответствии с вариантами выполнения. Однако механизм в соответствии с вариантами выполнения может использоваться не только для несущей частоты в полосе миллиметровых волн, но также и для, например, субмиллиметрового диапазона волн, который соответствует более коротким длинам волны. Система беспроводной передачи данных в соответствии с вариантами выполнения используется, например, в цифровом устройстве записи/воспроизведения, устройстве приема наземных телевизионных передач, устройстве сотового телефона, игровом устройстве и компьютере.
[Функциональная конфигурация]
Как показано на фиг.1А, система 1 беспроводной передачи данных выполнена таким образом, что первое устройство 100 передачи данных, как один пример первого устройства передачи данных, и второе устройство 200 передачи данных, как один пример второго устройства передачи данных, соединены друг с другом через канал 9 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны и выполняют передачу сигналов в диапазоне миллиметровых длин волн. Канал 9 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны представляет собой один пример канала передачи сигнала беспроводной передачи данных. Сигнал как субъект передачи преобразуют по частоте в диапазоне с миллиметровой длиной волны, который пригоден для передачи в широкой полосе пропускания, и затем передают.
Устройство (система) беспроводной передачи данных выполнено с использованием первого модуля связи (первого устройства передачи с миллиметровой длиной волны) и второго модуля связи (второго устройства передачи с миллиметровой длиной волны). Между первым модулем связи и вторым модулем связи, расположенными на относительно коротком расстоянии, передают сигнал с миллиметровой длиной волны через канал передачи сигнала с миллиметровой длиной волны после преобразования сигнала, предназначенного для передачи, в этот сигнал с миллиметровой длиной волны. "Беспроводная передача данных" в вариантах выполнения означает, что сигнал, предназначенный для передачи, передают не по общей электрической линии (простая проводная линия), а используют беспроводную передачу данных (в данном примере, миллиметровые волны).
"Относительно короткое расстояние" обозначает расстояние короче, чем расстояние между устройствами передачи данных на открытой местности (за пределами помещения), используемой при широковещательной передачи и при обычной беспроводной передаче данных, и может представлять собой любое расстояние, если только оно имеет такую длину, что расстояние передачи данных можно, по существу, определить как закрытое пространство. "Закрытое пространство" обозначает пространство в таком состоянии, что утечка электрических волн изнутри этого пространства наружу мала, и что поступление (проникновение) электрических волн снаружи внутрь пространства также мало. Обычно "закрытое пространство" находится в таком состоянии, что все пространство окружено корпусом (кожухом), имеющим эффект блокирования электрических волн.
Примеры передачи данных в таком состоянии включают в себя передачу данных между печатными платами внутри корпуса одного электронного устройства и передачу данных между микросхемами на одной и той же печатной плате, а также передачу данных между электронными частями электронного устройства в состоянии, в котором множество частей электронного устройства интегрированы, так, как в состоянии, в котором одна часть электронного устройства установлена на другой части электронного устройства.
Типичный пример "интегрированного" состояния представляет собой состояние, в котором обе части электронного устройства приведены в полный контакт друг с другом в результате монтажа. Однако "интегрированное" состояние не ограничивается этим, если только оно представляет такое состояние, что расстояние передачи данных между обеими частями электронного устройства может быть, по существу, определено как закрытое пространство, как описано выше. "Интегрированное" состояние охватывает также случай, в котором обе части электронного устройства расположены в заданных положениях на некотором расстоянии друг от друга (на относительно коротком расстоянии: например, в пределах от нескольких сантиметров до десяти и нескольких сантиметров), и их можно рассматривать как, по существу, интегрированные. Таким образом, состояние передачи данных может представлять собой любое состояние, если только утечка электрических волн наружу изнутри пространства, сформированного обеими частями электронного устройства и обеспечивающего возможность распространения электрических волн через него, мала, и поступление (проникновение) электрических волн снаружи внутрь этого пространства также мало.
Ниже передача сигналов внутри корпуса одной части электронного устройства называется передачей сигналов внутри корпуса, и передача сигналов в состоянии, в котором множество частей электронного устройства интегрированы (ниже "интегрированные", также охватывает "по существу, интегрированные"), будет называться передачей сигналов между устройствами. В случае передачи сигналов внутри корпуса система беспроводной передачи данных в соответствии с вариантами выполнения, в которой устройство передачи данных (модуль связи: модуль передачи) на стороне передачи и устройство передачи данных (модуль связи: модуль приема) на стороне приема расположены в одном и том же корпусе, и канал беспроводной передачи сигнала сформирован между модулями связи (модулем передачи и модулем приема), используется как само электронное устройство. В случае передачи сигналов между устройствами устройство передачи данных (модуль связи: модуль передачи) на стороне передачи и устройство передачи данных (модуль связи: модуль приема) на стороне приема установлены в корпуса, представляющие собой разные части электронного устройства, и канал беспроводной передачи сигнала сформирован между модулями связи (модулем связи и модулем приема данных) в обеих частях электронного устройства, и система беспроводной передачи данных в соответствии с вариантами выполнения построена, когда обе части электронного устройства расположены в заданных положениях и могут быть интегрированы.
В устройствах передачи данных, которые предусмотрены так, что между ними располагается канал передачи сигнала с миллиметровой длиной волны, пара из модуля связи и модуля приема данных расположены в комбинации. Передача сигналов между одним устройством передачи данных и другим устройством передачи данных может выполняться либо однонаправленно (однонаправленная) передача, или как двунаправленная передача. Например, когда первый модуль связи используется как сторона передачи данных, и второй модуль связи используется как сторона приема данных, модуль связи располагают как первый модуль связи, и модуль приема располагают как второй модуль связи. Когда второй модуль связи используется как сторона передачи, и первый модуль связи используется как сторона приема, модуль связи располагают как второй модуль связи, и модуль приема данных располагают как первый модуль связи.
Модуль связи включает в себя, например, модуль генерирования сигнала на стороне передачи, который выполняет обработку сигналов для сигнала, предназначенного для передачи, для генерирования сигнала с миллиметровой длиной волны (преобразователь сигналов, который преобразует электрический сигнал как субъект передачи, в сигнал с миллиметровой длиной волны), и соединитель сигнала на стороне передачи, который соединяет сигнал с миллиметровой длиной волны, сгенерированный модулем генерирования сигнала на стороне передачи, с каналом передачи данных (каналом передачи сигнала с миллиметровой длиной волны), по которому передают сигнал с миллиметровой длиной волны. Предпочтительно, чтобы модуль генерирования сигнала на стороне передачи данных был интегрирован с функциональным модулем, который генерирует сигнал - субъект передачи данных.
Например, модуль генерирования сигнала на стороне передачи имеет схему модулятора, и схема модулятора модулирует сигнал - субъект передачи. Модуль генерирования сигнала на стороне передачи выполняет преобразование частоты сигнала, получаемого в результате модуляции с использованием схемы модулятора, для генерирования сигнала с миллиметровой длиной волны. В принципе, также возможно непосредственно преобразовывать сигнал - субъект передачи в сигнал с миллиметровой длиной волны. Соединитель сигнала на стороне передачи передает сигнал с миллиметровой длиной волны, сгенерированный модулем генерирования сигнала на стороне передачи, в канал передачи сигнала с миллиметровой длиной волны.
Модуль приема включает в себя, например, соединитель сигнала на стороне приема, который принимает сигнал с миллиметровой длиной волны, переданный через канал передачи сигнала с миллиметровой длиной волны, и модуль генерирования сигнала на стороне приема, который выполняет обработку сигналов для сигнала с миллиметровой длиной волны (входного сигнала), принимаемого соединителем сигнала на стороне приема, для генерирования нормального электрического сигнала (сигнала - субъекта передачи) (преобразователь сигналов, который преобразует сигнал с миллиметровой длиной волны в электрический сигнал как субъект передачи). Предпочтительно, чтобы модуль генерирования сигнала на стороне приема был интегрирован с функциональным модулем, который принимает сигнал - субъект передачи. Например, модуль генерирования сигнала на стороне приема имеет схему демодулятора. Модуль генерирования сигнала на стороне приема осуществляет преобразование частоты для сигнала с миллиметровой длиной волны для генерирования выходного сигнала, и после этого схема демодулятора демодулирует выходной сигнал для генерирования сигнала - субъекта передачи. В принципе, также было бы возможно непосредственно преобразовывать сигнал с миллиметровой длиной волны в сигнал - субъект передачи.
Таким образом, при формировании интерфейса сигнала передачу выполняют, используя бесконтактную, бескабельную систему (эта передача не представляет собой передачу по электрическим линиям), используя сигнал миллиметровой длины волны в качестве сигнала - субъекта передачи. Предпочтительно, чтобы передача была выполнена с использованием сигнала миллиметровой длины волны для, по меньшей мере, передачи сигналов (в частности, видеосигнала, сигнала высокоскоростной тактовой частоты и т.д., для которого требуются передача с высокой скоростью и передача большого объема данных). При этом существенно, чтобы передача сигналов, которую традиционно выполняют с использованием электрических проводов, в вариантах выполнения, выполнялась с использованием сигнала миллиметровой длины волны. При выполнении передачи сигналов в диапазоне миллиметровых волн становится возможным реализовать высокоскоростную передачу сигналов со скоростями порядка Гбит/с. Кроме того, протяженность распространения сигнала с миллиметровой длиной волны может быть легко ограничена, и при этом также достигаются эффекты, связанные с этим свойством.
Соответствующие соединители сигнала могут представлять собой любые модули, если только они обеспечивают передачу первым модулем связи и вторым модулем связи сигнала с миллиметровой длиной волны через канал передачи сигнала с миллиметровой длиной волны. Например, они могут представлять собой модуль, имеющий структуру антенны (антенна-соединитель), или могут представлять собой модуль, который обеспечивает соединение без использования антенной структуры.
"Канал передачи сигнала с миллиметровой длиной волны, по которому передают сигнал с миллиметровой длиной волны" может представлять собой воздух (так называемое, свободное пространство). Однако предпочтительно, чтобы он представлял собой канал, имеющий структуру, по которой передают сигнал с миллиметровой длиной волны при управлении сигналом с миллиметровой длиной волны в канале передачи. Путем активного использования такого свойства маршрут канала передачи сигнала с миллиметровой длиной волны может быть произвольно установлен как, например, при использовании электрической линии.
Типичный пример канала передачи, имеющего такую структуру, представляет собой, так называемую, волноводную трубку. Однако канал передачи не ограничивается этим. Например, канал передачи, сформированный с использованием диэлектрического материала, позволяющего передавать сигнал с миллиметровой длиной волны (ниже он будет называться диэлектрическим каналом передачи, и диэлектрическим каналом передачи с миллиметровой длиной волны) является предпочтительным, и полый канал волновода, получаемый в результате формирования канала передачи и предоставляющий блокирующий материал, который подавляет внешнее излучение сигнала миллиметровой длиной волны и выполнен полым внутри, таким образом, что он окружает канал передачи, является предпочтительным. При использовании гибкого диэлектрического материала и блокирующего материала обеспечивается возможность выбора маршрута канала передачи с миллиметровой длиной волны.
Если канал передачи представляет собой воздух (так называемое, свободное пространство), каждый соединитель сигнала имеет антенную структуру, и сигнал передают в пространстве на короткое расстояние с помощью этой антенной структуры. Если используется канал передачи, состоящий из диэлектрического материла, не существенно, чтобы каждый соединитель сигнала имел антенную структуру, хотя он может иметь антенную структуру.
Механизм системы 1 беспроводной передачи данных в соответствии с вариантами выполнения будет, в частности, описан ниже. Пример, в котором каждый функциональный модуль сформирован как полупроводниковая интегральная схема (микросхема), используется как наиболее предпочтительный пример для следующего описания. Однако применение такого примера не является существенным.
Полупроводниковая интегральная микросхема 103, выполненная с возможностью передачи данных с миллиметровой длиной волны, предусмотрена в первом устройстве 100 передачи данных, и полупроводниковая микросхема 203, выполненная с возможностью передачи данных с миллиметровой длиной волны, предусмотрена во втором устройстве 200 передачи данных.
В вариантах выполнения только сигнал, для которого требуются передача данных с высокой скоростью и передача большого объема данных, рассматривают как сигнал, представляющий собой субъект передачи данных в диапазоне с миллиметровой длиной волны, в то время как другие сигналы, для которых достаточна низкая скорость передачи данных, передача малых объемов данных и сигнал, который может рассматриваться как сигнал постоянного тока, такой как сигнал напряжения источника питания, не рассматриваются как субъект преобразования в сигнал с миллиметровой длиной волны. Для этих сигналов (включая в себя сигнал напряжения источника питания), которые не рассматриваются как субъект преобразования в сигнал с миллиметровой длиной волны, соединение для передачи сигнала между печатными платами выполняют, используя механизм, аналогичный существующей технологии. Исходные электрические сигналы, применяемые как субъект передачи перед преобразованием в сигнал миллиметровой длиной волны, обобщенно называются сигналом в основной полосе пропускания.
[Первое устройство передачи данных]
В первом устройстве 100 передачи данных полупроводниковая микросхема 103, выполненная как соединитель 108 канала передачи и обмена данными в диапазоне с миллиметровой длиной волны, установлена на печатной плате 102. Полупроводниковая микросхема 103 представляет собой системную схему LSI (БИС, большая интегральная схема), полученную в результате интегрирования функционального модуля 104 БИС с модулем 107 генерирования сигнала (модуль генерирования сигнала с миллиметровой длиной волны). Также возможно использовать конфигурацию, в которой функциональный модуль 104 БИС и модуль 107 генерирования сигнала не интегрированы, хотя это не показано на чертеже. Однако если они представляют собой отдельные модули, может возникнуть проблема, связанная с передачей сигналов между ними по электрическим линиям. Таким образом, предпочтительно, чтобы они были изготовлены как интегральные схемы. Если они изготовлены как отдельные модули, предпочтительно снизить отрицательное влияние путем размещения двух микросхем (функциональный модуль 104 БИС и модуль 107 генерирования сигнала) на коротком расстоянии и предоставления проводной линии, длина соединении по проводам которой является настолько короткой, насколько это возможно, между микросхемами.
Модуль 107 генерирования сигнала и соединитель 108 канала передачи выполнены таким образом, чтобы они обеспечивали двунаправленную передачу данных. С этой целью, модуль генерирования сигнала на стороне передачи и модуль генерирования сигнала на стороне приема предусмотрены в модуле 107 генерирования сигнала. Соединитель 108 канала передачи используется как для передачи, так и для приема в такой конфигурации, хотя другие соединители могут быть предусмотрены на стороне передачи и на стороне приема.
"Двунаправленная передача данных", показанная здесь, представляет собой двунаправленную передачу данных по одиночному волокну, в котором количество каналов 9 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны, используемых как каналы передачи с миллиметровой длиной волны, равно одному (одиночное волокно). Для реализации такой передачи данных используется полудуплексная система, в которой используется мультиплексирование с разделением времени (TDM), мультиплексирование с разделением по частоте (FDM, см. фиг.1В1-1В3) или другая система.
В случае мультиплексирования с разделением времени передача и прием разделены с разделением времени, и, таким образом, не реализуется "одновременное выполнение двунаправленной передачи данных (одновременная двунаправленная передача данных по одиночному волокну)", то есть не реализуется одновременное выполнение передачи сигналов из первого устройства 100 передачи данных во второе устройство 200 передачи данных и передача сигналов из второго устройства 200 передачи данных в первое устройство 100 передачи данных. Одновременная двунаправленная передача данных по одиночному волокну реализуется с помощью мультиплексирования с частотным разделением. Однако при мультиплексировании с частотным разделением используются разные частоты для передачи и приема, как показано на фиг.1В1 и, поэтому, ширина полосы пропускания канала 9 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны должна быть расширена.
Вместо установки полупроводниковой микросхемы 103 непосредственно на печатной плате 102, полупроводниковый пакет, полученный в результате установки полупроводниковой микросхемы 103 на промежуточной подложке и при формовании полупроводниковой микросхемы 103, используя полимерную смолу (например, эпоксидную смолу), может быть установлен на печатной плате 102. Таким образом, промежуточная подложка микросхемы используется как подложка для установки микросхемы, и полупроводниковая микросхема 103 предусмотрена на промежуточной подложке. В качестве промежуточной подложки можно использовать листовой элемент, который имеет относительную диэлектрическую постоянную в определенном диапазоне (приблизительно 2-10) и который получают путем комбинирования, например, термически упрочненной полимерной смолы и медной фольги.
Полупроводниковая микросхема 103 соединена с соединителем 108 канала передачи. В качестве соединителя 108 канала передачи используется, например, антенная структура, включающая в себя антенный соединитель, антенный разъем, микрополосковая линия, антенна и т.д. Также возможно внедрить соединитель 108 канала передачи в полупроводниковую микросхему 103, используя технологию непосредственного формирования антенны в микросхеме.
Функциональный модуль 104 отвечает за управление основными приложениями первого устройства 100 передачи данных и включает в себя, например, схему для обработки различного рода сигналов, которые должны быть переданы в другую схему и схему для обработки различных сигналов, принятых из другой схемы.
Модуль 107 генерирования сигнала (преобразователь электрических сигналов) преобразует сигнал из функционального модуля 104 БИС в сигнал с миллиметровой длиной волны и управляет передачей сигналов через канал 9 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны.
В частности, модуль 107 генерирования сигнала имеет модуль 110 генерирования сигнала на стороне передачи и модуль 120 генерирования сигнала на стороне приема. Модуль передачи (модуль связи на стороне передачи) сформирован модулем 110 генерирования сигнала на стороне передачи и соединителем 108 канала передачи данных. Модуль приема (модуль связи на стороне приема) сформирован из модуля 120 генерирования сигнала на стороне приема и из соединителя 108 канала передачи данных.
Модуль 110 генерирования сигнала на стороне передачи имеет процессор 113 мультиплексирования, параллельно-последовательный преобразователь 114, модулятор 115, преобразователь 116 частоты и усилитель 11.7, предназначенные для выполнения обработки сигналов для входного сигнала, для генерирования сигнала с миллиметровой длиной волны. Модулятор 115 и преобразователь 116 частоты могут быть интегрированы в модуль, основанный на, так называемой, системе прямого преобразования.
Модуль 120 генерирования сигнала на стороне приема имеет усилитель 124, преобразователь 125 частоты, демодулятор 126, последовательно-параллельный преобразователь 127 и процессор 128 демультиплексирования, предназначенные для выполнения обработки сигналов для электрического сигнала с миллиметровой длиной волны, принимаемого соединителем 108 канала передачи для генерирования выходного сигнала. Преобразователь 125 частоты и демодулятор 126 могут быть интегрированы в модуль на основе, так называемой, системы прямого преобразования.
Если варианты выполнения не применяются, параллельно-последовательный преобразователь 114 и последовательно-параллельный преобразователь 127 предусмотрены для устройства на основе параллельного интерфейса с использованием множества сигналов для параллельной передачи, но они не нужны для устройства на основе последовательного интерфейса.
Если сигналы из функционального модуля 104 БИС включают в себя множество видов сигналов (определенных как N1) как субъект передачи данных в полосе с миллиметровой длиной волны, процессор 113 мультиплексирования выполняет обработку мультиплексирования, такую как мультиплексирование с разделением времени, мультиплексирование с разделением частоты или мультиплексирование с кодовым разделением, чтобы, таким образом, свести вместе множество видов сигналов в сигнал, передаваемый по одному каналу. Например, процессор 113 мультиплексирования сводит вместе множество видов сигналов, для которых требуются высокоскоростная передача данных и большой объем передаваемых данных, в сигнал, передаваемый по одному каналу, как субъект передачи, с использованием миллиметровых волн.
В случае мультиплексирования с разделением времени и мультиплексирования с кодовым разделением процессор 113 мультиплексирования предусмотрен в предыдущем каскаде параллельно-последовательного преобразователя 114 и сводит вместе множество видов сигналов в сигнал, передаваемый по одному каналу, для подачи этого сигнала в параллельно-последовательный преобразователь 114. В случае мультиплексирования с разделением времени предусмотрен переключатель перехода на другую линию для подачи множества видов сигналов _@ (@ обозначает от 1 до N) в параллельно-последовательный преобразователь 114 таким образом, что время разделяют на мелкие периоды для множества видов сигналов _@.
В случае мультиплексирования с разделением по частоте сигналы с миллиметровой длиной волны должны быть сгенерированы с миллиметровой длиной волны путем модуляции этих сигналов разными несущими частотами для преобразования сигналов в частоту на протяженности полосы частот F_@, отличающихся друг от друга, и эти сигналы с миллиметровой длиной волны, полученные при использовании соответствующих разных несущих частот, должны быть переданы в определенном направлении или в противоположном направлении. С этой целью, например, если сигналы с миллиметровой длиной волны передают в одном направлении, как показано на фиг.1В2, параллельно-последовательный преобразователь 114, модулятор 115, преобразователь 116 частоты и усилитель 117 предусмотрены для каждого из множества видов сигналов _@, и дополнительный процессор предусмотрен как процессор 113 мультиплексирования в последующем каскаде каждого усилителя 117. Кроме того, электрический сигнал с миллиметровой длиной волны в полосах частот F_1+…+F_N, получаемых в результате обработки мультиплексирования, подают в соединитель 108 канала передачи. Так называемый, объединитель используют как процессор суммирования, если сигнал с миллиметровой длиной волны, полученный в результате использования соответствующих разных несущих частот, передают в одном направлении, как показано на фиг.1В2.
Как можно видеть на фиг.1В2, ширина полосы передачи должна быть расширена при мультиплексировании с разделением частот, в результате чего сигналы с множеством каналов сводят вместе в сигнал, передаваемый по одному каналу. Как показано на фиг.1В3, ширина полосы пропускания должна быть дополнительно расширена в случае использования как схемы, в которой сводят вместе сигналы во множестве каналов в сигнал, передаваемый по одному каналу в результате мультиплексирования с частотным разделением, так и схемы полной дуплексной передачи, в которой разные частоты используют для передачи и приема.
Параллельно-последовательный преобразователь 114 преобразует параллельный сигнал в сигнал последовательной передачи данных и подает этот сигнал последовательной передачи данных в модулятор 115. Модулятор 115 модулирует сигнал - субъект передачи, и подает полученный в результате сигнал в преобразователь 116 частоты. Модулятор 115 может представлять собой любой модуль, если только он модулирует, по меньшей мере, одну из амплитуды, частоты и фазы, используя сигнал - субъект передачи, и также может использоваться система из любой комбинации этих факторов.
Примеры системы аналоговой модуляции включают в себя амплитудную модуляцию (AM) и векторную модуляцию. Векторная модуляция включает в себя частотную модуляцию (FM) и фазовую модуляцию (РМ). Примеры системы цифровой модуляции включают в себя амплитудную манипуляцию (ASK), частотную манипуляцию (FSK), фазовую манипуляцию (PSK) и амплитудно-фазовую манипуляцию (APSK), при которой модулируют амплитуду и фазу. Представительный пример APSK представляет собой квадратурную амплитудную манипуляцию (QAM).
Преобразователь 116 частоты осуществляет преобразование частоты сигнала - субъекта передачи, получаемого в результате модуляции в модуляторе 115, для генерирования электрического сигнала с миллиметровой длиной волны и подачи электрического сигнала с миллиметровой длиной волны в усилитель 117. Электрическим сигналом с миллиметровой длиной волны называется электрический сигнал, имеющий определенную частоту в диапазоне от приблизительно 30 ГГц до 300 ГГц. Дополнение в виде слова "приблизительно" основано на том факте, что частота может быть любой, если только получают эффекты, достигаемые при передаче данных на миллиметровой длине волны, и нижний предел и верхний предел частоты не ограничен 30 ГГц и 300 ГГц, соответственно.
Для преобразователя 116 частоты можно использовать различные схемные конфигурации. Например, в нем может использоваться конфигурация, включающая в себя схему смешения частот (схема смесителя) и схему гетеродина. Схема гетеродина генерирует несущую (сигнал несущей, опорную несущую), используемую для модуляции. Схема смешения частот умножает (модулирует) несущую в диапазоне миллиметровых длин волн, генерируемую схемой гетеродина, на сигнал из параллельно-последовательного преобразователя 114 для генерирования модулированного сигнала в диапазоне миллиметровых длин волн, и для подачи этого модулированного сигнала в усилитель 117.
Усилитель 117 усиливает электрический сигнал с миллиметровой длиной волны, получаемый в результате преобразования частоты, и подает этот усиленный сигнал в соединитель 108 канала передачи. Усилитель 117 подключен к соединителю 108 канала двунаправленной передачи через антенный разъем (не показан).
Соединитель 108 канала передачи передает сигнал с миллиметровой длиной волны, генерируемый модулем 110 генерирования сигнала на стороне передачи, в канал 9 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны, и принимает сигнал с миллиметровой длиной волны из канала 9 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны для вывода его в модуль 120 генерирования сигнала на стороне приема. Соединитель 108 канала передачи сформирован из антенного соединителя. Антенный соединитель используется как один пример соединителя 108 канала передачи (соединителя сигнала) или как часть соединителя 108 канала передачи. Антенный соединитель относится к части, которая соединяет электронную схему в полупроводниковом микросхеме и антенну, расположенную внутри или снаружи микросхемы в узком смысле, и относится к части для соединения сигнала между полупроводниковой микросхемой и каналом 9 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны широком смысле. Например, антенный соединитель включает в себя, по меньшей мере, структуру антенны. В случае выполнения передачи и приема с использованием мультиплексирования с разделением времени, в соединителе 108 канала передачи предусмотрена часть переключения антенны (часть совместного использования антенны).
Антенная структура относится к структуре в соединителе с каналом 9 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны. Антенная структура не означает только саму антенну, но может представлять собой любую часть, если только она соединяет электрический сигнал в полосе с миллиметровой длиной волны с каналом 9 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны. Например, антенная структура включает в себя антенный разъем, микрополосковую линию и антенну. Если часть переключения антенны сформирована в той же микросхеме, антенный разъем и микрополосковая линия, как другие части, кроме части переключения антенны, используются как соединитель 108 канала передачи.
Антенна на стороне передачи излучает электромагнитные волны на основе сигнала с миллиметровой длиной волны в канал 9 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны. Антенна на стороне приема принимает электромагнитные волны на основе сигнала с миллиметровой длиной волны из канала 9 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны. Микрополосковая линия взаимно соединяет антенный разъем и антенну. Микрополосковая линия передает сигнал с миллиметровой длиной волны стороны передачи из антенного разъема в антенну и передает сигнал с миллиметровой длиной волны стороны приема из антенны в антенный разъем.
Часть переключения антенны используется, когда антенна совместно используется при передаче и приеме. Например, при передаче сигнала с миллиметровой длиной волны во второе устройство 200 передачи данных, используемое как устройство-партнер при обмене данными, часть переключения антенны соединяет антенну с модулем 110 генерирования сигнала, на стороне передачи. При приеме сигнала с миллиметровой длиной волны из второго устройства 200 передачи данных, используемого как устройство-партнер при обмене данными, часть переключения антенны соединяет антенну с модулем 120 генерирования сигнала на стороне приема. Часть переключения антенны предусмотрена на печатной плате 102 отдельно от полупроводниковой микросхемы 103. Однако часть переключения антенны не ограничивается этим, но может быть предусмотрена в полупроводниковой микросхеме 103. Часть переключения антенны может быть исключена, если антенны для приема и передачи предусмотрены отдельно.
Канал 9 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны, который используется как канал распространения для миллиметровых волн, может иметь такую конфигурацию, которая способствует распространению миллиметровых волн через пространство внутри корпуса, например, как канал передачи в свободном пространстве. Кроме того, предпочтительно, чтобы канал 9 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны был сформирован в виде структуры волновода, такой как волноводная трубка, линия передачи, диэлектрическая линия или компонент в диэлектрике, и имел такую характеристику, чтобы эффективно передавать электромагнитные волны в полосе с миллиметровой длиной волны. Например, предпочтительно, чтобы канал 9 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны был сформирован как диэлектрический канал 9А передачи, содержащий диэлектрический материал, имеющий относительную диэлектрическую постоянную в определенном диапазоне и тангенс диэлектрических потерь в определенном диапазоне. Например, путем заполнения отверстия, сформированного внутри корпуса с диэлектрическим материалом, между соединителем 108 канала передачи и соединителем канала 208 передачи канала передачи формируют не канал со свободным пространством, а диэлектрический канал 9А передачи. Кроме того, также возможно формировать диэлектрический канал 9А передачи путем взаимного соединения антенны соединителя 108 канала передачи и антенны соединителя 208 канала передачи с использованием диэлектрической линии, которая представляет собой линейный элемент, состоящий из диэлектрического материала и имеющий определенный диаметр линии.
"Определенный диапазон" может включать в себя произвольные заданные значения, если только относительная диэлектрическая постоянная и тангенс диэлектрических потерь диэлектрического материала в этом диапазоне таковы, что обеспечивается достижение вариантов выполнения. Таким образом, диэлектрический материал может представлять собой любой материал, если только он имеет такие характеристики, что выполняются варианты выполнения и можно передавать миллиметровые волны. Один пример значений характеристик диэлектрического материала состоит в следующем, хотя эти значения не обязательно могут быть определены определенным образом, поскольку значения не могут быть установлены в зависимости только от диэлектрического материла, но относятся также к длине канала передачи и к частоте миллиметровых волн.
Для передачи сигнала с миллиметровой длиной волны в диэлектрическом канале 9А передачи с высокой скоростью предпочтительно, чтобы относительная диэлектрическая постоянная диэлектрического материала была установлена приблизительно равной 2-10 (предпочтительно 3-6) и тангенс его диэлектрических потерь был установлен как 0,00001-0,01 (предпочтительно 0,00001-0,001). В качестве диэлектрического материала, удовлетворяющего таким условиям, можно использовать материал, состоящий, например, из акриловой смолы, уретановой смолы, эпоксидной смолы, кремнийорганической смолы, полиимидной смолы, цианоакриловой смолы или полимера типа жидких кристаллов.
Такие диапазоны относительной диэлектрической постоянной и тангенса диэлектрических потерь диэлектрического материала аналогичны применяемым в вариантах выполнения, если только не будет сделано конкретное замечание. В качестве канала 9 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны, имеющего такую конфигурацию, что ограничивается сигнал с миллиметровой длиной волны в канале передачи, полый волноводный канал, в котором канал передачи окружен блокирующим материалом, и внутри которого он выполнен полым, можно использовать вместо диэлектрического канала 9А передачи.
Модуль 120 генерирования сигнала на стороне приема соединен с соединителем 108 канала передачи. Усилитель 124 на стороне приема соединен с соединителем 108 канала передачи, и усиливает электрический сигнал с миллиметровой длиной волны, принимаемый антенной, для подачи этого усиленного сигнала в преобразователь 125 частоты. Преобразователь 125 частоты осуществляет преобразование частоты электрического сигнала с миллиметровой длиной волны, получаемого в результате усиления, и подает этот сигнал, полученный в результате преобразования частоты, в демодулятор 126. Демодулятор 126 демодулирует сигнал, полученный в результате преобразования частоты, для получения сигнала в основной полосе пропускания и подает его в последовательно-параллельный преобразователь 127.
Последовательно-параллельный преобразователь 127 преобразует последовательно принятые данные в параллельные выходные данные и подает их в процессор 128 демультиплексирования.
Процессор 128 демультиплексирования соответствует процессору 113 мультиплексирования и разделяет сигнал, соединенный вместе в один канал, на множество видов сигналов _@ ((@ обозначает от 1 до N). Например, процессор 128 демультиплексирования разделяет множество сигналов данных, соединенных вместе в сигнал, передаваемый по одному каналу, на соответствующие отдельные сигналы, и подает эти сигналы в функциональный модуль 104 на основе БИС.
Если сигналы были сведены вместе в сигнал, подаваемый по одному каналу, с использованием мультиплексирования с частотным разделением каналов, необходимо принимать электрический сигнал с миллиметровой длиной волны в полосах частот F_1+…+F_N, получаемых в результате обработки мультиплексирования с частотным разделением, для разделения сигнала на соответствующие отдельные сигналы и передавать сигналы в одном направлении, для обработки сигналов для каждой из частотных полос F_@. С этой целью, как показано на фиг.1В2, усилитель 224, преобразователь 225 частоты, демодулятор 226 и последовательно-параллельный преобразователь 227 предусмотрены для каждого из множества видов сигналов _@, и разделитель частот предусмотрен как процессор 128 демультиплексирования в предыдущем каскаде каждого усилителя 224. Кроме того, электрические сигналы с миллиметровой длиной волны в соответствующих полосах частот F_@, получаемых в результате разделения, подают в каналы соответствующих полос частот F_@. Так называемый разделитель используют как разделитель частот, если сигнал, полученный в результате мультиплексирования сигналов с миллиметровой длиной волны соответствующих разных несущих частот, разделяют на соответствующие отдельные сигналы, как показано на фиг.1В2.
Такая форма системы мультиплексирования с разделением частот, как показано на фиг.1В2, используется в системе, в которой используют множество наборов модулей передачи и модулей приема, и сигналы передают в одном направлении таким образом, что для соответствующих наборов используют разные несущие частоты. Однако использование такой формы системы мультиплексирования с частотным разделением не ограничивается этим. Например, также возможно выполнять полную дуплексную двунаправленную передачу данных, при которой на фиг.1А набор из модуля 110 генерирования сигнала на стороне передачи в первом устройстве 100 передачи данных и модуля 220 генерирования сигнала на стороне приема во втором устройстве 200 передачи данных использует первую несущую частоту и набор из модуля 120 генерирования сигнала на стороне приема в первом устройстве 100 передачи данных, и модуля 210 генерирования сигнала на стороне передачи во втором устройстве 200 передачи данных использует вторую несущую частоту, и соответствующие наборы одновременно выполняют передачу сигналов в направлениях, противоположных друг другу. В этом случае, так называемый, циркулятор, обеспечивающий одновременную передачу сигналов в оба устройства, используется как части переключения антенны для соединителей 108 и 208 канала передачи, показанного на фиг.1А.
Также возможно использовать форму, в которой используют большее количество наборов модулей передачи и модулей приема, и в соответствующих наборах используют несущие частоты, отличающиеся друг от друга, и одно направление, и противоположное направление комбинируют. В этом случае можно использовать конфигурацию, в которой, на фиг.1В2, используются циркуляторы для соединителей 108 и 208 канала передачи и используются процессоры 113 и 213 мультиплексирования, и процессоры 128 и 228 демультиплексирования.
Если полупроводниковая микросхема 103 будет иметь такую конфигурацию, количество сигналов, как субъект преобразования в миллиметровые волны, уменьшается, благодаря выполнению параллельно-последовательного преобразования входного сигнала, для передачи сигнала в полупроводниковую микросхему 203 и осуществления последовательно-параллельного преобразования принимаемого сигнала из полупроводниковой микросхемы 203.
Если передача исходного сигнала между первым устройством 100 передачи данных и вторым устройством 200 передачи данных основана на последовательном формате, параллельно-последовательный преобразователь 114 и последовательно-параллельный преобразователь 127 не обязательно должны быть предусмотрены.
[Второе устройство передачи данных]
Второе устройство 200 передачи данных, по существу, имеет функциональную конфигурацию, аналогичную представленной для первого устройства 100 передачи данных. Соответствующие функциональные модули, показанные здесь, обозначены номерами ссылочных позиций, в которых цифра, обозначающие сотни, равна двум. Кроме того, функциональный модуль, который является таким же/аналогичным функциональному модулю в первом устройстве 100 передачи данных, обозначен номером ссылочной позиции, имеющим те же цифры, обозначающие десятки, и цифры, обозначающие единицы, как и у функционального модуля в первом устройстве 100 передачи данных. Модуль передачи сформирован модулем 210 генерирования сигнала на стороне передачи и соединителем 208 канала передачи, и модуль приема сформирован модулем 220 генерирования сигнала на стороне приема и соединителем 208 канала передачи.
Функциональный модуль 204 отвечает за управление основным приложением второго устройства 200 передачи данных и включает в себя, например, схему для обработки различных видов сигналов, которые требуется передать в устройство-партнер и схему для обработки различных сигналов, принимаемых из устройства-партнера.
[Соединение и работа]
Технологию преобразования частоты входного сигнала с последующей передачей сигналов обычно используют при широковещательной передаче при беспроводной передаче данных. С целью такого использования, применяют передатчик, приемник и т.д., которые позволяют решать, например, следующие задачи и, таким образом, выполнены сравнительно сложными: α) на какое расстояние может быть выполнена передача данных (проблема сигнал/шум относительно тепловых шумов), β) как решить проблему отражения и многолучевого распространения и γ) как подавлять помехи и наводки от другого канала. В отличие от этого, модули 107 и 207 генерирования сигнала, используемые в вариантах выполнения, применяют в диапазоне с миллиметровой длиной волны, которая представляет собой полосу частот с частотами выше, чем используются в сложных передатчиках, приемниках и т.д., обычно используемых при широковещательной передаче и при беспроводной передаче данных, и, таким образом, длина λ волны является более короткой. Поэтому модули, которые обеспечивают простоту повторного использования частот и соответствующую передачу данных между большим количеством устройств в близкой области, используются как модули 107 и 207 генерирования сигнала.
Варианты выполнения могут гибко обеспечивать выполнение требований высокоскоростной передачи данных и передачи большого объема данных, выполняя передачу сигналов в полосе миллиметровых волн, как описано выше, в отличие от существующего интерфейса передачи сигнала, в котором используются электрические линии. Например, только сигналы, для которых требуются передача с высокой скоростью и передача больших объемов, рассматриваются как субъект передачи данных в диапазоне миллиметровых волн. Кроме того, в зависимости от конфигурации системы, устройства 100 и 200 передачи данных частично включают в себя традиционный интерфейс электрической линии (соединение с использованием разъемов и соединителей) для передачи сигналов с низкой скоростью и малым объемом данных, а также для подключения питания.
Модуль 107 генерирования сигнала выполняет обработку сигналов для входного сигнала из функционального модуля 104 на основе БИС, для генерирования сигнала с миллиметровой длиной волны. Модуль 107 генерирования сигнала соединен с соединителем 108 канала передачи с использованием линии передачи, такой как микрополосковая линия, полосковая линия, копланарная линия передачи, или щелевая линия, и генерируемый сигнал с миллиметровой длиной волны подают в канал 9 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны через соединитель 108 канала передачи.
Соединитель 108 канала передачи имеет антенную структуру и выполняет функции преобразования передаваемого сигнала с миллиметровой длиной волны в электромагнитные волны и передачи этих электромагнитных волн. Соединитель 108 канала передачи соединен с каналом 9 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны, и электромагнитные волны, получаемые в результате преобразования с использованием соединителя 108 канала передачи, подают в один конец канала 9 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны. Другой конец канала 9 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны соединен с соединителем 208 канала передачи второго устройства 200 передачи данных. Благодаря обеспечению канала 9 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны между соединителем 108 канала передачи первого устройства 100 передачи данных и соединителем 208 канала передачи второго устройства 200 передачи данных электромагнитные волны в диапазоне миллиметровых волн распространяются по каналу 9 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны.
С каналом 9 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны соединен соединитель 208 канала передачи второго устройства 200 передачи данных. Соединитель 208 канала передачи принимает электромагнитные волны, передаваемые на другой конец канала 9 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны, и преобразует электромагнитные волны в сигнал с миллиметровой длиной волны для подачи его в модуль 207 генерирования сигнала (модуль генерирования сигнала в основной полосе пропускания). Модуль 207 генерирования сигнала выполняет обработку сигналов для переделанного сигнала с миллиметровой длиной волны, для генерирования выходного сигнала (сигнала в основной полосе пропускания) и подачи его в функциональный модуль 204 на основе БИС.
Хотя приведенное выше описание относится к передаче сигналов из первого устройства 100 передачи данных во второе устройство 200 передачи данных, аналогичный подход также можно применять для передачи сигнала из функционального модуля 204 на основе БИС во втором устройстве 200 передачи данных в первое устройство 100 передачи данных, и сигналы с миллиметровой длиной волны могут быть переданы двунаправлено.
Система передачи сигнала, в которой передачу сигналов выполняют через электрическую линию, имеет следующие проблемы.
i) Хотя требуется передача большого объема данных с высокой скоростью, существует предел скорости передачи и объема передаваемых данных по электрической линии.
ii) Было бы возможно увеличить количество линий и выполнять параллельную передачу сигналов с тем, чтобы, таким образом, уменьшить скорость передачи сигнала по одной линии, для решения проблем увеличения скорости передачи передаваемых данных. Однако такая мера противодействия приводит к увеличению количества входных/выходных разъемов. В результате повышается сложность печатной платы и кабельных линий, увеличивается физический размер частей соединителя и требуется электрический интерфейс и т.д. Таким образом, формы этих компонентов становятся более сложными, и надежность этих компонентов понижается так, что увеличивается стоимость решения задачи и т.д.
iii) По мере того как полоса сигнала в основной полосе частот становится шире, по мере существенного увеличения объема данных для видеоданных кинофильма, компьютерных изображений и т.д., проблема электромагнитной совместимости (ЕМС, ЭМС) становится более очевидной. Например, если используется электрическая линия, такая линия работает как антенна, и возникают взаимные помехи сигнала, соответствующего настроенной частоте антенны. Кроме того, отражение и резонанс, связанные с несогласованностью импеданса линии и т.д., также приводят к ненужному излучению. Если резонанс и отражение присутствуют, они непосредственно сопровождаются излучением, и проблема электромагнитных индуктивных взаимных помех (EMI) также становится серьезной. Для решения этих задач конфигурация электронного устройства становится более сложной.
iv) Если существует отражение, помимо ЭМС и EMI, ошибки при передаче, связанные со взаимными помехами между символами, и ошибки при передаче, вызванные помехами, также становится проблемой на стороне приема.
В отличие от этого система 1 беспроводной передачи данных в соответствии с вариантами выполнения осуществляет передачу сигналов не по электрической линии, а с использованием миллиметровых волн. Сигнал из функционального модуля 104 на основе БИС, передаваемый в функциональный модуль 204 на основе БИС, преобразуют в сигнал с миллиметровой длиной волны, и этот сигнал с миллиметровой длиной волны передают между соединителями 108 и 208 канала передачи через канал 9 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны.
Поскольку используется беспроводная передача данных, нет необходимости учитывать форму линии и положение соединителя, и, таким образом, не возникают многие ограничения, связанные с компоновкой. Сигнал, для которого передачу сигналов заменяют передачей по миллиметровым волнам, имеет короткую длину волны, и расстояние его передачи на этой длине волны также ограничено. Таким образом, можно легко решить проблему ЭМС и EMI. Обычно другой функциональный модуль, использующий частоту в полосе миллиметровых волн, не присутствует внутри устройств 100 и 200 передачи данных, и, поэтому, могут быть легко реализованы меры противодействия ЭМС и EMI.
Следующие преимущества достигаются в связи с тем, что передача сигналов в вариантах выполнения представляет собой беспроводную передачу данных в состоянии, в котором первое устройство 100 передачи данных и второе устройство 200 передачи данных сведены близко друг к другу, и выполняют передачу сигналов между фиксированными положениями и с известной взаимозависимостью между положениями.
1) Становится легко правильно построить канал передачи данных (волноводную структуру) между стороной передачи и стороной приема.
2) Благодаря разработке диэлектрической структуры соединителя канала передачи, которая изолирует сторону передачи и сторону приема совместно с каналом распространения (волноводная структура канала 9 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны), обеспечивается предпочтительная передача данных, имеющая более высокую надежность по сравнению с передачей в свободном пространстве.
3) Управление, осуществляемое контроллером (в настоящем примере, функциональным модулем 104 на основе БИС) для управления беспроводной передачей также не требуется часто выполнять динамически и адаптивно, в отличие от обычной беспроводной передачи данных. Таким образом, количество служебных данных, предназначенных для управления, может быть уменьшено по сравнению с обычной беспроводной передачей данных. В результате обеспечивается уменьшение размера, снижается потребление энергии и повышается скорость передачи данных.
4) Если среда беспроводной передачи данных будет калибрована во время изготовления или разработки, и отдельные вариации и т.д. будут устранены, обеспечивается возможность высококачественной передачи данных, используя передачу данных с учетом данных отдельных вариаций.
5) Даже если существует отражение, его влияние может быть легко устранено на стороне приема, используя малый выравниватель, поскольку отражение является фиксированным отражением. Установки выравнивателя также могут быть выполнены предварительно, и при этом легко выполняется статическое управление и реализация такого выравнивателя.
Кроме того, достигаются следующие преимущества, благодаря тому, что передача сигналов в вариантах выполнения основана на беспроводной передаче данных в диапазоне миллиметровых волн, который имеет короткие длины волн.
a) Широкая полоса передачи данных может быть обеспечена при передаче данных с миллиметровой длиной волны, и поэтому может быть легко достигнута высокая скорость передачи данных.
b) Частота, используемая для передачи данных, может быть отделена от частот обработки, используемых для других сигналов в основной полосе пропускания, и, таким образом, вряд ли возникают взаимные помехи между частотами миллиметровых волн и сигналами основной полосы пропускания.
c) Поскольку миллиметровые волны имеют короткие длины волны, размер антенны и структуры волновода, которые определяют в зависимости от длины волны, можно уменьшить. Кроме того, электромагнитное экранирование может быть легко обеспечено, благодаря тому, что затухание на расстоянии велико, и дифракция мала.
d) При беспроводной передаче данных в нормальной открытой области существуют строгие ограничения в отношении стабильности несущей частоты для предотвращения взаимных помех и т.д. Для реализации такой несущей, имеющей высокую стабильность, используют внешние основные части, задающие частоту, имеющие высокую стабильность, схемы умножения, PLL (ФАПЧ, фазовая автоподстройка частоты), и т.д., таким образом, что размеры схемы становятся большими. Однако в случае миллиметровых волн (в частности, когда также используют передачу сигналов между фиксированными положениями и с известной взаимосвязью положений) миллиметровые волны могут быть легко блокированы и можно предотвратить их утечку наружу. Таким образом, несущую частоту, имеющую низкую стабильность, можно использовать при передаче и, поэтому, можно исключить увеличение размеров схемы. Предпочтительно использовать систему внешней синхронизации (подробное описание приведено ниже) для того, чтобы сторона приема демодулировала сигнал, передаваемый по несущей частоте, с ослабленной стабильностью, с использованием схемы с малыми размерами.
Система, в которой передачу данных осуществляют в полосе с миллиметровой длиной волны, представлена как один пример системы беспроводной передачи данных для вариантов выполнения. Однако диапазон ее применения не ограничивается системой, в которой передачу данных осуществляют в полосе миллиметровых волн. Можно использовать сантиметровые волны (предпочтительно волны, близкие к миллиметровым волнам), длина волны которых больше, чем у миллиметровых волн, или, наоборот, можно использовать субмиллиметровые волны (предпочтительно волны, близкие к миллиметровым волнам), длина волны которых короче, чем у миллиметровых волн. Однако наиболее эффективно использовать диапазон миллиметровых волн, благодаря использованию системы внешней синхронизации при передаче сигналов внутри корпуса, а также при передаче сигналов между устройствами и формирования всей схемы гетеродина, включающей в себя схему резонансного контура, в микросхеме CMOS.
<Модуляция и демодуляция: сравнительный пример>
На фиг.2А и 2В показаны схемы, предназначенные для пояснения сравнительного примера функционального модуля модуляции и функционального модуля демодуляции в системе обработки передачи данных.
[Функциональный модуль модуляции: сравнительный пример]
На фиг.2А показана конфигурация функционального модуля 8300Х модуляции сравнительного примера, предусмотренного на стороне передачи. Сигнал (например, 12-битный сигнал изображения), как субъект передачи, преобразуют в высокоскоростные последовательные данные, используя параллельно-последовательный преобразователь 8114, и подают в функциональный модуль 8300Х модуляции.
Функциональный модуль 8300Х модуляции может использовать различные конфигурации схемы, в зависимости от системы модуляции. Например, если система модуляции представляет собой систему модуляции амплитуды и/или фазы, функциональный модуль 8300Х модуляции может использовать конфигурацию, включающую в себя смеситель 8302 частоты и гетеродин 8304 на стороне передачи.
Гетеродин 8304 на стороне передачи (модуль генерирования сигнала первой несущей) генерирует сигнал несущей (сигнал несущей модуляции), используемый для модуляции. Смеситель 8302 частоты (первый преобразователь частоты) умножает (модулирует) несущую в диапазоне миллиметровых волн, генерируемую гетеродином 8304 на стороне передачи, на сигнал из параллельно-последовательного преобразователя 8114 (соответствует параллельно-последовательному преобразователю 114), для генерирования модулированного сигнала в диапазоне миллиметровых волн, и подает его в усилитель 8117 (соответствует усилителю 117). Модулированный сигнал усиливают с помощью усилителя 8117 и излучают через антенну 8136.
[Функциональный модуль демодуляции: сравнительный пример]
На фиг.2В показана конфигурация функционального модуля 8400Х демодуляции по сравнительному примеру, предусмотренному на стороне приема. Функциональный модуль 8400Х демодуляции может использовать различные конфигурации схемы в пределах диапазона, в зависимости от системы модуляции на стороне передачи. Следующее описание основано на предположении, что система, в которой модулируют амплитуду и/или фазу, используется таким образом, что может быть обеспечено соответствие с приведенным выше описанием функционального модуля 8300Х модуляции.
Функциональный модуль 8400Х демодуляции в соответствии со сравнительным примером включает в себя двухвходовый смеситель 8402 частоты (схема смесителя), и в нем используют схему квадратурного детектирования, которая формирует выход детектирования в пропорции квадрату амплитуды принятого сигнала с миллиметровой длиной волны (его огибающей). Также было бы возможно использовать простую схему детектирования огибающей, не имеющую квадратную характеристику вместо квадратурной схемы детектирования. В примере, показанном на схеме, процессор 8410 фильтра, воспроизводитель 8420 тактовой частоты (восстановление данных тактовой частоты (CDR)), и последовательно-параллельный преобразователь 8227 (S-P, соответствующий последовательно-параллельному преобразователю 127) предусмотрены в последующих каскадах смесителя 8402 частоты. В процессоре 8410 фильтра предусмотрен, например, фильтр низкой частоты (LPF, ФНЧ).
Сигнал с миллиметровой длиной волны, принимаемый антенной 8236, подают в усилитель 8224 с переменным усилением (соответствует усилителю 224), для регулировки амплитуды, и затем подают в функциональный модуль 8400Х демодуляции. Принятый сигнал, полученный в результате регулирования амплитуды, одновременно подают на два входных вывода смесителя 8402 частоты, таким образом, что генерируют квадратурный сигнал, который передают в процессор 8410 фильтра. Высокочастотный компонент удаляют из квадратурного сигнала, генерируемого смесителем 8402 частоты, с помощью фильтра низких частот в процессоре 8410 фильтра. Таким образом, форму колебаний входного сигнала (сигнала в основной полосе пропускания), передаваемого со стороны передачи, генерируют для подачи в воспроизводитель 8420 тактовой частоты.
Воспроизводитель 8420 тактовой частоты (CDR) воспроизводит тактовую частоту выборки на основе этого сигнала в основной полосе пропускания и выполняет выборку сигнала в основной полосе пропускания на основе воспроизведенной тактовой частоты выборки для генерирования, таким образом, принимаемой последовательности данных. Сгенерированную последовательность принимаемых данных подают в последовательно-параллельный преобразователь 8227 (S-P), таким образом, что воспроизводят параллельный сигнал (например, 12-битный сигнал изображения). Различные системы доступны как система воспроизведения тактовой частоты. Например, используют систему синхронизации символа.
[Проблемы сравнительного примера]
В случае построения системы беспроводной передачи данных, используя функциональный модуль 8300Х модуляции и функциональный модуль 8400Х демодуляции в соответствии со сравнительным примером, возникают следующие недостатки.
Во-первых, следующий недостаток существует в отношении схемы генератора. Например, следует учитывать многоканальную передачу при передаче данных в открытой области (вне помещения). В этом случае на передачу данных влияет компонент вариации частоты несущей, и поэтому устанавливают строгие требования спецификации в отношении стабильности несущей на стороне передачи. Если на стороне передачи и на стороне приема будет сделана попытка использования нормальной технологии, такой как используют при беспроводной передаче данных вне помещения, для передачи данных на миллиметровых длинах волн при передаче сигналов внутри корпуса и при передаче сигналов между устройствами, требуется обеспечить высокую стабильность несущей, и потребуется схема генератора с миллиметровыми длинами волн со стабильностью частоты порядка промилле (части на миллион).
Для реализации сигнала несущей, имеющего высокую стабильность частоты, потребовалось бы реализовать схему генератора миллиметровых волн с высокой стабильностью, например, на кремниевой интегральной микросхеме (комплементарный металлооксидный полупроводник (CMOS)). Однако кремниевая подложка, используемая для нормальной CMOS обладает низкими изолирующими свойствами. Поэтому схема резонансного контура, имеющая высокую добротность, не может быть просто сформирована, и, поэтому, такая реализация является непростой. Например, если индуктивность будет сформирована в микросхеме CMOS, ее добротность составит приблизительно 30-40, как показано в публикации A.Niknejad, "mm-Wave Silicon Technology 60GHz and Beyond" (particularly, 3.1.2 Inductors pp.70 and 71), ISBN 978-0-387-76558-7 (ниже называется ссылочным документом А).
Поэтому, для реализации схемы генератора с высокой стабильностью, например, было бы возможно использовать следующую технологию. В частности, схема резонансного контура, имеющего высокую добротность, может быть обеспечена с использованием кварцевого генератора или тому подобное, установленного снаружи CMOS, в которой сформирована основная часть схемы гетеродина, и резонансный контур работает на низкой частоте. Кроме того, такой генерируемый выход умножают для повышения частоты до диапазона миллиметровых волн. Однако предпочтительно не устанавливать такой внешний резонансный контур вообще для микросхем, для реализации функции замены передачи сигналов по линиям, например, такой как передача дифференциальных сигналов с низким напряжением (LVDS), передачей сигналов на миллиметровых волнах.
Если используется система модуляции амплитуды такая, как манипуляция типа включения-выключения (ООК), достаточно, чтобы на стороне приема осуществлялось детектирование огибающей. Таким образом, схема гетеродина становится ненужной, и количество схем резонансного контура может быть уменьшено. Однако если расстояние передачи сигнала становится длиннее, амплитуда приема становится меньшей. В системе, использующей схему квадратурного детектирования, как один пример детектирования огибающей, влияние уменьшения амплитуды приема является существенным, и искажение сигнала влияет на передачу. Таким образом, такая система становится невыгодной. Другими словами, схема квадратурного детектирования является невыгодной в смысле стабильности.
В качестве другой технологии реализации сигнала несущей, с высокой стабильностью частоты, было бы возможно использовать схему умножителя частоты, схему ФАПЧ и т.д., имеющую, например, высокую стабильность. Однако такая технология приводит к увеличению размеров схемы. Например, в технологии, раскрытой в публикации "A 90nm CMOS Low-Power 60GHz Tranceiver with Integrated Baseband Circuitry," ISSCC 2009/SESSION 18/RANGING AND Gb/s COMMUNICATION /18.5, 2009 IEEE International Solid-State Circuits Conference, pp.314 to 316 (ниже называется ссылочным документом В), 60 ГГц делитель устранен для уменьшения потребления питания, благодаря использованию схемы гетеродина с двукратным умножением частоты. Однако, даже при такой технологии, схема гетеродина 30 ГГц и делителя, фазовая схема детектирования частоты (фазовый детектор частоты (PFD)), необходимы внешний опорный сигнал (в данном примере, 117 МГц) и т.д. Поэтому очевидно, что размеры схемы становятся большими.
Поскольку квадратурная схема детектирования может выделять только компонент амплитуды из принятого сигнала, система модуляции, которую можно использовать, ограничена системой модуляции амплитуды (например, ASK, такой как ООК), и при этом трудно использовать систему модуляции фазы или частоты. Трудность использования системы модуляции фазы приводит к недостатку, состоящему в том, что скорость передачи данных не может быть увеличена путем использования квадратурно-модулированного сигнала.
Кроме того, в случае реализации многоканальной передачи на основе системы мультиплексирования с частотным разделением, система, в которой используется квадратурная цепь детектирования, имеет следующий недостаток. Полосовой фильтр для выбора частоты на стороне приема должен быть расположен в предыдущем каскаде относительно схемы квадратурного детектирования. Однако трудно реализовать полосовой фильтр с крутой характеристикой, имеющий малые размеры. Кроме того, если используется полосовой фильтр с крутой характеристикой, требования спецификации становятся строгими также в отношении стабильности несущей частоты на стороне передачи.
<Модуляция и демодуляция: основные принципы>
На фиг.3А-4В показаны схемы, предназначенные для пояснения основной конфигурации функции модуляции и функции демодуляции в системе обработки передачи данных. В частности, на фиг.3А-3D показаны схемы, предназначенные для пояснения основного примера конфигурации модуля 8110 генерирования сигнала на стороне передачи (модуля связи на стороне передачи), состоящего из функционального модуля 8300 модуляции (модуляторы 115 и 215 и преобразователи 116 и 216 частоты) в соответствии с вариантами выполнения, предусмотренными на стороне передачи, и их периферийные цепи. На фиг.4А1-4А4 показаны схемы, предназначенные для пояснения основного примера конфигурации побочного модуля 8220 генерирования сигнала на стороне приема (модуль связи на стороне приема), состоящего из функционального модуля 8400 демодуляции (преобразователи 125 и 225 частоты и демодуляторы 126 и 226) в соответствии с вариантами выполнения, предусмотренными на стороне приема, и их периферийные цепи. На фиг.4В представлена схема, предназначенная для пояснения взаимозависимости фаз в случае внешней синхронизации.
В качестве меры противодействия для решения задач описанного выше сравнительного примера функциональный модуль 8400 демодуляции в соответствии с вариантами выполнения использует систему внешней синхронизации.
В случае использования системы внешней синхронизации предпочтительно заранее выполнять правильную обработку коррекции для сигнала - субъекта модуляции, для того, чтобы способствовать внешней синхронизации на стороне приема. Как правило, сигнал - субъект модуляции модулируют после того, как компонент, близкий к постоянному току (постоянный ток), будет подавлен для сигнала - субъекта модуляции, то есть сигнал - субъект модуляции модулируют после подавления (вырезания) низкочастотного компонента вокруг постоянного тока таким образом, что компонент модулированного сигнала, близкий к несущей частоты fc, может стать как можно меньшим, что может способствовать внешней синхронизации на стороне приема. Таким образом, предпочтительно подавлять не только постоянный ток, но также и компонент вокруг постоянного тока. В случае цифровой системы выполняют, например, кодирование без постоянного тока для исключения возникновения компонента постоянного тока в результате продолжения одного и того же символа.
Предпочтительно также передавать опорный сигнал несущей, который соответствует сигналу несущей, используемому для модуляции, и который используется как основа для внешней синхронизации на стороне приема, вместе с сигналом, модулированным для получения сигнала с миллиметровой длиной волны (модулированный сигнал). Опорный сигнал несущей представляет собой сигнал, соответствующий сигналу несущей, который выводят из гетеродина 8304 на стороне передачи, и используют для модуляции. Частота и фаза (предпочтительно также амплитуда) опорного сигнала несущей всегда постоянны (не изменяются). Как правило, опорный сигнал несущей представляет собой сам сигнал несущей, используемый для модуляции. Однако опорный сигнал несущей не ограничивается этим, если только он является синхронным с сигналом несущей. Например, опорный сигнал несущей может представлять собой сигнал, который является синхронным с сигналом несущей, используемым для модуляции, и имеет другую частоту (например, гармонический сигнал). В качестве альтернативы, он может представлять собой сигнал, который имеет ту же частоту, но имеет другую фазу (например, квадратурный сигнал несущей, ортогональный сигналу несущей, используемому для модуляции).
В зависимости от системы модуляции и схемы модулятора, в некоторых случаях, сигнал несущей включен в сам выходной сигнал схемы модулятора (например, стандартная амплитудная модуляция или ASK), тогда как несущую подавляют в других случаях (например, амплитудная модуляция, ASK или PSK на основе системы подавления несущей). Поэтому в схеме, предназначенной для передачи также опорного сигнала несущей вместе с сигналом, модулированным с получением сигнала с миллиметровой длиной волны на стороне передачи, используют конфигурацию схемы, которая зависит от вида опорного сигнала несущей (используется или нет сам сигнал несущей, который использовали для модуляции в качестве опорного сигнала несущей) системы модуляции и схемы модулятора.
[Функциональный модуль модуляции]
На фиг.3А-3D показана основная конфигурация функционального модуля 8300 модуляции и его периферийных цепей. Процессор 8301 сигнала - субъекта модуляции предусмотрен в предыдущем каскаде функционального модуля 8300 модуляции (смеситель 8302 частоты). Соответствующие примеры, показанные на фиг.3А-3D, представляют собой примеры конфигурации для цифровой системы. Процессор 8301 сигнала - субъекта модуляции выполняет кодирование, не содержащее постоянный ток, такое как кодирование с преобразованием 8-9 (кодирование 8В/9В), кодирование с преобразованием 8-10 (кодирование 8В/10В), или обработку скремблирования для данных, подаваемых из параллельно-последовательного преобразователя 8114, для устранения компонента постоянного тока, в результате продолжения того же символа. Хотя это и не показано на схеме, предпочтительно выполнять обработку фильтром верхних частот (или обработку полосовым фильтром) для сигнала - субъекта модуляции в системе аналоговой модуляции.
При кодировании с преобразованием 8-10 8-битные данные преобразуют в 10-битный код. Например, коды данных, в которых цифра "1" и цифра "0" расположены как можно ближе друг к другу, используют в качестве 10-битных кодов среди 1024 видов 10-битных кодов, обеспечивая, таким образом, получение данных с характеристикой, не содержащей постоянный ток. Часть 10-битных кодов, которые не используют как коды данных, используют, например, как специальные коды, обозначающие режим ожидания, ограничитель пакета и т.д. Что касается обработки скремблирования, известно, например кодирование 64 В/66 В, используемое в семействе 10GBase-X (IEEE802.3ae или тому подобное).
В основной конфигурации 1, показанной на фиг.3А, предусмотрены процессор 8306 опорного сигнала несущей и объединитель 8308 сигнала, и осуществляют операцию комбинирования (смешивания) выходного сигнала (модулированный сигнал) схемы модулятора (первый преобразователь частоты) и опорного сигнала несущей. Следует отметить, что такая система представляет собой универсальную систему, не зависящую от вида опорного сигнала несущей, системы модуляции и схемы модулятора. Однако, в зависимости от фазы опорного сигнала несущей, возможно, что комбинированный опорный сигнал несущей будет детектирован как компонент смещения постоянного тока во время демодуляции на стороне приема, что может повлиять на возможность воспроизведения сигнала в основной полосе пропускания. В этом случае принимают меру противодействия для подавления такого компонента постоянного тока на стороне приема. Другими словами, предпочтительно сформировать опорный сигнал несущей, имеющий такую взаимозависимость фаз, чтобы компонент смещения постоянного тока не требовалось бы удалять во время демодуляции.
Процессор 8306 опорного сигнала несущей регулирует фазу и амплитуду сигнала модуляции несущей, подаваемого из гетеродина 8304 на стороне передачи, в соответствии с потребностью, и подает свой выходной сигнал, как опорный сигнал несущей, в объединитель 8308 сигнала. Например, такая основная конфигурация 1 используется в случае системы, в которой сигнал несущей, частота и фаза которого, по существу, всегда являются постоянными, не будет включен в сам выходной сигнал смесителя 8302 частоты (система, в которой модулируют частоту или фаза), или в случае использования гармонического сигнала или квадратурного сигнала несущей для сигнала несущей, используемого для модуляции в качестве опорного сигнала несущей.
В этой конфигурации гармонический сигнал или квадратурный сигнал несущей для сигнала несущей, используемого для модуляции, можно использовать как опорный сигнал несущей, и амплитуду и фазу модулированного сигнала и опорного сигнала несущей можно регулировать отдельно друг от друга. В частности, усилитель 8117 выполняет регулировку усиления, учитывая при этом амплитуду модулированного сигнала, и одновременно также регулируют амплитуду опорного сигнала несущей. Однако только амплитуда опорного сигнала несущей может быть отрегулирована с помощью процессора 8306 опорного сигнала несущей таким образом, что опорный сигнал несущей может иметь предпочтительную амплитуду для внешней синхронизации.
Хотя объединитель 8308 сигнала предусмотрен для объединения модулированного сигнала и опорного сигнала несущей в основной конфигурации 1, это не является существенным. Так же как и в основной конфигурации 2, показанной на фиг.3В, модулированный сигнал и опорный сигнал несущей могут быть переданы через разные антенны 8136_1 и 8136_2, соответственно, на сторону приема через соответствующие разные каналы 9 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны, предпочтительно, без возникновения взаимных помех. В основной конфигурации 2 опорный сигнал несущей, амплитуда которого также всегда постоянна, может быть передан на сторону приема. Таким образом, можно сказать, что такая система представляет собой оптимальную систему в смысле простоты достижения внешней синхронизации.
Основные конфигурации 1 и 2 имеют преимущество, состоящее в том, что амплитуда и фаза сигнала несущей, используемого для модуляции (другими словами, модулированный сигнал, предназначенный для передачи) и опорного сигнала несущей, могут быть отрегулированы отдельно друг от друга. Поэтому можно сказать, что такие конфигурации пригодны для того, чтобы сделать ось модуляции, по которой переносят информацию - субъект передачи, и ось опорного сигнала несущей, используемого для внешней синхронизации (ось опорной несущей), не были в фазе, но имели бы разные фазы, для предотвращения, таким образом, возникновения компонента смещения постоянного тока в демодулированном выходе.
Если сигнал несущей, частота и фаза которого всегда постоянны, может быть включен в сам выходной сигнал смесителя 8302 частоты, возможно использовать базовую конфигурацию 3, показанную на фиг.3С, которая не включает в себя процессор 8306 опорного сигнала несущей и объединитель 8308 сигнала. Только модулированный сигнал, который модулирован с получением сигнала с миллиметровой длиной волны в смесителе 8302 частоты, может быть передан на сторону приема, и сигнал несущей, включенный в модулированный сигнал, может рассматриваться как опорный сигнал несущей. При этом нет необходимости добавлять другой опорный сигнал несущей к выходному сигналу смесителя 8302 частоты и передавать полученный в результате сигнал на сторону приема. Например, такую основную конфигурацию 3 можно использовать в случае системы модуляции амплитуды (например, системы ASK). В этом случае предпочтительно выполнять обработку без использования постоянного тока.
Однако также когда используются амплитудная модуляция или ASK, схема системы подавления несущей (например, схема сбалансированного модулятора или схема дважды сбалансированного модулятора) может активно использоваться как смеситель 8302 частот таким образом, что опорный сигнал несущей также может быть передан вместе с выходным сигналом смесителя 8302 частоты (модулированный сигнал) и с использованием основных конфигураций 1 и 2.
Также в случае системы модуляции фазы или частоты, также было бы возможно передавать не только модулированный сигнал, который был модулирован (преобразован по частоте) с получением сигнала с миллиметровой длиной волны, с использованием функционального модуля 8300 модуляции (используя, например, квадратурную модуляцию) как в основной конфигурации 4, показанной на фиг.3D. Однако уровень синхронизации (уровень амплитуды опорного сигнала несущей, подаваемого в схему гетеродина системы с внешней синхронизации), система модуляции, скорость передачи данных, несущая частота и т.д., также могут иметь отношение или нет к внешней синхронизации, которая может быть обеспечена на стороне приема. Поэтому такая конфигурация имеет ограничение в отношении диапазона применения.
Во всех основных конфигурациях 1-4 может использоваться механизм приема информации на основе результата детектирования внешней синхронизации на стороне приема со стороны приема, как показано пунктирными линиями на схеме, и можно регулировать частоту сигнала несущей модуляции и фазу миллиметровых волн (в частности волны, используемые для внешней синхронизации на стороне приема: например, опорный сигнал несущей или модулированный сигнал), и опорный сигнал несущей. При этом не существенно, будет ли передана информация со стороны приема на сторону передачи с использованием миллиметровых волн, но любая система может использоваться, независимо от того, основана ли эта система на передаче по проводам или беспроводной передаче.
Во всех основных конфигурациях 1-4 частоту сигнала несущей модуляции (и опорного сигнала несущей) регулируют, используя управление гетеродином 8304 на стороне передачи.
В основных конфигурациях 1 и 2 амплитуду и фазу опорного сигнала несущей регулируют, используя управление процессором 8306 опорного сигнала несущей и усилителем 8117. Также было бы возможно в основной конфигурации 1 регулировать амплитуду опорного сигнала несущей с помощью усилителя 8117, который регулирует мощность передачи. Однако с этим случаем связан недостаток, состоящий в том, что амплитуда модулированного сигнала также регулируется вместе нею.
В основной конфигурации 3, которая пригодная для системы модуляции амплитуды (аналоговая модуляция амплитуды или цифровая ASK), компонент несущей частоты (эквивалентный амплитуде опорного сигнала несущей) в модулированном сигнале регулируют путем регулирования компонента постоянного тока для сигнала - субъекта модуляции или путем управления коэффициентом модуляции (отношением модуляции). Например, предположим, что модулируют сигнал, получаемый в результате сложения компонента постоянного тока с сигналом - субъектом передачи. В этом случае, если коэффициент модуляции поддерживают постоянным, амплитуду опорного сигнала несущей регулируют путем управления компонентом постоянного тока. Если компонент постоянного тока поддерживается постоянным, амплитуду опорного сигнала несущей регулируют путем управления коэффициентом модуляции.
Однако, в этом случае, объединитель 8308 сигнала не требуется использовать, но сигнал, получаемый в результате смешения модулированного сигнала, который получают в результате модуляции сигнала несущей на сигнал - субъект передачи, и сигнал несущей, используемый для модуляции, передают автоматически путем простой передачи только модулированного сигнала, выводимого из смесителя 8302 частоты на сторону приема. Неизбежно, опорный сигнал несущей переносят по оси, которая является той же, что и (то есть, синфазной с) осью модуляции, по которой переносят сигнал - субъект передачи модулированного сигнала. На стороне приема компонент несущей частоты в модулированном сигнале используют как опорный сигнал несущей для внешней синхронизации. Как подробно описано ниже, на уровне фазы, ось модуляции, по которой выполняют перенос информации - субъекта передачи, и ось компонента несущей частоты (опорный сигнал несущей), используемой для внешней синхронизации, являются синфазными, и компонент смещения постоянного тока, связанный с компонентом несущей частоты (опорный сигнал несущей), возникает в демодулируемом выходном сигнале.
[Функциональный модуль демодуляции]
На фиг.4А1-4А4 показана основная конфигурация функционального модуля 8400 демодуляции и его периферийных цепей. Функциональный модуль 8400 демодуляции в соответствии с вариантами выполнения включают в себя гетеродин 8404 на стороне приема, и выходной сигнал, соответствующий сигналу несущей, используемому для модуляции на стороне передачи, получают путем подачи сигнала внешней синхронизации в гетеродин 8404 на стороне приема. Как правило, функциональный модуль 8400 демодуляции получает выходной сигнал колебаний, синхронизированный с сигналом несущей, используемым на стороне передачи. Затем функциональный модуль 8400 демодуляции умножает принимаемый модулированный сигнал с миллиметровой длиной волны и сигнал несущей для демодуляции (сигнал несущей демодуляции: называемый воспроизведенным сигналом несущей) на основе выходного сигнала гетеродина 8404 на стороне приема (осуществляет синхронное детектирование) с использованием смесителя 8402 частоты, чтобы, таким образом, получать сигнал синхронного детектирования. Высокочастотный компонент удаляют из этого сигнала синхронного детектирования с помощью процессора 8410 фильтра, и, таким образом, получают форму колебаний входного сигнала (сигнала в основной полосе пропускания), переданного со стороны передачи. Последующая операция является той же, как и в сравнительном примере.
Смеситель 8402 частоты осуществляет преобразование частоты (преобразование с понижением частоты, демодуляция) с помощью синхронного детектирования, чтобы, таким образом, достичь, например, преимуществ, состоящих в отличной характеристике частоты ошибок бита, и в возможности использовать фазовую модуляцию и частотную модуляцию путем расширения квадратурного детектирования.
Для демодуляции путем подачи воспроизводимого сигнала несущей на основе выходного сигнала гетеродина 8404 на стороне приема в смеситель 8402 частоты, необходимо учитывать сдвиг по фазе, и при очень важно обеспечить схему регулирования фазы в системе синхронного детектирования. Это связано с тем, что разность фаз присутствует между принимаемым модулированным сигналом и выходным сигналом колебаний, который выводят из гетеродина 8404 на стороне приема в результате внешней синхронизации, как описано, например, в публикации L.J.Paciorek, "Injection Lock of Oscillators," Proceeding of the IEEE, Vol.55 NO.11, November 1965, pp.1723 to 1728 (ниже называется ссылочным документом С).
В этом примере регулятор 8406 фазы и амплитуды, который имеет не только функцию схемы регулирования фазы, но также и функцию регулирования амплитуды сигнала синхронизации, предусмотрен в функциональном модуле 8400 демодуляции. Схема регулирования фазы может быть предусмотрена либо для сигнала внешней синхронизации для гетеродина 8404 на стороне приема, или для выходного сигнала гетеродина 8404 на стороне приема. В качестве альтернативы, она может быть предусмотрена в обоих из них. При этом сконфигурированы гетеродин 8404 на стороне приема и регулятор 8406 фазы и амплитуды, (второй) модуль генерирования сигнала несущей на стороне демодуляции, который генерирует сигнал несущей демодуляции, синхронизированный с сигналом несущей модуляции, и подает его в смеситель 8402 частоты.
Как показано пунктирными линиями на чертеже, подавитель 8407 компонента постоянного тока предусмотрен в последующем каскаде смесителя 8402 частоты. Подавитель 8407 компонента постоянного тока удаляет компонент смещения постоянного тока, возможно включенный в синхронный сигнал детектирования, в зависимости от фазы опорного сигнала несущей, скомбинированного с модулированным сигналом (в частности, когда модулированный сигнал и опорный сигнал несущей являются синфазными).
В соответствии со ссылочным документом С, если диапазон синхронизации представлен максимальным диапазоном Δfomax получения частоты, диапазон синхронизации определяется по выражению (А). В выражении (А) определяют частоту свободных колебаний гетеродина 8404 на стороне приема, как fo(ωo), центральную частоту сигнала синхронизации (в случае опорного сигнала несущей, частоту опорного сигнала несущей) определяют как fi(ωi), напряжение синхронизации для гетеродина 8404 на стороне приема определяют как Vi, напряжение свободных колебаний гетеродина 8404 на стороне приема определяют как Vo, и добротность определяют как Q. Из выражения (А) следует, что добротность оказывает влияние на диапазон синхронизации, и более низкое значение добротности обеспечивает более широкий диапазон синхронизации.
Из выражения (А) можно понять, что гетеродин 8404 на стороне приема, который получает выходной сигнал колебаний с использованием внешней синхронизации, может быть синхронизирован с компонентами, находящимися внутри Δfomax сигнала внешней синхронизации, но не может быть синхронизирован с компонентами, находящимися за пределами Δfomax, и, таким образом, гетеродин 8404 на стороне приема обладает эффектом полосового пропускания. Например, в случае подачи модулированного сигнала, имеющего некоторый диапазон частот, в гетеродин 8404 на стороне приема для получения выходного сигнала колебаний, в результате внешней синхронизации получают выходной сигнал колебаний, синхронизированный со средней частотой модулированного сигнала (частота сигнала несущей), и компоненты, находящиеся за пределами Δfomax, удаляют.
В качестве способа подачи сигнала внешней синхронизации в гетеродин 8404 на стороне приема возможно подавать принимаемый сигнал с миллиметровой длиной волны в гетеродин 8404 на стороне приема, как сигнал внешней синхронизации, как и в основной конфигурации 1, показанной на фиг.4А1. В этом случае предпочтительно, чтобы количество компонентов частоты внутри Δfomax было небольшим. Такое выражение основано на том факте, что даже когда компоненты частоты, находящиеся внутри Δfomax, существуют в определенной степени, внешняя синхронизация возможна, если уровень подаваемого сигнала и частота будут правильно отрегулированы. Таким образом, было бы трудно достичь внешней синхронизации, из-за того, что компоненты частоты, которые не нужны для внешней синхронизации, также могли бы быть поданы в гетеродин 8404 на стороне приема. Однако какие-либо проблемы отсутствуют, даже при использовании основной конфигурации 1, если заранее на стороне передачи осуществляют только модуляцию после подавления компонентов низкой частоты (используя кодирование, свободное от постоянного тока, или тому подобное) для сигнала - субъекта модуляции, чтобы, таким образом, предотвратить присутствие компонента модулированного сигнала рядом с несущей частотой.
Кроме того, было бы возможно обеспечить разделитель 8401 частоты, для выполнения разделения по частоте принимаемого сигнала с миллиметровой длиной волны на модулированный сигнал и опорный сигнал несущей и подачи разделенного компонента опорного сигнала несущей в гетеродин 8404 на стороне приема в качестве сигнала внешней синхронизации, как и в основной конфигурации 2, показанной на фиг.4А2. Поскольку компонент сигнала подают после того, как компоненты частоты, которые не нужны для внешней синхронизации, будут заранее подавлены, при этом внешняя синхронизация может быть легко достигнута.
Основная конфигурация 3, показанная на фиг.4А3, соответствует случаю, в котором на стороне передачи использует основную конфигурацию 2, показанную на фиг.3В. В частности, эта конфигурация основана на системе, в которой модулированный сигнал и опорный сигнал несущей принимают с использованием разных антенн 8236_1 и 8236_2, соответственно, через соответствующие разные каналы 9 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны, предпочтительно, без возникновения взаимных помех. В основной конфигурации 3 на стороне приема опорный сигнал несущей, амплитуда которого также всегда постоянна, может быть подан в гетеродин 8404 на стороне приема. Таким образом, можно сказать, что такая конфигурация представляет собой оптимальную систему в том смысле, что она обеспечивает простоту достижения внешней синхронизации.
Основная конфигурация 4, показанная на фиг.4А4, соответствует случаю, в котором сторона передачи основана на системе модуляции фазы или частоты и имеет основную конфигурацию 4, показанную на фиг.3D. Хотя эта конфигурация аналогична основной конфигурации 1, функциональный модуль 8400 демодуляции имеет конфигурацию схемы демодулятора, которая на практике соответствует фазовой модуляции или частотной модуляции, такую как схема квадратурного детектирования.
Сигнал с миллиметровой длиной волны, принимаемый антенной 8236, подают в смеситель 8402 частоты и в гетеродин 8404 на стороне приема, используя разделитель (демультиплексор) (не показан). Гетеродин 8404 на стороне приема выводит воспроизводимый сигнал несущей, синхронизированный с сигналом несущей, используемым для модуляции на стороне передачи, благодаря функционированию внешней синхронизации.
Уровень синхронизации (уровень амплитуды опорного сигнала несущей, подаваемого в схему гетеродина системы внешней синхронизации), система модуляции, скорость передачи данных, несущая частота и т.д. также имеют отношение к тому, будет или нет обеспечена внешняя синхронизация на стороне приема (может ли быть получен воспроизводимый сигнал несущей, синхронизированный с сигналом несущей, используемым для модуляции на стороне передачи). Кроме того, жизненно важно сделать так, чтобы модулированный сигнал находился за пределами такого диапазона, чтобы была возможна внешняя синхронизация. С этой целью предпочтительно выполнять кодирование, свободное от постоянного тока, на стороне передачи таким образом, что центральная (средняя) частота модулированного сигнала может быть практически равна несущей частоте, и центральная (средняя) фаза может быть почти равна нулю (точка начала координат на плоскости фазы).
Например, пример, в котором сам модулированный сигнал, полученный в результате модуляции с использованием системы двоичной фазовой манипуляции (BPSK), используется как сигнал внешней синхронизации, раскрыт в публикации Р. Edmonson, et al., "Injection Locking Techniques for a 1-GHz Digital Receiver Using Acoustic-Wave Devices," IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control, Vol.39, No.5, September, 1992, pp.631 to 637 (ниже называется ссылочным документом D). В системе BPSK изменение фазы на 180 градусов происходит в сигнале внешней синхронизации для гетеродина 8404 на стороне приема, в зависимости от времени Т символа входного сигнала. Для обеспечения возможности для гетеродина 8404 на стороне приема достижения внешней синхронизации даже в этом случае, например, символ Т времени должен удовлетворять взаимозависимости Т<1/(2Δfomах), если максимальная ширина диапазона частоты получения гетеродина 8404 на стороне приема определена как Δfomах. Это означает, что время Т символа должно быть установлено достаточно коротким. Тот факт, что более короткое время Т символа является более предпочтительным, означает, что более предпочтительной является высокая скорость передачи данных. Это удобно для цели использования, направленной на высокоскоростную передачу данных.
Кроме того, пример, в котором сам модулированный сигнал, получаемый в результате модуляции, применяя 8-фазную систему манипуляции (8PSK), используется в качестве сигнала внешней синхронизации, раскрыт в публикации Tarar, M.A.; Zhizhang Chen, "A Direct Down-Conversion Receiver for Coherent Extraction of Digital Baseband Signals Using the Injection Locked Oscillators," Radio and Wireless Symposium, 2008 IEEE, Volume, Issue, 22-24 Jan. 2008, pp.57 to 60 (ниже называется ссылочным документом Е). В этом ссылочном документе Е также показано, что более высокая скорость передачи данных упрощает достижение внешней синхронизации, если напряжение внешней синхронизации и частота несущей остаются постоянными. Это также удобно для использования с целью достижения высокой скорости передачи данных.
Во всех основных конфигурациях 1-4 диапазоном синхронизации управляют путем управления напряжением Vi синхронизации и частотой fo свободных колебаний на основе выражения (А). Другими словами, жизненно важно, чтобы напряжение Vi синхронизации и частота fo свободных колебаний были отрегулированы таким образом, чтобы можно было достичь внешней синхронизации. Например, контроллер 8440 внешней синхронизации предусмотрен в последующем каскаде смесителя 8402 (в примере схемы, в последующем каскаде подавителя 8407 компонента постоянного тока), и состояние внешней синхронизации определяют на основе сигнала синхронного детектирования (сигнала в основной полосе пропускания), получаемого смесителем 8402 частоты. На основе результата определения соответствующими модулями, как субъектом регулирования, управляют таким образом, чтобы была достигнута внешняя синхронизация.
В этом случае возможно использовать одну или обе из технологии, в которой реагирует сторона приема, и технологии, в которой информацию, связанную с управлением (не только информацию управления, но также детектируемый сигнал, как основу информации управления и т.д.), передают на сторону передачи, как показано пунктирными линиями на схеме, и реагирует сторона передачи. Технология, в которой реагирует сторона приема, содержит недостатки, связанные с потреблением энергии и устойчивостью к взаимным помехам, из-за ситуации, в которой внешняя синхронизация не может быть достигнута на стороне приема, до тех пор, пока сигнал с миллиметровой длиной волны (в частности, компонент опорного сигнала несущей) не будет передан с некоторой высокой интенсивностью. Однако эта технология имеет преимущество, связанное с тем, что реакция может быть выполнена только на стороне приема.
В отличие от этого, технология, в которой реагирует сторона передачи, имеет преимущества, связанные с тем, что сигнал с миллиметровой длиной волны может быть передан с необходимой минимальной мощностью, для того, чтобы обеспечить возможность внешней синхронизации на стороне приема, и, таким образом, потребление энергии может быть уменьшено, и улучшается устойчивость к взаимным помехам, хотя необходимо обеспечить передачу информации со стороны приема на сторону передачи.
Следующие преимущества достигаются при использовании системы внешней синхронизации при передаче сигналов внутри корпуса и при передаче сигналов между устройствами. Гетеродин 8304 на стороне передачи может быть выполнен с ослабленными требованиями спецификации в отношении стабильности частоты сигнала несущей, используемого для модуляции. Гетеродин 8404 на стороне приема, который находится на стороне внешней синхронизации, должен иметь настолько низкую добротность, чтобы обеспечить возможность следования вариациям частоты на стороне передачи, как можно видеть из выражения (А).
Это удобно для случая формирования всего гетеродина 8404 на стороне приема, включая резонансный контур (компонент индуктивности и компонент емкости) на основе CMOS. На стороне приема гетеродин 8404 на стороне приема может иметь низкую добротность. Этот момент также относится к гетеродину 8304 на стороне передачи, который расположен на стороне передачи. Гетеродин 8304 на стороне передачи может иметь низкую стабильность частоты и может иметь низкую добротность.
В будущем будут получены новые достижения в области микроминиатюризации CMOS, и его рабочая частота будет дополнительно повышена. Для реализации системы передачи с малыми размерами, работающей в более широком диапазоне, требуется использовать высокую несущую частоту. Система с внешней синхронизацией в соответствии с настоящим примером позволяет снизить требования спецификации в отношении стабильности частоты колебаний и, таким образом, обеспечивает возможность простого использования сигнала несущей, имеющего более высокую частоту.
Поскольку стабильность частоты может быть низкой (другими словами, добротность может быть низкой), хотя частота высокая, схему умножителя частоты, имеющую высокую стабильность, схему ФАПЧ для синхронизации несущей и т.д. не требуется использовать для реализации сигнала несущей, имеющего высокую частоту и высокую стабильность. Даже при использовании более высокой несущей частоты функция передачи данных может быть просто реализована с использованием схемы с малым размером.
Гетеродин 8404 на стороне приема получает воспроизводимый сигнал несущей, синхронизированный с сигналом несущей, используемым на стороне передачи, и подает его в смеситель 8402 частоты для выполнения детектирования синхронизации. Поэтому полосовой фильтр для выбора длины волны не требуется предусматривать в предыдущем каскаде смесителя 8402 частоты. Практически достаточно выполнять такое управление, чтобы сделать схемы гетеродина на стороне передачи и приема полностью синхронизированными друг с другом (то есть управление по достижению внешней синхронизации), как операцию выбора частоты приема, и, таким образом, выбор частоты приема становится простым. В случае несущей в диапазоне с миллиметровой длины волны, время, требуемое для внешней синхронизации, становится меньшим, чем в более низкочастотных диапазонах. Таким образом, операция выбора частоты приема может быть закончена в течение короткого времени.
Поскольку схемы гетеродина на стороне приема и передачи полностью синхронизированы друг с другом, компонент вариаций несущей частоты на стороне передачи нейтрализуется. Таким образом, различные системы модуляции, такие как фазовая модуляция, могут быть просто использованы. Например, в качестве цифровой модуляции, можно использовать хорошо известную модуляцию, такую как квадратурная фазовая модуляция (QPSK) и такую модуляцию, как 16-позиционная квадратурная амплитудная модуляция (16QAM). В этих системах фазовой модуляции квадратурную модуляцию выполняют между сигналом в основной полосе пропускания и несущей. При квадратурной модуляции входные данные получают в фазе I и в фазе Q сигнала основной полосы пропускания и выполняют модуляцию. Таким образом, модуляцию выполняют отдельно для соответствующих сигналов несущих по оси I и по оси Q, используя сигнал фазы I и сигнал фазы Q, соответственно. Внешняя синхронизация может быть применена не только в системе модуляции 8PSK, такой, как описана в ссылочном документе Е, но также и в системе квадратурной модуляции, такой как QPSK или 16QAM, и скорость передачи данных может быть улучшена, благодаря получению квадратурного модулированного сигнала.
Если используется внешняя синхронизация с использованием комбинации с синхронным детектированием, на передачу мало влияют взаимные помехи, даже в случае, когда множество пар передачи/приема одновременно выполняют независимую передачу, например, как в случае многоканальной передачи или полной дуплексной двунаправленной передачи, без использования полосового фильтра для выбора длины волны на стороне приема.
[Взаимосвязь между сигналом внешней синхронизации и выходным сигналом колебаний]
На фиг.4В показана взаимосвязь фаз между соответствующими сигналами при внешней синхронизации. На фиг.4В, в качестве основной взаимосвязи межу фазами, показана взаимосвязь, в которой сигнал внешней синхронизации (в данном примере, опорный сигнал несущей) и сигнал несущей, используемый для модуляции, находятся в фазе друг с другом.
В качестве режима работы гетеродина 8404 на стороне приема, можно использовать два режима, режим внешней синхронизации и режим усилителя. Когда используется система внешней синхронизации, режим внешней синхронизации используется как основная операция, и режим усилителя используется в специальном случае. Специальный случай представляет собой случай, в котором опорный сигнал несущей используется как сигнал внешней синхронизации, и фазы сигнала несущей, используемого для модуляции и опорного сигнала несущей, отличаются друг от друга (типично, в квадратурной взаимозависимости).
Когда гетеродин 8404 на стороне приема работает в режиме внешней синхронизации, существует разность фаз между принимаемым опорным сигналом CQ несущей и выходным сигналом SC колебаний, который выводят из гетеродина 8404 на стороне приема, в результате внешней синхронизация, как показано на схеме. Для выполнения квадратурного детектирования с использованием смесителя 8402 частоты такая разность фаз должна быть скорректирована. Как можно видеть на схеме, величина сдвига фазы выходного сигнала гетеродина 8404 на стороне приема составляет "θ-φ" на схеме, когда регулировку фазы выходного сигнала гетеродина 8404 на стороне приема выполняют таким образом с помощью регулятора 8406 фазы и амплитуды, чтобы фаза выходного сигнала гетеродина 8404 на стороне приема, по существу, соответствовала фазе модулированного сигнала SI.
Другими словами, регулятор 8406 фазы и амплитуды выполнят сдвиг фазы выходного сигнала Vout, полученного, когда гетеродин 8404 на стороне приема работает в режиме внешней синхронизации таким образом, что разность фаз "θ-φ" между сигналом Sinj синхронизации для гетеродина 8404 на стороне приема и синхронизированным выходным сигналом Vout взаимно компенсируется. Разность фаз между сигналом Sinj синхронизации для гетеродина 8404 на стороне приема и выходом Vo в режиме свободных колебаний гетеродина 8404 на стороне приема составляет θ, и разность фаз между синхронизированным выходным сигналом Vout гетеродина 8404 на стороне приема и выходным сигналом Vo в режиме свободных колебаний гетеродина 8404 на стороне приема равна φ.
<3ависимость между фазой опорного сигнала несущей и обработкой демодуляции>
[Основные положения]
На фиг.5А1-5С3 показаны схемы, предназначенные для пояснения взаимосвязи между фазой опорного сигнала несущей и обработкой демодуляции. В частности, на фиг.5А1-5А5 показаны схемы, предназначенные для пояснения основы обработки демодуляции, когда сигнал несущей и опорный сигнал несущей имеют одинаковую частоту и одинаковую фазу. На фиг.5В1-5В4 показаны схемы, предназначенные для пояснения основ обработки демодуляции, когда сигнал несущей и опорный сигнал несущей имеют одинаковую частоту и одинаковую фазу в квадратурной взаимозависимости. На фиг.5С1-5С3 показана схема, представляющая основу конфигурации ее цепи.
Если используется система с внешней синхронизацией, предпочтительно, чтобы опорный сигнал несущей, соответствующий (по меньшей мере, синхронный с) сигналом несущей, используемым для модуляции, также был передан на сторону приема вместе с модулированным сигналом, полученным в результате модуляции сигнала несущей обработанным входным сигналом. Как правило, сигнал, имеющий ту же частоту, что и сигнал несущей, используемый для модуляции, используется в качестве опорного сигнала несущей. В зависимости от того, как установлена взаимосвязь фаз между сигналом несущей, используемым для модуляции, и опорным сигналом несущей, ненужный компонент (в частности, компонент смещения постоянного тока) возникает во время демодуляции на стороне приема. Учитывая этот момент, ниже приведено описание взаимосвязи между фазой опорного сигнала несущей и обработкой демодуляции, когда сигнал, имеющий ту же частоту, что и сигнал несущей, использованный для модуляции, используют как опорный сигнал несущей.
В системе ASK амплитуду сигнала несущей модулируют сигналом - субъектом передачи. Можно учесть, что используют один из сигнала фазы I и фазы Q, и амплитуда сигнала модулированного сигнала задана в диапазоне от 0 до +F в плоскости фазы, представленной осью I и осью Q. Случай, в котором модуляцию осуществляют с использованием двоичных значений 0 и +F, является самым простым, и он эквивалентен ООК, когда коэффициент модуляции составляет 100%. "F" можно рассматривать как "1" в результате нормализации, таким образом, что реализуется двоичная ASK.
Ниже приведен анализ случая, в котором сигнал, имеющий ту же частоту и ту же фазу, что и несущий сигнал, используемый для модуляции, используется как опорный сигнал несущей. Например, когда информацию переносят по оси I и передают, как показано на фиг.5А1, опорный сигнал несущей также делают синфазным (ось I).
Если несущий сигнал, используемый для модуляции, и опорный сигнал несущей делают синфазными друг с другом, например, можно использовать следующую технологию.
Первый пример, показанный на фиг.5А2, представляет собой один пример технологии, в которой используется основная конфигурация 1, показанная на фиг.3А. Сигнал a(t) субъекта передачи и сигнал c(t)=cosωt несущей подают в смеситель 8302 частоты. Сбалансированную схему модулятора или дважды сбалансированную схему модулятора используют как смеситель 8302 частоты, и модуляцию амплитуды с подавлением несущей выполняют с тем, чтобы, таким образом, сгенерировать сигнал d(t)=a(t)cosωt и подавать его в объединитель 8308 сигнала. Сигнал a(t) - субъект передачи принимает двоичные значения 0 и +1. Процессор 8306 опорного сигнала несущей устанавливают в Со (в пределах диапазона от 0 до 1), как амплитуду сигнала c(t)=cosωt несущей, выводимого из гетеродина 8304 на стороне передачи, и подает полученный в результате сигнал как опорный сигнал e(t)=Cocosωt несущей в объединитель 8308 сигнала. Объединитель 8308 сигнала осуществляет объединение сигнала d(t)+e(t), с тем, чтобы, таким образом, сгенерировать сигнала f(t) передачи. Модуляция эквивалентна 100% модуляции, когда Со=0.
Второй пример, показанный на фиг.5А3, и третий пример, показанный на фиг.5А4, представляют собой примеры технологии, в которой используется основная конфигурация 3, показанная на фиг.3С. Конфигурация схемы, в которой не используется подавление несущей, применяется как смеситель 8302 частоты, и амплитудную модуляцию осуществляют по сигналу g(t), получаемому путем суммирования компонента b0 постоянного тока с сигналом b(t) - субъектом передачи, с тем, чтобы, таким образом, сгенерировать сигнал h(t)=g(t) cosωt. Сигнал b(t) - субъект передачи принимает двоичные значения -1 и +1. Амплитуда В сигнала b(t) - субъекта передачи эквивалентна коэффициенту модуляции (отношение модуляции).
Во втором примере, показанном на фиг.5А3, индекс В модуляции поддерживается постоянным (=1) и амплитуду опорного сигнала несущей (амплитуду в течение периода, когда b(t)=-1) регулируют путем управления компонентом b0 постоянного тока в пределах диапазона от 1 до 2. В третьем примере, показанном на фиг.5А4, компонент b0 постоянного тока поддерживается постоянным (=1), и амплитуду опорного сигнала несущей (амплитуду в течение периода, когда b(t)=-1) регулируют путем управления индексом В модуляции в пределах диапазона от 0 до 1.
Во всех от первого по третий примеры, когда информацию переносят только по оси I, и она должна быть передана, опорный сигнал несущей также делают синфазным (ось I). В этом случае компонент смещения постоянного тока возникает на стороне приема, как можно видеть на фиг.5А5.
Например, если ось I определена как ось реального компонента и ось Q определена как ось мнимого компонента, и амплитуда сигнала a(t) - субъекта передачи установлена равной 0 и +1 в первом примере, точку сигнала приема отмечают в положениях 0 и +1 на оси I. Если опорную несущую также переносят по оси I, точку сигнала отмечают в положениях "0+Со" и "+1+Со". Таким образом, компонент +Со постоянного тока выводят как результат.
Если сигнал b(t) - субъект передачи установлен как -1 и +1 во втором примере и в третьем примере, точку сигнала приема отображают в -1 и +1 на оси I. Если опорную несущую также переносят по оси I, точку сигнала отображают в "-1+Со" и "+1+Со". Таким образом, компонент постоянного тока +Со переносят как результат. Эти примеры основаны на концепции, состоящей в том, что в случае использования BPSK такая BPSK заранее делается эквивалентной ASK в результате выполнения модуляции после обработки сигнала - субъекта модуляции с использованием обработки сигналов таким образом, что опорная несущая также может быть перенесена по оси I.
Для решения этой задачи было бы возможно предусмотреть подавитель 8407 компонента постоянного тока, предназначенного для подавления компонента постоянного тока на стороне приема, как показано на фиг.4А1-4А4. Однако присутствуют вариации от устройства к устройству, и, таким образом, необходимы отдельные регулировки, зависящие от магнитуды смещения постоянного тока, и возникает недостаток, состоящий в том, что на подавитель 8407 компонента постоянного тока влияет температурный дрейф.
В качестве способа решения этой задачи без использования подавителя 8407 компонента постоянного тока на стороне приема, было бы возможно передавать опорный сигнал несущей по оси фазы, отличающейся от (предпочтительно, расположенной дальше всего от) оси фазы, по которой переносят передаваемую информацию (ось фазы модулированного сигнала) и передавать эти сигналы.
Например, в случае режима ASK, в котором передаваемую информацию переносят только по одной оси I и оси Q, было бы возможно сделать опорный сигнал несущей и модулированную информацию квадратурными на стороне передачи. В частности, вместо выполнения модуляции по двум осям с использованием сигнала оси I и сигнала оси Q, используют только одну из осей I и оси Q для передачи сигналов, в то время как другой обрабатывают как ось, не несущую модуляцию, и немодулированный сигнал используют как опорный сигнал несущей.
Взаимосвязь между осью I и осью Q может быть сделана обратной между передаваемой информацией (модулированная информация) и опорным сигналом несущей. Например, передаваемая информация может переноситься по оси I, в то время как опорный сигнал несущей может переноситься по оси Q на стороне передачи. И, наоборот, передаваемая информация может быть перенесена по оси Q, в то время как опорный сигнал несущей может быть перенесен по оси I. В примере, показанном на фиг.5В1-5В4, передаваемую информацию переносят по оси I, в то время как опорный сигнал несущей переносят по оси Q.
Как показано на фиг.5В2, смеситель 8302_I частоты предусмотрен для оси для передаваемого сигнала. Сигнал a(t) - субъект передачи подают в смеситель 8302_I частоты. Процессор 8306 опорного сигнала несущей имеет смеситель 8302_Q частоты для оси Q, для опорного сигнала несущей и фазовращатель 8309 на 90 градусов, как функциональный модуль, который делает сигнал несущей квадратурным в предыдущем каскаде смесителя 8302_Q частоты. Схема 8307 регулирования фазы и амплитуды может функционировать как фазовращатель 8309 на 90 градусов. Компонент Со постоянного тока подают в смеситель 8302_Q частоты.
На стороне приема воспроизводимый сигнал несущей на основе выходного сигнала гетеродина 8404 на стороне приема подают в смеситель 8402 частоты и умножают на принятый модулированный сигнал оси I (выполняют синхронное детектирование), таким образом, чтобы восстановить сигнал в основной полосе пропускания, передаваемый по оси I. В это время выполняют регулирование фазы таким образом, чтобы фаза воспроизводимого сигнала несущей на основе выходного сигнала гетеродина 8404 на стороне приема практически соответствовала фазе модулированного сигнала, передаваемого по оси I. Пока фазы практически равны друг другу в конечном итоге, регулирование фазы может осуществляться либо в предыдущем каскаде, или в последующем каскаде гетеродина 8404 на стороне приема, как описано выше.
Если модулированный сигнал (сигнал несущей) и опорный сигнал несущей делают квадратурными друг другу, получение воспроизводимого сигнала несущей на основе выходного сигнала гетеродина 8404 на стороне приема зависит от амплитуды сигнала внешней синхронизации. В широком смысле, подход к сдвигу фазы отличается в зависимости от того, правильно ли функционирует внешняя синхронизация гетеродина 8404 на стороне приема, или внешняя синхронизация не функционирует, и, таким образом, гетеродин 8404 на стороне приема работает в режиме усилителя.
Например, если амплитуда гетеродина установлена малой (используется слабый сигнал внешней синхронизации), тогда внешняя синхронизация гетеродина 8404 на стороне приема может правильно функционировать, воспроизводимый сигнал несущей получают на основе выходного сигнала Vout (выходной сигнал SC колебаний) гетеродина 8404 на стороне приема, получаемого в результате внешней синхронизации. Хотя "амплитуда сигнала внешней синхронизации установлена малой (используется слабый сигнал внешней синхронизации)," происходит отказ внешней синхронизации, если сигнал внешней синхронизации будет слишком слабым. Поэтому входной сигнал, имеющий правильный уровень, необходим с тем, чтобы внешняя синхронизация могла правильно функционировать. В этом случае выходной сигнал SC колебаний на основе опорного сигнала SQ несущей по оси Q получают из гетеродина 8404 на стороне приема. Однако, как показано на фиг.4В, существует разность фаз между принимаемым опорным сигналом SQ несущей и выходным сигналом SC колебаний гетеродина 8404 на стороне приема в результате внешней синхронизации. Кроме того, существует разность фаз 90 градусов между опорным сигналом несущей, передаваемым по оси Q, используемым как сигнал внешней синхронизации для гетеродина 8404 на стороне приема, и осью модуляции (осью I), по которой передают сигнал - субъект передачи.
В результате величина сдвига фазы при регулировке фазы, которую выполняют таким образом с помощью регулятора 8406 фазы и амплитуды так, чтобы фаза выходного сигнала гетеродина 8404 на стороне приема практически соответствовала фазе модулированного сигнала SI, равна разности фаз, получаемой в результате суммирования разности фаз на оси модуляции, на которой переносят информацию - субъект передачи (в случае настоящего примера, 90 градусов) до "θ-φ" по фиг.4В. Как показано на фиг.5В3, регулировки фазы выполняют с помощью регулятора 8406 фазы и амплитуды таким образом, что фаза выходного сигнала гетеродина 8404 на стороне приема почти соответствует фазе модулированного сигнала SI, чтобы, таким образом, получить воспроизводимый сигнал SR несущей, и такой воспроизводимый сигнал SR несущей подают в смеситель 8402 частоты.
Путем умножения такого воспроизводимого сигнала SR несущей и принимаемого модулированного сигнала SI по оси I, используя смеситель 8402 частоты (выполняют синхронное детектирование), восстанавливают сигнал в основной полосе пропускания, передаваемый по оси I. Таким образом, получают сигнал в основной полосе пропускания, свободный от компонента смещения постоянного тока.
Если амплитуда внешней синхронизации установлена большой (используется сильный сигнал внешней синхронизации), режим внешней синхронизации гетеродина 8404 на стороне приема не работает, но гетеродин 8404 на стороне приема работает в режиме усилителя. В этом случае регулятор 8406 фазы и амплитуды сдвигает фазу выходного сигнала компонента опорного сигнала несущей, когда гетеродин 8404 на стороне приема работает в режиме усилителя, таким образом, что взаимно компенсируется разность фаз от оси модуляции, по которой выполняют передачу информации - субъекта передачи. В настоящем примере информацию - субъект передачи передают по оси I, в то время как опорный сигнал несущей передают по оси Q, и поэтому разность фаз между обеими осями составляет 90 градусов.
Поэтому, как показано на фиг.5В4, фаза - компонент опорного сигнала несущей оси Q выходного сигнала, выводимого из гетеродина 8404 на стороне приема в режиме усилителя, сдвинута на 90 градусов так, что она становится соответствующей фазе модулированного сигнала по оси I, в результате чего получают воспроизводимый сигнал SR несущей, и такой воспроизводимый сигнал SR несущей подают в смеситель 8402 частоты. Путем умножения такого воспроизводимого сигнала SR несущей и принимаемого модулированного сигнала SI по оси I с помощью смесителя 8402 частоты (выполняя синхронное детектирование), восстанавливают сигнал в основной полосе пропускания по оси I. Таким образом, получают сигнал в основной полосе пропускания, который свободен от компонента смещения постоянного тока.
Поскольку разность фаз, составляющая 90 градусов, присутствует между опорным сигналом SQ несущей (=Cosin(ωt+θ)) и модулированным сигналом SI(=a(t)cos(ωt+θ)), компонент постоянного тока сигнала основной полосе пропускания может быть подавлен путем сдвига фазы опорного сигнала SQ несущей на 90 градусов. Например, если опорную несущую переносят по оси Q, точку сигнала отмечают в положении "+1+jСо" и "0+jCo". Если только выделяют компонент оси I, точку сигнала отмечают в месте "0" и "+1". Таким образом, получают результат, в котором компонент постоянного тока не переносят. Только компонент оси Q может быть получен, если выполняют синхронное детектирование с выходным сигналом, выводимым из гетеродина 8404 на стороне приема в режиме усилителя, соответствующем опорному сигналу SQ несущей по оси Q. Таким образом, фазу сдвигают на 90 градусов, чтобы, таким образом, обеспечить достижение компонента оси I.
Поэтому, в качестве конфигурации схемы системы демодуляции, возможна конфигурация цепи, которая выполняет только регулировку фазы, как показано на фиг.5С1 и конфигурация цепи, которая регулирует как фазу, так и амплитуду, как показано на фиг.5С2. В случае регулирования как фазы, так и амплитуды, становится возможным использовать любую из конфигурации, в которой их регулируют на стороне внешней синхронизации гетеродина 8404 на стороне приема, и конфигурации, в которой их регулируют на стороне выхода колебаний гетеродина 8404 на стороне приема. Кроме того, как показано на фиг.5С3, амплитуду внешней синхронизации можно регулировать на стороне внешней синхронизации гетеродина 8404 на стороне приема, для того, чтобы регулировка была выполнена в соответствии с тем, правильно или нет работает внешняя синхронизация.
[Конкретный пример обработки демодуляции в случае квадратурной взаимозависимости]
На фиг.6А1-6D2 показаны схемы, предназначенные для пояснения конкретного примера обработки демодуляции, когда сигнал несущей и опорный сигнал несущей имеют одинаковую частоту и одинаковую фазу, находящиеся в квадратурной взаимозависимости. В качестве гетеродина 8404 на стороне приема используют дифференциальную схему 8500 гетеродина с отрицательным сопротивлением, которая будет описана ниже.
На фиг.6А1 представлен пример спектра выходного сигнала гетеродина 8404 на стороне приема при его свободных колебаниях. Как можно видеть на схеме, гетеродин 8404 на стороне приема генерирует на частоте 60 ГГц, и при этом также генерируется сильная вторая гармоника. Было выполнено моделирование поведения выходного сигнала Vout гетеродина 8404 на стороне приема, когда сигнал Sinj, включающий в себя компонент по оси I (модулированный сигнал) и компонент по оси Q (опорный сигнал несущей) подают для синхронизации в гетеродин 8404 на стороне приема в этом состоянии.
В схеме, показанной на фиг.5В2, сигнал данных М-последовательности (2^11-1) используют для оси I, и компонент постоянного тока используют для оси Q, и сигнал Sinj, полученный при преобразовании с повышением частоты каждого из них до полосы 60 ГГц, используют как сигнал внешней синхронизации для гетеродина 8404 на стороне приема. На фиг.6А2 показана спецификация сигнала внешней синхронизации. На фиг.6В1 показан пример формы колебаний в полосе пропускания I, сигнала Q, используемого как сигнал синхронизации. На фиг.6В2 показан пример его спектра. Ток, полученный путем умножения такого сигнала синхронизации на коэффициент масштабирования, подают для синхронизации гетеродина 8404 на стороне приема с помощью источника тока.
На фиг.6С1-6D2 показано поведение выходного сигнала гетеродина 8404 на стороне приема, когда сигнал Sinj, включающий в себя компонент оси I (модулированный сигнал) и компонент оси Q (опорный сигнал несущей) подают для синхронизации в гетеродин 8404 на стороне приема. Для анализа выходного сигнала Vout гетеродина 8404 на стороне приема, выходной сигнал преобразуют с понижением частоты до сигнала I и сигнала Q, используя схему квадратурного детектирования, как показано на фиг.6С1.
На фиг.6С2 показан пример спектра выходного сигнала Vout, когда амплитуда синхронизации установлена так, что внешняя синхронизация гетеродина 8404 на стороне приема правильно функционирует. В этом примере коэффициент масштабирования установлен как 10^-4. На фиг.6С3 показан пример сигнала I и сигнала Q, и в это время их получают в результате преобразования с понижением частоты путем использования схемы квадратурного детектирования, показанной на фиг.6С1.
Синхронизация сигнала начинается с 0,5 наносекунд, и внешняя синхронизация достигается приблизительно через 4 наносекунды. Как было только что описано, если сигнал синхронизации является слабым, свойство внешней синхронизации функционирует, и, таким образом, компонент модулированного сигнала по оси I выходит за пределы диапазона синхронизации Δfomax, и, в основном, его удаляют в результате эффекта полосового пропускания гетеродина 8404 на стороне приема.
Сигнал в основной полосе пропускания, который не содержит компонент смещения постоянного тока, получают путем регулирования фазы выходного сигнала колебаний, получаемого в результате внешней синхронизации на основе опорного сигнала SQ несущей по оси Q таким образом, что такая фаза может соответствовать фазе модулированного сигнала SI по оси I, и выполняют синхронное детектирование путем подачи получаемого в результате сигнала в качестве воспроизводимого сигнала SR несущей в смеситель 8402 частоты.
На фиг.6D1 показан пример спектра выходного сигнала Vout, когда амплитуду синхронизации устанавливают большой таким образом, что внешняя синхронизация гетеродина 8404 на стороне приема может не работать, но гетеродин 8404 на стороне приема может работать в режиме усилителя. В этом примере коэффициент масштабирования устанавливают как 5×10^-3. На фиг.6D2 показан пример сигнала I и сигнала Q в этот раз, получаемый в результате преобразования с понижением частоты, используя схему квадратурного детектирования, показанную на фиг.6С1.
Подача сигнала синхронизации начинается с 0,5 наносекунды, и выходной сигнал получают приблизительно через 4 наносекунды. Следует уделить внимание спектру выходного сигнала Vout, очевидно, что выходной сигнал колебаний не получают в режиме внешней синхронизации, но гетеродин 8404 на стороне приема работает в режиме усилителя, при котором сигнал внешней синхронизации выводят, по существу, как он есть. Оказывается, что сильная вторая гармоника также генерируется помимо основной гармоники, когда гетеродин 8404 на стороне приема работает в режиме усилителя. Как было только что описано выше, если сигнал синхронизации сильный, режим внешней синхронизации не работает, но гетеродин 8404 на стороне приема работает в режиме усилителя, и, таким образом, каждый из компонента модулированного сигнала, передаваемого по оси I, и компонента опорного сигнала несущей, передаваемого по оси Q, выводят, по существу, в том виде, как он есть. Однако даже в таком режиме усилителя получают выходной сигнал, соответствующий компоненту Q опорного сигнала несущей, передаваемому по оси Q, который является синхронным с сигналом несущей, передаваемым по оси I для модуляции, генерируемой гетеродином 8304 на стороне передачи.
Таким образом, сигнал в основной полосе пропускания, не содержащий компонент смещения постоянного тока, получают путем регулирования фазы выходного сигнала SA в режиме усилителя, который соответствует опорному сигналу SQ несущей, передаваемому по оси Q таким образом, что эта фаза может соответствовать фазе модулированного сигнала SI, передаваемого по оси I, и выполняют синхронное детектирование путем подачи получаемого в результате сигнала в виде воспроизводимого сигнала SR несущей в смеситель 8402 частоты. Поскольку разность фаз между осью I и осью Q составляет 90 градусов, в результате выполнения синхронного детектирования путем подачи сигнала, получаемого в результате сдвига фазы выходного сигнала SA на сторону оси I на 90 градусов, в качестве воспроизводимого сигнала SR несущей в смеситель 8402 частоты, компонент постоянного тока сигнала в основной полосе пропускания может быть подавлен.
Далее будет приведено описание подробного примера стороны передачи (модуля 110 генерирования сигнала на стороне передачи) и стороны приема (модуля 220 генерирования сигнала на стороне приема), когда используется система внешней синхронизации при передаче сигнала с миллиметровой длиной волны из первого устройства 100 передачи данных во второе устройство 200 передачи данных.
<Система внешней синхронизации: первый вариант выполнения>
На фиг.7А и 7В показаны схемы, предназначенные для пояснения примера конфигурации стороны передатчика, в которой используется система внешней синхронизации в соответствии с первым вариантом выполнения настоящего изобретения. На фиг.8 представлена схема, предназначенная для пояснения примера конфигурации стороны приемника, в которой используется система внешней синхронизации в соответствии с первым вариантом выполнения. Система 1А беспроводной передачи данных в соответствии с первым вариантом выполнения выполнена в результате комбинации модуля 8110А генерирования сигнала на стороне передачи в соответствии с первым вариантом выполнения, показанным на фиг.7А и 7В, и модуля 8220А генерирования сигнала на стороне приема в соответствии с первым вариантом выполнения, показанным на фиг.8. Первый вариант выполнения относится к конфигурации, в которой используется система, в которой осуществляют управление для обеспечения возможности достижения внешней синхронизации на стороне приема.
[Пример конфигурации на стороне передачи]
На фиг.7А показана конфигурация модуля 8110А_1 генерирования сигнала на стороне передачи (соответствует модулям 110 и 210 генерирования сигнала на стороне передачи) в соответствии с первым вариантом выполнения (первый пример). На фиг.7В показана конфигурация модуля 8110А_2 генерирования сигнала на стороне передачи (соответствует модулям 110 и 210 генерирования сигнала на стороне передачи) в соответствии с первым вариантом выполнения (второй пример). Ссылочный номер "_1" прикреплен в первом примере, и ссылочный номер "_2" прикреплен во втором примере. Такие номера ссылочных позиций не используются, когда описание приведено без различения между первым и вторым примерами.
Модуль 8110А генерирования сигнала на стороне передачи в соответствии с первым вариантом выполнения включает в себя кодер 8322, мультиплексор 8324 и формирователь 8326 формы колебаний между параллельно-последовательным преобразователем 8114 (не показан) и функциональным модулем 8300 модуляции. При этом не существенно, что модуль 8110А генерирования сигнала на стороне передачи включает в себя эти функциональные модули. Такие функциональные модули предусмотрены, когда они необходимы.
Модуль 8110А генерирования сигнала на стороне передачи включает в себя контроллер 8346, предназначенный для управления соответствующими функциональными модулями. Хотя предоставление контроллера 8346 не является существенным, эта функция часто присутствует в микросхеме CMOS или предусмотрена в различных последних системах. Контроллер 8346 имеет функцию установки кодирования и мультиплексирования, установки формирования колебаний, установки режима модуляции, установки частоты колебаний, установки фазы и амплитуды опорного сигнала несущей, установки коэффициента усиления и характеристик частоты усилителя 8117, установки характеристик антенны и т.д. Соответствующие части информации установки подают в соответствующие функциональные модули.
Кодер 8322 выполняет обработку кодирования такую, как коррекция ошибок для данных, преобразованных в последовательную форму в параллельно-последовательном преобразователе 8114 (не показан) на основе информации установки структуры кодирования из контроллера 8346. В это время кодер 8322 передает кодирование, не содержащее постоянный ток, такое как кодирование с преобразованием 8-9 или кодирование с преобразованием 8-10, как функцию процессора 8301 сигнала-субъекта модуляции, для того, чтобы, таким образом, предотвратить присутствие компонента модулированного сигнала рядом с несущей частотой и способствовать внешней синхронизации на стороне приема.
Мультиплексор 8324 переводит данные в пакеты. Если детектор внешней синхронизации на стороне приема детектирует внешнюю синхронизацию на основе корреляции с известными структурами, мультиплексор 8324 периодически вставляет известную форму сигнала или известную структуру данных (например, псевдослучайный сигнал: PN сигнал) на основе информации установки пакета для детектирования внешней синхронизации из контроллера 8346.
Формирователь 8326 формы колебаний выполняет обработку формирования формы колебаний, такую как коррекция характеристики частоты, предыскажения, и ограничение полосы на основе информации установки при формировании колебаний из контроллера 8346.
Модуль 8110А генерирования сигнала на стороне передачи включает в себя функциональный модуль 8300 модуляции, имеющий смеситель 8302 частоты (схему модулятора) и гетеродин 8304 на стороне передачи (гетеродин на стороне передачи). Кроме того, модуль 8110А генерирования сигнала на стороне передачи включает в себя процессор 8306 опорного сигнала несущей, имеющий схему 8307 регулирования фазы и амплитуды и объединитель 8308 сигнала, помимо функционального модуля 8300 модуляции. В этом примере процессор 8306 опорного сигнала несущей обрабатывает сам сигнал несущей, выводимый из гетеродина 8304 на стороне передачи, в качестве опорного сигнала несущей. Процессор 8306 опорного сигнала несущей регулирует амплитуду и фазу опорного сигнала несущей с помощью схемы 8307 регулирования фазы и амплитуды и подает полученный в результате сигнал в объединитель 8308 сигнала.
В первом примере, показанном на фиг.7А, гетеродин 8304 на стороне передачи генерирует сигнал несущей, используемый для модуляции, в микросхеме CMOS, используя схему резонансного контура в микросхеме CMOS.
Второй пример, показанный на фиг.7В, представляет собой пример конфигурации, в который сигнал тактовой частоты, который можно использовать, как основу, присутствует в первом устройстве 100 передачи данных. В этом примере функциональный модуль 8300_2 модуляции включает в себя умножитель 8303 частоты в предыдущем каскаде гетеродина 8304 на стороне передачи. Умножитель 8303 частоты умножает "сигнал тактовой частоты, который можно использовать как основу", передаваемый из генератора сигнала тактовой частоты (не показан), и подает умноженный сигнал в гетеродин 8304 на стороне передачи. Гетеродин 8304 на стороне передачи во втором примере представляет собой схему синхронного генератора и генерирует сигнал несущей, используемый для модуляции, синхронно с умноженным сигналом.
Смеситель 8302 частоты модулирует сигнал несущей, генерируемый гетеродином 8304 на стороне передачи, обработанный входным сигналом из формирователя 8326 формы колебаний, и подает полученный в результате сигнал в объединитель 8308 сигнала. Схема 8307 регулирования амплитуды фаз устанавливает фазу и амплитуду опорного сигнала несущей, предназначенного для передачи, на основе информации установки фазы и амплитуды из контроллера 8346.
Объединитель 8308 сигнала предусмотрен для передачи опорного сигнала несущей на сторону приема вместе с модулированным сигналом, который модулирован с получением сигнала с миллиметровой длиной волны, когда количество каждой из антенн 8136 и 8236 равно единице. Объединитель 8308 сигнала не нужен, если модулированный сигнал, генерируемый смесителем 8302 частоты, и опорный сигнал несущей, генерируемый процессором 8306 опорного сигнала несущей, передают по разным антеннам.
Если опорный сигнал несущей также передают на сторону приема вместе с сигналом, модулированным с получением сигнала с миллиметровой длиной волны, объединитель 8308 сигнала выполняет обработку комбинирования модулированного сигнала, который модулирован с получением сигнала с миллиметровой длиной волны с помощью смесителя 8302 частоты, и опорного сигнала несущей из схемы 8307 регулирования фазы и амплитуды, и подает полученный в результате сигнал в усилитель 8117. Если только модулированный сигнал, модулированный с получением сигнала с миллиметровой длиной волны смесителя 8302 частоты, передают на сторону приема, объединитель 8308 сигнала не выполняет обработку комбинирования, но передает только модулированный сигнал, модулированный с получением сигнала с миллиметровой длиной волны, с помощью смесителя 8302 частоты в усилитель 8117. Усилитель 8117 регулирует амплитуду выхода передачи и характеристики частоты для сигнала с миллиметровой длиной волны, принимаемого из объединителя 8308 сигнала, в соответствии с необходимостью, и передает полученный в результате сигнал в антенну 8136.
Как понятно из приведенного выше описания, в случае передачи также опорного сигнала несущей на сторону приема, вместе с сигналом, модулированным с получением сигнала с миллиметровой длиной волны, система модуляции и конфигурация схемы смесителя 8302 частоты также имеют отношение к тому, выполняет ли свою функцию или нет объединитель 8308 сигнала. В зависимости от системы модуляции и конфигурации схемы смесителя 8302 частоты, становится возможным передавать также опорный сигнал несущей на сторону приема вместе с сигналом, модулированным до сигнала с миллиметровой длиной волны, даже когда объединитель 8308 сигнала не функционирует.
При амплитудной модуляции и ASK схема модулятора системы подавления несущей может быть активно использована как смеситель 8302 частоты, и опорный сигнал несущей, генерируемый гетеродином 8304 на стороне передачи, также может быть передан вместе с выходом смесителя 8302 частоты. В этом случае гармоники сигнала несущей, используемые для модуляции, можно использовать как опорный сигнал несущей, и амплитуду модулированного сигнала и опорного сигнала несущей можно регулировать по отдельности друг от друга. В частности, выполняют регулировку усиления в усилителе 8117 и при этом внимание уделяют амплитуде модулированного сигнала, и одновременно в это время также регулируют амплитуду опорного сигнала несущей. Однако только амплитуду опорного сигнала несущей можно регулировать с помощью схемы 8307 регулирования фазы и амплитуды таким образом, что предпочтительная амплитуда может быть получена для внешней синхронизации.
[Пример конфигурации на стороне приема]
На фиг.8 показана конфигурация модуля 8220А генерирования сигнала на стороне приема (соответствует модулям 120 и 220 генерирования сигнала на стороне приема) в соответствии с первым вариантом выполнения. Модуль 8220А генерирования сигнала на стороне приема в соответствии с первым вариантом выполнения включает в себя контроллер 8446, предназначенный для управления соответствующими функциональными модулями. Модуль 8220А генерирования сигнала на стороне приема включает в себя подавитель 8407 компонента постоянного тока и детектор 8442 внешней синхронизации на последующих каскадах функционального модуля 8400 демодуляции.
Хотя предоставление контроллера 8446 не является существенным, эта функция часто присутствует в микросхеме CMOS или установлена в последних различных системах аналогично контроллеру 8346. Контроллер 8446 имеет функции установки коэффициента усиления и частотных характеристик усилителя 8224, установки фазы и амплитуды принимаемого опорного сигнала несущей, установки частоты колебаний, установки режима модуляции, установки фильтра и выравнивания, установки кодирования и мультиплексирования и т.д. Соответствующие части информации установки подают в соответствующие функциональные модули.
Функциональный модуль 8400 демодуляции включает в себя смеситель 8402 частоты (схема демодулятора), гетеродин 8404 на стороне приема (схему гетеродина на стороне приема) и регулятор 8406 фазы и амплитуды.
Также возможно разместить схему для выделения только компонента опорного сигнала несущей (схему полосового фильтра или тому подобное) на стороне сигнала внешней синхронизации для гетеродина 8404 на стороне приема (например, в предыдущем каскаде регулятора 8406 фазы и амплитуды). Благодаря использованию такой конфигурации компонент модулированного сигнала и компонент опорного сигнала несущей разделяют от принимаемого сигнала с миллиметровой длиной волны, и только компонент опорного сигнала несущей подают в гетеродин 8404 на стороне приема, таким образом, что это способствует внешней синхронизации.
Регулятор 8406 фазы и амплитуды устанавливает фазу и амплитуду принимаемого опорного сигнала несущей на основе информации установки по фазе и амплитуде из контроллера 8446. Хотя на схеме показана конфигурация, в которой регулятор 8406 фазы и амплитуды расположен на стороне входного разъема сигнала синхронизации для гетеродина 8404 на стороне приема, можно использовать конфигурацию, в которой регулятор 8406 фазы и амплитуды расположен на пути передачи сигналов между гетеродином 8404 на стороне приема и смесителем 8402 частоты, или, в качестве альтернативы, можно использовать обе такие конфигурации.
Подавитель 8407 компонента постоянного тока подавляет ненужный компонент постоянного тока (компонент смещения постоянного тока), включенный в сигнал синхронного детектирования, выводимый из смесителя 8402 частоты. Например, в случае передачи также опорного сигнала несущей со стороны передачи на сторону приема вместе с модулированным сигналом, возможно возникновение большого компонента смещения постоянного тока в сигнале синхронного детектирования, в зависимости от взаимозависимости фазы между модулированным сигналом и опорным сигналом несущей. Подавитель 8407 компонента постоянного тока выполняет функцию по удалению компонента смещения постоянного тока.
Контроллер 8446 включает в себя функциональную часть регулятора внешней синхронизации, которая осуществляет регулировку внешней синхронизации на основе информации, обозначающей состояние внешней синхронизации, детектируемой детектором 8442 внешней синхронизации таким образом, что сигнал несущей, полученный после демодуляции, генерируемый гетеродином 8404 на стороне приема, может быть синхронизирован с опорным сигналом модуляции. Контроллер 8440 внешней синхронизации построен на основе детектора 8442 внешней синхронизации и функциональной части (регулятора внешней синхронизации), относящейся к регулировке внешней синхронизации в контроллере 8446.
Детектор 8442 внешней синхронизации определяет состояние внешней синхронизации на основе сигнала в основной полосе пропускания, получаемого с помощью смесителя 8402 частоты, и уведомляет контроллер 8446 о результате определения. Хотя на схеме показана конфигурация, в которой детектируют выходной сигнал подавителя 8407 компонента постоянного тока, может использоваться конфигурация, в которой детектируют входную сторону подавителя 8407 компонента постоянного тока.
"Состояние внешней синхронизации" относится к состоянию, относящемуся к тому, синхронизирован или нет выходной сигнал (вывод схемы гетеродина), выводимый из гетеродина 8404 на стороне приема с опорным сигналом несущей на стороне передачи. Состояние, в котором выход схемы гетеродина и опорный сигнал несущей на стороне передачи синхронизированы друг с другом, будет также представлено, как "внешняя синхронизация достигнута".
Модуль 8220А генерирования сигнала на стороне приема управляет, по меньшей мере, одной из частоты свободных колебаний гетеродина 8404 на стороне приема и амплитудой (амплитудой сигнала внешней синхронизации) и фазой (фазой сигнала внешней синхронизации) сигнала внешней синхронизации, подаваемого в гетеродин 8404 на стороне приема таким образом, что внешняя синхронизация может быть достигнута. Каким из факторов следует управлять, зависит от конфигурации системы, и не обязательно управлять всеми факторами.
Например, для того, чтобы достичь внешней синхронизации, контроллер 8446 управляет частотой свободных колебаний гетеродина 8404 на стороне приема и управляет амплитудой сигнала синхронизации и фазой сигнала синхронизации сигнала внешней синхронизации, подаваемого в гетеродин 8404 на стороне приема через регулятор 8406 фазы и амплитуды совместно с результатом детектирования, получаемым детектором 8442 внешней синхронизации.
Например, вначале, сигнал с миллиметровой длиной волны (модулированный сигнал и опорный сигнал несущей), передаваемый со стороны передачи через канал 9 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны, пропускают через антенну 8236 и усиливают с помощью усилителя 8224. Часть усиленного сигнала с миллиметровой длиной волны подают в гетеродин 8404 на стороне приема после регулирования его амплитуды и фазы с помощью регулятора 8406 фазы и амплитуды. Смеситель 8402 частоты осуществляет преобразование частоты сигнала с миллиметровой длиной волны из усилителя 8224 до сигнала в основной полосе пропускания, используя выходной сигнал (воспроизводимый сигнал несущей) из гетеродина 8404 на стороне приема. Часть преобразованного сигнала в основной полосе пропускания подают в детектор 8442 внешней синхронизации, и информацию для определения, является ли гетеродин 8404 на стороне приема синхронизированным опорным сигналом несущей на стороне передачи, получают с помощью детектора 8442 внешней синхронизации и информируют об этом контроллер 8446.
На основе информации о "состоянии внешней синхронизации" (также называется информацией определения внешней синхронизации) из детектора 8442 внешней синхронизации контроллер 8446 определяет, достигается или нет внешняя синхронизация, используя одну или обе из следующих двух технологий.
1) Детектор 8442 внешней синхронизации определяет корреляцию между восстановленной формой колебаний и известными формами колебаний сигнала, и известными кодовыми структурами данных, и использует этот результат корреляции как информацию детектирования внешней синхронизации. При этом определяют с помощью контроллера 8446, что внешняя синхронизация достигается, когда получают строгую корреляцию.
2) Детектор 8442 внешней синхронизации отслеживает компонент постоянного тока демодулированного сигнала в основной полосе пропускания и использует результат мониторинга как информацию определения внешней синхронизации. Контроллер 8446 определяет, что внешняя синхронизация достигается, когда компонент постоянного тока является стабильным.
Различные технологии могут быть доступны как механизм описанных выше технологий 1) и 2), хотя подробное их описание здесь не приведено. Кроме того, другие технологии, помимо технологий 1) и 2), также могут быть доступными, как технологии для определения, достигается или нет синхронизация, и эти технологии также можно использовать в настоящем варианте выполнения.
Если контроллер 844 определяет, что внешняя синхронизация не достигнута, в соответствии с заданной процедурой, контроллер 8446 изменяет информацию установки частоты колебаний для гетеродина 8404 на стороне приема и информацию установки амплитуды и фазы для регулятора 8406 фазы и амплитуды таким образом, что сигнал несущей, используемый для модуляции на стороне передачи, и сигнал (выход схемы гетеродина), выводимый из гетеродина 8404 на стороне приема, могут быть синхронизированы друг с другом (внешняя синхронизация может быть достигнута). После этого контроллер 8446 снова повторяет процедуру определения состояния внешней синхронизации до тех пор, пока не будет достигнута благоприятная синхронизация.
Сигнал основной полосы пропускания, получаемый в результате правильной внешней синхронизации гетеродина 8404 на стороне приема и преобразования частоты (синхронное детектирование), выполняемого смесителем 8402 частоты, подают в процессор 8410 фильтра. В процессоре 8410 фильтра предусмотрен выравниватель 8414, помимо фильтра 8412 низкой частоты. Выравниватель 8414 имеет фильтр выравнивателя (например, выравнивающий форму колебаний), который, например, добавляет коэффициент усиления, соответствующий понижению в высокочастотной полосе принимаемого сигнала для уменьшения взаимных помех между кодами.
Компонент высокой частоты сигнала в основной полосе пропускания удаляют с помощью фильтра 8412 низкой частоты, и его компонент высокой частоты корректируют с помощью выравнивателя 8414.
Воспроизводитель 8420 тактовой частоты имеет синхронизатор 8422 символа, декодер 8424 и демультиплексор 8426. Декодер 8424 соответствует кодеру 8322, и демультиплексор 8426 соответствует мультиплексору 8324. Каждый из них выполняет обработку, противоположную обработке на стороне передачи. Воспроизводитель 8420
тактовой частоты выполняет синхронизацию символа с помощью синхронизатора 8422 символа и после этого восстанавливает исходный входной сигнал на основе информации установки структуры кодирования и информации установки мультиплексирования из контроллера 8446.
Микроминиатюризация CMOS будет улучшена в будущем, и его рабочая частота будет также повышена. Для реализации системы передачи с малыми размерами, работающей в широкой полосе пропускания, желательно использовать высокую несущую частоту. Система внешней синхронизации в соответствии с настоящим примером позволяет снизить спецификацию требований к стабильности частоты колебаний, и, таким образом, позволяет легко использовать более высокую несущую частоту. Гетеродин 8404 на стороне приема, который генерирует сигналы с использованием условий внешней синхронизации, должен иметь такую низкую добротность, чтобы быть способным следовать вариациям частоты на стороне передачи, как очевидно из выражения (А). Это удобно для случая формирования всего гетеродина 8404 на стороне приема, включая в себя схему резонансного контура в CMOS. Конечно, схему гетеродина, имеющую конфигурацию цепей, аналогичную представленной гетеродином 8404 на стороне приема, можно использовать как гетеродин 8304 на стороне передачи, и весь гетеродин 8304 на стороне передачи, включая в себя резонансный контур, может быть сформирован на CMOS.
<Система внешней синхронизации: второй вариант выполнения>
На фиг.9А и 9В показаны схемы, предназначенные для пояснения примеров конфигурации стороны передатчика, в которой используется система внешней синхронизации в соответствии со вторым вариантом выполнения настоящего изобретения. На фиг.10А и 10В показаны схемы, предназначенные для пояснения примеров конфигурации стороны приемника, в которой используется система внешней синхронизации в соответствии со вторым вариантом выполнения.
Второй вариант выполнения относится к конфигурации, в которой используется система, в которой выполняют управление, обеспечивающее достижение внешней синхронизации путем регулирования функциональных модулей на стороне передачи. Во втором варианте выполнения могут использоваться различные конфигурации в зависимости от того, какую информацию следует передать со стороны приема на сторону передачи для осуществления управления для достижения внешней синхронизации путем регулирования функциональных модулей на стороне передачи, и расположен ли основной объект управления на стороне передачи или на стороне приема. В дальнейшем, в отношении двух представительных примеров среди различных конфигураций, будут описаны только различия от первого варианта выполнения.
Система 1В_1 беспроводной передачи данных в соответствии со вторым вариантом выполнения (первый пример) выполнена на основе комбинаций модуля 8110В_1 генерирования сигнала на стороне передачи в соответствии со вторым вариантом выполнения (первый пример), показанным на фиг.9А, и модуля 8220В_1 генерирования сигнала на стороне приема в соответствии со вторым вариантом выполнения (первый пример), показанным на фиг.10А. Система 1В_2 беспроводной передачи данных в соответствии со вторым вариантом выполнения (второй пример) выполнена на основе комбинации модуля 8110В_2 генерирования сигнала на стороне передачи в соответствии со вторым вариантом выполнения (второй пример), показанным на фиг.9В, и модуля 8220В_2 генерирования сигнала на стороне приема в соответствии со вторым вариантом выполнения (второй пример), показанным на фиг.10В.
Первый пример второго варианта выполнения относится к конфигурации, в которой информацию определения внешней синхронизации передают на сторону передачи, и основной объект управления расположен на стороне передачи. В частности, контроллер 8446 модуля 8220В_1 генерирования сигнала на стороне приема передает информацию определения внешней синхронизации, получаемую детектором 8442 внешней синхронизации, в контроллер 8346 в модуле 8110В_1 генерирования сигнала на стороне передачи. Контроллер 8446 вмешивается только в передачу информации определения внешней синхронизации на стороне передачи и не используется как основной объект управления в данных условиях. Детектор 8442 внешней синхронизации может передавать информацию определения внешней синхронизации непосредственно в контроллер 8346 в модуле 8110В_1 генерирования сигнала на стороне передачи, не используя в качестве посредника контроллер 8446.
Контроллер 8346 включает в себя функциональную часть регулятора внешней синхронизации, который осуществляет регулирование внешней синхронизации, на основе информации, обозначающей состояние внешней синхронизации, детектируемой детектором 8442 внешней синхронизации на стороне приема таким образом, что сигнал несущей демодуляции, генерируемый гетеродином 8404 на стороне приема, может быть синхронизирован с сигналом несущей модуляции. Контроллер внешней синхронизации, аналогичный контроллеру 8440 внешней синхронизации, выполнен из детектора 8442 внешней синхронизации и функциональной части (регулятора внешней синхронизации), относящейся к регулированию внешней синхронизации в контроллере 8346.
Контроллер 8346 управляет частотой свободных колебаний гетеродина 8304 на стороне передачи и амплитудой передачи (мощностью передачи) сигнала с миллиметровой длиной волны таким образом, что может быть достигнута внешняя синхронизация. Технологию, аналогичную контроллеру 8446, можно использовать как технологию для определения, достигнута или нет внешняя синхронизация.
Если с помощью контроллера 8346 определяют, что внешняя синхронизация не достигнута, в соответствии с заданной процедурой, контроллер 8346 изменяет информацию установки частоты колебаний гетеродина 8304 на стороне передачи и информацию установки амплитуды и фазы для схемы 8307 регулирования фазы и амплитуды, и изменяет информацию установки усиления в усилителе 8117. Если используются амплитудная модуляция или система ASK, амплитуду немодулированного компонента сигнала несущей, включенного в сигнал с миллиметровой длиной волны, можно регулировать путем управления коэффициента модуляции. После этого контроллер 8346 снова повторяет процедуру определения состояния внешней синхронизации до тех пор, пока не будет достигнута благоприятная внешняя синхронизация.
Второй пример второго варианта выполнения относится к конфигурации, в которой основной объект управления расположен на стороне приема, и стороной передачи управляют со стороны приема путем передачи команды управления на сторону передачи. В частности, контроллер 8446 определяет, достигнута или нет синхронизация на основе информации определения внешней синхронизации, получаемой детектором 8442 внешней синхронизации. Если определяют, что внешняя синхронизация не была достигнута, контроллер 8446 передает команду управления, для управления функциональным модулем 8300 модуляции и усилителем 8117 на сторону передачи. Таким образом, контроллер 8446 непосредственно управляет функциональным модулем 8300 модуляции и усилителем 8117. Другими словами, контроллер 8346 не осуществляет управление для изменения частей информации установки, относящейся к внешней синхронизации, хотя он осуществляет исходную установку частоты колебаний и фазы, и амплитуды опорного сигнала несущей для функционального модуля 8300 модуляции, и осуществляет исходную установку коэффициента усиления для усилителя 8117.
Если контроллер 8446 определяет, что внешняя синхронизация не была достигнута, в соответствии с заданной процедурой, контроллер 8446 изменяет информацию установки частоты колебаний для гетеродина 8304 на стороне передачи и информацию установки амплитуды и фазы для схемы 8307 регулирования фазы и амплитуды, и изменяет информацию установки коэффициента усиления в усилителе 8117 аналогично контроллеру 8346 в соответствии с первым примером. Если используются амплитудная модуляция или система ASK, амплитуду немодулированного компонента сигнала несущей, включенного в сигнал с миллиметровой длиной волны, можно регулировать путем управления коэффициентом модуляции. После этого контроллер 8446 снова повторяет процедуру определения состояния внешней синхронизации до тех пор, пока не будет достигнута благоприятная синхронизация.
<Пример конфигурации схемы гетеродина>
На фиг.11А-11Е показаны схемы, предназначенные для пояснения примера конфигурации схемы гетеродина, используемой в качестве гетеродина 8304 на стороне передачи и гетеродина 8404 на стороне приема. На фиг.11А показан пример конфигурации схемы для схемы гетеродина. На фиг.11В показан пример структуры компоновки цепи индуктивности CMOS. На фиг.11С-11Е показаны схемы, предназначенные для пояснения деталей примера конфигурации компоновки цепей индуктивности в CMOS.
Схема гетеродина, показанная здесь, представляет собой схему 8500 дифференциального гетеродина с отрицательным сопротивлением, имеющего схему резонансного контура (схему LC резонансного контура), состоящую из обычных индуктивностей и конденсаторов, и все составляющие элементы (колебательные элементы), включая в себя схему резонансного контура, сформированы на одной и той же полупроводниковой подложке (кремниевой подложке).
Схема 8500 дифференциального гетеродина с отрицательным сопротивлением включает в себя источник 8510 тока, схему 8520 с отрицательным сопротивлением, сформированную из пары дифференциальных транзисторов с перекрестными связями (транзисторы 8522_1 и 8522_2), и схему 8530 резонансного контура, сформированную из LC схемы (цепи 8532 индуктивности и цепи 8534 конденсатора).
Соответствующие истоки транзисторов 8522_1 и 8522_2 соединены вместе с выходным выводом источника 8510 тока. Затвор транзистора 8522_1 соединен со стоком транзистора 8522_2, и затвор транзистора 8522_2 соединен со стоком транзистора 8522_1, таким образом, что формируется конфигурация с обратными перекрестными связями.
Цепь 8532 индуктивности соединена между соответствующими стоками транзисторов 8522_1 и 8522_2 и источником Vdd питания.
Цепь 8532 индуктивности представлена как последовательная цепь компонента 8532L_1 индуктивности и компонента 8532R_1 сопротивления на стороне транзистора 8522_1, и последовательная цепь 8532L_2 компонента индуктивности и компонента 8532R_2 сопротивления на стороне транзистора 8522_2. Цепь 8534 конденсатора включена между стоками транзисторов 8522_1 и 8522_2. Компонент 8532L индуктивности представляет собой индуктивный компонент, полученный с использованием обмотки, и компонент 8532R сопротивления эквивалентен ее потерям (последовательный резистивный компонент).
Цепь 8532 индуктивности расположена на изолирующем слое, который изолирует колебательные элементы, таким образом, что источник 8510 тока, цепь 8520 отрицательного сопротивления и цепь 8534 конденсатора в одной микросхеме, такой как CMOS, в которой сформированы модуль 8110 генерирования сигнала на стороне передачи, модуль 8220 генерирования сигнала на стороне приема и т.д. Таким образом, вся схема 8500 дифференциального гетеродина с отрицательным сопротивлением, включающая в себя схему 8530 резонансного контура, интегрирована в одной микросхеме с модулем 8110 генерирования сигнала на стороне передачи и модулем 8220 генерирования сигнала на стороне приема.
Цепь 8534 конденсатора представлена параллельной цепью компонента 8534С_1 конденсатора и компонента 8534R_1 проводимости на стороне транзистора 8522_1 и параллельной цепью компонента 8534С_2 конденсатора и компонента 534R_2 проводимости на стороне транзистора 8522_2. Компонент 8534С конденсатора представляет собой, например, элемент, использующий компонент конденсатора, генерируемый между выводами при приложении напряжения обратного смещения через диод, и диод типа варикапа (диод с переменной емкостью, варактор) или тому подобное, используется как компонент 8534С конденсатора. Компонент 8534R проводимости представляет собой компонент потерь диода типа варикапа.
Соединительные узлы а и b между цепями 8520 с отрицательным сопротивлением и схема 8530 резонансного контура (цепь 8532 индуктивности и цепь 8534 конденсатора) используются как разъемы вывода сигнала схемы 8500 дифференциального гетеродина с отрицательным сопротивлением и подключены к смесителю 8402 частоты по дифференциальному сигналу. Кроме того, соединительные узлы а и b также используются как входные разъемы сигнала внешней синхронизации. Вход сигнала внешней синхронизации с соединительными узлами а и b выполнен через источник тока.
Если центральная частота сигнала внешней синхронизации будет такой же как и частота несущей модулированного сигнала, выходной сигнал соединительных узлов а и b используется как воспроизводимый сигнал несущей для смесителя 8402 частоты (через регулятор 8406 фазы и амплитуды, в зависимости от конфигурации). Если N-я гармоника сигнала несущей, используемого для модуляции, применяется как опорный сигнал несущей, сигнал, получаемый в результате деления частоты выходного сигнала соединительных узлов а и b на 1/N, используется как воспроизводимый сигнал несущей для смесителя 8402 частоты (через регулятор 8406 фазы и амплитуды, в зависимости от конфигурации).
В схеме 8500 дифференциального гетеродина с отрицательным сопротивлением транзисторы 8522_1 и 8522_2 поочередно включают и выключают, и, таким образом, ток, ограниченный источником 8510 тока, протекает на сторону стока. Поскольку цепь 8530 резонансного контура (резонансная цепь) предусмотрена на стороне стока, схема 8500 дифференциального гетеродина с отрицательным сопротивлением выполняет свободные колебания на резонансной частоте, определяемой постоянной элементов цепи 8532 индуктивности и цепи 8534 конденсатора, включенных в цепь 8530 резонансного контура, даже когда сигнал внешней синхронизации не подают в нее. Например, частоту свободных колебаний схемы 8500 дифференциального гетеродина с отрицательным сопротивлением можно регулировать путем регулирования напряжения обратного смещения диода типа варикапа, включенного в цепь 8534 конденсатора.
В примере структуры компоновки цепи 8532 индуктивности, показанной на фиг.11 В, кольцевые структуры из линий, имеющие, по существу, восьмиугольную форму, сформированы в виде спирали с множеством слоев, с использованием структур слоя металла, и, таким образом, сформирована одна пара, по существу, круглых витков, с количеством n витков. Например, если сторона источника Vdd питания и сторона соединительных узлов а и b расположены на противоположных сторонах через круг, катушку с количеством n витков получают с использованием 2n слоев. Один из круглых витков 8550 представлен как последовательность цепей компонента 8532L_1 индуктивности и компонента 8532R_1 сопротивления, и другой представлен последовательной цепью компонента 8532L_2 индуктивности и компонента 8532R_2 сопротивления.
На схеме показан случай n=1,5. Среди слоев линий, формирующих катушку 8550, слой, в котором расположена структура компоновки источника питания Vdd, рассматривают как самый верхний слой (например, девятый слой линии) и слой, в котором расположена структура вывода соединительных узлов а и b, рассматривают как самый нижний слой (например, седьмой слой линии). Кроме того, также используется один слой между этими слоями (например, восьмой слой линии). Таким образом, формируют катушку 8550_1, содержащую 1,5 витка (последовательная цепь компонента 8532L_1 индуктивности и компонента 8532R_1 сопротивления) и катушку 8550_2, содержащую 1,5 витка (последовательная цепь компонента 8532L_2 индуктивности и компонента 8532R_2 сопротивления).
Как показано на фиг.11В, катушки 8550_1 и 8550_2 представлены в виде двойной спирали (состояние, получаемое в результате комбинирования кольцевых структур внешних линий и кольцевой структуры внутренней линии) в целом. В частности, спираль катушки 8550_1 на стороне транзистора 8522_1 выполнена следующим образом. Спиральную линию начинают от структуры компоновки источника питания в девятом слое линии и непрерывно проводят по длине половины круга против часовой стрелки в виде внешней кольцевой структуры 8552_91 линии в девятом слое линии, приводя к восьмому слою лини через контактное отверстие 8554 (фиг.11С). Затем спиральную линию направляют по длине половины окружности против часовой стрелки, используя внутреннюю кольцевую структуру 8552_82 линии в восьмом слое линии, подводя к седьмому слою линии через контактное отверстие 8555 (фиг.11D). Затем спиральную линию направляют вдоль длины половины окружности против часовой стрелки по внешней кольцевой структуре 8552_71 линии (сформирована под кольцевой структурой 8552_91 линии) в седьмом слое линии, подводя к соединительному узлу А (фиг.11Е).
Спираль катушки 8550_2 на стороне транзистора 8522_2 выполнена следующим образом. Спиральную линию начинают от структуры компоновки источника питания в девятом слое линии и непрерывно продолжают по длине половины окружности по часовой стрелке, используя внешнюю кольцевую структуру 8552_92 линии в девятом слое линии, подводя к восьмому слою линии через контактное отверстие 8556 (фиг.11С). Затем спиральную линию направляют по длине половины окружности по часовой стрелке внутренней кольцевой структуры 8552_81 линии в восьмом слое линии, подводя к седьмому слою линии через контактное отверстие 8557 (фиг.11D). Затем спиральную линию направляют по длине половины окружности по часовой стрелке, используя внешнюю кольцевую структуру 8552_72 линии (сформирована ниже кольцевой структуры 8552_92 линии) в седьмом слое линии, подводя к соединительному узлу b (фиг.11Е).
Если магнитная проницаемость определена как µ, количество витков определено как n, и радиус определен как r, значение L индуктивности компонентов 8532L_1 индуктивности и 8532L_2 круговых витков может быть приблизительно выражено как "µ·(n^2)·r", как показано в публикации Thomas Lee, "The Design of CMOS Radio-Frequency Integrated Circuits" (В частности, "4.5.1 SPIRAL INDUCTORS," pp.136 to 137), ISBN 0-521-83539-9 (ниже называется ссылочным документом F).
Значение R сопротивления компонентов 8532R_1 и 8532R_2 сопротивления, которые включены последовательно с компонентами 8532L_1 и 8532L_2 индуктивности, показанными на фиг.11А и 11В, в значительной степени зависит от ширины W линии круговых витков (структура металлического слоя), показанных на фиг.11С-11Е. Поскольку значение R сопротивления линии, по существу, является обратно пропорциональным ширине W линии, ширина W линии должна быть установлена большой, для того, чтобы получить индуктивность с высокой добротностью.
Когда изготовляют индуктивность с высокой добротностью (то есть с малым значением R сопротивления компонентов 8532R_1 и 8532R_2 сопротивления), для обеспечения высокой стабильности несущей, ширину W линии задают большой и количество n витков, которые могут быть предусмотрены с одинаковым радиусом r, мало. И, наоборот, если может быть разрешено большое значение R сопротивления, то же значение L индуктивности может быть реализовано с индуктивностью, имеющей малый размер (радиус r) путем установки малой ширины W линии. Способ, основанный на внешней синхронизации, эффективен для демодуляции сигнала, передаваемого по несущей с ослабленной стабильностью, с использованием схемы с малыми размерами, имеющей низкую добротность на стороне приема.
Причина, почему "малую схему" можно использовать, состоит не только в том, что добротность может быть установлена низкой, но также и потому что несущая частота является высокой и составляет несколько десятков ГГц, благодаря использованию полосы с миллиметровыми длинами волн и, таким образом, значения L индуктивности схемы 8532 индуктивности и значения С емкости цепи 8534 конденсатора, для реализации требуемого импеданса могут быть понижены в пропорции к частоте. Кроме того, такие факторы, что "можно использовать схему с малыми размерами", включают также тот факт, что в случае изготовления цепи 8530 резонансного контура для резонанса с использованием индуктивностей и конденсаторов такая цепь 8530 резонансного контура может быть реализована с меньшим значением индуктивности и значением емкости, если будет улучшена частота.
По описанным выше причинам все колебательные элементы, включающие в себя цепь 8530 резонансного контура, могут быть сформированы на полупроводниковой микросхеме, имеющей конфигурацию CMOS, используя схему 8500 дифференциального гетеродина с отрицательным сопротивлением, описанную выше, в качестве гетеродина 8304 на стороне передачи и гетеродина 8404 на стороне приема. Гетеродин 8304 на стороне передачи и гетеродин 8404 на стороне приема могут быть сформированы без предоставления цепи резонансного контура за пределами полупроводниковой микросхемы. При этом реализуется схема гетеродина на одной микросхеме (полупроводниковая интегральная микросхема (IC)), имеющая встроенный колебательный контур.
Гетеродин 8304 на стороне передачи может быть интегрирован в одну микросхему с другими функциональными модулями на стороне передачи в модулях 110 и 210 генерирования сигнала на стороне передачи, включающих в себя смеситель 8302 частоты, и может быть предусмотрен как устройство беспроводной передачи данных (полупроводниковая интегральная микросхема) для передачи данных. Гетеродин 8404 на стороне приема может быть интегрирован в одну микросхему с другими функциональными модулями на стороне приема в модулях 120 и 220 генерирования сигнала на стороне приема, включающих в себя смеситель 8402 частоты, и может быть предусмотрен как устройство беспроводной передачи данных (полупроводниковая интегральная микросхема) для приема данных. Кроме того, такие устройства беспроводной передачи данных (интегральные полупроводниковые микросхемы), предназначенные для передачи и приема, могут быть дополнительно интегрированы друг с другом в одну микросхему и могут быть предусмотрены как устройство беспроводной передачи данных (полупроводниковая интегральная микросхема) для двунаправленной передачи данных. Реализуется схема передачи данных на одной микросхеме (IC), в которую встроена цепь резонансного контура.
<Зависимость между многоканальной передачей и внешней синхронизацией>
На фиг.12А-12D показаны схемы, предназначенные для пояснения взаимосвязи между многоканальной передачей и внешней синхронизацией. Как показано на фиг.12А, для многоканальной передачи данных различные несущие частоты используются различными парами передатчика и приемника, осуществляющих обмен данными. Таким образом, реализуется многоканальная передача, используя мультиплексирование с частотным разделением. Полная дуплексная двунаправленная передача данных также может быть легко реализована, используя разные несущие частоты, и также возможно реализовать ситуацию, в которой множество полупроводниковых микросхем (то есть модуль 110 генерирования сигнала на стороне передачи и модуль 220 генерирования сигнала на стороне приема) связываются друг с другом независимо внутри корпуса устройства формирования изображения.
Например, ниже описана ситуация, в которой две пары передатчиков и приемников одновременно выполняют независимую передачу данных, как показано на фиг.12В-12D. Если используют квадратичную систему детектирования, как показано на фиг.12В, полосовой фильтр (BPF) для выбора частоты на стороне приема необходим для многоканальной передачи данных, используя систему мультиплексирования с частотным разделением каналов, также описанную выше. При этом не просто реализовать полосовой фильтр с крутой характеристикой, имеющий малые размеры, и необходим переменный полосовой фильтр, для изменения выбранной частоты. Поскольку на передачу влияют временные вариации частотного компонента (компонент А вариаций частоты) на стороне передачи, система модуляции ограничена тем, что обеспечивает возможность игнорирования влияния компонента Δ вариации частоты (например, ООК), и при этом также трудно обеспечить квадратурный модулированный сигнал, для улучшения скорости передачи данных.
Если ФАПЧ, для синхронизации несущей, не предусмотрена на стороне приема для уменьшения размеров, возможно осуществлять квадратичное детектирование после преобразования с понижением частоты до промежуточной частоты (IF), как показано, например, на фиг.12С. В этом случае, путем добавления блока для преобразования частоты на достаточно высокую IF, принимаемый сигнал может быть выбран без полосового фильтра. Однако схема становится более сложной, соответственно. На передачу влияет не только компонент Δ вариации частоты на стороне передачи, но также и временные вариации компонента частоты (компонент Δ вариации частоты) при преобразовании с понижением частоты на стороне приема. Таким образом, система модуляции ограничена системой, в которой выделяют информацию амплитуды (например, ASK или ООК) таким образом, что влияние компонента Δ вариации частоты может быть игнорировано.
В отличие от этого, если используют систему внешней синхронизации, как показано на фиг.12D, гетеродин 8304 на стороне передачи и гетеродин 8404 на стороне приема полностью синхронизированы друг с другом, и поэтому различные системы модуляции могут быть легко реализованы. ФАПЧ синхронизации несущей также не требуется, и размер схемы может быть также малым, и выбор частоты приема также осуществляется проще. Кроме того, схема гетеродина для полосы миллиметровых длин волн может быть реализована путем использования цепи резонансного контура с меньшей постоянной времени, по сравнению с более низкой частотой, и, таким образом, время, требуемое для внешней синхронизации, также сокращается по сравнению с более низкой частотой. Поэтому такая система пригодна для передачи данных с высокой скоростью. Как описано выше, в результате применения системы внешней синхронизации скорость передачи данных может быть легко улучшена, и количество входных/выходных разъемов может быть уменьшено по сравнению с передачей данных между микросхемами, с использованием нормального сигнала в основной полосе пропускания. Также становится возможным сформировать малую антенну для миллиметровых волн внутри микросхемы, и при этом также возможно обеспечить значительно большую гибкость в отношении способа выделения сигнала из микросхемы. Кроме того, поскольку компонент Δ вариации частоты на стороне передачи взаимно компенсируется в результате внешней синхронизации, разрешены различные системы модуляции, такие как фазовая модуляция (например, квадратурная модуляция).
Даже когда реализуется многоканальная передача данных с использованием мультиплексирования с разделением частоты, сторона приема может восстанавливать сигнал передачи, без воздействия на него вариации Δ частоты сигнала несущей (влияние, так называемой, взаимной помехи) в результате воспроизведения сигнала, синхронизированного с сигналом несущей, используемого для модуляции на стороне передачи и осуществляя преобразование частоты, используя синхронное детектирование. Как показано на фиг.12D, полосовой фильтр, используемый как фильтр выбора частоты, не обязательно должен быть расположен в предыдущем каскаде схемы преобразования частоты (преобразователь с понижением частоты).
<Структура канала передачи>
[Первый пример]
На фиг.13А1-13А5 показаны схемы, предназначенные для пояснения первого примера структуры канала беспроводной передачи данных в соответствии с вариантами выполнения. Структура канала передачи в соответствии с первым примером представляет собой пример применения, в котором передачу сигналов выполняют с использованием миллиметровых волн внутри корпуса одной части электронного устройства. В таком примере использования устройство формирования изображения, включающее в себя твердотельное устройство формирования изображения, используется как электронное устройство.
Такое устройство формирования изображения имеет конфигурацию системы, в которой первое устройство 100 передачи данных установлено на основной печатной плате, на которой установлены схема управления, схема обработки данных изображения, и т.д., и второе устройство 200 передачи данных установлено на печатной плате формирования изображения, на которой установлено твердотельное устройство формирования изображения. На фиг.13А1-13А5 схематично показан вид в разрезе устройства 500 формирования изображения с фокусом на передаче сигналов с миллиметровой длиной волны между печатными платами, и схематичное представление частей, не имеющих отношения к передаче сигналов с миллиметровой длиной волны, соответственно, исключено.
В корпусе 590 устройства 500 формирования изображения расположены печатная плата 502 формирования изображения и основная печатная плата 602. Твердотельное устройство 505 формирования изображения расположено на печатной плате 502 формирования изображения. Например, твердотельное устройство 505 формирования изображения представляет собой прибор с зарядовой связью (CCD, ПЗС), и его часть управления (блок горизонтального управления и блок вертикального управления) также установлена на печатной плате 502 формирования изображения. В качестве альтернативы, твердотельное устройство 505 формирования изображения представляет собой датчик на основе комплементарного металлооксидного полупроводника (CMOS).
Первое устройство 100 передачи данных (полупроводниковая микросхема 103) установлено на основной печатной плате 602, предназначенное для выполнения передачи сигналов с печатной платой 502 формирования изображения, на которой установлено твердотельное устройство 505 формирования изображения. Второе устройство 200 передачи данных (полупроводниковая микросхема 203) установлено на печатной плате 502 формирования изображения. Как описано выше, в полупроводниковых микросхемах 103 и 203 предусмотрены модули 107 и 207 генерирования сигнала и соединители 108 и 208 канала передачи данных.
Твердотельное устройство 505 формирования изображения и блок управления формированием изображения установлены на печатной плате 502 формирования изображения, хотя это не показано на схеме. Механизм обработки изображения установлен на основной печатной плате 602, хотя он не показан на схеме. Модуль операций и различного рода датчики (не показаны) соединены с основной печатной платой 602. Основная печатная плата 602 может быть соединена с персональным компьютером и периферийным устройством, таким как принтер, через внешний интерфейс (не показан). В модуле операций, например, предусмотрены переключатель источника питания, наборный диск установок, поворотный переключатель, переключатель принятия решения, переключатель масштаба изображения, переключатель разъединения и т.д.
Твердотельное устройство 505 формирования изображения и блок управления формированием изображения эквивалентны функциональной части применения функционального модуля 204 БИС в системе 1 беспроводной передачи данных. Модуль 207 генерирования сигнала и соединитель 208 канала передачи могут быть установлены в полупроводниковой микросхеме 203, отличающейся от твердотельного устройства 505 формирования изображения, или могут быть изготовлены интегрально с твердотельным устройством 505 формирования изображения и блоком управления формированием изображения. Если они предусмотрены как отдельные модули, передача сигналов между этими модулями и твердотельным устройством 505 формирования изображения (например, между полупроводниковыми микросхемами) может вызывать проблему, связанную с передачей сигналов по электрическим линиям. Поэтому предпочтительно изготовлять эти модули интегрально. Такой пример применения основан на предположении, что эти модули находятся в полупроводниковой микросхеме 203, отличающейся от твердотельного устройства 505 формирования изображения и блока управления формированием изображения. Антенна 236 может быть расположена как полосковая антенна за пределами микросхемы, или может быть сформирована как антенна в виде перевернутой буквы F внутри микросхемы. При передаче данных с использованием сигнала с миллиметровой длиной волны, поскольку длина волны в диапазоне миллиметровых волн является короткой и составляет несколько миллиметров, антенна также имеет малый размер, составляющий порядка несколько квадратных мм, и полосковая антенна может быть легко установлена даже в малом месте, таком как область в устройстве 500 формирования изображения.
Механизм обработки изображения эквивалентен функциональной части приложения функционального модуля 104 БИС в системе 1 беспроводной передачи данных. Процессор изображения, предназначенный для обработки сигнала формирования изображения, получаемого твердотельным устройством 505 формирования изображения, установлен в механизме обработки изображения. Модуль 107 генерирования сигнала и соединитель 108 канала передачи данных могут быть установлены в полупроводниковой микросхеме 103, отличающейся от механизма обработки изображения, или может быть изготовлен интегрально с механизмом обработки изображения. Если они предусмотрены как отдельные модули, передача сигналов между этими модулями и механизмом обработки изображения (например, между полупроводниковыми микросхемами) может вызывать проблему, связанную с передачей сигналов по электрическим линиям. Поэтому предпочтительно изготовлять эти модули интегрально. Такой пример применения основан на предположении, что эти модули находятся на полупроводниковой микросхеме 103, отличающейся от механизма обработки изображения. Антенна 136 может быть расположена как полосковая антенна за пределами микросхемы, или может быть сформирована как антенна в виде перевернутой буквы F внутри микросхемы.
Кроме процессора изображения, схема управления, такая как контроллер камеры, включающая в себя центральное процессорное устройство (ЦПУ), модуль памяти (рабочая память, ПЗУ программы и т.д.) и т.д., модуль генерирования сигнала управления и т.д., также расположены в механизме обработки изображения. Контроллер камеры считывает программу, сохраненную в ПЗУ программы, в рабочую память, и управляет соответствующими модулями в устройстве 500 формирования изображения в соответствии с этой программой.
Контроллер камеры управляет всем устройством 500 формирования изображения на основе сигнала, поступающего от соответствующих переключателей модуля операций, и подает питание к соответствующим модулям, управляя модулем подачи питания. Кроме того, контроллер камеры осуществляет передачу данных, такую как передача данных изображения с периферийным устройством через внешний интерфейс.
Контроллер камеры осуществляет управление последовательностью, относящейся к фотографированию. Например, контроллер камеры управляет операцией формирования изображения, выполняемой твердотельным устройством 505 формирования изображения, через модуль генерирования сигнала синхронизации и блок управления формированием изображения. Модуль генерирования сигнала синхронизации генерирует основной сигнал синхронизации, необходимый для обработки сигналов. Блок управления формированием изображения принимает сигнал синхронизации, генерируемый модулем генерирования сигнала синхронизации, и сигнал управления из контроллера камеры для генерирования подробного сигнала синхронизации, для управления твердотельным устройством 505 формирования изображения.
Сигнал изображения (сигнал формирования изображения), передаваемый из твердотельного устройства 505 формирования изображения в механизм обработки изображения, может представлять собой либо аналоговый сигнал, или цифровой сигнал. В случае цифрового сигнала AD-преобразователь установлен на подложке 502 формирования изображения, если твердотельное устройство 505 формирования изображения не включает в себя AD-преобразователь, независимо от того, является ли оно CCD или CMOS.
Помимо твердотельного устройства 505 формирования изображения модуль 207 генерирования сигнала и соединитель 208 канала передачи установлены на печатной плате 502 формирования изображения для реализации системы 1 беспроводной передачи данных. Аналогично, модуль 107 генерирования сигнала и соединитель 108 канала передачи установлены на основной печатной плате 602 для реализации системы 1 беспроводной передачи данных. Соединитель 208 канала передачи данных на печатной плате 502 формирования изображения и соединитель 108 канала передачи на основной печатной плате 602 соединены друг с другом с помощью канала 9 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны. Таким образом, выполняют двунаправленную передачу сигналов в диапазоне с миллиметровой длиной волны между соединителем 208 канала передачи на печатной плате 502 формирования изображения и соединителем 108 канала передачи на основной печатной плате 602.
Если однонаправленная передача данных достаточна, модуль 107 генерирования сигнала и соединитель 108 канала передачи расположены на стороне передачи, и модуль 207 генерирования сигнала и соединитель 208 канала передачи расположены на стороне приема. Например, в случае передачи только сигнала формирования изображения, получаемого твердотельным устройством 505 формирования изображения, печатную плату 502 формирования изображения используют как сторону передачи, и основную печатную плату 602 используют как сторону приема. В случае передачи только сигналов для управления твердотельным устройством 505 формирования изображения (например, высокоскоростной основной сигнал тактовой частоты, сигнал управления, сигнал синхронизации), основную печатную плату 602 используют как сторону передачи, и печатную плату 502 формирования изображения используют как сторону приема.
Благодаря передаче данных с миллиметровой длиной волны между двумя антеннами 136 и 236 сигнал изображения, получаемый твердотельным устройством 505 формирования изображения, передают на миллиметровых волнах и передают из основной печатной платы 602 через канал 9 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны между антеннами 136 и 236. Различные виды сигнала управления, предназначенные для управления твердотельным устройством 505 формирования изображения передают по миллиметровым волнам и передают в печатную плату 502 формирования ММВ изображения через канал 9 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны между антеннами 136 и 236.
Канал 9 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны может иметь либо форму, в которой антенны 136 и 236 расположены таким образом, что они расположены противоположно друг другу, или в форму, в которой антенны 136 и 236 расположены со сдвигом относительно друг от друга вдоль направления плоскости печатных плат. В форме, в которой антенны 136 и 236 расположены противоположно друг другу, например, используют полосковую антенну, которая имеет направленность в направлении, нормальном к печатным платам. В форме, в которой антенны 136 и 236 расположены со сдвигом друг от друга вдоль направления плоскости печатных плат, используют, например, дипольную антенну, антенну типа волновой канал или антенну в виде перевернутой буквы F, которая имеет направленность в направлении плоскости печатных плат.
Каждый канал 9 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны может представлять собой канал 9В передачи в свободном пространстве, как показано на фиг.13А1. Однако предпочтительно, чтобы канал 9 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны представлял собой диэлектрический канал 9А передачи данных, такой как показаны на фиг.13А2 и 13А3, или канал 9L в виде полого волновода, такой как показан на фиг.13А4 и 13А5.
Если используется канал 9В передачи в свободном пространстве, и каналы 9 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны в виде множества каналов предусмотрены близко друг к другу, предпочтительно располагать структуру, предотвращающую распространение электрической волны (материал MY блокирования миллиметровой волны) между каналами, для подавления взаимных помех между парами антенн соответствующих каналов. Материал MY блокирования миллиметровой волны может быть расположен на любой одной из основной печатной платы 602 и печатной платы 502 формирования изображения, или может быть расположен на них обеих. Следует или нет устанавливать материал MY блокирования миллиметровой волны, может быть определено в зависимости от пространственного расстояния между каналами и степенью взаимных помех. Поскольку степень взаимных помех имеет отношение также к мощности передачи, решение может быть принято путем всестороннего анализа пространственного расстояния, мощности передачи и степени взаимных помех.
Для обеспечения диэлектрического канала 9А передачи возможно взаимно соединять антенны 136 и 236 мягким (гибким) диэлектрическим материалом, таким как кремнийорганическая смола, как показано, например, на фиг.13А2. Диэлектрический канал 9А передачи может быть окружен блокирующим материалом (например, электрическим проводником). Для получения преимуществ гибкости диэлектрического материала предпочтительно, чтобы блокирующий материал также обладал гибкостью. Хотя антенны соединены с использованием диэлектрического канала 9А передачи, диэлектрический канал 9А передачи может быть проложен как электрическая линия, поскольку его материал является мягким.
Другой пример диэлектрического канала 9А передачи данных показан на фиг.13A3, при этом диэлектрический канал 9А передачи может быть фиксирован на антенне 136 на основной печатной плате 602, и антенна 236 на печатной плате 502 формирования изображения может быть расположена в таком положении, чтобы она находилась в контакте с диэлектрическим каналом 9А передачи. И, наоборот, диэлектрический канал 9А передачи может быть фиксирован на печатной плате 502 формирования изображения.
В качестве канала 9L полого волновода используется структура, которая окружена блокирующим материалом и имеет полость внутри себя. Например, как показано на фиг.13А4, используется структура, которая окружена электрическим проводником MZ,
в качестве одного примера блокирующего материала, и имеет полость внутри себя. Например, оболочка из электрического проводника MZ закреплена на основной печатной плате 602 таким образом, что она окружает антенну 136. Центр движения антенны 236 на печатной плате 502 формирования изображения расположен в положении, противоположном антенне 136. Поскольку внутри электрический проводник MZ выполнен полым, диэлектрический материал не требуется использовать, и канал 9 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны может быть просто сформирован с малой стоимостью.
Оболочка из электрического проводника MZ может быть предусмотрена либо на основной печатной плате 602, или на печатной плате 502 формирования изображения. В любом случае, расстояние L между оболочкой из электрического проводника MZ и печатной платой 502 формирования изображения или основной печатной платой 602 (длина зазора между концом электрического провода MZ до противоположной печатной платы) установлено как значение, существенно меньшее, чем длина волны миллиметровых длин волн. Размер и форма блокирующего материала (оболочка: электрический проводник MZ) выбирают с таким размером и плоской формой, чтобы протяженность, на которой расположены противоположно друг другу антенны 136 и 236, присутствовала внутри такой оболочки (электрического проводника MZ). Если такое условие удовлетворяется, плоская форма электрического проводника MZ может иметь любую форму, такую как круг, треугольник или прямоугольник.
Канал 9L в виде полого волновода не ограничивается получаемым путем формирования оболочки из электрического проводника MZ нa печатной плате. Например, как показано на фиг.13А5, он может быть получен путем формирования сквозного отверстия или несквозного отверстия в печатной плате, имеющей относительно большую толщину, и использования стенки отверстия в качестве оболочки. В этом случае печатная плата используется как блокирующий материал. Отверстие может быть предусмотрено либо на одной из печатной платы 502 формирования изображения или основной печатной платы 602, или может быть предусмотрено на обеих из них. Боковая стенка отверстия может быть покрыта электрическим проводником или может быть без покрытия. В последнем случае, благодаря отношению значений относительной диэлектрической проницаемости между печатной платой и воздухом, миллиметровые волны отражаются и интенсивно распределяются внутри отверстия. Если отверстие проходит насквозь через печатную плату, антенны 136 и 236 располагаются (прикрепляют) на задних поверхностях полупроводниковых микросхем 103 и 203. Если отверстие не проникает насквозь через печатную плату, но формирование отверстия прекращено в середине (выполнено несквозное отверстие), антенны 136 и 236 предусматривают на дне этого отверстия.
Размер и форму сечения отверстия устанавливают с такими размерами и плоской формой, чтобы протяженность, на которой расположены противоположные друг другу антенны 136 и 236, существовала внутри боковых стенок печатной платы, используемых как оболочка. Если только такое условие удовлетворяется, форма в сечении отверстия может иметь любую форму, такую как круг, треугольник или прямоугольник.
Если используется канал 9В передачи в свободном пространстве, в качестве канала 9 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны, когда первое устройство 100 передачи данных и второе устройство 200 передачи данных располагают внутри корпуса одной части электронного устройства (в данном примере устройство 500 формирования изображения), и передачу сигналов с миллиметровой длиной волны выполняют между ними, следует опасаться влияния отражений от элементов, находящихся внутри корпуса. В частности, если используется система внешней синхронизации, обычно мощность передачи выше по сравнению со случаем, в котором эту систему не используют, и, таким образом, ожидается, что, очевидно, могут возникнуть проблемы взаимных помех и многолучевого распространения, связанные с таким отражением. В отличие от этого, если используется канал 9 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны, имеющий структуру ограничения миллиметровой волны (структуру волноводного канала), такую как диэлектрический канал 9А передачи или канал 9L в виде полого волновода, на передачу не влияет отражение от элементов, находящихся внутри корпуса. Кроме того, поскольку сигнал с миллиметровой длиной волны, излучаемый из одной антенны 136, может быть ограничен внутри канала 9 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны и может быть передан в другую антенну 236, обеспечивается небольшая расточительность при использовании излучаемых электрических волн, и, таким образом, мощность передачи может быть установлена низкой, даже когда используется система внешней синхронизации.
[Второй пример]
На фиг.13В1-13В3 показаны схемы, предназначенные для пояснения второго примера структуры канала беспроводной передачи данных в соответствии с вариантами выполнения. Структура канала передачи в соответствии со вторым примером представляет собой пример применения, в котором передачу сигналов выполняют между частями электронного устройства, используя миллиметровые волны, в состоянии, в котором множество частей электронного устройства интегрированы друг с другом. Например, такой второй пример представляет собой вариант применения для передачи сигналов между двумя частями электронного устройства, когда одна часть электронного устройства установлена на другой части электронного устройства (например, на стороне основного корпуса).
Например, существует система, в которой устройство обработки информации типа карты, определенное как, так называемая, карта с интегральной микросхемой, и картой памяти, в которой установлено центральное процессорное устройство (ЦПУ), энергонезависимое запоминающее устройство (например, запоминающее устройство типа флэш) и т.д., может быть (с возможностью отсоединения) установлено в электронном устройстве на стороне основного корпуса. Устройство обработки информации типа карты, как один пример одной части (первого) электронного устройства, может также ниже называться "устройством карты". Другая часть (второго) электронного устройства на стороне основного корпуса будет также ниже называться просто электронным устройством.
Структура 4А гнезда между электронным устройством 101А и картой 201А памяти представляет собой структуру, в которой обеспечивают возможность установки карты 201А памяти на, и отсоединения от электронного устройства 101А, и имеет функцию фиксатора для электронного устройства 101А и карты 201А памяти.
Как показано на фиг.13В2, структура 4А гнезда имеет такую конфигурацию, что она обеспечивает возможность вставки карты 201А памяти (ее корпуса 290) и ее извлечения в и из корпуса 190 электронного устройства 101А через отверстие 192 и фиксации ее в корпусе 190. Печатная плата 102 закреплена на одной поверхности корпуса 190 на противоположной стороне отверстия 192 (снаружи) посредством держателя 191.
Соединитель на стороне приема предусмотрен в положении, которое находится в контакте с выводом карты 201А памяти в структуре 4А гнезда. Соединительный разъем (соединительные выводы) не нужны для передачи сигнала, замененного передачей миллиметровой длиной волны.
Было бы возможно предусмотреть соединительный разъем также для сигнала, замененного передачей с миллиметровой волной в электронном устройстве 101А структуры 4А гнезда). В этом случае передача сигналов может быть выполнена по электрическим линиям как в существующих технологиях, если карта 201А памяти, вставленная в структуру 4А гнезда, представляет собой существующую карту, для которой не предусмотрена структура канала передачи миллиметровых волн в соответствии со вторым примером.
Электронное устройство 101А и карта 201А памяти имеют конфигурацию вогнутой и выпуклой формы, как в структуре соединения с совпадением формы. В этом примере, как показано на фиг.13В2, конфигурация 198А выпуклой формы (выступ), имеющая круглую цилиндрическую форму, предусмотрена в корпусе 190 электронного устройства 101А. Кроме того, как показано на фиг.13В1, конфигурация 298А вогнутой формы (выемка), имеющая круглую цилиндрическую форму, предусмотрена в корпусе 290 карты 201А памяти. Таким образом, как показано на фиг.13В3, в корпусе 190 конфигурация 198А выпуклой формы предусмотрена в части, которая соответствует положению конфигурации 298А с вогнутой формой, когда карту 201А памяти вставляют в корпус 190.
На основе такой конфигурации фиксацию и выравнивание карты 201А памяти выполняют одновременно, когда карту 201А памяти устанавливают в структуре 4А гнезда. Размеры вогнутых и выпуклых форм устанавливают таким образом, чтобы размеры антенн 136 и 236 никогда не выходили за пределы материала блокирования (оболочка: проводник 144), даже когда установка при соответствии формы между вогнутой и выпуклой формами происходит с определенным люфтом. При этом не существенно, что плоская форма конфигурации вогнутой и выпуклой формы представляет собой круг, как показано на схеме, но плоская форма может иметь любую форму, такую как треугольник или прямоугольник.
Например, конструктивный пример карты 201А памяти (вид в перспективе в плане и вид в поперечном разрезе в перспективе) показан на фиг.13В1. Карта 201А памяти имеет полупроводниковую микросхему 203, включающую в себя модуль 207 генерирования сигнала (преобразователь сигналов с миллиметровой длиной волны) на одной поверхности печатной платы 202. В полупроводниковой микросхеме 203 предусмотрен вывод 232 передачи/приема в диапазоне миллиметровой длины волны, предназначенный для соединения с каналом 9 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны. На одной поверхности печатной платы 202 сформированы канал 234 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны в виде структуры на печатной плате, соединенной с выводом 232 передачи/приема миллиметровой длины волны и антенной 236 (полосковая антенна на схеме). Соединитель 208 канала передачи выполнен в виде вывода 232 передачи/приема миллиметровой волны, канала 234 передачи миллиметровой волны и антенны 236.
Полосковая антенна не обладает острой направленностью в нормальном направлении. Таким образом, не оказывается влияние на чувствительность приема антенн 136 и 236, даже когда они расположены с некоторым не совмещением, если только определенная достаточно большая область предусмотрена как область части наложения между антеннами 136 и 236. При передаче данных с миллиметровой длиной волны, поскольку длина волны миллиметровых волн короткая и составляет несколько миллиметров, антенна также имеет малый размер, составляющий порядка нескольких квадратных мм, и полосковая антенна может быть легко установлена даже в малом месте, таком как область на малой карте 201А памяти.
Если антенны 136 и 236 сформированы в полупроводниковых микросхемах 103 и 203, требуется дополнительная меньшая антенна, такая как антенна в виде перевернутой буквы F. Антенна в виде перевернутой буквы F является ненаправленной. Другими словами, она обладает направленностью не только в направлении толщины (нормальном к) печатной платы, но также и в направлении плоскости печатной платы. Поэтому предпочтительно улучшить эффективность передачи с помощью таких улучшений, как положение отражающей пластины для соединителей 108 и 208 канала передачи данных, предназначенных для соединения с каналом 9 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны.
Корпус 290 используется как крышка, для защиты печатной платы 202, и, по меньшей мере, часть конфигурации 298А с вогнутой формой состоит из диэлектрической полимерной смолы, содержащей диэлектрический материал, имеющий такую относительную диэлектрическую проницаемость, которая обеспечивает передачу сигналов с миллиметровой длиной волны. В качестве диэлектрического материала конфигурации 298А с вогнутой формой используется, например, элемент, состоящий из акриловой смолы, уретановой смолы или эпоксидной смолы. Диэлектрический материал, по меньшей мере, части конфигурации 298А с вогнутой формой корпуса 290 также используется как диэлектрический канал передачи сигнала с миллиметровой длиной волны.
В корпусе 290 конфигурация 298А с вогнутой формой сформирована на той же поверхности, что и антенна 236. Конфигурация 298А с вогнутой формой фиксирует карту 201А памяти в структуре 4А гнезда и выполняет совмещение для соединения передачи в диапазоне миллиметровых волн с каналом 9 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны, включенным в структуру 4А гнезда.
Вдоль одной стороны печатной платы 202 соединительные выводы 280 (выводы сигнала), предназначенные для подключения к электронному устройству 101А через заданные места в корпусе 290, предусмотрены в заданных положениях на корпусе 290. В случае первого варианта выполнения карта 201А памяти частично имеет структуру существующего вывода для передачи сигнала с низкой скоростью, с малым объемом данных и для подачи питания. Поскольку сигнал тактовой частоты и множество сигналов данных рассматривают как субъект для передачи сигналов с использованием миллиметровых длин волн, разъемы для этих сигналов удалены, как показано пунктирными линиями на схеме.
Конструктивный пример электронного устройства 101А (вид в перспективе в плане и вид в перспективе в разрезе) показан на фиг.13В2. Электронное устройство 101А имеет полупроводниковую микросхему 103, включающую в себя модуль 107 генерирования сигнала (преобразователь сигналов с миллиметровой длиной волны) на одной поверхности печатной платы 102 (на стороне отверстия 192). В полупроводниковой микросхеме 103 предусмотрен вывод 132 передачи/приема сигнала с миллиметровой длиной волны, который предназначен для соединения с каналом 9 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны. На одной поверхности печатной платы 102 сформированы канал 134 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны в виде структуры на печатной плате, соединенной с выводом 132 передачи/приема сигнала с миллиметровой длиной волны, и антенны 136 (полосковая антенна на схеме). Соединитель 108 канала передачи выполнен в виде вывода 132 передачи/приема сигнала с миллиметровой длиной волны, канала передачи 134 сигнала с миллиметровой длиной волны и антенны 136.
В корпусе 190 отверстие 192, в которое вставляют и из которого извлекают карту 201А памяти, сформировано как структура 4А гнезда.
Конфигурация 198А выпуклой формы сформирована в корпусе 190 таким образом, что канал 9 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны, имеющий структуру ограничения миллиметровых волн (структуру волноводного канала), может быть сформирован как часть, соответствующая положению конфигурации 298А вогнутой формы, когда карту 201А памяти вставляют в отверстие 192. В настоящем примере конфигурация 198А выпуклой формы сформирована так, что она используется как диэлектрический канал 9А передачи путем формирования диэлектрической волноводной трубки 142, которая внутри заполнена диэлектрическим материалом в проводнике 144, имеющем цилиндрическую форму. Конфигурация 198А выпуклой формы, таким образом, неподвижно установлена так, что центр диэлектрической волноводной трубки 142 соответствует антенне 136 соединителя 108 канала передачи данных. В качестве структуры подгонки между вогнутой и выпуклой формами, предусмотрена диэлектрическая волноводная трубка 142, как структура, которая предназначена для усиления соединения между антеннами 136 и 236.
При этом не обязательно предусматривать диэлектрическую волноводную трубку 142. Канал 9 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны может быть сформирован из самого диэлектрического материла корпусов 190 и 290. Кроме того, диэлектрический канал 9А передачи может быть заменен полым волноводным каналом 9L, который окружен блокирующим материалом, и внутри которого сформирована полость. Например, канал 9L в виде полого волновода предусмотрен путем формирования цилиндрического проводника 144, который внутри выполнен полым (полость). Также при использовании канала 9L виде полого волновода, имеющего такую структуру, миллиметровые волны ограничены внутри канала 9L полого волновода проводником 144, имеющим структуру оболочки, которая обеспечивает преимущества того, что потери на передачу миллиметровых волн будут малы, и миллиметровые волны могут быть эффективно переданы, внешнее излучение миллиметровых волн подавляется, и это способствует мерам противодействия ЭМС.
Параметры диэлектрической волноводной трубки 142, такие как диаметр, длина и материал, выбирают таким образом, чтобы обеспечить эффективную передачу сигнала с миллиметровой длиной волны. Предпочтительно, чтобы материал представлял собой диэлектрический материал, относительная диэлектрическая проницаемость которого составляет приблизительно 2-10 (предпочтительно 3-6), и тангенс диэлектрических потерь которого составляет от приблизительно 0,00001 до 0,01 (предпочтительно от 0,00001 до 0,001), такой как материал, состоящий из акриловой полимерной смолы, уретановой полимерной смолы, эпоксидной смолы, кремнийорганической смолы, полиимидной смолы или цианоакрилатной смолы, как описано выше. Благодаря ограничению сигнала с миллиметровой длиной волны в диэлектрическом канале 9А передачи эффективность передачи данных может быть улучшена, и передача сигналов с использованием миллиметровых волн может быть выполнена без каких-либо неудобств. Потребность в предоставлении проводника 144 устраняют в некоторых случаях путем правильного выбора материала.
Диаметр проводника 144 устанавливают таким образом, чтобы он соответствовал диаметру конфигурации 298А вогнутой формы карты 201 А памяти. Проводник 144 используется так же как и блокирующий материал для подавления внешнего излучения миллиметровых волн, передаваемых в диэлектрическую волноводную трубку 142.
Конструктивный пример (вид в разрезе в перспективе), когда карта памяти 201А вставлена в структуру 4А гнезда (в частности, в отверстие 192) электронного устройства 101А, показан на фиг.13В3. Как показано на схеме, корпус 190 со структурой 4А гнезда имеет такую механическую структуру, что конфигурация 198А выпуклой формы (диэлектрический канал 9А передачи) и конфигурация 298А вогнутой формы входят в контакт друг с другом как вогнутая и выпуклая деталь, в результате вставки карты 201А памяти через отверстие 192. Когда структуры вогнутой и выпуклой формы подогнаны друг к другу, антенны 136 и 236 располагаются напротив друг друга, и диэлектрический канал 9А передачи данных располагается в канале 9 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны между антеннами 136 и 236.
В соответствии с описанной выше конфигурацией обеспечивается фиксация карты 201А памяти и структуры 4А гнезда. Кроме того, выравнивание диэлектрического канала 9А передачи данных для соединения с передачей миллиметровых волн реализуется таким образом, что сигнал с миллиметровой длиной волны может быть эффективно передан между антеннами 136 и 236.
В частности, соединитель 108 канала передачи (в частности, антенный соединитель) расположен в части конфигурации 198А выпуклой формы в электронном устройстве 101А, и соединитель 208 канала передачи (в частности, антенный соединитель) расположен в части конфигурации 298А вогнутой формы в карте 201А памяти. Эти соединители расположены таким образом, что характеристики передачи миллиметровых волн соединителей 108 и 208 канала передачи становятся высокими, когда вогнутую и выпуклую части устанавливают рядом друг с другом.
Благодаря такой конфигурации фиксация карты 201А памяти и совмещение для передачи сигналов с миллиметровой длиной волны могут быть одновременно выполнены, когда карту 201А памяти устанавливают в структуре 4А гнезда. В карте памяти 201А корпус 290 располагается между диэлектрическим каналом 9А передачи и антенной 236. Однако это не оказывает большого влияния на передачу миллиметровых волн, поскольку материал части конфигурации 298А вогнутой формы представляет собой диэлектрический материал. Этот момент также относится к случаю, в котором диэлектрическая волноводная трубка 142 не предусмотрена в части конфигурации 198А выпуклой формы, но диэлектрический материал корпуса 190 оставлен в этой части. Канал 9 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны (диэлектрический канал 9А передачи) выполнен между антеннами 136 и 236, с использованием диэлектрического материала соответствующих корпусов 190 и 290.
В структуре канала передачи миллиметровых волн в соответствии со вторым примером используется конфигурация, в которой диэлектрический канал 9А передачи, включающий в себя диэлектрическую волноводную трубку 142, выполнен с возможностью его установки между соединителями 108 и 208 канала передачи (в частности, антеннами 136 и 236), когда карту 201А памяти устанавливают в структуре 4А гнезда. Эффективность высокоскоростной передачи сигналов может быть улучшена в результате ограничения сигнала с миллиметровой длиной волны в диэлектрическом канале 9А передачи данных.
Используя другой подход, также возможно сформировать канал 9 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны таким образом, что антенну 136 и антенну 236 изготовляют так, чтобы они располагались противоположно друг другу в другом месте, кроме части структуры соответствия формы (конфигурация 198 выпуклой формы и конфигурация 298 вогнутой формы) структуры 4А гнезда для установки карты. Однако в этом случае возникает влияние несовмещения положения. В отличие от этого, при предоставлении канала 9 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны в структуре соответствия формы структуры 4А гнезда для установки карты, влияние несовмещения положения может быть надежно устранено.
В частности, канал 9 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны (в данном примере, диэлектрический канал 9А передачи), имеющий структуру ограничения сигнала с миллиметровой длиной волны (структура волноводного канала), построен с использованием структуры установки (структура 4А гнезда) в настоящем примере конфигурации. Таким образом, на передачу миллиметровых волн не влияет отражение от корпуса и других элементов, и сигнал с миллиметровой длиной волны, излучаемый из одной антенны 136, может быть ограничен в диэлектрическом канале 9А передачи и может быть передан в другую антенну 236. Таким образом, степень расточительного использования излучаемых электрических волн мала, и, таким образом, мощность передачи может быть установлена низкой, даже в случае использования системы с внешней синхронизацией.
[Третий пример]
На фиг.13С1-13С3 показаны схемы, предназначенные для пояснения третьего примера структуры канала беспроводной передачи данных в соответствии с вариантами выполнения, и, в частности, предназначенные для пояснения примера модификации электронного устройства. Система 1 беспроводной передачи данных включает в себя портативное устройство 201К воспроизведения изображения, как один пример первого электронного устройства, и включает в себя устройство 101К получения изображений, как один пример второго (на стороне основного корпуса) электронного устройства, в котором установлено устройство 201К воспроизведения изображения. В устройстве 101К получения изображений платформа 5К размещения, на которой устанавливают устройство 201К воспроизведения изображения, предусмотрена в части корпуса 190. Вместо платформы 5К размещения может использоваться структура 4А гнезда, в соответствии со вторым примером. Третий пример является таким же, как и структура канала передачи в соответствии со вторым примером в том, что передачу сигналов выполняют на основе беспроводной передачи в полосе миллиметровых длин волн между двумя частями электронного устройства, когда одна часть электронного устройства установлена на другой части электронного устройства. В дальнейшем будет приведено описание с фокусом на отличия от второго примера.
Устройство 101К получения изображений имеет, по существу, прямоугольную сплошную форму (коробка) и не является устройством типа карты. Устройство 101К получения изображений представляет собой, например, устройство, которое получает данные движущегося изображения, такое как устройство цифровой записи/воспроизведения и наземный телевизионный приемник. В устройстве 201К воспроизведения изображения запоминающее устройство, которое сохраняет данные движущегося изображения, передаваемые из устройства 101К получения изображений, и функциональный модуль, который считывает данные движущегося изображения из запоминающего устройства и воспроизводит движущееся изображение на модуле дисплея (например, устройство жидкокристаллического дисплея или устройство дисплея органической EL) предусмотрены как функциональный модуль 205 приложения. В том, что касается структуры, можно рассматривать, что карту 201А памяти заменяют устройством 201К воспроизведения изображения, и электронное устройство 101А заменяют устройством 101К получения изображения.
В корпусе 190 под платформой 5К размещения установлена полупроводниковая микросхема 103, и антенна 136 предусмотрена в определенном положении, аналогично второму примеру структуры канала передачи с миллиметровой длиной волны (фиг.13В1-13В3). В части корпуса 190, расположенной противоположно антенне 136, предусмотрена диэлектрическая волноводная трубка 142, которая имеет диэлектрический канал 9А передачи, состоящий из диэлектрического материала, как ее внутренний канал передачи, и проводник 144, окружающий диэлектрический канал 9А передачи. При этом не обязательно предусматривать диэлектрическую волноводную трубку 142 (диэлектрический канал 9А передачи), но канал 9 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны может быть сформирован из самого диэлектрического материала корпуса 190. Эти моменты являются теми же, что и в описанных выше других конструктивных примерах. Следующая конфигурация может использоваться. Множество антенн 136 помещены рядом друг с другом в одной плоскости. Кроме того, перед передачей действительного сигнала, выбирают сигнал с миллиметровой длиной волны для тестирования, который передают через антенну 236 устройства 201 К воспроизведения изображения, и антенну 136, имеющую наивысшую избирательность при приеме.
В корпусе 290 устройства 201 К воспроизведения изображения, которое установлено на платформе 5К размещения, установлена полупроводниковая микросхема 203, и антенна 236 предусмотрена в определенном положении, аналогично второму примеру структуры канала передачи с миллиметровой длиной волны (фиг.13В1-13В3). В части корпуса 290, расположенной противоположно антенне 236, выполнен канал 9 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны (диэлектрический канал 9А передачи) с использованием диэлектрического материала. Эти моменты являются теми же, как и у структуры канала передачи с миллиметровой длиной волны, описанного выше второго примера.
На основе такой конфигурации совмещение для передачи сигналов с миллиметровой длиной волны устройства 201К воспроизведения изображения может осуществляться, когда устройство 201К воспроизведения изображения установлено (загружено) на платформе 5К размещения. Хотя корпуса 190 и 290 располагаются между антеннами 136 и 236, это не оказывает значительного влияния на передачу миллиметровых волн, поскольку корпуса 190 и 290 состоит из диэлектрического материала.
В структуре канала передачи с миллиметровой длиной волны, в соответствии с третьим примером, используется не концепция структуры установки, а система примыкания к стенке. В частности, антенна 136 и антенна 236 изготовлены так, чтобы они располагались противоположно друг другу, когда устройство 201К воспроизведения изображения расположено таким образом, чтобы оно примыкало к углу 101а платформы 5К размещения. Это позволяет надежно устранить влияние несовмещения положения.
В структуре канала передачи с миллиметровой длиной волны в соответствии с третьим примером используется конфигурация, в которой диэлектрический канал 9А передачи расположен между соединителями 108 и 208 канала передачи (в частности, антеннами 136 и 236), когда устройство 201К воспроизведения изображения установлено в заданном положении на платформе 5К размещения. Эффективность высокоскоростной передачи сигналов может быть улучшена путем ограничения сигнала с миллиметровой длиной волны в диэлектрическом канале 9А передачи. На передачу с миллиметровой длиной волны не влияет отражение от корпуса и других элементов. Кроме того, сигнал с миллиметровой длиной волны, отражаемый от одной антенны 136, может быть ограничен в диэлектрическом канале 9А передачи и может быть передан в другую антенну 236. Таким образом, расточительное использование излучаемых электрических волн мало, и, таким образом, мощность передачи может быть установлена низкой, даже когда используется система с внешней синхронизацией.
<Конфигурация системы: первый пример применения>
На фиг.14 показана схема, предназначенная для пояснения первого примера применения системы 1 беспроводной передачи данных в соответствии с вариантами выполнения. Первый пример применения представляет собой пример, в котором передачу сигналов выполняют в полосе с миллиметровой длиной волн, используя описанную выше систему с внешней синхронизацией между двумя полупроводниковыми микросхемами 103А и 203А, сформированными с использованием процесса CMOS в корпусе одной части электронного устройства или между множеством частей электронного устройства.
Внешняя форма корпуса 190А первого устройства 100А передачи данных и корпуса 290А второго устройства 200А передачи данных не ограничена кубом (сплошной прямоугольник), но может быть представлена как сфера, круглая колонна, полукруглая колонна или эллиптическая колонна. В случае передачи сигналов в одном корпусе, например, можно рассмотреть случай, в котором полупроводниковая микросхема 103А и полупроводниковая микросхема 203А установлены на одной печатной плате. В качестве альтернативы, можно рассмотреть случай, в котором корпус 190А первого устройства 100А передачи данных используется также как корпус 290А второго устройства 200А передачи данных. В случае передачи сигналов между устройствами в состоянии, в котором электронное устройство, включающее в себя второе устройство 200А передачи данных, расположено в электронном устройстве, включающем в себя первое устройство 100А передачи данных, можно учитывать, что корпус 190А первого устройства 100А передачи данных и корпус 290А второго устройства 200А передачи данных находятся в контакте друг с другом в части, представленной пунктирной линией на схеме.
Корпуса 190А и 290А эквивалентны защитному (внешнему) кожуху, например, цифрового устройства записи/воспроизведения, приемника наземного телевидения, камеры, устройства жесткого диска, игрового устройства, компьютера и устройства беспроводной передачи данных.
Например, в системе 1 беспроводной передачи данных, для передачи сигнала, для которого требуется высокая скорость, большой объем передачи, такого как видеосигнал кинофильма или компьютерный сигнал изображения, этот сигнал преобразуют в сигнал передачи Sout_1 в диапазоне с миллиметровой длиной волны, с частотой f1 несущей от 30 ГГц до 300 ГГц, и сигнал Sout_1 передачи передают по каналу 9_1 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны.
Канал 9_1 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны формируют в свободном пространстве внутри корпусов 190А и 290А, как диэлектрический канал передачи, построенный внутри свободного пространства, или как волноводную трубку и/или волноводный канал. Волноводный канал охватывает линию гнезда и/или микрополосковую линию. Канал 9_1 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны может быть любым, если только он позволяет передавать сигнал Sout_1 передачи с миллиметровой длиной волны. Само диэлектрическое вещество, такое как элемент из полимерной смолы, упакованный внутри корпусов 190А и 290А, также служит как канал 9_1 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны.
Поскольку миллиметровые волны могут быть легко блокированы и с трудом происходит их утечка наружу, можно использовать сигнал несущей, имеющий частоту f1 несущей, с низкой стабильностью. Это также приводит к повышению гибкости конструкции канала распространения между полупроводниковыми микросхемами 103А и 203А. Например, путем конструирования структуры уплотнительного элемента (пакета), которая герметизирует полупроводниковые микросхемы 103А и 203А совместно с каналом распространения, используя диэлектрический материал, можно выполнить предпочтительную передачу сигналов с более высокой надежностью по сравнению с передачей сигналов с миллиметровой длиной волны в свободном пространстве.
Например, канал передачи в свободном пространстве может быть сформирован между антеннами 136А и 236А, используя свободное пространство как среду внутри корпусов 190А и 290А. В качестве альтернативы, все пространство внутри корпусов 190А и 290А может быть заполнено диэлектрическим материалом, таким как полимерный элемент. В этих случаях предпочтительно, чтобы корпуса 190А и 290А, например, представляли собой экранирующий кожух, шесть внешних поверхностей которого окружены металлической пластиной, или кожух, полученный в результате покрытия, нанесенного внутри такого экранирующего кожуха из элемента полимерной смолы, для предотвращения утечки наружу сигнала Sout_1 передачи в полосе миллиметровых волн. В качестве альтернативы, корпуса 190А и 290А могут представлять собой кожух, внешние шесть поверхностей которого окружены элементом из полимерной смолы, или кожух, полученный в результате экранирования внутри такого кожуха металлическим элементом. Во всяком случае, существует тенденция, что амплитуду передачи устанавливают большей, когда используют систему внешней синхронизации, чем в случае, когда ее не используют. Таким образом, предпочтительно использовать технологию экранирования, учитывая этот момент.
Предпочтительно использовать свободное пространство как окружающую среду внутри корпусов 190А и 290А и предоставлять диэлектрический канал передачи, канал в виде полого волновода, структуру волноводной трубки или тому подобное между антеннами 136А и 236А, чтобы, таким образом, сформировать структуру ограничения миллиметровых волн (структуру волноводного канала), по которой передают сигнал с миллиметровой длиной волны при ограничении его в канале передачи. Если используется структура ограничения миллиметровых волн, сигнал в полосе миллиметровых волн может быть надежно передан между антеннами 136А и 236А, так, что на него не влияет отражение корпусов 190А и 290А. Кроме того, сигнал с миллиметровой длиной волны (сигнал Sout_1 передачи), излучаемый из антенны 136А, может быть ограничен в канале 9_1 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны и может быть передан в антенну 236А. Таким образом, можно уменьшить (устранить) степень не расточительности при передаче, и, поэтому, можно уменьшить мощность передачи. Даже когда используется система с внешней синхронизацией, мощность передачи может быть установлена исключительно низкой, и, таким образом, взаимные помехи из-за электромагнитной индукции (EMI) не будут переданы наружу. Это позволяет исключить необходимость предоставления структуры металлического экрана для корпусов 190А и 290А.
Полупроводниковая микросхема 103А включает в себя функциональный модуль 8300 модуляции (частотный смеситель 8302 и гетеродин 8304 на стороне передачи) и усилитель 8117. Усилитель 8117 соединен с антенной 136А, используемой в качестве части соединителя 108 канала передачи. Полупроводниковая микросхема 103А преобразует (модулирует) сигнал SIN_1 - субъект передачи, в сигнал с миллиметровой длиной волны и излучает сигнал Sout_1 передачи через антенну 136А.
Полупроводниковая микросхема 203А включает в себя усилитель 8224, функциональный модуль 8400 демодуляции (смеситель 8402 частоты и гетеродин 8404 на стороне приема), и фильтр 8412 низкой частоты. Усилитель 8224 соединен с антенной 236А, используемой как часть соединителя 208 канала передачи. Полупроводниковая микросхема 203А восстанавливает (демодулирует) сигнал SOUT_1 - субъект передачи (соответствующий SIN_1) из принятого сигнала Sin_1 (соответствующего Sout_1) принятому антенной 236А. Таким образом, полупроводниковые микросхемы 103А и 203А выполняют передачу сигналов в полосе с миллиметровой длиной волн через канал 9_1 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны между антеннами 136А и 236А.
В качестве антенн 136А и 236А для миллиметровых волн могут быть сформированы ультрамалые элементы антенны в полупроводниковых микросхемах 103А и 203А, поскольку длина волны миллиметровых волн короткая. Поскольку размер антенн 136А и 236А может быть уменьшен, обеспечивается значительная гибкость также для способа излучения сигнала Sout_1 передачи через антенну 136А и способа извлечения принимаемого сигнала Sin_1 из антенны 236А.
Как для полупроводниковой микросхемы 103А на стороне передачи, так и для полупроводниковой микросхемы 203А на стороне приема, весь гетеродин 8304 на стороне передачи и гетеродин 8404 на стороне приема, включающие в себя схему резонансного контура, формируют в одной микросхеме, как описано выше, без использования внешней схемы резонансного контура, как в системе предшествующего уровня техники. Например, полупроводниковая микросхема 103А на стороне передачи модулирует сигнал несущей с несущей частотой f1, генерируемой гетеродином 8304 на стороне передачи, используя систему ASK на основе сигнала SIN_1 - субъекта передачи, для выполнения, таким образом, преобразования частоты в сигнал Sout_1 передачи с миллиметровой длиной волны.
Например, полупроводниковая микросхема 203А на стороне приема использует сигнал с миллиметровой длиной волны (сигнал Sout_1 передачи = принятый сигнал Sin_1), переданный из полупроводниковой микросхемы 103А на стороне передачи, в качестве сигнала синхронизации, для гетеродина 8404 на стороне приема, и гетеродин 8404 на стороне приема получает воспроизводимый сигнал несущей на основе этого сигнала внешней синхронизации. Смеситель 8402 частоты демодулирует принимаемый сигнал Sin_1, используя воспроизводимый сигнал несущей. Демодулированный сигнал пропускают через фильтр 8412 низкой частоты, и, таким образом, восстанавливают сигнал SOUT_1 - субъект передачи, соответствующий сигналу SIN_1 - субъекту передачи.
Положения размещения полупроводниковой микросхемы 103А в корпусе 190А и полупроводниковой микросхемы 203А в корпусе 290А установлены (типично, фиксированы), и, поэтому, взаимосвязь положений между обеими полупроводниковыми микросхемами и условия окружающей среды (например, условия отражения) для канала передачи между обеими полупроводниковыми микросхемами могут быть установлены заранее. Таким образом, конструкция канала распространения между стороной передачи и стороной приема является простой. Кроме того, если структура уплотнения, предназначенная для уплотнения стороны передачи и стороны приема, разработана совместно с каналом распространения, используя диэлектрический материл, может быть выполнена предпочтительная передача данных, имеющая более высокую надежность по сравнению с передачей данных в свободном пространстве.
Среда канала распространения меняется не часто, и управление для обеспечения достижения внешней синхронизации, используя описанные выше контроллеры 8346 и 8446, также не требуется часто выполнять динамически и адаптивно в отличие от общей беспроводной передачи данных. Таким образом, количество служебных сигналов, связанных с управлением, может быть уменьшено по сравнению с общей беспроводной передачей данных. Это способствует реализации системы 1 беспроводной передачи данных, которая выполняет высокоскоростную передачу сигналов с большим объемом, и имеет при этом малый размер и малое потребление энергии.
Если среда беспроводной передачи данных будет калибрована во время изготовления или конструирования, и индивидуальные вариации и т.д. будут определены, контроллеры 8346 и 8446 могут выполнять установки различного вида со ссылкой на данные отдельных вариаций таким образом, чтобы можно было достичь внешней синхронизации. Многократно выполняемое определение состояния внешней синхронизации, и изменения различного вида значений установки в соответствии с этим определением является ненужным, и различного вида установки, обеспечивающие возможность достижения внешней синхронизации, легко выполняются.
<Конфигурация системы: второй пример применения>
На фиг.15 представлена схема, предназначенная для пояснения второго примера применения системы 1 беспроводной передачи данных в соответствии с вариантами выполнения. Второй пример применения представляет собой пример, в котором передачу сигналов выполняют в полосе миллиметровых волн, используя описанную выше систему внешней синхронизации между тремя полупроводниковыми микросхемами 103В и 203В_1, и 203В_2, сформированными с использованием процесса CMOS в корпусе одной части электронного устройства или между множеством частей электронного устройства. Отличие второго примера применения от первого примера применения состоит в том, что выполняют передачу сигналов из одного в два устройства. Как правило, отличие состоит в том, что выполняют широковещательную (многоадресную) передачу данных из одной полупроводниковой микросхемы 103В на стороне передачи в две полупроводниковые микросхемы 203В_1 и 203В_2 на стороне приема. Хотя количество полупроводниковых микросхем на стороне приема равно двум на схеме, количество полупроводниковых микросхем на стороне приема может быть равно трем или больше. Несущая частота f2, используемая в полосе миллиметровых волн, составляет от 30 ГГц до 300 ГГц. Отличия от первого примера применения будут описаны ниже.
В случае передачи сигналов в одном корпусе можно рассматривать, что полупроводниковый микросхема 103В и полупроводниковые микросхемы 203В_1 и 203В_2 установлены, например, на одной печатной плате. В качестве альтернативы, можно учесть, что корпус 190В первого устройства 100В передачи данных используется также как корпуса 290В_1 и 290В_2 вторых устройств 200В_1 и 200В_2 передачи данных. В случае передачи сигналов между устройствами, в состоянии, в котором электронное устройство, включающее в себя два вторых устройства 200В_1 и 200В_2 передачи данных, размещено на электронном устройстве, включающем в себя первое устройство 100В передачи данных, можно рассмотреть случай, в котором корпус 190В первого устройства 100В передачи данных и корпуса 290В_1 и 290В_2 вторых устройств 200В_1 и 200В_2 передачи данных находятся в контакте друг с другом в части, обозначенной пунктирной линией на схеме. Например, полупроводниковая микросхема 103В на стороне передачи модулирует сигнал несущей с частотой f2 несущей, генерируемой гетеродином 8304 на стороне передачи, используя систему ASK, на основе сигнала SIN_2 - субъекта передачи, для того, чтобы, таким образом, выполнять преобразование частоты в сигнал Sout_2 передачи с миллиметровой длиной волны. Сигнал Sout_2 передачи подают в канал 9_2 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны через антенну 136В, и он достигает двух антенн 236В_1 и 236В_2 на стороне приема. Например, полупроводниковые микросхемы 203В_1 и 203В_2 на стороне приема используют сигнал с миллиметровой длиной волны (сигнал Sout_2 передачи = принятый сигнал Sin_2), переданный из полупроводниковой микросхемы 103В на стороне передачи, как сигнал внешней синхронизации, для гетеродина 8404 на стороне приема, и гетеродин 8404 на стороне приема получает воспроизводимый сигнал несущей на основе этого сигнала внешней синхронизации. Смеситель 8402 частоты демодулирует применяемый сигнал Sin_2, используя воспроизводимый сигнал несущей. Демодулированный сигнал пропускают через фильтр 8412 низкой частоты, и, таким образом, восстанавливают сигнал SOUT_2 - субъект передачи, соответствующий сигналу SIN_2 - субъекту передачи.
Таким образом, во втором примере применения, реализуют широковещательную передачу данных между полупроводниковой микросхемой 103В на стороне передачи и полупроводниковыми микросхемами 203В_1 и 203В_2 на стороне приема по каналу 9_2 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны, который используется как канал передачи от одного устройства в два устройства.
<Конфигурация системы: третий пример применения>
На фиг.16А-16С показаны схемы, предназначенные для пояснения третьего примера применения системы 1 беспроводной передачи данных в соответствии с вариантами выполнения. Третий пример применения относится к конфигурации, в которой N (N представляет собой положительное целое число, равное или больше 2) модулей передачи расположены на стороне передачи, и М (М представляет собой положительное целое число, равное или больше 2) модулей приема расположены на стороне приема, и наборы из модулей передачи и модулей приема выполняют передачу, используя соответствующие разные несущие частоты. Таким образом, выполняют передачу с мультиплексированием с разделением каналов, для передачи сигналов, отличающихся друг от друга, используя множество несущих частот. Следующее описание направлено на двухканальную передачу данных, в которой несущие частоты f1 и f2 используются для простоты описания.
Третий пример применения (конфигурации 1-1 и 1-2), показанный на фиг.16А и 16В, представляют собой пример, в котором все стороны передачи и стороны приема используют соответствующие разные антенны, и система 1 беспроводной передачи данных построена путем комбинирования конфигураций описанного выше первого примера применения и второго примера применения. Эти конфигурации имеют форму, в которой каждая из полупроводниковых микросхем может рассматриваться как полупроводниковая микросхема, расположенная либо на стороне передачи, или на стороне приема, и при этом, в принципе, отсутствуют ограничения по месту размещения каждой из полупроводниковых микросхем. В отличие от этого, в третьем примере применения (конфигурация 2), показанном на фиг.16С, как на стороне передачи, так и на стороне приема используется общая антенна.
В третьем примере применения (конфигурации 1-1 и 1-2), несущая частота f1, которую используют в части, применяющей конфигурацию в соответствии с первым примером применения, находится в полосе миллиметровых волн от 30 ГГц до 300 ГГц, и несущая частота f2, используемая в части, в которой применяется конфигурация в соответствии со вторым примером применения, также находится в полосе миллиметровых волн от 30 ГГц до 300 ГГц. Однако несущие частоты f1 и f2 находятся далеко друг от друга в такой степени, что соответствующие модулированные сигналы не создают взаимные помехи друг с другом. Различия между первым и вторым примерами применения будут описаны ниже.
В случае передачи сигналов в одном корпусе можно предусмотреть вариант, когда полупроводниковые микросхемы 103А и 103В и полупроводниковые микросхемы 203А, 203В_1 и 203В_2 установлены, например, на одной печатной плате.
В случае передачи сигналов внутри устройства можно рассмотреть вариант, в котором, так же как и в третьем примере применения (конфигурация 1-1), показанном на фиг.16А, электронное устройство, включающее в себя второе устройство 200С передачи данных, в котором установлены полупроводниковые микросхемы 203А, 203В_1 и 203В_2, размещено в электронном устройстве, которое включает в себя первое 100С устройство передачи данных, в котором установлены полупроводниковые микросхемы 103А и 103В, и корпус 190С первого устройства 100С передачи данных и корпус 290С второго устройства 200С передачи данных находятся в контакте друг с другом, например, в части, отмеченной на схеме пунктирной линией.
Кроме того, можно предусмотреть случай, в котором, так же как и в третьем примере применения (конфигурация 1-2), показанном на фиг.16В, электронное устройство, включающее в себя второе устройство 200С передачи данных, в котором установлены полупроводниковые микросхемы 103В и 203А, размещено в электронном устройстве, включающем в себя первое устройство 100С передачи данных, в котором установлены полупроводниковые микросхемы 103А, 203В_1 и 203В_2, и корпус 190С первого устройства 100С передачи данных и корпус 290С второго устройства 200С передачи данных находятся в контакте друг с другом, в части, отмеченной на схеме пунктирной линией. Такой же принцип можно также применять к третьему примеру применения (конфигурация 2), хотя его описание здесь конкретно не приведено.
В третьем примере применения (конфигурации 1-1 и 1-2) антенны между сторонами передачи и приема соединены одним каналом 9_3 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны. Что касается функции, первый канал передачи данных сформирован каналом 9_1 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны, в части, в которой используется конфигурация в соответствии с первым примером применения, и второй канал передачи данных сформирован с каналом 9_2 передачи сигнала с миллиметровой длины волны, в части, в которой используется конфигурация в соответствии со вторым примером применения. Таким образом, в одном канале 9_3 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны, например, электрические волны с несущей частотой f1 в канале передачи 9_1 сигнала с миллиметровой длиной волны могут быть переданы в канал 9_2 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны, и электрические волны с несущей частотой f2 в канале 9_2 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны могут быть переданы в канал 9_1 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны.
В части, в которой используется конфигурация первого примера применения, передачу сигналов с полосе миллиметровых волн выполняют, используя несущую частоту f1 между полупроводниковыми микросхемами 103А и 203А через канал 9_1 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны. В части, в которой используется конфигурация в соответствии со вторым примером применения, выполняют широковещательную передачу данных в полосе миллиметровых волн, используя несущую частоту f2 (≠f1) между полупроводниковой микросхемой 103В и полупроводниковыми микросхемами 203В_1 и 203В_2 через канал 9_2 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны. Таким образом, в третьем примере применения присутствуют системы передачи из одного устройства в одно устройство и из одного устройства в два устройства, в смешанном виде. В этом случае каждую передачу сигналов реализуют без влияния взаимных помех, благодаря установке разных несущих частот f1 и f2 для каждого из каналов передачи данных.
Например, предположим, что, как показано пунктирной линией на фиг.16А, сигнал Sout_1 передачи с несущей частотой f1 также поступает в полупроводниковую микросхему 203В_1, когда полупроводниковая микросхема 203В_1 принимает сигнал Sout_2 передачи (= принятому сигналу Sin_2) с несущей частотой f2, и синхронизированный с несущей частотой f2. В этом случае полупроводниковая микросхема 203В_1 не синхронизирована с несущей частотой f1. Таким образом, компонент сигнала SIN_1 - субъекта передачи никогда не будет восстановлен, даже если сигнал Sout_1 передачи с несущей частотой f1 будет обработан с демодуляцией в полупроводниковой микросхеме 203В_1 путем выполнения синхронного детектирования, используя воспроизводимый сигнал несущей и пропуская полученный в результате сигнал через фильтр 8412 низкой частоты. Таким образом, на полупроводниковую микросхему 203В_1 не влияют взаимные помехи компонента несущей частоты f1, даже если полупроводниковая микросхема 203В_1 принимает модулированный сигнал на несущей частоте f1, когда она синхронизирована с несущей частотой f2.
Кроме того, предположим, что, как показано пунктирной линией на фиг.16А, сигнал Sout_2 передачи с несущей частотой t2 также поступает в полупроводниковую микросхему 203А, когда полупроводниковая микросхема 203А принимает сигнал Sout_1 передачи (= принимаемому сигналу Sin_1) с несущей частотой f1, и синхронизированный с несущей частотой f1. В этом случае полупроводниковая микросхема 203А не синхронизирована с несущей частотой f2. Таким образом, компонент сигнала SIN_2 - субъекта передачи никогда не будет восстановлен, даже если сигнал Sout_2 передачи с несущей частотой f2 будет обработан и демодулирован в полупроводниковой микросхеме 203А, используя синхронное детектирование, используя воспроизводимый сигнал несущей и пропуская полученный в результате сигнал через фильтр 8412 низкой частоты. Таким образом, на полупроводниковую микросхему 203А не влияют взаимные помехи компонента с несущей частотой f2, даже если полупроводниковая микросхема 203А принимает модулированный сигнал с несущей частотой f2, когда она синхронизирована с несущей частотой f1.
В третьем примере применения (конфигурация 2) N модулей 110 генерирования сигнала на стороне передачи установлены в одной полупроводниковой микросхеме 103 (сторона передачи) и М модулей 220 генерирования сигнала на стороне приема установлены в другой полупроводниковой микросхеме 203 (сторона приема). Такая конфигурация имеет форму, в которой одновременная передача сигналов в одном направлении из соответствующих модулей 110 генерирования сигнала на стороне передачи в соответствующие модули 220 генерирования сигнала на стороне приема обеспечивается благодаря использованию мультиплексирования с разделением частоты. Каждый из модулей передачи и модулей приема использует описанную выше систему синхронизации.
Например, первый и второй модули 110_1 и 110_2 генерирования сигнала на стороне передачи расположены в первом устройстве 100С передачи данных, и первый, второй и третий модули 220_1, 220_2 и 220_3 генерирования сигнала на стороне приема расположены во втором устройстве 200С передачи данных. Первая несущая частота fl используется набором из первого модуля 110_1 генерирования сигнала на стороне передачи и первого модуля 220_1 генерирования сигнала на стороне приема, и вторая несущая частота f2 (≠f1) используется набором из второго модуля 110_2 генерирования сигнала на стороне передачи и второго и третьего модулей 220_2 и 220_3 генерирования сигнала на стороне приема.
Сигналы с миллиметровой длиной волны с несущими частотами f1 и f2, генерируемые соответствующими модулями 110_1 и 110_2 генерирования сигнала на стороне передачи, сводят вместе в сигнал, передаваемый по одному каналу, используя объединитель, как один пример процессора 113 мультиплексирования. Этот сигнал передают по каналу 9 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны через антенну 136 соединителя 108 канала передачи. Антенна 236 на стороне приема принимают сигнал с миллиметровой длиной волны, передаваемый по каналу 9 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны, и принятый сигнал разделяют на сигналы по трем каналам, используя разделитель, как один пример процессора 228 демультиплексирования. Эти сигналы подают в соответствующие модули 220_1, 220_2 и 220_3 генерирования сигнала на стороне приема.
Модуль 220_1 генерирования сигнала на стороне приема генерирует воспроизводимый сигнал несущей, синхронизированный с сигналом несущей на несущей частоте f1, используемой для модуляции модуля 110_1 генерирования сигнала на стороне передачи, и демодулирует принимаемый сигнал с миллиметровой длиной волны на несущей частоте f1. Модули 220_2 и 220_3 генерирования сигнала на стороне приема генерируют воспроизводимый сигнал несущей, синхронизированный с сигналом несущей на несущей частоте f2, используемой для модуляции модулем 110_2 генерирования сигнала на стороне передачи, и демодулируют принимаемый сигнал с миллиметровой длиной волны, с несущей частотой f2.
В третьем примере применения (конфигурация 2), с помощью такого механизма, может быть реализована передача с мультиплексированием, с частотным разделением, для передачи сигналов, отличающихся друг от друга, в одном направлении, используя две несущие частоты f1 и f2, без возникновения проблем, связанных с взаимными помехами, аналогично третьему примеру применения (конфигурации 1-1 и 1-2).
<Конфигурация системы: четвертый пример применения>
На фиг.17А и 17В показаны схемы, предназначенные для пояснения четвертого примера применения системы 1 беспроводной передачи данных в соответствии с вариантами выполнения. Четвертый пример применения относится к конфигурации, в которой модули связи и такое же количество модулей приема, что и количество модулей передачи, расположены в одной паре полупроводниковых микросхем для двунаправленной передачи данных, и наборы из модуля передачи и модуля приема используют соответствующие разные несущие частоты, для того, чтобы, таким образом, выполнять полную дуплексную двунаправленную передачу данных. Следующее описание относится к двухканальной передаче, в которой несущую частоту f1 используют для передачи данных в одном направлении, и несущую частоту f2 используют для передачи данных в противоположном направлении относительно этого направления, для простоты описания. Несущая частота f1 находится в полосе миллиметровых волн от 30 ГГц до 300 ГГц, и несущая частота f2 находится также в полосе миллиметровых волн от 30 ГГц до 300 ГГц. Однако несущие частоты f1 и f2 настолько далеко разнесены друг от друга, что соответствующие модулированные сигналы не создают взаимные помехи друг другу.
В четвертом примере применения (конфигурация 1), показанном на фиг.17А, все стороны передачи и стороны приема используют соответствующие разные антенны. В отличие от этого в четвертом примере применения (конфигурация 2), показанном на фиг.17В, каждая из полупроводниковых микросхем для двунаправленной передачи данных использует общую антенну.
В случае передачи сигналов в одном корпусе можно рассмотреть вариант, в котором полупроводниковые микросхемы 103D и 203D установлены, например, на одной и той же печатной плате. В случае передачи сигналов между устройствами можно рассмотреть вариант, в котором, как показано на фиг.17А, электронное устройство, включающее в себя второе устройство 200D передачи данных, в котором установлена полупроводниковая микросхема 203D, в электронном устройстве, включающем в себя первое устройство 100D передачи данных, в котором установлена полупроводниковая микросхема 103D, и корпус 190D первого устройства 100D передачи данных и корпус 290D второго устройства 200D передачи данных находятся в контакте друг с другом, как показано, например, в части, обозначенной пунктирной линией на схеме. Тот же подход можно применять также к четвертому примеру применения (конфигурация 2), хотя его описание здесь не приведено конкретно.
В четвертом примере применения (конфигурация 1), антенны между сторонами передачи и приема по двум каналам соединены с использованием одного канала 9_4 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны. Что касается функции, первый канал передачи данных сформирован каналом 9_1 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны и второй канал передачи данных, предназначенный для передачи в противоположном направлении относительно направления передачи данных первого канала передачи данных, сформирован каналом 9_2 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны. Таким образом один канал 9_4 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны, например, электрические волны с несущей частотой f1 в канале 9_1 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны могут быть переданы в канал 9_2 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны, и электрические волны с несущей частотой f2 в канале 9_2 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны могут быть переданы в канал 9_1 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны.
Например, модуль 110 генерирования сигнала на стороне передачи и модуль 120 генерирования сигнала на стороне приема, предусмотрены в полупроводниковой микросхеме 103D первого устройства 100D передачи данных, и модуль 210 генерирования сигнала на стороне передачи и модуль 220 генерирования сигнала на стороне приема предусмотрены в полупроводниковой микросхеме 203D второго устройства 200D передачи данных.
Модуль 110 генерирования сигнала на стороне передачи включает в себя функциональный модуль 8300 модуляции (смеситель 8302 частоты и гетеродин 8304 на стороне передачи) и усилитель 8117. Усилитель 8117 соединен с антенной 136_1, используемой как часть соединителя 108 канала передачи. Полупроводниковая микросхема 103D (модуль 110 генерирования сигнала на стороне передачи) преобразует (модулирует) сигнал SIN_1 - субъект передачи в сигнал с миллиметровой длиной волны и излучает сигнал Sout_1 передачи из антенны 136_1.
Модуль 220 генерирования сигнала на стороне приема включает в себя усилитель 8224, функциональный модуль 8400 демодуляции (частотный смеситель 8402 и гетеродин 8404 на стороне приема), и фильтр 8412 никой частоты. Усилитель 8224 соединен с антенной 236_2, используемой как часть соединителя 208 канала передачи. Полупроводниковая микросхема 203D (модуль 220 генерирования сигнала на стороне приема) восстанавливает (демодулирует) сигнал SOUT_1 - субъект передачи, (соответствует SIN_1) из принятого сигнала Sin_1 (соответствует Sout_1), принятому антенной 236_2. Таким образом, полупроводниковые микросхемы 103D и 203D выполняют передачу сигналов в полосе миллиметровых волн через канал 9_4 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны (здесь канал 9_1 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны) между антеннами 136_1 и 236_2.
Модуль 210 генерирования сигнала на стороне передачи включает в себя функциональный модуль 8300 модуляции (смеситель 8302 частоты и гетеродин 8304 на стороне передачи) и усилитель 8117. Усилитель 8117 соединен с антенной 136_2, используемой как часть соединителя 108 канала передачи. Полупроводниковая микросхема 203D (модуль 210 генерирования сигнала на стороне передачи) преобразует (модулирует) сигнал SIN_2 - субъект передачи в сигнал с миллиметровой длиной волны и излучает сигнал Sout_2 передачи через антенну 136_2.
Модуль 120 генерирования сигнала на стороне приема включает в себя усилитель 8224, функциональный модуль 8400 демодуляции (смеситель 8402 частоты и гетеродин 8404 на стороне приема), и фильтр 8412 низкой частоты. Усилители 8224 соединен с антенной 236_1, используемой как часть соединителя 208 канала передачи. Полупроводниковая микросхема 103D (модуль 120 генерирования сигнала на стороне приема) восстанавливает (демодулирует) сигнал SOUT_2 - субъект передачи, (соответствует SIN_2) из принятого сигнала Sin_2 (соответствует Sout_2), принятому антенной 236_1. Таким образом, полупроводниковые микросхемы 103D и 203D выполняют передачу сигналов в полосе миллиметровых волн через канал 9_4 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны (здесь канал 9_2 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны) между антеннами 136_2 и 236_1.
Для обеспечения полной дуплексной двунаправленной передачи данных разные частоты для каждого из наборов модуля передачи и модуля приема, для передачи сигналов, выделяют как несущие частоты. Например, первую несущую частоту f1 используют в наборе из модуля 110 генерирования сигнала на стороне передачи и модуля 220 генерирования сигнала на стороне приема, и вторую несущую частоту f2 (≠f1) используют в наборе из модуля 210 генерирования сигнала на стороне передачи и модуля 120 генерирования сигнала на стороне приема. При установке разных несущих частот f1 и f2 для каждого из каналов передачи данных реализуется полная дуплексная двунаправленная передача данных, без влияния взаимных помех.
Например, предположим, что сигнал Sout_1 передачи с несущей частотой f1 также попадает в модуль 120 генерирования сигнала на стороне приема в полупроводниковой микросхеме 103D из модуля 110 генерирования сигнала на стороне передачи, когда модуль 120 генерирования сигнала на стороне приема принимает сигнал Sout_2 передачи (= принимаемому сигналу Sin_2) с несущей частотой f2 и синхронизирован с несущей частотой f2. В таком случае модуль 120 генерирования сигнала на стороне приема не будет синхронизирован с несущей частотой f1. Таким образом, компонент из сигнала SIN_1 - субъекта передачи никогда не будет восстановлен, даже если сигнал Sout_1 передачи с несущей частотой f1 будет обработан и демодулирован в модуле 120 генерирования сигнала на стороне приема путем выполнения синхронного детектирования, используя воспроизводимый сигнал несущей и пропуская полученный в результате сигнал через фильтр 8412 низкой частоты. Таким образом, на модуль 120 генерирования сигнала на стороне приема не влияют взаимные помехи компонента с несущей частотой f1, даже если модуль 120 генерирования сигнала на стороне приема принимает модулированный сигнал с несущей частотой f1, когда он синхронизирован с несущей частотой f2.
Кроме того, предположим, что сигнал Sout_2 передачи с несущей частотой f2 также поступает в модуль 220 генерирования сигнала на стороне приема из модуля 210 генерирования сигнала на стороне передачи, когда модуль 220 генерирования сигнала на стороне приема принимает сигнал Sout_1 передачи (= принятый сигнал Sin_1) с несущей частотой f1 и синхронизирован с несущей частотой f1. В этом случае модуль 220 генерирования сигнала на стороне приема не будет синхронизирован с несущей частотой f2. Таким образом, компонент сигнала SIN_2 - субъекта передачи никогда не будет восстановлен, даже если сигнал Sout_2 передачи с несущей частотой f2 будет обработан и демодулирован в модуле 220 генерирования сигнала на стороне приема путем выполнения синхронного детектирования путем использования воспроизводимого сигнала несущей и пропуская полученный в результате сигнал через фильтр 8412 низкой частоты. Таким образом, на модуль 220 генерирования сигнала на стороне приема не будут влиять взаимные помехи компонента несущей частоты f2, даже если модуль 220 генерирования сигнала на стороне приема принимает модулированный сигнал с несущей частотой f2, когда он синхронизирован с несущей частотой f1.
Также в четвертом примере применения (конфигурация 2), один модуль передачи и один модуль приема расположены в каждой из полупроводниковых микросхем для двунаправленной передачи данных. Каждый из модулей передачи и модулей приема использует описанную выше систему внешней синхронизации. Например, модуль 110 генерирования сигнала на стороне передачи и модуль 120 генерирования сигнала на стороне приема предусмотрены в полупроводниковой микросхеме 103D первого устройства 100D передачи данных, и модуль 210 генерирования сигнала на стороне передачи и модуль 220 генерирования сигнала на стороне приема предусмотрены в полупроводниковой микросхеме 203D второго устройства 200D передачи данных.
Для обеспечения полной дуплексной двунаправленной передачи данных разные частоты, для каждого из наборов модуля передачи и модуля приема для передачи сигналов, выделены как несущие частоты. Например, первую несущую частоту f1 используют в наборе из модуля 110 генерирования сигнала на стороне передачи и модуля 220 генерирования сигнала на стороне приема, и вторую несущую частоту f2 (≠f1) используют в наборе из модуля 210 генерирования сигнала на стороне передачи и модуля 120 генерирования сигнала на стороне приема.
Сигнал с миллиметровой длиной волны, с несущей частотой f1, генерируемый модулем 110 генерирования сигнала на стороне передачи в полупроводниковой микросхеме 103D передают в антенну 136 через циркулятор, в качестве одного примера части переключения антенны соединителя 108 канала передачи данных, и передают в канал 9_4 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны. Полупроводниковая микросхема 203D принимает сигнал с миллиметровой длиной волны, переданный через канал 9_4 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны через антенну 236, и подает сигнал с миллиметровой длиной волны в модуль 220 генерирования сигнала на стороне приема через циркулятор, в качестве одного примера части переключения антенны соединителя 208 канала передачи. Модуль 220 генерирования сигнала на стороне приема генерирует воспроизводимый сигнал несущей, синхронизированный с несущей частотой f1, используемый для модуляции модулем 110 генерирования сигнала на стороне передачи, и демодулирует принятый сигнал с миллиметровой длиной волны.
И, наоборот, сигнал с миллиметровой длиной волны с несущей частотой f2, генерируемый модулем 210 генерирования сигнала на стороне передачи в полупроводниковой микросхеме 203D, передают в антенну 236 через циркулятор, как один пример части переключения антенны соединителя 208 канала передачи, и передают в канал 9_4 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны. Полупроводниковая микросхема 103D принимает сигнал с миллиметровой длиной волны, переданный через канал 9_4 передачи сигнала с миллиметровой длиной волны, антенной 136, и подает этот сигнал с миллиметровой длиной волны в модуль 120 генерирования сигнала на стороне приема через циркулятор, как один пример части переключения антенны соединителя 108 канала передачи данных. Модуль 120 генерирования сигнала на стороне приема генерирует воспроизводимый сигнал несущей, синхронизированный с несущей частотой f2, используемый для модуляции, модулем 210 генерирования сигнала на стороне передачи, и демодулирует принятый сигнал с миллиметровой длиной волны.
В четвертом примере применения (конфигурация 2), используя такой механизм, может быть реализована полная дуплексная двунаправленная передача данных, предназначенная для передачи сигналов, отличающихся друг от друга, в направлениях, противоположных друг другу, без возникновения проблемы с взаимными помехами, в результате использования мультиплексирования с частотным разделением, с использованием двух несущих частот f1 и f2, аналогично четвертому примеру применения (конфигурация 1).
Настоящая заявка содержит субъект изобретения, относящийся к тому, что раскрыто в приоритетных заявках на японские патенты JP 2009-200118, JP 2009-199403 и JP 2009-199404, каждая из которых подана в японское патентное ведомство 31 августа 2009 г., полное содержание которых приведено здесь в качестве ссылочного материала.
Хотя предпочтительные варианты воплощения настоящего изобретения были описаны с использованием специфичных терминов, такое описание предназначено только для иллюстрации, и следует понимать, что изменения и варианты могут быть выполнены, без выхода за пределы сущности или объема следующей формулы изобретения.