JP2010233181A

JP2010233181A - Radio transmitter

Info

Publication number: JP2010233181A
Application number: JP2009081450A
Authority: JP
Inventors: Kenji Suzuki; 賢司鈴木; Mamoru Ugajin; 守宇賀神
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2009-03-30
Filing date: 2009-03-30
Publication date: 2010-10-14
Anticipated expiration: 2029-03-30
Also published as: JP4675422B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a radio transmitter which is applied to an active tag, reduces consumption power at waiting time, improves power efficiency of a transmission circuit at transmitting time, and lengthens a power supply life. <P>SOLUTION: In the transmission circuit including a data clock generator, a transmission data generator and a transmission signal generator, a pulse signal generator constituting the transmission signal generator uses an inverter ring portion connecting in a ring shape odd number pieces of inverters connected through a current source wherein currents are assembled in a Vdd power supply and a Vss power supply, oscillates at an equal oscillation frequency to a center frequency of a transmission antenna at timing of a latch output of a transmission data latch portion, and outputs a pulse signal of the oscillation frequency. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えば物品管理等に使われるアクティブタグに適用される無線送信機に関する。特に、待機時の消費電力が小さく、かつアナログのキャリア信号を用いずにＲＦパルス信号を間欠的に出力する構成であり、長寿命なアクティブタグを実現する無線送信機に関する。 The present invention relates to a wireless transmitter applied to an active tag used for article management, for example. In particular, the present invention relates to a wireless transmitter that is configured to intermittently output an RF pulse signal without using an analog carrier signal with low power consumption during standby, and to realize a long-lived active tag.

図４は、従来の無線送信機の構成例を示す（非特許文献１）。
図において、従来の無線送信機は、電源１１０、電源回路１２０および送信アンテナ１３４を含む送信回路１３０を有し、電源回路１２０のオンオフ制御により電源１１０が送信回路１３０に接続され、所要の電源電圧が供給される構成である。 FIG. 4 shows a configuration example of a conventional wireless transmitter (Non-Patent Document 1).
In the figure, a conventional wireless transmitter has a transmission circuit 130 including a power supply 110, a power supply circuit 120, and a transmission antenna 134. The power supply 110 is connected to the transmission circuit 130 by on / off control of the power supply circuit 120, and a required power supply voltage is obtained. Is supplied.

電源回路１２０は、水晶発振器１２１の出力をカウンタ１２２でカウントし、一定のカウント数に達するごとに、電源１１０に接続されるスイッチ１２３を閉じ、送信回路１３０と電源１１０を接続する構成である。電源回路１２０の構成は様々であるが、例えば物品管理等に用いるアクティブタグの場合、一定の時間間隔でデータを送信するシーケンスで動作するので、時間を計測するために基準となる発振器およびカウンタを備えるのが一般的である。 The power supply circuit 120 is configured to count the output of the crystal oscillator 121 with the counter 122 and close the switch 123 connected to the power supply 110 and connect the transmission circuit 130 and the power supply 110 each time a certain count number is reached. The power supply circuit 120 has various configurations. For example, in the case of an active tag used for article management or the like, it operates in a sequence in which data is transmitted at a constant time interval. Therefore, a reference oscillator and counter are used for measuring time. It is common to provide.

送信回路１３０は、電源回路１２０を介して電源電圧が供給されると立ち上がり、発振器１３１から出力されたキャリア信号が、データ信号でオンオフするスイッチ１３２を介してオンオフキーイング変調され、その変調信号がパワーアンプ１３３で増幅して送信アンテナ１３４に入力され、無線信号として送信される構成である。送信回路１３０の構成は様々であるが、キャリア信号をデータ信号で変調するために、キャリア信号を出力する発振器１３１およびキャリア信号を変調するための変調回路（ここではスイッチ１３２）を備えるのが一般的である。 The transmission circuit 130 rises when a power supply voltage is supplied via the power supply circuit 120, and the carrier signal output from the oscillator 131 is subjected to on / off keying modulation via a switch 132 that is turned on / off by a data signal. In this configuration, the signal is amplified by the amplifier 133, input to the transmission antenna 134, and transmitted as a radio signal. There are various configurations of the transmission circuit 130, but in order to modulate the carrier signal with the data signal, it is generally provided with an oscillator 131 that outputs the carrier signal and a modulation circuit (here, the switch 132) for modulating the carrier signal. Is.

図５は、従来の無線送信機の構成例を示す（特許文献１）。
図において、従来の無線送信機は、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。 FIG. 5 shows a configuration example of a conventional wireless transmitter (Patent Document 1).
In the figure, a conventional wireless transmitter has a transmission circuit 30 including a power supply 10, a power supply circuit 20, and a transmission antenna 38, and a required voltage is supplied to the transmission circuit 30 under the control of the power supply circuit 20, and the transmission circuit 30 In this configuration, transmission data is generated at the timing of voltage input and an operation of transmitting the transmission data as a high frequency pulse signal (RF pulse signal) is started.

電源回路２０は、電源１０に接続される第１のスイッチ２１、送信回路３０に接続される第２のスイッチ２２、第１のスイッチ２１と第２のスイッチ２２間に接続されて電源１０から供給されるエネルギーを蓄積するキャパシタＣ、キャパシタＣの端子間電圧を取り出す抵抗Ｒ１，Ｒ２、基準電圧発生回路２５、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。 The power supply circuit 20 is supplied from the power supply 10 connected to the first switch 21 connected to the power supply 10, the second switch 22 connected to the transmission circuit 30, and connected between the first switch 21 and the second switch 22. Capacitor C for storing energy, resistors R1 and R2 for extracting the voltage between terminals of capacitor C, reference voltage generation circuit 25, and comparator 26 for comparing the voltage between terminals of capacitor C and reference voltage Vref. The ON / OFF of the first switch 21 and the second switch 22 is complementarily controlled by the output of.

図５および図６を参照して電源回路２０の動作例について説明する。まず、第１のスイッチ２１がオン、第２のスイッチ２２がオフとなり、電源１０（一般的には電池）から電源回路２０のキャパシタＣに電荷が蓄積される。キャパシタＣの端子間電圧は、抵抗Ｒ１，Ｒ２を介してコンパレータ２６の入力電圧となり、基準電圧発生回路２５の基準電圧Ｖref と比較される。コンパレータ２６の入力電圧が基準電圧Ｖref を超え、コンパレータ２６がこれを検知すると、第１のスイッチ２１をオフ、第２のスイッチ２２をオンにする制御信号を出力する。これにより、キャパシタＣに蓄積された電荷が第２のスイッチ２２を介して出力され、送信回路３０に電源電圧が供給される。 An example of the operation of the power supply circuit 20 will be described with reference to FIGS. First, the first switch 21 is turned on and the second switch 22 is turned off, and charges are accumulated in the capacitor C of the power supply circuit 20 from the power supply 10 (generally a battery). The inter-terminal voltage of the capacitor C becomes the input voltage of the comparator 26 through the resistors R1 and R2, and is compared with the reference voltage Vref of the reference voltage generation circuit 25. When the input voltage of the comparator 26 exceeds the reference voltage Vref and the comparator 26 detects this, a control signal for turning off the first switch 21 and turning on the second switch 22 is output. As a result, the electric charge accumulated in the capacitor C is output via the second switch 22, and the power supply voltage is supplied to the transmission circuit 30.

送信回路３０は電源電圧が供給されると所定の動作を開始し、電源回路２０のキャパシタＣに蓄えられた電荷が消費され、キャパシタＣの端子間電圧が低下する。キャパシタＣの端子間電圧が低下してコンパレータ２６の入力電圧が基準電圧Ｖref を下回り、コンパレータ２６がこれを検知すると、第１のスイッチ２１をオン、第２のスイッチ２２をオフにする制御信号を出力する。これにより、電源回路２０から送信回路３０への電源供給は停止し、キャパシタＣは再び電源１０から供給される電荷を蓄積する動作を繰り返す。 When the power supply voltage is supplied, the transmission circuit 30 starts a predetermined operation, the electric charge stored in the capacitor C of the power supply circuit 20 is consumed, and the voltage across the terminals of the capacitor C decreases. When the voltage between the terminals of the capacitor C decreases and the input voltage of the comparator 26 falls below the reference voltage Vref, and the comparator 26 detects this, a control signal for turning on the first switch 21 and turning off the second switch 22 is sent. Output. Thereby, the power supply from the power supply circuit 20 to the transmission circuit 30 is stopped, and the capacitor C repeats the operation of accumulating the charge supplied from the power supply 10 again.

送信回路３０へ電源電圧が供給される時間（Ｔ_PON）と、供給が停止する時間（Ｔ_POFF）は、キャパシタＣの容量やコンパレータ２６で比較する基準電圧Ｖref を変えることにより調整可能である。なお、コンパレータ２６の入力電圧が基準電圧Ｖref を超えたことをコンパレータ２６が検知するときの入力電圧と、基準電圧Ｖref を下回ったことをコンパレータ２６が検知するときの入力電圧との間には、所定のヒステリシスが存在する。 The time (T _PON ) when the power supply voltage is supplied to the transmission circuit 30 and the time (T _POFF ) when the supply is stopped can be adjusted by changing the capacitance of the capacitor C and the reference voltage Vref compared by the comparator 26. In addition, between the input voltage when the comparator 26 detects that the input voltage of the comparator 26 exceeds the reference voltage Vref and the input voltage when the comparator 26 detects that the input voltage is lower than the reference voltage Vref, There is a predetermined hysteresis.

ここで、コンパレータ２６のヒステリシス電圧は、第２のスイッチ２２をオンにする入力電圧Ｖ_Hとオフにする入力電圧Ｖ_Lとの差とし、キャパシタＣの容量値をＣ、電源側からキャパシタに入力する平均電流をＩ_IN、送信回路３０の動作時の出力電流をＩ_OUTとすると、次の関係式が成り立つ。
Ｉ_IN ＝ｄＱ／ｄＴ＝Ｃ（Ｖ_H−Ｖ_L）／Ｔ_POFF
Ｉ_OUT＝ｄＱ／ｄＴ＝Ｃ（Ｖ_H−Ｖ_L）／Ｔ_PON Here, the hysteresis voltage of the comparator 26 is the difference between the input voltage V _H for turning on the second switch 22 and the input voltage V _{L for} turning off, and the capacitance value of the capacitor C is input to the capacitor C from the power source side. When the average current to be input is I _IN and the output current during operation of the transmission circuit 30 is I _OUT , the following relational expression is established.
I _IN = dQ / dT = C (V _H −V _L ) / T _POFF
I _OUT = dQ / dT = C (V _H −V _L ) / T _PON

送信回路３０の動作時の電流および動作時間は、アプリケーションなどによって予め決まっているので、上式から容量値Ｃとヒステリシス電圧の差を決めればよい。ヒステリシス電圧の差があまり大きいと送信回路３０の動作にも影響がでるため、ヒステリシス電圧の差を小さくし、容量値Ｃを大きくする方がよい。さらに、上式からＴ_PONとＴ_POFFの間欠比率は、Ｉ_INとＩ_OUTの比率に等しいのがわかる。Ｉ_INについては、電源１０からの入力電流を制限することにより小さくすることができるが、電源１０と電源回路２０との間に直列に抵抗を挿入するなどによりＩ_INを制御することも可能である。 Since the current and the operation time during the operation of the transmission circuit 30 are determined in advance by the application and the like, the difference between the capacitance value C and the hysteresis voltage may be determined from the above equation. If the difference in hysteresis voltage is too large, the operation of the transmission circuit 30 is also affected. Therefore, it is better to reduce the difference in hysteresis voltage and increase the capacitance value C. Furthermore, the intermittent ratio of T _PON and T _POFF from the above equation, it can be seen that equal to the ratio of I _IN and I _OUT. I _IN can be reduced by limiting the input current from the power supply 10, but it is also possible to control I _IN by inserting a resistor in series between the power supply 10 and the power supply circuit 20. is there.

以上の構成により、電源回路２０では図４に示す従来構成のような水晶発振器やカウンタといった時間計測のための回路が不要となる。また、コンパレータ２６や基準電圧発生回路２５は、水晶発振器やカウンタよりも低消費電力で動作させることが可能であり、その分だけ待機時の消費電力を低減することができる。また、水晶発振器が不要になることから、電源回路２０と送信回路３０を含めて１つの集積回路上に集積することが可能となり、実装部品数の削減および低コスト化が可能になる。 With the above configuration, the power supply circuit 20 does not require a time measurement circuit such as a crystal oscillator or a counter as in the conventional configuration shown in FIG. Further, the comparator 26 and the reference voltage generation circuit 25 can be operated with lower power consumption than the crystal oscillator and the counter, and the power consumption during standby can be reduced correspondingly. Further, since a crystal oscillator is not required, it can be integrated on one integrated circuit including the power supply circuit 20 and the transmission circuit 30, and the number of mounted components can be reduced and the cost can be reduced.

図７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５の電源回路２０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。 FIG. 7 shows a configuration example of the transmission circuit 30.
In the figure, the transmission circuit 30 includes a data clock generation unit 31, a transmission data generation unit 32, and a transmission signal generation unit 33 that operate according to the voltage supplied from the power supply circuit 20 of FIG. The power line connected to the terminal is omitted. The output of the data clock generation unit 31 is input to the transmission data generation unit 32 and the transmission signal generation unit 33, the output of the transmission data generation unit 32 is input to the transmission signal generation unit 33, and output from the transmission signal generation unit 33 The signal drives the transmit antenna 38.

図８は、データクロック生成部３１の構成例を示す。
図において、データクロック生成部３１は、リングオシレータによる発振器構造になっており、ＭＯＳトランジスタのゲート電圧値を調整することで発振周波数を調整できるようになっている。この調整端子への印加電圧Ｖf は、電源回路２０の出力を抵抗分割して作られる。 FIG. 8 shows a configuration example of the data clock generation unit 31.
In the figure, the data clock generator 31 has an oscillator structure using a ring oscillator, and the oscillation frequency can be adjusted by adjusting the gate voltage value of the MOS transistor. The applied voltage Vf to the adjustment terminal is generated by dividing the output of the power supply circuit 20 by resistance.

図９は、送信信号生成部３３の構成例を示す。
図において、送信信号生成部３３は、送信データラッチ部３４、パルス信号生成部３５、バッファ回路３６およびカウンタ３７により構成される。送信データラッチ部３４は、データクロック生成部３１および送信データ生成部３２からデータクロックおよび送信データを入力し、そのラッチ出力をパルス信号生成部３５に送出する。パルス信号生成部３５の出力は、バッファ回路３６を介して送信信号として出力されるとともにカウンタ３７に入力され、カウンタ３７の出力が送信データラッチ部３４にリセット信号として入力される。 FIG. 9 shows a configuration example of the transmission signal generation unit 33.
In the figure, the transmission signal generation unit 33 includes a transmission data latch unit 34, a pulse signal generation unit 35, a buffer circuit 36, and a counter 37. The transmission data latch unit 34 receives the data clock and the transmission data from the data clock generation unit 31 and the transmission data generation unit 32, and sends the latch output to the pulse signal generation unit 35. The output of the pulse signal generation unit 35 is output as a transmission signal via the buffer circuit 36 and input to the counter 37, and the output of the counter 37 is input to the transmission data latch unit 34 as a reset signal.

図１０は、パルス信号生成部３５の構成例を示す。
図において、パルス信号生成部３５は、送信データラッチ部３４の出力に応じて発振する発振回路であり、ＮＡＮＤ回路３５１、インバータ３５２、抵抗３５３、インバータ３５４の順にループ接続するとともに、ＮＡＮＤ回路３５１の出力をキャパシタ３５５を介してインバータ３５４に接続する。ＮＡＮＤ回路３５１の一方の入力を入力端子とし、ＮＡＮＤ回路３５１の他方の入力に接続されるインバータ３５４の出力が分岐され、その発振信号がＤフリップフロップで構成される分周回路３５６を介して２分周して出力される。 FIG. 10 shows a configuration example of the pulse signal generator 35.
In the figure, a pulse signal generation unit 35 is an oscillation circuit that oscillates in accordance with the output of the transmission data latch unit 34. The NAND circuit 351, the inverter 352, the resistor 353, and the inverter 354 are loop-connected in this order, The output is connected to the inverter 354 through the capacitor 355. One input of the NAND circuit 351 is used as an input terminal, the output of the inverter 354 connected to the other input of the NAND circuit 351 is branched, and the oscillation signal is 2 through a frequency divider circuit 356 constituted by a D flip-flop. Divided and output.

図７〜図１０に示す送信回路３０の動作について説明する。図５の電源回路２０からの電源供給により、送信回路３０の電源電圧が立ち上がる。電源電圧が立ち上がると、データクロック生成部３１からデータクロックが出力される。送信データ生成部３２は、このデータクロックに同期して送信データを発生し、送信信号生成部３３に出力する。なお、送信データ生成部３２は、例えば予め所定のデータ（例えばＩＤ）を記録したメモリを備え、データクロックに同期してメモリからデータを読み出して出力する構成、あるいは外部情報をモニタするセンサを備え、データクロックをトリガとしてセンサを駆動し、そのセンサ情報をＡ／Ｄ変換して出力する構成である。 The operation of the transmission circuit 30 shown in FIGS. 7 to 10 will be described. With the power supply from the power supply circuit 20 of FIG. 5, the power supply voltage of the transmission circuit 30 rises. When the power supply voltage rises, a data clock is output from the data clock generator 31. The transmission data generation unit 32 generates transmission data in synchronization with the data clock and outputs the transmission data to the transmission signal generation unit 33. Note that the transmission data generation unit 32 includes, for example, a memory in which predetermined data (for example, ID) is recorded in advance, and includes a configuration that reads and outputs data from the memory in synchronization with a data clock, or a sensor that monitors external information. The sensor is driven with a data clock as a trigger, and the sensor information is A / D converted and output.

図１１は、送信信号生成部３３の動作例を示す。横軸は時間である。なお、送信データラッチ部３４の出力は、時間スケールを変えて２つ記載している。
図９および図１１において、送信信号生成部３３の送信データラッチ部３４は、データクロックの立ち上がりで送信データをラッチし、パルス信号生成部３５に出力する。パルス信号生成部３５では、送信データラッチ部３４の出力が「ハイ」になると発振を開始する。この発振周波数は、図１０に示すパルス信号生成部３５のＲＣの時定数で決まる。このパルス信号は図１０に示す分周回路３５６で２分周され、バッファ回路３６に入力される。バッファ回路３６は、大電流を駆動できるインバータ型のバッファ回路になっており、入力したパルス信号で送信アンテナ３８を駆動する。一方、カウンタ３７は、パルス信号をカウントし、パルス数が所定数になったときにリセット信号を送信データラッチ部３４に与える。また、それと同時に自身のカウント値をクリアする。送信データラッチ部３４は、カウンタ３７からのリセット信号の入力により出力信号をクリアする。送信データラッチ部３４の出力がクリアされると、パルス信号生成部３５の発振が停止する。 FIG. 11 illustrates an operation example of the transmission signal generation unit 33. The horizontal axis is time. Note that two outputs of the transmission data latch unit 34 are described with different time scales.
9 and 11, the transmission data latch unit 34 of the transmission signal generation unit 33 latches the transmission data at the rising edge of the data clock and outputs it to the pulse signal generation unit 35. The pulse signal generation unit 35 starts oscillation when the output of the transmission data latch unit 34 becomes “high”. This oscillation frequency is determined by the RC time constant of the pulse signal generator 35 shown in FIG. This pulse signal is frequency-divided by 2 by a frequency dividing circuit 356 shown in FIG. The buffer circuit 36 is an inverter type buffer circuit capable of driving a large current, and drives the transmission antenna 38 with the input pulse signal. On the other hand, the counter 37 counts pulse signals, and provides a reset signal to the transmission data latch unit 34 when the number of pulses reaches a predetermined number. At the same time, it clears its own count value. The transmission data latch unit 34 clears the output signal when the reset signal is input from the counter 37. When the output of the transmission data latch unit 34 is cleared, the oscillation of the pulse signal generation unit 35 stops.

以上の動作により、送信データが「ハイ」になるタイミングで、パルス信号生成部３５から複数のパルス信号が出力され、オンオフキーイング変調される。ここで、図１０に示す回路の発振周波数（ＲＣの時定数）は、送信アンテナ３８の中心周波数の２倍に設定している。この発振出力は分周回路３５６で分周されるため、送信アンテナ３８の中心周波数に一致したパルス信号がパルス信号生成部３５から出力される。送信アンテナ３８は、アンテナの帯域で帯域制限された高周波パルス信号（ＲＦパルス信号）を放射する。なお、カウンタ３７でカウントするパルス数は任意に設定可能である。このパルス数を制御することにより、空中線に放射される信号電力が変わり、送信信号電力を制御することができる。 With the above operation, at the timing when the transmission data becomes “high”, a plurality of pulse signals are output from the pulse signal generator 35 and subjected to on / off keying modulation. Here, the oscillation frequency (RC time constant) of the circuit shown in FIG. 10 is set to twice the center frequency of the transmitting antenna 38. Since this oscillation output is divided by the frequency dividing circuit 356, a pulse signal that matches the center frequency of the transmission antenna 38 is output from the pulse signal generation unit 35. The transmission antenna 38 radiates a high-frequency pulse signal (RF pulse signal) band-limited by the band of the antenna. The number of pulses counted by the counter 37 can be arbitrarily set. By controlling the number of pulses, the signal power radiated to the antenna changes, and the transmission signal power can be controlled.

また、図１０に示すように、パルス信号生成部３５の出力段に分周回路３５６を備えることにより、デューティ比が50％のパルス信号が生成される。デューティ比が50％のパルス信号は、送信アンテナ３８の中心周波数に一致した周波数成分を多く含むので、このパルス信号を送信アンテナ３８に供給すれば効率よく駆動することが可能である。一方、パルス信号生成部３５の発振周波数（ＲＣの時定数）を送信アンテナ３８の中心周波数に一致するように設定し、分周回路３５６を用いずに発振回路の出力をそのまま取り出すと、デューティ比が50％でないパルス信号で送信アンテナ３８を駆動することになり、バッファの電力効率が低下する。 Also, as shown in FIG. 10, by providing a frequency divider circuit 356 at the output stage of the pulse signal generator 35, a pulse signal with a duty ratio of 50% is generated. Since the pulse signal with a duty ratio of 50% includes many frequency components that match the center frequency of the transmission antenna 38, it is possible to drive efficiently by supplying this pulse signal to the transmission antenna 38. On the other hand, when the oscillation frequency (RC time constant) of the pulse signal generation unit 35 is set to coincide with the center frequency of the transmission antenna 38 and the output of the oscillation circuit is taken out without using the frequency dividing circuit 356, the duty ratio is obtained. The transmission antenna 38 is driven by a pulse signal that is not 50%, and the power efficiency of the buffer is reduced.

特開２００８−０１７４５９号公報JP 2008-017459 A

堤坂秀樹、「無線通信機器」、日本理工出版会、pp.123-124、ISBN4-89019-136-4Hideki Tsutsumi, “Wireless Communication Equipment”, Japan Science and Technology Press, pp.123-124, ISBN4-89019-136-4

アクティブタグは、一定の時間間隔でデータを送信するシーケンスで動作するものが多く、送信回路は送信時にのみ間欠的に動作するのが一般的である。これは、データを送信しない待機時における送信回路への電源供給を停止し、タグ全体の消費電力を抑えて電源の長寿命化を図るためである。 Many active tags operate in a sequence of transmitting data at a constant time interval, and the transmission circuit generally operates intermittently only during transmission. This is because the power supply to the transmission circuit is stopped during standby when data is not transmitted, and the power consumption of the entire tag is reduced to extend the life of the power supply.

ところで、図４に示す従来の無線送信機の電源回路１２０の場合、時間を計測する水晶発振器１２１およびカウンタ１２２は、待機時であってもタグのシーケンス維持のために動作を停止することはできない。したがって、待機時には、送信回路１３０を停止することで消費電力の低減は可能であるものの、水晶発振器１２１およびカウンタ１２２を動作せる必要があるため消費電力の低減には限界があった。 By the way, in the case of the power supply circuit 120 of the conventional wireless transmitter shown in FIG. 4, the operation of the crystal oscillator 121 and the counter 122 that measure time cannot be stopped to maintain the tag sequence even during standby. . Therefore, at the time of standby, the power consumption can be reduced by stopping the transmission circuit 130. However, since the crystal oscillator 121 and the counter 122 need to be operated, there is a limit to the reduction of the power consumption.

また、送信回路１３０は、電源回路１２０から電源が供給されると、送信回路１３０を構成する各回路が立ち上がって所定の処理が実行される。一方、送信回路１３０を構成する回路群は基本的にアナログ回路であるので、電源供給からデータが送信可能になるまでにある程度の時間を要する。特に、キャリア信号を出力する発振器は、出力が安定するまでに要する時間が他のアナログ回路よりも長い。こうしたアナログ回路の立ち上がりに要する時間は、データ信号を送信するまでの待ち時間となるため、送信時の送信回路の電力効率を低下させる要因になる。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。 In addition, when power is supplied from the power supply circuit 120, the transmission circuit 130 starts up each circuit constituting the transmission circuit 130 and executes predetermined processing. On the other hand, since the circuit group constituting the transmission circuit 130 is basically an analog circuit, a certain amount of time is required until data can be transmitted from the power supply. In particular, an oscillator that outputs a carrier signal takes a longer time to stabilize the output than other analog circuits. Since the time required for such an analog circuit to rise is a waiting time until the data signal is transmitted, the power efficiency of the transmission circuit during transmission is reduced. For these reasons, there is a limit to extending the power life of the active tag.

また、図５に示す従来の無線送信機では、送信回路３０の送信信号生成部３３のパルス信号生成部３５として、図１０に示すような発振回路を用いてアンテナの中心周波数の２倍の周波数で発振させ、分周することで正確な50％デューティのパルスを得ることができる。しかし、このような構成では、２倍の周波数で発振可能にするために送信回路３０の電源電圧（電源回路の出力）をより大きくする必要がある。これは無線送信機の消費電力の増加につながるため、電力的な観点ではあまり好ましくない。また、電源回路２０の出力を高くすると、図６の電源回路２０のキャパシタＣからのリーク電流が大きくなってしまう。このリーク電流により、キャパシタＣが所望の電位まで充電される時間が長くなる問題や、より低電流での充電ができなくなる問題がある。 Further, in the conventional radio transmitter shown in FIG. 5, a frequency twice the center frequency of the antenna is used as the pulse signal generator 35 of the transmission signal generator 33 of the transmitter circuit 30 using an oscillation circuit as shown in FIG. 10. By oscillating and dividing the frequency, an accurate 50% duty pulse can be obtained. However, in such a configuration, it is necessary to increase the power supply voltage (output of the power supply circuit) of the transmission circuit 30 in order to enable oscillation at twice the frequency. This leads to an increase in power consumption of the wireless transmitter, and is not so preferable from the viewpoint of power. Further, when the output of the power supply circuit 20 is increased, the leakage current from the capacitor C of the power supply circuit 20 in FIG. 6 increases. Due to this leakage current, there is a problem that the time for which the capacitor C is charged to a desired potential becomes long, and a problem that charging at a lower current cannot be performed.

本発明は、アクティブタグに適用される無線送信機として、待機時における消費電力を低減し、かつ送信時における送信回路の電力効率を改善し、電源寿命の長い無線送信機を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a wireless transmitter having a long power supply life as a wireless transmitter applied to an active tag, which reduces power consumption during standby and improves the power efficiency of a transmission circuit during transmission. And

本発明は、電源と、入力端子が電源に接続され、出力端子が送信回路に接続され、所定の間欠比率で電源から供給される電圧を出力する電源回路と、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、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、送信データおよび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構成であり、パルス信号の周波数を送信アンテナの中心周波数に等しく設定し、送信アンテナからパルス信号に対応する高周波パルス信号を放射させる送信信号生成部とを備えた無線送信機において、送信信号生成部は、データクロック生成部および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、Ｖdd電源およびＶss電源に電流が揃った電流源を介して接続されたインバータをリング状に奇数個接続したインバータリング部を用い、送信データラッチ部のラッチ出力のタイミングで、送信アンテナの中心周波数に等しい発振周波数で発振し、当該発振周波数のパルス信号を出力するパルス信号生成部と、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、パルス信号をバッファリングして送信アンテナに出力するバッファ回路とを備える。 The present invention relates to a power supply, a power supply circuit having an input terminal connected to the power supply, an output terminal connected to the transmission circuit, and outputting a voltage supplied from the power supply at a predetermined intermittent ratio, and a voltage output from the power supply circuit. In response, the data clock generator for outputting the data clock, the transmission data generator for outputting the transmission data in synchronization with the data clock, the transmission data and the data clock are input, and the transmission data is latched by the data clock. Starts oscillating operation, supplies the output pulse signal to the transmitting antenna, and stops the oscillating operation when the number of pulses of the pulse signal reaches a predetermined number. The frequency of the pulse signal is set to the center of the transmitting antenna. A transmission signal generator that is set equal to the frequency and radiates a high-frequency pulse signal corresponding to the pulse signal from the transmission antenna. In the transmitter, the transmission signal generation unit receives a data clock and transmission data from the data clock generation unit and the transmission data generation unit, latches the transmission data with the data clock, and supplies current to the Vdd power source and the Vss power source. Oscillates at an oscillation frequency equal to the center frequency of the transmission antenna at the latch output timing of the transmission data latch unit, using an inverter ring unit in which an odd number of inverters connected via a current source that is connected in a ring shape is connected, A pulse signal generator that outputs a pulse signal of the oscillation frequency, and a counter that counts the number of pulses of the pulse signal and outputs a reset signal that stops latch output to the transmission data latch unit when the count value reaches a predetermined value And a buffer circuit for buffering the pulse signal and outputting it to the transmitting antenna. That.

パルス信号生成部は、Ｖdd電源とＶdd電源側の電流源との間に、送信データラッチ部のラッチ出力によってオンオフする電源スイッチを備えた構成である。 The pulse signal generation unit includes a power switch that is turned on and off by a latch output of the transmission data latch unit between the Vdd power source and the current source on the Vdd power source side.

パルス信号生成部は、Ｖss電源とＶss電源側の電流源との間に、送信データラッチ部のラッチ出力によってオンオフする電源スイッチを備えた構成である。 The pulse signal generation unit includes a power switch that is turned on and off by a latch output of the transmission data latch unit between the Vss power source and the current source on the Vss power source side.

パルス信号生成部は、電流源のバイアス調整によりインバータリング部の発振周波数を制御するバイアス調整部を備えた構成である。 The pulse signal generation unit includes a bias adjustment unit that controls the oscillation frequency of the inverter ring unit by adjusting the bias of the current source.

本発明の無線送信機は、送信回路として、電源回路からの間欠電源供給を受けて、データ信号に対応するタイミングで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生成し、このパルス信号を送信アンテナに供給することにより、アナログのキャリア信号を用いずに送信アンテナから高周波パルス信号を送信することができる。これにより、データ信号の送信時以外は送信回路のすべての動作を停止させることができ、電力消費を抑えることができる。さらに、送信回路が高速に立ち上がり動作することから、電源回路からの電源供給時間を短くすることができる。この結果、間欠比率を高めることができる。さらに、待機時における消費電力を低減し、かつ送信時における送信回路の電力効率を改善することができ、より長寿命な無線送信機を実現することができる。 The wireless transmitter of the present invention receives intermittent power supply from a power supply circuit as a transmission circuit, generates a pulse signal having a frequency equal to the center frequency of the transmission antenna at a timing corresponding to the data signal, and transmits this pulse signal. By supplying to the antenna, a high-frequency pulse signal can be transmitted from the transmission antenna without using an analog carrier signal. As a result, all operations of the transmission circuit can be stopped except when a data signal is transmitted, and power consumption can be suppressed. Furthermore, since the transmission circuit starts up at high speed, the power supply time from the power supply circuit can be shortened. As a result, the intermittent ratio can be increased. Furthermore, the power consumption during standby can be reduced, and the power efficiency of the transmission circuit during transmission can be improved, and a longer-lifetime wireless transmitter can be realized.

本発明の無線送信機では、パルス信号生成部において、デューティ比が50％のパルス信号が生成されるために送信アンテナの中心周波数の２倍の周波数で発振して２分周する従来の構成（図９，図１０）と比較して、無線送信機の電源電圧を下げることができ、電源としてより低電流の発電デバイスを利用することが可能となる。 In the wireless transmitter of the present invention, the pulse signal generation unit generates a pulse signal having a duty ratio of 50%, and thus oscillates at a frequency twice the center frequency of the transmission antenna and divides the frequency by two ( Compared with FIGS. 9 and 10), the power supply voltage of the wireless transmitter can be lowered, and a power generation device with a lower current can be used as a power supply.

本発明の無線送信機に用いられるパルス信号生成部の実施例１の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of Example 1 of the pulse signal generation part used for the wireless transmitter of this invention. 本発明の無線送信機の送信信号生成部の動作例を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the operation example of the transmission signal production | generation part of the radio | wireless transmitter of this invention. 本発明の無線送信機に用いられるパルス信号生成部の実施例２の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of Example 2 of the pulse signal generation part used for the wireless transmitter of this invention. 従来の無線送信機の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the conventional radio transmitter. 従来の無線送信機の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the conventional radio transmitter. 電源回路２０の動作例を示すタイムチャートである。3 is a time chart illustrating an operation example of the power supply circuit 20. 送信回路３０の構成例を示す図である。2 is a diagram illustrating a configuration example of a transmission circuit 30. FIG. データクロック生成部３１の構成例を示す図である。3 is a diagram illustrating a configuration example of a data clock generation unit 31. FIG. 送信信号生成部３３の構成例を示す図である。3 is a diagram illustrating a configuration example of a transmission signal generation unit 33. FIG. パルス信号生成部３５の構成例を示す図である。3 is a diagram illustrating a configuration example of a pulse signal generation unit 35. FIG. 送信信号生成部３３の動作例を示すタイムチャートである。5 is a time chart illustrating an operation example of a transmission signal generation unit 33. パルス信号およびパルス信号に含まれる高周波信号成分を示す図である。It is a figure which shows the high frequency signal component contained in a pulse signal and a pulse signal. パルス信号のスペクトルおよびアンテナ帯域を示す図である。It is a figure which shows the spectrum and antenna band of a pulse signal. パルス信号の３次高調波成分を送信する場合の信号波形を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the signal waveform in the case of transmitting the 3rd harmonic component of a pulse signal. 電源回路２０の出力電圧の変化例を示すタイムチャートである。3 is a time chart showing an example of change in output voltage of a power supply circuit 20;

図１は、本発明の無線送信機に用いられるパルス信号生成部の実施例１の構成例を示す。図２は、本発明の無線送信機の送信信号生成部の動作例を示す。
本発明の無線送信機は、図５に示す電源１０、電源回路２０および送信回路３０で構成される。送信回路３０は、図７に示す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で構成される。送信信号生成部３３は、図９に示す送信データラッチ部３４、パルス信号生成部３５、バッファ回路３６およびカウンタ３７で構成される。図１に示す実施例１のパルス信号生成部は、図９および図１０に示す従来のパルス信号生成部３５に対応するものである。また、図２に示す送信信号生成部の動作例は、図１１に示す従来の送信信号生成部３３の動作例に対応するが、実施例１のパルス信号生成部の出力波形が異なり、バッファ回路３６の出力波形を示している。 FIG. 1 shows a configuration example of Embodiment 1 of a pulse signal generation unit used in the wireless transmitter of the present invention. FIG. 2 shows an operation example of the transmission signal generation unit of the wireless transmitter of the present invention.
The wireless transmitter according to the present invention includes the power supply 10, the power supply circuit 20, and the transmission circuit 30 shown in FIG. The transmission circuit 30 includes a data clock generation unit 31, a transmission data generation unit 32, and a transmission signal generation unit 33 shown in FIG. The transmission signal generation unit 33 includes a transmission data latch unit 34, a pulse signal generation unit 35, a buffer circuit 36, and a counter 37 shown in FIG. The pulse signal generator of the first embodiment shown in FIG. 1 corresponds to the conventional pulse signal generator 35 shown in FIGS. The operation example of the transmission signal generation unit shown in FIG. 2 corresponds to the operation example of the conventional transmission signal generation unit 33 shown in FIG. 11, but the output waveform of the pulse signal generation unit of the first embodiment is different, and the buffer circuit 36 output waveforms are shown.

図１において、実施例１のパルス信号生成部は、Ｖdd電源およびＶss電源（接地電位）に、電流が揃った電流源４１，４２を介してインバータ４３を接続し、この電流欠乏型のインバータ４３を奇数個リング状に接続して送信アンテナ（図５，図７：３８）の中心周波数で直接発振するインバータリング部４４と、電流源４１，４２のバイアスを調整してインバータリング部４４の発振周波数を制御するバイアス調整部４５と、Ｖdd電源と電流源４１およびバイアス調整部４５との間に、送信データラッチ部（図９：３４）の出力に応じてオンオフする電源スイッチ４６を接続した構成である。パルス信号生成部のインバータリング部４４は、送信データラッチ部の出力がオンになったときに電源スイッチ４６がオンになって発振を開始し、出力されるパルス信号のパルス数が所定数に達したときに電源スイッチ４６がオフになって発振を停止する。なお、電源スイッチ４６は、Ｖdd電源と各電流源４１との間に挿入してもよい。 In FIG. 1, the pulse signal generation unit of the first embodiment connects an inverter 43 to a Vdd power source and a Vss power source (ground potential) through current sources 41 and 42 having the same current, and this current-deficient inverter 43 Are connected in an odd-numbered ring shape to directly oscillate at the center frequency of the transmitting antenna (FIG. 5, FIG. 7: 38), and the bias of the current sources 41 and 42 is adjusted to oscillate the inverter ring unit 44. A configuration in which a power supply switch 46 that is turned on / off according to the output of the transmission data latch unit (FIG. 9: 34) is connected between the bias adjustment unit 45 that controls the frequency, and the Vdd power source, the current source 41, and the bias adjustment unit 45 It is. The inverter ring unit 44 of the pulse signal generation unit starts oscillation when the power switch 46 is turned on when the output of the transmission data latch unit is turned on, and the number of pulses of the output pulse signal reaches a predetermined number. The power switch 46 is turned off to stop the oscillation. The power switch 46 may be inserted between the Vdd power source and each current source 41.

以下、図１、図２、図５、図７、図９を参照し、実施例１のパルス信号生成部を含む本発明の無線送信機の動作について説明する。
送信信号生成部３３の送信データラッチ部３４は、データクロック生成部３１から出力されるデータクロックのタイミングで、送信データ生成部３２から出力される送信データをラッチし、その出力がインバータで反転して図１のパルス信号生成部の電源スイッチ（ｐＭＯＳトランジスタ）４６に印加される。この入力信号をゲートにしてパルス信号生成部のインバータリング部４４は発振を開始する。 Hereinafter, the operation of the wireless transmitter of the present invention including the pulse signal generation unit according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1, 2, 5, 7, and 9.
The transmission data latch unit 34 of the transmission signal generation unit 33 latches the transmission data output from the transmission data generation unit 32 at the timing of the data clock output from the data clock generation unit 31, and the output is inverted by the inverter. 1 is applied to the power switch (pMOS transistor) 46 of the pulse signal generator in FIG. With this input signal as a gate, the inverter ring unit 44 of the pulse signal generation unit starts oscillation.

ここで、図１のパルス信号生成部のバイアス調整部４５のbias端子には、電源回路２０に備えてある基準電圧発生回路２５の出力Ｖref が印加される。このパルス信号生成部の発振周波数は、インバータリング部４４を構成しているトランジスタのゲート容量と、このゲート容量を充電する電流源４１，４２の電流値で決まるが、基準電圧発生回路２５の出力（bias）を調整することで、発振周波数をある程度調整可能である。この発振周波数の調整機能により、インバータリング部４４の段数を少なくすることができる。 Here, the output Vref of the reference voltage generation circuit 25 provided in the power supply circuit 20 is applied to the bias terminal of the bias adjustment unit 45 of the pulse signal generation unit of FIG. The oscillation frequency of the pulse signal generation unit is determined by the gate capacitance of the transistors constituting the inverter ring unit 44 and the current values of the current sources 41 and 42 that charge the gate capacitance. The oscillation frequency can be adjusted to some extent by adjusting (bias). With this oscillation frequency adjustment function, the number of stages of the inverter ring unit 44 can be reduced.

図１のパルス信号生成部のインバータリング部４４の出力は、図２に示すように三角波の波形になる。この三角波のパルス信号は出力バッファ３６に入力する。バッファ回路３６は、大電流を駆動できるインバータ型のバッファ回路であり、入力された三角波のパルス信号を矩形波に整形し、この矩形波で送信アンテナ３８を駆動する。カウンタ回路３７は、パルス信号生成部から出力されるパルス信号をカウントする。あらかじめ決められたパルス数をカウントすると、カウンタ２７はリセット信号を送信データラッチ部３４に対して出力する。また、それと同時に自身のカウント値をクリアする。送信データラッチ部３４はカウンタ３７からの信号が入力されると出力信号をクリアする。送信データラッチ部３４の出力がクリアされることにより、パルス信号生成部の発振が停止する。 The output of the inverter ring unit 44 of the pulse signal generation unit of FIG. 1 has a triangular waveform as shown in FIG. This triangular wave pulse signal is input to the output buffer 36. The buffer circuit 36 is an inverter type buffer circuit capable of driving a large current, and shapes the input triangular wave pulse signal into a rectangular wave, and drives the transmission antenna 38 with the rectangular wave. The counter circuit 37 counts the pulse signal output from the pulse signal generation unit. When counting a predetermined number of pulses, the counter 27 outputs a reset signal to the transmission data latch unit 34. At the same time, it clears its own count value. When the signal from the counter 37 is input, the transmission data latch unit 34 clears the output signal. When the output of the transmission data latch unit 34 is cleared, the oscillation of the pulse signal generation unit stops.

以上の動作により、送信データのHigh，Low に応じて、パルス信号生成部から複数のパルス信号が出力され、オンオフキーング変調される。実施例１のパルス信号生成部の発振周波数は送信アンテナ３８の中心周波数に設定されるので、送信アンテナ３８の中心周波数に一致したパルス信号がパルス信号生成部から出力される。送信アンテナ３８から出力される信号は、送信アンテナの帯域で帯域制限されたＲＦパルス信号として空中に放出される。 By the above operation, a plurality of pulse signals are output from the pulse signal generation unit according to the high and low of the transmission data, and on / off keying modulation is performed. Since the oscillation frequency of the pulse signal generation unit according to the first embodiment is set to the center frequency of the transmission antenna 38, a pulse signal that matches the center frequency of the transmission antenna 38 is output from the pulse signal generation unit. A signal output from the transmission antenna 38 is emitted into the air as an RF pulse signal band-limited in the band of the transmission antenna.

なお、実施例１のパルス信号生成部のインバータリング部４４では、インバータ４３の上下の電流源４１，４２の電流を揃えることで、デューティ比が50％のパルス信号が生成可能になる。デューティ比が50％ではないパルス信号で送信アンテナ３８を駆動してもかまわないが、その場合にはバッファ回路３６の電力効率が低下することになるので、できるだけ50％に近いパルスを用いるのが望ましい。また、カウンタ３７でカウントするパルス数は任意に設定可能である。パルス数を制御することで空中線に放射される信号電力が変わり、送信信号電力を制御することが可能である。 In the inverter ring unit 44 of the pulse signal generation unit according to the first embodiment, it is possible to generate a pulse signal having a duty ratio of 50% by aligning the currents of the current sources 41 and 42 above and below the inverter 43. The transmission antenna 38 may be driven by a pulse signal whose duty ratio is not 50%. In this case, however, the power efficiency of the buffer circuit 36 is lowered, so that a pulse as close to 50% as possible is used. desirable. The number of pulses counted by the counter 37 can be arbitrarily set. By controlling the number of pulses, the signal power radiated to the antenna changes, and the transmission signal power can be controlled.

実施例１のパルス信号生成部は、送信アンテナ３８の中心周波数で直接発振する構成である。これにより、電源回路２０のキャパシタＣの端子間電圧が下がり、キャパシタＣのリーク電流が低減する。よって、振動や温度、光などの自然エネルギーを用いた低電流出力の電源でも、電源回路２０の充電動作を行うことが可能となり、無線送信機を動作させることができる。 The pulse signal generation unit according to the first embodiment is configured to directly oscillate at the center frequency of the transmission antenna 38. Thereby, the voltage between the terminals of the capacitor C of the power supply circuit 20 is lowered, and the leakage current of the capacitor C is reduced. Therefore, the power source circuit 20 can be charged even with a low current output power source using natural energy such as vibration, temperature, light, and the wireless transmitter can be operated.

図１に示す実施例１のパルス信号生成部では、送信データラッチ部３４の出力がＶdd電源に接続された電源スイッチ４６に印加される。この場合、信号が印加されてから発振が開始するまでに若干の時間を要する。これは電源スイッチ４６がオフになることで、発振回路（インバータリング部４４）を構成する各トランジスタのノードがＶss電位（グランド電位）まで落ちてしまうためである。発振が開始するためには電源スイッチ４６がオンになり、発振回路を構成する各トランジスタのノード電位が所定の電位にまで充電されなければならない。この立ち上がり時間はある程度のばらつきをもち、パルス信号のシンボルのジッタとして影響する。この問題を解決する回路構成を実施例２として以下に説明する。 In the pulse signal generation unit of the first embodiment shown in FIG. 1, the output of the transmission data latch unit 34 is applied to the power switch 46 connected to the Vdd power source. In this case, it takes some time until the oscillation starts after the signal is applied. This is because the node of each transistor constituting the oscillation circuit (inverter ring unit 44) drops to the Vss potential (ground potential) when the power switch 46 is turned off. In order to start oscillation, the power switch 46 is turned on and the node potential of each transistor constituting the oscillation circuit must be charged to a predetermined potential. This rise time has a certain degree of variation and affects the jitter of the symbol of the pulse signal. A circuit configuration for solving this problem will be described below as a second embodiment.

図３は、本発明の無線送信機に用いられるパルス信号生成部の実施例２の構成例を示す。
図３において、実施例２のパルス信号生成部は、インバータリング部４４およびバイアス調整部４５は実施例１と同じ構成であり、インバータリング部４４を構成するインバータ４３のＶss電源側に電源スイッチ４７を接続した構成である。なお、電源スイッチ４７は、バイアス調整部４５を構成するトランジスタのＶss電源側に接続してもよい。 FIG. 3 shows a configuration example of Example 2 of the pulse signal generation unit used in the wireless transmitter of the present invention.
In FIG. 3, the pulse signal generation unit of the second embodiment has the same configuration as the inverter ring unit 44 and the bias adjustment unit 45 as in the first embodiment, and the power switch 47 on the Vss power source side of the inverter 43 that constitutes the inverter ring unit 44. Is connected. Note that the power switch 47 may be connected to the Vss power supply side of the transistors constituting the bias adjustment unit 45.

実施例２の構成では、電源スイッチ４７としてｎＭＯＳトランジスタが用いられるので、送信データラッチ部３４の出力をそのまま電源スイッチ４７に入力し、出力がオンになるとインバータリング部４４は発振を開始する。本構成では、発振をコントロールする電源スイッチ４７がインバータ４４とＶss電源（グランド電位）間にあるため、この電源スイッチ４７がオフの場合でも、インバータリング部４４を構成する各トランジスタのノード電位はグランドまで低下せず、発振開始の立ち上がりが実施例１の構成に比べて数倍早くなる。なお、実施例２の構成においても立ち上がり時間にばらつきはあるものの、立ち上がり時間が実施例１の構成に比べて高速になることで、パルスのシンボルに対するジッタの影響は低減される。 In the configuration of the second embodiment, since an nMOS transistor is used as the power switch 47, the output of the transmission data latch unit 34 is input to the power switch 47 as it is, and when the output is turned on, the inverter ring unit 44 starts oscillation. In this configuration, since the power switch 47 that controls oscillation is between the inverter 44 and the Vss power supply (ground potential), even when the power switch 47 is off, the node potential of each transistor constituting the inverter ring unit 44 is grounded. The rise of oscillation start is several times faster than that of the first embodiment. Even in the configuration of the second embodiment, the rise time varies, but the rise time is faster than that of the configuration of the first embodiment, so that the influence of jitter on the pulse symbol is reduced.

以下、送信アンテナにパルス信号（矩形波信号）を入力してＲＦパルス信号が送信される原理について説明する。
図１２は、パルス信号およびパルス信号に含まれる高調波信号成分を示す。パルス信号は、パルス信号と同じ周波数の正弦波信号成分（基本波、１次高調波）、３倍の周波数の正弦波信号成分（３次高調波）、５倍の周波数の正弦波信号成分（５次高調波）などの奇数次の高調波信号成分からなる。したがって、パルス幅Ｔのパルス信号には、２Ｔを１周期とした正弦波信号およびその高次高調波信号が含まれることになる。具体的には、パルス信号のパルス幅Ｔを５ｎｓとすると、パルス信号の基本波成分の周波数は 100ＭHz（１周期は10ｎｓ）となり、高次高調波成分の周波数は 300ＭHz、 500ＭHz、…となる。 Hereinafter, the principle of transmitting an RF pulse signal by inputting a pulse signal (rectangular wave signal) to the transmission antenna will be described.
FIG. 12 shows a pulse signal and harmonic signal components included in the pulse signal. The pulse signal has a sine wave signal component (fundamental wave, first harmonic) having the same frequency as the pulse signal, a sine wave signal component having a triple frequency (third harmonic), and a sine wave signal component having a frequency five times ( 5th order harmonic) and other odd order harmonic signal components. Therefore, the pulse signal having the pulse width T includes a sine wave signal having 2T as one cycle and its higher-order harmonic signal. Specifically, if the pulse width T of the pulse signal is 5 ns, the frequency of the fundamental wave component of the pulse signal is 100 MHz (one cycle is 10 ns), and the frequencies of the higher-order harmonic components are 300 MHz, 500 MHz,.

このようなパルス信号の基本波成分または高次高調波成分を送信アンテナから送信するには、送信アンテナの中心周波数が（２ｋ＋１）／（２Ｔ）（ｋ＝０，１，２，…）になるようにすればよい。図１３に、パルス信号のスペクトルと、アンテナ帯域との関係の一例を示す。ここでは、パルス信号の３次高調波成分の周波数は３／（２Ｔ）に相当するので、３次高調波成分を送信アンテナから送信する場合には、図１３に示すように３／（２Ｔ）を含むアンテナ帯域の送信アンテナを用意すればよい。例えば、パルス信号のパルス幅Ｔが５ｎｓの場合には、中心周波数が 100ＭHz、 300ＭHz、 500ＭHz、…といった送信アンテナを用い、この送信アンテナにパルス信号を供給することにより、パルス信号の基本波成分または高次高調波成分に対応するＲＦパルス信号を送信することが可能となる。 In order to transmit the fundamental wave component or higher-order harmonic component of such a pulse signal from the transmission antenna, the center frequency of the transmission antenna becomes (2k + 1) / (2T) (k = 0, 1, 2,...). What should I do? FIG. 13 shows an example of the relationship between the spectrum of the pulse signal and the antenna band. Here, since the frequency of the third harmonic component of the pulse signal corresponds to 3 / (2T), when transmitting the third harmonic component from the transmitting antenna, 3 / (2T) as shown in FIG. A transmission antenna having an antenna band including For example, when the pulse width T of the pulse signal is 5 ns, the fundamental frequency component of the pulse signal or It becomes possible to transmit an RF pulse signal corresponding to a higher-order harmonic component.

なお、２ｋ＋１（ｋ＝０，１，２，…）次高調波成分の信号振幅は、図１２に示すようにパルス信号の信号振幅に比べて１／（２ｋ＋１）になる。例えば、パルス信号の振幅を１とすると、３次高調波成分の振幅は１／３、５次高調波成分の振幅は１／５となる。したがって、アンテナからパルス信号の高次高調波成分を送信する場合ほど送信信号電力は小さくなる。 Note that the signal amplitude of the 2k + 1 (k = 0, 1, 2,...) Order harmonic component is 1 / (2k + 1) compared to the signal amplitude of the pulse signal as shown in FIG. For example, if the amplitude of the pulse signal is 1, the amplitude of the third harmonic component is 1/3, and the amplitude of the fifth harmonic component is 1/5. Therefore, the transmission signal power decreases as the higher-order harmonic component of the pulse signal is transmitted from the antenna.

図１４は、パルス信号の３次高調波成分を送信する場合の信号波形を示す。図１４(1) に示すように、パルス信号のパルス幅Ｔを５ｎｓとすると、図１４(2) に示すパルス信号の３次高調波成分の信号周波数は 300ＭHzとなる。したがって、このパルス信号を中心周波数 300ＭHzの送信アンテナに供給すると、送信アンテナからは 300ＭHzの周波数で振動する図１４(3) に示すようなＲＦパルス信号が出力される。このＲＦパルス信号のパルス幅は、送信アンテナのインパルス応答およびアンテナ帯域で決まる。アンテナ帯域が広い場合にはこのパルス幅を短くなり、アンテナ帯域が狭い場合にはこのパルス幅は長くなる。 FIG. 14 shows a signal waveform when the third harmonic component of the pulse signal is transmitted. As shown in FIG. 14 (1), when the pulse width T of the pulse signal is 5 ns, the signal frequency of the third harmonic component of the pulse signal shown in FIG. 14 (2) is 300 MHz. Therefore, when this pulse signal is supplied to a transmitting antenna having a center frequency of 300 MHz, an RF pulse signal as shown in FIG. 14 (3) oscillating at a frequency of 300 MHz is output from the transmitting antenna. The pulse width of this RF pulse signal is determined by the impulse response of the transmitting antenna and the antenna band. When the antenna band is wide, the pulse width is shortened, and when the antenna band is narrow, the pulse width is long.

以上により、送信回路３０はアナログ回路を用いずにディジタル回路のみで構成することができる。すなわち、アナログのキャリア信号を用いずにＲＦパルス信号を送信アンテナ３８から送信することができる。これにより、高速に送信回路３０が立ち上がり、送信データを無線送信することが可能になることから、一般的な送信回路を用いる構成に比べて電源回路２０からの電源供給期間を短くすることができる。 As described above, the transmission circuit 30 can be configured by only a digital circuit without using an analog circuit. That is, an RF pulse signal can be transmitted from the transmission antenna 38 without using an analog carrier signal. As a result, the transmission circuit 30 rises at high speed, and transmission data can be transmitted wirelessly, so that the power supply period from the power supply circuit 20 can be shortened compared to a configuration using a general transmission circuit. .

また、送信回路３０の送信信号生成部３３は、電源供給により生成される送信データが「ハイ」になるタイミングで発振してパルス信号を出力し、所定数のパルス信号を出力した後にカウンタ３７からのリセット信号によって発振が停止する。一方、アナログ回路の発振器から出力されるキャリア信号を用いた従来構成では、送信データの「ハイ」、「ロー」に拘らず送信期間中は発振を停止することができない。このように、本実施形態の送信回路３０では発振動作の停止が可能であるため、従来構成に比べて送信期間中の消費電力低減に効果がある。 The transmission signal generation unit 33 of the transmission circuit 30 oscillates at a timing when transmission data generated by power supply becomes “high”, outputs a pulse signal, outputs a predetermined number of pulse signals, and then outputs from the counter 37. Oscillation is stopped by the reset signal. On the other hand, in the conventional configuration using the carrier signal output from the oscillator of the analog circuit, the oscillation cannot be stopped during the transmission period regardless of the transmission data “high” or “low”. As described above, the transmission circuit 30 according to the present embodiment can stop the oscillating operation, and therefore has an effect of reducing power consumption during the transmission period as compared with the conventional configuration.

図１５は、電源回路２０の出力電圧の変化例を示す。図において、送信データの「ハイ」のタイミングでパルス信号が生成され、送信アンテナ３８からＲＦパルス信号として送信される。電源回路２０の出力電圧は、送信回路３０が動作している間に緩やかに低下するが、特にＲＦパルス信号が出力されるときに多くの電荷が消費されるので、図１５に示すようにほぼ階段状に変化する。また、電源電圧が徐々にではあるが低下することから、送信回路３０における信号周波数もわずかに変化する。 FIG. 15 shows an example of a change in the output voltage of the power supply circuit 20. In the figure, a pulse signal is generated at a “high” timing of transmission data, and is transmitted from the transmission antenna 38 as an RF pulse signal. Although the output voltage of the power supply circuit 20 gradually decreases while the transmission circuit 30 is operating, a large amount of charge is consumed particularly when an RF pulse signal is output. It changes like a staircase. Further, since the power supply voltage gradually decreases, the signal frequency in the transmission circuit 30 also slightly changes.

一方、送信回路３０は、図１３に示すように、ＤＣ成分から高周波成分まで含む非常に広帯域なパルス信号を出力し、送信アンテナ３８からアンテナ帯域に対応するＲＦパルス信号を送信する方式である。したがって、送信回路３０から出力されるパルス信号の高周波成分のメインローブの中心周波数が送信アンテナ３８の中心周波数からずれたとしても、実際に送信アンテナ３８から送信されるＲＦパルス信号に変化はほとんどなく、受信機側の復調動作に影響は与えない。 On the other hand, as shown in FIG. 13, the transmission circuit 30 is a system that outputs a very wide band pulse signal including a DC component to a high frequency component and transmits an RF pulse signal corresponding to the antenna band from the transmission antenna 38. Therefore, even if the center frequency of the main lobe of the high-frequency component of the pulse signal output from the transmission circuit 30 deviates from the center frequency of the transmission antenna 38, there is almost no change in the RF pulse signal actually transmitted from the transmission antenna 38. The demodulation operation on the receiver side is not affected.

また、送信アンテナ３８の帯域に比べて相対的にフラットな信号スペクトルが入力されるので、入力信号スペクトルの中心周波数が多少ずれたとしても、送信アンテナ３８から出力される信号の中心周波数は送信アンテナ３８によって決まる。当然ながらデータのクロック周波数もわずかに変化するものの、受信機側でＲＦパルス信号を検波してベースバンド信号に復調してしまえば、このベースバンド信号からクロックを抽出することが可能であり、送信データを復調することが可能である。 In addition, since a signal spectrum relatively flat compared to the band of the transmission antenna 38 is input, even if the center frequency of the input signal spectrum is slightly shifted, the center frequency of the signal output from the transmission antenna 38 is the transmission antenna. 38. Of course, the clock frequency of the data also changes slightly, but if the RF pulse signal is detected and demodulated into a baseband signal on the receiver side, the clock can be extracted from this baseband signal and transmitted. Data can be demodulated.

以上説明したように、本発明の無線送信機では、待機時の消費電力および送信時の消費電力を低減することが可能である。さらに、送信回路が高速に立ち上がって動作することから、電源回路からの電源の供給期間を短くすることができる。この結果、間欠比率をより高くすることが可能となり、長寿命な無線送信機を実現することができる。 As described above, in the wireless transmitter of the present invention, it is possible to reduce power consumption during standby and power consumption during transmission. Furthermore, since the transmission circuit starts up and operates at high speed, the supply period of power from the power supply circuit can be shortened. As a result, the intermittent ratio can be further increased, and a long-life wireless transmitter can be realized.

なお、本実施形態における無線送信機の送信回路は、ほとんどすべてをディジタル回路で構成でき、無線送信機全体を１つの集積回路に集積できることから、製造バラツキにも強く、歩留りを高め特性のバラツキも最小限に抑えることができる。また、集積化した場合の実装面積も従来の無線送信機に比べて大幅に低減可能である。また、実装に必要なトランジスタも少ないことから、シリコン基板上に製造されるトランジスタ以外の半導体、例えば有機半導体などを用いて無線送信機を製造することも可能である。 Note that almost all of the transmission circuit of the wireless transmitter in the present embodiment can be configured by a digital circuit, and the entire wireless transmitter can be integrated into one integrated circuit. Therefore, it is resistant to manufacturing variations, increases yields, and varies characteristics. Can be minimized. In addition, the mounting area when integrated can be significantly reduced as compared with a conventional wireless transmitter. In addition, since the number of transistors required for mounting is small, it is also possible to manufacture a wireless transmitter using a semiconductor other than a transistor manufactured on a silicon substrate, such as an organic semiconductor.

本発明の無線送信機は、待機時における消費電力を低減し、かつ送信時における送信回路の電力効率を改善し、電源寿命を長くすることできる。また、無線送信機の電源電圧を下げることができ、電源として低電流の発電デバイスを利用することができる。 The wireless transmitter of the present invention can reduce power consumption during standby, improve the power efficiency of the transmission circuit during transmission, and extend the power supply life. In addition, the power supply voltage of the wireless transmitter can be lowered, and a low-current power generation device can be used as a power supply.

１０電源
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
３５１ＮＡＮＤ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
４１，４２電流源
４３インバータ
４４インバータリング部
４５バイアス調整部
４６，４７電源スイッチ DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Power supply 20 Power supply circuit 21, 22, 27 Switch 23 Energy storage part 24 Switch control part 25 Reference voltage generation circuit (Vref)
26 Comparator 30 Transmission Circuit 31 Data Clock Generation Unit 32 Transmission Data Generation Unit 33 Transmission Signal Generation Unit 34 Transmission Data Latch Unit 35 Pulse Signal Generation Unit 351 NAND Circuit 352, 354 Inverter 353 Resistance (R)
355 Capacitor (C)
356 Frequency Divider 36 Buffer Circuit 37 Counter 38 Transmitting Antenna 41, 42 Current Source 43 Inverter 44 Inverter Ring 45 Bias Adjuster 46, 47 Power Switch

Claims

Power supply,
A power supply circuit having an input terminal connected to the power supply, an output terminal connected to the transmission circuit, and outputting a voltage supplied from the power supply at a predetermined intermittent ratio;
A data clock generation unit that outputs a data clock according to a voltage output from the power supply circuit;
A transmission data generation unit that outputs transmission data in synchronization with the data clock;
The transmission data and the data clock are input, the oscillation operation is started at the timing of the transmission data latched by the data clock, the output pulse signal is supplied to the transmission antenna, and the number of pulses of the pulse signal is set to a predetermined number And a transmission signal generator that sets the frequency of the pulse signal equal to the center frequency of the transmission antenna and radiates a high-frequency pulse signal corresponding to the pulse signal from the transmission antenna. In the wireless transmitter
The transmission signal generator is
A transmission data latch unit that inputs a data clock and transmission data from the data clock generation unit and the transmission data generation unit, and latches transmission data with a data clock;
A center of the transmission antenna is used at the timing of the latch output of the transmission data latch unit using an inverter ring unit in which an odd number of inverters connected to the Vdd power source and the Vss power source through current sources having a uniform current are connected in a ring shape. A pulse signal generator that oscillates at an oscillation frequency equal to the frequency and outputs a pulse signal of the oscillation frequency;
A counter that counts the number of pulses of the pulse signal and outputs a reset signal that stops latch output to the transmission data latch unit when the count value reaches a predetermined value;
And a buffer circuit that buffers the pulse signal and outputs the buffered signal to the transmission antenna.

The wireless transmitter according to claim 1,
The pulse signal generation unit includes a power switch that is turned on and off by a latch output of the transmission data latch unit between the Vdd power source and a current source on the Vdd power source side. .

The wireless transmitter according to claim 1,
The pulse signal generation unit includes a power switch that is turned on / off by a latch output of the transmission data latch unit between the Vss power source and a current source on the Vss power source side. .

The wireless transmitter according to claim 1,
The radio signal transmitter, wherein the pulse signal generation unit includes a bias adjustment unit that controls an oscillation frequency of the inverter ring unit by adjusting a bias of the current source.