JP2004023765A - 無線型データ伝送装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】送受信以外の動作に必要な電力についてもデータキャリアで補うことができ、かつ、装置の大型化を最小限に抑えることのできる無線型データ伝送装置を提供する。
【解決手段】受信部２０で受信した搬送波を整流することにより電圧を発生させる整流部２１と、電圧を入力することに基づいて高電圧を発生させる昇圧部２２を設けたことによりデータキャリア２の内部で使用する電力の供給、およびバッテリー２４への充電が可能になる。
【選択図】 図１
【解決手段】受信部２０で受信した搬送波を整流することにより電圧を発生させる整流部２１と、電圧を入力することに基づいて高電圧を発生させる昇圧部２２を設けたことによりデータキャリア２の内部で使用する電力の供給、およびバッテリー２４への充電が可能になる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線型データ伝送装置に関し、特に、送受信以外の動作に必要な電力についてもデータキャリアで補うことができ、かつ、装置の大型化を最小限に抑えることのできる無線型データ伝送装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、無線を通信媒体として、応答器（データキャリア）に記憶されている情報を質問器（リーダライタ）を用いて非接触で読み書きする無線型データ伝送装置が知られている。
【０００３】
このような無線型データ伝送装置として、マイクロ波（２．４５ＧＨｚの電波）を用いてデータキャリアとリーダライタとの間でデータの送受信を行うものがある。この無線型データ伝送装置によると、リーダライタはデータキャリアの読み取り又は書き込み等の命令に応じたデータで変調した電波をデータキャリアに送信する。データキャリアは受信したマイクロ波に基づいて送受信に必要な電力を生成するとともに、受信したデータに応じた反射波としての電波をリーダライタに送信する。
【０００４】
上記した無線型データ伝送装置によれば、高周波の無線電波を用いることで外来ノイズによる通信特性の低下が生じにくく、かつ、通信エリアが数センチから１メートル前後の近接型に対して広範囲の通信エリアを確保できる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のデータ伝送方法によると、受信した電波に基づいて供給することのできる電力には限りがあるため、送受信以外の動作をデータキャリアで実行させることができないという問題がある。これを解消するために、例えば、電池等の電源を内蔵させたとしても電池には寿命があるため、要求される機能に応じた容量（サイズ）が必要となってデータキャリアが大型化し、その結果、用途に適さないといった状況が起こりうる。
【０００６】
従って、本発明の目的は、送受信以外の動作に必要な電力についてもデータキャリアで補うことができ、かつ、装置の大型化を最小限に抑えることのできる無線型データ伝送装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記した目的を達成するため、電波を送信する送信手段と、
前記電波を受信して整流することにより得られる電圧を昇圧して内部回路を動作、駆動する駆動電圧を発生させる受信手段を有する無線型データ伝送装置を提供する。
【０００８】
また、本発明は上記した目的を達成するため、送信するデータに応じて変調された電波を送信する送信手段と、
前記電波を受信して前記データを抽出し、前記データに応じた処理を実行するとともに前記電波を整流することにより得られる電圧を昇圧して内部回路を動作、駆動する駆動電圧を発生させる受信手段を有する無線型データ伝送装置を提供する。
【０００９】
上記した無線型データ伝送装置によると、送信器から送信される電波（変調波あるいは搬送波）を受信して整流することによって出力波形の異なる電圧が生成される。この電圧の波形に応じたタイミングで基となる電圧を段階的に昇圧して高電圧の駆動電圧を発生させる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の無線型データ伝送装置を図面を参照して詳細に説明する。
【００１１】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る無線型データ伝送装置を概略的に示し、この無線型データ伝送装置は、リーダライタ１から読み取り又は書き込み等の命令に応じたデータを変調した変調波をデータキャリア２に送信し、データキャリア２で変調波に応じた電波を反射波としてリーダライタ１に送信するものであり、リーダライタ１は、搬送波を送信するデータに応じて変調することにより変調波を生成する送受信部１０と、変調波を必要な電力まで増幅してアンテナ１２に供給するＲＦアンプ１１と、リーダライタ１から送信される変調波とデータキャリア２からの反射波とを分離するサーキュレータ１３と、サーキュレータ１３で分離された反射波を整流する整流部１４と、整流された反射波に含まれるデータを復調する復調部１５と、各部の動作を制御する制御部１６とを配線１７によって接続して構成されている。制御部１６は、図示しないキーボード等の外部装置と接続可能なインターフェースを有しており、オペレータ等の操作者によるコマンド入力を可能にしている。
【００１２】
送受信部１０は、制御部１６に設けられる図示しない発振器から入力する２．４５ＧＨｚの搬送波をデータキャリア２に対するコマンドに基づいてＡＳＫ（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）変調することにより変調波を生成する。コマンドは制御部１６から入力する。変調波の送信後はデータキャリア２からのデータ送信が終了するまでの一定の時間で搬送波を継続して送出する。
【００１３】
データキャリア２は、アンテナ２０Ａと、リーダライタ１から送信される変調波および搬送波をアンテナ２０Ａを介して受信し、変調波を復調してコマンドを抽出する受信部２０と、搬送波を整流することにより電圧を発生させる整流部２１と、電圧を入力することに基づいて高電圧を発生させる昇圧部２２と、整流部２１で発生する電圧の電圧レベルを監視する電圧監視部２３と、昇圧動作に基づいて生じるチャージ電流によって充電されてデータキャリア２の各部に電力を供給する二次電池（バッテリー）２４と、図示しない基準クロック発生部で発生する基準クロックをカウントすることによって計時動作を行う時計部２５と、データキャリア２を取り付ける監視対象の温度を計測する温度センサを有するセンサ部２６と、送信すべきデータに応じた符号化信号に基づいて駆動されるロードスイッチ２７と、各部の動作を制御する制御部２８とを内部回路として有し、これらを配線２９によって接続して構成されている。
【００１４】
電圧監視部２３は、上記した整流部２１での電圧レベルの他に昇圧部２２で昇圧させた電圧についても監視し、制御部２８に電圧レベルに応じた監視信号を出力する。
【００１５】
制御部２８は、データキャリア２に固有に付されるＩＤデータを固定的に格納する図示しないＩＤ格納部を有している。
【００１６】
図２は、センサ部２６を示し、センサ部２６は監視対象の温度に応じた温度信号を出力する温度検出部２６０と、温度信号に前述の時計部２５から入力する時刻情報を付加した温度計測データを格納するメモリ２６１と、温度計測動作を制御する温度計測部２６２を有し、リーダライタ１から入力するデータ送信コマンドに基づいてメモリ２６１から制御部２８に温度計測データを出力する。センサ部２６の駆動電圧はデータキャリア２のバッテリー２４から供給される。
【００１７】
ロードスイッチ２７は、制御部２８で送信すべきデータを符号化することにより得られる符号化信号に基づいてＯＮ／ＯＦＦ動作を実行する。ロードスイッチ２７をＯＮしたときは電波の伝送路が接地電位と同電位となり、その結果、搬送波が逆相で全反射される。また、ロードスイッチ２７をＯＦＦしたときは搬送波が同相で全反射される。このようにして搬送波を位相変調した高周波信号が反射波としてリーダライタ１に送信される。
【００１８】
図３は、データキャリア２に電力を供給する給電部を示し、整流部２１は、受信部２０から入力する搬送波を全波整流して図示するような波形の電圧Ｖ１を発生する全波整流部２１Ａと、搬送波を半波整流する半波整流部２１Ｂおよび２１Ｃを有し、半波整流部２１Ｂは図示するような波形の正相の電圧Ｖ２を発生し、半波整流部２１Ｃは図示するような波形の逆相の電圧Ｖ３を発生する。図３では説明上、電圧Ｖ１をパルス状の電圧として図示しているが、実際には連続波形（ＤＣ）である。整流部２１は、上記した電圧Ｖ１、Ｖ２、およびＶ３を昇圧部２２に入力する。
【００１９】
また、連続波形を得るものとしては、上記した全波整流部２１Ａに限定されず、例えば、半波倍圧整流のような構成や、半波整流により得られる出力を平滑化することによって連続的な波形を得る構成であっても良い。
【００２０】
昇圧部２２は、全波整流部２１Ａと後段のダイオード２２４との間に直列に接続される複数のトランジスタ（２２０Ａから２２０Ｎ）と、トランジスタの接続点（ノード）と半波整流部２１Ｂおよび２１Ｃとの間に接続される複数のキャパシタ（２２１Ａから２２１Ｄ）によってチャージポンプ回路を形成している。トランジスタおよびキャパシタは要求される電圧に応じて適切な数を設定する。また、全波整流部２１Ａからダイオード２２３を有してダイオード２２４の後段に接続されるバイパス２２５と、チャージポンプ回路で昇圧されたチャージ電流によってチャージされるキャパシタ２２２を有する。キャパシタ２２１Ａから２２２は同じ容量のものを用いる。
【００２１】
以下に、本発明の無線型データ伝送装置の動作について説明する。
【００２２】
（１）リーダライタ１からデータキャリア２への送信
リーダライタ１は、データキャリア２からデータを送信させるにあたってデータ送信コマンドをデータキャリア２に送信する。例えば、オペレータによってデータ送信コマンドが制御部１６に入力されると、制御部１６はデータ送信コマンドを送受信部１０に入力する。送受信部１０はデータ送信コマンドをＡＳＫ変調してアンテナ１２から送信する。また、コマンド送信後は一定の時間で搬送波を継続して送信する。
【００２３】
また、リーダライタ１は、データキャリア２との通信に関係なく一定の周期で搬送波を一定の時間で送信する。
【００２４】
（２）データキャリア２からリーダライタ１への送信
データキャリア２は、アンテナ２０Ａを介して受信部２０でリーダライタ１から送信されたデータ送信コマンドを受信すると、まず、整流部２１および昇圧部２２によって駆動電圧（後述）を生成し、これを制御部２８に出力する。制御部２８は、駆動電圧の入力に基づいてスリープ状態から起動する。受信部２０は、ＡＳＫ変調波を復調することによりデータ送信コマンドを抽出して制御部２８に出力する。制御部２８は、データ送信コマンドに基づいてＩＤ格納部からＩＤデータを読み込み、次に、センサ部２６のメモリ２６１から温度計測データを読み込んで各データに応じた符号化信号を作成してロードスイッチ２７に出力する。ロードスイッチ２７は、符号化信号に基づいてＯＮ／ＯＦＦ動作を実行することによりＩＤデータと温度計測データに応じた電波を反射波としてリーダライタ１へ送信する。
【００２５】
（３）データキャリア２で受信した電波に基づく電力供給
データキャリア２は、リーダライタ１から送信される搬送波を受信部２０で受信して整流部２１に出力する。整流部２１は、搬送波を全波整流部２１Ａで全波整流することにより得られる電圧Ｖ１と、搬送波を半波整流部２１Ｂおよび２１Ｃで半波整流することにより得られる電圧Ｖ２およびＶ３を昇圧部２２に出力する。昇圧部２２は、整流部２１から入力する電圧Ｖ１を電圧Ｖ２およびＶ３に基づいて昇圧することにより、入力する電圧より高い電圧の電圧Ｖ４を発生させる。
【００２６】
昇圧部２２は、電圧Ｖ１がＨｉレベルにある状態で、電圧Ｖ２がＨｉレベル、電圧レベルＶ３がＬｏレベルであるときにトランジスタ２２０Ｂおよび２２０Ｄが導通し、キャパシタ２２１Ｂに電圧Ｖ１およびＶ２に応じたチャージ電流が流れる。また、キャパシタ２２１Ｄに電圧Ｖ２に応じたチャージ電流が流れる。次に、電圧Ｖ１がＨｉレベルにある状態で、電圧Ｖ２がＬｏレベル、電圧レベルＶ３がＨｉレベルであるときにトランジスタ２２０Ｃが導通し、キャパシタ２２１Ｃに電圧Ｖ１、Ｖ２、およびＶ３に応じたチャージ電流が流れる。また、キャパシタ２２２には電圧Ｖ２に応じたチャージ電流が流れる。このことによってチャージポンプ回路の後段の電圧Ｖ４が上昇する。電圧Ｖ４は、キャパシタ２２２で平滑化され内部回路の駆動電圧としてその役割を果たす。
【００２７】
なお、本実施の形態では、整流要素としてＭＯＳトランジスタを用いる構成を説明したが、ＭＯＳトランジスタの代わりにダイオード等の整流要素を用いても良い。また、トランジスタおよびキャパシタで構成される昇圧回路の段数は、図示する数に限定されず、必要に応じた段数で構成することが可能である。
【００２８】
図４は、電圧Ｖ１、Ｖ２、およびＶ３に基づいて生じる電圧Ｖ４を示し、上記した電圧Ｖ２およびＶ３の入力を交互に繰り返すことでトランジスタ２２０Ｂから２２０Ｄのスイッチング動作が繰り返されることにより昇圧された電圧Ｖ４が得られる。
【００２９】
キャパシタ２２２は、容量を越えたチャージ電流については配線２９を介してバッテリー２４に供給する。バッテリー２４は、チャージ電流によって充電される。
【００３０】
電圧監視部２３は、全波整流部２１Ａで整流した電圧Ｖ１が充分な電圧を有しているときは昇圧部２２による昇圧動作を行わずにバイパス２２５を介してチャージポンプ回路の後段に電圧Ｖ１を供給する。このとき、キャパシタ２２２は電圧Ｖ１に基づいてチャージされ、容量を越えたチャージ電流については配線２９を介してバッテリー２４に供給する。
【００３１】
図５は、他の給電部として半波整流部の代わりに発振器２１Ｄとインバータ２１Ｅとを有する他の整流部２１を示し、全波整流部２１Ａから出力される電圧Ｖ１に基づいてパルス状の電圧Ｖ２を発生させる発振器２１Ｄと、発振器２１Ｄから出力される電圧Ｖ２を反転して逆相の電圧Ｖ３を発生させるインバータ２１Ｅを有する。このような整流部２１から前述の昇圧部２２に電圧Ｖ１、Ｖ２、およびＶ３を入力することで、入力する電圧より高い電圧の電圧Ｖ４を発生させることも可能である。昇圧部２２については図３に示す構成と同一であるので重複する説明を省略する。
【００３２】
上記した第１の実施の形態によると、搬送波を整流する整流部と整流に基づいて得られる電圧を昇圧する昇圧部を設けたことにより、受信した電波に基づいて電力を自己生成し、この電力に基づいて自らの内部回路を起動させる自己生成昇圧回路が形成される。そして、データキャリア２の内部で使用する電力の供給、およびバッテリー２４への充電が可能になる。このことから、送受信動作に加えて温度計測部等の能動回路をバッテリー２４の寿命を意識することなく駆動することが可能になる。
【００３３】
図６は、データキャリア２の電力供給方式について概略的に示し、アンテナ４０Ａを介して受信した電波に基づいて電力を発生させる受信回路４０と、電波に応じて受信回路から入力する信号に基づく処理を実行する制御回路４１と、制御回路４１の動作に必要な電力を供給する電池４２とを有する構成を例にして説明する。制御回路４１は図示しないロードスイッチを有しており、そのＯＮ／ＯＦＦ動作に基づいて反射波をリーダライタ（図示せず）に送信する。
【００３４】
図６（ａ）に示す構成では、制御回路４１は、受信した電波に基づく電圧を受信回路４０から入力することにより起動する。起動後は電池４２から供給される電圧に基づいて必要な処理を実行するが、受信回路４０から入力する電圧は電波の強度に依存することから、電波状態が良好な状況下では動作上問題ないが、充分な電波強度を確保できない状況では制御回路４１を起動するのに充分な電圧を得ることができないので、通信不可あるいは通信距離が小になるという不都合が生じる。
【００３５】
このように電圧が不安定になることを補うために、例えば、図６（ｂ）に示すように受信回路４０と制御回路４１との間にアンプ４３を設けることで、受信した電波に基づく電圧が電池４２から供給される電圧に基づいて増幅される。この場合には制御回路４１を安定的に駆動でき、通信距離を大にできる反面、アンプ４３を常時通電しておく必要があるので、電池４２の消耗が著しくなるばかりでなく内部回路を充分に駆動することができなくなる。
【００３６】
本発明では、図３で説明したように、受信した電波に基づいて整流部２１で生成した電圧Ｖ１、Ｖ２、およびＶ３を昇圧部２２に供給することで、電波が微弱であっても昇圧動作によって入力より高い電圧を電圧Ｖ４として発生させることができる。この昇圧動作はバッテリー２４の電力を必要としないので、データキャリア２では、電波を受信するとその良否に関係なく制御部２８を起動できる。また、受信に備えてバッテリー２４の電力を浪費しないので、内部回路の動作にバッテリー２４の電力を有効に活用することが可能になる。
【００３７】
更に、上記したバッテリー２４が充電可能な二次電池である場合には、電圧Ｖ４に基づくチャージ電流によって充電することができるので、電池寿命による使用上の制約を回避することができる。
【００３８】
電圧監視部２３は、整流に基づいて得られる電圧が充分な電圧を有しているときはバッテリー２４に充電せずに受信部２０あるいはセンサ部２６の駆動用に電力を供給させるようにしても良い。また、上記した昇圧部２２を複数設け、昇圧された電圧Ｖ４を更に後段の昇圧部２２で昇圧するようにしても良く、この場合にはより高電圧を得ることができる。
【００３９】
上記した説明では、リーダライタ１から送信された搬送波を整流する動作を説明したが、例えば、搬送波以外の電波によって電界が形成されている場合でも電力を自己生成することが可能である。
【００４０】
また、リーダライタ１およびデータキャリア２で通信するデータの変調方式については、上記したＡＳＫ変調以外の他の変調方式で行うことも可能である。
【００４１】
近年では、携帯が可能なノート型ＰＣ装置やＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ）装置の普及が進み、機器の長時間駆動を実現するために内部回路の省電力構造および高性能バッテリーの開発が盛んに行われている。本発明はこのような機器の電力の供給、充電、および内部回路の起動の用途としても有効である。
【００４２】
図７は、本発明の第２の実施の形態に係るＰＤＡ装置３０を示し、操作者の手で保持可能なサイズを有する本体３１と、本体３１に設けられて操作内容等の表示を行うとともに入力ペン３２によってデータの入力操作を行うペン入力機能を備えた液晶表示部（ＬＣＤ）３３と、電源のＯＮ／ＯＦＦを行う電源ボタン３４と、画面表示に基づく入力操作を行うための操作ボタン３５Ａおよび３５Ｂと、本体３１の上部に設けられてＩＣカード３７を挿入するカード挿入部３６を有する。
【００４３】
本体３１は、ＩＣカード３７から入力するプログラムに基づく制御動作を行う制御部、電源としてのバッテリーの他に、第１の実施の形態で説明したアンテナ（本体内蔵型）、受信部、整流部、昇圧部等の回路を内蔵している。また、カード挿入部３６は、ＩＣカード３７のほかに通信機器として用いるためのモデム等のカードを用途に応じて挿入して使用することができる。
【００４４】
図８は、ＰＤＡ装置３０の制御ブロックを示し、ＬＣＤ３３を駆動するＬＣＤドライバー３００と、本体３１の背面に設けられる図示しないスピーカ３０１と、操作ボタン３５Ａおよび３５Ｂの操作に応じた信号を入力するキー入力部３０２と、入力ペン３２の操作に応じた信号を入力するペン入力部３０３と、本体３１内に設けられてデータおよびプログラムを格納するメモリ３０４と、前述のカード挿入部および図示しない外部接続端子部を備えたインターフェース部（Ｉ／Ｆ部）３０５と、充電可能な二次電池（バッテリー）３０６と、受信した電波を整流部２１で整流して得られる電圧レベルを監視するとともに各部の動作を制御する制御部３０７を内部バス３０８によって接続して構成されている。その他の構成については第１の実施の形態と同一の引用数字を付しているので重複する説明を省略する。
【００４５】
上記した第２の実施の形態によると、例えば、携帯電話が使用可能な通信エリアにおいて放射されている電波をアンテナ２０Ａを介して受信部２０で受信し、これを整流部２１で整流して得られる電圧を昇圧部２２で昇圧することでＬＣＤおよび他の回路の駆動に必要な電力を賄うことができる。また、ＰＤＡ装置を使用していないときは昇圧部２２から供給されるチャージ電流に基づいてバッテリー３０６を充電することができ、充電に要する手間を省くことができるとともにバッテリー３０６のサイズを大にすることなくＰＤＡ装置を長時間駆動することが可能になる。
【００４６】
このように受信した電波に基づく電力供給構造は、上記したデータキャリアやＰＤＡ装置に限定されず、ＣＣＤイメージセンサ等の固体撮像装置のように高い制御電圧が要求される用途に適用することも可能である。また、非常用として用いられる照明機器（例えば、懐中電灯）やラジオのバッテリー充電構造として、あるいは病院等の補助電源に適用することで未使用による放電を回避でき、人手を煩わせることなく電源が安定的に確保される。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明の無線型データ伝送装置によると、受信した電波を整流して得られる電圧を段階的に昇圧して高電圧を発生させるようにしたため、送受信以外の動作に必要な電力についてもデータキャリアで補うことができ、かつ、装置の大型化を最小限に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る無線型データ伝送装置を示す概略構成図
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るセンサ部の回路図
【図３】本発明の第１の実施の形態において、データキャリアへの給電およびバッテリーへの充電を行う給電部の回路図
【図４】整流部における各部の信号波形を示す波形図
【図５】本発明の第１の実施の形態において、データキャリアへの給電およびバッテリーへの充電を行う他の給電部の回路図
【図６】（ａ）は、データキャリアの電力供給方式についての第１の概略構成図
（ｂ）は、データキャリアの電力供給方式についての第２の概略構成図
【図７】本発明の第２の実施の形態に係るＰＤＡ装置を示す平面図
【図８】本発明の第２の実施の形態に係るＰＤＡ装置の制御ブロック図
【符号の説明】
１、リーダライタ ２、データキャリア １０、送受信部 １１、ＲＦアンプ
１２、アンテナ １３、サーキュレータ １４、整流部 １５、復調部
１６、制御部 １７、配線 ２０Ａ、アンテナ ２０、受信部
２１、整流部 ２１Ａ、全波整流部 ２１Ｂ、半波整流部
２１Ｃ、半波整流部 ２２、昇圧部 ２３、電圧監視部
２４、バッテリー ２５、時計部 ２６、センサ部
２７、ロードスイッチ ２８、制御部 ２９、配線
３０、ＰＤＡ装置 ３１、本体 ３２、入力ペン ３４、電源ボタン
３５Ａ，３５Ｂ、操作ボタン ３６、カード挿入部
３７、ＩＣカード ４０、受信回路 ４０Ａ、アンテナ ４１、制御回路
４２、電池 ４３、アンプ ２２０Ａ〜２２０Ｄ、トランジスタ
２２１Ａ〜２２１Ｄ、キャパシタ ２２２、キャパシタ
２２３、ダイオード ２２４、ダイオード ２２５、バイパス
２６０、温度検出部 ２６１、メモリ ２６２、温度計測制御部
３００、ドライバー ３０１、スピーカ ３０２、キー入力部
３０３、ペン入力部 ３０４、メモリ ３０５、Ｉ／Ｆ部 ３０６、バッテリー
３０７、制御部 ３０８、内部バス
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線型データ伝送装置に関し、特に、送受信以外の動作に必要な電力についてもデータキャリアで補うことができ、かつ、装置の大型化を最小限に抑えることのできる無線型データ伝送装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、無線を通信媒体として、応答器（データキャリア）に記憶されている情報を質問器（リーダライタ）を用いて非接触で読み書きする無線型データ伝送装置が知られている。
【０００３】
このような無線型データ伝送装置として、マイクロ波（２．４５ＧＨｚの電波）を用いてデータキャリアとリーダライタとの間でデータの送受信を行うものがある。この無線型データ伝送装置によると、リーダライタはデータキャリアの読み取り又は書き込み等の命令に応じたデータで変調した電波をデータキャリアに送信する。データキャリアは受信したマイクロ波に基づいて送受信に必要な電力を生成するとともに、受信したデータに応じた反射波としての電波をリーダライタに送信する。
【０００４】
上記した無線型データ伝送装置によれば、高周波の無線電波を用いることで外来ノイズによる通信特性の低下が生じにくく、かつ、通信エリアが数センチから１メートル前後の近接型に対して広範囲の通信エリアを確保できる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のデータ伝送方法によると、受信した電波に基づいて供給することのできる電力には限りがあるため、送受信以外の動作をデータキャリアで実行させることができないという問題がある。これを解消するために、例えば、電池等の電源を内蔵させたとしても電池には寿命があるため、要求される機能に応じた容量（サイズ）が必要となってデータキャリアが大型化し、その結果、用途に適さないといった状況が起こりうる。
【０００６】
従って、本発明の目的は、送受信以外の動作に必要な電力についてもデータキャリアで補うことができ、かつ、装置の大型化を最小限に抑えることのできる無線型データ伝送装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記した目的を達成するため、電波を送信する送信手段と、
前記電波を受信して整流することにより得られる電圧を昇圧して内部回路を動作、駆動する駆動電圧を発生させる受信手段を有する無線型データ伝送装置を提供する。
【０００８】
また、本発明は上記した目的を達成するため、送信するデータに応じて変調された電波を送信する送信手段と、
前記電波を受信して前記データを抽出し、前記データに応じた処理を実行するとともに前記電波を整流することにより得られる電圧を昇圧して内部回路を動作、駆動する駆動電圧を発生させる受信手段を有する無線型データ伝送装置を提供する。
【０００９】
上記した無線型データ伝送装置によると、送信器から送信される電波（変調波あるいは搬送波）を受信して整流することによって出力波形の異なる電圧が生成される。この電圧の波形に応じたタイミングで基となる電圧を段階的に昇圧して高電圧の駆動電圧を発生させる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の無線型データ伝送装置を図面を参照して詳細に説明する。
【００１１】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る無線型データ伝送装置を概略的に示し、この無線型データ伝送装置は、リーダライタ１から読み取り又は書き込み等の命令に応じたデータを変調した変調波をデータキャリア２に送信し、データキャリア２で変調波に応じた電波を反射波としてリーダライタ１に送信するものであり、リーダライタ１は、搬送波を送信するデータに応じて変調することにより変調波を生成する送受信部１０と、変調波を必要な電力まで増幅してアンテナ１２に供給するＲＦアンプ１１と、リーダライタ１から送信される変調波とデータキャリア２からの反射波とを分離するサーキュレータ１３と、サーキュレータ１３で分離された反射波を整流する整流部１４と、整流された反射波に含まれるデータを復調する復調部１５と、各部の動作を制御する制御部１６とを配線１７によって接続して構成されている。制御部１６は、図示しないキーボード等の外部装置と接続可能なインターフェースを有しており、オペレータ等の操作者によるコマンド入力を可能にしている。
【００１２】
送受信部１０は、制御部１６に設けられる図示しない発振器から入力する２．４５ＧＨｚの搬送波をデータキャリア２に対するコマンドに基づいてＡＳＫ（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）変調することにより変調波を生成する。コマンドは制御部１６から入力する。変調波の送信後はデータキャリア２からのデータ送信が終了するまでの一定の時間で搬送波を継続して送出する。
【００１３】
データキャリア２は、アンテナ２０Ａと、リーダライタ１から送信される変調波および搬送波をアンテナ２０Ａを介して受信し、変調波を復調してコマンドを抽出する受信部２０と、搬送波を整流することにより電圧を発生させる整流部２１と、電圧を入力することに基づいて高電圧を発生させる昇圧部２２と、整流部２１で発生する電圧の電圧レベルを監視する電圧監視部２３と、昇圧動作に基づいて生じるチャージ電流によって充電されてデータキャリア２の各部に電力を供給する二次電池（バッテリー）２４と、図示しない基準クロック発生部で発生する基準クロックをカウントすることによって計時動作を行う時計部２５と、データキャリア２を取り付ける監視対象の温度を計測する温度センサを有するセンサ部２６と、送信すべきデータに応じた符号化信号に基づいて駆動されるロードスイッチ２７と、各部の動作を制御する制御部２８とを内部回路として有し、これらを配線２９によって接続して構成されている。
【００１４】
電圧監視部２３は、上記した整流部２１での電圧レベルの他に昇圧部２２で昇圧させた電圧についても監視し、制御部２８に電圧レベルに応じた監視信号を出力する。
【００１５】
制御部２８は、データキャリア２に固有に付されるＩＤデータを固定的に格納する図示しないＩＤ格納部を有している。
【００１６】
図２は、センサ部２６を示し、センサ部２６は監視対象の温度に応じた温度信号を出力する温度検出部２６０と、温度信号に前述の時計部２５から入力する時刻情報を付加した温度計測データを格納するメモリ２６１と、温度計測動作を制御する温度計測部２６２を有し、リーダライタ１から入力するデータ送信コマンドに基づいてメモリ２６１から制御部２８に温度計測データを出力する。センサ部２６の駆動電圧はデータキャリア２のバッテリー２４から供給される。
【００１７】
ロードスイッチ２７は、制御部２８で送信すべきデータを符号化することにより得られる符号化信号に基づいてＯＮ／ＯＦＦ動作を実行する。ロードスイッチ２７をＯＮしたときは電波の伝送路が接地電位と同電位となり、その結果、搬送波が逆相で全反射される。また、ロードスイッチ２７をＯＦＦしたときは搬送波が同相で全反射される。このようにして搬送波を位相変調した高周波信号が反射波としてリーダライタ１に送信される。
【００１８】
図３は、データキャリア２に電力を供給する給電部を示し、整流部２１は、受信部２０から入力する搬送波を全波整流して図示するような波形の電圧Ｖ１を発生する全波整流部２１Ａと、搬送波を半波整流する半波整流部２１Ｂおよび２１Ｃを有し、半波整流部２１Ｂは図示するような波形の正相の電圧Ｖ２を発生し、半波整流部２１Ｃは図示するような波形の逆相の電圧Ｖ３を発生する。図３では説明上、電圧Ｖ１をパルス状の電圧として図示しているが、実際には連続波形（ＤＣ）である。整流部２１は、上記した電圧Ｖ１、Ｖ２、およびＶ３を昇圧部２２に入力する。
【００１９】
また、連続波形を得るものとしては、上記した全波整流部２１Ａに限定されず、例えば、半波倍圧整流のような構成や、半波整流により得られる出力を平滑化することによって連続的な波形を得る構成であっても良い。
【００２０】
昇圧部２２は、全波整流部２１Ａと後段のダイオード２２４との間に直列に接続される複数のトランジスタ（２２０Ａから２２０Ｎ）と、トランジスタの接続点（ノード）と半波整流部２１Ｂおよび２１Ｃとの間に接続される複数のキャパシタ（２２１Ａから２２１Ｄ）によってチャージポンプ回路を形成している。トランジスタおよびキャパシタは要求される電圧に応じて適切な数を設定する。また、全波整流部２１Ａからダイオード２２３を有してダイオード２２４の後段に接続されるバイパス２２５と、チャージポンプ回路で昇圧されたチャージ電流によってチャージされるキャパシタ２２２を有する。キャパシタ２２１Ａから２２２は同じ容量のものを用いる。
【００２１】
以下に、本発明の無線型データ伝送装置の動作について説明する。
【００２２】
（１）リーダライタ１からデータキャリア２への送信
リーダライタ１は、データキャリア２からデータを送信させるにあたってデータ送信コマンドをデータキャリア２に送信する。例えば、オペレータによってデータ送信コマンドが制御部１６に入力されると、制御部１６はデータ送信コマンドを送受信部１０に入力する。送受信部１０はデータ送信コマンドをＡＳＫ変調してアンテナ１２から送信する。また、コマンド送信後は一定の時間で搬送波を継続して送信する。
【００２３】
また、リーダライタ１は、データキャリア２との通信に関係なく一定の周期で搬送波を一定の時間で送信する。
【００２４】
（２）データキャリア２からリーダライタ１への送信
データキャリア２は、アンテナ２０Ａを介して受信部２０でリーダライタ１から送信されたデータ送信コマンドを受信すると、まず、整流部２１および昇圧部２２によって駆動電圧（後述）を生成し、これを制御部２８に出力する。制御部２８は、駆動電圧の入力に基づいてスリープ状態から起動する。受信部２０は、ＡＳＫ変調波を復調することによりデータ送信コマンドを抽出して制御部２８に出力する。制御部２８は、データ送信コマンドに基づいてＩＤ格納部からＩＤデータを読み込み、次に、センサ部２６のメモリ２６１から温度計測データを読み込んで各データに応じた符号化信号を作成してロードスイッチ２７に出力する。ロードスイッチ２７は、符号化信号に基づいてＯＮ／ＯＦＦ動作を実行することによりＩＤデータと温度計測データに応じた電波を反射波としてリーダライタ１へ送信する。
【００２５】
（３）データキャリア２で受信した電波に基づく電力供給
データキャリア２は、リーダライタ１から送信される搬送波を受信部２０で受信して整流部２１に出力する。整流部２１は、搬送波を全波整流部２１Ａで全波整流することにより得られる電圧Ｖ１と、搬送波を半波整流部２１Ｂおよび２１Ｃで半波整流することにより得られる電圧Ｖ２およびＶ３を昇圧部２２に出力する。昇圧部２２は、整流部２１から入力する電圧Ｖ１を電圧Ｖ２およびＶ３に基づいて昇圧することにより、入力する電圧より高い電圧の電圧Ｖ４を発生させる。
【００２６】
昇圧部２２は、電圧Ｖ１がＨｉレベルにある状態で、電圧Ｖ２がＨｉレベル、電圧レベルＶ３がＬｏレベルであるときにトランジスタ２２０Ｂおよび２２０Ｄが導通し、キャパシタ２２１Ｂに電圧Ｖ１およびＶ２に応じたチャージ電流が流れる。また、キャパシタ２２１Ｄに電圧Ｖ２に応じたチャージ電流が流れる。次に、電圧Ｖ１がＨｉレベルにある状態で、電圧Ｖ２がＬｏレベル、電圧レベルＶ３がＨｉレベルであるときにトランジスタ２２０Ｃが導通し、キャパシタ２２１Ｃに電圧Ｖ１、Ｖ２、およびＶ３に応じたチャージ電流が流れる。また、キャパシタ２２２には電圧Ｖ２に応じたチャージ電流が流れる。このことによってチャージポンプ回路の後段の電圧Ｖ４が上昇する。電圧Ｖ４は、キャパシタ２２２で平滑化され内部回路の駆動電圧としてその役割を果たす。
【００２７】
なお、本実施の形態では、整流要素としてＭＯＳトランジスタを用いる構成を説明したが、ＭＯＳトランジスタの代わりにダイオード等の整流要素を用いても良い。また、トランジスタおよびキャパシタで構成される昇圧回路の段数は、図示する数に限定されず、必要に応じた段数で構成することが可能である。
【００２８】
図４は、電圧Ｖ１、Ｖ２、およびＶ３に基づいて生じる電圧Ｖ４を示し、上記した電圧Ｖ２およびＶ３の入力を交互に繰り返すことでトランジスタ２２０Ｂから２２０Ｄのスイッチング動作が繰り返されることにより昇圧された電圧Ｖ４が得られる。
【００２９】
キャパシタ２２２は、容量を越えたチャージ電流については配線２９を介してバッテリー２４に供給する。バッテリー２４は、チャージ電流によって充電される。
【００３０】
電圧監視部２３は、全波整流部２１Ａで整流した電圧Ｖ１が充分な電圧を有しているときは昇圧部２２による昇圧動作を行わずにバイパス２２５を介してチャージポンプ回路の後段に電圧Ｖ１を供給する。このとき、キャパシタ２２２は電圧Ｖ１に基づいてチャージされ、容量を越えたチャージ電流については配線２９を介してバッテリー２４に供給する。
【００３１】
図５は、他の給電部として半波整流部の代わりに発振器２１Ｄとインバータ２１Ｅとを有する他の整流部２１を示し、全波整流部２１Ａから出力される電圧Ｖ１に基づいてパルス状の電圧Ｖ２を発生させる発振器２１Ｄと、発振器２１Ｄから出力される電圧Ｖ２を反転して逆相の電圧Ｖ３を発生させるインバータ２１Ｅを有する。このような整流部２１から前述の昇圧部２２に電圧Ｖ１、Ｖ２、およびＶ３を入力することで、入力する電圧より高い電圧の電圧Ｖ４を発生させることも可能である。昇圧部２２については図３に示す構成と同一であるので重複する説明を省略する。
【００３２】
上記した第１の実施の形態によると、搬送波を整流する整流部と整流に基づいて得られる電圧を昇圧する昇圧部を設けたことにより、受信した電波に基づいて電力を自己生成し、この電力に基づいて自らの内部回路を起動させる自己生成昇圧回路が形成される。そして、データキャリア２の内部で使用する電力の供給、およびバッテリー２４への充電が可能になる。このことから、送受信動作に加えて温度計測部等の能動回路をバッテリー２４の寿命を意識することなく駆動することが可能になる。
【００３３】
図６は、データキャリア２の電力供給方式について概略的に示し、アンテナ４０Ａを介して受信した電波に基づいて電力を発生させる受信回路４０と、電波に応じて受信回路から入力する信号に基づく処理を実行する制御回路４１と、制御回路４１の動作に必要な電力を供給する電池４２とを有する構成を例にして説明する。制御回路４１は図示しないロードスイッチを有しており、そのＯＮ／ＯＦＦ動作に基づいて反射波をリーダライタ（図示せず）に送信する。
【００３４】
図６（ａ）に示す構成では、制御回路４１は、受信した電波に基づく電圧を受信回路４０から入力することにより起動する。起動後は電池４２から供給される電圧に基づいて必要な処理を実行するが、受信回路４０から入力する電圧は電波の強度に依存することから、電波状態が良好な状況下では動作上問題ないが、充分な電波強度を確保できない状況では制御回路４１を起動するのに充分な電圧を得ることができないので、通信不可あるいは通信距離が小になるという不都合が生じる。
【００３５】
このように電圧が不安定になることを補うために、例えば、図６（ｂ）に示すように受信回路４０と制御回路４１との間にアンプ４３を設けることで、受信した電波に基づく電圧が電池４２から供給される電圧に基づいて増幅される。この場合には制御回路４１を安定的に駆動でき、通信距離を大にできる反面、アンプ４３を常時通電しておく必要があるので、電池４２の消耗が著しくなるばかりでなく内部回路を充分に駆動することができなくなる。
【００３６】
本発明では、図３で説明したように、受信した電波に基づいて整流部２１で生成した電圧Ｖ１、Ｖ２、およびＶ３を昇圧部２２に供給することで、電波が微弱であっても昇圧動作によって入力より高い電圧を電圧Ｖ４として発生させることができる。この昇圧動作はバッテリー２４の電力を必要としないので、データキャリア２では、電波を受信するとその良否に関係なく制御部２８を起動できる。また、受信に備えてバッテリー２４の電力を浪費しないので、内部回路の動作にバッテリー２４の電力を有効に活用することが可能になる。
【００３７】
更に、上記したバッテリー２４が充電可能な二次電池である場合には、電圧Ｖ４に基づくチャージ電流によって充電することができるので、電池寿命による使用上の制約を回避することができる。
【００３８】
電圧監視部２３は、整流に基づいて得られる電圧が充分な電圧を有しているときはバッテリー２４に充電せずに受信部２０あるいはセンサ部２６の駆動用に電力を供給させるようにしても良い。また、上記した昇圧部２２を複数設け、昇圧された電圧Ｖ４を更に後段の昇圧部２２で昇圧するようにしても良く、この場合にはより高電圧を得ることができる。
【００３９】
上記した説明では、リーダライタ１から送信された搬送波を整流する動作を説明したが、例えば、搬送波以外の電波によって電界が形成されている場合でも電力を自己生成することが可能である。
【００４０】
また、リーダライタ１およびデータキャリア２で通信するデータの変調方式については、上記したＡＳＫ変調以外の他の変調方式で行うことも可能である。
【００４１】
近年では、携帯が可能なノート型ＰＣ装置やＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ）装置の普及が進み、機器の長時間駆動を実現するために内部回路の省電力構造および高性能バッテリーの開発が盛んに行われている。本発明はこのような機器の電力の供給、充電、および内部回路の起動の用途としても有効である。
【００４２】
図７は、本発明の第２の実施の形態に係るＰＤＡ装置３０を示し、操作者の手で保持可能なサイズを有する本体３１と、本体３１に設けられて操作内容等の表示を行うとともに入力ペン３２によってデータの入力操作を行うペン入力機能を備えた液晶表示部（ＬＣＤ）３３と、電源のＯＮ／ＯＦＦを行う電源ボタン３４と、画面表示に基づく入力操作を行うための操作ボタン３５Ａおよび３５Ｂと、本体３１の上部に設けられてＩＣカード３７を挿入するカード挿入部３６を有する。
【００４３】
本体３１は、ＩＣカード３７から入力するプログラムに基づく制御動作を行う制御部、電源としてのバッテリーの他に、第１の実施の形態で説明したアンテナ（本体内蔵型）、受信部、整流部、昇圧部等の回路を内蔵している。また、カード挿入部３６は、ＩＣカード３７のほかに通信機器として用いるためのモデム等のカードを用途に応じて挿入して使用することができる。
【００４４】
図８は、ＰＤＡ装置３０の制御ブロックを示し、ＬＣＤ３３を駆動するＬＣＤドライバー３００と、本体３１の背面に設けられる図示しないスピーカ３０１と、操作ボタン３５Ａおよび３５Ｂの操作に応じた信号を入力するキー入力部３０２と、入力ペン３２の操作に応じた信号を入力するペン入力部３０３と、本体３１内に設けられてデータおよびプログラムを格納するメモリ３０４と、前述のカード挿入部および図示しない外部接続端子部を備えたインターフェース部（Ｉ／Ｆ部）３０５と、充電可能な二次電池（バッテリー）３０６と、受信した電波を整流部２１で整流して得られる電圧レベルを監視するとともに各部の動作を制御する制御部３０７を内部バス３０８によって接続して構成されている。その他の構成については第１の実施の形態と同一の引用数字を付しているので重複する説明を省略する。
【００４５】
上記した第２の実施の形態によると、例えば、携帯電話が使用可能な通信エリアにおいて放射されている電波をアンテナ２０Ａを介して受信部２０で受信し、これを整流部２１で整流して得られる電圧を昇圧部２２で昇圧することでＬＣＤおよび他の回路の駆動に必要な電力を賄うことができる。また、ＰＤＡ装置を使用していないときは昇圧部２２から供給されるチャージ電流に基づいてバッテリー３０６を充電することができ、充電に要する手間を省くことができるとともにバッテリー３０６のサイズを大にすることなくＰＤＡ装置を長時間駆動することが可能になる。
【００４６】
このように受信した電波に基づく電力供給構造は、上記したデータキャリアやＰＤＡ装置に限定されず、ＣＣＤイメージセンサ等の固体撮像装置のように高い制御電圧が要求される用途に適用することも可能である。また、非常用として用いられる照明機器（例えば、懐中電灯）やラジオのバッテリー充電構造として、あるいは病院等の補助電源に適用することで未使用による放電を回避でき、人手を煩わせることなく電源が安定的に確保される。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明の無線型データ伝送装置によると、受信した電波を整流して得られる電圧を段階的に昇圧して高電圧を発生させるようにしたため、送受信以外の動作に必要な電力についてもデータキャリアで補うことができ、かつ、装置の大型化を最小限に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る無線型データ伝送装置を示す概略構成図
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るセンサ部の回路図
【図３】本発明の第１の実施の形態において、データキャリアへの給電およびバッテリーへの充電を行う給電部の回路図
【図４】整流部における各部の信号波形を示す波形図
【図５】本発明の第１の実施の形態において、データキャリアへの給電およびバッテリーへの充電を行う他の給電部の回路図
【図６】（ａ）は、データキャリアの電力供給方式についての第１の概略構成図
（ｂ）は、データキャリアの電力供給方式についての第２の概略構成図
【図７】本発明の第２の実施の形態に係るＰＤＡ装置を示す平面図
【図８】本発明の第２の実施の形態に係るＰＤＡ装置の制御ブロック図
【符号の説明】
１、リーダライタ ２、データキャリア １０、送受信部 １１、ＲＦアンプ
１２、アンテナ １３、サーキュレータ １４、整流部 １５、復調部
１６、制御部 １７、配線 ２０Ａ、アンテナ ２０、受信部
２１、整流部 ２１Ａ、全波整流部 ２１Ｂ、半波整流部
２１Ｃ、半波整流部 ２２、昇圧部 ２３、電圧監視部
２４、バッテリー ２５、時計部 ２６、センサ部
２７、ロードスイッチ ２８、制御部 ２９、配線
３０、ＰＤＡ装置 ３１、本体 ３２、入力ペン ３４、電源ボタン
３５Ａ，３５Ｂ、操作ボタン ３６、カード挿入部
３７、ＩＣカード ４０、受信回路 ４０Ａ、アンテナ ４１、制御回路
４２、電池 ４３、アンプ ２２０Ａ〜２２０Ｄ、トランジスタ
２２１Ａ〜２２１Ｄ、キャパシタ ２２２、キャパシタ
２２３、ダイオード ２２４、ダイオード ２２５、バイパス
２６０、温度検出部 ２６１、メモリ ２６２、温度計測制御部
３００、ドライバー ３０１、スピーカ ３０２、キー入力部
３０３、ペン入力部 ３０４、メモリ ３０５、Ｉ／Ｆ部 ３０６、バッテリー
３０７、制御部 ３０８、内部バス
Claims (7)
- 電波を送信する送信手段と、
前記電波を受信して整流することにより得られる電圧を昇圧して内部回路を動作、駆動する駆動電圧を発生させる受信手段を有することを特徴とする無線型データ伝送装置。 - 送信するデータに応じて変調された電波を送信する送信手段と、
前記電波を受信して前記データを抽出し、前記データに応じた処理を実行するとともに前記電波を整流することにより得られる電圧を昇圧して内部回路を動作、駆動する駆動電圧を発生させる受信手段を有することを特徴とする無線型データ伝送装置。 - 前記受信手段は、前記電波を全波整流して第１の電圧を発生する第１の整流部と、前記電波を半波整流して第２の電圧を発生する第２の整流部と、前記電波を半波整流して第２の電圧と逆相の第３の電圧を発生する第３の整流部からなる整流部と、
前記第１の電圧を前記第２および前記第３の電圧に基づくスイッチング動作に基づいて段階的に昇圧することにより昇圧された駆動電圧を発生させる昇圧部を有することを特徴とする請求項第１項又は第２項記載の無線型データ伝送装置。 - 前記受信手段は、前記電波を全波整流して第１の電圧を発生する整流部と、前記第１の電圧に基づいて駆動されて第２の電圧を発生させる発振器と、前記第１の電圧に基づいて駆動されて前記第２の電圧を逆相に変換して第３の電圧を発生させるインバータからなる整流部と、
前記第１の電圧を前記第２および前記第３の電圧に基づくスイッチング動作に基づいて段階的に昇圧することにより昇圧された駆動電圧を発生させる昇圧部を有することを特徴とする請求項第１項又は第２項記載の無線型データ伝送装置。 - 前記受信手段は、前記駆動電圧に基づくチャージ電流によって充電される二次電池を有することを特徴とする請求項第１項から第４項の何れかに記載の無線型データ伝送装置。
- 前記受信手段は、前記駆動電圧を内部回路の起動に用いることを特徴とする請求項第１項から第４項の何れかに記載の無線型データ伝送装置。
- 前記受信手段は、前記駆動電圧に基づいて前記電波の送受信動作に加えて物理量の測定動作を行う能動回路を有することを特徴とする請求項第１項から第４項の何れかに記載の無線型データ伝送装置。
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