Title:
Hochfrequenzsystem und Verfahren für tragbare Vorrichtung
Kind Code:
A1


Abstract:

Ein Hochfrequenz(Radio Frequency, RF)-System schließt einen Die einer integrierten RF-Schaltung (Integrated Circuit, IC) ein. Der RFIC-Die schließt eine erste Sendeschaltung, eine zweite Sendeschaltung, eine erste Empfangsschaltung, eine zweite Empfangsschaltung und eine Steuerschaltung ein, die mit der ersten Sendeschaltung, der zweiten Sendeschaltung, der ersten Empfangsschaltung und der zweiten Empfangsschaltung gekoppelt sind. Das RF-System schließt ferner eine erste Antenne ein, die unter Verwendung einer ersten Kopplungsstruktur mit der ersten Sendeschaltung und der ersten Empfangsschaltung gekoppelt ist. Die Steuerschaltung ist ausgelegt, in einem ersten Betriebsmodus die erste Sendeschaltung zu aktivieren und die erste Empfangsschaltung zu deaktivieren. Das RF-System schließt ferner eine zweite Antenne ein, die unter Verwendung einer zweiten Kopplungsstruktur mit der zweiten Sendeschaltung und der zweiten Empfangsschaltung gekoppelt ist. Die Steuerschaltung ist ausgelegt, in einem zweiten Betriebsmodus die zweite Sendeschaltung zu aktivieren und die zweite Empfangsschaltung zu deaktivieren.




Inventors:
Baheti, Ashutosh (81541, München, DE)
Bal, Jagjit Singh, Calif. (Freemont, US)
Jungmaier, Reinhard-Wolfgang (85653, Aying, DE)
Trotta, Saverio (80538, München, DE)
Application Number:
DE102017213503A
Publication Date:
02/08/2018
Filing Date:
08/03/2017
Assignee:
Infineon Technologies AG, 85579 (DE)
International Classes:



Attorney, Agent or Firm:
Schoppe, Zimmermann, Stöckeler, Zinkler, Schenk & Partner mbB Patentanwälte, 81373, München, DE
Claims:
1. Hochfrequenz(Radio Frequency, RF)-System, umfassend:
einen Die einer integrierten RF-Schaltung (Integrated Circuit, IC), der RFIC-Die umfassend:
eine erste Sendeschaltung;
eine zweite Sendeschaltung;
eine erste Empfangsschaltung;
eine zweite Empfangsschaltung; und
eine Steuerschaltung, die mit der ersten Sendeschaltung, der zweiten Sendeschaltung, der ersten Empfangsschaltung und der zweiten Empfangsschaltung gekoppelt ist;
eine erste Antenne, die unter Verwendung einer ersten Kopplungsstruktur mit der ersten Sendeschaltung und der ersten Empfangsschaltung gekoppelt ist, wobei die Steuerschaltung ausgelegt ist, in einem ersten Betriebsmodus die erste Sendeschaltung zu aktivieren und die erste Empfangsschaltung zu deaktivieren; und
eine zweite Antenne, die unter Verwendung einer zweiten Kopplungsstruktur mit der zweiten Sendeschaltung und der zweiten Empfangsschaltung gekoppelt ist, wobei die Steuerschaltung ausgelegt ist, in einem zweiten Betriebsmodus die zweite Sendeschaltung zu aktivieren und die zweite Empfangsschaltung zu deaktivieren.

2. RF-System nach Anspruch 1, wobei die Steuerschaltung ferner ausgelegt ist, im ersten Betriebsmodus die zweite Sendeschaltung zu deaktivieren und die zweite Empfangsschaltung zu aktivieren.

3. RF-System nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Steuerschaltung ausgelegt ist, im zweiten Betriebsmodus die erste Sendeschaltung zu deaktivieren und die erste Empfangsschaltung zu aktivieren.

4. RF-System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei im ersten Betriebsmodus die erste Antenne ausgelegt ist, ein erstes übertragenes RF-Signal an ein Objekt zu übertragen, und die zweite Antenne ausgelegt ist, ein erstes reflektiertes RF-Signal vom Objekt zu empfangen.

5. RF-System nach Anspruch 4, wobei im zweiten Betriebsmodus die zweite Antenne ausgelegt ist, ein zweites übertragenes RF-Signal an das Objekt zu übertragen, und die erste Antenne ausgelegt ist, ein zweites reflektiertes RF-Signal vom Objekt zu empfangen.

6. RF-System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die erste Kopplungsstruktur und die zweite Kopplungsstruktur passive Strukturen umfassen.

7. RF-System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die erste Kopplungsstruktur und die zweite Kopplungsstruktur innerhalb des RFIC-Dies angeordnet sind.

8. RF-System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der RFIC-Die, die erste Antenne und die zweite Antenne in einem Package angeordnet sind, und wobei die erste Kopplungsstruktur und die zweite Kopplungsstruktur in einer Umverteilungsschicht des Packages angeordnet sind.

9. RF-System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der RFIC-Die ferner umfasst:
eine dritte Empfangsschaltung; und
eine vierte Empfangsschaltung.

10. RF-System nach Anspruch 9, ferner umfassend:
eine dritte Antenne, die mit der dritten Empfangsschaltung gekoppelt ist; und
eine vierte Antenne, die mit der vierten Empfangsschaltung gekoppelt ist.

11. RF-System nach Anspruch 10, wobei Mitten der ersten Antenne, der zweiten Antenne, der dritten Antenne und der vierten Antenne an Ecken eines Quadrats angeordnet sind.

12. RF-System nach Anspruch 11, wobei eine erste Mitte der ersten Antenne an einer ersten Ecke des Quadrats angeordnet ist und eine zweite Mitte der zweiten Antenne an einer zweiten Ecke des Quadrats angeordnet ist, und wobei die erste Ecke der zweiten Ecke gegenüberliegt.

13. Integrierte Hochfrequenzschaltung (Radio Frequency Integrated Circuit, RFIC), umfassend:
eine Mehrzahl von Sendeschaltungen und eine Mehrzahl von Empfangsschaltungen, die zur Kopplung mit einem Antennenarray ausgelegt sind; und
eine Steuerschaltung, die mit der Mehrzahl von Sendeschaltungen und der Mehrzahl von Empfangsschaltungen gekoppelt ist,
wobei die Steuerschaltung ausgelegt ist, in einem ersten Betriebsmodus eine erste Teilmenge der Mehrzahl von Sendeschaltungen und eine erste Teilmenge der Mehrzahl von Empfangsschaltungen zu aktivieren,
und wobei die Steuerschaltung ausgelegt ist, in einem zweiten Betriebsmodus eine zweite Teilmenge der Mehrzahl von Sendeschaltungen und eine zweite Teilmenge der Mehrzahl von Empfangsschaltungen zu aktivieren,
wobei sich die erste Teilmenge der Mehrzahl von Sendeschaltungen von der zweiten Teilmenge der Mehrzahl von Sendeschaltungen unterscheidet.

14. RFIC nach Anspruch 13, wobei sich die erste Teilmenge der Mehrzahl von Empfangsschaltungen von der zweiten Teilmenge der Mehrzahl von Empfangsschaltungen unterscheidet.

15. RFIC nach einem der Ansprüche 13 oder 14, wobei die Steuerschaltung ferner ausgelegt ist, im ersten Betriebsmodus eine dritte Teilmenge der Mehrzahl von Sendeschaltungen und eine dritte Teilmenge der Mehrzahl von Empfangsschaltungen zu deaktivieren.

16. RFIC nach Anspruch 15, wobei die erste Teilmenge der Mehrzahl von Sendeschaltungen und die dritte Teilmenge der Mehrzahl von Empfangsschaltungen zur Kopplung mit einer gleichen Teilmenge des Antennenarrays ausgelegt sind.

17. RFIC nach einem der Ansprüche 15 oder 16, wobei die Steuerschaltung ferner ausgelegt ist, im zweiten Betriebsmodus eine vierte Teilmenge der Mehrzahl von Sendeschaltungen und eine vierte Teilmenge der Mehrzahl von Empfangsschaltungen zu deaktivieren.

18. RFIC nach Anspruch 17, wobei die zweite Teilmenge der Mehrzahl von Sendeschaltungen und die vierte Teilmenge der Mehrzahl von Empfangsschaltungen zur Kopplung mit einer gleichen Teilmenge des Antennenarrays ausgelegt sind.

19. Verfahren, umfassend:
Durchführen von Operationen des ersten Modus, die Operationen des ersten Modus umfassend:
Übertragen, durch eine erste Teilmenge eines Antennenarrays, eines ersten übertragenen RF-Signals an ein Objekt; und
Empfangen, durch eine zweite Teilmenge des Antennenarrays, eines ersten reflektierten RF-Signals vom Objekt, wobei sich die erste Teilmenge des Antennenarrays von der zweiten Teilmenge des Antennenarrays unterscheidet; und
Durchführen von Operationen des zweiten Modus, die Operationen des zweiten Modus umfassend:
Übertragen, durch eine dritte Teilmenge des Antennenarrays, eines zweiten übertragenen RF-Signals an das Objekt; und
Empfangen, durch eine vierte Teilmenge des Antennenarrays, eines zweiten reflektierten RF-Signals vom Objekt, wobei sich die dritte Teilmenge des Antennenarrays von der vierten Teilmenge des Antennenarrays unterscheidet.

20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei sich die erste Teilmenge des Antennenarrays von der dritten Teilmenge des Antennenarrays unterscheidet.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 oder 20, wobei sich die zweite Teilmenge des Antennenarrays von der vierten Teilmenge des Antennenarrays unterscheidet.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, wobei die Operationen des ersten Modus ferner umfassen:
Aktivieren einer ersten Teilmenge von Sendeschaltungen, die mit der ersten Teilmenge des Antennenarrays gekoppelt sind; und
Deaktivieren einer ersten Teilmenge von Empfangsschaltungen, die mit der ersten Teilmenge des Antennenarrays gekoppelt sind;
Aktivieren einer zweiten Teilmenge von Empfangsschaltungen, die mit der zweiten Teilmenge des Antennenarrays gekoppelt sind; und
Deaktivieren einer zweiten Teilmenge von Sendeschaltungen, die mit der zweiten Teilmenge des Antennenarrays gekoppelt sind.

23. Verfahren nach Anspruch 22, wobei eine erste Sendeschaltung der ersten Teilmenge von Sendeschaltungen und eine erste Empfangsschaltung der ersten Teilmenge von Empfangsschaltungen unter Verwendung einer ersten Kopplungsstruktur mit einer ersten Antenne der ersten Teilmenge des Antennenarrays gekoppelt sind.

24. Verfahren nach Anspruch 23, wobei eine zweite Sendeschaltung der zweiten Teilmenge von Sendeschaltungen und eine zweite Empfangsschaltung der zweiten Teilmenge von Empfangsschaltungen unter Verwendung einer zweiten Kopplungsstruktur mit einer zweiten Antenne der zweiten Teilmenge des Antennenarrays gekoppelt sind, und wobei sich die zweite Kopplungsstruktur von der ersten Kopplungsstruktur unterscheidet.

25. Verfahren nach Anspruch 24, wobei die erste Kopplungsstruktur und die zweite Kopplungsstruktur Schalter umfassen.

26. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 25, wobei die Operationen des zweiten Modus ferner umfassen:
Aktivieren einer ersten Teilmenge von Sendeschaltungen, die mit der dritten Teilmenge des Antennenarrays gekoppelt sind; und
Deaktivieren einer ersten Teilmenge von Empfangsschaltungen, die mit der dritten Teilmenge des Antennenarrays gekoppelt sind;
Aktivieren einer zweiten Teilmenge von Empfangsschaltungen, die mit der vierten Teilmenge des Antennenarrays gekoppelt sind; und
Deaktivieren einer zweiten Teilmenge von Sendeschaltungen, die mit der vierten Teilmenge des Antennenarrays gekoppelt sind.

27. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 26, ferner umfassend ein- oder mehrmaliges alternierendes Durchführen der Operationen des ersten Modus und der Operationen des zweiten Modus.

28. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 27, wobei das Objekt eine gestikulierende Hand ist.

29. Verfahren nach Anspruch 28, ferner umfassend das Erkennen einer Geste der gestikulierenden Hand basierend auf übertragenen RF-Signalen und reflektierten RF-Signalen.

Description:
GEBIET DER TECHNIK

Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein eine elektronische Vorrichtung und insbesondere ein Hochfrequenz(Radio Frequency, RF)-System mit einer integrierten RF-Schaltung (RF Integrated Circuit, RFIC) und einem Antennensystem, das in einer tragbaren Vorrichtung verwendet werden soll.

HINTERGRUND

Anwendungen im Millimeterwellen-Frequenzbereich haben in den vergangenen Jahren aufgrund der raschen Weiterentwicklung kostengünstiger Halbleitertechnologien wie Silizium-Germanium-(SiGe)- und feingeometrischer CMOS-Prozesse (Complementary Metal-Oxide Semiconductor, komplementärer Metall-Oxid-Halbleiter) signifikant an Bedeutung gewonnen. Die Verfügbarkeit von Hochgeschwindigkeits-Bipolar- und Metall-Oxid-Halbleiter(Metal-Oxide Semiconductor, MOS)-Transistoren hat zu einer wachsenden Nachfrage nach integrierten Schaltungen für mm-Wellen-Anwendungen bei 60 GHz, 77 GHz und 80 GHz sowie über 100 GHz hinaus geführt. Derartige Anwendungen umfassen beispielsweise Kraftfahrzeugradar- und Multi-Gigabit-Kommunikationssysteme und tragbare Verbrauchergeräte wie intelligente Uhren, Aktivitätsmonitore und Gesundheitsmonitore.

In manchen Radarsystemen wird der Abstand zwischen dem Radar und einem Ziel durch Übertragen eines frequenzmodulierten Signals, Empfangen einer Reflexion des frequenzmodulierten Signals und Bestimmen eines Abstands basierend auf einer Zeitverzögerung und/oder Frequenzdifferenz zwischen dem Übertragen und Empfangen des frequenzmodulierten Signals bestimmt. Dementsprechend schließen einige Radarsysteme eine Sendeantenne zur Übertragung des RF-Signals, eine Empfangsantenne zum Empfang des RF-Signals sowie assoziierte RF-Schaltungen ein, die zur Erzeugung des übertragenen Signals und zum Empfang des RF-Signals verwendet werden. In einigen Fällen können mehrere Antennen verwendet werden, um gerichtete Strahlen unter Verwendung von Phased-Array-Techniken zu implementieren.

KURZFASSUNG

Gemäß einer Ausführungsform schließt ein Hochfrequenz(Radio Frequency, RF)-System einen Die einer integrierten RF-Schaltung (Integrated Circuit, IC) ein. Der RFIC-Die schließt eine erste Sendeschaltung, eine zweite Sendeschaltung, eine erste Empfangsschaltung, eine zweite Empfangsschaltung und eine Steuerschaltung ein, die mit der ersten Sendeschaltung, der zweiten Sendeschaltung, der ersten Empfangsschaltung und der zweiten Empfangsschaltung gekoppelt ist. Das RF-System schließt ferner eine erste Antenne ein, die unter Verwendung einer ersten Kopplungsstruktur mit der ersten Sendeschaltung und der ersten Empfangsschaltung gekoppelt ist. Die Steuerschaltung ist ausgelegt, in einem ersten Betriebsmodus die erste Sendeschaltung zu aktivieren und die erste Empfangsschaltung zu deaktivieren. Das RF-System schließt ferner eine zweite Antenne ein, die unter Verwendung einer zweiten Kopplungsstruktur mit der zweiten Sendeschaltung und der zweiten Empfangsschaltung gekoppelt ist. Die Steuerschaltung ist ausgelegt, in einem zweiten Betriebsmodus die zweite Sendeschaltung zu aktivieren und die zweite Empfangsschaltung zu deaktivieren.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Für ein umfassenderes Verständnis der vorliegenden Erfindung und deren Vorteile wird nun auf die folgenden Beschreibungen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, in denen:

1 eine perspektivische Ansicht eines typischen RF-Schaltungen/Antennen-Packages veranschaulicht, das auf einer Leiterplatte montiert ist;

2 eine schematische Darstellung eines mm-Wellen-Gestenerfassungssystems gemäß einigen Ausführungsformen veranschaulicht;

3A, 3B und 3C eine schematische Ansicht eines RF-Schaltungen/Antennen-Packages gemäß einigen Ausführungsformen veranschaulichen;

4A, 4B und 4C eine schematische Ansicht eines RF-Schaltungen/Antennen-Packages gemäß einigen Ausführungsformen veranschaulichen;

5A und 5B Drauf- und Querschnittsansichten einer tragbaren Vorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen veranschaulichen; und

6 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines Gestenerfassungssystems veranschaulicht, das in eine tragbare Vorrichtung integriert ist, gemäß einigen Ausführungsformen.

Entsprechende Zahlen und Symbole in verschiedenen Figuren beziehen sich im Allgemeinen auf entsprechende Teile, sofern nicht anders angegeben. Die Figuren wurden gezeichnet, um die relevanten Aspekte der bevorzugten Ausführungsformen deutlich zu veranschaulichen, und sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu gezeichnet. Um bestimmte Ausführungsformen deutlicher zu veranschaulichen, kann nach der Nummer einer Figur ein Buchstabe folgen, der Variationen der gleichen Struktur, des gleichen Materials oder des gleichen Prozessschritts anzeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VERANSCHAULICHENDER AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die Herstellung und Verwendung der derzeit bevorzugten Ausführungsformen werden unten detailliert erörtert. Es ist jedoch anzumerken, dass die vorliegende Erfindung viele anwendbare erfindungsgemäße Konzepte bereitstellt, die in einer großen Vielfalt spezieller Kontexte ausgeführt werden können. Die erörterten speziellen Ausführungsformen veranschaulichen lediglich spezielle Arten der Herstellung und Verwendung der Erfindung und begrenzen nicht den Schutzbereich der Erfindung.

Die vorliegende Offenbarung wird mit Bezug auf Ausführungsformen in einem speziellen Kontext, einem Hochfrequenz(Radio Frequency, RF)-System, das eine integrierte RF-Schaltung (RF Integrated Circuit, RFIC) und ein Antennensystem einschließt, beschrieben. Insbesondere werden nachstehend verschiedene Ausführungsformen mit Bezug auf ein RF-System beschrieben, das ein Teil eines Gestenerfassungssystems eines tragbaren Verbrauchergeräts wie beispielsweise einer intelligenten Uhr ist. Verschiedene hierin dargestellte Ausführungsformen können auch auf andere Systeme und Anwendungen, wie beispielsweise andere tragbare/portable Verbrauchergeräte (wie beispielsweise Gesundheitsüberwachungssysteme, Aktivitätsüberwachungssysteme, Mobiltelefone, Tablet-Vorrichtungen, portable Spielkonsolen, Fotokameras, Video-Camcorder, Laptop-Computer, Notebooks oder dergleichen) und nicht-portable Verbrauchergeräte (Fernseher, Spielkonsolen, Desktop-Computer oder dergleichen), angewendet werden.

In verschiedenen hierin dargestellten Ausführungsformen ist ein RF-System bereitgestellt, das in ein Gestenerfassungssystem einer tragbaren Vorrichtung integriert sein kann. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Gestenerfassungssystem unter Verwendung von mm-Wellen-RF-Schaltungen implementiert sein, um ein mm-Wellen-Gestenerfassungssystem zu erzeugen. Das Gestenerfassungssystem schließt in einer Ausführungsform ein RF-System einschließlich RF-Schaltungen und Antennen ein, das in einem Ball Grid Array(BGA)-Package implementiert ist. Ein derartiges RF-Schaltungen/Antennen-Package schließt eine integrierte Schaltung mit einer Empfangsschnittstelle auf einer ersten Kante des Chips und Sendeschnittstellen auf benachbarten oder gegenüberliegenden Kanten des Chips ein. Eine Multi-Element-Patchantenne ist auf einer Oberfläche des Packages benachbart zur ersten Kante des Chips angeordnet und mit mehreren Empfangskanalschnittstellen an der ersten Kante des Chips gekoppelt. Ähnlich sind Patchantennen zur Übertragung von Signalen in der Umverteilungsschicht des Packages auf den benachbarten oder gegenüberliegenden Kanten des Chips benachbart zu den Sendeschnittstellen angeordnet.

In einigen Ausführungsformen schließt ein RF-Schaltungen/Antennen-Package eine Mehrzahl von Antennen ein, wobei jede der Antennen ausgelegt ist, abhängig von einem Betriebsmodus als eine Empfangsantenne oder eine Sendeantenne zu wirken. Jede der Antennen ist unter Verwendung einer Kopplungsstruktur mit entsprechenden Empfangs- und Sendeschaltungen gekoppelt. Bei der Kopplungsstruktur kann es sich um eine passive Struktur, wie beispielsweise einen Rat-Race-Koppler, einen Wilkinson-Leistungsteiler, einen Zirkulator oder dergleichen, oder einen Schalter handeln. Die Kopplungsstruktur kann auf einem Substrat des integrierten Schaltungschips des RF-Schaltungen/Antennen-Packages oder in einer Umverteilungsschicht im Fan-Out-Bereich des RF-Schaltungen/Antennen-Packages ausgebildet sein. Durch die Verwendung der gleichen Antenne als eine Empfangsantenne und eine Sendeantenne kann die Gesamtzahl der Antennen innerhalb des RF-Schaltungen/Antennen-Packages reduziert werden. Dementsprechend kann eine Größe des RF-Schaltungen/Antennen-Packages reduziert werden. Eine derartige Größenreduzierung kann für die Integration des RF-Schaltungen/Antennen-Packages in Vorrichtungen mit reduzierten Größen, wie beispielsweise tragbaren Vorrichtungen, vorteilhaft sein.

In einigen Ausführungsformen schließt ein Verfahren zum Betreiben des RF-Schaltungen/Antennen-Packages eine alternierende Umschaltung zwischen einem ersten Betriebsmodus und einem zweiten Betriebsmodus ein. Im ersten Betriebsmodus überträgt eine erste Antenne des RF-Schaltungen/Antennen-Packages RF-Signale, während eine zweite Antenne des RF-Schaltungen/Antennen-Packages RF-Signale empfängt. Im zweiten Betriebsmodus überträgt die zweite Antenne des RF-Schaltungen/Antennen-Packages RF-Signale, während die erste Antenne des RF-Schaltungen/Antennen-Packages RF-Signale empfängt.

In einigen Ausführungsformen können Strahlformungskonzepte, die in Radarsystemen weit verbreitet sind, verwendet werden, um der Übertragung und dem Empfang von RF-Signalen Strahlführung und Direktionalität zu verleihen. Derartige Ausführungsformen können beispielsweise auf Kraftfahrzeugradarsysteme, Kamerasysteme, portable Systeme, tragbare Systeme, Fernsehgeräte, Tablet-Computer und andere Anwendungen angewendet werden. Zur Implementierung eines Gestenerkennungssystems können auch Ausführungsformen von Strahlformungskonzepten verwendet werden. In der Vergangenheit sind Gestenerkennungssysteme unter Verwendung von optischen Kameras, Drucksensoren, PALs und anderen Vorrichtungen implementiert worden. Durch die Verwendung von Ausführungsformen von Radarsystemen kann ein Gestenerkennungssystem genaue Abstandsmessungen durchführen, während es praktisch hinter einer opaken Abdeckung aus Kunststoff oder anderen robusten Materialien versteckt ist.

1 veranschaulicht eine perspektivische Ansicht eines typischen RF-Schaltungen/Antennen-Packages 103, das auf einer Leiterplatte 101 montiert ist. Das RF-Schaltungen/Antennen-Package 103 ist mit Lötkugeln (nicht gezeigt) auf der Leiterplatte 101 montiert. Die Leiterplatte 101 kann unter Verwendung eines isolierenden Substrats implementiert sein, das eine oder mehrere dünne leitfähige Schichten aufweist (nicht einzeln gezeigt), die auf eine oder beide Seiten des isolierenden Substrats laminiert sind. Die eine oder mehreren dünnen leitfähigen Schichten sind strukturiert (z. B. geätzt), um Schaltungszwischenverbindungen der Leiterplatte 101 auszubilden. Die eine oder mehreren dünnen leitfähigen Schichten können als Masse-, Leistungs- und/oder Signalschichten ausgelegt sein. Das isolierende Substrat ist aus FR-4 ausgebildet und die eine oder mehreren dünnen leitfähigen Schichten sind aus Kupfer ausgebildet. Alternativ können andere Isoliermaterialien wie Rogers-Leiterplattenmaterial oder leitfähige Materialien verwendet werden, um die Leiterplatte 101 auszubilden. Die Leiterplatte 101 kann zusätzliche leitfähige und isolierende Schichten einschließen, wie in der Technik bekannt ist.

Das RF-Schaltungen/Antennen-Package 103 schließt einen Die einer integrierten RF-Front-End-Schaltung (Integrated Circuit, IC) 105, Sendeantennen 107a und 107b und Empfangsantennen 109a109d ein. Das RE-Schaltungen/Antennen-Package 103 ist ausgelegt, ein einfallendes RF-Signal an einem Objekt (wie beispielsweise eine Hand eines Verbrauchers, wenn das RF-Schaltungen/Antennen-Package 103 Teil eines Gestenerfassungssystems einer tragbaren Vorrichtung ist) über die Sendeantennen 107a und 107b zu übertragen und ein reflektiertes RF-Signal vom Objekt über die Empfangsantennen 109a109d zu empfangen. Der RF-Front-End-IC-Die 105 schließt ein Empfänger-Front-End (nicht gezeigt), das mit den Empfangsantennen 109a109d gekoppelt ist, und ein Sender-Front-End (nicht gezeigt), das mit den Sendeantennen 107a und 107b gekoppelt ist, ein. Die Sendeantennen 107a und 107b und die Empfangsantennen 109a109d sind unter Verwendung von Patchantennen implementiert. Alternativ können andere Antennentypen, wie beispielsweise Yagi-Uda-Antenne, Vivaldi-Antenne, Bow-Tie-Antenne oder dergleichen, verwendet werden, um die Sendeantennen 107a und 107b und die Empfangsantennen 109a109d zu implementieren. Der RF-Front-End-IC-Die 105 stellt Signale bereit, die an das Sender-Front-End übertragen werden sollen, und empfängt und/oder verarbeitet die vom Empfänger-Front-End empfangenen Signale. In einigen Ausführungsformen liegt die Betriebsfrequenz des RF-Schaltungen/Antennen-Packages 103 zwischen etwa 57 GHz und etwa 66 GHz. Alternativ können Ausführungsformen der Systeme auch bei Frequenzen außerhalb dieses Bereichs arbeiten.

Die Empfangsantennen 109a109d, die in einer quadratischen Konfiguration angeordnet sind, weisen Mitten auf, die in einem Abstand von einigen Vielfachen oder Bruchteilen x einer Wellenlänge λ der Signalfrequenz, die vom RF-Schaltungen/Antennen-Package 103 übertragen wird, voneinander getrennt sind. In einigen Ausführungsformen liegt x zwischen etwa 1/2 und etwa 2/3. Alternativ kann x außerhalb dieses Bereichs liegen. In alternativen Ausführungsformen können abhängig von den Spezifikationen des jeweiligen Systems mehr oder weniger als vier Patchantennen zur Implementierung von Empfangsantennen verwendet werden.

Wie gezeigt, ist das RF-Schaltungen/Antennen-Package 103 ein Package eines Embedded Wafer Level (eWLB) Ball Grid Array (BGA), das eine Formmaterialschicht einschließt. In einer derartigen Ausführungsform ist der RF-Front-End-IC-Die 105 innerhalb der Formmaterialschicht angeordnet. Das RF-Schaltungen/Antennen-Package 103 kann ferner auch leitfähige Schichten einschließen, wie beispielsweise Umverteilungsschichten (Redistribution Layers, RDLs), die zum Routing und/oder zur Implementierung verschiedener passiver oder aktiver Vorrichtungen innerhalb des Packages verwendet werden. Die Sendeantennen 107a und 107b und die Empfangsantennen 109a109d können unter Verwendung der RDLs implementiert sein. Alternativ können auch andere Package-Typen, wie beispielsweise ein BGA-Package oder ein Advanced Thin Small Leadless(ATSPL)-Package, verwendet werden, um das RF-Schaltungen/Antennen-Package 103 zu implementieren. In einer Ausführungsform liegt die erste Breite W1 des RF-Schaltungen/Antennen-Packages 103 zwischen etwa 8 mm und etwa 9 mm, und eine zweite Breite W2 des RF-Schaltungen/Antennen-Packages 103 liegt zwischen etwa 11 mm und etwa 12,5 mm. Wie nachstehend detaillierter beschrieben, sind die Sendeantennen 107a und 107b weggelassen, so dass einige der Empfangsantennen 109a109d ausgelegt sind, sowohl als Empfangs- als auch als Sendeantennen zu wirken. Durch Weglassen der Sendeantennen 107a und 107b kann die erste Breite W1 des RF-Schaltungen/Antennen-Packages 103 weiter reduziert werden.

2 veranschaulicht eine schematische Darstellung eines mm-Wellen-Gestenerfassungssystems 200 gemäß einigen Ausführungsformen. Wie gezeigt, ist eine Radar-Transceivervorrichtung 201 ausgelegt, ein einfallendes RF-Signal an einer gestikulierenden Hand 217 über die Sendeantenne 213a und/oder Sendeantenne 213b zu übertragen und ein reflektiertes RF-Signal über ein Antennenarray zu empfangen, das die Empfangsantennen 215a215d einschließt. Die Radar-Transceivervorrichtung 201 schließt ein Empfänger-Front-End 211, das mit den Empfangsantennen 215a215d gekoppelt ist, ein erstes Sender-Front-End 203, das mit der Sendeantenne 213a gekoppelt ist, und ein zweites Sender-Front-End 209, das mit der Sendeantenne 213b gekoppelt ist, ein. Die Radarschaltungen 205 stellen Signale bereit, die an die ersten und zweiten Sender-Front-Ends 203 und 209 übertragen werden sollen, und empfängt Signale über das Empfänger-Front-End 211. Die Verarbeitungsschaltungen 207 verarbeiten die empfangenen Signale und steuern die Übertragungen, die vom ersten Sender-Front-End 203 und vom zweiten Sender-Front-End 209 erzeugt werden. In einigen Ausführungsformen ist das mm-Wellen-Gestenerfassungssystem 200 als ein Frequency Modulated Continuous Wave(FMCW)-Radarsensor mit zwei Sendekanälen und vier Empfangskanälen zur Realisierung eines digitalen, strahlformenden, holographischen Radars implementiert, so dass eine relative Geschwindigkeit, Entfernung und Phase jedes Ziels im Sichtfeld (Field of View, FOV) vor den Antennen gemessen wird.

Während des Betriebs können die Position und Gesten einer gestikulierenden Hand 217 durch die Radar-Transceivervorrichtung 201 und/oder andere daran gekoppelte Verarbeitungsschaltungen erkannt werden. Beispielsweise kann die Radar-Transceivervorrichtung 201 mit einer tragbaren Vorrichtung, einem Computersystem, einem Gerät oder anderen Vorrichtungen gekoppelt sein, und die erkannten Gesten können als Eingabe für derartige Vorrichtungen verwendet werden. Beispielsweise könnte eine Geste von zwei Fingern, die sich gegenseitig antippen, als ein „Tastendruck” interpretiert werden, oder eine Geste eines rotierenden Daumens und Fingers kann als ein Drehen einer Wählscheibe interpretiert werden.

In einigen Ausführungsformen können die Radar-Transceivervorrichtung 201 oder Teile der Radar-Transceivervorrichtung 201 in einem Package implementiert sein (wie beispielsweise im RF-Schaltungen/Antennen-Package 103, wie oben unter Bezugnahme auf 1 beschrieben), das Radarschaltungen 205, das erste Sender-Front-End 203, das zweite Sender-Front-End 209, das Empfänger-Front-End 211 sowie die Sendeantennen 213a und 213b und die Empfangsantennen 215a215d enthält. In anderen Ausführungsformen kann die Radar-Transceivervorrichtung 201 als eine oder mehrere integrierte Schaltungen implementiert sein, die auf einer Leiterplatte angeordnet sind, und die Sendeantennen 213a und 213b und die Empfangsantennen 215a215d können auf der Leiterplatte benachbart zu den integrierten Schaltungen implementiert sein. Verschiedene Betriebsverfahren eines Gestenerfassungssystems (wie beispielsweise des mm-Wellen-Gestenerfassungssystems 200) wurden in der am 30. November 2015 eingereichten US-Anmeldung Nr. 14/954,198 beschrieben, die hiermit durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen ist.

3A veranschaulicht eine schematische Ansicht eines RF-Schaltungen/Antennen-Packages 300 gemäß einigen Ausführungsformen. Das RF-Schaltungen/Antennen-Package 300 schließt einen RF-Front-End-IC-Die 301 mit den Sendeschaltungen Tx1 und Tx2 und Empfangsschaltungen Rx1, Rx2, Rx3 und Rx4 ein. Das RF-Schaltungen/Antennen-Package 300 schließt ferner die Antennen 305a305d ein. Die Antennen 305a305d können in einigen Ausführungsformen den Empfangsantennen 109a109d ähnlich sein (siehe 1), und die Beschreibung wird hierin um der Kürze willen nicht wiederholt. Die Antenne 305a ist mit der Empfangsschaltung Rx3 gekoppelt. Die Antenne 305b ist mit der Empfangsschaltung Rx1 und der Sendeschaltung Tx1 unter Verwendung einer Kopplungsstruktur 303a gekoppelt. Die Antenne 305c ist mit der Empfangsschaltung Rx2 gekoppelt. Die Antenne 305d ist mit der Empfangsschaltung Rx4 und der Sendeschaltung Tx2 unter Verwendung einer Kopplungsstruktur 303b gekoppelt. Die Kopplungsstrukturen 303a und 303b können unter Verwendung einer passiven Struktur, wie beispielsweise eines Rat-Race-Kopplers, eines Wilkinson-Leistungsteilers, eines Zirkulators oder dergleichen, oder eines Schalters implementiert sein. In einer Ausführungsform können die Kopplungsstrukturen 303a und 303b auf einem Substrat des RF-Front-End-IC-Dies 301 des RF-Schaltungen/Antennen-Packages 300 ausgebildet sein. In einer weiteren Ausführungsform können die Kopplungsstrukturen 303a und 303b in einer Umverteilungsschicht im Fan-out-Bereich des RF-Schaltungen/Antennen-Packages 300 ausgebildet sein. Der RF-Front-End-IC-Die 301 schließt ferner eine Steuerschaltung 307 ein, die mit den Sendeschaltungen Tx1 und Tx2 und den Empfangsschaltungen Rx1, Rx2, Rx3 und Rx4 gekoppelt ist. Die Steuerschaltung 307 ist ausgelegt, die Sendeschaltungen Tx1 und Tx2 und die Empfangsschaltungen Rx1, Rx2, Rx3 und Rx4 zu aktivieren oder zu deaktivieren. Beispielsweise schließt die Steuerschaltung 307 in einer Ausführungsform einen oder mehrere Schalter ein. Alternativ können zur Implementierung der Steuerschaltung 307 andere geeignete Schaltungen verwendet werden.

Unter weiterer Bezugnahme auf 3A schließt das RF-Schaltungen/Antennen-Package 300 weniger Antennen als das RF-Schaltungen/Antennen-Package 103 ein (siehe 1). Das RF-Schaltungen/Antennen-Package 300 schließt in einer Ausführungsform keine dedizierten Sendeantennen, wie beispielsweise die Sendeantennen 107a und 107b des RF-Schaltungen/Antennen-Packages 103, ein. Dementsprechend kann eine erste Breite W3 des RF-Schaltungen/Antennen-Packages 300 weniger als die erste Breite W1 des RF-Schaltungen/Antennen-Packages 103 betragen. Ein Unterschied zwischen der ersten Breite W1 und der ersten Breite W3 kann zwischen etwa 2 mm und etwa 4 mm liegen, und eine zweite Breite W4 des RF-Schaltungen/Antennen-Packages 300 kann gleich der zweiten Breite W2 des RF-Schaltungen/Antennen-Packages 103 sein. Alternativ kann sich die zweite Breite W4 des RF-Schaltungen/Antennen-Packages 300 von der zweiten Breite W2 des RF-Schaltungen/Antennen-Packages 103 unterscheiden.

Während des Betriebs des RF-Schaltungen/Antennen-Packages 300 werden die Sendeschaltungen Tx1 und Tx2 alternierend aktiviert, so dass die Sendeschaltungen Tx1 und Tx2 nicht gleichzeitig aktiv sind. Bezug nehmend auf 3B, während eines ersten Betriebsmodus (auch als „Chirp 1” bezeichnet) aktiviert die Steuerschaltung 307 die Sendeschaltung Tx1 und die Empfangsschaltung Rx4, während die Empfangsschaltung Rx1 und die Sendeschaltung Tx2 deaktiviert wird. Dementsprechend wirkt die Antenne 305b als eine Sendeantenne, und die Antenne 305d wirkt als eine Empfangsantenne. Ferner aktiviert die Steuerschaltung 307 auch die Empfangsschaltungen Rx2 und Rx3, und die Antennen 305a und 305c wirken als Empfangsantennen. Die Antenne 305b überträgt in einer Ausführungsform ein RF-Signal an ein Objekt (wie beispielsweise die in 2 veranschaulichte gestikulierende Hand 217, wenn das RF-Schaltungen/Antennen-Package 300 als Radarsystem für ein Gestenerfassungssystem einer tragbaren Vorrichtung verwendet wird), und die Antennen 305a, 305c und 305d empfangen ein reflektiertes RF-Signal vom Objekt.

Bezug nehmend auf 3C, während eines zweiten Betriebsmodus (auch als „Chirp 2” bezeichnet) aktiviert die Steuerschaltung 307 die Sendeschaltung Tx2 und die Empfangsschaltung Rx1, während die Empfangsschaltung Rx4 und die Sendeschaltung Tx1 deaktiviert wird.

Dementsprechend wirkt die Antenne 305b als eine Empfangsantenne, und die Antenne 305d wirkt als eine Sendeantenne. Ferner aktiviert die Steuerschaltung 307 auch die Empfangsschaltungen Rx2 und Rx3, und die Antennen 305a und 305c wirken als Empfangsantennen. In einer Ausführungsform überträgt die Antenne 305d ein RF-Signal an das Objekt, und die Antennen 305a, 305b und 305c empfangen ein reflektiertes RF-Signal vom Objekt. In einer Ausführungsform werden Chirp 1 und Chirp 2 alternierend N-mal wiederholt. Der Wert von N kann gemäß Designanforderungen des RF-Schaltungen/Antennen-Packages 300 variieren.

4A veranschaulicht eine schematische Ansicht eines RF-Schaltungen/Antennen-Packages 400 gemäß einigen Ausführungsformen. Das RF-Schaltungen/Antennen-Package 400 schließt einen RF-Front-End-IC-Die 401 mit den Sendeschaltungen Tx1 und Tx2 und Empfangsschaltungen Rx1, Rx2, Rx3 und Rx4 ein. Das RF-Schaltungen/Antennen-Package 400 schließt ferner die Antennen 405a405d ein. Die Antennen 405a405d können in einigen Ausführungsformen den Empfangsantennen 109a109d ähnlich sein (siehe 1), und die Beschreibung wird hierin um der Kürze willen nicht wiederholt. Die Antenne 405a ist mit der Empfangsschaltung Rx3 und der Sendeschaltung Tx2 unter Verwendung einer Kopplungsstruktur 403a gekoppelt. Die Antenne 405b ist mit der Empfangsschaltung Rx1 gekoppelt. Die Antenne 405c ist mit der Empfangsschaltung Rx2 und der Sendeschaltung Tx1 unter Verwendung einer Kopplungsstruktur 403b gekoppelt. Die Antenne 405d ist mit der Empfangsschaltung Rx4 gekoppelt. Die Kopplungsstrukturen 403a und 403b können unter Verwendung einer passiven Struktur, wie beispielsweise eines Rat-Race-Kopplers, eines Wilkinson-Leistungsteilers, eines Zirkulators oder dergleichen, oder eines Schalters implementiert sein. In einer Ausführungsform können die Kopplungsstrukturen 403a und 403b auf einem Substrat des RF-Front-End-IC-Dies 401 des RF-Schaltungen/Antennen-Packages 400 ausgebildet sein. In einer weiteren Ausführungsform können die Kopplungsstrukturen 403a und 403b in einer Umverteilungsschicht im Fan-out-Bereich des RF-Schaltungen/Antennen-Packages 400 ausgebildet sein. Der RF-Front-End-IC-Die 401 schließt ferner eine Steuerschaltung 407 ein, die mit den Sendeschaltungen Tx1 und Tx2 und den Empfangsschaltungen Rx1, Rx2, Rx3 und Rx4 gekoppelt ist. Die Steuerschaltung 407 ist ausgelegt, die Sendeschaltungen Tx1 und Tx2 und die Empfangsschaltungen Rx1, Rx2, Rx3 und Rx4 zu aktivieren oder zu deaktivieren. Beispielsweise schließt die Steuerschaltung 407 in einer Ausführungsform einen oder mehrere Schalter ein. Alternativ können zur Implementierung der Steuerschaltung 407 andere geeignete Schaltungen verwendet werden.

Unter weiterer Bezugnahme auf 4A schließt das RF-Schaltungen/Antennen-Package 400 weniger Antennen als das RF-Schaltungen/Antennen-Package 103 ein (siehe 1). Das RF-Schaltungen/Antennen-Package 400 schließt in einer Ausführungsform keine dedizierten Sendeantennen, wie beispielsweise die Sendeantennen 107a und 107b des RF-Schaltungen/Antennen-Packages 103, ein. Dementsprechend kann eine erste Breite W5 des RF-Schaltungen/Antennen-Packages 400 weniger als die erste Breite W1 des RF-Schaltungen/Antennen-Packages 103 betragen. Ein Unterschied zwischen der ersten Breite W1 und der ersten Breite W5 kann zwischen etwa 2 mm und etwa 4 mm liegen, und eine zweite Breite W6 des RF-Schaltungen/Antennen-Packages 400 kann gleich der zweiten Breite W2 des RF-Schaltungen/Antennen-Packages 103 sein. Alternativ kann sich die zweite Breite W6 des RF-Schaltungen/Antennen-Packages 400 von der zweiten Breite W2 des RF-Schaltungen/Antennen-Packages 103 unterscheiden.

Während des Betriebs des RF-Schaltungen/Antennen-Packages 400 werden die Sendeschaltungen Tx1 und Tx2 alternierend aktiviert, so dass die Sendeschaltungen Tx1 und Tx2 nicht gleichzeitig aktiv sind. Bezug nehmend auf 4B, während eines ersten Betriebsmodus (auch als „Chirp 1” bezeichnet) aktiviert die Steuerschaltung 407 die Sendeschaltung Tx1 und die Empfangsschaltung Rx3, während die Empfangsschaltung Rx2 und die Sendeschaltung Tx2 deaktiviert wird. Dementsprechend wirkt die Antenne 405c als eine Sendeantenne, und die Antenne 405a wirkt als eine Empfangsantenne. Ferner aktiviert die Steuerschaltung 407 auch die Empfangsschaltungen Rx1 und Rx4, und die Antennen 405b und 405d wirken als Empfangsantennen. Die Antenne 405c überträgt in einer Ausführungsform ein RF-Signal an ein Objekt (wie beispielsweise die in 2 veranschaulichte gestikulierende Hand 217, wenn das RF-Schaltungen/Antennen-Package 300 als Radarsystem für ein Gestenerfassungssystem einer tragbaren Vorrichtung verwendet wird), und die Antennen 405a, 405b und 405d empfangen ein reflektiertes RF-Signal vom Objekt.

Bezug nehmend auf 4C, während eines zweiten Betriebsmodus (auch als „Chirp 2” bezeichnet) aktiviert die Steuerschaltung 407 die Sendeschaltung Tx2 und die Empfangsschaltung Rx2, während die Empfangsschaltung Rx3 und die Sendeschaltung Tx1 deaktiviert wird. Dementsprechend wirkt die Antenne 405c als eine Empfangsantenne, und die Antenne 405a wirkt als eine Sendeantenne. Ferner aktiviert die Steuerschaltung 407 auch die Empfangsschaltungen Rx1 und Rx4, und die Antennen 405b und 405d wirken als Empfangsantennen. In einer Ausführungsform überträgt die Antenne 405a ein RF-Signal an das Objekt, und die Antennen 405b, 405c und 405d empfangen ein reflektiertes RF-Signal vom Objekt. In einer Ausführungsform werden Chirp 1 und Chirp 2 alternierend N-mal wiederholt. Der Wert von N kann gemäß Designanforderungen des RF-Schaltungen/Antennen-Packages 400 variieren.

5A und 5B veranschaulichen Drauf- und Querschnittsansichten einer tragbaren Vorrichtung 500 gemäß einigen Ausführungsformen. In der veranschaulichten Ausführungsform ist die tragbare Vorrichtung 500 eine intelligente Uhr. Alternativ kann die tragbare Vorrichtung 500 ein Gesundheitsüberwachungssystem, ein Aktivitätsüberwachungssystem oder dergleichen sein. Die tragbare Vorrichtung 500 schließt ein Gehäuse 501 ein, das verschiedene Komponenten der tragbaren Vorrichtung 500 aufnimmt, als mechanische Unterstützung wirkt und verschiedene Komponenten der tragbaren Vorrichtung 500 schützt. Das Gehäuse 501 kann unter Verwendung eines beliebigen geeigneten Materials ausgebildet sein, das verschiedene Komponenten der tragbaren Vorrichtung 500 wie gewünscht unterstützt und schützt. Beispielsweise kann das Gehäuse 501 unter Verwendung eines Metalls, einer Metalllegierung oder dergleichen ausgebildet sein. Die tragbare Vorrichtung 500 schließt ferner ein Band 503 ein, das am Gehäuse 501 angebracht ist und ausgelegt ist, die tragbare Vorrichtung 500 beispielsweise an einem Handgelenk eines Verbrauchers anzubringen. Die tragbare Vorrichtung 500 schließt ferner eine Anzeige 505 ein. Die Anzeige 505 kann ein LCD, eine LED-Anzeige, eine AMOLED-Anzeige oder dergleichen sein.

Die tragbare Vorrichtung 500 schließt ferner eine erste Leiterplatte 507, die direkt unter der Anzeige 505 angeordnet ist, und eine zweite Leiterplatte 509, die an einer Verbindungsstelle des Gehäuses 501 der tragbaren Vorrichtung 500 mit dem Band 503 der tragbare Vorrichtung 500 angeordnet ist, ein, so dass die zweite Leiterplatte 509 einen Winkel mit der ersten Leiterplatte 507 ausbildet. In einer Ausführungsform liegt der Winkel zwischen der zweiten Leiterplatte 509 und der ersten Leiterplatte 507 zwischen etwa 30 Grad und etwa 60 Grad. Die zweite Leiterplatte 509 ist unter Verwendung eines flexiblen Konnektors 511 mit der ersten Leiterplatte 507 elektrisch gekoppelt, wodurch der Winkel zwischen der zweiten Leiterplatte 509 und der ersten Leiterplatte 507 angepasst werden kann. Die erste Leiterplatte 507 und die zweite Leiterplatte 509 können unter Verwendung ähnlicher Materialien und Verfahren wie die oben unter Bezugnahme auf 1 beschriebene Leiterplatte 101 ausgebildet sein, und die Beschreibung wird hierin um der Kürze willen nicht wiederholt. Wie im Folgenden detaillierter beschrieben, sind auf der zweiten Leiterplatte 509 ein RF-System (wie beispielsweise die RF-Schaltungen/Antennen-Packages 300 und 400, die jeweils in den 3A und 4A veranschaulicht sind) und verschiedene elektrische Komponenten montiert, um ein Gestenerfassungssystem auszubilden (wie beispielsweise das oben unter Bezugnahme auf 2 beschriebene mm-Wellen-Gestenerfassungssystem 200). Durch Anordnen des Gestenerfassungssystems an der Verbindungsstelle des Gehäuses 501 der tragbaren Vorrichtung 500 mit dem Band 503 der tragbaren Vorrichtung 500 werden RF-Signale, die vom oder durch das RF-System des Gestenerfassungssystems übertragen oder empfangen werden, nicht durch die Anzeige 505 blockiert. Zusätzlich ist ein Teil des Gehäuses 501, das über dem RF-System des Gestenerfassungssystems angeordnet ist, aus einem Material ausgebildet, das für Millimeterwellen transparent ist, um einen ordnungsgemäßen Betrieb des Gestenerfassungssystems zu gewährleisten.

Unter weiterer Bezugnahme auf die 5A und 5B ist auf der zweiten Leiterplatte 509 der tragbaren Vorrichtung 500 ein Gestenerfassungssystem 513 montiert. Zur besseren Übersichtlichkeit sind nur die Komponenten des Gestenerfassungssystems 513 veranschaulicht. Fachleute auf dem Gebiet werden erkennen, dass die erste Leiterplatte 507 je nach funktionaler Anforderung der tragbaren Vorrichtung 500 verschiedene Komponenten und Vorrichtungen einschließen kann. In einigen Ausführungsformen kann die erste Leiterplatte 507 verschiedene anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (Application Specific Integrated Circuits, ASICs), verschiedene Komponenten zur Stromversorgung und Steuerung der Anzeige 505 der tragbaren Vorrichtung 500, verschiedene Sensoren wie beispielsweise einen Bewegungssensor, einen Drucksensor, einen Temperatursensor, einen Feuchtesensor, einen Berührungssensor, einen Herzfrequenzsensor oder dergleichen, verschiedene Schnittstellenkomponenten wie beispielsweise USB, WiFi, WiGig, Bluetooth oder dergleichen, verschiedene Leistungsmanagementkomponenten und eine Leistungsquelle wie beispielsweise eine Batterie einschließen.

In einer Ausführungsform schließt das Gestenerfassungssystem 513 ein RF-System 515 ein. Das RF-System kann mit dem RF-Schaltungen/Antennen-Package 300 (siehe 3A) oder dem RF-Schaltungen/Antennen-Package 400 (siehe 4A) implementiert werden, und die Beschreibung wird hierin um der Kürze willen nicht wiederholt. Das Gestenerfassungssystem 513 schließt ferner einen Quarzoszillator (Xtal) 517 und eine Phasenregelschleife (Phase-Locked Loop, PLL) 519 ein, die als Takterzeugungsschaltung ausgelegt sind, die zwischen verschiedenen Komponenten des Gestenerfassungssystems 513 geteilt werden kann. Das Gestenerfassungssystem 513 schließt ferner die Basisbandverstärker 521a und 521b und Analog-Digital-Wandler (Analog-to-Digital Converters, ADCs) 523a und 523b ein, die zur Verstärkung und Digitalisierung der Ausgangssignale des RF-Systems 515 ausgelegt sind. Das Gestenerfassungssystem 513 schließt ferner einen Schalter 119 ein, der ausgelegt ist, das RF-System 515 an eine integrierte Schaltung zum Leistungsmanagement (Power Management Integrated Circuit, PMIC) (nicht gezeigt) der tragbaren Vorrichtung 500 zu koppeln. Durch die Verwendung der RF-Schaltungen/Antennen-Packages 300 oder 400 zur Implementierung des RF-Systems 515 kann eine Gesamtfläche aller Komponenten des Gestenerfassungssystems 513 reduziert werden. Dementsprechend kann auch eine Fläche der zweiten Leiterplatte 509 reduziert werden. In alternativen Ausführungsformen kann die Grundfläche des Gestenerfassungssystems 513 durch die Integration der Basisbandverstärker 521a und 521b und/oder der ADCs 523a und 523b im RF-System 515 weiter reduziert werden.

Während des Betriebs des Gestenerfassungssystems 513 der tragbaren Vorrichtung 500 erzeugt das RF-System 515 ein übertragenes RF-Signal 527. Sendeantennen des RF-Systems 515 übertragen das übertragene RF-Signal 527 an eine gestikulierende Hand 529. Empfangsantennen des RF-Systems 515 empfangen ein reflektiertes RF-Signal von der gestikulierenden Hand 529. Das Gestenerfassungssystem 513 erkennt eine Geste, indem das übertragene RF-Signal mit dem reflektierten RF-Signal verglichen wird. Die tragbare Vorrichtung 500 führt eine Operation basierend auf der erkannten Geste durch.

6 veranschaulicht ein Flussdiagramm eines Verfahrens 600 zum Betreiben eines Gestenerfassungssystems, das in eine tragbare Vorrichtung integriert ist, gemäß einigen Ausführungsformen. Das Verfahren 600 beginnt mit Schritt 601, wo eine erste Empfangsschaltung (wie beispielsweise die Empfangsschaltung Rx1, die in den 3A3C veranschaulicht ist) eines RF-Systems (wie beispielsweise des RF-Schaltungen/Antennen-Packages 300, das in 3A veranschaulicht ist) eines Gestenerfassungssystems (wie beispielsweise des Gestenerfassungssystems 513, das in den 5A und 5B veranschaulicht ist) einer tragbaren Vorrichtung (wie beispielsweise der tragbaren Vorrichtung 500, die in den 5A und 5B veranschaulicht ist) deaktiviert wird. In einer Ausführungsform wird die erste Empfangsschaltung mit einer ersten Antenne (wie beispielsweise der Antenne 305b, die in den Figuren 3A3C veranschaulicht ist) unter Verwendung einer ersten Kopplungsstruktur (wie beispielsweise der Kopplungsstruktur 303a, die in den 3A3C veranschaulicht ist) gekoppelt. In Schritt 603 wird eine zweite Sendeschaltung (wie beispielsweise die Sendeschaltung Tx2, die in den 3A3C veranschaulicht ist) des RF-Systems deaktiviert. In einer Ausführungsform wird die zweite Sendeschaltung mit einer zweiten Antenne (wie beispielsweise der Antenne 305d, die in den 3A3C veranschaulicht ist) unter Verwendung einer zweiten Kopplungsstruktur (wie beispielsweise der Kopplungsstruktur 303b, die in den 3A3C veranschaulicht ist) gekoppelt. In Schritt 605 wird eine erste Sendeschaltung (wie beispielsweise die Sendeschaltung Tx1, die in den 3A3C veranschaulicht ist) des RF-Systems aktiviert. In einer Ausführungsform wird die erste Sendeschaltung mit der ersten Antenne unter Verwendung der ersten Kopplungsstruktur gekoppelt. In Schritt 607 wird eine zweite Empfangsschaltung (wie beispielsweise die Empfangsschaltung Rx4, die in den 3A3C veranschaulicht ist) des RF-Systems aktiviert. In einer Ausführungsform wird die zweite Empfangsschaltung mit der zweiten Antenne unter Verwendung der zweiten Kopplungsstruktur gekoppelt. In Schritt 609 überträgt die erste Antenne ein erstes übertragenes RF-Signal an eine gestikulierende Hand (wie beispielsweise die gestikulierende Hand 529, die in 5B veranschaulicht ist). In Schritt 611 empfängt die zweite Antenne ein erstes reflektiertes RF-Signal von der gestikulierenden Hand. Die Schritte 601611 können auch kollektiv als „Chirp 1” bezeichnet werden.

Unter weiterer Bezugnahme auf 6 wird in Schritt 613 die erste Sendeschaltung des RF-Systems deaktiviert. In Schritt 615 wird die zweite Empfangsschaltung des RF-Systems deaktiviert. In Schritt 617 wird die erste Empfangsschaltung des RF-Systems aktiviert. In Schritt 619 wird die zweite Sendeschaltung des RF-Systems aktiviert. In Schritt 621 überträgt die zweite Antenne ein zweites übertragenes RF-Signal an die gestikulierende Hand. In Schritt 623 empfängt die erste Antenne ein zweites reflektiertes RF-Signal von der gestikulierenden Hand. Die Schritte 613623 können auch kollektiv als „Chirp 2” bezeichnet werden. In einer Ausführungsform werden Chirp 1 (Schritte 601611) und Chirp 2 (613623) alternierend ein oder mehrere Male wiederholt. In Schritt 625 erkennt das Gestenerfassungssystem eine Geste basierend auf übertragenen RF-Signalen und reflektierten RF-Signalen. In einer Ausführungsform kann das Gestenerfassungssystem die reflektierten RF-Signale mit den übertragenen RF-Signalen vergleichen, um die Geste zu erkennen. In Schritt 627 führt die tragbare Vorrichtung eine Operation basierend auf der Geste durch.

Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind hierin zusammengefasst. Andere Ausführungsformen können auch aus der Gesamtheit der Beschreibung und der hierin eingereichten Ansprüche abgeleitet werden. Ein allgemeiner Aspekt schließt ein Hochfrequenz (Radio Frequency, RF)-System ein, einschließlich: einen Die einer integrierten RF-Schaltung (Integrated Circuit, IC), der RFIC-Die einschließlich: eine erste Sendeschaltung; eine zweite Sendeschaltung; eine erste Empfangsschaltung; eine zweite Empfangsschaltung; und eine Steuerschaltung, die mit der ersten Sendeschaltung, der zweiten Sendeschaltung, der ersten Empfangsschaltung und der zweiten Empfangsschaltung gekoppelt ist; eine erste Antenne, die unter Verwendung einer ersten Kopplungsstruktur mit der ersten Sendeschaltung und der ersten Empfangsschaltung gekoppelt ist, wobei die Steuerschaltung ausgelegt ist, in einem ersten Betriebsmodus die erste Sendeschaltung zu aktivieren und die erste Empfangsschaltung zu deaktivieren; und eine zweite Antenne, die unter Verwendung einer zweiten Kopplungsstruktur mit der zweiten Sendeschaltung und der zweiten Empfangsschaltung gekoppelt ist, wobei die Steuerschaltung ausgelegt ist, in einem zweiten Betriebsmodus die zweite Sendeschaltung zu aktivieren und die zweite Empfangsschaltung zu deaktivieren.

Implementierungen können eines oder mehrere der nachfolgenden Merkmale einschließen. Das RF-System, wobei die Steuerschaltung ferner ausgelegt ist, im ersten Betriebsmodus die zweite Sendeschaltung zu deaktivieren und die zweite Empfangsschaltung zu aktivieren. Das RF-System, wobei die Steuerschaltung ausgelegt ist, im zweiten Betriebsmodus die erste Sendeschaltung zu deaktivieren und die erste Empfangsschaltung zu aktivieren. Das RF-System, wobei im ersten Betriebsmodus die erste Antenne ausgelegt ist, ein erstes übertragenes RF-Signal an ein Objekt zu übertragen, und die zweite Antenne ausgelegt ist, ein erstes reflektiertes RF-Signal vom Objekt zu empfangen. Das RF-System, wobei im zweiten Betriebsmodus die zweite Antenne ausgelegt ist, ein zweites übertragenes RF-Signal an das Objekt zu übertragen, und die erste Antenne ausgelegt ist, ein zweites reflektiertes RF-Signal vom Objekt zu empfangen. Das RF-System, wobei die erste Kopplungsstruktur und die zweite Kopplungsstruktur passive Strukturen einschließen. Das RF-System, wobei die erste Kopplungsstruktur und die zweite Kopplungsstruktur innerhalb des RFIC-Dies angeordnet sind. Das RF-System, wobei der RFIC-Die, die erste Antenne und die zweite Antenne in einem Package angeordnet sind, und wobei die erste Kopplungsstruktur und die zweite Kopplungsstruktur in einer Umverteilungsschicht des Packages angeordnet sind. Das RF-System, wobei der RFIC-Die ferner einschließt: eine dritte Empfangsschaltung; und eine vierte Empfangsschaltung. Das RF-System, ferner einschließlich: eine dritte Antenne, die mit der dritten Empfangsschaltung gekoppelt ist; und eine vierte Antenne, die mit der vierten Empfangsschaltung gekoppelt ist. Das RF-System, wobei Mitten der ersten Antenne, der zweiten Antenne, der dritten Antenne und der vierten Antenne an Ecken eines Quadrats angeordnet sind. Das RF-System, wobei eine erste Mitte der ersten Antenne an einer ersten Ecke des Quadrats angeordnet ist und eine zweite Mitte der zweiten Antenne an einer zweiten Ecke des Quadrats angeordnet ist, und wobei die erste Ecke der zweiten Ecke gegenüberliegt.

Ein weiterer allgemeiner Aspekt schließt eine integrierte Hochfrequenzschaltung (Radio Frequency Integrated Circuit, RFIC) ein, einschließlich: eine Mehrzahl von Sendeschaltungen und eine Mehrzahl von Empfangsschaltungen, die zur Kopplung mit einem Antennenarray ausgelegt sind; und eine Steuerschaltung, die mit der Mehrzahl von Sendeschaltungen und der Mehrzahl von Empfangsschaltungen gekoppelt ist, wobei die Steuerschaltung ausgelegt ist, in einem ersten Betriebsmodus eine erste Teilmenge der Mehrzahl von Sendeschaltungen und eine erste Teilmenge der Mehrzahl von Empfangsschaltungen zu aktivieren, und wobei die Steuerschaltung ausgelegt ist, in einem zweiten Betriebsmodus eine zweite Teilmenge der Mehrzahl von Sendeschaltungen und eine zweite Teilmenge der Mehrzahl von Empfangsschaltungen zu aktivieren, wobei sich die erste Teilmenge der Mehrzahl von Sendeschaltungen von der zweiten Teilmenge der Mehrzahl von Sendeschaltungen unterscheidet.

Implementierungen können eines oder mehrere der nachfolgenden Merkmale einschließen. Die RFIC, wobei sich die erste Teilmenge der Mehrzahl von Empfangsschaltungen von der zweiten Teilmenge der Mehrzahl von Empfangsschaltungen unterscheidet. Die RFIC, wobei die Steuerschaltung ferner ausgelegt ist, im ersten Betriebsmodus eine dritte Teilmenge der Mehrzahl von Sendeschaltungen und eine dritte Teilmenge der Mehrzahl von Empfangsschaltungen zu deaktivieren. Die RFIC, wobei die erste Teilmenge der Mehrzahl von Sendeschaltungen und die dritte Teilmenge der Mehrzahl von Empfangsschaltungen zur Kopplung mit einer gleichen Teilmenge des Antennenarrays ausgelegt sind. Die RFIC, wobei die Steuerschaltung ferner ausgelegt ist, im zweiten Betriebsmodus eine vierte Teilmenge der Mehrzahl von Sendeschaltungen und eine vierte Teilmenge der Mehrzahl von Empfangsschaltungen zu deaktivieren. Die RFIC, wobei die zweite Teilmenge der Mehrzahl von Sendeschaltungen und die vierte Teilmenge der Mehrzahl von Empfangsschaltungen zur Kopplung mit einer gleichen Teilmenge des Antennenarrays ausgelegt sind.

Ein weiterer allgemeiner Aspekt schließt ein Verfahren ein, einschließlich: Durchführen von Operationen des ersten Modus, die Operationen des ersten Modus einschließlich: Übertragen, durch eine erste Teilmenge eines Antennenarrays, eines ersten übertragenen RF-Signals an ein Objekt; und Empfangen, durch eine zweite Teilmenge des Antennenarrays, eines ersten reflektierten RF-Signals vom Objekt, wobei sich die erste Teilmenge des Antennenarrays von der zweiten Teilmenge des Antennenarrays unterscheidet; und Durchführen von Operationen des zweiten Modus, die Operationen des zweiten Modus einschließlich: Übertragen, durch eine dritte Teilmenge des Antennenarrays, eines zweiten übertragenen RF-Signals an das Objekt; und Empfangen, durch eine vierte Teilmenge des Antennenarrays, eines zweiten reflektierten RF-Signals vom Objekt, wobei sich die dritte Teilmenge des Antennenarrays von der vierten Teilmenge des Antennenarrays unterscheidet.

Implementierungen können eines oder mehrere der nachfolgenden Merkmale einschließen. Das Verfahren, wobei sich die erste Teilmenge des Antennenarrays von der dritten Teilmenge des Antennenarrays unterscheidet. Das Verfahren, wobei sich die zweite Teilmenge des Antennenarrays von der vierten Teilmenge des Antennenarrays unterscheidet. Das Verfahren, wobei die Operationen des ersten Modus ferner einschließen: Aktivieren einer ersten Teilmenge von Sendeschaltungen, die mit der ersten Teilmenge des Antennenarrays gekoppelt sind; und Deaktivieren einer ersten Teilmenge von Empfangsschaltungen, die mit der ersten Teilmenge des Antennenarrays gekoppelt sind; Aktivieren einer zweiten Teilmenge von Empfangsschaltungen, die mit der zweiten Teilmenge des Antennenarrays gekoppelt sind; und Deaktivieren einer zweiten Teilmenge von Sendeschaltungen, die mit der zweiten Teilmenge des Antennenarrays gekoppelt sind. Das Verfahren, wobei eine erste Sendeschaltung der ersten Teilmenge von Sendeschaltungen und eine erste Empfangsschaltung der ersten Teilmenge von Empfangsschaltungen unter Verwendung einer ersten Kopplungsstruktur mit einer ersten Antenne der ersten Teilmenge des Antennenarrays gekoppelt sind. Das Verfahren, wobei eine zweite Sendeschaltung der zweiten Teilmenge von Sendeschaltungen und eine zweite Empfangsschaltung der zweiten Teilmenge von Empfangsschaltungen unter Verwendung einer zweiten Kopplungsstruktur mit einer zweiten Antenne der zweiten Teilmenge des Antennenarrays gekoppelt sind, und wobei sich die zweite Kopplungsstruktur von der ersten Kopplungsstruktur unterscheidet. Das Verfahren, wobei die erste Kopplungsstruktur und die zweite Kopplungsstruktur Schalter einschließen. Das Verfahren, wobei die Operationen des zweiten Modus ferner einschließen: Aktivieren einer ersten Teilmenge von Sendeschaltungen, die mit der dritten Teilmenge des Antennenarrays gekoppelt sind; und Deaktivieren einer ersten Teilmenge von Empfangsschaltungen, die mit der dritten Teilmenge des Antennenarrays gekoppelt sind; Aktivieren einer zweiten Teilmenge von Empfangsschaltungen, die mit der vierten Teilmenge des Antennenarrays gekoppelt sind; und Deaktivieren einer zweiten Teilmenge von Sendeschaltungen, die mit der vierten Teilmenge des Antennenarrays gekoppelt sind. Das Verfahren, ferner einschließlich ein- oder mehrmaliges alternierendes Durchführen der Operationen des ersten Modus und der Operationen des zweiten Modus. Das Verfahren, wobei das Objekt eine gestikulierende Hand ist. Das Verfahren, ferner einschließlich Erkennen einer Geste der gestikulierenden Hand basierend auf übertragenen RF-Signalen und reflektierten RF-Signalen.

Verschiedene hierin dargestellte Ausführungsformen erlauben die Ausbildung eines RF-Systems mit einer Mehrzahl von Antennen, so dass eine Teilmenge von Antennen ausgelegt ist, je nach Betriebsmodus des RF-Systems als Empfangsantennen oder Sendeantennen zu wirken. Durch Auslegen der Teilmenge von Antennen, um als Empfangsantennen oder Sendeantennen zu wirken, kann eine Gesamtzahl von Antennen des RF-Systems reduziert werden. Dementsprechend kann eine Größe des RF-Systems reduziert werden, was sich für die Integration des RF-Systems in Vorrichtungen mit reduzierten Größen, wie beispielsweise in tragbaren Vorrichtungen, als vorteilhaft erweisen kann.

Diese Erfindung wurde zwar mit Bezug auf veranschaulichende Ausführungsformen beschrieben, diese Beschreibung ist jedoch nicht dazu gedacht, in einem beschränkenden Sinne ausgelegt zu werden. Verschiedene Modifikationen und Kombinationen der veranschaulichenden Ausführungsformen sowie andere Ausführungsformen der Erfindung werden Fachleuten auf dem Gebiet unter Bezugnahme auf die Beschreibung offensichtlich sein. Es ist daher beabsichtigt, dass die beigefügten Ansprüche alle derartigen Modifikationen oder Ausführungsformen umfassen.