设备内基底、通信装置及设备内通信的方法

专利名称：设备内基底、通信装置及设备内通信的方法
技术领域：
本发明涉及无线通信，更具体地说，涉及用于无线通信的电路。
技术背景众所周知，通信系统支持无线和/或有线通信设备之间的无线和有线通信。 这些通信系统的范围涉及从国内和/或国际蜂窝电话系统到互联网，以及点对 点室内无线网络。每种通信系统都是根据一种或多种通信标准构建进而来工作的。无线通信系统操作所依据的一种或多种标准包括但不限于IEEE 802. 11、 蓝牙、高级移动电话服务(AMPS)、数字AMPS、全球移动通信系统(GSM)、码 分多址(CDMA)、本地多点分配系统(LMDS)、多路多点分配系统(丽DS)、增 强型数据率GSM演进(EDGE)、通用分组无线业务和/或相应的各种变化。根据无线通信系统的类型，无线通信设备直接或间接地与别的无线通信设 备进行通信，这些无线通信设备可以是例如蜂窝电话、双向无线对讲机、个人 数字助理(PDA)、个人计算机(PC)、笔记本电脑、家庭娱乐设备等等。对于 直接通信(即熟知的点对点通信)，参与通信的设备调谐它们的接收器和发射 器到相同的信道(例如，无线通信系统的多个射频(RF)载波中的一个)，并 通过该信道进行通信。对于间接无线通信，每一无线通信设备经过分配的信道， 直接与相关的基站(例如蜂窝服务)禾口/或相关的访问点(例如，对于室内或 建筑物内无线网络)进行通信。为了完成无线通信设备之间的通信连接，经过 系统控制器、公用交换电话网(PSTN)、互联网、禾P/或别的广域网络，相关的 基站和/或相关的访问点相互直接通信。参与无线通信的每一无线通信设备都包括内置的无线收发器(即接收器和 发送器)或连接到相关的无线收发器(例如，对于室内和/或建筑物内无线通 信网络的站、RF调制解调器等等)。如本领域技术人员所知，发射器包括数据
调制级、 一个或多个中频级及功率放大器。数据调制级依据特定的无线通信标 准将原始数据转换成基带信号。一个或多个中频级将基带信号与一个或多个本 地振荡进行混频，以生成RF信号。在经过天线进行发送之前，功率放大器将RF信号放大。通常，数据调制级在基带处理器芯片上实现，而中频级和功率放大级在单 独的无线处理器芯片上实现。过去，已经使用双极电路设计出了无线集成电路， 能够承受大的信号摆幅并允许线性发射器部件的动作。因此，大量的老式基带 处理器采用模拟接口，用于与无线处理器之间传送模拟信号。随着集成电路裸芯尺寸不断减小而电路元器件数量不断增加，芯片布置变 得越来越困难和具有挑战性。在其它已知的问题中，尽管裸芯尺寸在减小，对 裸芯输出管脚的需求却在逐渐增大。同样，在裸芯自身内部，开发内部总线和 迹线以支持高数据率通信，也变得非常困难。因此，出现了需求，希望有一种 解决方案能既支持高数据率通信又降低对输出管脚和裸芯内电路迹线的需求。此外，共存于公共设备内的或位于公共印刷电路板上的工c之间的通信需要有进步，以充分地支持即将来临的ic制造上的改进。因此，需要一种集成电路天线结构及其无线通信应用。 发明内容本发明涉及的装置和操作方法将在后续


和具体实施方式
部分以 及权利要求书中给出进一步描述。根据本发明的一个方面，本发明提供了一种具有第一和第二设备内本地收发器的设备内的基底，所述基底包括形成在所述基底上的第一设备内收发器；形成在所述基底内以用于传送特高射频信号的波导；用以通过所述波导发射所述特高射频信号的第一基底本地收发器；用以从所述波导接收所述特高射频信号的第二基底本地收发器；其中，所述第一设备内本地收发器通信连接至所述第一基底本地收发器，并用以通过空中以无线方式传送低功率射频信号给所述第二设备内本地收发
器；通信连接至所述第一基底本地收发器、第二基底本地收发器、第一设备内 本地收发器或第二设备内本地收发器中至少其一的远程收发器，其中所述远程 收发器用以发射无线通信信号给远程无线通信设备。作为优选，所述第一设备内本地收发器以足以达到设置在所述设备内的所述第二设备内本地收发器的功率级产生射频传输。作为优选，所述第一设备内本地收发器产生特高射频信号以传送给所述第 二设备内本地收发器。作为优选，所述特高射频信号为至少10GHz。作为优选，用以与其它设备内本地收发器和与所述第一基底本地收发器通 信的电路包括用以将以第一射频频率为特征的射频信号转换成以第二射频频 率为特征的射频信号的频率转换电路，其中所述第一和第二射频频率其中之一 是至少10GHz的特高频信号。作为优选，所述基底是设置在通信设备内的多个基底之一，且包括集成电 路无线收发器、集成电路无线收发器的支持板或支持集成电路无线收发器的印 刷电路板中至少其一。作为优选，所述基底进一步包括形成在第一集成电路裸芯内的第二波导以 及设置在所述第一集成电路裸芯上的第三基底本地收发器，用以通过所述第二 波导通信。作为优选，所述第一和第二波导定义出了彼此隔离开的信号路径以最小化 干扰。作为优选，所述第一和第二波导彼此在物理上是不同的。 作为优选，定义出边界用以将所述第一和第二波导彼此隔开。 作为优选，所述第一和第二波导中的一个至少部分地形成在所述第一和第 二波导中的另一个内。作为优选，所述第一集成电路裸芯进一歩包括第一电介质区域(dielectric region),所述第一电介质区域进一歩包括有电 子电路器件； 第二电介质区域，用作所述第二波导以传送特高射频信号，其中所述第二电介质区域定义出传送并容纳所述特高射频信号的有界体积(bounded volume);其中所述第一基底本地收发器通信连接至第一基底天线； 所述第二基底本地收发器通信连接至第二基底天线；且 其中，所述第一和第二基底天线设置来通过所述第二电介质区域发射和接 收射频通信信号。作为优选，所述第二电介质区域包括充分均匀掺杂的电介质区域。 作为优选，所述第二电介质区域包括多个波导。根据本发明的另一个方面，本发明提供一种通信装置，包括第一和第二无线收发器集成电路裸芯；形成在所述第一无线收发器集成电路裸芯内的第一和第二特短距离本地 收发器，其中所述第一和第二特短距离本地收发器彼此在以特高射频信号为特 征的第一频带上通信，以用于裸芯内通信；第一设备内无线本地收发器，连接至所述第一无线收发器集成电路裸芯，用以支持设备内通信；第二设备内无线本地收发器，连接至所述第一和第二无线收发器集成电路 裸芯其中之一，其中，所述第一和第二设备内无线本地收发器彼此间使用以第 二频带为特征的射频信号进行通信；网络设备远程收发器，连接至所述第一和第二无线收发器集成电路裸芯其 中之一，其中所述网络设备远程收发器使用以第三频带为特征的射频信号与远 程网络设备收发器通信。作为优选，所述通信装置包括具有多个支持多个无线收发器集成电路裸芯 的板的设备，所述多个无线收发器集成电路裸芯包括所述第一和第二无线收发 器集成电路裸芯。作为优选，所述设备包括支持所述多个无线收发器集成电路裸芯的多芯片 模块，所述多个无线收发器集成电路裸芯包含所述第一和第二无线收发器集成
电路裸芯。作为优选，所述特高射频信号为至少10GHz信号。作为优选，所述用于裸芯内通信的第一和第二特短距离本地收发器通过基 底波导发送所述特高射频信号。作为优选，所述用于裸芯内通信的第一和第二特短距离本地收发器通过空 中以无线的方式发射所述特高射频信号。作为优选，所述特高射频频带的中心频率大约是60GHz。作为优选，所述通信装置进一步包括包含电子电路器件的支持基底(supporting substrate); 具有预制的合成物(fabricated composition)以导引射频电磁波的导引结构， 其中所述导引结构形成在所述支持基底内-,通信连接至第一基底本地收发器的第一基底天线；通信连接至第二基底本地收发器的第二基底天线，其中，所述第一和第二 基底天线设置来通过所述支持基底内的导引结构发射和接收射频通信信号。作为优选，所述第一和第二特短距离本地收发器产生低功率信号，且仅与 位于同一裸芯上的特短距离本地收发器通信连接。作为优选，所述通信装置支持使用低功率特短距离本地通信的裸芯内射频 通信、裸芯间射频通信以及设备间远程通信，其中所述通信装置包括有将裸芯 内射频通信和裸芯间射频通信中至少其一连接至远程设备的设备间通信的电 路。根据本发明的一个方面，本发明提供一种用于设备内通信的方法，所述方法包括生成第一射频信号以由设置在同一裸芯内的本地收发器接收，其中所述裸 芯容置有生成所述第一射频信号的电路；生成第二射频信号以由设置在同一设备内的本地收发器接收，其中所述设 备容置有生成所述第二射频信号的电路；基于所述第一和第二射频信号其中之一生成第三射频信号以由位于所述
同一设备外部的远程收发器接收。作为优选，所述第一射频信号是特高射频信号，其中心信道频率大于或等于10GHz。作为优选，所述方法进一步包括以一功率级发射所述第一射频信号给与 发射所述第一射频信号的电路位于同一裸芯内的本地收发器。作为优选，所述第一射频信号通过形成在裸芯内的波导来传送，其中所述 裸芯容置有发射所述第一射频信号的电路。本发明的各种优点、各个方面和创新特征，以及其中所示例的实施例的细 节，将在以下的描述和附图中进行详细介绍。

通过考虑以下结合附图对本发明优选实施例的详细描述，可以更好的理解 本发明，附图中图1是根据本发明一个实施例的包含有电路设备和网络组件的通信系统 及其操作的功能框图；图2是包括有主机和关联的无线收发装置的无线通信设备的示意框图； 图3是根据本发明一个实施例配置的基底的功能框图；图4是本发明另一实施例的包括有多个嵌入式基底收发器的基底的功能 框图；图5是根据本发明一个实施例的包括由集成电路模块和电路包围的多个 嵌入式基底收发器的基底的功能框图；图6是根据本发明一个实施例的基底的功能框图，其中该基底包括多个收 发器，设置为通过在该基底内形成的波导进行通信；图7是根据本发明一个实施例的方法的流程图；图8是根据本发明一个实施例的基底的功能框图，其中示出了三级收发器；图9是根据本发明一个实施例形成的多芯片模块的功能框图； 图10是根据本发明一个实施例进行通信的方法的流程图11是根据本发明一个实施例的基底内收发器布置的示意图；图12是基底的另一实施例的示意图；图13是根据本发明一个实施例的方法的流程图；图14是根据本发明一个实施例的集成电路多芯片设备及其相关通信的功 能框图；图15是本发明一个实施例使用频分多址的操作的功能框图；图16是特定设备内的设备内本地收发器、基底收发器和其它收发器之间特定通信的载波频率的静态分配或固定分配表；图17是容置有多个收发器并按照本发明实施例运行的设备的功能框图； 图18是根据本发明一个实施例使用频分多址的集成电路内无线传输的方法的流程图；图19是根据本发明一个实施例的设备及该设备内对应的无线通信方法的 功能框图，该方法通过使用冲突避免机制协调通信来避免冲突和干扰； 图20是根据本发明实施例支持多个本地收发器的基底的功能框图； 图21是根据本发明一个实施例的设备内进行无线本地传输的方法的流程图；图22是根据本发明一个实施例的含有在电路板或集成电路内形成的网状 网络的设备的功能框图；图23是根据本发明一个实施例用于在单个设备内用作网状网络的节点的 本地收发器之间路由和转发通信的方法的流程图；图24是根据本发明一个实施例的设备内进行通信的方法的流程图，其中 通过单个设备内的网状网络来传送通信；图25是根据本发明一个实施例运行的网络的功能框图；图26是根据本发明一个实施例的方法的流程图。
具体实施方式
图1是根据本发明一个实施例的包含有电路设备和网络组件的通信系统 及其操作的功能框图。更具体地说，多个网络服务区04、 06和08是网络10
的一部分。网络10包括多个基站或接入点(AP) 12 — 16、多个无线通信设备18 — 32以及网络硬件组件34。无线通信设备18 — 32可以是笔记本电脑18和 26、个人数字助理20和30、个人计算机24和32和/或蜂窝电话22和28。无 线通信设备的细节将结合图2_10给出详细描述。基站或AP 12-16通过局域网(LAN)连接36、 38和40连接至网络硬件 34。网络硬件34可以是路由器、交换机、桥接器、调制解调器、系统控制器 等，为通信系统10提供到外部网络组件例如WAN 44的广域网(WAN)连接42。 每个基站或接入点12-16具有关联的天线或天线阵列，以与其覆盖区域内的无 线通信设备通信。 一般，无线通信设备18-32注册到特定的基站或接入点 12-16，以从通信系统10接收服务。对于直接通信(即点对点通信)，无线通 信设备通过分配的信道直接进行通信。一般来说，基站用于蜂窝电话系统和类似的系统，接入点用于室内或建筑 内无线网络。不管通信系统为何种特定类型，每个无线通信设备包括有内置的 无线收发装置和/或与一无线收发装置连接。为了实现本发明的目的，包括主 机设备18-32和基站或接入点12-16在内的图1中的每个无线通信设备包括有 至少一个相关联的无线收发器，以与图1中示例的无线通信设备的至少一个其 它远程收发器进行无线通信。 一般来讲，所提到的远程通信或远程收发器，是 指特定设备或收发器外部的通信或收发器。因此，图1中所涉及的每个设备和 通信是远程设备或通信。本发明的实施例包括具有多个收发器并可彼此进行通 信的设备。这样的收发器和通信在本申请中称为本地收发器和通信。图2是无线通信设备的示意框图，包括主机设备18 — 32以及相联的无线 收发装置60。对于蜂窝电话主机，无线收发装置60为内置的部件。对于个人 数字助理主机、笔记本电脑主机和/或个人计算机主机，无线收发装置60可以 是内置的或外连的部件。如图所示，主机设备18-32包括处理模块50、存储器52、无线接口54、 输入接口 58和输出接口 56。处理模块50和存储器52执行一般由主机设备完 成的对应的指令。例如，对于蜂窝电话主机设备，处理模块50根据特定的蜂 窝电话标准执行对应的通信功能。
无线接口 54允许从无线收发装置60接收数据和将数据发送至无线收发装置60。对于从无线收发装置60接收的数据(如入站数据)，无线接口54提供 数据至处理模块50以进行进一步处理和/或路由至输出接口 56。输出接口 56 提供连接至输出显示设备，如显示器、监视器、扬声器等等能呈现接收数据的 设备。无线接口 54还将来自处理模块50的数据提供给无线收发装置60。处 理模块50可通过输入接口 58从输入设备(如键盘、键区、麦克风等等)接收出 站数据，或由其自身产生数据。对于通过输入接口 58接收的数据，处理模块 50可对该数据执行对应的主机功能和/或通过无线接口 54将其路由至无线收 发装置60。无线收发装置60包括主机接口 62、基带处理模块IOO、存储器65、多个 射频(RF)发射器106-110、发送/接收(T/R)模块114、多个天线81-85、 多个RF接收器118-122和本地振荡模块74。基带处理模块100结合存储于存 储器65中的操作指令，分别执行数字接收器功能和数字发射器功能。数字接 收器功能包括但不限于数字中频(IF)至基带转换、解调、星座解映射、解码、 解交错、快速傅立叶变换、循环前缀移除、空间和时间解码和/或解扰。数字 发射器功能包括但不限于加扰、编码、交错、星座映射、调审!j、快速傅立叶逆 变换、循环前缀增加、空间和时间编码以及数字基带至IF转换。基带处理模 块IOO可使用一个或多个处理设备实现。所述处理设备可以是微处理器、微控 制器、数字信号处理器、微型机算计、中央处理器、现场可编程门阵列、可编 程逻辑器件、状态机、逻辑电路、模拟电路、数字电路和/或任何能够基于操 作指令对信号(模拟和/或数字)进行处理的设备。存储器65可以是单个存储 装置或多个存储装置。所述存储装置可为只读存储器、随机访问存储器、易失 性存储器、非易失性存储器、静态存储器、动态存储器、闪存和/或任何可以 存储数字信息的装置。需要注意的是，当处理模块100通过状态机、模拟电路、 数字电路和/或逻辑电路实现一个或多个功能时，存储对应指令的存储器可以 是嵌入在包括状态机、模拟电路、数字电路和/或逻辑电路的电路内。工作时，无线收发装置60通过主机接口 62从主机设备接收出站数据94。 基带处理模块100接收出站数据94，并基于模式选择信号102生成一个或多
个出站符号流104。模式选择信号102将指出与各种IEEE 802. 11标准的一个 或多个具体模式相适应的特定操作模式。例如，模式选择信号102可指出 2. 4GHz的频带，20或22MHz的信道带宽和54Mbps的最大比特率。在一般范畴 中，模式选择信号将进一步表示范围从1Mbps至54Mbps中的特定速率。此外， 该模式选择信号可表示特定的调制类型，包括但不限于巴克(Barker)码调制、 BPSK、 QPSK、 CCK、 16 QAM和/或64 QAM。模式选择信号102还可包括编码率、 每个副载波的编码位数量(NBPSC)、每个OFDM符号的编码位(NCBPS)和/或 每个OFDM符号的数据位(NDBPS)。模式选择信号102还可表示对应模式的特 定信道化，提供信道数量和对应的中心频率。模式选择信号102可进一步表示 功率频谱密度掩码值和MIMO通信最初可使用的天线的数量。基带处理模块100基于模式选择信号102从出站数据94产生一个或多个 出站符号流104。例如，如果模式选择信号102表示对于所选择的特定模式正 在使用单个传输天线，基带处理模块100将产生单个出站符号流104。或者， 如果模式选择信号102表示2、 3或4个天线，基带处理模块100将从出站数 据94产生2、 3或4个出站符号流104。根据基带处理模块100产生的出站数据流104的数量，对应数量的RF发 射器106-110将被激活，以转换出站符号流104为出站RF信号112。通常， 每个RF发射器106-110包括数字滤波器和向上采样模块、数模转换模块、模 拟滤波器模块、上变频模块、功率放大器和射频带通滤波器。RF发射器106-110 提供出站RF信号112至发射/接收模块114，再由其将每个出站RF信号提供 给对应的天线81-85。当无线收发装置60处于接收模式时，发射/接收模块114通过天线81-85 接收一个或多个入站RF信号116，并将其提供给一个或多个RF接收器 118-122。 RF接收器118-122转换入站RF信号116为对应数量的入站符号流 124。入站符号流124的数量与数据接收的特定模式相对应。基带处理模块100 将入站符号流124转换为入站数据92，然后通过主机接口 62提供给主机设备 18-32。本领域普通技术人员能够理解的是，图2所示的无线通信设备可使用一个
或多个集成电路实现。例如，该主机设备可实现于一个集成电路，而基带处理 模块100和存储器65实现于第二集成电路，无线收发装置60中的其余部件，除去天线81-85夕卜，可实现于第三集成电路。或者又例如，无线收发装置60 可单独在一个集成电路上实现。再例如，主机设备的处理模块50和基带处理 模块100可以是实现于一个集成电路上的共用处理装置。此外，存储器52和 存储器65可实现于一个集成电路上和/或与处理模块50和基带处理模块100 的共用处理模块一起实现在同 一个集成电路上。图2 —般性的示出了一个MIM0收发器，有利于理解通用收发器的基本模 块。应该了解的是，图2中所示的任何连接均可以由物理迹线或无线通信链路 来实现。该无线通信链路由可通过空间或通过电磁波导进行传送的本地收发器 (图2中未示出)来支持，电磁波导可在容置有包括MIM0收发器在内的各种 裸芯的印刷电路板的基底内形成，或在裸芯的基底(例如电介质基底)内形成。 支持以上操作的电路和基底结构将在后续部分结合附图给出详细介绍。已知的是，频率和信号波长之间存在反比关系。因为发射射频信号的天线 是信号波长的函数，提高频率将导致波长的减小，从而需要减小天线长度以支 持这样的通信。在未来的各种射频收发器内，载波频率将超过或至少等于 10GHz，因而需要相对小的单极天线或双极天线。单极天线的大小一般等于二 分之一波长，而双极天线等于四分之一波长的大小。例如，在60GHz，完整的 波长是5毫米，因而单极天线大小大约等于2.5毫米，双极天线大小大约等于 1.25毫米。这样小尺寸的天线可以在封装的印刷电路板上和/或就在裸芯 (die)上实现。本发明的实施例包括使用上述的高频射频信号以便将如此的 小天线结合在裸芯或印刷电路板上。印刷电路板和裸芯通常具有多个不同的层。对于印刷电路板，不同的层具 有不同的厚度和不同的金属镀层。在这些层内设置有电介质区域(dielectricareas)用以作为高频射频信号的电磁波导。使用这样的波导提供了额外的好 处，即信号与印刷电路板的外部隔离。此外，传输功率需求得到降低，因为射 频信号是通过波导内的电介质(dielectric)传导的，而不是通过空气。因此 本发明的实施例包括特高频射频电路，例如60GHz射频电路，其安装在印刷电
路板上或安装在裸芯上，以助于对应的通信。图3是根据本发明一个实施例配置的基底的功能框图。该基底包括可用作电磁波导的电介质基底。如图3所示可以看出，基底150包括收发器154,其 设置来与收发器158通信。此处提到的基底一般是指任何支持基底，具体包括 印刷电路板和其它支持集成电路和其它电路的板。涉及的基底还包括半导体基 底，作为支持电路元件和模块的集成电路和裸芯的一部分。因此，除非在本说 明书中特别限定特定应用，术语"基底"应该理解成包括所有上述的具有各种 电路模块和器件的应用。因此，关于图3中的基底150，基底150可以是印刷 电路板，其中收发器是设置在其上的单独的集成电路或者裸芯。或者，基底 150是集成电路，其中收发器是收发器模块，作为该集成电路裸芯电路的一部 分。如本发明所述，收发器154通信连接至天线166，而收发器158通信连接 至天线170。第一和第二基底天线166和170分别设置为通过基底区域162发 射和接收射频通信信号，在本实施例中，基底区域162是电介质基底区域。可 以看出，天线166设置在电介质基底162的上表面上，而天线170设置为伸入 电介质基底162内部。以上每个天线配置是用于通过电介质基底162发射和接 收射频信号的基底天线不同实施例的示例。从图3中还可以看出，可选的金属 层174设置在电介质基底162的上表面和下表面两者或其中任一者之上。金属 层174可以进一步隔离和屏蔽通过电介质基底162以高频射频发射的电磁波。 这样的金属层174的使用特别适用于基底包括印刷电路板的实施例，但也可包 括其上设有金属层的任何结构。操作中，收发器154是特高频收发器，产生频率大于或等于lOGHz的电磁 信号。本发明的一个特定实施例中，该电磁信号的特征在于60GHz (+/-5GHZ) 射频。使用这样的高频电磁信号的一个对应因素是可以使用尺寸小得足以放置 在基底上或基底内的短天线，不管该基底是印刷电路板还是裸芯。因此，收发 器154经由天线166通过电介质区域162发射，而基底收发器158通过天线 170接收。这些收发器具体在本申请中被称为基底收发器，指的是设计来通过 电介质基底通信的收发器，如图3中所示的收发器。
需要注意的是，不管是否包含有金属层174，电介质基底162由有界体积(bound volume)来定义出，等效于电磁波导，在此处也如此称呼。 一般来说， 期望电介质基底162具有尽可能均匀的结构，以降低电介质基底162内的干扰。 例如，电介质基底162内的金属部件或其它部件将趋向于产生多路径干扰和/ 或吸收电磁信号，从而降低传输效率。然后，使用尽可能均匀或一致的电介质 基底，可针对短距离通信使用低功率信号传输。图4是本发明另一实施例的包括有多个嵌入式基底收发器的基底的功能 框图。可以看出，基底180包括电介质基底区域184，其包括有嵌入式基底收 发器188和192，用于彼此通信。如图所示，基底收发器188包括有基底天线 196，而基底收发器192包括有第二基底天线198。基底收发器188和192设置在电介质基底184内，他们各自的天线196 和198也是如此，用于通过由电介质基底184形成的波导发射特高频电磁信号。 如结合图3所述，金属层是可选的，并非必需的。一般，尽管基底的上层或底层上不需要有金属层，但是金属层有助于隔离 波导内的电磁信号，以降低这些信号对外部电路的干扰或来自外部电路的信号 对通过波导发射的电磁信号的干扰。电介质基底的边界反射电磁信号的射频以 使信号保持在电介质基底184内，并因此最小化与外部电路和电介质上或内部 的器件之间的干扰。基底天线大小及位置的设置为仅通过电介质基底184发射 信号。图5是根据本发明一个实施例的包括由集成电路模块和电路包围的多个 嵌入式基底收发器的基底的功能框图。可以看出，基底200包括有嵌入式基底 收发器204，用于分别通过基底天线212和216与基底收发器208通信。收发 器204嵌入在电介质基底220内，而收发器208设置在电介质基底220的表面上。电磁信号从收发器204和208通过基底天线212和216发送，以通过电介 质基底220发射。图中所示的实施例中，电介质基底220由金属层222来定界， 该金属层222还屏蔽通过由电介质基底220形成的波导传送的电磁信号。图中 可看出，电介质基底220由IC模块224、 228和232所环绕。在图示的基底 200的实施例中， 一种典型的应用便是印刷电路板，其内，电介质基底形成在印刷电路板内部，然后形成金属层222并支持IC 224、 228和232。金属层222 不仅用作屏蔽，还可用于帮助IC模块224、 228和232传导信号。例如，收发 器208用于支持IC模块224的通信，而收发器204用于支持IC模块228的 通信。图6是根据本发明一个实施例的基底的功能框图，其中该基底包括多个收 发器，设置为通过在该基底内形成的波导进行通信。从图中可以看出，基底 250包括多个收发器252、 254、 256、 258、 260和262。每个收发器252 —262 具有图中未示出的关联电路，收发器252 — 262可设置在电介质层内部或上部， 其关联的天线伸入该电介质层内。从图中可以看出，基底250包括形成于其内 的多个波导，用于传导特定收发器之间的具体通信。例如，波导264设置为支 持收发器252和254之间的通信，波导266支持收发器254、 256、 262、 260 和258之间的通信。一些其它值得注意的配置也要提出。例如，波导268支持从收发器252 到收发器258和260的传输。或者，由于波导268的形状，收发器258和260 中每一个仅能通过波导268发送给发射器252。根据本发明一个实施例的另一 种配置有波导270和272。可以看出，波导270与波导272重叠，其中，波导 270支持收发器260和256之间的通信，而波导272支持收发器254和262之 间的通信。至少在这个示例中，波导270和272重叠但彼此隔开，以防止其内 的电磁辐射与其它波导的电磁辐射发生干扰。一般，基底250内的波导支持相关的收发器间的多个方向上的通信。图6 所示的实施例中，基底可以是一块板，例如印刷电路板，或者可以是集成电路， 其中每个收发器是该集成电路内的收发器模块或模组。这个实施例中，波导由 电介质基底材料形成并具有一定的边界以容纳并隔离通过其内传送的电磁信 号。此外，如前面实施例所述，电磁信号的频率是10GHz数量级的特高射频。 一个特定实施例中，频率是60GHz (+/- 5GHz)。本发明的该实施例的一个特 点是，收发器可通过另一个收发器通信至预期的收发器。例如，如果收发器 252希望传送通信至收发器256，收发器252可选择通过波导264和266经由
收发器254发送该通信信号，或者通过波导268和270经由收发器260发送该 通信信号。图7是根据本发明一个实施例的方法的流程图。该方法包括步骤280中， 初始生成至少10GHz的特高射频信号。本发明的一个实施例中，该特高射频信 号是60GHz (+/-5GHz)的信号。此后，步骤284中，以非常低的功率从连接 至基底收发器的基底天线发射该特高射频信号。由于信号的电磁辐射是通过基 底而不是通过空间进行的，因此只需较低的功率。此外，由于该基底用作具有 很小干扰或没有干扰的波导，因而需要的功率更小，因为不需要消耗功率来克 服明显的干扰。此后，步骤288中，在连接至第二基底收发器的第二基底天线 处接收到该特高射频信号。最后，歩骤292中，将从该基底天线接收到的信号 送给逻辑或处理器进行进一步处理。总之，图7的方法涉及通过印刷电路板的 基底、容置有集成电路或裸芯的板或甚至集成电路基底材料的电磁信号传输。 总之，基底由电介质材料形成，并用作波导。图8是根据本发明一个实施例的基底300的功能框图，其中示出了三级收 发器。从图中可以看出，基底收发器302设置在电介质基底的表面上，以通过 电介质基底308与基底收发器304通信。基底收发器304还与基底收发器312 通信，该基底收发器312也设置在电介质基底308的表面上。基底收发器304 嵌入在电介质基底308内。为了减少或消除基底收发器312和304之间的通信 信号之间的干扰，相比于基底收发器302和304之间的通信，基底收发器312 和304之间使用了由隔离边界322隔出的电介质基底316来传送通信。本发明 的一个实施例中，此隔离边界由金属形成。另一个实施例中，该隔离边界仅仅是一种不同类型的电介质或其它材料， 产生边界以反射电磁辐射，使之远离包含电磁信号的电介质基底表面。这样的 话，电介质即此处的电介质基底308内的隔离边界用于定义出电介质基底316 的体积，以在基底收发器304和基底收发器312之间创建波导。另一个实施例 中，不是在主电介质基底(此处为电介质基底308)内创建隔开的波导，而是使 用方向天线来降低或消除传向不同基底收发器的信号之间的干扰。例如，如果 图中所示的每个基底收发器使用了方向天线，那么，通过基底天线的合适放置
和排列，可充分降低干扰，从而避免了在电介质基底内创建多个波导的隔离边 界的需求。继续如图8所示，远程通信收发器324设置来与基底收发器302通信，而 系统内本地收发器328设置来与基底收发器312通信。在此实施例中，系统内 或设备内(intra-device)收发器328是用于通过空中与其它本地设备内收发 器328进行短距离本地无线通信的本地收发器。所提及的"本地"是指设备产 生的无线传输不是发送给该容置本地收发器的设备外部的收发器的。一个实施例中，可使用低效天线用于本地设备内收发器之间以及基底收发 器之间的通信。因为传输是传送给位于同一板、集成电路或设备上的本地收发 器的，所需的传输距离非常小，便可使用本地低效天线结构。此外， 一个实施 例中，通过使用至少10GHz的特高射频，并使用接近55GHz到65GHz的频带，该低效天线结构具有支持期望的高频带内操作的电磁特性。另一方面，远程通信收发器324用于与容置基底300的设备外部的远程收 发器通信。因此，例如，如果设备内收发器328将从另一本地设备内收发器接 收短距离无线通信，设备内收发器328可传导接收到的信号给基底收发器312， 然后基底收发器312通过电介质基底316将该信号传送给基底收发器304，基 底收发器304接着发射该信号给基底收发器302以便传送给远程通信收发器 324。网络/设备收发器324然后可以电磁辐射的形式发射该通信信号给远程无 线收发器。应该理解的是，上述操作是对应图8的框图的一个示例。作为另一种选择， 上述通信信号可通过更多或更少的基底收发器进行中继，以将该通信信号从一 个位置传送到另一个位置。例如，另一个实施例中，仅有基底收发器312和 302被用于这样的通信，以将信号从设备内收发器328传送给远程通信收发器 324或反之亦然。一般来说，图8所示的框图示出了三级收发器。第一级基底收发器被用来 以特高射频发射电磁信号，经由在容置有集成电路或裸芯的板内、集成电路板 内或甚至集成电路基底内形成的电介质基底。第二级收发器是设备内本地收发 器，例如设备内收发器328，用于通过空中生成非常短距离无线通信信号给其
它本地设备内收发器。如前所述，这样的本地收发器用于特定设备内的本地通信。最后，第三级收发器是远程通信收发器324，其是用于与容置基底300的设备外部的远程设备进行无线通信的远程收发器。
图9是根据本发明一个实施例形成的多芯片模块的功能框图。从图中可以 看出，多芯片模块330包括多个裸芯，每个裸芯包含有多个基底收发器和至少 一个设备内(intra-device)本地收发器。此外，其中至少一个裸芯包括有用于 与远程设备通信的远程通信收发器。虽然多芯片模块可能并不要求具有远程通 信收发器以与其它远程设备通信，图9所示的实施例包含有这样的远程通信收 发器°
可以看出，每个裸芯通过隔离件(spacer)与相邻的裸芯隔开。因而在所示 的实施例中，含有四个裸芯，通过三个隔离件分隔开。每个裸芯包括两个基底 收发器，用于通过用作波导的电介质基底进行通信。此外，至少一个基底收发 器通信连接至设备内收发器，以通过空中发射无线通信信号给图9中的该多芯 片模块内的另 一设备内本地收发器。
本发明的一个实施例中，至少一个设备内本地收发器用于以足以达到该设 备内(而不是多芯片模块外部)的另一个设备内收发器的功率级产生传输信号。 为了简化、清晰起见，用于该基底收发器的天线未在图中示出，但是基底天线 可以按照本申请其它部分的描述形成。
此外，每个设备内本地收发器包括有图示的天线，用于通过空中的本地无 线传输。该实施例中，图9的多芯片模块内的无线通信以至少lOGHz的频率进 行， 一个实施例中，为大约60GHz。如图所示，远程收发器可根据设计偏好并 根据图9中的多芯片模块期望与其进行通信的远程设备，操作在大约相同的频 率或不同的频率。
继续参见图9，应该理解，针对基底和基底收发器的前述每个实施例可用 于图9的多芯片模块内。因此，一个特定的基底可具有两个以上的基底收发器， 设置该基底的上部或该基底的内部。同样，用于该基底收发器的天线，即基底 天线，可设置在基底表面上或至少部分地伸入基底以在其内发射电磁信号。此 外，多个波导在该基底内形成，将其内的电磁信号从一个期望的基底收发器天
线传导到另一个期望的基底收发器天线。操作中，作为示例，裸芯的一个基底收发器使用该基底来产生给另一基底 收发器的通信信号，用于传送给设备内本地收发器以便随后通过空中发射给另 一个基底，更具体地说，发射给设置在另一基底上的设备内本地收发器。如后 面将详细描述的，可以使用特定的寻址方案来引导通信至特定的设备内本地收 发器以便进行进一步的处理。例如，如果通信信号预期传送给远程设备，这种 对通信信号的处理使得远程收发器可以通过一个或多个基底、基底收发器和设 备内本地收发器接收到该通信信号。继续如图9所示，需要注意的是，除了通过基底以较低功率级发射信号外， 设备内本地收发器之间无线传输的功率级也可以设为比较低的功率级。此外， 可基于传输的类型使用较高阶调制。例如，对于通过基底内的波导的传输，可使用最高阶调制。例如，可将信号调制为128QAM信号或256 QAM信号。或者， 对于设备内本地收发器传输，调制仍可以很高，例如64 QAM或128 QAM，但 是不必是最高阶调制。最后，对于从远程收发器到远程设备的传输，可以根据 设备的预期干扰状况使用更一般的调制级，例如QPSK或8 PSK。本发明的一个实施例中，至少一个裸芯是闪存芯片，与处理器一起位于同 一设备内。设备内收发器用于建立高数据率通信信道以用作存储总线。这样的 话，不再需要使用迹线或线缆从闪存裸芯路由到处理器裸芯。因此，图9中所 示的引线表示用于提供操作功率给每个裸芯的电源线。因此，其中至少有些裸 芯使用无线数据链路来减少对管脚输出和迹线路由的需求。继续如图9所示， 可包括有其它应用专用设备。例如， 一个裸芯可包括有专用于其它功能或目的 的逻辑。图8和图9所示实施例的一个特点是，通过经由远程通信收发器进而经由 某设备或集成电路内的设备内和/或基底收发器来进行通信，远程设备可以访 问该设备内的任何特定电路模块以与该设备通信。因此， 一个实施例中，远程 测试器用于通过容置有图8所示的基底或图9所示的多芯片模块的设备的远程 通信收发器、然后通过通信连接的设备内收发器来进行通信，以测试其内的任 意或所有电路模块。或者，远程设备可使用远程收发器或设备内和/或基底本
地收发器来访问设备内的任何资源。例如，远程设备可通过一系列的通信链路 访问存储器设备、处理器或特定应用(例如传感器)。对这些概念的进一步解释还可参见图25和26。图IO是根据本发明一个实施例进行通信的方法的流程图。该方法包括在 步骤340中生成第一射频信号以由设置在同一裸芯内的本地收发器接收。步骤 344中，生成第二射频信号以由设置在同一设备内的本地收发器接收。最后， 步骤348中，该方法包括基于所述第一和第二射频信号其中之一，生成第三射 频信号以由该同一设备外部的远程收发器接收。在本发明的一个实施例中，该第一、第二和第三射频信号生成在不同的频 率范围。例如，第一射频信号产生在60GHz，而第二射频信号产生在30GHz， 第三射频信号产生在2.4GHz。或者，本发明的一个实施例中，第一、第二和 第三射频信号均产生于特高且基本相同的频率上。例如，每个射频信号为 60GHz (+/- 5GHz)信号。应该理解的是，这些频率指的是载波频率并可微调 以使用频分多址型技术定义特定的通信信道。然后，更一般的是，至少所述第 一和第二射频信号产生于至少10GHz高的频率上。图11是根据本发明一个实施例的基底内收发器布置的示意图。从图中可 以看出，基底350包括多个收发器354、 358、 362、 366和370，相对彼此设 置在指定的位置以支持彼此之间的预期通信。更具体地说，依据相应收发器之 间是否期望有通信链路，将收发器354 — 370放置在峰值区和空信号区。同心 圆区域中的白色区示出了用于形成空值信号的负信号分量，而阴影区域示出了 用于形成信号峰值的正信号分量。更具体地说，可以看出，收发器354位于其自己发射的峰值区内，该峰值 区在图中一般在374处。此外，378处也有峰值区。空信号区在图中示为382 和386。峰值区374和378以及空信号区382和386与收发器354相关。当然， 每个收发器具有其自己相关的峰值和空信号区，围绕其自己的发射天线形成。 图11的一个特征是，依据相应收发器之间是否期望有通信链路，将收发器相 对彼此放置在峰值区和空信号区。图11的实施例的一个特征是，设备可改变频率以获得对应的空信号和峰
值模式，用于与特定天线进行通信。这样的话，如果收发器354希望与收发器366 (其针对用于生成图11所示的空信号和峰值模式的频率位于空信号区)通 信，收发器354改变至新频率，在收发器366的位置生成峰值模式。这样的话， 若使用了动态频率分配方案，可预期地改变频率以支持期望的通信。图12是基底350的另一实施例的示意图，包括有如图11所示的相同电路 元件，但还包括有每个收发器之间的多个嵌入式波导，用以在其之间传导特定 通信。可以看出，收发器354通过专用波导402与收发器358通信。同样，收 发器354通过专用波导406与收发器362通信。这样的话，对于收发器362， 峰值区394和空信号区398位于被隔离的基底波导390内。波导390连接收发器362和370之间的通信。虽然图11中对应的多路径 峰值和空信号区域被复制到图12中用于收发器354，应该理解的是，电磁信 号正在收发器之间经由本发明一个实施例中的对应波导进行传送。又，应该可 以看出，包含的波导内的实际峰值和空信号区可不同于普通基底350的，但是 在没有更多详细信息的情况下，如图所示是相对应的。本领域的普通技术人员 可以确定的是，被隔离的波导402、 406和390的对应峰值和空信号区是用于 通信目的的，该通信利用了这些波导操作特性的优势。图13是根据本发明一个实施例的方法的流程图。该方法包括在步骤400 中初始生成射频信号，用于设置在生成的射频信号的预期电磁峰值内的第一特 定本地收发器。该预期电磁峰值是多路径峰值，多路径信号在其中相加。步骤 404中，生成的信号然后从通过形成于基底内的天线(为通过波导进行通信而 设置)发射。该基底可以是板例如印刷电路板的基底，或裸芯例如集成电路裸 芯的基底。该方法还包括在步骤408中生成无线传输经由相同或不同且隔离的波导 传送给第二本地收发器。可选地，图13的方法在步骤412中包括通过至少一 个迹线传送通信信号给第二本地收发器。可以看出，传输并不特定限制为通过 空中或波导的电磁信号辐射，还可以是更一般的通过基底材料例如电介质基底 的传输。图14是根据本发明一个实施例的集成电路多芯片设备及其相关通信的功
能框图。可以看出，设备450包括多个电路板454、 458、 462和466，其中每 个电路板容置有多个裸芯，该裸芯可以封装或集成在其上。图14所示的设备 代表具有多个印刷电路板的设备，或具有由隔离件(spacer)隔开的多个印刷 电路裸芯的多芯片模块。电路板454包括收发器470、 474和478，用于通过 本地收发器彼此进行通信。本发明一个实施例中，该本地收发器是基底收发器， 通过电路板454内的波导产生电磁辐射。如前所述，电路板454可以是例如印刷电路板在内的板，其包括有电介质基底用作波导，或可以是包含有电介质波导以传导电磁辐射的集成电路。或者， 收发器470、 474和478可通过设备内本地收发器通信，通过空中传送但仅用于短距离。本发明一个实施例中，本地设备内收发器是具有非常短的波长和非 常短的距离的60GHz收发器，特别是使用低功率进行传输时。在图示实施例中， 选择的功率将适合电磁辐射以覆盖期望的距离，但是不必扩展超出非常大的距离。图中可以看出，收发器470可与设置在板458上的收发器482通信，并与 设置在板458上的收发器486通信。这种情况下，需要有通过空中传输的本地 设备内无线收发器，因为收发器470与482和486是位于不同的板或集成电路 裸芯上。同样，收发器478与设置在板466上的收发器490通信。如前所述， 收发器478和收发器490利用本地设备内无线收发器通信。从图中还可看出， 板462上的本地设备内收发器494与本地设备内收发器498通信，该本地设备 内收发器498还包括有相联的远程收发器502，用于与远程设备通信。从图中 可看出，远程收发器502和本地收发器498通信耦合。因此，设备450可通过 收发器502与外部远程设备通信。本发明一个实施例中，每个板454、 458、 462和466都是完全无引线的板， 主要为裸芯和集成电路提供结构支持。在此实施例中，芯片到芯片的通信通过 设置在各个集成电路或裸芯之间的波导来进行，或者经由本地无线设备内收发 器通过空中进行。或者另一实施例中，如果每块板454、 458、 462和466代表 集成电路板，则不管无线通信是通过基底还是通过空中，都可增加和补充通过 印刷电路板上的迹线和引线发生的通信。
图14所示的设备450的一个特征是发生在各个无线收发器之间的干扰。 虽然传输通过波导经由电介质基底进行，可将该传输与其它无线传输隔离，但仍存在大量通过空中的无线传输会与设备450内的所有其它无线传输发生干 扰。因此，本发明的一个方面是提供一种使用频分多址来减少设备450内的干 扰的装置。图15是本发明一个实施例在设备内使用频分多址进行通信的操作的功能 框图。从图15所示的实施例可以看出，设备500包括设备内本地收发器A， 使用t和f2载波频率与设备内本地收发器B和C通信。同样，设备内本地收 发器B和C使用f3载波频率进行通信。设备内本地收发器B还使用&和fs载 波频率与设备内本地收发器D和E通信。设备内本地收发器D和E使用fs载 波频率进行通信。因为空间分集(包括距离上的区别)，其中某些频率根据设 计可以重复使用。因此，可以看出，f,载波频率可用于设备内本地收发器C和 E之间，以及C和G之间，而f7载波频率可用于设备内本地收发器C和F之间 的通信，fs载波频率可用于设备内本地收发器E和F以及D和G之间的通信。 最后，设备内本地收发器F和G使用f2载波频率通信。可以看出，因此，f,、 f2和f8载波频率信号在图15所示实施例的频率计划中被重复使用。图15所示的拓扑结构的另一个特征是，根据应用，各个裸芯或收发器内 存在基底收发器，该基底收发器也使用指定的载波频率来通过电介质基底波导 进行传输。图15中，该载波频率仅仅指的是fs。应该理解的是，fs除了可以是另一个不同的载波频率f9 (图中未示出)之外，也可以是f,到&中的任意一个。如前所述，基底收发器通过其内形成有波导以连接至电路部分的基底传送 无线传输。这样的话，如图15所示，对于传送给设备内本地收发器D从而传 送给远程收发器H的传输，使用了一对本地基底收发器来传送由设备内本地收 发器D接收到的通信信号给远程收发器H，以便通过空中以电磁信号传播给另 一远程收发器。一般来说，在用于图15所示实施例的频率分配计划中，收发器相对彼此 静态设置。因此，不存在漫游以及其它类似的问题。因此， 一个实施例中，载 波频率永久地或静态地分配给指定收发器之间的特定通信。这样的话，如图 16示出了一张表，为一个特定的设备提供了设备内本地收发器、基底收发器 和其它收发器之间特定通信的载波频率的静态分配或固定分配的一个示例。例 如，f,载波频率被分配给收发器A和B之间的通信。针对特定收发器对之间的每个通信链路，都分配有载波频率。如结合图 15所描述的，在本发明一个实施例中，空间分集可以在期望的情况下指定哪些载波频率可以重复使用。从图中可以看出，图16的实施例为特定基底收发 器之间的通信提供了特定且新的载波频率，例如基底收发器M和基底收发器N 之间，和基底收发器M和基底收发器O之间。在单个基底内具有三个或更多基 底收发器的情况下，不管该基底是集成电路还是印刷电路板，这一具体示例都 是非常有优势的。因此，可以使用频率分集代替隔离的波导来减少干扰。又如图15所示，可以看到多条虚线，用于连接多个设备内本地收发器。 例如， 一组共用虚线连接收发器A、 B和C。另一方面，虚线用于连接收发器C 和G、 C和F以及G和F。图15所示的每条虚线表示用于传送低带宽数据和支 持信令和功率的可能的引线或迹线。由此，可使用无线传输来对物理迹线所具 有的通信进行扩充和增加。这尤其与多个收发器设置在一个或多个印刷电路板 上的实施例有关。这样的系统设计的一个特点是，无线传输可用于设备内较高带宽的通信。 例如，对于干扰不是问题的短距离无线传输，可使用较高阶的调制技术和类型。 由此，如图16所示，针对特定通信具有示例的频率调制类型分配。例如，对 于收发器A、 B、 C、 D、 E、 F和G之间的无线通信链路，指定使用128 QAM或 64 QAM用于对应通信链路的频率调制类型。然而，对于设备内本地收发器G 和D之间的通信链路，指定8QAM作为频率调制类型，以反映出更大的距离以 及信号路径内可能的更多干扰。另一方面，对于基底收发器之间的无线通信链 路，分配使用已知的最高阶调制，即256 QAM，这是因为该无线传输是通过具 有很少甚至没有干扰的基底波导进行的，并且功效高。应该理解的是，针对各 种通信链路所分配的调制类型仅仅是示例，其可根据实际预计的电路条件按照 测试的确认进行修改。然而，本实施例中值得注意的一点是，作为可选择的，
频率子载波和频率调制类型可针对特定无线通信链路进行静态分配。图17是容置有多个收发器并按照本发明实施例运行的设备550的功能框图。如图17所示， 一对基底554和558每个包括有多个基底设置在其上，基 底上进一步设置有多个收发器。更具体地说，基底554包括设置在其上的基底 562、 566和570。基底562包括设置在其上的收发器574和578，基底566包 括设置在其上的收发器582和586。最后，基底570包括设置在其上的收发器 590和594。同样，基底558包括基底606、 610和614。基底606包括收发器618和622，基底610包括设置在其上的收发器626 和630。最后，基底614包括设置在其上的收发器634和638。操作上，图17 所示的实施例中有很多值得注意的方面。首先，收发器574和578通过基底 562通信，或通过空中使用分配的载波频率f2进行通信。尽管没有特别地示出， 收发器574和578可以是层叠的收发器，如前所述，或者可仅仅包括有多个收 发器电路组件，支持通过空中的无线通信以及通过基底562的无线通信。同样， 基底566包括基底收发器582和586，用于通过基底566使用载波频率fs进行 通信，而基底570包括收发器590和594，用于通过基底570使用载波频率fs 进行通信。从图中可以看出，基底570的收发器590以及基底562的收发器578通过 经由空中(与通过基底相反)传输无线通信链路通信。另一方面，基底562 和基底566每个分别包括有基底收发器598和602，用于通过基底554通信。 这样的话，除了通过空中的无线本地通信之外，还可以看到分层式基底通信。 从图中还可以看出，基底562的收发器578与设置在基底558之上的基底614 的收发器634通信。同样地，收发器634通过经由空中发射电磁信号与设置在 基底606上的收发器622通信。收发器622和618通过基底606通信，收发器 626和630通过基底610通信。最后，收发器634通过基底614与收发器638 通信。尽管图中没有示出，可以理解的是，这些收发器中的任意一个都可以与其 它收发器通信，并可包括有远程收发器或被远程收发器替代，以通过传统的无 线通信链路与其它远程设备通信。关于频率分配计划，可以看出，频率L被
分配给收发器578和634之间的通信链路，而载波频率f2被分配给收发器574 和578之间的传输。载波频率f3被分配给收发器578和590之间的传输，以 及收发器622和634之间的传输。此处使用了空间分集和指定的功率级，以保 证载波频率f3的两个分配彼此之间不会发生干扰并产生冲突。本发明这一实施例的另一个特征是，载波频率还可以动态地分配。该动态 分配可通过评估和检测现有的载波频率然后分配新的未使用的载波频率的方 法来实现。这样的方法包括例如各个收发器间的频率检测报告，以便任意关联 收发器的逻辑能够判断为待定的通信分配哪个频率。作出这样的动态频率分配 所需的相关考虑包括传输的功率级，该传输是否与本地设备内收发器或远程收 发器进行，检测到的信号是来自其它本地设备内收发器还是来自远程收发器。图18是根据本发明一个实施例使用频分多址的集成电路内无线传输的方 法的流程图。该方法包括在步骤650中，第一本地收发器使用第一特定载波频 率生成并传送通信信号给第二本地收发器。步骤654中，该方法进一歩包括在 第一本地收发器内，使用第二特定载波频率发送通信信号给第三本地收发器， 其中，第二本地收发器设置在集成电路内或设置在容置集成电路的设备内。所说的本地收发器主要是指设置在同一集成电路、印刷电路板或设备内的 收发器。这样的话，使用频率分集的通信信号是特别针对本地收发器的信号， 并且在大多数实施例中，指的是低功率高频射频信号。这些本地通信的一般频 率是至少10GHz。 一个具体实施例中，该信号的特征是60GHz载波频率。这些高频无线传输包括通过空中或通过基底的电磁辐射，更具体地说，通 过由集成电路的裸芯内或板(包括但不限于集成电路板)中的电介质基底内形 成的波导实现的电磁辐射。因此，步骤658中，该方法还包括通过在基底内形 成的波导从连接至第一本地收发器的第四本地收发器发送通信信号给第五本 地收发器，该第五本地收发器被设置为通过基底通信。本发明的一个实施例中，第四本地收发器使用固定分配的载波频率用于通 过波导的传输。本发明的一个不同的实施例中，第四本地收发器使用确定的载 波频率用于通过波导的传输，其中选择的该确定的载波频率与第一本地收发器 发射的载波频率相匹配。这一方法的好处在于减少了频率转换步骤。 关于通过空中给其它本地收发器的电磁辐射所使用的载波， 一个实施例 中，第一和第二载波频率是静态地，是固定分配的。另一个实施例中，第一和 第二载波频率是基于检测到的载波频率动态分配的。使用动态分配的载波频率 的好处在于，通过使用频率分集减少冲突或干扰的可能性，可进一步将干扰减 少或消除。但是缺点在于，因为该实施例中包含有用于在本地收发器间传送识 别的载波频率或信道以协调频率的选择的逻辑，所以需要更多的开销。图19是根据本发明一个实施例的设备及该设备内对应的无线通信方法的 功能框图，该方法通过使用冲突避免机制协调通信来避免冲突和干扰。更具体 地说，图中示出了用于本地通信的多个本地收发器和用于远程通信的至少一个 远程收发器安装在集成电路上或具有多个集成电路本地收发器的设备板上。用于通信的冲突避免机制包括频率大于或等于10GHz的特高射频信号用 于设置在同一设备内并甚至设置于同一支持基底内的各本地收发器间的本地 收发器通信。如图19所示，示出了多个本地收发器，生成无线通信信号给位 于同一板或集成电路上的其它本地收发器，或给位于同一设备内的邻近板(图19中未示出)上的本地收发器。除了图19所示的示例，还可以参见本申请中其它的可支持此冲突避免机 制的示意图。例如，图9、 14、 17示出了多个板/集成电路(统称为"支持基 底")，每个都包含有本地收发器以与其它本地无线收发器进行通信。 一个实 施例中，至少一个支持基底(板、印刷电路板或集成电路裸芯)用于支持其上 包括有一个或多个收发器的收发器电路。对于本发明的实施例，至少有三个基 底收发器设置在一个或多个支持基底上，该支持基底可以是仅支持集成电路并 给其供电的板、支持集成电路以及其它电路的印刷电路板或包含有无线收发器 的集成电路。出于示例的目的，图19的实施例包括第一和第二支持基底700和704， 用于支持包括收发器电路在内的电路。第一无线收发器集成电路708由基底 700支持，而第二、第三和第四无线收发器集成电路裸芯712、 716和720分 别设置在第二支持基底704上并由其所支持。在第一、第二、第三和第四无线收发器集成电路裸芯708-720中的每一个
上至少形成有一个设备内本地收发器，用于支持与形成在第一、第二、第三和 第四无线收发器集成电路裸芯708-720上的至少一个其它设备内本地收发器 的无线通信。第一和第二设备内本地收发器使用特定的冲突避免机制来与设备内本地收发器进行无线通信。更具体地说，图19的实施例中，该冲突避免机制包括载波感测多址接入方案，其中第一和第二设备内本地收发器每个均发射请求发送(request-to-send)信号，并且直到从对方接收器接收到清除以发送 (clear-to-send)响应才开始发送。因此，本实施例中，每个本地收发器在 开始数据传输或通信之前，都会发射请求发送信号给特定本地收发器，该特定 本地收发器是待定通信的目的地(通信的接收方)。例如，图19的实施例示出了第一本地收发器724，发射请求发送信号728 给第二本地收发器732。此外，如果没有信道正在使用中的任何指示，每个本 地收发器还对接收到的请求发送信号作出响应，发射清除以发送信号。因此， 在图19的示例中，本地收发器732生成清除以发送信号736给本地收发器724。 图19的实施例的另一个特征是，接收到清除以发送信号736的每个本地 收发器设置定时器以在一段特定的时间内限制传输的进行。这样的话，尽管清 除以发送信号736由本地收发器732发射给本地收发器724，每个检测到该清 除以发送信号736的本地收发器均限制进一步的传输或延迟一段特定时间进 行。图19的示例中，本地收发器732还广播该清除以发送信号736给其覆盖 范围内的所有本地收发器，以降低出现冲突的可能性。因此，本地收发器732 发射(通过相关的基底收发器)清除以发送信号736给同样在裸芯712上形成 的本地收发器740。从图中还可以看出，本地收发器744可检测到清除以发送信号736，并可 通过本地收发器转发该清除以发送信号736给位于同一裸芯720上的每个本地 收发器。图示示例中，本地收发器744经由裸芯720内的基底收发器发送清除 以发送信号736给收发器618。-一个实施例中，该请求发送信号仅仅针对超出特定大小的数据包产生。作 为本发明实施例的另一特征，检测到清除以发送信号响应的任何一个本地收发 器设置定时器，将用于发射该清除以发送信号的信道上的任何传输延时一段特 定时间。本发明的另一个实施例中，本地收发器仅仅监听特定信道上的活动性 并在没有检测到通信的情况下进行发射。一个不同实施例中的冲突避免机制是主/从机制，类似于个域网包括蓝牙 协议或标准设备内使用的主/从机制。由此，本地收发器可作为主设备控制某 个通信，或者在参与的主/从协议通信中充当从设备的角色。此外，本地收发 器可在一个通信中用作主设备而在并行且不同的另一通信中用作从设备。图20是根据本发明实施例支持多个本地收发器的基底的功能框图。支持 板750可支持多个集成电路无线收发器。所述的实施例中，收发器是设备内本地收发器，其可使用特高射频(至少10GHz)彼此进行通信。该支持基底可以是任何类型的支持板，包括印刷电路板或甚至是包含(支持)多个本地收发器 (设备内收发器)的集成电路。图示实施例中，主要的冲突避免机制是主/从 实现，控制通信以避免冲突和/或争用。从图中可以看出，对于当前操作，本地收发器754 (设备内收发器)可作为主设备方，控制与收发器758、 762、 766 和770的通信。收发器770作为与收发器754通信中的从设备方，还是与收发 器774通信的主设备方。虽然图20所示的实施例中采用的冲突避免机制是主/从机制，应该理解的 是，结合图19描述的包括传送请求发送信号和清除以发送信号的冲突避免机 制的冲突避免系统也可以采用。在基底是板例如印刷电路板的实施例中，该实 施例还包括由该板支持的集成电路内的多个收发器。例如，如果集成电路776 为包含设备内收发器766和远程通信收发器778以及多个基底收发器782、786 和790的集成电路，针对集成电路776内的通信也将使用冲突避免机制，并且 可以采用任何一种同类或不同类的冲突避免机制。例如，可针对设备内收发器使用主/从机制，而使用载波感测机制来避免 集成电路776内的冲突。此外，这样的机制还可分配给其它通信，包括板对板 (第一板上的本地收发器到第二板上的本地设备内收发器)通信。此外，远程 通信收发器778也可使用任何已知的冲突避免机制来用于远程通信(与远程设
备的通信)。对于未通过频率分集(FDMA传输)、空间分集(方向天线)或编码分集隔开的通信，如果使用了码分多址(CDMA)方案，则使用载波感测和主/从机制尤其有利于避免设备内本地收发器之间的冲突。图21是根据本发明一个实施例的设备内进行无线本地传输的方法的流程 图。该方法包括在步骤800中，第一本地收发器发射请求发送信号给第二本地 收发器。歩骤804中，该方法包括第一本地收发器接收由第二本地收发器生成 的清除以发送信号，该信号是对请求发送信号的响应。步骤808中，在接收到 清除以发送信号之后，确定发射数据包给第二本地收发器，其中该第二本地收 发器可设置在集成电路内或者容置该集成电路的设备内。本发明的一个实施例中，发射请求发送信号的歩骤仅在将发送的数据包超 出特定大小的情况下才发生。最后，步骤812中，该方法包括从第三本地收发 器接收清除以发送信号，并确定延迟一段特定时间后再进行任何其它传输。一 般来说，结合图21描述的方法是一种载波感测方案。沿着这条线，可实现对 载波感测方案的各种变动。例如，另一个实施例中，请求发送型信号的检测可 触发检测到该请求发送型信号的每个本地收发器内的定时器，以便延迟传输以 避免冲突。再一个实施例中，如果在特定通信信道上没有检测到任何其它通信， 则本地收发器仅仅发起通信。图22是根据本发明一个实施例的含有形成在板或集成电路内的网状网络 的设备的功能框图。如图22所示，基底820支持的每个本地收发器用作板级 网状网络内的节点，用于以特高射频将通信信号从一个本地收发器路由到处于 特短距离传输的范围之外的另一个收发器。更具体地说，形成在包括有本地收 发器A、 B、 C、 D、 E、 F、 G和H的设备内的网络，可象基于节点的网状网络一 样中继通信，在任意两个本地收发器之间定义出多个路径。图示实施例中，每 个本地收发器包括特高射频收发器，用于与同一设备内的所有本地设备内收发 器通信。-一个实施例中，该特高射频本地收发器以等于至少lOGHz的频率传送。 一个特定实施例中，该特高射频信号是60GHz信号。所描述的实施例包括有可 以低功率发射电磁信号的本地收发器，从而降低与位于图22中容置该板或集 成电路(统称为"基底")的设备外部的远程设备之间的干扰。
图22中的多个本地收发器形成由节点构成的网状网络，其可以评估收发 器负载以及通信链路负载。因此，每个本地收发器A-H可发射、接收和处理负 载信息给同一设备内的其它本地收发器。此外，每个本地收发器可基于与目的 地信息(例如通信的最终目的地)相关的负载信息，作出下一次中继(发送给 下一中间节点或本地收发器以便转发给最终目的地节点或本地收发器)和路由 决策。图23是根据本发明一个实施例用于在单个设备内用作网状网络的节点的本地收发器之间路由和转发通信的方法的流程图。该方法包括在集成电路的第 一本地收发器内初始生成给特定的第二本地收发器的无线通信信号，并在该无线通信信号内插入第二本地收发器的地址或ID其中之一 (步骤830)。作为发 送该通信给第二收发器的一部分，该方法包括确定是否将该无线通信信号发送 给第三本地收发器以便直接转发给第二本地收发器或转发给第四本地收发器 以进行进一步转发(步骤834)。下一步骤包括通过无线通信链路发送该通信 给第三本地收发器(步骤838)。第三本地收发器可以设置在(位于)不同的 板上、同一板的不同集成电路上或同一集成电路上。如果位于同一集成电路或 板上，该方法可选择通过在同一集成电路或板或支持基底内形成的波导传送该 通信(步骤842)。该方法还包括接收针对至少一个通信链路或至少一个本地 收发器的负载的负载信息(步骤846)。这样的话，该方法包括基于接收到的 负载信息作出路由和下一次中继决定(步骤850)。图22中给出的本地收发器因此可执行图23所示的各步骤的合并或其子步 骤以及其它步骤，以支持作为网状网络内的节点的操作。更具体地说，第一本 地收发器可作为网状网络内的节点转发通信，该网状网络中的每个节点与至少 一个其它节点之间形成通信链路以转发通信。第一本地收发器从位于同一基底 上的第二本地收发器接收到的通信可被转发给位于同一基底上的第三本地收 发器。第一本地收发器还可与设置在单独(s印arate)的基底上的至少一个本地 收发器建立通信链路，不管该单独(s印arate)的基底是设置在同一板上的不同 集成电路，还是设置在不同板上的不同集成电路。例如，每个本地收发器，即第一收发器和第二收发器，可基于负载选择下
行本地收发器来接收通信。负载是针对集成电路或通信链路中至少一者进行评 估获得的。除了指定通信的下一目的地的目的地址(下一次中继)之外，每个 发起方本地收发器还可指定通信的最终目的地址，并可基于该最终目的地址作 出传输决定。最后，需要注意的是，该网状通信路径可静态地或动态地确定。 因此，评估负载状况的实施例中，路由是动态确定的。然而，另一实施例中， 通信路由可以固定的方式静态地确定。图24是根据本发明一个实施例的设备内进行通信的方法的流程图，其中 通过单个设备内的网状网络来传送通信。该方法包括评估两个本地收发器之间的至少一个本地收发器或通信链路的负载信息(步骤860)，并确定下一中继 目的地节点(歩骤864)，该节点包括该设备内本地收发器。然后，该方法包 括发送通信给下一中继目的地节点，该通信包括有本地收发器的最终目的地址 (步骤868)。 一般，确定下一中继目的地节点是基于负载信息以及通信的最 终目的地做出的。对于通信的特定路由，可在设置在同一基底上的本地收发器 之间、设置在同一基底上的不同集成电路上的本地收发器之间、设置在同一板 上的不同集成电路上的本地收发器之间、设置在不同基底上的不同集成电路上 的本地收发器之间产生通信链路。 一种方法还可选择地包括使用通过由波导 (在支持本地收发器的基底内形成的)连接的本地收发器之间的至少一个通信 链路的步骤(步骤872)。图25是根据本发明一个实施例运行的网络的功能框图。网络900包括多 个设备904、 908和912，该多个设备均使用远程通信收发器916通信。这些 通信可使用任何已知的通信协议或标准进行，包括802. 11、蓝牙、CDMA、 GSM、 T固A等。这样的通信所采用的频率也可以是任何已知的特定通信协议所使用 的射频，具体包括900MHz、 1800MHz、 2. 4GHz、 60GHz等。每个设备904-912内，设备内本地收发器920彼此之间以至少10GHz的特 高射频通信，提供对设备内特定电路的访问。例如，设备内本地收发器920 可用于提供对存储器924或设备904的处理器928、设备908的处理器932、 936、或设备912的处理器940和传感器944的访问。此外，只要可用，访问 还可使用基底收发器948通过基底通信来提供。上述实施例中，基底处理器以
至少10GHz的特高射频运行。每个设备内使用的频率可以是静态或动态分配的，如前所述。此外，此处 所讲的网状网络可用于传送通信到设备外以提供对特定电路模块的访问。此 外，可使用所述的冲突避免机制，包括使用清除以发送方法或主/从方法，以 便减少干扰和冲突。作为以上描述的各个实施例的一种应用，测试器可使用远程通信收发器916、设备内本地收发器920或基底收发器948的任意组合来访问任何特定的 电路模块或组件。作为另一种应用，设备间和设备内通信可用于资源共享。因 此，例如，大的存储器设备可放置在一个位置，而具体的应用设备和计算设备 可放置在另一个位置。这样的无线通信由此可支持对计算设备的计算能力的远 程访问，对存储器的存储资源的远程访问，或对具体应用设备的特定传感器的 远程访问。虽然图25示出了不同的设备904-912，应该理解的是，这些设备 中的某些也可以代表印刷电路板或容置有提供特定功能的多个集成电路模块 的支持板。例如，远程设备904可通过远程通信收发器与同一设备内的两个印 刷电路板908和912通信。图26是根据本发明一个实施例的使用多个无线收发器提供对特定电路模 块的访问的方法的流程图。该方法包括在远程通信收发器之间建立第一通信链 路(步骤950)，在设备内通信收发器或基底收发器之间建立第二通信链路以 便建立到特定电路模块的连接(步骤954)，并与该特定电路模块通信以获得 对该特定电路模块提供的功能的访问(步骤958)。这些步骤包括连接第一和 第二通信链路，并在必要时，将通信协议从第一协议转译成第二协议，并将频 率从第一频率转换成第二频率。这样的话，远程设备可访问特定电路模块以受 益于该特定电路模块的功能，或获得数据，或测试一个或多个电路模块。本领域普通技术人员可以理解，术语"基本上"或"大约"，正如这里可 能用到的，对相应的术语提供一种业内可接受的公差。这种业内可接受的公差 从小于1%到20%，并对应于，但不限于，组件值、集成电路处理波动、温度波 动、上升和下降时间和/或热噪声。本领域普通技术人员还可以理解，术语"可 操作地连接"，正如这里可能用到的，包括通过另一个组件、元件、电路或模
块直接连接和间接连接，其中对于间接连接，中间插入组件、元件、电路或模 块并不改变信号的信息，但可以调整其电流电平、电压电平和/或功率电平。 本领域普通技术人员可知，推断连接(亦即， 一个元件根据推论连接到另一个 元件)包括两个元件之间用相同于"可操作地连接"的方法直接和间接连接。 以上是对本发明的方法、系统和部件的具体实施例的描述。这些实施例的 描述仅出于举例说明的目的，不是对本发明的限制。其它各种实施例也是可以 实现的，并涵盖在本发明的范围内。基于本申请中介绍的内容，对于本领域的 普通技术人员来说，其它各种实施例的实现是显而易见的。因此，本发明的范 围不受上述任何具体实施例所限制，而由各项权利要求来定义。此外，图中所 示的各个实施例可部分合并以创建未特别指出但被视为是本发明的一部分的 实施例。例如，任何实施例的特定特征可与另一实施例的另一特征合并，甚至 与另一实施例整体合并，构成新的实施例，其亦为本发明范围的一部分。并且， 可以对本申请中描述的实施例进行任何方式的修改而不脱离本发明的保护范 围。
权利要求
1、一种具有第一和第二设备内本地收发器的设备内基底，其特征在于，所述基底包括形成在所述基底上的第一设备内收发器；形成在所述基底内以用于传送特高射频信号的波导；用以通过所述波导发射所述特高射频信号的第一基底本地收发器；用以从所述波导接收所述特高射频信号的第二基底本地收发器；其中，所述第一设备内本地收发器通信连接至所述第一基底本地收发器，并用以通过空中以无线方式传送低功率射频信号给所述第二设备内本地收发器；通信连接至所述第一基底本地收发器、第二基底本地收发器、第一设备内本地收发器或第二设备内本地收发器中至少其一的远程收发器，其中所述远程收发器用以发射无线通信信号给远程无线通信设备。
2、 根据权利要求1所述的基底，其特征在于，所述第一设备内本地收发 器以足以达到设置在所述设备内的所述第二设备内本地收发器的功率级产生 射频传输。
3、 根据权利要求2所述的基底，其特征在于，所述第一设备内本地收发 器产生特高射频信号以传送给所述第二设备内本地收发器。
4、 根据权利要求2所述的基底，其特征在于，所述特高射频信号为至少 10GHz。
5、 根据权利要求4所述的基底，其特征在于，用以与其它设备内本地收 发器和与所述第一基底本地收发器通信的电路包括用以将以第一射频频率为 特征的射频信号转换成以第二射频频率为特征的射频信号的频率转换电路，其 中所述第一和第二射频频率其中之一是至少10GHz的特高频信号。
6、 一种通信装置，其特征在于，包括 第一和第二无线收发器集成电路裸芯；形成在所述第一无线收发器集成电路裸芯内的第一和第二特短距离本地 收发器，其中所述第一和第二特短距离本地收发器用以彼此在以特高射频信号 为特征的第一频带上通信，以用于裸芯内通信；第一设备内无线本地收发器，连接至所述第一无线收发器集成电路裸芯，用以支持设备内通信；第二设备内无线本地收发器，连接至所述第一和第二无线收发器集成电路 裸芯其中之一，其中，所述第一和第二设备内无线本地收发器彼此间使用以第二频带为特征的射频信号进行通信；网络设备远程收发器，连接至所述第一和第二无线收发器集成电路裸芯其 中之一，其中所述网络设备远程收发器使用以第三频带为特征的射频信号与远 程网络设备收发器通信。
7、 根据权利要求6所述的通信装置，其特征在于，所述通信装置包括具 有多个支持多个无线收发器集成电路裸芯的板的设备，所述多个无线收发器集 成电路裸芯包括所述第一和第二无线收发器集成电路裸芯。
8、 根据权利要求6所述的通信装置，其特征在于，所述设备包括支持所 述多个无线收发器集成电路裸芯的多芯片模块，其中所述多个无线收发器集成 电路裸芯包含所述第一和第二无线收发器集成电路裸芯。
9、 一种用于设备内通信的方法，其特征在于，所述方法包括 生成第一射频信号以由设置在同一裸芯内的本地收发器接收，其中所述裸芯容置有生成所述第一射频信号的电路；生成第二射频信号以由设置在同一设备内的本地收发器接收，其中所述设 备容置有生成所述第二射频信号的电路；基于所述第一和第二射频信号其中之一生成第三射频信号以由位于所述 同一设备外部的远程收发器接收。
10、 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述第一射频信号是特高 射频信号，其中心信道频率大于或等于10GHz。
全文摘要
本发明涉及设备内基底、通信装置及设备内通信的方法。无线收发器结构包括用于以特高射频通过空中以及在基底材料内形成的波导发射电磁信号的电路。一个实施例中，该基底包括形成在板上的电介质基底，例如印刷电路板。另一个实施例中，波导在集成电路无线收发器的裸芯内形成。本发明中定义了具有不同功能的多种收发器。基底收发器可通过波导进行传输，本地收发器通过空中产生特短距离无线传输。第三种收发器是常规的无线收发器，用于与远程(非设备本地)收发器进行通信。
文档编号H04B1/40GK101212233SQ20081000166
公开日2008年7月2日 申请日期2008年1月2日 优先权日2006年12月30日
发明者阿玛德雷兹·罗弗戈兰 申请人:美国博通公司