JP2005318710A - 整流回路及び整流回路を備えた無線通信媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】
電圧損失を抑制し、充分に電力供給を行なうことができる整流回路及び整流回路を備えた無線通信媒体を提供すること。
【解決手段】
本発明にかかる整流回路は、ゲートをソースと共通化したＰＭＯＳトランジスタＰ１、Ｐ２により構成されるダイオード対と、ゲートを他方のＮＭＯＳトランジスタのドレインと接続したＮＭＯＳトランジスタＮ１、Ｎ２より構成されるスイッチ対とを備えている。そして、ＰＭＯＳトランジスタＰ１とＮＭＯＳトランジスタＮ１のドレイン同士を接続するノードを入力とし、ＰＭＯＳトランジスタＰ２とＮＭＯＳトランジスタＮ２のドレイン同士を接続するノードも入力としており、これらの入力に対して交流電圧信号が入力される。ＰＭＯＳトランジスタＰ１、Ｐ２において共通化された電極を出力とし、ＮＭＯＳトランジスタＮ１、Ｎ２のソースを出力とし、これらの出力から直流電圧信号を出力する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、交流電圧信号を直流電圧信号に変換する整流回路を構成する半導体集積回路装置に関するものである。

無線通信ＩＣや無線通信情報記憶媒体等の無線通信媒体は、リーダライタや商品確認管理装置等の通信装置との間において非接触状態で通信を行なう。かかる無線通信媒体は、小型化等の観点から内部に電池を備えておらず、外部装置と電磁誘導により結合して電力供給を受ける場合がある。例えば、ＩＣカード、商品に付されるＩＣタグや電子キー等は、それぞれＩＣカードリーダライタ、商品確認管理装置や電子商取引実行装置（システム）から電力供給を受けることが一般的である。

このように、外部装置から電磁誘導により結合して電力供給を受ける場合、無線通信媒体は、外部装置から送信された電波信号に応じた交流電圧信号を直流電圧信号に変換する整流回路を備えている。

整流回路は、図５（ａ）に示されるように、通常、ダイオード２０２により構成される。このダイオード２０２は、例えば、図５（ｂ）に示されるように、入力側のソースとゲートとを接続したＮチャネルＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）ＦＥＴ（Field Effect Transistor）により構成される。また、図５（ｃ）に示されるように、出力側のドレインとゲートとを接続したＰチャネルＭＯＳトランジスタにより構成される。

図５（ｂ）、（ｃ）に示される構成のダイオードにおいては、図５（ｄ）に示されるように、当該ダイオードがオン状態になるためには、閾値電圧Ｖｔｈを入力端子に対して印加する必要がある。このため、必ず閾値電圧Ｖｔｈ分の電圧降下が発生する。

図６は、ＮチャネルＭＯＳトランジスタを用いた従来の全波整流回路の構成及び主要信号の波形を示す図である。当該全波整流回路では、４つのＮチャネルＭＯＳトランジスタN１１、Ｎ１２、Ｎ１３、Ｎ１４が図６（ａ）に示されるような構成にて接続されている。このような回路構成を有する全波整流回路においては、図６（ｂ）の信号波形図に示されるように、出力信号である直流電圧信号の振幅が、入力信号である交流電圧信号の振幅に対してＮチャネルＭＯＳトランジスタの閾値電圧Ｖｔｈ分だけ高電位側と低電位側から縮小される。

図７は、ＮチャネルＭＯＳトランジスタを用いた従来の他の全波整流回路の構成及び主要信号の波形を示す図である。当該全波整流回路では、４つのＮチャネルＭＯＳトランジスタN１５、Ｎ１６、Ｎ１７、Ｎ１８が図７（ａ）に示されるような構成にて接続されている。かかる全波整流回路は、例えば、特許文献１に開示されている。このような回路構成を有する全波整流回路においては、低電位側をＮチャネルＭＯＳトランジスタＮ１７、Ｎ１８の対により構成しているので、図７（ｂ）の信号波形図に示されるように、低電位側の電圧縮小幅ΔＶｓｓを低減することが可能である。しかしながら、高電位側の電圧縮小幅ΔＶｄｄは依然として大きいままである。ここで、高電位側の電圧縮小幅ΔＶｄｄについては、ＮチャネルＭＯＳトランジスタの構成がソースフォロアの形となり、ＮチャネルＭＯＳトランジスタに対して閾値を相当高くする方向で基板バイアス、即ち基板とソースの電位差がかかることになる。

また、図８に示されるように、半波整流回路方式を使用することも可能である。しかしながら、半波整流回路方式では、入力された交流電圧信号のうちダイオードをオンさせるサイクルでしか整流に寄与できない。従って、電力が供給されない半サイクルの期間は、内部回路と電荷蓄積用コンデンサ（平滑コンデンサ）で決定される時定数に従って電圧降下が生じる。このような所定の時定数に従った電圧降下は全波整流においても観測されるが、全サイクルでのダイオード動作によりその降下分は半波整流方式と比較すると小さい。
特開２０００−１９７３６５号公報

以上説明したように、従来の整流回路においては、交流電圧を直流電圧に変換する際に、電圧降下による損失が発生し、充分に電力供給ができないという問題点があった。

本発明の目的は、かかる問題を解消し、電圧損失を抑制し、充分に電力供給を行なうことができる整流回路を構成する半導体集積回路装置を提供することにある。

本発明にかかる整流回路は、交流電圧信号を入力し、当該交流電圧信号を直流電圧信号に変換して出力する整流回路であって、ゲートをソースと共通化した第１及び第２のＭＯＳトランジスタにより構成されるダイオード対と、ゲートを他方のＭＯＳトランジスタのドレインと接続し、前記１及び第２のＭＯＳトランジスタと異なる極性を有する第３及び第４のＭＯＳトランジスタより構成されるスイッチ対とを備え、第１のＭＯＳトランジスタと第３のＭＯＳトランジスタのドレイン同士を接続するノードを第１の入力とし、第２のＭＯＳトランジスタと第４のＭＯＳトランジスタのドレイン同士を接続するノードを第２の入力とし、第１、第２の入力に対して交流電圧信号を入力し、第１及び第２のＭＯＳトランジスタにおいて共通化された電極を第１の出力とし、第３及び第４のＭＯＳトランジスタのソースを第２の出力とし、第１、第２の出力から直流電圧信号を出力するものである。

本発明にかかる他の整流回路は、交流電圧信号を入力し、当該交流電圧信号を直流電圧信号に変換して出力する整流回路であって、ゲートをソースと共通化した第１及び第２のＰチャネルＭＯＳトランジスタにより構成されるダイオード対と、ゲートを他方のＮチャネルＭＯＳトランジスタのドレインと接続した第３及び第４のＮチャネルＭＯＳトランジスタより構成されるスイッチ対とを備え、第１のＰチャネルＭＯＳトランジスタと第３のＮチャネルＭＯＳトランジスタのドレイン同士を接続するノードを第１の入力とし、第２のＰチャネルＭＯＳトランジスタと第４のＮチャネルＭＯＳトランジスタのドレイン同士を接続するノードを第２の入力とし、第１、第２の入力に対して交流電圧信号を入力し、

第１及び第２のＰチャネルＭＯＳトランジスタにおいて共通化された電極を第１の出力とし、第３及び第４のＮチャネルＭＯＳトランジスタのソースを第２の出力とし、第１、第２の出力から直流電圧信号を出力するものである。

また、本発明にかかる他の整流回路は、交流電圧信号を入力し、当該交流電圧信号を直流電圧信号に変換して出力する整流回路であって、ゲートをソースと共通化した第１及び第２のＮチャネルＭＯＳトランジスタにより構成されるダイオード対と、ゲートを他方のＰチャネルＭＯＳトランジスタのドレインと接続した第３及び第４のＰチャネルＭＯＳトランジスタより構成されるスイッチ対とを備え、第１のＮチャネルＭＯＳトランジスタと第３のＰチャネルＭＯＳトランジスタのドレイン同士を接続するノードを第１の入力とし、第２のＮチャネルＭＯＳトランジスタと第４のＰチャネルＭＯＳトランジスタのドレイン同士を接続するノードを第２の入力とし、第１、第２の入力に対して交流電圧信号を入力し、第１及び第２のＮチャネルＭＯＳトランジスタにおいて共通化された電極を第１の出力とし、第３及び第４のＰチャネルＭＯＳトランジスタのソースを第２の出力とし、第１、第２の出力から直流電圧信号を出力するものである。

本発明にかかる無線通信媒体は、外部装置から電波信号を受信し、交流電圧信号を生成するアンテナ回路と、当該アンテナ回路によって生成された交流電圧信号を入力し、当該交流電圧信号を直流電圧信号に変換して出力する上述の整流回路とを備えたものである。

この無線通信媒体は、さらに、前記整流回路より出力された直流電圧信号を蓄えるコンデンサと、前記直流電圧信号により動作し所定の処理を行う内部回路とを備えることが望ましい。

本発明によれば、電圧損失を抑制し、充分に電力供給を行なうことができる整流回路と、整流回路を備えた無線通信媒体を提供することができる。

まず、図１を用いて、本発明にかかる整流回路を備えた無線通信媒体の一例である無線通信用情報記憶媒体と、その通信相手である外部装置の一例である無線通信用リーダライタの構成について説明する。図１に示されるように、無線通信用リーダライタ１００は、送信回路１０１と当該送信回路１０１と接続された通信コイル１０２を備えている。無線通信用情報記憶媒体２００は、通信コイル２０１を備えている。無線通信用情報記憶媒体２００は、通信コイル２０１の両端と接続されたＬＡ端子、ＬＢ端子が接続されたコンデンサＣｒと、当該ＬＡ端子及びＬＢ端子と接続された整流回路２０２を備えている。さらに、整流回路２０２は、ＶＤＤ出力と、ＶＳＳ出力と接続され、当該ＶＤＤ出力及びＶＳＳ出力は内部回路２０３及びコンデンサＣｆと接続されている。

無線通信用リーダライタ１００と無線通信用情報記憶媒体２００の間で通信を行う場合、通信コイル１０２と通信コイル２０１が電磁結合する。通信を行う際、例えば通信用の搬送波を振幅変調した振幅変調信号を通信コイル１０２と通信コイル２０１の間で送受信する。また、無線通信用リーダライタ１００の送信回路１０１から通信コイル１０２を介して送信された送信信号を無線通信用情報記憶媒体２００の通信コイル２０１によって受信し、当該通信コイル２０１及びコンデンサＣｒにより構成される共振回路（アンテナ回路）により交流電圧信号（搬送波）を生成する。交流電圧信号に対して、整流回路２０２は、さらに全波整流を実行する。即ち、整流回路２０２は、所定の周波数を持つ交流電圧信号を入力し、この交流電圧信号を直流電圧信号に変換し、出力する。整流後の信号は、平滑コンデンサＣｆによって平滑化し、電力を蓄積する。この整流回路２０２によって生成された直流定電圧（電源電圧）ＶＤＤによって内部回路２０３が動作する。内部回路２０３は、通信処理等の各種の処理を実行する。

図１において説明した無線通信用情報記憶媒体２００の等価回路を図２に示す。図に示されるように、通信コイル２０１は電源２０１と等価であり、内部回路２０３はＲＬ回路２０３と等価である。

図３に本発明にかかる全波整流回路の構成例及び主要信号の波形を示す。図３（ａ）に示されるように、ＰチャネルＭＯＳトランジスタＰ１のゲートはソースと短絡し、電源電圧ＶＤＤに接続されている。ＰチャネルＭＯＳトランジスタＰ２のゲートはソースと短絡し、電源電圧ＶＤＤに接続されている。当該ＰチャネルＭＯＳトランジスタＰ１とＰチャネルＭＯＳトランジスタＰ２により、ソースが共通化されたＭＯＳトランジスタにより構成されたＭＯＳダイオード対を構成する。

ＰチャネルＭＯＳトランジスタＰ１のドレインは、ＮチャネルＭＯＳトランジスタＮ１のドレインと接続されている。そして、ＰチャネルＭＯＳトランジスタＰ１のドレインと、ＮチャネルＭＯＳトランジスタＮ１のドレインの接続点であるノードに、通信コイルＬｒの一端と接続されたＬＡ端子が接続されている。

ＰチャネルＭＯＳトランジスタＰ２のドレインは、ＮチャネルＭＯＳトランジスタＮ２のドレインと接続されている。そして、ＰチャネルＭＯＳトランジスタＰ２のドレインと、ＮチャネルＭＯＳトランジスタＮ２のドレインの接続点であるノードに、通信コイルＬｒの他端と接続されたＬＢ端子が接続されている。

ＮチャネルＭＯＳトランジスタＮ１のゲートは、ＰチャネルＭＯＳトランジスタＰ２のドレインと、ＮチャネルＭＯＳトランジスタＮ２のドレインの接続点であるノードに接続されている。また、ＮチャネルＭＯＳトランジスタＮ２のゲートは、ＰチャネルＭＯＳトランジスタＰ１のドレインと、ＮチャネルＭＯＳトランジスタＮ１のドレインの接続点であるノードに接続されている。

ＮチャネルＭＯＳトランジスタＮ１とＮチャネルＭＯＳトランジスタＮ２のソースは、電圧ＶＳＳに接続されている。

ＮチャネルＭＯＳトランジスタＮ１とＮチャネルＭＯＳトランジスタＮ２とにより、ＭＯＳスイッチ対を構成する。

図３（ｂ）においてＶＬＡがＬＡ端子における電位、ＶＬＢがＬＢ端子における電位を示し、ＶＬＡＢが、ＬＡ端子とＬＢ端子の電位差を示す。ＶＤＤは高電位側の電位、ＶＳＳは低電位側の電位をそれぞれ示す。このような回路構成を有する整流回路は、図３（ｂ）に示されるように、高電位側の電圧損失ΔＶｄｄ及び低電位側の電圧損失ΔＶｓｓが共に少ない。このため、電力を安定的に内部回路に対して供給することができる。特に、このような構成を有する整流回路を無線通信用ＩＣや無線通信用記憶媒体に用いた場合には、リーダライタ等の通信装置との間の通信距離を長くすることが可能となる。

図４に本発明にかかる全波整流回路の他の構成例及び主要信号の波形を示す。図４（ａ）に示されるように、ＰチャネルＭＯＳトランジスタＰ３のソースと、ＰチャネルＭＯＳトランジスタＰ４のソースは、電源電圧ＶＤＤに接続されている。

ＰチャネルＭＯＳトランジスタＰ３のドレインは、ＮチャネルＭＯＳトランジスタＮ３のドレインと接続されている。そして、ＰチャネルＭＯＳトランジスタＰ３のドレインと、ＮチャネルＭＯＳトランジスタＮ３のドレインの接続点であるノードに、通信コイルＬｒの一端と接続されたＬＡ端子が接続されている。

ＰチャネルＭＯＳトランジスタＰ４のドレインは、ＮチャネルＭＯＳトランジスタＮ４のドレインと接続されている。そして、ＰチャネルＭＯＳトランジスタＰ４のドレインと、ＮチャネルＭＯＳトランジスタＮ４のドレインの接続点であるノードに、通信コイルＬｒの他端と接続されたＬＢ端子が接続されている。

ＰチャネルＭＯＳトランジスタＰ３のゲートは、ＰチャネルＭＯＳトランジスタＰ４のドレインとＮチャネルＭＯＳトランジスタＮ４のドレインの接続点であるノードに接続されている。また、ＰチャネルＭＯＳトランジスタＰ４のゲートは、ＰチャネルＭＯＳトランジスタＰ３のドレインとＮチャネルＭＯＳトランジスタＮ３のドレインの接続点であるノードに接続されている。

ＰチャネルＭＯＳトランジスタＰ３とＰチャネルＭＯＳトランジスタＰ４とにより、ＭＯＳスイッチ対を構成する。

ＮチャネルＭＯＳトランジスタＮ３のゲートとソースは短絡し、電圧ＶＳＳに接続されている。ＮチャネルＭＯＳトランジスタＮ４のゲートとソースは短絡し、電圧ＶＳＳに接続されている。当該ＮチャネルＭＯＳトランジスタＮ３とＮチャネルＭＯＳトランジスタＮ４により、ソースが共通化されたＭＯＳトランジスタにより構成されたＭＯＳダイオード対が構成される。

図４（ｂ）においてＶＬＡがＬＡ端子における電位、ＶＬＢがＬＢ端子における電位を示し、ＶＬＡＢが、ＬＡ端子とＬＢ端子の電位差を示す。ＶＤＤは高電位側の電位、ＶＳＳは低電位側の電位をそれぞれ示す。このような回路構成を有する整流回路は、図４（ｂ）に示されるように、高電位側の電圧損失ΔＶｄｄ及び低電位側の電圧損失ΔＶｓｓが共に少ない。このため、電力を安定的に内部回路に対して供給することができる。特に、このような構成を有する整流回路を無線通信用ＩＣや無線通信用記憶媒体に用いた場合には、リーダライタ等の通信装置との間の通信距離を長くすることが可能となる。

本発明にかかる整流回路を用いた無線通信用記憶媒体及び無線通信用リーダライタの構成を示す図である。 本発明にかかる整流回路を用いた無線通信用記憶媒体の等価回路図である。 本発明にかかる整流回路の構成例を示す図及び主要な信号波形図である。 本発明にかかる他の整流回路の構成例を示す図及び主要な信号波形図である。 従来のダイオード回路の構成を示す回路図及び入出力特性を示すグラフである。 従来の整流回路の構成例を示す図及び主要な信号波形図である。 従来の整流回路の構成例を示す図及び主要な信号波形図である。 従来の整流回路の構成例を示す図及び主要な信号波形図である。

符号の説明

１００ 無線通信用リーダライタ
１０１ 送信回路
１０２ 通信コイル
２００ 無線通信用情報記憶媒体
２０１ 通信コイル
２０２ 整流回路
２０３ 内部回路
Ｐ１〜Ｐ４ ＰチャネルＭＯＳトランジスタ
Ｎ１〜Ｎ４ ＮチャネルＭＯＳトランジスタ

Claims (5)

1. 交流電圧信号を入力し、当該交流電圧信号を直流電圧信号に変換して出力する整流回路であって、
   ゲートをソースと共通化した第１及び第２のＭＯＳトランジスタにより構成されるダイオード対と、ゲートを他方のＭＯＳトランジスタのドレインと接続し、前記１及び第２のＭＯＳトランジスタと異なる極性を有する第３及び第４のＭＯＳトランジスタより構成されるスイッチ対とを備え、
   第１のＭＯＳトランジスタと第３のＭＯＳトランジスタのドレイン同士を接続するノードを第１の入力とし、第２のＭＯＳトランジスタと第４のＭＯＳトランジスタのドレイン同士を接続するノードを第２の入力とし、第１、第２の入力に対して交流電圧信号を入力し、
   第１及び第２のＭＯＳトランジスタにおいて共通化された電極を第１の出力とし、第３及び第４のＭＯＳトランジスタのソースを第２の出力とし、第１、第２の出力から直流電圧信号を出力する整流回路。
2. 交流電圧信号を入力し、当該交流電圧信号を直流電圧信号に変換して出力する整流回路であって、
   ゲートをソースと共通化した第１及び第２のＰチャネルＭＯＳトランジスタにより構成されるダイオード対と、ゲートを他方のＮチャネルＭＯＳトランジスタのドレインと接続した第３及び第４のＮチャネルＭＯＳトランジスタより構成されるスイッチ対とを備え、
   第１のＰチャネルＭＯＳトランジスタと第３のＮチャネルＭＯＳトランジスタのドレイン同士を接続するノードを第１の入力とし、第２のＰチャネルＭＯＳトランジスタと第４のＮチャネルＭＯＳトランジスタのドレイン同士を接続するノードを第２の入力とし、第１、第２の入力に対して交流電圧信号を入力し、
   第１及び第２のＰチャネルＭＯＳトランジスタにおいて共通化された電極を第１の出力とし、第３及び第４のＮチャネルＭＯＳトランジスタのソースを第２の出力とし、第１、第２の出力から直流電圧信号を出力する整流回路。
3. 交流電圧信号を入力し、当該交流電圧信号を直流電圧信号に変換して出力する整流回路であって、
   ゲートをソースと共通化した第１及び第２のＮチャネルＭＯＳトランジスタにより構成されるダイオード対と、ゲートを他方のＰチャネルＭＯＳトランジスタのドレインと接続した第３及び第４のＰチャネルＭＯＳトランジスタより構成されるスイッチ対とを備え、
   第１のＮチャネルＭＯＳトランジスタと第３のＰチャネルＭＯＳトランジスタのドレイン同士を接続するノードを第１の入力とし、第２のＮチャネルＭＯＳトランジスタと第４のＰチャネルＭＯＳトランジスタのドレイン同士を接続するノードを第２の入力とし、第１、第２の入力に対して交流電圧信号を入力し、
   第１及び第２のＮチャネルＭＯＳトランジスタにおいて共通化された電極を第１の出力とし、第３及び第４のＰチャネルＭＯＳトランジスタのソースを第２の出力とし、第１、第２の出力から直流電圧信号を出力する整流回路。
4. 外部装置から電波信号を受信し、交流電圧信号を生成するアンテナ回路と、
   当該アンテナ回路によって生成された交流電圧信号を入力し、当該交流電圧信号を直流電圧信号に変換して出力する請求項１、２又は３記載の整流回路とを備えた無線通信媒体。
5. 前記整流回路より出力された直流電圧信号を蓄えるコンデンサと、前記直流電圧信号により動作し所定の処理を行う内部回路とを備えていることを特徴とする請求項４記載の無線通信媒体。

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