JP2004104960A - パッシブ電源回路及びそのモジュール素子、並びに整流回路及びそのモジュール素子と半導体icチップ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】チップアンテナ12によって受波した電磁波のエネルギーを整流回路13Aによって電気エネルギーに変換して蓄電用コンデンサ16に蓄電し、これを上位装置に供給するパッシブ電源回路10において、チップアンテナ12の共振周波数の電磁波をチップアンテナ12で受波し、チップアンテナ12の給電点12cに接続され、チップアンテナ12の給電点12cに誘起した高周波電流を整流して脈流電流を出力する整流回路13Aとを備え、整流回路13A全体におてチップアンテナ12で受波する周波数にほぼ共振するように回路を構成する電子素子の定数を設定する。
【選択図】 図3
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、アンテナによって受波した電磁波のエネルギーを電気エネルギーに変換する整流回路及びその半導体ICチップとモジュール素子並びにこれを用いたパッシブ電源回路及びそのモジュール素子に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、CPUなどの集積回路(以下、単にICと称する)の小型化が急速に進み、これに伴い電子機器の小型化も進んでいる。小型化された電子機器の代表的な一具体例としては、携帯型電話機や、一般的にICカードと称されるカード型の電子機器が知られている。
【0003】
しかし、電子機器の小型化において障壁となっているのは、電子回路を駆動する電力を供給するための電源である。
【0004】
近年では、ニッケルカドミウム電池や、ニッケル水素電池、リチウム電池などの小型の蓄電池を用いることにより、電子機器の小型化を図っている。さらに、単独で用いる場合に電源を必要とするICカード、例えば特開2001−67446号公報(以下、特許公報1と称する)に開示されるような非接触型ICカードには、上記のような蓄電池を用いることなく、受波した電磁波のエネルギーを電気エネルギーに変換して電子回路を駆動することにより、蓄電池を交換する手間を省くと共にカードの厚みを薄くする工夫がなされている。
【0005】
上記特許公報1に開示される非接触型ICカードは、従来知られている受動トランスポンダの技術が利用されている。
【0006】
上記受動トランスポンダは、未知の対象物を非接触で識別することを目的として開発されたもので、基地局から輻射された電磁波のエネルギーをトランスポンダの動作に必要な電力を供給する電圧に変換する手段を備えたものである。
【0007】
この様なトランスポンダの一例としては、特開2000−151460号公報(以下、特許公報2と称する)に開示される充電式能動トランスポンダが知られている。このトランスポンダは、受波したエネルギーを蓄電する機能を有し、受波したエネルギーのみで動作する受動トランスポンダとしても、また、蓄電されているエネルギーで動作する能動トランスポンダとしても動作可能なものである。
【0008】
一方、上記のICカードやトランスポンダに用いられ、受波した電磁波のエネルギーを電気エネルギーに変換する装置の一例としては、特開平10−295043号公報(以下、特許公報3と称する)に開示される携帯型電子機器用電源装置が知られている。
【0009】
この電源装置は、図11に示すように、電子機器21の駆動用電源となる蓄電池22と、コンデンサ23とアンテナ24に付設された巻線コイル25とを有してこれらの回路定数で決まる共振周波数の電波を捕捉する共振回路26と、この共振回路26から出力される共振電圧を整流して蓄電池22を充電する整流回路27とから構成されている。
【0010】
【特許公報1】特開2001−67446号公報
【特許公報2】特開2000−151460号公報
【特許公報3】特開平10−295043号公報
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例の電源装置では、電磁波エネルギーを電気エネルギーに変換する効率を高めることが非常に困難であった(例えば、上記特許公報2の第17段落の記載)。
【0012】
本発明の目的は上記の問題点に鑑み、電磁波エネルギーから電気エネルギーへの変換効率を高めたパッシブ電源回路及びそのモジュール素子、並びに整流回路及びそのモジュール素子と半導体ICチップを提供することである。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するために、受波した電磁波のエネルギーを電気エネルギーに変換して、該電気エネルギーを蓄電器或いは蓄電池に蓄電し、該蓄電された電気エネルギーを上位装置に供給するパッシブ電源回路であって、所定周波数に共振して該周波数の電磁波を受波するアンテナと、前記アンテナの給電点に接続されていると共に回路全体が前記アンテナで受波する周波数にほぼ共振するように回路を構成する電子素子の定数が設定され、前記アンテナに誘起した高周波電流を整流して脈流電流を出力する整流回路とを備えているパッシブ電源回路を提案する。
【0014】
本発明のパッシブ電源回路は、アンテナは所定周波数に共振し、この共振周波数に等しい周波数の電磁波を最も効率よく受波して給電点から高周波電流として出力する。この高周波電流も上記アンテナの共振周波数と同じ周波数を有する交流電流である。
【0015】
さらに、本発明における整流回路は、回路全体が前記アンテナで受波する周波数にほぼ共振するように、回路を構成する電子素子の定数が設定されている。このため、アンテナの給電点から出力された高周波電流の周波数に共振した状態で、交流電流である前記高周波電流を脈流電流に変換することができる。
【0016】
従って、整流回路において発生する損失を最も低減した状態で整流することができる。尚、ここで言う脈流電流とは完全な直流電流に対して少しでも脈流成分(交流成分)を含むものを言う。
【0017】
また、本発明は、上記パッシブ電源回路において、前記整流回路の正極出力端と負極出力端との間に接続された所定値以上の容量を有する蓄電用コンデンサを備え、前記蓄電用コンデンサに蓄積された電気エネルギーを前記上位装置に供給するようにした。
【0018】
本発明は、上記パッシブ電源回路において、前記アンテナの給電点の正極に一端が接続された第1インダクタと、前記アンテナの給電点の正極に一端が接続されると共に他端が接地端子に接続された第2インダクタと、入力側の正極が前記第1インダクタの他端に接続され、入力側の負極が前記接地端子に接続されている整流回路本体とを含む整流回路を備えた。
【0019】
本発明によれば、整流回路本体の共振周波数を第1インダクタ及び第2インダクタによって補正し、整流回路全体の共振周波数を前記受波する電磁波の周波数に一致させることができる。
【0020】
本発明は、上記パッシブ電源回路において、倍電圧整流回路を含む整流回路本体を備えた。この倍電圧整流回路は、入力電圧を整数倍した電圧を得ることができるため、アンテナの給電点に出力される電圧が小さい場合にも、上位装置の電子回路を駆動するための電圧を容易に得ることができる。
【0021】
本発明は、上記パッシブ電源回路において、前記アンテナの給電点の正極に一端が接続された第1インダクタと、前記アンテナの給電点の正極に一端が接続されると共に他端が接地端子に接続された第2インダクタと、前記第1インダクタの他端と前記接地端子とに入力側が接続されている倍電圧整流回路とを含む整流回路を備えた。
【0022】
本発明によれば、整流回路本体の共振周波数を第1インダクタ及び第2インダクタによって補正し、整流回路全体の共振周波数を前記受波する電磁波の周波数に一致させることができると共に、倍電圧整流回路によって入力電圧を整数倍した電圧を得ることができるため、アンテナの給電点に出力される電圧が小さい場合にも、上位装置の電子回路を駆動するための電圧を容易に得ることができる。
【0023】
本発明は、上記パッシブ電源回路において、前記倍電圧整流回路を、前記第1インダクタの他端に一端が接続された第1コンデンサと、前記接地端子にアノードが接続されると共に前記第1コンデンサの他端にカソードが接続された第1ダイオードと、前記第1ダイオードのカソードにアノードが接続された第2ダイオードと、一端が前記第2ダイオードのカソードに接続されると共に他端が前記接地端子に接続された第2コンデンサと、前記第2ダイオードのカソードにアノードが接続された第3ダイオードと、一端が前記第1インダクタの他端に接続されると共に他端が前記前記第3ダイオードのカソードに接続された第3コンデンサと、前記第3ダイオードのカソードにアノードが接続された第4ダイオードと、一端が前記第4ダイオードのカソードに接続されると共に他端が前記接地端子に接続された第4コンデンサとから構成した。
【0024】
本発明は、上記パッシブ電源回路において、前記整流回路から出力された脈流電流を直流電流に変換して前記蓄電器或いは蓄電池へ出力する平滑回路を備えた。
【0025】
また、本発明は、上記パッシブ電源回路において、前記平滑回路の正極出力端に一端が接続されると共に他端が前記接地端子に接続された抵抗器と、前記平滑回路の正極出力端にアノードが接続され、カソードから出力された直流電流を前記蓄電器或いは蓄電池へ出力する逆流防止用ダイオードとを備えた。
【0026】
本発明によれば、上記抵抗器によって脈流電流から交流成分が除去された直流を得ることができる。さらに、前記逆流防止用ダイオードによって、蓄電器或いは蓄電池に蓄電された電力が前記抵抗器によって消費されることを防止できる。
【0027】
本発明は、上記パッシブ電源回路において、アンテナエレメントの一端が前記接地端子に結合されると共に他端が開放され、アンテナエレメントの一端と他端との間に正極給電点を有するアンテナを用いた。例えば一般的に逆F型アンテナと称されているアンテナや、携帯型電話機などに内蔵されている一般的にチップアンテナと称されているものを用いることができる。
【0028】
本発明は、上記パッシブ電源回路において、前記アンテナエレメントの一端が前記接地端子に容量結合されているアンテナを用いた。これにより、一般的に波長短縮と称される効果を得ることができ、アンテナ形状を小型にすることができる。
【0029】
本発明は、上記パッシブ電源回路において、前記蓄電器或いは蓄電池への充電電圧が所定値以上になったときに、前記蓄電された電気エネルギーを前記上位装置に供給するスイッチ手段を備えた。これにより、前記蓄電電圧が前記所定値に満たない間は、上位装置によって前記蓄電器或いは蓄電池に蓄電された電力を無駄に消費することがない。
【0030】
また、本発明は、上記のパッシブ電源回路が配線基板に形成されてなり、前記配線基板には、上位装置と接続可能な電力出力端子と接地端子が設けられているパッシブ電源回路モジュール素子を構成した。
【0031】
本発明のパッシブ電源回路モジュール素子によれば、該モジュール素子を上位装置に設けることにより、容易に電源回路を構成することができる。
【0032】
本発明は、上記パッシブ電源回路モジュール素子において、前記配線基板の配線パターンによって形成されるキャパシタンスとインダクタンス及び電気抵抗の成分の定数を含む回路定数によって設定される少なくとも前記整流回路の共振周波数が前記アンテナの共振周波数にほぼ一致するように前記回路定数を設定した。従って、前記配線基板のパターンを含む整流回路全体が前記アンテナで受波する周波数にほぼ共振するように回路定数が設定されているので、アンテナの給電点から出力された高周波電流の周波数に共振した状態で、交流電流である前記高周波電流を脈流電流に変換することができる。
【0033】
また、本発明は、上記整流回路、及び上記整流回路を配線基板上に形成したモジュール素子、並びに上記整流回路が形成されてなる半導体ICチップを提案する。
【0034】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて、本発明の一実施形態を説明する。
【0035】
図1は本発明の第1実施形態におけるパッシブ電源回路モジュール素子を示す斜視図、図2は本発明の第1実施形態におけるパッシブ電源回路モジュール素子を示す平面図、図3本発明の第1実施形態におけるパッシブ電源回路を示す構成図である。
【0036】
図において、10はパッシブ電源回路モジュールで、配線基板11にチップアンテナ12と、整流回路モジュール素子13、チップコンデンサ14a、チップ抵抗器14b、逆流防止用ダイオード15、蓄電用コンデンサ16、電子スイッチ17、開閉制御回路素子18が搭載されて構成されている。
【0037】
配線基板11は、周知の印刷配線基板であり、基板の表面及び内層或いは裏面には、搭載されている上記各素子の間を接続する接続導体が形成されている。
【0038】
チップアンテナ12は、基板上に或いは基板の内層にアンテナエレメントを構成する導電体パターンが形成されたもので、共振周波数が2.45GHz帯の周波数に設定された一般的に逆F型アンテナと称されるものである。本実施形態では、図3に示すように、アンテナエレメント12aとアンテナエレメント12bとの接続点12cから導電体パターン12dによって給電点となる端子12eに接続されている。一方のアンテナエレメント12aの長さは、他方のアンテナエレメント12bの長さよりも大きく設定されており、他方のアンテナエレメント12bの他端は配線基板11に設けられている接地用導電体パターン(図示せず)との間で容量性結合されている。
【0039】
整流回路モジュール素子13は、後述する整流回路半導体ICチップを配線基板上に載置して樹脂やセラミックスによってモールドしてパッケージすると共にパッケージ接続用端子を設けたもので、直方体形状を有し、チップアンテナ12の給電端子12eに接続された入力端子13aと、出力端子13b、接地用端子13cとを備えている。
【0040】
整流回路モジュール素子13の電気系回路(整流回路13A)は、図4に示すように、第1及び第2インダクタ131,132と、コンデンサ133,136,137,140、ダイオード134,135,138,139とからなり、これらのコンデンサ133,136,137,140とダイオード134,135,138,139によって周知の半波倍電圧整流回路が構成されている。
【0041】
第1インダクタ131の一端は入力端子13aに接続され、他端はコンデンサ133の一端及びコンデンサ137の一端に接続されている。
【0042】
第2インダクタ132の一端は入力端子13aに接続され、他端は接地用端子13cに接続されている。
【0043】
コンデンサ133の他端はダイオード134のカソードとダイオード135のアノードに接続され、ダイオード134のアノードは接地用端子13cに接続されている。また、ダイオード135のカソードはコンデンサ136の一端とダイオード138のアノードに接続され、コンデンサ136の他端は接地用端子13cに接続されている。
【0044】
ダイオード138のカソードはダイオード139のアノードとコンデンサ137の他端に接続され、ダイオード139のカソードは出力端子13bに接続されている。また、出力端子13bと接地用端子13cとの間にコンデンサ140が接続されている。
【0045】
ここで、上記整流回路13Aを構成する各素子の定数及び配線基板11の配線導体によるキャパシタンスやインダクタンス及び抵抗値は、これらによって形成される整流回路全体を一種の分布定数回路と考えて、整流回路全体の共振周波数がチップアンテナ12で受波する電磁波の周波数(受波対象となる電磁波の周波数)、たとえばチップアンテナ12の共振周波数に一致するように設定されている。即ち、整流回路全体における通過電流の減衰が最小になるように上記整流回路13Aを構成する各素子の定数及び配線基板11の配線導体によるキャパシタンスやインダクタンス及び抵抗値が設定されている。
【0046】
尚、チップアンテナ12の共振周波数は、チップアンテナ12の配線基板11への搭載状態などによっても変化するので、チップアンテナ12による受波対象となる電磁波の周波数に、上記整流回路全体の共振周波数がほぼ一致するように上記整流回路全体の各素子の定数が設定されていればよい。
【0047】
一方、整流回路13Aの出力端子13bは、平滑回路14を介して逆流防止用ダイオード15のアノードに接続されている。
【0048】
平滑回路14は、整流回路13Aの出力端子13bと逆流防止用ダイオード15のアノードに一端が接続されると共に他端が接地用端子11bに接続されたチップコンデンサ14aとチップ抵抗器14bとから構成されている。また、本実施形態では抵抗器14bとしては100Kオームの抵抗値を有するものを使用している。抵抗器14bに微弱な電流を流すことによって整流して得られた脈流から交流成分を除去した直流を得られることは周知のことである。
【0049】
尚、チップコンデンサ14aは、整流回路13Aのコンデンサ140と並列接続されるものであるので、コンデンサ140の容量に応じて設けなくとも良い。
【0050】
逆流防止用ダイオード15は、蓄電用コンデンサ16に蓄電された電力が抵抗器14bによって消費されることを防止すると共に、チップアンテナ12の給電端子12eから出力される高周波電流と蓄電用コンデンサ16から流出する電流とが整流回路13Aにおいて衝突し、これにより整流回路13Aが破壊されることを防止するために設けられている。
【0051】
逆流防止用ダイオード15のカソードは蓄電用コンデンサ16の一端と電子スイッチ17の接片に接続され、蓄電用コンデンサ16の他端は接地用端子11bに接続されている。また、電子スイッチ17の接点は出力端子11aに接続されている。
【0052】
蓄電用コンデンサ16は、一般的にスーパーキャパシタと称される大容量のコンデンサであり、本実施形態では0.03F(ファラド)の容量を有するコンデンサを用いている。
【0053】
電子スイッチ17は開閉制御回路18Aによって開閉制御され、開閉制御回路18Aは蓄電用コンデンサ16の一端の電圧が所定値以上のときに電子スイッチ17をオン状態に設定する。尚、開閉制御回路18Aにおいて、電子スイッチ17のオン・オフ切替制御にヒステリシス制御を行っていることは言うまでもない。また、上位装置からの制御信号を入力して電子スイッチ17のオン・オフ状態を切り換えるような開閉制御回路18Aを設けても良い。
【0054】
上記整流回路13Aを形成した半導体ICチップの一例を図5乃至図7に示す。図5は整流回路半導体ICチップを示す平面透視図、図6は整流回路半導体ICチップを示す表層パターン図、図7は整流回路半導体ICチップを示す内層パターン図である。尚、これらの図中に描かれている黒点は表層の導電体パターンと内層の導電体パターンとを接続するビアホールを表している。
【0055】
これらの図において、40は整流回路半導体ICチップ(以下、単にICチップと称する)で、縦横の寸法がそれぞれ1mmである。ICチップ40の表層41aには、入力端子13aに接続される入力用ランドパターン411が左中央部に形成され、左下部には第1インダクタ131を構成する渦巻き状のパターン412が形成されている。
【0056】
また、表層41aの右上部には第2インダクタ132を構成する渦巻き状のパターン413と接地用端子13cに接続される接地用ランドパターン415が形成され、右中央部には接地パターン423が形成され、右下部には出力端子13bに接続される出力用ランドパターン414が形成されている。
【0057】
また、表層41aの中央部から中央下部にかけて、コンデンサ137を構成する導電体パターン420と、コンデンサ133を構成する導電体パターン419が形成されている。
【0058】
さらに、表層41aの所定位置には接続用導電体パターン416,417,418,424,425,426,427,428が形成されている。
【0059】
また、接地用導電体パターン423と接続用導電体パターン426との間には接地用導電体パターン423側をアノードとしてダイオード134(D1)が形成され、導電体パターン420とランドパターン414との間には導電体パターン420側をアノードとしてダイオード139(D2)が形成されている。
【0060】
さらに、導電体パターン419と接続用導電体パターン425との間には導電体パターン419側をアノードとしてダイオード135(D3)が形成され、接続用導電体パターン425と接続用導電体パターン424との間には接続用導電体パターン425側をアノードとしてダイオード138(D4)が形成されている。
【0061】
一方、内層41bには表層41aの導電体パターン418,419,420に対向するように接地導体パターン431が形成されていると共に、表層41aの接地導体パターン423に対向するようにコンデンサ136を構成する導電体パターン434とコンデンサ140を構成する導電体パターン435が形成されている。
【0062】
また、表層41aの導電体パターン421に対向する位置に接地導体パターン432が形成されていると共に、その他の接続用導電体パターン433,436,437,438が形成されている。
【0063】
尚、n倍電圧整流回路(nは2以上の整数)の倍数nは、電力供給対象となる上位装置の仕様に応じて適宜設定することが好ましい。
【0064】
図8は上記構成からなるパッシブ電源回路モジュール10を試作して実際に測定した出力電圧の周波数特性を示す図である。図において、縦軸は蓄電用コンデンサ16からの出力電圧を表し、横軸は周波数を表している。また、図におけるV1は整流回路13Aへの入力電力が0dBmのときの出力電圧を表し、V2は整流回路13Aへの入力電力が−3dBmのときの出力電圧を表している。
【0065】
整流回路13Aへの入力電力が0dBmのときは、チップアンテナ12によって受波される電磁波の周波数が2.0GHzのとき出力電圧が約0.3Vであり、チップアンテナ12によって受波される電磁波の周波数が上昇するにつれて出力電圧も上昇し、周波数が2.64GHz近辺で最大値の3.72Vの出力電圧が得られ、さらに周波数が上昇すると出力電圧は徐々に減少し3.1GHzのとき約0.3Vを示した。
【0066】
また、整流回路13Aへの入力電力が−3dBmのときは、チップアンテナ12によって受波される電磁波の周波数が2.3GHzのとき約0.6Vであり、チップアンテナ12によって受波される電磁波の周波数が上昇するにつれて出力電圧も上昇し、周波数が2.64GHz近辺で最大値の2.05Vを示し、さらに周波数が上昇すると出力電圧は徐々に減少し2.9GHzのとき約0.5Vを示した。
【0067】
第1実施形態において試作したモジュール素子10の実測値では、2.64GHz近辺の周波数の電磁波を受波することにより最も効率よく電磁波エネルギーを電気エネルギーに変換できることが判ったが、上記のようにチップアンテナ12の搭載状態によってチップアンテナ12自体の共振周波数も変化するので、チップアンテナ12の搭載状態や整流回路13Aなどの回路定数の設定値の調整によって、所望の周波数にて最も効率良く電磁波エネルギーを電気エネルギーに変換できるように設定できることは言うまでもない。
【0068】
前述したように第1実施形態のパッシブ電源回路モジュール素子10のように、整流回路13Aの回路全体が、チップアンテナ12で受波する周波数にほぼ共振するように、整流回路13Aを構成する素子の定数が設定されていため、チップアンテナ12の給電点12eから出力された高周波電流の周波数に共振した状態で、交流電流である高周波電流を脈流電流に変換することができるので、整流回路13Aにおいて発生する損失を最も低減した状態で整流して、蓄電用コンデンサ16に蓄電することができる。
【0069】
さらに、逆流防止用ダイオード15を備えたので、蓄電用コンデンサ16に蓄電された電力がチップ抵抗器14bによって消費されることがなく、また、電子スイッチ17を設けているので、蓄電電圧が所定値に満たない間は、蓄電用コンデンサ16に蓄電された電力を上位装置によって無駄に消費することがない。
【0070】
尚、上記第1実施形態では、チップアンテナ12として逆F型アンテナを用い、整流回路を半波倍電圧整流回路を用いたが、これらに限定されないことは言うまでもないことである。例えば、半波倍電圧整流回路に代えて全波倍電圧整流回路を用いても良い。
【0071】
また、上記第1実施形態では大容量の蓄電用コンデンサ16に蓄電するようにしたが、これに代えて蓄電池として二次電池を用いてもよい。
【0072】
次に、本発明の第2実施形態を説明する。
【0073】
図9は本発明の第2実施形態における整流回路モジュール素子を示す平面図、図10は図9の平面図における一部拡大図である。
【0074】
第2実施形態では、第1実施形態において説明したICチップ40と複数の接続用コネクタとを備えた整流回路モジュール素子を構成した。
【0075】
図9において、50は整流回路モジュール素子で、正方形の配線基板51の表面中央部にICチップ40が固定して搭載され、図示せぬ樹脂によって覆われている。
【0076】
また、配線基板51の第1側面には第1コネクタ531が設けられ、第1側面に対向する第2側面には第2コネクタ532が設けられている。さらに、配線基板51の第3側面には第3コネクタ533が設けられている。
【0077】
ここで、第1コネクタ531は第1実施形態における入力端子13aに対応し、第2コネクタ532は第1実施形態における出力端子13bに対応し、第3コネクタ533は第1実施形態における接地用端子13cに対応している。
【0078】
配線基板51の表面には、第1コネクタ531に接続された導電体パターン511がICチップ40に向けて延びるように形成され、第2コネクタ532に接続された導電体パターン512がICチップ40に向けて延びるように形成されている。さらに、配線基板51の表面には、第3コネクタ533に接続された導電体パターン513がICチップ40に向けて延びるように形成されている。
【0079】
また、導電体パターン512に対して所定の間隔をあけて平行になるように配置された接地用導電体パターン514が形成されている。この接地用導電体パターン514によって導電体パターン512が所定インピーダンスを有するストリップラインを形成する。
【0080】
さらに、導電体パターン512と接地用導電体パターン514との間にチップ抵抗器521が接続されている。このチップ抵抗器521は第1実施形態における平滑回路14のチップ抵抗器14aに対応するものであり、100Kオームの抵抗値を有する。
【0081】
尚、配線基板51の裏面には、図示していないが接地用導電体パターンが形成されており、第1コネクタ531の接地端子と導電体パターン513及び接地用導電体パターン514が裏面側の接地用導電体パターンに接続されている。
【0082】
さらに、図10に示すように、ICチップ40の搭載位置には、裏面側の接地用導電体パターンに接続された接地用導電体パターン540が設けられている。
【0083】
ICチップ40のランドパターン411,414,415は、ボンディングワイヤ541によって導電体パターン511,512,540に接続されている。
【0084】
上記第2実施形態の整流回路モジュール素子50においても、上記第1実施形態と同様に、上記ICチップ40の整流回路13Aを構成する各素子の定数及び配線基板51の導電体パターンのキャパシタンスやインダクタンス及び抵抗値は、これらによって形成される整流回路モジュール素子50全体を一種の分布定数回路と考え、モジュール素子50全体の共振周波数が第1コネクタ511に入力される高周波電流、すなわち第1コネクタ511に接続されるアンテナによって受波される電磁波の周波数、たとえばアンテナの共振周波数に一致するように設定されており、整流回路モジュール素子50全体における電力消費量すなわち通過電流の減衰が最小になるように設定されている。
【0085】
上記整流回路モジュール素子50は、第1乃至第3コネクタ511〜513を用いてアンテナと上位装置に接続可能になっているので、任意のアンテナ及び上位装置に適用可能である。
【0086】
また、前述した第1実施形態と同様に、電磁波エネルギーを電気エネルギーに効率よく変換することができる。
【0087】
尚、前述した第1及び第2実施形態は本発明の一具体例にすぎず、本発明が上記第1及び第2実施形態のみに限定されないことは言うまでもないことである。
【0088】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のパッシブ電源回路によれば、整流回路の回路全体が、アンテナで受波する周波数にほぼ共振するように回路を構成する電子素子の定数が設定されていため、アンテナの給電点から出力された高周波電流の周波数に共振した状態で交流電流である高周波電流を脈流電流に変換することができるので、整流回路において発生する損失を最も低減した状態で整流することができる。
【0089】
さらに、整流回路から出力された脈流電流を直流電流に変換して前記蓄電器或いは蓄電池へ出力する平滑回路の正極出力端に一端が接続されると共に他端が前記接地端子に接続された抵抗器と、平滑回路の正極出力端にアノードが接続され、カソードから出力された直流電流を蓄電器或いは蓄電池へ出力する逆流防止用ダイオードとを備えたので、上記抵抗器によって脈流電流から交流成分が除去された直流を得ることができ、逆流防止用ダイオードによって、蓄電器或いは蓄電池に蓄電された電力が前記抵抗器によって消費されることを防止できる。
【0090】
さらにまた、蓄電された電気エネルギーを上位装置に供給するスイッチ手段を備えたことにより、蓄電電圧が所定値に満たない間は、蓄電器或いは蓄電池に蓄電された電力を上位装置によって無駄に消費することがない。
【0091】
また、本発明のパッシブ電源回路モジュール素子によれば、配線基板のパターンを含む整流回路全体がアンテナで受波する周波数にほぼ共振するように回路定数が設定されているので、アンテナの給電点から出力された高周波電流の周波数に共振した状態で、交流電流である高周波電流を脈流電流に変換することができるので、整流回路において発生する損失を最も低減した状態で整流することができる。
【0092】
さらに、整流回路から出力された脈流電流を直流電流に変換して前記蓄電器或いは蓄電池へ出力する平滑回路の正極出力端に一端が接続されると共に他端が前記接地端子に接続された抵抗器と、平滑回路の正極出力端にアノードが接続され、カソードから出力された直流電流を蓄電器或いは蓄電池へ出力する逆流防止用ダイオードとを備えたので、上記抵抗器によって脈流電流から交流成分が除去された直流を得ることができ、逆流防止用ダイオードによって、蓄電器或いは蓄電池に蓄電された電力が前記抵抗器によって消費されることを防止できる。
【0093】
さらにまた、蓄電された電気エネルギーを上位装置に供給するスイッチ手段を備えたことにより、蓄電電圧が所定値に満たない間は、蓄電器或いは蓄電池に蓄電された電力を上位装置によって無駄に消費することがない。
【0094】
また、本発明の整流回路及びその半導体ICチップとモジュール素子によれば、回路全体が、アンテナで受波する周波数にほぼ共振するように回路を構成する電子素子の定数が設定されていため、アンテナの給電点から出力された高周波電流の周波数に共振した状態で交流電流である高周波電流を脈流電流に変換することができるので、整流回路において発生する損失を最も低減した状態で整流することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態におけるパッシブ電源回路モジュール素子を示す斜視図
【図2】本発明の第1実施形態におけるパッシブ電源回路モジュール素子を示す平面図
【図3】本発明の第1実施形態におけるパッシブ電源回路を示す構成図
【図4】本発明の第1実施形態における整流回路を示す構成図
【図5】本発明の第1実施形態における整流回路半導体ICチップを示す平面透視図
【図6】本発明の第1実施形態における整流回路半導体ICチップを示す表層パターン図
【図7】本発明の第1実施形態における整流回路半導体ICチップを示す内層パターン図
【図8】本発明の第1実施形態におけるパッシブ電源回路モジュール素子の出力電圧と周波数との関係を示す特性図
【図9】本発明の第2実施形態における整流回路モジュール素子を示す平面図
【図10】本発明の第2実施形態における整流回路モジュール素子の平面図における一部拡大図
【図11】従来例の電子機器用電源装置を示す回路図
【符号の説明】
10…パッシブ電源回路モジュール素子、11…配線基板、11a…正極出力端子、11b…接地用端子、12…チップアンテナ、13…整流回路モジュール素子、13A…整流回路、13a…入力端子、13b,13c…出力端子、131…第1インダクタ、132…第2インダクタ、133,136,137,140…コンデンサ、134,135,138,139…ダイオード、14…平滑回路、14a…コンデンサ、14b…抵抗器、15…逆流防止用ダイオード、16…蓄電用コンデンサ、17…電子スイッチ、18…開閉制御回路素子、18A…開閉制御回路、40…整流回路ICチップ、411…入力用ランドパターン、412…第1インダクタパターン、413…第2インダクタパターン、414…出力用ランドパターン、415…接地用ランドパターン、D1〜D4…ダイオード、50…整流回路モジュール素子、51…配線基板、511〜513…接続用導電体パターン、514,.540…接地用導電体パターン、521…チップ抵抗器、531〜533…コネクタ、541…ボンディングワイヤー。
Claims (20)
- 受波した電磁波のエネルギーを電気エネルギーに変換して、該電気エネルギーを蓄電器或いは蓄電池に蓄電し、該蓄電された電気エネルギーを上位装置に供給するパッシブ電源回路であって、
所定周波数に共振して該周波数の電磁波を受波するアンテナと、
前記アンテナの給電点に接続されていると共に回路全体が前記アンテナで受波する周波数にほぼ共振するように回路を構成する電子素子の定数が設定され、前記アンテナに誘起した高周波電流を整流して脈流電流を出力する整流回路とを備えている
ことを特徴とするパッシブ電源回路。 - 前記整流回路の正極出力端と負極出力端との間に接続された所定値以上の容量を有する蓄電用コンデンサを備え、
前記蓄電用コンデンサに蓄積された電気エネルギーを前記上位装置に供給する
ことを特徴とする請求項1に記載のパッシブ電源回路。 - 前記整流回路は、
前記アンテナの給電点の正極に一端が接続された第1インダクタと、
前記アンテナの給電点の正極に一端が接続されると共に他端が接地端子に接続された第2インダクタと、
入力側の正極が前記第1インダクタの他端に接続され、入力側の負極が前記接地端子に接続されている整流回路本体とを含む
ことを特徴とする請求項1に記載のパッシブ電源回路。 - 前記整流回路本体は、倍電圧整流回路を含むことを特徴とする請求項3に記載のパッシブ電源回路。
- 前記整流回路は、
前記アンテナの給電点の正極に一端が接続された第1インダクタと、
前記アンテナの給電点の正極に一端が接続されると共に他端が接地端子に接続された第2インダクタと、
前記第1インダクタの他端と前記接地端子とに入力側が接続されている倍電圧整流回路とを含む
ことを特徴とする請求項1に記載のパッシブ電源回路。 - 前記倍電圧整流回路は、
前記第1インダクタの他端に一端が接続された第1コンデンサと、
前記接地端子にアノードが接続されると共に前記第1コンデンサの他端にカソードが接続された第1ダイオードと、
前記第1ダイオードのカソードにアノードが接続された第2ダイオードと、
一端が前記第2ダイオードのカソードに接続されると共に他端が前記接地端子に接続された第2コンデンサと、
前記第2ダイオードのカソードにアノードが接続された第3ダイオードと、
一端が前記第1インダクタの他端に接続されると共に他端が前記前記第3ダイオードのカソードに接続された第3コンデンサと、
前記第3ダイオードのカソードにアノードが接続された第4ダイオードと、
一端が前記第4ダイオードのカソードに接続されると共に他端が前記接地端子に接続された第4コンデンサとからなる
ことを特徴とする請求項5に記載のパッシブ電源回路。 - 前記整流回路から出力された脈流電流を直流電流に変換して前記蓄電器或いは蓄電池へ出力する平滑回路を備えている
ことを特徴とする請求項1に記載のパッシブ電源回路。 - 前記平滑回路の正極出力端に一端が接続されると共に他端が前記接地端子に接続された抵抗器と、
前記平滑回路の正極出力端にアノードが接続され、カソードから出力された直流電流を前記蓄電器或いは蓄電池へ出力する逆流防止用ダイオードとを備えている
ことを特徴とする請求項7に記載のパッシブ電源回路。 - 前記アンテナは、アンテナエレメントの一端が前記接地端子に結合されると共に他端が開放され、前記アンテナエレメントの一端と他端との間に接続された正極給電点を有する
ことを特徴とする請求項1に記載のパッシブ電源回路。 - 前記アンテナエレメントの一端が前記接地端子に容量結合されている
ことを特徴とする請求項9に記載のパッシブ電源回路。 - 前記蓄電器或いは蓄電池への充電電圧が所定値以上になったときに、前記蓄電された電気エネルギーを前記上位装置に供給するスイッチ手段を備えている
ことを特徴とする請求項1に記載のパッシブ電源回路。 - 前記請求項1乃至請求項11のいずれかに記載のパッシブ電源回路が配線基板に形成されてなり、
前記配線基板には、上位装置と接続可能な電力出力端子と接地端子が設けられている
ことを特徴とするパッシブ電源回路モジュール素子。 - 前記配線基板の配線パターンによって形成されるキャパシタンスとインダクタンス及び電気抵抗の成分の定数を含む回路定数によって設定される少なくとも前記整流回路の共振周波数が前記アンテナの共振周波数にほぼ一致するように前記回路定数が設定されている
ことを特徴とする請求項12に記載のパッシブ電源回路モジュール素子。 - 所定の共振周波数を有するアンテナによって受波した電磁波のエネルギーを電気エネルギーに変換して出力する整流回路であって、
前記アンテナの給電点から出力される高周波電流を入力するための入力端子と、
整流して得られた電気エネルギーを出力する出力端子と、
接地端子とを備え、
回路全体が前記アンテナの共振周波数にほぼ共振するように回路を構成する電子素子の定数が設定されている
ことを特徴とする整流回路。 - 倍電圧整流回路を含むことを特徴とする請求項14に記載の整流回路。
- 前記入力端子に一端が接続された第1インダクタと、
前記入力端子に一端が接続されると共に他端が前記接地端子に接続された第2インダクタと、
前記第1インダクタの他端と前記接地端子とに入力側が接続されている倍電圧整流回路とを含む
ことを特徴とする請求項14に記載の整流回路。 - 前記倍電圧整流回路は、
前記第1インダクタの他端に一端が接続された第1コンデンサと、
前記接地端子にアノードが接続されると共に前記第1コンデンサの他端にカソードが接続された第1ダイオードと、
前記第1ダイオードのカソードにアノードが接続された第2ダイオードと、
一端が前記第2ダイオードのカソードに接続されると共に他端が前記接地端子に接続された第2コンデンサと、
前記第2ダイオードのカソードにアノードが接続された第3ダイオードと、
一端が前記第1インダクタの他端に接続されると共に他端が前記前記第3ダイオードのカソードに接続された第3コンデンサと、
前記第3ダイオードのカソードにアノードが接続された第4ダイオードと、
一端が前記第4ダイオードのカソードに接続されると共に他端が前記接地端子に接続された第4コンデンサとからなる
ことを特徴とする請求項16に記載の整流回路。 - 前記請求項14乃至請求項17のいずれかに記載の整流回路が配線基板に形成されてなる
ことを特徴とする整流回路モジュール素子。 - 前記配線基板の配線パターンによって形成されるキャパシタンスと、インダクタンス及び電気抵抗の成分の定数を含み、整流回路の共振周波数が前記アンテナの共振周波数にほぼ一致するように回路定数が設定されている
ことを特徴とする請求項18に記載の整流回路モジュール素子。 - 前記請求項14乃至請求項17のいずれかに記載の整流回路が形成されてなる
ことを特徴とする半導体ICチップ。
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