專利名稱：在共用電路板和具有平面極化天線的rf高端耦合器中的控制裝置與受控裝置之間的無線通信的制作方法
在共用電路板和具有平面極化天線的RF高端耦合器中的控制裝置與受控裝置之間的無線通信相關申請本申請基于并要求于2006年2月17日提交的序列號為60/774,819的美 國臨時專利申請以及于2007年2月16日提交的序列號為11/676,029的美國 專利申請專利的優(yōu)先權，其全部內(nèi)容結合于此作為參考。
背景技術：
本發(fā)明涉及在共用電路板上或集成電路內(nèi)或在同一平板上的電路板之 間的控制裝置和受控裝置之間的無線通信。更具體地，本發(fā)明涉及無線電頻 率(RF)發(fā)射機和/或接收機與控制器和受控裝置的集成，例如，驅動裝置 和功率轉換裝置。例如，諸如金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)、絕緣柵雙極 晶體管(IGBT)或其它晶體管的半導體裝置的柵極或控制極可以使用控制 信號的RF傳送來控制，所述控制信號例如由控制器產(chǎn)生的脈寬調(diào)制(PWM) 信號，例如，所述控制器是安裝在相同電路板或襯底上的主PWM控制器。功率轉換裝置一般在諸如集成電路(IC)的電路內(nèi)經(jīng)由流電的或有線的 連接發(fā)送到集成電路的柵極或控制極的電信號來控制。該硬連線裝置控制方 法是通常采用的方法。后來可選擇的控制方法已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)，但沒有已經(jīng)實現(xiàn) 的成功的可選擇的方法。一些無線控制方法被提出。這些方法包括，例如，在美國專利 No.5,754,948中提出的封閉電子系統(tǒng)內(nèi)的電子組件的毫米波無線互聯(lián)。描述 的毫米波傳送/接收IC被連接到相應分離的電子組件，所述電子組件被安裝 在印刷電路板上用于經(jīng)由傳送/接收IC在分離的電子組件之間傳送數(shù)據(jù)。美國專利No.5，621,913嘗試用半導體芯片之間的無線連接來代替印刷電 路板布線，所述半導體芯片具有在芯片的金屬噴鍍層制造的天線；美國專利 No.6,718,163將RF傳送/接收電路集成到集成電路(IC)晶片的微型電子封 裝內(nèi)；美國專利No.6，771,935用無線總線來代替常規(guī)的硬連線中平面 (midplane)總線，該無線總線包括在每個插件上的RF或光波接收機以防 止機械的組裝問題和在電路插件或電路板之間的非期望電流的傳送；以及美 國專利No.5，335，361通過電磁波互相連接IC模塊的裝置。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供用于在共用襯底上控制器和受控裝置之間通信的 方法，所述共用襯底例如共用電路板或在一個集成電路內(nèi)。例如，驅動裝置 可以具有發(fā)射機/接收機，該發(fā)射機/接收機使用控制信號的無線電頻率(RF) 傳送來驅動諸如金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)、絕緣門雙極 晶體管(IGBT)或其它晶體管的半導體裝置的柵極或控制極，例如所述控 制信號是控制器產(chǎn)生的脈寬調(diào)制(PWM)信號。例如，MOSFET的柵極可 以連接到無線接收機或收發(fā)器。本發(fā)明的另一個目的是提供用于控制半導體開關裝置的電極的方法，該 方法沒有物理地布置控制線到半導體開關裝置電極連線的必要。半導體開關 裝置的控制極可以包括能成為獨立的集成電路(IC)的接收機或者集成在功 率轉換裝置中的接收機，從而使之能接收傳送的RF信號。本發(fā)明的另一個目的是提供電路，例如，在一個印刷電路板內(nèi)，其中電 子控制信息或數(shù)據(jù)可以沒有干擾地經(jīng)由RF信號傳送。因此，RF通信可以發(fā)生在同一IC芯片內(nèi)、同一電路板的平面上和分離 電路板的平面上的組件之間。參照附圖從本發(fā)明的下面描述中得到本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點是顯而易見的。根據(jù)本發(fā)明提供了一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括襯底；至少一個半導體裝置，該至少一個半導體裝置具有用于接收RF信號的無線電頻率(RF)接收機， 至少一個半導體裝置被置于襯底上并執(zhí)行響應于接收到的RF信號的功能； 以及至少一個控制器，該至少一個控制器具有RF發(fā)射機，該至少一個控制 器被置于所述襯底上并用于發(fā)送用來控制所述至少一個半導體裝置的RF信 號。所述發(fā)射機和接收機可以為收發(fā)器，在這種情況下，該收發(fā)器可以提供 信號的兩路傳送。


圖1顯示了包括具有RF發(fā)射機和接收機的控制器和功率裝置的電路板； 圖2顯示了包括具有RF發(fā)射機和接收機的控制器和功率裝置的電路板 的水平堆疊；圖3顯示了包括具有RF發(fā)射機和接收機的控制器和功率裝置的電路板 的垂直堆疊；圖4顯示了應用本發(fā)明的一個實施方式的多相功率轉換器；以及 圖5顯示了應用本發(fā)明的一個可選實施方式的多相功率轉換器，其中， 相位IC被連接到輸出級。
具體實施方式
在一個實施方式中，本發(fā)明包括功率轉換裝置，例如金屬氧化物半導體 場效應晶體管(MOSFET)、絕緣柵雙極晶體管(IGBT)或功率開關晶體管 的其它類型，所述功率轉換裝置可以被無線接收機開啟。所述無線接收機可 以連接到功率晶體管的柵極或控制極上。如圖1所示，電路板或集成電路(IC)襯底10包含控制器12和功率轉換裝置14。它還包括連接到控制器12的RF發(fā)射機16和連接到功率轉換裝 置14的RF接收機18。特別地，RF接收機18連接到功率轉換裝置14的柵 極或控制極20。RF接收機18可以與功率轉換裝置14集成或者可以是連接到功率轉換 裝置14的控制極20的分離的RF接收機組件。RF接收機18從控制器12 的RF發(fā)射機16接收控制信號。根據(jù)本發(fā)明的該實施方式的一個特點，連接 到RF發(fā)射機16的控制器12和連接到RF接收機18的功率開關裝置14被 置于同一電路板10上。因此，沒有連接控制器12和受控功率轉換裝置14 的控制布線是必然的。功率轉換裝置14的控制經(jīng)由RF控制信號來實現(xiàn)。這 產(chǎn)生了不需要電路板導線或布線或內(nèi)部IC布線的更便宜的、不太復雜的并 且更簡潔的結構。用于RF發(fā)射機16和RF接收機18的天線優(yōu)選為平面極化天線，也就 是說，所述天線被極化為僅在電路板IO的平面內(nèi)工作(operate),因而消除 了當電路板被置于如解讀刀片服務器的堆疊中時的電路板與電路板的干擾。 因此，只有在電路板10上的功率開關裝置14能夠接收由位于同一電路板上 的控制器12發(fā)送的RF信號。極化天線操作的實例如圖2所示。多個電路板10a-10d水平地堆疊。電 路板10a-10d中的每個電路板可以包含控制器12和功率開關裝置14。 RF信 號在連接到控制器12的RF發(fā)射機16和連接到功率轉換裝置14的RF接收 機18之間發(fā)送。如上所述，功率轉換裝置14的控制可以在連接到控制器12的RF發(fā)射 機16和連接到功率轉換裝置14的RF接收機18之間經(jīng)由RF控制信號來實 現(xiàn)。然而，RF信號只能在平面內(nèi)發(fā)送和接收。在圖2中，電路板10的每個 電路板構成了一個分離的平面。因此，來自控制器12a的RF信號只能被功 率轉換裝置14a接收但不能被電路板10b-10d上的任一功率轉換裝置接收。在本發(fā)明的另一實施方式中，如圖3所示，多個電路板30a-30d被垂直 堆疊。電路板30a-30c的每個電路板可包括控制器32以及功率轉換裝置24 和34。控制器32可以與RF發(fā)射機連接(未示出)并且功率轉換裝置24和 34可以與RF接收機連接(未示出)。利用平面極化天線，控制器32a能控 制功率轉換裝置34b和34c以及在電路板30a上的位于其水平平面內(nèi)的任何 附加的功率轉換裝置。類似地，在它們各自的水平平面上，控制器32b能控 制功率轉換裝置34a和24c并且控制器32c能控制功率轉換裝置24a和24b。圖4顯示了應用于平行連接開關調(diào)節(jié)器的本發(fā)明的另一個實例，例如所 述開關調(diào)節(jié)器是從輸入電壓+V提供輸出電壓V0UT的多相DC-DC功率轉換 器。例如，國際整流器公司提供了被認為是X相位族的IC中的一族用于設 計多相電源轉換器電路。這些IC要求在控制器IC和一系列相位IC之間有電路板布線，所述IC直接控制提供輸出電壓VouT的輸出開關級的開關。每個輸出級是降壓變壓器。根據(jù)本發(fā)明，如圖4所示，電路板10包括用于與相位IC O,、 <D2、 03 和04無線通信的控制器C。該控制器C包括用于為平面極化天線AC提供 RF信號的發(fā)射機/接收機(T/R)，優(yōu)選地該發(fā)射機/接收機被設計用于兩路通信。同樣地，相位IC^、 02、 d)3和0)4具有用于與控制器通信的天線Al-A4 和用于與具有天線AR1-AR8的柵極驅動器A-H通信的天線A5-A12?？蛇x地，在相位ICO,、 02、 03和04中的每個相位IC上的單個或兩個天線可以被用來代替所述天線Al-A12。相位IC Or04使用天線A1-A12來從控制器C 中接收控制信息，相位IC 0vO4用接收的信息來控制它們各自的輸出級Sl 到S4，并從各自的輸出級Sl到S4接收反饋信息，并提供反饋信息返回給 控制器C，例如所述反饋信息為用于電壓調(diào)整的電壓指示信號xl-x8。每個 輸出級被顯示為具有兩個開關Q1-Q2、 Q3-Q4、 Q5-Q6和Q7-Q8。在使用例如天線A1-A4從控制器C接收控制信息之后，如有必要，相 位IC可以根據(jù)控制信息使用例如天線A5-A12來開啟各自的降壓轉換器輸出 級Sl到S4以提供所要求的輸出電壓。例如，降壓轉換器輸出級Sl到S4 可以根據(jù)相位的關系來開啟，以便于在不同的情況下輸出負載電流及時地在 相位之間被分配，從而減少了對輸出電容和開關大小的要求并且減少了在幵 關級上的壓力。降壓轉換器輸出級Sl到S4的每個開關Ql-Q8包括用于接收用來控制 輸出電壓和傳送反饋信號的ON/OFF PWM信號的發(fā)射機/接收機T/R-A到 T/R-H，所述反饋信號例如是返回到各自的相位芯片O。 。2、 03、 0>4或控制 器芯片C的感應電流和輸出電壓VoUT。所有天線在電路板襯底10或IC襯底10的平面內(nèi)平面極化，所以它們 與不同位置的其它電路板或襯底不互相干擾。應該理解，雖然在圖中僅顯示了一個控制器、四個相位IC芯片和四個 輸出級，但根據(jù)它們的特定應用可以使用更多或更少的這些組件。此外，如圖5所示，當控制器C與驅動器或相位IC Op <D2、 <!>3和0>4 進行無線通信時，相位IC可以與輸出級Sl到S4的開關Ql-Q8有線連接。 因此，如上所述，相位IC可以無線地從控制器C接收控制信息，并通過與 開關Q1-Q8的控制電極A-H的有線連接來控制它們各自的輸出級Sl到S4， 所述開關Ql-Q8包括在各自的輸出級Sl到S4中。相似地，輸出級發(fā)送的 例如電壓指示信號xl-x8的反饋信息可以通過有線連接被相位IC接收，并 且使用天線Al-A4和AC無線地提供或發(fā)送給控制器C。雖然本發(fā)明己經(jīng)涉及特殊實施方式的詳細描述，但是許多其它的改變和 修正以及其它用途對于本領域技術人員來說是顯而易見的。因此本發(fā)明不局 限于這里的特定的公開。
權利要求
1、一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括襯底；至少一個半導體裝置，該至少一個半導體裝置具有用于接收無線電頻率(RF)信號的RF接收機，該至少一個半導體裝置被置于所述襯底上并執(zhí)行響應于接收到的RF信號的功能；以及至少一個控制器，該至少一個控制器具有RF發(fā)射機，該至少一個控制器被置于所述襯底上并用于發(fā)送控制所述至少一個半導體裝置的所述RF信號。
2、 根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個半導體裝置是選自 MOSFET、 IGBT、晶體管中的一者的功率開關。
3、 根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述襯底是電路板，并且所述至 少一個半導體裝置和所述至少一個控制器位于所述電路板上并在所述電路 板內(nèi)通信。
4、 根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，該系統(tǒng)還包括多個電路板，并且所述 至少一個半導體裝置和所述至少一個控制器位于所述多個電路板上并在所 述多個電路板上在所述至少一個半導體裝置和所述至少一個控制器之間通 信。
5、 根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，該系統(tǒng)還包括多個電路板，并且所述 至少一個半導體裝置和所述至少一個控制器位于所述多個電路板上，并且在 同一電路板上的至少一個半導體裝置和至少一個控制器僅在該同一電路板 內(nèi)通信。
6、 根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個半導體裝置形成在 集成電路上。
7、 根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個半導體裝置和所述 至少一個控制器利用天線進行RF傳送。
8、 根據(jù)權利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述用于RF傳送的天線被極化為 僅在所述襯底的平面內(nèi)工作，從而消除干擾。
9、 一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括 襯底；至少一個第一半導體裝置，該第一半導體裝置被置于所述襯底上并具有 至少一個用于發(fā)送和接收無線電頻率(RF)信號的天線；至少一個第二半導體裝置，該第二半導體裝置被置于所述襯底上并包括 至少一個輸出級；以及至少一個控制器，該至少一個控制器具有RF發(fā)射機并且可選地具有接 收機，該至少一個控制器具有至少一個用于發(fā)送和可選地接收所述RF信號 的天線，所述至少一個控制器被置于所述襯底上并發(fā)送用于控制所述至少一 個第二半導體裝置的所述RF信號。
10、 根據(jù)權利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個控制器發(fā)送所述 RF信號到所述至少一個第一半導體裝置，并且所述至少一個第一半導體裝 置發(fā)送所述信號到所述至少一個第二半導體裝置。
11、 根據(jù)權利要求IO所述的系統(tǒng)，其中每個輸出級包括RF接收機并且 可選地包括發(fā)射機，并且每個輸出級具有至少一個用于接收RF控制信號的天線，所述RF控制信號控制所述至少一個第二半導體裝置的輸出電壓。
12、 根據(jù)權利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個第一半導體裝置 經(jīng)由RF無線通信設備與所述至少一個第二半導體裝置連接，并且所述至少 一個第一半導體裝置發(fā)送所述RF信號到所述至少一個第二半導體裝置。
13、 根據(jù)權利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個第一半導體裝置 經(jīng)由有線連接與所述至少一個第二半導體裝置連接，并且所述至少一個第一 半導體裝置經(jīng)由所述有線連接發(fā)送所述信號到所述至少一個第二半導體裝 置。
14、 根據(jù)權利要求9所述的系統(tǒng)，其中用于RF傳送的天線被極化為僅 在所述襯底的平面內(nèi)工作，從而消除干擾。
15、 根據(jù)權利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個第二半導體裝置將 輸出電流和/或輸出電壓傳送到所述第一半導體裝置和所述至少一個控制器 中的至少一者。
16、 根據(jù)權利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器是多相轉換器控制 器，所述第一裝置是多相轉換器的相位IC，而所述第二裝置是開關模式電源 輸出級。
17、 根據(jù)權利要求16所述的系統(tǒng)，其中，所述多相轉換器是多相降壓 轉換器。
18、 一種用于控制至少一個輸出級的系統(tǒng)，所述至少一個輸出級具有至少第一和第二開關，該系統(tǒng)包括襯底、至少一個控制器、至少一個驅動器以及在所述襯底上的所述至少 一個輸出級；所述至少一個控制器和至少一個驅動器各自具有至少一個無線電頻率 (RF)發(fā)射機并且可選地具有接收機，并且所述至少一個控制器和至少一個 驅動器各自具有至少一個用于發(fā)送和可選地接收RF信號的天線，其中所述至少一個控制器發(fā)送所述RF信號到用于控制所述至少一個輸 出級的開關的所述至少一個驅動器。
19、 根據(jù)權利要求18所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個驅動器經(jīng)由無線 連接發(fā)送RF信號到所述至少第一和第二開關各自的控制電極以控制所述至 少一個輸出級。
20、 根據(jù)權利要求18所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個驅動器經(jīng)由有線 連接發(fā)送信號到所述至少第一和第二開關各自的控制電極以控制所述至少 一個輸出級。
全文摘要
一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有襯底；至少一個第一半導體裝置，該第一半導體裝置被置于所述襯底上并且具有至少一個用于發(fā)送和接收無線電頻率(RF)信號的天線；至少一個第二半導體裝置，該第二半導體裝置被置于所述襯底上并且包含至少一個輸出級；以及至少一個控制器，所述至少一個控制器具有RF發(fā)射機和可選地具有接收機，并且所述至少一個控制器具有至少一個用于發(fā)送和可選地接收RF信號的天線，所述至少一個控制器被置于襯底上并且發(fā)送用于控制所述至少一個第二半導體裝置的RF信號。
文檔編號H04B7/00GK101405952SQ200780009624
公開日2009年4月8日 申請日期2007年2月20日 優(yōu)先權日2006年2月17日
發(fā)明者M·A·布萊爾 申請人:國際整流器公司