專利名稱：用于電短天線的rf發(fā)射器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于經(jīng)電短天線發(fā)射電磁信號的射頻(RF)發(fā)射器。
本發(fā)明例如可用在涉及便攜式裝置和/或電池運行的裝置的無線通信中，如聽力 裝置和輔助裝置之間的無線通信。聽力裝置例如可以是用于補償聽力受損人員的聽覺能力 損失的助聽器或用于提高正常聽力人員的聽覺能力的聽音裝置。
背景技術：
用于發(fā)射電磁信號的RF天線優(yōu)選設計成具有所發(fā)射信號波長的至少四分之一的 大小，因為這通常得到高天線效率、寬帶寬和實質(zhì)上真實的輸入阻抗。然而，許多裝置并沒 有足夠大以滿足該條件的天線空間。對于具有頻率如IOOMHz的RF信號，波長的四分之一 等于O. 75m。因而，常常使用遠小于波長的四分之一的天線。這樣的天線通常稱為“電短” 或“電小”天線。
電短天線固有地展現(xiàn)低輻射電阻和低效率。它們的效率可通過降低天線中的電阻 損耗而得以增加，然而，這將增大天線的質(zhì)量因子(Q)進而使得帶寬減小。在為50的典型Q 時，天線的3-dB帶寬為中心頻率的2%。
美國專利4，339，827公開了用于對相當小的環(huán)路天線進行調(diào)諧以例如在電視機 中接收VHF (非常高頻率)電視信號的調(diào)諧電路。該調(diào)諧電路包括與天線形成諧振電路并 響應于控制電壓的可變電容。另外的阻抗可借助于電子開關耦合到諧振電路。調(diào)諧電路使 天線通帶能電子調(diào)諧到VHF頻帶內(nèi)的所選電視頻道。
類似地，美國專利4，343，001公開了數(shù)字調(diào)諧的電小天線，其中可切換到多個不 同值的調(diào)諧元件連接到天線的一端子。處理器監(jiān)視連接到天線的第二端子的鑒相器的輸 出、指令調(diào)諧元件切換直到天線調(diào)諧為止、及保存所達到的值以用于將來參考。在使用一段 時間之后，處理器已學習到在不同頻率之間快速切換天線從而以對應頻率發(fā)射和/或接收信號。
在上面提及的文獻中公開的接收器和發(fā)射器中，及在許多其它已知的、具有電短 天線的RF裝置中，可用頻道帶寬受限于調(diào)諧天線的通帶寬度，因為所接收和所發(fā)射的、具 有超出通帶的頻率的信號將被諧振電路衰減并嚴重相位失真。
美國專利5，402，133公開了具有輻射單元的合成器輻射系統(tǒng)，其具有相對于所輻 射的頻帶的波長小的尺寸。能量損耗通過在輻射單元和電抗性存儲單元之間來回循環(huán)儲存 的能量而得以減少。寬帶運行通過積極控制固態(tài)切換裝置而實現(xiàn)，固態(tài)切換裝置在載波信 號的單周期內(nèi)修改輻射單元和存儲單元之間的能量傳遞。合成器輻射系統(tǒng)使能發(fā)射帶寬超 過窄帶調(diào)諧的電短天線的信號，然而具有比類似寬帶調(diào)諧的天線好的效率。
所公開的合成器輻射系統(tǒng)包括相當復雜的由于控制切換裝置的電路。此外，切換 以相當高的頻率進行，這導致控制切換的電子電路中的功耗相當高。因此，所公開的系統(tǒng)不 太適合低功率發(fā)射器，在其中控制電路的前述損耗很容易超出實際發(fā)射功率。
美國專利7，239，713公開了一種聽力裝置，具有用于將信息以窄帶長波無線方式傳給另一聽力裝置的無線電裝置。放大器連接到包括線圈和電容器的并聯(lián)電路的天線電 路。來自天線電路的反饋使放大器和天線電路能運行為具有特定諧振頻率和高Q如高于10 的振蕩器。另一電容器可借助于開關連接到天線電路，藉此使諧振頻率降低。通過與將要 發(fā)射的數(shù)據(jù)信號同步切換，線圈輻射對應的調(diào)頻(FM)數(shù)據(jù)信號。另一聽力裝置中的接收器 電路將其頻率調(diào)整為所發(fā)射信號的載波頻率。
在US 7，239，713公開的無線電裝置中，天線電路在發(fā)射期間以其諧振頻率振蕩。 在下面，發(fā)射器稱為“固有頻率發(fā)射器”，其中天線電路的諧振頻率確定所發(fā)射信號的頻率。
在固有頻率發(fā)射器中，靠近天線的物體可能影響天線電路的諧振頻率和Q，因而也 可能影響所發(fā)射信號的頻率、相位和振幅。在便攜式裝置如聽力裝置中，其中低頻RF信號 用于無線通信，附近物體的位置和電磁性質(zhì)通常在系統(tǒng)設計人員的控制之外。在這些應用 中，振蕩器因而應設計成魯棒，無視與天線耦合的阻抗變化。否則，接收器必須能夠適應信 號頻率、相位和振幅的變化，這可能對可實現(xiàn)的通信距離、可實現(xiàn)的數(shù)據(jù)速率、可使用的接 收器電路類型等施加不合需要的限制。這迫使設計人員在低性能和復雜無線電電路之間平 衡，后者通常既增加成本又增大功耗。在利用調(diào)頻信號的系統(tǒng)中，所發(fā)射頻率的失真反映在 接收器側(cè)的解調(diào)信號中，因而使問題惡化。
固有頻率發(fā)射器通常很難設計成魯棒運行，尤其因為發(fā)射器的物理布局是決定性 的因素。有時，振蕩器甚至根本不能振蕩，且固有頻率發(fā)射器的開發(fā)需要制造幾個原型很普 遍，這通常使得在大規(guī)模集成電路中實施前述發(fā)射器成本很高。此外，固有頻率發(fā)射器設 計的微小變化可能具有意料之外的后果，這通常阻止在新裝置設計中成功地再用發(fā)射器設 計。
本發(fā)明的目標在于提供RF發(fā)射器，其使能經(jīng)電短天線發(fā)射電磁信號而沒有上面 提及的缺點。
另外的目標在于提供包括前述發(fā)射器的便攜式裝置和助聽器。
另一目標在于提供前述發(fā)射器經(jīng)電短天線發(fā)射電磁信號而沒有上面提及的缺點 的用途。
另一目標在于提供RF發(fā)射器的運行方法，該方法使能經(jīng)電短天線發(fā)射電磁信號 而沒有上面提及的缺點。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的這些及其它目標由獨立權利要求及下面的描述中限定的發(fā)明實現(xiàn)。本發(fā) 明的進一步的目標由從屬權利要求和本發(fā)明的詳細描述中限定的實施方式實現(xiàn)。
本發(fā)明基于“合成頻率發(fā)射器”的使用，在本說明書中，其意為發(fā)射頻率與天線電 路的諧振頻率無關的發(fā)射器。在這樣的發(fā)射器中，天線電路被迫以驅(qū)動器提供的傳輸信號 的頻率振蕩。根據(jù)傳輸信號的頻率與天線電路的諧振頻率怎樣一致，天線電路可放大或衰 減該信號，但其不能改變頻率。因此，合成頻率發(fā)射器使能實現(xiàn)穩(wěn)定的及預定的發(fā)射頻率， 例如通過從晶體振蕩器提供的穩(wěn)定時鐘信號導出這些頻率。因此，合成頻率發(fā)射器相較固 有頻率發(fā)射器更容易設計成魯棒運行，這減少了開發(fā)時間和成本。此外，相較魯棒固有頻率 發(fā)射器，它們通常不太復雜及功耗較低。
發(fā)明人尋求增加合成頻率RF發(fā)射器的可用帶寬，包括適于與發(fā)射器可連接到其的電短天線形成諧振電路的電抗性儲能器。發(fā)射器用于傳輸調(diào)頻或調(diào)相無線電信號，即用 于根據(jù)電傳輸信號傳輸電磁信號，電傳輸信號具有隨信息信號變化的瞬時頻率。電短天線 尤其適合包括在小的便攜式裝置如聽力裝置中。
發(fā)明人還希望找到既不導致更高的復雜性又不增加發(fā)射器中的功耗的解決方案， 這些是重要的標準，尤其在電池供電的裝置如聽力裝置中。令人驚訝地，他們發(fā)現(xiàn)這樣的解 決方案可以相當簡單的方式實現(xiàn)，即通過根據(jù)信息信號改變儲能器的有效電抗而動態(tài)改變 諧振電路的諧振頻率。因此，可控制諧振電路的瞬時通帶以實質(zhì)上總是包括電傳輸信號的 瞬時頻率。所找到的解決方案使能設計相當簡單的發(fā)射器，其中所發(fā)射信號的帶寬可能超 出天線電路的帶寬，從而寬帶信號可經(jīng)窄帶天線高效率地傳輸。此外，與他們初始假設的相 反，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)該發(fā)射器可容易地控制及因動態(tài)改變諧振頻率產(chǎn)生的人為現(xiàn)象和失真的缺 點可降低到得到相較現(xiàn)有技術解決方案的優(yōu)點更多補償?shù)乃健?br> 控制諧振頻率的相當簡單的方式可通過改變儲能器的有效電抗使得諧振電路的 諧振頻率以與電傳輸信號的瞬時頻率的同時轉(zhuǎn)變一樣的方向轉(zhuǎn)變而實現(xiàn)。
通過改變儲能器的有效電抗使得諧振電路的諧振頻率實質(zhì)上追隨電傳輸信號的 瞬時頻率，可實現(xiàn)更聞的效率。
有效電抗可實質(zhì)上為電容性電抗，這使發(fā)射器能用于經(jīng)感應電短天線如環(huán)路天線 發(fā)射。
如果儲能器包括兩個以上電抗元件及連接成使能重新配置電抗元件的一個以上 開關，及如果發(fā)射器還通過操作至少一開關在離散的時間點改變電抗，則可實現(xiàn)諧振頻率 的數(shù)字控制。因此，可復制的電抗值可快速設定。
電抗元件優(yōu)選為電容器。電容器可容易地包括在集成電路中，從而使整個發(fā)射器 或其主要部分實施在單一集成電路中。
儲能器可包括溫度計編碼的存儲電路陣列，每一電路包括一個或多個電抗元件。 這使能減少因操作開關引起的人為現(xiàn)象。
儲能器還可包括二進制編碼的存儲電路陣列，每一電路包括一個或多個電抗元 件，二進制編碼的存儲電路陣列相較溫度計編碼的存儲電路陣列提供更高的電抗變化分辨 率。這使能減少在特定頻率分辨率時獲得特定諧振頻率范圍所需要的電抗元件的總數(shù)，但 并不實質(zhì)上增加人為現(xiàn)象。
發(fā)射器可操作開關使得在每一離散時間點，在電抗變化時涉及溫度計編碼的存儲 電路陣列中的最小量的存儲電路。這使能減少所發(fā)射電磁信號中的人為現(xiàn)象。
發(fā)射器還可適于對一個或多個開關的操作定時使得開關的閉合實質(zhì)上在跨相應 開關的電壓處于最小值時進行。這可進一步減少所發(fā)射電磁信號中的人為現(xiàn)象。
發(fā)射器可包括連接成從諧振電路接收信號的接收器電路。這使發(fā)射器能運行為收 發(fā)器并還使能自動調(diào)諧和校準發(fā)射器。
發(fā)射器優(yōu)選可包括在便攜式裝置如聽力裝置中。
發(fā)射器可用于經(jīng)電短天線發(fā)射電磁信號。
連接到電短天線并包括電抗性儲能器的合成頻率RF發(fā)射器，其中儲能器具有適 于與天線形成具有諧振頻率的諧振電路的電抗，可通過下述方法運行向諧振電路提供具 有根據(jù)信息信號變化的瞬時頻率的電傳輸信號；及通過根據(jù)信息信號改變有效電抗而動態(tài)改變諧振頻率。該方法使能經(jīng)電短天線發(fā)射電磁信號而沒有現(xiàn)有技術的缺點。
在本說明書中，“聽力裝置”指裝置如助聽器或有源耳朵保護裝置，其適于通過接 收來自個體環(huán)境的聲信號、以電子方式修改聲信號、及向個體的至少一只耳朵提供聽得見 的信號而改善或提高個體的聽覺能力。前述聽得見的信號可以輻射到個體外耳內(nèi)的聲信 號、作為機械振動通過個體頭部的骨結(jié)構(gòu)傳到個體內(nèi)耳的聲信號和/或直接或間接傳到個 體耳蝸神經(jīng)的電信號的形式提供。聽力裝置可構(gòu)造成以任何已知的方式進行佩戴，例如作 為安排在耳后的單元，具有將輻射的聲信號導入耳道的管或具有安排在靠近耳道處或耳道 中的揚聲器，作為全部或部分安排在耳廓和/或耳道中的單元，作為附著到植入顱骨的固 定裝置的單元等。更一般地，聽力裝置包括用于從個體環(huán)境接收聲信號并提供對應的電輸 入信號的輸入變換器、用于處理電輸入信號的信號處理電路、及用于根據(jù)處理后的信號將 聽得見的信號提供給個體的輸出變換器。
“聽力系統(tǒng)”指包括一個或兩個聽力裝置的系統(tǒng)，及“雙耳聽力系統(tǒng)”指包括一個或 兩個聽力裝置并適于向個體的兩只耳朵提供聽得見的信號的系統(tǒng)。聽力系統(tǒng)或雙耳聽力系 統(tǒng)還可包括“輔助裝置”，其與聽力裝置通信并影響和/或受益于聽力裝置的功能。輔助裝 置例如可以是遙控器、音頻網(wǎng)關設備、移動電話、廣播系統(tǒng)、汽車音頻系統(tǒng)或音樂播放器。聽 力裝置、聽力系統(tǒng)或雙耳聽力系統(tǒng)可用于補償聽力受損人員的聽覺能力損失或提高正常聽 力人員的聽覺能力。
除非明確指出，在此所用的單數(shù)形式的含義均包括復數(shù)形式(即具有“至少一”的 意思)。應當進一步理解，說明書中使用的術語“具有”、“包括”和/或“包含”表明存在所述 的特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或部件，但不排除存在或增加一個或多個其他特征、整 數(shù)、步驟、操作、元件、部件和/或其組合。應當理解，除非明確指出，當元件被稱為“連接”或 “耦合”到另一元件時，可以是直接連接或耦合到其他元件，也可以存在中間插入元件。如在 此所用的術語“和/或”包括一個或多個列舉的相關項目的任何及所有組合。除非明確指 出，在此公開的任何方法的步驟并非必須精確按所公開的順序執(zhí)行。


本發(fā)明將在下面參考附圖、結(jié)合優(yōu)選實施方式進行更詳細地說明。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的發(fā)射器的實施例。
圖2示出了圖1的發(fā)射器中包括的溫度計編碼的存儲電路陣列。
圖3示出了與圖1的發(fā)射器有關的示例信號。
圖4示出了包括圖1的發(fā)射器的聽力裝置的實施例。
為清晰起見，這些附圖均為示意性及簡化的圖，它們只給出了對于理解本發(fā)明所 必要的細節(jié)，而省略其他細節(jié)。在所有附圖中，同樣的附圖標記用于同樣或?qū)牟糠帧?br> 通過下面給出的詳細描述，本發(fā)明進一步的適用范圍將顯而易見。然而，應當理 解，在詳細描述和具體例子表明本發(fā)明優(yōu)選實施例的同時，它們僅為說明目的給出。對于本 領域的技術人員來說，從下面的詳細描述可顯而易見地在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)進行各種 變化和修改。
具體實施方式
圖1中所示的發(fā)射器I包括電抗性儲能器2、功率放大器3、調(diào)制器4、接收器電路 5、解調(diào)器6、控制單元7、用于提供電傳輸信號的兩個天線輸出端子10、11、用于接收時鐘信 號的時鐘端子12、用于接收信息信號D (參見圖3)的輸入端子13、用于接收模式控制信號 的模式輸入端子14、用于接收調(diào)諧控制信號的調(diào)諧輸入端子15、用于提供接收數(shù)據(jù)信號的 接收數(shù)據(jù)端子16、和用于提供校準數(shù)據(jù)信號的校準數(shù)據(jù)端子17。
儲能器2包括257個存儲電路20，存儲電路之一在圖中示出，及包括多個電容器 33、34、52、53，這些電容器分別包括在功率放大器3和接收器電路5中。每一存儲電路20 包括三個調(diào)諧電容器21、22、23和兩個調(diào)諧開關24、25。調(diào)諧電容器21、22、23串聯(lián)連接在 天線輸出端子10、11之間，從而在其間形成第一和第二節(jié)點26、27。第一調(diào)諧開關24連接 在第一節(jié)點26和地之間。第二調(diào)諧開關25連接在第二節(jié)點27和地之間。在每一調(diào)諧開 關24、25中，連接控制相應調(diào)諧開關24、25的斷開和閉合的控制輸入以通過相應調(diào)諧控制 線路28、29從控制單元7接收相應調(diào)諧控制信號。發(fā)射器I對于每一存儲電路20具有單 獨的一組調(diào)諧控制線路28、29。
功率放大器3包括七個一樣的雙放大器電路30，在圖中示出了其中之一。每一雙 放大器電路30包括兩個數(shù)字輸出級31、32和兩個輸出電容器33、34。每一數(shù)字輸出級31、 32具有連接成通過相應信號線路35、36從調(diào)制器4的相應輸出接收相應發(fā)射信號的輸入。 每一數(shù)字輸出級31、32還具有連接成通過輸出電容器33、34中的相應電容器將對應于其輸 入上的發(fā)射信號的放大后的輸出信號提供給天線輸出端子10、11中的相應輸出端子的輸 出。發(fā)射器I對于每一雙放大器電路30具有單獨的一組信號線路35、36。輸出電容器33、 34還包括在電抗性儲能器2中。
調(diào)制器4連接成從時鐘端子12接收時鐘信號、從模式輸入端子14接收模式控制 信號和通過發(fā)射控制線路45從控制單元7接收發(fā)射控制信號。調(diào)制器4還連接成將發(fā)射 信號提供給所有雙放大器電路30的每一信號線路35、36。
接收器電路5包括低噪聲放大器51、兩個輸入電容器52、53和兩個模式開關54、 55。低噪聲放大器51的兩個互補的輸入56、57中的每一個通過輸入電容器52、53中的相 應電容器連接到天線輸出端子10、11中的相應輸出端子。第一模式開關54連接在第一輸 入56和地之間,及第二模式開關55連接在第二輸入57和地之間。在每一模式開關54、55 中，控制相應模式開關54、55的斷開和閉合的控制輸入連接成從模式輸入端子14接收模式 控制信號。低噪聲放大器51的兩個輸出連接成通過兩個接收器輸出線路61、62將差分接 收器輸出信號提供給解調(diào)器6。低噪聲放大器51還連接成從模式輸入端子14接收模式控 制信號。輸入電容器52、53還包括在電抗性儲能器2中。
解調(diào)器6連接成從接收器輸出線路61、62接收差分接收器輸出信號及通過接收控 制線路65從控制單元7接收接收控制信號。解調(diào)器6還連接成將接收數(shù)據(jù)信號提供給接 收數(shù)據(jù)端子16和將校準數(shù)據(jù)信號提供給校準數(shù)據(jù)端子17。
控制單元7連接成接收來自數(shù)據(jù)輸入端子13的信息信號D、來自模式輸入端子14 的模式控制信號及來自調(diào)諧輸入端子15的調(diào)諧控制信號?？刂茊卧?還連接成將各個調(diào) 諧控制輸出提供給所有存儲電路20的每一調(diào)諧控制線路28、29、將發(fā)射控制信號提供給發(fā) 射控制線路45、和將接收控制信號提供給接收控制線路65。
發(fā)射器I外面的環(huán)路天線100包括具有一個或多個繞組的導體及兩個端子101、102，每一端子連接到發(fā)射器I的天線輸出端子10、11中的相應輸出端子。天線100形成天 線輸出端子10、11之間的復數(shù)阻抗Z，其通過電感器L和電阻器R的串聯(lián)連接建模。電感L 即阻抗Z的虛部主要由環(huán)路天線100的繞組的電感確定，但還包括寄生電容性部分。電阻R 即實部主要由導體的固有電阻和磁感應損耗確定。電阻R還包括天線100的輻射電阻，然 而其在電短天線中相當小。
模式控制信號，其必須通過外部單元304 (參見圖4)提供給模式輸入端子14，激 活模式之一發(fā)射模式，其中電磁信號TX (參見圖3)可通過發(fā)射器I發(fā)射，校準模式，其使 能校準和調(diào)諧發(fā)射器1，及接收模式，其中電磁信號可由發(fā)射器I接收。調(diào)制器4、接收器電 路5、解調(diào)器6和控制單元7中的每一個接收模式控制信號并按如下所述對激活的模式作出 反應。
在發(fā)射模式下和在校準模式下，激活調(diào)制器4。此外，模式開關54、55閉合以將低 噪聲放大器51的輸入56、57連接到地，因而保護它們免遭功率放大器3提供到天線輸出端 子10、11的聞電壓。模式開關54、55實施為電子開關兀件,其在閉合狀態(tài)時固有地具有非 常小但并非零的電阻和/或電容。因而，每一模式開關54、55形成具有相應輸入電容器52、 53的分壓器，這使低噪聲放大器51能從天線輸出端子10、11接收信號，然而強烈地衰減。 在校準模式下，激活低噪聲放大器51以使能放大衰減的信號。解調(diào)器6測量所接收信號的 振幅和相位并在校準數(shù)據(jù)信號中提供測量結(jié)果。在發(fā)射模式下，停用低噪聲放大器51，使得 其輸出及接收數(shù)據(jù)信號和來自解調(diào)器6的校準數(shù)據(jù)信號空閑。
在接收模式下，停用調(diào)制器4，使得給功率放大器3的發(fā)射信號空閑。數(shù)字輸出級 31、32的輸出中的每一個因而受到電源電壓的約束，使得輸出電容器33、34作為相應天線 輸出端子10、11的真實負載而保持連接。此外，模式開關54、55斷開，使得低噪聲放大器51 可接收來自天線輸出端子10、11的弱信號。低噪聲放大器51放大所接收的信號并將放大 后的信號作為差分接收器輸出信號提供給解調(diào)器6，其根據(jù)接收控制信號中接收的信息解 調(diào)差分接收器輸出信號并在接收數(shù)據(jù)信號中提供解調(diào)的數(shù)據(jù)。
儲能器2，其包括存儲電路20及輸出電容器33、34和輸入電容器52、53，形成天線 輸出端子10、11之間的有效存儲電容C。有效存儲電容C還包括來自發(fā)射器I中的寄生電 容的貢獻，其可能由抗靜電放電(ESD)的保護電路引起。有效電容C主要與所有存儲電路 20中的調(diào)諧開關24、25的狀態(tài)有關及較小程度地與模式開關54、55的狀態(tài)有關，因為輸入 電容器52、53選擇為相當小。
在電抗性儲能器2中，257個存儲電路20中的255個均一樣并形成線性編碼的或 溫度計編碼的存儲電路20的陣列200(參見圖2)。溫度計編碼的陣列200的功能在圖2中 示出。各個存儲電路20編號為從I到N。在所示實施例中，N等于255。每一存儲電路20 示為一矩形，其寬度與存儲電路20的有效電容Ci成正比，即存儲電路20對有效存儲電容C 的貢獻。整個溫度計編碼的陣列200的有效電容因而與矩形20覆蓋的面積成正比。每一存 儲電路20的有效電容Ci可通過操作改變，即斷開或閉合調(diào)諧開關24、25中的一個或兩個， 因而重新配置調(diào)諧電容器21、22、23形成的電路。在任何時候，溫度計編碼的陣列200包括 一組201 (可能為空)片刻具有較高有效電容Ci的存儲電路20及一組202 (可能為空)片 刻具有較低有效電容Ci的存儲電路20。
圖2a和2b示出了分別處于第一和第二狀態(tài)的溫度計編碼的陣列200。由于具有較高有效電容Ci的存儲電路組201在第一狀態(tài)時比第二狀態(tài)時大，整個溫度計編碼的陣列 200的有效電容也是在第一狀態(tài)時比第二狀態(tài)時大。當將整個溫度計編碼的陣列200的有效電容從一狀態(tài)(如第一狀態(tài))改變到另一狀態(tài)(如第二狀態(tài))時，控制單元7操作調(diào)諧開關 24,25使得最小量的存儲電路20的有效電容Ci改變。這可通過下述實現(xiàn)當增加有效存儲電容C時，僅將存儲電路20添加到具有較高有效電容Ci的存儲電路組201，及當降低有效存儲電容C時，僅從具有較高有效電容Ci的存儲電路組201除去存儲電路20。換言之，當增加有效存儲電容C時，溫度計編碼的陣列200中沒有存儲電路20被重配置以降低它們的有效電容(；，反之亦然。這使能將因切換引起的電噪聲保持在最低水平，這還使能減少所發(fā)射電磁信號中的人為現(xiàn)象。
整個溫度計編碼的陣列200的有效電容可以對應于單一存儲電路20的有效電容 Ci的可能變化的分辨率進行改變。因而，通過使用四倍于存儲電路20的數(shù)量，每一個具有調(diào)諧電容器21、22、23的四分之一電容，可實現(xiàn)跨同一范圍的、四倍的分辨率。作為代替，為節(jié)約發(fā)射器I中的空間和功率，相較于溫度計編碼的陣列200中的存儲電路20，257個存儲電路20中的兩個實施成分別具有調(diào)諧電容器21、22、23的一半和四分之一電容。這兩個存儲電路20形成二進制編碼的存儲電路陣列，這使能僅以稍微增加切換噪聲的代價獲得四倍的分辨率。
發(fā)射器I實施在集成電路(未示出)中。這不僅使能減小電路大小和生產(chǎn)成本，而且有助于連續(xù)生產(chǎn)具有可復制性質(zhì)的發(fā)射器I。
圖3示出了發(fā)射模式和校準模式時沿時間軸t的示例信號。信息信號D包括二進制數(shù)據(jù)或符號(0/1)流，具有如為5μ S的采樣間隔Ts。電磁信號TX以瞬時頻率f進行發(fā)射，瞬時頻率根據(jù)信息信號D分別為O或I而在兩個發(fā)射頻率f\、f2之間交替。載波頻率 fc，其為發(fā)射頻率f\、f2的平均數(shù)，為信息信號D的數(shù)據(jù)速率(200kHz)的10倍，如2MHz。調(diào)制深度為1/40，使得和f2分別等于39/40fc和41/40f。，如1. 95MHz和2. 05MHz。結(jié)果， 在O采樣間隔Ts期間傳輸9. 75個信號周期，及在I采樣間隔Ts期間傳輸10. 25個信號周期，從而所發(fā)射電磁信號TX的相位P對于每一米樣間隔Ts移位正或負π /2。該調(diào)制一般稱為最小移位鍵控(MSK)，其為連續(xù)相位頻移鍵控(CP-FSK)類型。所發(fā)射的電磁信號TX的相對3dB帶寬約為相對數(shù)據(jù)速率的1. 2倍，即約1. 2x200kHz/2MHz=約12%。
儲能器2和天線100形成具有諧振頻率&的諧振電路，f0由下式給出
(I) /c = /(2π ■ \L * C),
質(zhì)量因子Q由下式給出
(2) Q = (1/% — 1/1 ) · ^fITc
及3-dB帶寬BW由下式給出
(3) Bff = f0/Q
其中L、C和R按上面描述的定義，及Rt為與天線輸出端子10、11之一串聯(lián)的電阻， 其對發(fā)射器I中的損耗建模。這些等式為對于較高Q值有效的逼近。
天線100和發(fā)射器I的尺寸應使得通過借助于調(diào)諧開關24、25改變有效存儲電容 C可獲得的諧振頻率&的范圍包括發(fā)射器I將要傳輸?shù)碾姶判盘朤X的整個頻帶。在所示發(fā) 射器I中，可獲得的諧振頻率fo的范圍包括幾個這樣的頻帶，這使能將發(fā)射器I調(diào)諧到多個頻道中的任一頻道。作為備選，可獲得的諧振頻率fo的范圍可小于發(fā)射頻率fi，f2的范圍，假如可獲得的通帶包括發(fā)射頻率f\，f2。
諧振電路2、100的Q為50，因而具有2%的相對3_dB帶寬。如果諧振頻率&保持 在固定值，至少一發(fā)射頻率f\，f2因而將在諧振電路2、100的3-dB通帶的外面。為避免這 樣，只要信息信號D改變，發(fā)射器即改變諧振頻率引起該改變使得瞬時頻率f保持在諧 振電路2、100的通帶內(nèi)。為實現(xiàn)此,諧振頻率&以與瞬時頻率f的移位一樣的方向移位。 優(yōu)選地，引起該改變使得諧振頻率&在發(fā)射期間實質(zhì)上總是等于瞬時頻率f。諧振頻率& 的改變通過改變有效存儲電容C實現(xiàn)。應注意，代替3dB，諧振電路2、100中任何其它適當 的衰減水平如IOdB可用作確定瞬時頻率f是否在通帶內(nèi)的標準。
調(diào)諧控制信號，其必須通過外部單元304 (參見圖4)提供給調(diào)諧輸入端子15，指 示將用于發(fā)射和接收的頻道及將使用的調(diào)制深度和調(diào)制類型。
在接收模式下，控制單元7從調(diào)諧控制信號中指示的接收通道計算接收頻率、在 給解調(diào)器6的接收控制信號中指示接收頻率、調(diào)制深度和調(diào)制類型、及將諧振頻率&設定 為等于接收頻率。在接收模式下，發(fā)射器I不能利用諧振頻率&的動態(tài)變化，因為這將需 要在接收信號之前了解所接收信號的瞬時頻率，該信息顯然僅可在接收信號之后得到。
在發(fā)射模式和校準模式下，控制單元7從調(diào)諧控制信號中指示的發(fā)射通道和調(diào)制 深度計算發(fā)射頻率f” f2并在給調(diào)制器4的發(fā)射控制信號中指示所希望的發(fā)射頻率fx, f2o 根據(jù)信息信號D的狀態(tài)，所希望的發(fā)射頻率為或f2?？刂茊卧?還將諧振頻率&設置為 總是與所希望的發(fā)射頻率f\，f2對應?？刂茊卧?通過提供給調(diào)諧控制線路28、29的調(diào)諧 控制信號控制有效存儲電容C，從而也控制諧振頻率
在備選實施例中(未示出)，解調(diào)器6包括用于確定接收器電路5接收和放大的信 號的瞬時頻率的頻率確定電路，及控制單元7根據(jù)所確定的瞬時頻率設置有效存儲電容C。 作為備選，瞬時頻率可從提供給功率放大器3或功率放大器3提供的任何其他信號進行確 定，如調(diào)制器輸出或電傳輸信號。在前述備選實施例中，調(diào)制器4可由外部單元控制或為外 部單元的一部分。
當需要改變有效存儲電容C以改變諧振頻率&時，控制單元7斷開和/或閉合存 儲電路子組中的調(diào)諧開關24、25。這導致重新配置相應存儲電路20，使得它們改變其有效 電容C；。為避免失去儲能器2中的能量和/或避免在切換期間產(chǎn)生假信號，控制單元7控 制開關閉合的定時，使得它們在相應調(diào)諧開關24、25跨其端子具有最小電壓時進行。在所 公開的實施例中，電源電壓相對于地非對稱，如分別為1. 25V和0V，每一存儲電路20的調(diào)諧 開關24和25因而必須在不同的時間點閉合以實現(xiàn)此。在具有對稱電源電壓的實施例中， 控制單元7可同時閉合調(diào)諧開關24和25。在所公開的實施例中，每一存儲電路20的有效 電容Ci在控制單元7閉合調(diào)諧開關24、25時增加及在其斷開調(diào)諧開關24、25時減小。中 間電容器22確?？鐢嚅_的調(diào)諧開關24、25的電壓不會達到天線輸出端子10、11上出現(xiàn)的 聞水平。
在所公開的實施例中，天線輸出端子10、11之間的有效電抗實質(zhì)上等于有效存儲 電容C，因而實質(zhì)上為電容性電抗。同樣，儲能器2中包括的各個電抗元件即調(diào)諧電容器21、 22、23實質(zhì)上為電容性元件。然而，另外或作為備選，儲能器2可包括一個或多個感抗元件 如電感器。
調(diào)制器4使用時鐘信號得到提供給數(shù)字輸出級31、32的發(fā)射信號的穩(wěn)定時間基準。發(fā)射信號提供為方波信號。調(diào)制器4提供發(fā)射信號使得功率放大器3提供給天線輸出 端子10、11的電傳輸信號的瞬時基頻f等于發(fā)射控制信號中指示的期望發(fā)射頻率。每一數(shù) 字輸出級31、32的輸出根據(jù)其輸入上的發(fā)射信號在電源電壓和地之間交替。這些方波輸出 信號通過輸出電容器33、34導到天線輸出端子10、11，其與發(fā)射器I中的其它電容協(xié)作以形 成阻抗變壓器。這使天線輸出端子10、11處的振幅能超過輸出級31、32的輸出上的振幅。
調(diào)制器4提供發(fā)射信號，使得在每一雙放大器電路30內(nèi)，數(shù)字輸出級31、32接收 彼此倒向的發(fā)射信號。因而，每一雙放大器電路30對跨天線輸出端子10、11的差分電壓提 供或正或負的貢獻。七個一樣的雙放大器電路30可用，使能通過控制發(fā)射信號轉(zhuǎn)變的定 時，或作為備選或另外通過使一個或多個發(fā)射信號空閑，而將功率放大器3的輸出控制到 多個不同水平中的任一水平。功率放大器3的輸出還可被整形以減少輻射諧波的量。為實 現(xiàn)此，調(diào)制器4可控制各個信號線路35、36上的發(fā)射信號的轉(zhuǎn)變，使得給天線100的電傳輸 信號在每一采樣間隔Ts期間盡可能接近純正弦波信號。諧振電路2、100還用作陡帶通濾 波器，其抑制諧波的主要部分。
解調(diào)器6根據(jù)來自控制單元7的接收控制信號中指示的接收頻率、調(diào)制深度和調(diào) 制類型解調(diào)差分接收器輸出信號。優(yōu)選地，所接收的信號以與應用于所發(fā)射的電磁信號TX 的調(diào)制一樣的類型調(diào)制，及用于信號發(fā)射和接收的數(shù)據(jù)速率相等。在該情形下，接收器5和 /或解調(diào)器6可包括用于改善位于諧振電路2、100的3-dB通帶外面的電磁信號的接收的 裝置(未示出)。前述裝置例如可包括適于至少部分補償諧振電路2、100引起的振幅和相位 變化的濾波器。前述裝置例如在專利申請EP 2367294中描述。作為備選，發(fā)射器I可用于 以小于傳輸數(shù)據(jù)速率的數(shù)據(jù)速率接收信號。在該情形下，可省略用于改善帶外接收的裝置。 解調(diào)器6可從所接收的信號或作為備選從時鐘信號得到解調(diào)時基。在后一情形下，時鐘信 號還應從時鐘端子12發(fā)送到解調(diào)器6。
接收器電路5使發(fā)射器I通過在接收模式和發(fā)射和/或校準模式之間切換而運行 為半雙工收發(fā)器。在校準模式下，通過本領域已知的方法，接收器電路5還使外部單元304 (參見圖4)能監(jiān)視天線輸出端子10、11上的電傳輸信號的振幅和/或相位，因而實現(xiàn)校準 的發(fā)射器輸出及調(diào)諧諧振電路2、100的諧振頻率。作為備選，發(fā)射器I可包括自己的、用于 監(jiān)視電傳輸信號的振幅和/或相位的裝置，如解調(diào)器6中的電路?？刂茊卧?可接收前述 裝置的輸出并自動改變有效存儲電容C以在發(fā)射期間實現(xiàn)最大的電傳輸信號振幅。諧振電 路2、100的前述自動調(diào)節(jié)或校準可在發(fā)射期間連續(xù)進行，以特定時間間隔進行，如每分鐘、 每小時、每天或每周一次，或在特定事件時進行，如發(fā)射器I啟動時。代替全功率傳輸?shù)男?號，較弱測試信號的傳輸可用于校準。
圖4示出了聽力裝置300，如助聽器或有源耳朵保護裝置，包括按如上所述配置的 發(fā)射器I和環(huán)路天線100。聽力裝置300還包括連接以形成音頻信號通路307的傳聲器 301、前置放大器302、數(shù)字轉(zhuǎn)換器303、信號處理器304、脈寬調(diào)制器305和揚聲器306。聽 力裝置300還包括用于對發(fā)射器I和音頻信號通路307中的裝置302、303、304、305供電的 電池308。傳聲器301安排成接收來自個體環(huán)境的聲輸入信號并將對應的傳聲器信號提供 給前置放大器302。前置放大器302適于放大傳聲器信號并將放大的傳聲器信號提供給數(shù) 字轉(zhuǎn)換器303。數(shù)字轉(zhuǎn)換器303適于使放大的傳聲器信號數(shù)字化并將數(shù)字化的音頻信號提 供給信號處理器304，其適于根據(jù)聽力裝置300的目的修改數(shù)字化的音頻信號，即改善或提高個體的聽覺能力。音頻信號處理器304適于將修改后的音頻信號提供給脈寬調(diào)制器305， 其適于將對應的脈寬調(diào)制信號提供給揚聲器306。聽力裝置300適于安排在個體耳朵之處 或之中，及揚聲器306安排成將對應于脈寬調(diào)制信號的聲輸出信號傳給個體。
信號處理器304連接成接收來自發(fā)射器I的接收數(shù)據(jù)端子16的接收數(shù)據(jù)信號及 來自發(fā)射器I的校準數(shù)據(jù)端子17的校準數(shù)據(jù)信號。信號處理器304適于響應于接收數(shù)據(jù) 信號中包括的信息調(diào)節(jié)其數(shù)字化音頻信號的修改和/或適于根據(jù)接收數(shù)據(jù)信號中包括的 音頻信號提供修改的音頻信號。這使聽力裝置300能響應于從遠程設備(未示出)無線接收 的電磁信號中的命令、狀態(tài)信息和/或音頻信號改變其音頻信號處理，和/或?qū)⑶笆鲆纛l信 號包括在揚聲器306傳輸?shù)穆曅盘栔小＿h程設備可以是遙控器、位于個體另一耳朵之處或 之中的第二聽力裝置、或輔助裝置如所謂的音頻網(wǎng)關設備，適于將來自外部裝置如移動電 話或電視機的音頻信號傳給聽力裝置300。
信號處理器304還連接到發(fā)射器I的時鐘端子12、模式輸入端子14和調(diào)諧輸入端 子15，及還適于提供對應的信號以按如上所述控制發(fā)射器I。信號處理器304還連接到發(fā) 射器I的數(shù)據(jù)輸入端子13，及還適于將包括信息如命令、狀態(tài)信息、控制信號和/或音頻信 號的信息信號D提供給發(fā)射器I以傳給遠程設備，其可以是用于對側(cè)耳朵的另一聽力裝置 或輔助裝置。
音頻信號通路307優(yōu)選主要實施為在離散時域運行的數(shù)字電路，但其任何或所有 部分也可實施為在連續(xù)時域運行的模擬電路。音頻信號通路307和/或發(fā)射器I的數(shù)字功 能模塊可以硬件、固件和軟件的任何適當?shù)慕M合和/或硬件單元的任何適當?shù)慕M合實施。 此外，任何單一硬件單元可并行或以交叉順序和/或其任何適當?shù)慕M合執(zhí)行幾個功能模塊 的操作。
聽力裝置300可以是雙耳聽力系統(tǒng)的一部分。
發(fā)射器I可用在任何類型的裝置中，用在電池驅(qū)動的裝置和/或便攜式裝置中最有利。
在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可對所公開的方法、系統(tǒng)和/或裝置進 行對技術人員顯而易見的另外的修改。在本說明書內(nèi)，任何前述修改以非限制性的方式提 及。下面的可能修改作為其例子提出。
在使能動態(tài)改變有效存儲電容C的同時，儲能器2和/或存儲電路20可以許多備 選方式進行配置。更具體地，存儲電路20的數(shù)量可變，這應用于存儲電路20的總數(shù)、溫度 計編碼的陣列200中的存儲電路數(shù)量、及二進制編碼的陣列中的存儲電路數(shù)量。
作為備選，功率放大器3可包括模擬輸出級。放大器電路30可僅包括單輸出的輸 出級。放大器電路30的數(shù)量可變，及各個放大器電路30可彼此不同，例如最大功率不同。
控制單元7及與其相關聯(lián)的控制信號的內(nèi)容和發(fā)送可以許多備選方式實施。例 如，發(fā)射控制信號和接收控制信號可由外部單元提供。
作為MSK的備選，任何形式的調(diào)頻或調(diào)相可用于將信息信號調(diào)制到載波信號上。 前述調(diào)制形式包括模擬調(diào)頻、模擬調(diào)相、相移鍵控、頻移鍵控及其組合。這些調(diào)制形式使模 擬和數(shù)字信息信號均能調(diào)制到載波信號上。尤其優(yōu)選的調(diào)制技術包括最小移位鍵控及其它 多種已知的調(diào)制技術，其減小所發(fā)射的電磁信號TX的帶寬因而使調(diào)制的信號能以最小衰 減通過諧振電路2、100和/或需要諧振頻率&較少地動態(tài)改變。功率放大器3、調(diào)制器4、接收器電路5、解調(diào)器6和控制單元7顯然需要適應前述改變的調(diào)制形式。
此外，采樣間隔Ts、載波頻率f。、相對數(shù)據(jù)速率和調(diào)制深度可非常自由地選擇。例 如，載波頻率f?？梢缘陀?00MHz、低于30MHz或低于10MHz。
發(fā)射器I可實施成使得其使諧振電路2、100能具有小于10% (Q>10)、小于5% (Q>20)、小于3% (Q> 33)、或小于2% (Q>50)的3dB帶寬，取決于載波頻率f。、信息信號D 的帶寬、所希望的通信距離、可接受的誤比特率、及發(fā)射器I用在其中的通信鏈路的其它要 求。
發(fā)射器I可實施成使得其使諧振電路2、100能調(diào)諧到低于100MHz、低于30MHz或 低于IOMHz的諧振頻率&，主要取決于所希望的載波頻率f。的范圍。頻率降低通常導致功 耗降低。然而，諧振電路2、100應優(yōu)選調(diào)諧為形成具有高于300kHz、高于IMHz或高于3MHz 的諧振頻率fo的窄帶通濾波器以在通信鏈路中允許高數(shù)據(jù)速率(比特每秒)。優(yōu)選的數(shù)據(jù)速 率高于40kb/s、高于80kb/s或高于160kb/s以使能通過發(fā)射器I傳輸和接收實時音頻信 號。
天線100和/或發(fā)射器I可做成最大物理伸展小于5cm、小于2cm或小于Icm的尺 寸。小尺寸使能實施在小裝置中。發(fā)射器I還可做成功耗小于10mW、小于3mW或小于ImW 的尺寸。這使能將發(fā)射器I用在電池供電的裝置中，如體戴式聽力裝置300。
穩(wěn)定的發(fā)射頻率f\，f2可從發(fā)射器I包括于其中的裝置300內(nèi)的系統(tǒng)時鐘信號得 到。作為備選，發(fā)射頻率f\，f2可從專用振蕩器如晶體振蕩器或任何其它振蕩器得到。
—些優(yōu)選實施例已經(jīng)在前面進行了說明，但是應當強調(diào)的是，本發(fā)明不受這些實 施例的限制，而是可以權利要求限定的主題內(nèi)的其它方式實現(xiàn)。例如，所述實施例的特征可 任意組合，以使根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)、裝置和/或方法適應特定需要。
當由對應的過程適當代替時，上面描述的、“具體實施方式
”中詳細描述的及權利 要求中限定的系統(tǒng)和/或裝置的結(jié)構(gòu)特征可與本發(fā)明方法結(jié)合。方法的實施例具有與對應 系統(tǒng)和/或裝置一樣的優(yōu)點。
權利要求中的任何附圖標記和名稱不意于限定其范圍。
權利要求
1.用于經(jīng)電短天線(100)發(fā)射電磁信號(TX)的合成頻率RF發(fā)射器(I)，所述發(fā)射器(I)包括具有有效電抗(C)的電抗性儲能器(2)，所述儲能器適于與天線(100)形成具有諧振頻率(fo)的諧振電路(2，100)，及包括適于向諧振電路(2，100)提供具有根據(jù)信息信號(D)變化的瞬時頻率(f)的電傳輸信號的驅(qū)動器(3)，其特征在于所述發(fā)射器(I)適于通過根據(jù)信息信號⑶改變有效電抗(C)而動態(tài)改變諧振頻率(&)。
2.根據(jù)權利要求1的發(fā)射器，還適于改變有效電抗(C)使得諧振頻率沁)以與瞬時頻率(f)的同時移位一樣的方向移位。
3.根據(jù)權利要求1或2的發(fā)射器，還適于改變有效電抗(C)使得諧振頻率(&)追隨瞬時頻率(f)。
4.根據(jù)前面任一權利要求的發(fā)射器，其中所述有效電抗(C)為電容性電抗。
5.根據(jù)前面任一權利要求的發(fā)射器，其中所述儲能器(2)包括兩個以上電抗元件(21，22，23)及連接成使能重新配置電抗元件(21，22，23)的一個以上開關(24，25)，及其中所述發(fā)射器(I)還適于通過操作至少一開關(24，25)在離散的時間點改變所述有效電抗(C)。
6.根據(jù)權利要求5的發(fā)射器，其中所述電抗元件(21，22，23)為電容器。
7.根據(jù)權利要求5或6的發(fā)射器，其中所述儲能器(2)包括溫度計編碼的存儲電路陣列(200)，每一存儲電路(20)包括一個或多個電抗元件(21，22，23)。
8.根據(jù)權利要求7的發(fā)射器，其中所述儲能器(2)還包括二進制編碼的存儲電路陣列，每一存儲電路(20)包括一個或多個電抗元件(21，22，23)，二進制編碼的存儲電路陣列相較溫度計編碼的存儲電路陣列(200)提供更高的有效電抗(C)變化分辨率。
9.根據(jù)權利要求7或8的發(fā)射器，還適于操作開關(24，25)使得在每一離散時間點，在有效電抗(C)變化時涉及溫度計編碼的存儲電路陣列(200)中的最小量的存儲電路(20)。
10.根據(jù)權利要求5-9任一所述的發(fā)射器，其中所述發(fā)射器(I)還適于對一個或多個開關(24，25)的操作定時使得開關(24，25)的閉合在跨相應開關(24，25)的電壓處于最小值時進行。
11.根據(jù)前面任一權利要求的發(fā)射器，還包括連接成從諧振電路(2，100)接收信號的接收器電路(5)。
12.一種便攜式裝置，包括根據(jù)前面任一權利要求的發(fā)射器(I)。
13.一種聽力裝置(300)，包括根據(jù)權利要求1-11任一所述的發(fā)射器(I)。
14.根據(jù)權利要求1-11任一所述的發(fā)射器(I)的用途，用于經(jīng)電短天線(100)發(fā)射電磁信號。
15.連接到電短天線(100)的合成頻率RF發(fā)射器⑴的運行方法，所述發(fā)射器⑴包括具有有效電抗(C)的電抗性儲能器(2)，所述儲能器適于與天線(100)形成具有諧振頻率(f0)的諧振電路(2，100)，所述方法包括向諧振電路(2，100)提供具有根據(jù)信息信號(D)變化的瞬時頻率(f)的電傳輸信號；及通過根據(jù)信息信號(D)改變有效電抗(C)而動態(tài)改變諧振頻率(fQ)。
全文摘要
本發(fā)明公開了用于電短天線的RF發(fā)射器，所述發(fā)射器(1)包括具有有效電抗(C)的電抗性儲能器(2)，所述儲能器適于與天線(100)形成具有諧振頻率(f0)的諧振電路(2,100)，及包括適于向諧振電路(2,100)提供具有根據(jù)信息信號(D)變化的瞬時頻率(f)的電傳輸信號的驅(qū)動器(3)，其中所述發(fā)射器(1)適于通過根據(jù)信息信號(D)改變有效電抗(C)而動態(tài)改變諧振頻率(f0)。因而諧振電路(2,100)的瞬時通帶可控制成總是包括電傳輸信號的因而電磁信號(TX)的瞬時頻率(f)，從而有效地傳輸帶寬超過調(diào)諧天線的通帶的電磁信號。本發(fā)明發(fā)射器(1)相當簡單、效率高且易于控制。
文檔編號H03J7/02GK103036531SQ201210376908
公開日2013年4月10日 申請日期2012年9月29日 優(yōu)先權日2011年10月6日
發(fā)明者K·T·克里斯滕森 申請人:奧迪康有限公司