JP2008017459A - 無線送信機 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 電源と、送信データを無線信号に変換して送信アンテナから送信する送信回路と、所定の間欠比率で電源から供給される電圧を送信回路に出力する電源回路とを備えた無線送信機において、電源回路は、入力端子に接続される第1のスイッチと、出力端子に接続される第2のスイッチと、スイッチ間に接続され、第1のスイッチがオン、第2のスイッチがオフのときに電源から供給されるエネルギーを蓄積し、第1のスイッチがオフ、第2のスイッチがオンのときに蓄積したエネルギーを出力端子に出力するエネルギー蓄積部と、エネルギー蓄積部のエネルギー蓄積・出力により変動する出力電圧に応じて、第1および第2のスイッチを相補的にオンオフするスイッチ制御部とを備える。
【選択図】 図1
Description
堤坂秀樹、「無線通信機器」、日本理工出版会、pp.123-124、ISBN4-89019-136-4
以上の理由から、アクティブタグの電源寿命を長期化するには限界があった。
クロスカップル接続のトランジスタ対とダイオード接続のトランジスタ対のサイズ比(ゲート幅比)を調整することにより、スイッチ制御部で基準電圧と比較する入力電圧に対するヒステリシス電圧を設定する構成としてもよい。
図1は、本発明の無線送信機の実施形態を示す。図において、本実施形態の無線送信機は、電源10、電源回路20および送信アンテナ38を含む送信回路30を有し、電源回路20の制御により送信回路30に所要の電圧が供給され、送信回路30が電圧入力のタイミングで送信データを生成し、高周波パルス信号(RFパルス信号)として送信する動作を開始する構成である。
図2は、電源回路20の第1の構成例を示す。図1の電源回路20を構成する各部と図2に示す電源回路20を構成する各部は、次のような対応関係になる。第1のスイッチ21および第2のスイッチ22はそのまま対応する。エネルギー蓄積部23は、第1のスイッチ21と第2のスイッチ22と接地との間に接続されるキャパシタCにより構成される。スイッチ制御部24は、キャパシタCの端子間電圧を取り出す抵抗R1,R2と、基準電圧発生回路25と、キャパシタCの端子間電圧と基準電圧Vref とを比較するコンパレータ26により構成され、コンパレータ26の出力により第1のスイッチ21および第2のスイッチ22のオンオフが相補的に制御される。
IIN =dQ/dT=C(VH−VL)/TPOFF
IOUT =dQ/dT=C(VH−VL)/TPON
図5は、電源回路20の第2の構成例を示す。図2に示す第1の構成例との違いは、電源回路20の出力端子と接地間に、コンパレータ26によりオンオフ制御される第3のスイッチ27を接続したところにある。第3のスイッチ27は、第1のスイッチ21と同じタイミングでオンオフし、第2のスイッチ22とは相補的にオンオフする。したがって、第2のスイッチ22をオフにするタイミングで第3のスイッチ27がオンとなり、電源回路20の出力端子から電荷を引き抜き、送信回路30の動作を高速に停止させることができる。
ところで、図1に示す構成の無線送信機をさらに長寿命にしたい場合は、間欠動作比率を大きくすることが有効であるが、これは電源10から電源回路20に入力する電流が小さくなることを意味する。図2または図5において、電源10からの電流は、キャパシタCへの充電電流とコンパレータ26の動作電流の和であるので、間欠動作比率を大きくして超寿命化を図るために電源回路20への入力電流が小さくなる場合には、低電流で動作するコンパレータ26が必要になる。一方、超小型の太陽電池やMEMS発電機のように出力電流が小さい電源を用いる場合にも、無線送信機を動作させるためには低電流で動作するコンパレータ26が必要になる。
図7および図9を参照して電源回路20の第3の構成例の動作例について説明する。図9の横軸は時間である。
図8および図10を参照して電源回路20の第4の構成例の動作例について説明する。図10の横軸は時間である。
図11は、送信回路30の構成例を示す。図において、送信回路30は、図1の電源回路20または図7,8の第2の電源回路20−2から供給される電圧により動作するデータクロック生成部31、送信データ生成部32および送信信号生成部33により構成されるが、電源回路20または第2の電源回路20−2の出力端子に接続される電源線は省略している。データクロック生成部31の出力が送信データ生成部32および送信信号生成部33に入力され、送信データ生成部32の出力が送信信号生成部33に入力され、送信信号生成部33から出力される送信信号が送信アンテナ38を駆動する。
20 電源回路
21,22,27 スイッチ
23 エネルギー蓄積部
24 スイッチ制御部
25 基準電圧発生回路(Vref )
26 コンパレータ
30 送信回路
31 データクロック生成部
32 送信データ生成部
33 送信信号生成部
34 送信データラッチ部
35 パルス信号生成部
351 NAND回路
352,354 インバータ
353 抵抗(R)
355 キャパシタ(C)
356 分周回路
36 バッファ回路
37 カウンタ
38 送信アンテナ
51 アンテナ
52 アナログフロントエンド部
521 増幅器
522 二乗検波器
523 IF増幅器
53 アナログ/ディジタル変換器(ADC)
54 ベースバンド処理部
541 相関演算処理部
542 ピーク検出部
543 データ読み取り部
Claims (12)
- 電源と、
外部からの電圧入力に応じて動作し、送信データを無線信号に変換して送信アンテナから送信する送信回路と、
入力端子が前記電源に接続され、出力端子が前記送信回路に接続され、所定の間欠比率で前記電源から供給される電圧を前記送信回路に出力する電源回路と
を備えた無線送信機において、
前記電源回路は、
前記入力端子に接続される第1のスイッチと、
前記出力端子に接続される第2のスイッチと、
前記第1のスイッチと前記第2のスイッチとの間に接続され、前記第1のスイッチがオン、前記第2のスイッチがオフのときに前記電源から供給されるエネルギーを蓄積し、前記第1のスイッチがオフ、前記第2のスイッチがオンのときに蓄積したエネルギーを前記出力端子に出力するエネルギー蓄積部と、
前記エネルギー蓄積部のエネルギー蓄積・出力により変動する出力電圧に応じて、前記第1のスイッチおよび前記第2のスイッチを相補的にオンオフするスイッチ制御部と
を備えたことを特徴とする無線送信機。 - 請求項1に記載の無線送信機において、
前記エネルギー蓄積部は、前記第1のスイッチと前記第2のスイッチとの接続点と接地との間に接続されるキャパシタとし、
前記スイッチ制御部は、前記キャパシタの端子間電圧を入力電圧とし、当該入力電圧と基準電圧とを比較し、当該入力電圧が基準電圧を超えたことを検知したときに前記第1のスイッチをオフ、前記第2のスイッチをオンとして、前記キャパシタの端子間電圧を前記第2のスイッチを介して前記送信回路に出力するとともに、当該入力電圧が基準電圧を下回ったことを検知したときに前記第1のスイッチをオン、前記第2のスイッチをオフとして前記出力端子への出力を停止する構成である
ことを特徴とする無線送信機。 - 請求項1または請求項2に記載の無線送信機において、
前記第1のスイッチに代えて、前記電源からの電流を制限する抵抗を配置した構成である
ことを特徴とする無線送信機。 - 請求項1に記載の無線送信機において、
前記電源回路は、前記出力端子と接地との間に第3のスイッチを接続し、前記スイッチ制御部により前記第2のスイッチと相補的なタイミングでオンオフする構成である
ことを特徴とする無線送信機。 - 請求項2に記載の無線送信機において、
前記スイッチ制御部は、電源と接地間に接続されたトランジスタにより一定の基準電圧を発生する基準電圧発生回路を構成し、前記基準電圧と比較する入力電圧を差動トランジスタ対の一方のトランジスタのゲート端子に接続し、前記基準電圧を前記差動トランジスタ対の他方のトランジスタのゲート端子に接続し、前記差動トランジスタ対にクロスカップル接続のトランジスタ対とダイオード接続のトランジスタ対を負荷として接続し、前記入力電圧と前記基準電圧の比較結果出力を前記クロスカップル接続のトランジスタ対とダイオード接続のトランジスタ対の各一方のトランジスタのゲート端子からバッファ回路を介して取り出す構成であり、
前記クロスカップル接続のトランジスタ対とダイオード接続のトランジスタ対のサイズ比(ゲート幅比)を調整することにより、前記スイッチ制御部で前記基準電圧と比較する前記入力電圧に対するヒステリシス電圧を設定する構成である
ことを特徴とする無線送信機。 - 請求項1に記載の無線送信機において、
前記送信回路は、
前記電源回路から出力される電圧に応じてデータクロックを出力するデータクロック生成部と、
前記データクロックに同期して送信データを出力する送信データ生成部と、
前記送信データおよび前記データクロックを入力し、データクロックでラッチされる送信データのタイミングで発振動作を開始し、出力されるパルス信号を前記送信アンテナに供給するとともに、パルス信号のパルス数が所定数になったときに発振動作を停止する送信信号生成部と
を備え、前記パルス信号の周波数を前記送信アンテナの中心周波数に等しく設定し、前記送信アンテナから前記パルス信号に対応する高周波パルス信号を放射させる構成であることを特徴とする無線送信機。 - 請求項6に記載の無線送信機において、
前記送信信号生成部は、
前記データクロック生成部および前記送信データ生成部からデータクロックおよび送信データを入力し、送信データをデータクロックでラッチする送信データラッチ部と、
前記送信データラッチ部のラッチ出力のタイミングで発振し、前記送信アンテナの中心周波数に等しい周波数のパルス信号を出力するパルス信号生成部と、
前記パルス信号のパルス数をカウントし、カウント値が所定値になったときに前記送信データラッチ部にラッチ出力を停止するリセット信号を出力するカウンタと、
前記送信データを前記データクロックでラッチして前記リセット信号が入力されるまでの間に出力される前記パルス信号をバッファリングし、前記送信アンテナに出力するバッファ回路と
を備えたことを特徴とする無線送信機。 - 請求項7に記載の無線送信機において、
前記パルス信号生成部は、前記送信アンテナの中心周波数の2倍の周波数で発振する発振回路と、該発振回路から出力されるパルス信号を2分周する分周回路とを備え、該分周回路から前記送信アンテナの中心周波数に等しい周波数のパルス信号を出力する構成である
ことを特徴とする無線送信機。 - 請求項1に記載の無線送信機において、
前記電源回路を第1の電源回路とし、前記電源から該第1の電源回路への入力電流が小さく、該第1の電源回路のスイッチ制御部を低電流で動作する構成とし、
前記第1の電源回路と前記送信回路との間に、前記電源回路の第1のスイッチ、第2のスイッチ、エネルギー蓄積部および通常電流で動作するスイッチ制御部と同様の構成である第2の電源回路を挿入した
ことを特徴とする無線送信機。 - 請求項9に記載の無線送信機において、
前記第2の電源回路の第1のスイッチを取り除き、前記第1の電源回路の第2のスイッチと前記第2の電源回路のエネルギー蓄積部を直結した構成である
ことを特徴とする無線送信機。 - 請求項10に記載の無線送信機において、
前記第2の電源回路のスイッチ制御部は、前記エネルギー蓄積部の出力電圧が基準電圧を超えたことを検知したときに前記第2の電源回路の第2のスイッチをオンにするとともに、前記第1の電源回路の第2のスイッチをオフとし、当該出力電圧が基準電圧を下回ったことを検知したときに前記第2の電源回路の第2のスイッチをオフとするとともに、前記第1の電源回路の第2のスイッチをオフのまま維持する構成である
ことを特徴とする無線送信機。 - 請求項6に記載の無線送信機において、
前記送信データ生成部が生成する送信データフォーマットは、前記無線送信機の送信信号を受信する無線受信機が同期処理を行うための複数のプリアンブル部と、データを格納するデータ部とを有し、少なくとも1つのプリアンブル部は該データ部を分割してその間に挿入される構成である
ことを特徴とする無線送信機。
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