具有基于接近性的无线电功率控制的电子设备的制作方法

专利名称：具有基于接近性的无线电功率控制的电子设备的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及电子设备，并且更具体地，涉及用于电子设备中的射频电路的 功率控制技术。
背景技术：
电子设备，诸如手持电子设备和其它便携电子设备，正变得日益流行。手持电子设 备的例子包括手持计算机、蜂窝电话、媒体播放器和包括多个该类型设备的功能的混合设 备。比传统手持电子设备大一些的流行的便携电子设备包括膝上计算机和平板计算机。部分地由于它们的移动属性，便携电子设备通常被提供有无线通信能力。例如，手 持电子设备可以使用长距离无线通信，以便与无线基站通信。蜂窝电话和具有蜂窝能力的 其它设备可以使用850MHz、900MHz、1800MHz和1900MHz处的蜂窝电话频带通信。便携电子 设备还可以使用短距离无线通信链路。例如，便携电子设备可以使用2. 4GHz和5. OGHz处 的Wi-Fi (IEEE 802. 11)频带和2.4GHz处的Bluetooth 频带通信。还可以在2100MHz 处进行数据通信。为了满足消费者对小外形因子无线设备的需求，制造商不断努力在提供增强的功 能的同时，减小在这些设备中使用的组件的大小。为紧凑手持设备的用户完全屏蔽所发射 的射频信号一般是不现实的。例如，常规蜂窝电话手机一般在电话呼叫过程中在用户头 部附近发出信号。政府规章限制射频信号的功率。特别地，颁布了所谓的比吸收率(SAR， specific absorption ratio)标准，其对手机制造商提出了最大能量吸收限制。同时，无线 运营商要求在他们的网络中使用的手机能够产生一定的最小射频功率，以便确保手机的满 意操作。因此，诸如无线手持设备等电子设备的制造商面临生产具有符合适用的政府规章 的足够射频信号强度的设备的挑战。因此，希望能够提供具有改进的无线能力的电子设备。

发明内容
可以提供具有无线通信能力的电子设备，诸如手持电子设备或其它便携电子设 备。可以使用天线发射和接收射频信号。所述信号可与蜂窝电话通信频带相关联。可以在该设备中提供接近传感器(proximity sensor)。该接近传感器可以包括诸 如发光二极管的光源以及光电检测器。在设备操作期间，该光源发光。如果诸如用户头部 之类的物体在电子设备的给定距离内，发出的光将被反射回电子设备，并且将被光电检测 器检测到。这使得电子设备能够确定电子设备是否很接近用户头部。还可以使用来自其它源的数据，来收集关于电子设备是否靠近用户头部的信息。例如，电子设备可以具有带触摸传感器的触摸屏，或可以具有其它触敏组件。可以使用来自 这些触摸传感器的信号来帮助确定电子设备是否邻近用户头部。电子设备还可以具有诸如 环境光传感器的传感器以及加速度计。环境光传感器可以检测何时阴影投在设备正面上， 这可以是电子设备和外部物体之间的距离靠近的指示。加速度计可以产生指示电子设备相 对于地的当前朝向的数据，以及指示设备处于运动还是处于静止的数据。在设备以一条边 面向地的朝向被握住并且设备处于运动的情况下，电子设备可以断定该电子设备很接近用 户头部。电子设备可以具有可调节的射频功率放大器。设备可以调节射频功率放大器的输 出功率，以便控制发射的蜂窝电话信号的功率水平。如果确定电子设备靠近用户头部，则可 以限制最大允许发射功率水平。如果确定电子设备不靠近用户头部，则不必限制设备的射 频发射功率。从附图和下面对优选实施例的详细描述中，将更加明了本发明的其它特征、其属 性和各种优点。


图1是根据本发明的实施例的说明性便携电子设备的立体图。图2是根据本发明的实施例的说明性便携电子设备的示意图。图3是一个说明性电子设备的图，示出了根据本发明的实施例，可以如何使用传 感器检测电子设备何时处于物体(诸如人体的一部分)附近。图4是根据本发明的实施例，可以在具有输出功率控制能力的电子设备(诸如无 线便携电子设备)中使用的说明性电路的图。图5是根据本发明的实施例，控制无线电子设备中的发射射频功率所涉及的说明 性步骤的流程图。图6中的曲线图示出了根据本发明的实施例，可以如何响应于网络控制命令和基 于诸如接近传感器数据之类的数据在本地确立的功率限制，将发射射频信号功率作为时间 的函数加以控制。图7是根据本发明的实施例，在无线电子设备中收集和分析数据以确定发射信号 的适当射频信号功率设置所涉及的说明性步骤的流程图。图8是根据本发明的实施例，在使用一个或多个通信频带的情况下，在无线电子 设备中收集和分析数据以确定发射信号的适当射频信号功率设置所涉及的说明性步骤的 流程图。
具体实施例方式本发明一般地涉及电子设备，并且更具体地，涉及管理诸如手持电子设备等便携 电子设备中的发射射频功率水平。电子设备可以是便携电子设备，诸如膝上计算机或有时被称为超便携类型的小型 便携计算机。便携电子设备还可以是更小一些的设备。更小的便携电子设备的例子包括腕 表设备、悬挂设备、耳机和耳塞设备、以及其它可佩戴的微型的设备。采用一种适当的布置， 便携电子设备可以是无线电子设备。
无线电子设备可以是例如手持无线设备，诸如蜂窝电话、具有无线通信能力的媒 体播放器、手持计算机(有时也被称为个人数字助理)、遥控器、全球定位系统(GPQ设备、 和手持游戏设备。无线电子设备还可以是组合了多个常规设备的功能的混合设备。混合便 携电子设备的例子包括包含媒体播放器功能的蜂窝电话、包括无线通信能力的游戏设备、 包括游戏和电子邮件功能的蜂窝电话、以及接收电子邮件、支持移动电话呼叫、具有音乐播 放器功能并且支持网络浏览的便携设备。这些仅是说明性的例子。图1示出了根据本发明的实施例的说明性便携电子设备。图1的设备10可以是 例如手持电子设备，其支持2G和/或3G蜂窝电话以及数据功能、全球定位系统能力、以及 局域无线通信能力(例如，IEEE 802. Ii和Bluetooth )，并且支持手持计算设备功能，诸 如互联网浏览、电子邮件和日历功能、游戏、音乐播放器功能等。设备10可以具有壳体12。用于处理无线通信的天线可被容纳在壳体12内(作为 例子)。壳体12，有时也被称为机壳，可由任意适合的材料形成，包括塑料、玻璃、陶瓷、金 属、或其它适合材料、或这些材料的组合。在某些情况下，壳体12或壳体12的若干部分可由 电介质或其它低导电性材料形成，从而不会干扰位于壳体12附近的导电天线元件的工作。 壳体12或壳体12的若干部分还可由诸如金属的导电材料形成。由诸如塑料的电介质材料 形成壳体12的一个优点是这可以帮助减少设备10的整体重量。在由金属元件形成壳体12的情况下，一个或多个金属元件可被用作设备10中的 天线的一部分。例如，壳体12的金属部分可被短接到设备10中的内部接地面，以便为设备 10创建更大的接地面元件。壳体12可以具有边框，诸如围绕显示器16的边框14。边框14 可由导电材料或其它适合材料形成，并且可被用作设备10中的天线的一部分。例如，边框 14可被短接到设备10中的印刷电路板导体或其它内部接地面结构，以形成天线接地面的 一部分。显示器16可以是液晶显示器(LCD)、有机发光二极管(OLED)显示器、或任意其它 适合的显示器。显示器16的最外表面可由一个或多个塑料或玻璃层形成。如果希望，触摸 屏功能可被集成在显示器16中，或可以使用单独的触控板设备提供触摸屏功能。将触摸屏 集成在显示器16中以使显示器16对触摸敏感的一个优点是，这种类型的布置可以节省空 间并且减少视觉混乱。诸如显示器16的触摸屏显示器可由电容性触摸传感器或任意其它 适合的触摸传感器形成(例如，电阻性触摸传感器、基于光或声波的触摸传感器等)。电容 性触摸传感器的一个优点是，即使当物体与显示器16不直接接触时，它们也可被用于感测 物体的存在。显示屏16 (例如，触摸屏)仅是可用于电子设备10的输入输出设备的一个例子。 如果希望，电子设备10可以具有其它输入输出设备。例如，电子设备10可以具有诸如按钮 19的用户输入控制设备，诸如端口 20的输入输出组件，以及一个或多个输入输出插座(例 如，用于音频和/或视频)。按钮19可以例如是菜单按钮。端口 20可以包含30针数据连 接器(作为例子)。如果希望，开口 22和对可以形成扬声器和麦克风端口。当以扬声器电 话模式操作设备10时，可以使用扬声器端口 22。开口 23也可以形成扬声器端口。例如，扬 声器端口 23可以作为在操作过程中与用户耳朵相邻放置的电话听筒。在图1的例子中，显 示屏16被示出为安装在手持电子设备10的正面上，但是如果希望，显示屏16可被安装在手持电子设备10的背面上、设备10的侧面上、设备10的通过铰链(作为例子)或使用任 意其它适合的安装布置附接到设备10主体部分的翻盖部分上。电子设备10的用户可以使用用户输入接口设备，诸如按钮19和触摸屏16，来提 供输入命令。电子设备10的适当的用户输入接口设备包括按钮(例如，字母数字键、电源 开关、电源开、电源关、和其它专门按钮等)、触控板、指点杆、或其它游标控制设备、用于支 持语音命令的麦克风、或用于控制设备10的任意其它适当接口。虽然在图1的例子中示意 地示出为形成在电子设备10的顶面上，但是诸如按钮19的按钮和其它用户输入接口设备 一般可形成在电子设备10的任意适当部分上。例如，诸如按钮19的按钮和其它用户接口 控制器可形成在电子设备10的侧面上。按钮和其它用户接口控制器还可以位于设备10的 顶面、背面或其它部分上。如果希望，可以远程控制设备10 (例如，使用红外远程控制、诸如 Bluetooth 远程控制的射频远程控制，等等)。设备10可以包含提供关于设备10的环境和状态的信息的传感器。例如，设备10 可以包含接近传感器，诸如传感器25，以及环境光传感器，诸如环境光传感器27。接近传感器25可以包括例如发光二极管(LED)和相关联的光检测器，诸如光电二 极管。发光二极管可以是红外发光二极管(作为例子)。可以使用光电二极管检测来自附 近物体的反射光。当检测到充分的反射光时，可以得出结论，人体部分(例如，头、手指、或 手)或其它物体位于传感器25附近。当检测到不充分的反射光时，可以得出结论，没有物 体位于传感器25附近。如果希望，可以使用透镜或其它聚焦结构将从传感器25发出的光 聚集在距离传感器25特定距离处。这可以帮助增强来自位于该特定距离处的物体的反射 信号的强度(例如，位于与显示器16的平坦前表面相距0. 5到IOcm处的物体)。接近传感器中的发光二极管可以以特定频率调制，或者可使用任意其它适当的调 制模式(modulation pattern)调制。使用调制模式驱动发光二极管可以帮助区分被反射 的发光二极管信号与背景照明。这可以增加接近传感器的信噪比。如果希望，接近传感器 25可以基于发光二极管布置以外的接近检测布置。例如，设备10的接近传感器可以基于 电容性传感器、仅以环境光(并且不以设备10的发光)工作的光检测器、声学接近传感器 (例如，使用超声波来确定附近物体的存在或不存在的传感器)、检测反射的电磁辐射(例 如，射频辐射)的传感器、或能够检测附近物体的存在的任何其它适当的传感器。可以使用环境光传感器27检测设备10周围的环境照明水平。可以使用对可见光 敏感的光电二极管实现环境光传感器27。通常为接近传感器25和环境光传感器27使用分 别的光电二极管，但是如果希望，可以使用公共的光电二极管实现环境光传感器27的光电 二极管功能和接近传感器25的光电二极管功能(在基于光的接近检测器中)。可以使用由 环境光传感器27收集的关于光量的信息来调整显示器16的屏幕亮度(作为例子)。如果希望，可以使用提供多种功能的器件来实现设备10中的接近传感器功能。作 为例子，作为触摸显示器16 —部分的电容性触摸传感器或其它这样的触摸传感器可用于 检测附近物体的存在。在正常操作过程中，当用户将手指按压在屏幕16的各个部分上时， 触摸传感器输出信号可以用于识别用户输入选择。当被用作接近传感器时，触摸屏的输出 信号可被处理以确定物体是否邻近设备10。采用这种类型的布置，从显示器16的触摸传感 器部分获得的电容读数可被处理，以便例如确定用户是否将设备10放在了用户头部旁边。 由于用户头部在屏幕16附近的存在将改变来自显示器的电容读数(或其它这类触摸传感器读数)，因此可以检测用户头部的存在而无需使用常规的接近传感器。作为另一个例子， 来自环境光传感器的光读数可以用作物体与设备10的接近性(proximity)的指示器(例 如，通过检测指示物体存在的阴影)。还可以使用没有显示器的触控板产生接近性数据。为了提升准确性，可以并行处理来自多个接近传感器设备(例如，基于LED的接近 传感器、用于检测接近性的环境光传感器、电容性触摸屏等)的信号。采用这种类型的布 置，设备10可以更准确地确定设备10是否已被放置为与物体紧邻。图1的接近传感器25和环境光传感器27的位置仅是说明性的。诸如这些的传感 器可被放置在设备10上任意适合的位置处。当使用诸如图1所示的位置的位置时，传感 器25和27获得关于设备10的上端是否已被放置为与用户的耳朵和头部相邻的信息。当 用户使用设备10进行蜂窝电话呼叫时，出现这种类型的配置。当使用设备10进行电话呼 叫时，听筒23被置于与用户耳朵紧邻，而麦克风端口对被置于靠近用户的嘴。如果希望， 诸如接近传感器25和/或环境光传感器27的传感器可以位于设备10的下(麦克风)端。 例如，接近传感器25可被置于与菜单按钮19相邻，以便帮助感测何时麦克风M与用户脸 部相邻。诸如显示器16的组件和其它用户输入接口设备可以覆盖设备10正面上的大部分 可用表面区域(如图1的例子所示)，或可以仅占据设备10正面的一小部分。由于诸如显 示器16的电子组件往往包含大量金属(例如，作为射频屏蔽)，一般应当考虑这些组件相对 于设备10中的天线元件的位置。适当地选择设备的天线元件和电子组件的位置将使得电 子设备10的天线能够正常工作而不会被电子组件干扰。天线结构可以位于设备10中的位置的例子包括区域18和区域21。这些仅是说明 性的例子。如果希望，可以使用设备10的任意适合部分容纳设备10的天线结构。可以在设备10中使用任意适合的天线结构。例如，设备10可以具有一个天线或 可以具有多个天线。设备10中的每个天线可用于覆盖单个通信频带，或每个天线可以覆盖 多个通信频带。如果希望，一个或多个天线可以覆盖单个频带，而可以使用一个或多个附加 天线中的每一个覆盖多个频带。在需要天线支持多于一个频带的通信的布置中，天线可以具有支持多频带操作的 形状。例如，天线可以包括具有各种不同长度的臂的谐振元件，和/或具有在所希望的射频 频带中谐振的各种不同大小的缝隙的接地面。在存在天线缝隙的情况下，可以使用倒F天 线元件、平面倒F天线元件或其它天线结构，以便形成混合缝隙/非缝隙天线。可以在设备10的一端或两端处使用天线(例如，混合缝隙/非缝隙天线或其它适 合的天线)。例如，一个这种天线可被用作双频带天线(例如，在区域21中)，而一个这种 天线可被用作五频带天线(例如，在区域18中)。当区域18中的天线被用作蜂窝电话天线时(例如，用于2G和/或3G语音和数据 通信)，该天线与麦克风端口对位于设备10的相同端。当设备10被保持为靠近用户头部， 并且麦克风对被用于进行电话呼叫时，区域18中的天线将靠近用户头部，并且因此很可能 在用户头部附近发射射频信号。可以使用接近检测器25和其它传感器检测用户头部或其 它附近物体的存在。为了确保满足关于用户头部附近的射频发射的规章限制，每当确定设 备10处于用户头部附近时(即，每当接近检测器25和/或其它传感器确定物体处于与设 备10的正面相距几厘米或另一适当距离以内时)，设备10可以减小由区域18中的天线处理的最大允许发射射频信号功率。图2示出了说明性便携电子设备(诸如手持电子设备)的实施例的示意图。便携 设备10可以是移动电话、具有媒体播放器能力的移动电话、手持计算机、遥控器、游戏机、 全球定位系统(GPQ设备、膝上计算机、平板计算机、超便携计算机、包括某些或全部这些 设备的功能的混合设备、或任意其它适合的便携电子设备。如图2所示，设备10可以包括存储设备34。存储设备34可以包括一种或多种不 同类型的存储设备，诸如硬盘驱动器存储设备、非易失存储器(例如，闪存或其它电可编程 只读存储器)、易失存储器(例如，基于电池的静态或动态随机访问存储器)等。可以使用处理电路36控制设备10的操作。处理电路36可以基于诸如微处理器 的处理器和其它适合的集成电路。采用一种适合的布置，处理电路36和存储设备34被用 于运行设备10上的软件，诸如互联网浏览应用、互联网语音(VOIP)电话呼叫应用、电子邮 件应用、媒体回放应用、操作系统功能等。可以使用处理电路36和存储设备34实现适当的 通信协议。可以使用处理电路36和存储设备34实现的通信协议包括互联网协议、无线局 域网协议(例如，IEEE802. 11协议-有时被称为Wi-Fi )、用于其它短距离无线通信链路 的协议(诸如Bluetooth 协议)、用于处理3G通信服务的协议(例如，使用宽带码分多址 技术)、2G蜂窝电话通信协议等。可以使用输入输出设备38以允许向设备10提供数据和允许从设备10向外部设 备提供数据。显示屏16、按钮19、麦克风端口 24、扬声器端口 22和坞站(dock)连接器端口 20是输入输出设备38的例子。输入输出设备38可以包括传感器41。传感器41可以包括接近传感器(诸如图1 的接近传感器25)、环境光传感器(诸如环境光传感器27)、加速度计(例如，以便实时确定 设备10的朝向)、通过利用设备10中诸如触摸屏16或其它多用途组件等器件的能力形成 的传感器、声学传感器、电磁传感器、或任意其它适合的传感器。输入输出设备38还可以包括用户输入输出设备40，诸如按钮、触摸屏、操纵杆、点 击轮、滚轮、触控板、小键盘、键盘、麦克风、照相机等。通过经输入设备40提供命令，用户可 以控制设备10的操作。显示和音频设备42可以包括液晶显示器(LCD)屏幕或其它屏幕、 发光二极管(LED)、和呈现视觉信息和状态数据的其它组件。显示和音频设备42还可以包 括音频装置，诸如扬声器和用于创建声音的其它设备。显示和音频设备42可以包含音频视 频接口装置，诸如用于外部耳机和监视器的插座和其它连接器。无线通信设备44可以包括通信电路，诸如由一个或多个集成电路形成的射频 (RF)收发器电路、功率放大器电路、无源RF组件、天线、和用于处理RF无线信号的其它电 路。还可以使用光(例如，使用红外通信)发送无线信号。如以路径50和51所示，设备10可与诸如附件46、计算设备48和无线网络49等 外部设备通信。路径50可以包括有线和无线路径。路径51可以是无线路径。附件46可 以包括耳机(例如，无线蜂窝耳机或音频耳机)和音频视频装置(例如，无线扬声器、游戏 控制器、或接收和播放音频和视频内容的其它装置)、诸如无线打印机或照相机的外设，等寸。计算设备48可以是任何适合的计算机。采用一种适合的布置，计算设备48是具 有相关联的无线接入点(路由器)或用于与设备10建立无线连接的内部或外部无线卡的计算机。该计算机可以是服务器(例如，互联网服务器)、具有或不具有互联网接入的局域 网计算机、用户所有的个人计算机、对等设备(例如，另一个便携电子设备10)、或任意其它 适合的计算装置。无线网络49可以包括任何适合的网络设施，诸如蜂窝电话基站、蜂窝塔、无线数 据网络、与无线网络相关联的计算机等。例如，无线网络49可以包括监视与网络49通信的 无线手机(handset)(蜂窝电话、手持计算设备等)的无线信号强度的网络管理装置。为了提升网络的整体性能并确保手机之间的干扰最小化，网络管理装置可以向每 个手机发送功率调整命令(有时称为发射功率控制命令)。提供给手机的发射功率控制设 置指示具有弱信号的手机增加其发射功率，从而它们的信号将被网络正确接收。同时，发射 功率控制设置可以指示其信号被以高功率清楚地接收的手机减小其发射功率控制设置。这 减小了手机之间的干扰，并且允许网络最大化其对可用无线带宽的利用。当诸如设备10的设备从网络接收到发射功率控制设置时，每个设备10可以进行 适当的发射功率调整。例如，设备10可以将用于放大设备10所发射的射频信号的射频功 率放大器电路的增益调整到更高水平，以增加发射的射频信号的功率，或将该增益调整到 更低水平，以减小发射的射频信号的功率。设备10的天线结构和无线通信设备可以支持在任何适当无线通信频带上的通 信。例如，可以使用无线通信设备44覆盖诸如850MHz、900MHz、1800MHz、1900MHz和2100MHz 处(作为例子)的蜂窝电话语音和数据频带的通信频带。设备44还可以用于处理2. 4GHz和 5. OGHz处的Wi-Fi (IEEE 802. 11)频带(有时被称为无线局域网或WLAN频带)、2. 4GHz 处的Bluetooth 频带、和1575MHz处的全球定位系统(GPS)频带。设备10可以使用无线通信电路44中的天线结构覆盖这些通信频带和/或其它适 合的通信频带。作为例子，可以在设备10的一端提供五频带蜂窝电话天线(例如，在区域 18中)，以便处理2G和3G语音和数据信号，并且可以在设备10的另一端提供双频带天线 (例如，在区域21中)，以便处理GPS和2. 4GHz信号。可以使用五频带天线覆盖850MHz、 900MHz、1800MHz、1900MHz和2100MHz处(作为例子)的无线频带。可以使用双频带天线处 理用于GPS操作的1575MHz信号以及(用于Bluetooth 和IEEE 802. 11操作的)2. 4GHz 信号。这些仅是说明性布置。如果希望，可以在设备10中使用任意适合的天线结构。当设备10处于用户头部或其它身体部分附近时，可以通过减小设备10的最大允 许发射射频信号功率确保符合规章。如图3所示，典型的系统环境(诸如环境80)包括设 备10和诸如物体60的物体。物体60可以是无生命物体，或更有意义地，可以是用户身体 的一部分，诸如用户头部。对于IEEE 802. Ii和Bluetooth 发射(例如，可能与天线62 相关联的发射)而言，与设备10的射频发射相关联的能量密度一般是可忽略的。接收和处 理GPS信号的处理一般也导致具有可忽略的能量密度的射频发射。相反，蜂窝电话发射(例如，可能与天线64相关联的发射)可能具有不可忽视的 能量密度。对于3G无线发射尤其如此，3G无线发射使用码分多址(CDMA)编码方案，而不是 使用与2G GSM蜂窝电话发射相关联的时分复用(TDM)方案。每当确定设备10与用户头部 相邻时，可以通过减小与天线64相关联的射频信号发射的功率(例如，蜂窝电话发射)，来 确保符合对可能被用户头部吸收的射频信号功率量设有上限的规章。如图3所示，设备10可以具有控制电路72 (例如，图2中的处理电路36、存储设备34和其它电路)。控制电路72可以处理传感器信号，以便检测物体60。可用于检测物体60在设备10附近的存在的传感器可以包括接近传感器25。接近 传感器25可以包括发光元件，诸如激光器或发光二极管。接近传感器25还可以具有光检 测元件。在图3的例子中，接近传感器25具有发光二极管25A，以及光检测元件，诸如光电 二极管25B。传感器25可以使用任意适合频率范围中的光。例如，传感器25可以使用红 外光。由二极管25A发射的光74可被物体60反射。可由检测器(传感器)25B检测反射 光76。如果希望，可以用调制信号驱动二极管25A，从而光74被调制。例如，光74可被以 特定频率调制。使用以调制频率为中心的带通滤波器或其它适当的滤波布置，来自传感器 25B的信号可被控制电路72滤波，以减去背景噪声(作为例子)。可以使用诸如这些的技 术以增加由接近传感器25产生的测量信号的信噪比。当检测物体60的存在时可以在设备10中使用的另一种传感器是环境光传感器 68。环境光传感器68可以是能够检测进入光(inCOminglight)78的光电二极管或其它光 传感器。环境光传感器68例如可以工作于可见光谱和/或红外光谱。由于当传感器68未 被物体60的存在阻挡时，与当存在物体60并且物体60在传感器68上投射阴影时相比，传 感器68 —般将接收到更多的光78，因此可以使用传感器68产生接近性数据。该数据可以 单独使用或与来自其它传感器的接近性数据结合使用，以便帮助设备10确定是否存在物 体60。触摸屏16可以位于设备10的正面上(即，在图3的例子中被示出为在设备10的 面对物体60的一侧上)。如图3所示，触摸传感器16可以是具有相关联的电容(诸如电 容66)的电容性触摸传感器。可以由控制电路72监视该电容的大小(以及来自图3中其 它传感器的输入)。当物体60出现在触摸屏16附近时，电容66的大小将受到影响，这使得 控制电路72和设备10能够得出如图3所示物体60与设备10相邻的结论。接近传感器25和设备10中的其它传感器的检测范围通常在毫米到厘米范围内。 比最大检测距离更近的物体将被感测为处于设备10附近。检测范围之外的物体将不被认 为处于设备10附近。如果希望，可以使用其它检测范围(例如，几十厘米量级的检测范围)。 然而更典型地，仅在物体60与设备10的距离小于几个厘米时检测物体60的存在是优选 的，因为这针对的是来自天线64的射频发射的能量密度值得关注的主要情况。如果希望，可以结合其它传感器使用诸如加速度计70的传感器，以便帮助确定何 时调整与设备10中的发射射频信号相关联的功率水平。控制电路72可以使用加速度计 70,以确定设备10相对于地的朝向。例如，可以使用加速度计70确定设备10是否正被用 户握着，从而其左边缘或右边缘面朝下(当进行电话呼叫时)，或设备10是否正水平放置在 桌面上。如果确定设备10是水平并且是静止的，可以得出结论设备10不可能或至少不太 可能被握持在用户头部附近。可以使用这种信息帮助确定从设备10中的其它传感器获得 的读数是否准确。在设备10的操作过程中，控制电路72可以知道正被发射的射频信号的类型。例 如，控制电路72可以确定正通过天线62发射低功率的射频信号，并且未使用天线64。控制 电路72还可以确定何时天线64被用于2G通信(并且因此当进行时间平均时，与相对较低 的发射水平相关联)，以及何时天线64被用于3G通信(并且因此由于不使用时分复用，与 相对较大的时间平均发射相关联)。控制电路72可以使用诸如这种的操作信息来确定如何调整天线64的发射射频功率，同时基于一个或多个传感器的读数做出功率调整决定(例 如，确定物体60是否与设备10紧邻)。作为例子，如果确定正在发射2G信号，不论接近传 感器25的读数如何，控制电路72可以决定不执行发射功率减小，而当确定正在发射3G信 号时，控制电路72可以执行发射功率减小。图4示出了可用于控制发射射频信号功率的一种说明性控制布置。如图4所示， 控制电路72可以包括一个或多个集成电路，诸如微处理器(有时被称为应用处理器)、基带 模块、功率管理芯片、存储器、编解码器等。可以使用收发器电路84，以基于从应用处理器接 收的数据产生射频输出信号。如果希望，诸如电路84的电路可被集成在控制电路72中的 一个或多个集成电路中。一般使用射频放大器电路放大要由设备10发射的射频信号。可以使用一个或多 个集成电路中的一个或多个增益级来实现射频放大器电路。在图4的例子中，信号被示出 为由射频功率放大器86放大。如果希望，可以有多个诸如放大器86的功率放大器，每个功 率放大器与一个不同通信频带或一组通信频带相关联。在图4的示意图中示出单个功率放 大器符号，以避免使得附图过于复杂。可以使用功率放大器电路86在通过天线64发射之前放大射频信号。可以使用控 制路径，诸如控制路径90，来调整功率放大器电路86的增益。控制路径90可用于处理模拟 和/或数字控制信号。可以例如通过调整模拟控制电压或模拟电源电压的大小，来控制功 率放大器86的增益。还可以通过打开或关闭功率放大器86中的某些增益级，来调整功率 放大器86的增益。如果希望，数字控制信号可由功率放大器86处理并用于控制增益设置。 如果希望，可以使用这些方法或其它适当的功率放大器增益调整技术的组合。可以调整功率放大器86的增益，以确保正在通过天线64发射的射频信号的强度 足以实现令人满意的无线通信，同时不会超过规章限制。当控制功率放大器86的操作时， 可以使用开环或闭环控制方案。在开环方案中，不必使用耦合器88，并且可以通过在控制路径90上给功率放大器 86提供控制信号来调整功率放大器86的增益，而无需来自输出路径的反馈。在图4所示的闭环方案中，从输出路径获得反馈。采用一种适合的布置，射频耦合 器，诸如耦合器88，被布置在功率放大器86的输出和天线64之间。耦合器88可以允许来 自放大器86的大部分功率传到天线64。耦合器88可将输出功率的一小部分(通常小于 百分之几)转移到反馈路径92上。可以使用射频检测器94(例如，基于二极管的功率传感 器)感测路径92上的被转移的射频信号的功率。来自检测器9的测得的输出功率数据可 通过路径96被提供给控制电路72。由于耦合器88的抽头比已知，控制电路72可以使用路 径96上的射频输出信号功率测量数据来确定所希望的功率放大器86输出功率水平是否被 正确保持。如果需要调整，则控制电路72可以实时地在路径90上生成校正控制信号。当 功率放大器86接收到这些控制信号时，将按照需要向上或向下调整功率放大器86的增益。在控制电路72包含多于一个处理器的配置中，每个处理器可以在控制发射射频 信号的功率的同时参与控制职责。例如，控制电路72可以包含用于运行操作系统和用户应 用的主微处理器。控制电路72还可以包括一个或多个较小的更专门的处理器，诸如数字信 号处理器和基带模块中的微处理器。在诸如这样的环境中，每个处理器可以运行其自己的 控制进程。可以使用控制线、共享存储器、或任何其它适合的技术来实现处理器之间的通
图5示出了使用结合图3描述的类型的传感器数据和操作数据以及结合图4描述 的类型的功率控制电路，控制设备10中的发射射频信号功率水平所涉及的说明性步骤。如 图5所示，设备10可以在正常操作期间发射和接收无线数据(步骤98)。发射的无线数据 可以包括由设备10的区域21中的天线62处理的局域网数据和Bluetooth 数据，以及由 区域18中的天线64处理的蜂窝电话数据。在操作过程中，控制电路72(图3和4)可以使 用来自接近传感器25和设备10中的其它传感器的信息，以及使用关于无线通信正在使用 哪些通信频带和正在使用哪些通信协议的信息(例如，来自应用处理器和/或基带模块)， 来确定是否批准进行发射功率调整。设备10可以从网络51(例如，蜂窝基站)接收通知设 备10应当向上或向下调整发射功率的发射功率调整命令。设备10还可以确定希望进行实 时功率调整，以便补偿设备10的操作环境的改变(例如，温度改变)。可以在步骤100中执 行响应于来自蜂窝基站的发射功率调整命令或其它不基于物体60与设备10的接近性的状 态，对设备10中的发射射频信号功率的调整。当控制电路72确定物体60 (例如，用户头部)处于设备10附近时，控制电路72 可以减小最大允许发射功率(步骤10 。当控制电路72确定物体60(例如，用户头部)不 再处于设备10附近时，控制电路72可以增加最大允许发射功率的水平(步骤104)。最大 允许发射功率的当前值可以表示功率的最高限度，即使步骤100的调整(例如，响应于来自 蜂窝基站的发射功率调整命令、响应于来自设备10中的内部控制处理的温度补偿命令、响 应于用户选择的功率调整、响应于非接近传感器数据(诸如来自加速度计的数据)等)可 能需要更大功率，发射功率也不能上升到超过该最高限度。这被在图6的例子中示出。在图6的曲线图中，给定设备10的发射射频功率P被 垂直绘制，而时间被水平绘制。在图6的例子中，设备10最初以功率P4发射射频信号。如 果设备10不在用户头部附近，这个功率可以满足对发射功率的规章限制。在时间tl，设备 10的用户将设备10放置在用户头部附近。可以使用一个或多个传感器(诸如接近传感器 25)来检测设备10与用户头部之间的接近。当检测到设备10接近用户头部时，设备10将 最大允许发射功率降低到P3 (图5的步骤10 。尽管蜂窝网络在时间tl和t2之间可能希 望更高的发射功率，设备10和用户头部之间的靠近的距离(例如，小于几个厘米的距离) 控制了该最大允许发射功率P3。在时间t2，设备10从用户头部附近移开。诸如接近传感 器25的传感器检测到这种位置改变，这允许去除基于接近性的最大发射功率限制(图5的 步骤104)。在时间t2和t3之间，设备10的发射功率因此保持在功率P4。在时间t3，设备 10被再次放置在用户头部附近，所以最大允许发射功率被减小到P3。在时间t4，设备10响 应于内部检测状态、响应于传感器数据、或响应于来自蜂窝基站的发射功率调整命令，将其 输出功率减小到P2。由于功率P2低于最大允许功率P3，设备10可以进行这种调整而不被 设备10的位置所施加的接近性限制所阻止。在进行诸如这些的调整时，设备10可以处理来自多个传感器和源的输入。这被在 图7的图中示出。如图7所示，设备10可以实时地处理来自多个源的数据，以确定在发射 射频信号时使用的适当发射功率水平(步骤11幻。在步骤112中，可以使用图4所示类型 的布置(作为例子)来调节功率输出。可用于进行功率水平确定的数据包括接近传感器数据。可由控制电路72从接近传感器25接收接近传感器数据。如结合图3的触摸屏电容66所述，控制电路72可以处理 来自电容性触摸屏或其它触摸屏、来自触控板、或来自任何其它触摸传感器的触摸传感器 数据，以帮助确定设备10是否与物体60接近(步骤114)。在确定设备10是否与物体60 接近时还可以使用环境光传感器数据。例如，如果环境光传感器信号在与接近传感器数据 指示存在附近物体的相同时刻降低，则可以更确定地得出设备10与物体60接近的结论。可 以在步骤116从诸如传感器27(图1)的传感器接收环境光传感器数据。可以在步骤118由控制电路72接收加速度计数据。可以使用来自加速度计的数 据来确定设备10是否在运动(并且因此可能被用户拿着)或者是否处于静止(并且因此 可能未被用户拿着)。还可以使用加速度计数据来确定何时设备10正被侧握着或正保持在 水平朝向。该数据可以与来自接近传感器的数据和其它数据组合，以帮助确定是否要减小 发射功率水平。可以在步骤108从诸如蜂窝基站的外部设施接收发射功率调整命令。可以在步骤 110收集内部生成的信息，诸如关于设备10正在使用的当前通信频带和协议的信息。在步骤112，控制电路72可以处理在步骤106、108、110、114、116和118的任意适 当组合期间收集的数据，以确定从设备10发射射频信号的适当发射功率水平。可能希望在多于一个频带中进行发射功率调整。例如，在图7的步骤110和112 的操作过程中，可能希望在两个或更多个不同通信频带中进行发射时将总发射功率保持在 某一特定水平之下。在这种类型的情况下，可以通过自动减小第二频带中的发射功率来抵 消第一频带中发射功率的增加。可以进行这种类型的调整来保持总功率水平恒定。例如，可以减小一个频带中的 功率，该功率减小正好抵消在另一个频带中发生的功率增加。如果希望，可以通过对每个频 带施加加权因子来不相等地进行功率调整。在这种类型的情况下，当适用的规章允许时，一 个频带中的发射功率的增加可由另一个频带中的发射功率的较少的减小来适当补偿。功率 调整可以在任意适当数目的频带中进行(例如，在一个频带中、在两个频带中、在三个频带 中、或在多于三个频带中)。另外，当计算所希望的发射功率时，可以考虑任意适当数目的频 带中的发射功率水平(例如，一个、两个、三个、多于三个等)。图8示出了在使用一个或多个通信频带的情况下，操作无线电子设备以确定用于 发射信号的适当射频信号功率设置可能涉及的说明性步骤。在步骤98，可以在一个系统中 操作设备10。由于自动活动，响应于外部输入或响应于用户命令，与一个或多个通信频带相 关联的发射功率可以改变，如线120所示。在步骤100，设备10可以在一个或多个通信频带 中进行适当的发射功率调整，以适应线120的改变。如线122所示，设备10然后可以返回 步骤98的正常操作。在步骤100，可以基于在一个或多个通信频带中进行的发射功率改变进行调整。例 如，设备10中的预定操作可能需要激活特定通信频带，或可能需要增加与该频带相关联的 发射功率(例如，以便适应系统功率水平调整要求等)。还可以激活或去激活频带，或可以 基于手动输入对频带进行其它发射功率调整。作为例子，用户可能希望使用局域网(IEEE802. 11)无线通信频带(例如，2. 4GHz 处)来从局域网下载文件。同时，设备10可能正在GSM 2G或3G通信频带中处理蜂窝电话 网络上的语音呼叫(作为例子)。由于在这种类型的情况下，已经由用户启动的2. 4GHz无线发射可能对设备10的射频功率发射总量产生贡献，因此可能希望临时减小蜂窝电话频 带中的发射功率，以适应用户对2. 4GHz频带的使用。一旦完成对2. 4GHz频带的使用(例 如，由于完成了文件下载，或由于用户已经去激活2. 4GHz频带)，就可以增加蜂窝电话频带 中的发射功率水平。作为另一个例子，设备10可能在另一个或多个频带(例如，电话或局域数据)已 处于激活时，自动激活一个或多个GSM频带或其它适当的长距离通信频带。在这种情况下， 可以进行调整以确保某些或全部通信频带中的总功率保持在所希望的水平以下。如果希 望，在考虑这些频带中的发射功率时，可以给每个频带分配加权因子以反映有可能不同的 重要程度。可以基于认为被人体吸收的每个频带的发射信号的量、基于处理每个频带的信 号的天线结构在设备10中的位置(例如，向用户身体辐射还是远离用户身体辐射)、基于对 每个频带的规章限制、基于其它适当因素、或基于这些因素的组合，来分配这些权重。另外，当调整发射功率时，可以考虑其它数据。例如，设备10可以使用全球定位系 统(GPQ数据、用户提供的位置数据、或其它适当的数据，来确定设备10的当前位置。然后 可以使用设备10的位置来确定应当将多个可能的基于地理位置的规章制度中的哪一个应 用于设备10的操作。例如，如果确定设备10位于允许发射功率的水平相对大的国家内，则 设备10可以在步骤100中进行允许设备10使用相应较大的发射射频功率量的调整。可以 实时进行基于接近性的发射功率调整和基于其它因素的调整，以适应这些当前适用的地理 规章限制。根据一个实施例，提供了一种电子设备，包括接近传感器，所述接近传感器检测 何时物体位于该电子设备的给定距离内；射频天线，使用该射频天线以发射功率发射射频 信号；和至少部分地基于来自所述接近传感器的数据调整所述发射功率的电路。根据另一个实施例，提供了一种电子设备，其中所述电路包括具有可调增益的功 率放大器，其中当确定物体位于电子设备的所述给定距离内时，所述电路为所述功率放大 器生成减小所述功率放大器的增益的控制信号。根据另一个实施例，提供了一种电子设备，其中所述接近传感器包括光源。根据另一个实施例，提供了一种电子设备，其中所述接近传感器包括发光二极管。根据另一个实施例，提供了一种电子设备，其中所述接近传感器包括红外发光二 极管和光电二极管。根据另一个实施例，提供了一种电子设备，其中所述电路包括以所述发射功率生 成射频信号的可调增益射频功率放大器；介于所述射频功率放大器和所述天线之间的射频 耦合器；和检测来自所述耦合器的信号以测量所述发射功率的检测器。根据另一个实施例，提供了一种电子设备，其中所述电路包括以所述发射功率生 成射频信号的可调增益射频功率放大器；介于所述射频功率放大器和所述天线之间的射频 耦合器；和检测来自所述耦合器的信号以测量所述发射功率的检测器，其中当确定物体位 于电子设备的所述给定距离内时，所述电路为所述射频功率放大器生成减小所述射频功率 放大器的增益的控制信号。根据另一个实施例，提供了一种电子设备，其中所述接近传感器包括红外发光二 极管和光电二极管。根据另一个实施例，提供了一种电子设备，其中，所述电子设备包括具有环境光传感器的手持电子设备，并且所述电路至少部分地基于来自所述环境光传感器的数据调整所 述发射功率。根据另一个实施例，提供了一种电子设备，其中，所述电子设备包括具有触摸传感 器的手持电子设备，并且所述电路至少部分地基于来自所述触摸传感器的数据调整所述发 射功率。根据另一个实施例，提供了一种电子设备，其中，所述电子设备包括具有电容性触 摸屏显示器的手持电子设备，并且所述电路至少部分地基于来自所述电容性触摸屏显示器 的数据调整所述发射功率。根据另一个实施例，提供了一种电子设备，其中，所述电路包括处理至少第一无线 通信频带和第二无线通信频带中的射频无线发射的发射器电路，并且所述电路被配置为至 少部分地基于第二无线通信频带中的射频无线发射功率水平中出现的改变，进行第一无线 通信频带中的射频无线发射功率调整。根据一个实施例，提供了一种由用户操作的手持电子设备，包括天线，使用该天 线以给定发射功率发射射频信号；至少一个传感器，所述传感器生成指示该用户的至少一 部分是否位于距离该手持电子设备的给定距离内的传感器数据；和控制电路，所述控制电 路至少部分地基于所述传感器数据控制所述发射功率。根据另一个实施例，提供了一种由用户操作的手持电子设备，其中所述传感器包 括与该手持电子设备中的触摸屏显示器相关联的触摸传感器。根据另一个实施例，提供了一种由用户操作的手持电子设备，其中所述传感器包 括具有光源和光检测器的接近传感器。根据另一个实施例，提供了一种由用户操作的手持电子设备，其中所述传感器包 括具有光源和光检测器的接近传感器，所述手持电子设备还包括电容性触摸传感器，其中 所述控制电路至少部分地基于来自所述接近传感器的传感器数据和来自所述电容性触摸 传感器的数据两者，控制所述发射功率。根据另一个实施例，提供了一种由用户操作的手持电子设备，该手持电子设备还 包括生成加速度计数据的加速度计，其中所述电路至少部分地基于所述加速度计数据调整 所述发射功率。根据一个实施例，提供了一种控制通过由具有头部的用户使用的手持电子设备中 的天线的射频蜂窝电话信号发射功率的方法，其中该手持电子设备包括控制电路，该方法 包括利用该手持电子设备中的传感器，确定用户头部是否位于该手持电子设备的给定距 离内；当基于所述传感器确定用户头部未位于该手持电子设备的所述给定距离内时，利用 所述控制电路建立发射功率的第一最大允许水平；和当基于所述传感器确定用户头部位于 该手持电子设备的所述给定距离内时，利用所述控制电路建立发射功率的第二最大允许水 平，其中发射功率的第二最大允许水平小于发射功率的第一最大允许水平。根据另一个实施例，提供了一种方法，其中确定用户头部是否位于所述给定距离 内包括利用该手持电子设备中的光源发光，同时使用该手持电子设备中的光检测器监视 有多少发出的光被反射回该手持电子设备。根据另一个实施例，提供了一种方法，该方法还包括接收来自无线网络的命令；接 收来自触摸屏的传感器数据；和响应与所述命令和所接收到的来自所述触摸屏的传感器数据，调整所述发射功率。根据另一个实施例，提供了一种方法，其中所述发射功率与码分多址传输相关联， 并且该方法还包括通过使用耦合器和检测器测量抽取的射频信号，来调整所述发射功率。根据另一个实施例，提供了一种方法，其中所述手持电子设备包括处理至少第一 无线通信频带和第二无线通信频带中的射频无线发射的电路，该方法还包括至少部分地基 于第二无线通信频带中的射频无线发射功率水平中出现的改变，进行第一无线通信频带中 的射频无线发射功率调整。前面仅是对本发明的原理的说明，并且本领域的技术人员可以做出各种修改，而 不脱离本发明的范围和精神。
权利要求
1.一种电子设备，包括接近传感器，所述接近传感器检测何时物体位于该电子设备的给定距离内； 射频天线，使用该射频天线以发射功率发射射频信号；和 至少部分地基于来自所述接近传感器的数据调整所述发射功率的电路。
2.如权利要求1所述的电子设备，其中所述电路包括具有可调增益的功率放大器，其 中当确定物体位于电子设备的所述给定距离内时，所述电路为所述功率放大器生成减小所 述功率放大器的增益的控制信号。
3.如权利要求1所述的电子设备，其中所述接近传感器包括光源。
4.如权利要求1所述的电子设备，其中所述接近传感器包括发光二极管。
5.如权利要求1所述的电子设备，其中所述接近传感器包括红外发光二极管和光电二 极管。
6.如权利要求1所述的电子设备，其中所述电路包括 以所述发射功率生成射频信号的可调增益射频功率放大器； 介于所述射频功率放大器和所述天线之间的射频耦合器；和 检测来自所述耦合器的信号以测量所述发射功率的检测器。
7.如权利要求1所述的电子设备，其中所述电路包括 以所述发射功率生成射频信号的可调增益射频功率放大器； 介于所述射频功率放大器和所述天线之间的射频耦合器；和检测来自所述耦合器的信号以测量所述发射功率的检测器，其中当确定物体位于电子 设备的所述给定距离内时，所述电路为所述射频功率放大器生成减小所述射频功率放大器 的增益的控制信号。
8.如权利要求7所述的电子设备，其中所述接近传感器包括红外发光二极管和光电二极管。
9.如权利要求1所述的电子设备，其中，所述电子设备包括具有环境光传感器的手持 电子设备，并且所述电路至少部分地基于来自所述环境光传感器的数据调整所述发射功率。
10.如权利要求1所述的电子设备，其中，所述电子设备包括具有触摸传感器的手持电 子设备，并且所述电路至少部分地基于来自所述触摸传感器的数据调整所述发射功率。
11.如权利要求1所述的电子设备，其中，所述电子设备包括具有电容性触摸屏显示器 的手持电子设备，并且所述电路至少部分地基于来自所述电容性触摸屏显示器的数据调整 所述发射功率。
12.如权利要求1所述的电子设备，其中，所述电路包括处理至少第一无线通信频带和 第二无线通信频带中的射频无线发射的发射器电路，并且所述电路被配置为至少部分地基 于第二无线通信频带中的射频无线发射功率水平中出现的改变，进行第一无线通信频带中 的射频无线发射功率调整。
全文摘要
诸如便携电子设备的电子设备可以具有天线和相关联的无线通信电路。可以使用诸如接近传感器的传感器检测电子设备何时紧邻用户头部。可以使用电子设备内的控制电路调整射频信号发射功率水平。当确定电子设备处于到用户头部的给定距离内时，可以减小射频信号发射功率水平。当确定电子设备不处于到用户头部的给定距离内时，可以去除对射频信号发射功率水平的基于接近性的限制。可以从触摸传感器、加速度计、环境光传感器和其它源收集数据，以用于确定如何调整发射功率水平。
文档编号H04B1/38GK102089989SQ200980127054
公开日2011年6月8日 申请日期2009年6月1日 优先权日2008年6月5日
发明者R·W·斯科卢巴, R·卡巴勒罗 申请人:苹果公司