JP2012208825A - 受信回路、受信装置及び受信信号処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】変調成分を適切に検出できる受信回路、受信装置及び受信信号処理方法を提供すること。
【解決手段】受信回路は、受信された受信信号の搬送波における非変調成分の振幅に対する、当該非変調成分と変調成分との振幅差の比率を増加させる増加部Ｇと、比率が増加された受信信号から抽出された変調成分を処理する処理部と、を備える。これによれば、受信信号における非変調成分と変調成分との振幅差が小さい場合でも、増加部Ｇにより、非変調成分の振幅に対する当該振幅差の比率を増加できるので、変調成分を適切に抽出でき、処理部が当該変調成分を適切に処理できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、受信回路、受信装置及び受信信号処理方法に関する。

従来、パッシブ型のＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）タグと、当該ＲＦＩＤタグと無線通信して情報の送受信を行う通信装置（リーダーライター）とを備えて構成される通信システムが知られている。
この通信システムでは、通信装置により所定周波数（例えば、１３．５６ＭＨｚ）の搬送波を伴う電波がＲＦＩＤタグに送信されると、電磁誘導等により駆動電力が発生し、ＲＦＩＤタグが起動する。そして、ＲＦＩＤタグは、受信された電波に含まれるコマンドに応じた処理（例えば、情報の記憶や演算）を実行したり、或いは、記憶している情報に応じて搬送波を負荷変調し、反射波として通信装置に送信する。一方、通信装置は、ＲＦＩＤタグから受信した電波を検波して、ＲＦＩＤタグによる変調成分（変調信号）を抽出し、当該変調成分により示される情報を処理する。
このような通信装置として、ダイオード検波（包絡線検波）を行うダイオード検波回路を有する装置（例えば、特許文献１参照）や、同期検波を行う同期検波回路を有する装置（例えば、特許文献２参照）が知られている。

特開２００３−７８４４６号公報 特開２００９−２２３６２７号公報

ここで、通信装置とＲＦＩＤタグとの距離が大きくなると、当該通信装置により受信される電波が微弱となり、これに伴って、受信信号における非変調成分（変調されていない成分）と変調成分との振幅差（電圧差）が小さくなる。このため、特許文献１及び２に記載の検波回路を有する通信装置では、変調成分を適切に抽出することが難しいという問題がある。

本発明の目的は、変調成分を適切に検出できる受信回路、受信装置及び受信信号処理方法を提供することである。

前記した目的を達成するために、本発明の受信回路は、受信された受信信号の搬送波における非変調成分の振幅に対する当該非変調成分と変調成分との振幅差の比率を増加させる増加部と、前記比率が増加された前記受信信号から抽出された前記変調成分を処理する処理部と、を備えることを特徴とする。

なお、非変調成分とは、例えば、受信信号において、搬送波と同じ振幅を有する信号成分を示し、変調成分とは、例えば、変調されることで搬送波とは異なる振幅を有する信号成分を示す。
本発明によれば、増加部が、受信信号の搬送波における非変調成分の振幅に対する、非変調成分と変調成分との振幅差の比率を増加させることにより、増加された受信信号においては、非変調成分と変調成分との振幅差が大きくなる。従って、電波が微弱である等して、受信回路に入力される受信信号の振幅（電圧）が小さい場合でも、変調成分を適切に抽出できる。また、これにより、適切に抽出された変調成分を処理部が処理できるので、受信回路を安定して動作させることができ、正確な情報を取得できる。

本発明では、前記増加部は、電流の導通方向が互いに逆方向となるように並列に接続された一対のダイオードを有することが好ましい。
このような一対のダイオードは、当該一対のダイオードのうち一方のダイオードのアノードと他方のダイオードのカソードとが接続され、かつ、当該一方のダイオードのカソードと他方のダイオードのアノードとが接続された構成を有する。
ここで、上記一対のダイオードを受信信号が導通することで、非変調成分と変調成分との振幅差（電圧差）が維持されたままで、受信信号全体の振幅（電圧）が小さくなる。このような一対のダイオードを増加部が有することにより、受信信号の搬送波における非変調成分の振幅に対する、非変調成分と変調成分との振幅差の比率を増加させる機能を有するように増加部を構成できる。

本発明では、前記増加部は、前記一対のダイオードを複数有し、それぞれの前記一対のダイオードは、互いに直列に接続されていることが好ましい。
ここで、前記一対のダイオードにより削減される受信信号の電圧は一定であり、前記一対のダイオードの接続数に応じて、当該電圧は加算される。このため、当該一対のダイオードを直列に複数接続することにより、非変調成分と変調成分との振幅差を維持したままで、より多くの受信信号の電圧を削減できる。従って、受信信号の搬送波における非変調成分の振幅に対する、非変調成分と変調成分との振幅差の比率を確実に増加させることができ、より適切に変調成分を抽出できる。

また、本発明の受信装置は、前述の受信回路と、電波を受信して前記受信信号を前記受信回路に出力するアンテナと、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、前述の受信回路と同様の効果を奏することができるので、アンテナにより受信される電波が微弱であり、受信信号の振幅（電圧）が小さい場合でも、当該受信信号から変調成分を適切に抽出でき、正確な情報を取得できる。

また、本発明の受信信号処理方法は、受信された受信信号の搬送波における非変調成分の振幅に対する当該非変調成分と変調成分との振幅差の比率を増加させる増加ステップと、前記比率が増加された前記受信信号から抽出された前記変調成分を処理する処理ステップと、を有することを特徴とする。
本発明によれば、前述の受信回路と同様の効果を奏することができる。

本発明によれば、受信信号の搬送波における非変調成分の振幅に対する、当該非変調成分と変調成分との振幅差の比率を増加させることができるので、入力される受信信号の振幅（電圧）が小さい場合でも、変調成分を適切に抽出でき、正確な情報を取得できる。

本発明の一実施形態に係る通信装置の構成を示すブロック図。 前記実施形態における受信回路の構成を示す図。 前記実施形態におけるアンテナから出力された受信信号の振幅を示す図。 前記実施形態における受信回路から出力された受信信号の振幅を示す図。

以下、本発明の一実施形態について、図面に基づいて説明する。
〔通信システムの構成〕
図１は、本実施形態に係る通信装置１の構成を示すブロック図である。
本実施形態に係る通信装置１は、図１に示すように、パッシブ型のＲＦＩＤタグ（以下「タグ」と略す場合がある）Ｔと無線で通信して、当該タグＴとの間で情報の送受信を電波により行う。すなわち、通信装置１とタグＴとは、通信システムを構成する。
これらのうち、タグＴは、通信装置１から受信される電波によって駆動電力を発生させて起動する。そして、当該タグＴは、当該電波に含まれるコマンドに応じた処理を実行する他、記憶した情報に基づいて、受信された電波に負荷変調を施して通信装置１に反射波として送信する。

〔通信装置の構成〕
通信装置１は、タグＴから受信した電波（反射波）に応じた受信信号から変調成分を抽出（検波）し、当該変調成分を処理する。このような通信装置１は、本発明の受信装置に相当し、アンテナ２と、送受信回路３とを備えている。
アンテナ２は、送受信回路３から入力される信号に応じた電波（例えば、ＨＦ帯である周波数１３．５６ＭＨｚ）をタグに送信する他、当該タグから送信された電波（反射波）を受信して、当該電波に応じた受信信号を送受信回路３に出力する。当該送受信される電波としては、特に限定されないが、ＨＦ帯、ＵＨＦ帯及びＬＦ帯等を利用することができ、周波数としては、１００ｋＨｚ以上３ＧＨｚ以下が好ましく用いられる。このようなアンテナ２として、ループアンテナ、ダイポールアンテナ、バイコニカルアンテナ、ホイップアンテナ及び逆Ｌ字アンテナを例示できるが、他の構成のアンテナであってもよい。

送受信回路３は、本発明の受信回路に相当し、送信部３１、受信部３２、ＬＰＦ（Low-pass filter）３３、コンパレーター３４及び処理部３５を有する。
送信部３１は、処理部３５の制御下で、アンテナ２を介してタグＴに電波を送信する。
受信部３２は、アンテナ２から入力される受信信号を処理する。なお、受信部３２の構成については、後に詳述する。
ＬＰＦ３３は、受信部３２から入力される受信信号に含まれる搬送波成分を除去するフィルターである。
コンパレーター３４は、ＬＰＦ３３から入力される受信信号を所定電圧に基づいて二値化し、矩形信号を生成する。

処理部３５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理回路を備えて構成され、送受信回路３全体を制御し、ひいては、通信装置１全体を制御する。例えば、処理部３５は、送信部３１の動作を制御する他、タグＴにより変調された変調成分を含む受信信号を同期検波する受信部３２から、ＬＰＦ３３を通り、コンパレーター３４でデジタル信号に変換された受信信号の処理も行う。

図２は、送信部３１及び受信部３２の構成の一例を示す回路図である。
受信部３２は、アンテナ２から出力される受信信号を同期検波するとともに、受信部３２以降の構成に適した電圧に当該受信信号を降下させて出力する。
この際、受信部３２は、後述する増加部Ｇにより、当該受信信号に含まれる非変調成分の振幅に対する非変調成分と変調成分との振幅差の比率を増加させ、当該比率が増加された受信信号をＬＰＦ３３に出力する。詳述すると、受信部３２は、受信信号における非変調成分と変調成分との振幅差（電圧差）を維持したままで、当該受信信号全体の振幅（電圧）を低減させることにより、非変調成分の振幅に対する当該振幅差の比率を増加させ、当該受信信号をＬＰＦ３３に出力する。
このような受信部３２は、図２に示すように、抵抗Ｒ３と、増加部Ｇとを有し、送信部３１は、抵抗Ｒ２と、コンデンサーＣと、コイルＬとを有する。

抵抗Ｒ１の一端は、アンテナ２と接続され、バッファーとして機能する。
この抵抗Ｒ１の他端には、コイルＬの一端が接続され、当該コイルＬの他端には、抵抗Ｒ２の一端が接続されている。そして、抵抗Ｒ２の他端には、ＧＮＤと接続された定電圧源ＣＶが接続されている。
抵抗Ｒ１とコイルＬとの間には、増加部Ｇと接続される第１分岐Ｂ１が、抵抗Ｒ１側の位置に設けられ、ＧＮＤに接続されるコンデンサーＣと接続される第２分岐Ｂ２が、コイルＬ側の位置に設けられている。

増加部Ｇは、受信信号に含まれる非変調成分の振幅に対する非変調成分と変調成分との振幅差の比率を増加させる。この増加部Ｇは、それぞれ直列に接続された複数のダイオード対ＤＰ（ＤＰ１〜ＤＰ５）を備えて構成されている。
ダイオード対ＤＰ（アンテナ２に近い方から順にＤＰ１〜ＤＰ５とする）は、電流の導通方向が互いに逆方向となるように並列に接続された一対のダイオードにより構成されている。すなわち、一対のダイオードのうち、一方のダイオードのアノード（陽極）と他方のダイオードのカソード（陰極）とが互いに接続され、一方のダイオードのカソードと他方のダイオードのアノードとが互いに接続されている。

換言すると、ダイオード対ＤＰ１は、一対のダイオードＤ１１，Ｄ２１とにより構成され、ダイオード対ＤＰ２は、一対のダイオードＤ１２，Ｄ２２により構成されている。ダイオード対ＤＰ３〜ＤＰ５も同様に構成されている。そして、各ダイオード対ＤＰ１〜ＤＰ５を構成する一対のダイオードのうち、一方のダイオード（例えば、ダイオードＤ１１）における電流の導通方向は、第１分岐Ｂ１に向かう方向であり、また、他方のダイオード（例えば、ダイオードＤ２１）における電流の導通方向は、第１分岐Ｂ１に向かう方向とは反対方向である。

このようなダイオード対ＤＰ１〜ＤＰ５を構成するダイオードは、通信装置１の性能等により適宜設定可能である。なお、抵抗Ｒ３で消費されるエネルギーを少なくするために、抵抗Ｒ３に加わる電圧を少なくする必要があるため、当該ダイオードとして、０バイアス電圧時の容量が小さいダイオードを使用することが好ましい。

抵抗Ｒ３の一端は、増加部Ｇのダイオード対ＤＰ５と接続され、他端はＧＮＤに接続されている。この抵抗Ｒ３とダイオード対ＤＰ５との間には、前述のＬＰＦ３３に接続される第３分岐Ｂ３が設けられている。
そして、このような受信部３２（特に増加部Ｇ）を介することにより、アンテナ２から出力された受信信号の振幅（電圧）は、当該受信信号における変調成分と非変調成分との振幅差（電圧差）が維持されたままで低減される。

〔受信信号の電圧レベル〕
図３は、アンテナ２から出力される受信信号の電圧レベルを示す図である。
例えば、図３に示すように、アンテナ２から出力される受信信号（未処理信号）が、±５．２５Ｖの振幅を有する信号であり、当該未処理信号における変調成分と非変調成分との電圧差が０．５Ｖであると、非変調成分に対する当該電圧差の比率は、０．５／５．２５（≒９．５％）である。

このように、当該電圧差が小さいと、受信部３２の後段の回路による検波精度が低下する。特に、アンテナ２とタグＴとの距離が長いと、受信される電波が微弱であり、当該アンテナ２から出力される受信信号の振幅（電圧）は小さくなってしまう。このような場合、検波精度が著しく低下する。

図４は、受信部３２から出力される受信信号の電圧レベルを示す図である。
上記ダイオード対ＤＰが第１分岐Ｂ１と第３分岐Ｂ３との間に１つ設けられるごとに、当該ダイオード対ＤＰを導通する受信信号の電圧は、変調成分と非変調成分との振幅差（電圧差）が維持されたままで、０．６Ｖ低減される。そして、本実施形態では、増加部Ｇにはダイオード対ＤＰが５つ設けられているので、当該増加部Ｇを受信信号が通過する過程で、０．６Ｖ×５＝３Ｖ低減され、当該受信信号は、図４に示すように±２．２５Ｖの振幅を有する信号となる。
このため、増加部Ｇを通過した非変調成分に対する当該電圧差の比率は、０．５／２．２５（≒２２．２％）となって、前述の増加部Ｇを通過する前の０．５／５．２５（≒９．５％）の場合と比べて増加されている。
なお、図４で示す波形は、図３で示した波形と比べて電圧０Ｖを境にシャープに（細く）なっている。これは、ダイオード対ＤＰを有する増加部Ｇを通すことにより、当該波形が、受信した受信信号から変形していることによるものである。

このように、送受信回路３が、アンテナ２で受信された受信信号の搬送波における非変調成分の振幅に対して、当該非変調成分と変調成分との振幅差の比率を、増加部Ｇにより増加させることで（増加ステップ）、当該比率が増加された受信信号全体における変調成分と非変調成分との振幅差（電圧差）を大きくでき、適切な検波を行うことができる。
また、当該受信信号から抽出された変調成分を、処理部３５が処理することで（処理ステップ）、タグＴからの情報を適切に処理できる。
なお、必要に応じて、受信部３２から出力された受信信号を増幅すれば、変調成分と非変調成分との振幅差（電圧差）をより拡大できるので、より正確な検波を行うことができる。これにより、タグＴとの距離が大きい場合でも、変調成分をより確実に取得できる。

〔実施形態の効果〕
以上説明した本実施形態に係る通信装置１によれば、以下の効果がある。
受信部３２における増加部Ｇが、受信信号の搬送波における非変調成分の振幅に対する、非変調成分と変調成分との振幅差の比率を増加させる。これによれば、アンテナ２から出力される受信信号（未処理信号）と、受信部３２から出力される受信信号（処理後信号）との振幅が同じと仮定すると、当該処理後信号では、非変調成分と変調成分との振幅差が大きくなる。従って、アンテナ２により受信される電波が微弱であり、受信部３２に入力される受信信号の振幅（電圧）が小さい場合でも、非変調成分と変調成分との振幅差が明確となるので、当該変調成分を適切に抽出できる。また、このようにして適切に抽出された変調成分を処理部３５が処理することにより、送受信回路３を安定して動作させることができ、正確な情報を取得できる。

増加部Ｇは、電流の導通方向が互いに逆方向となるように並列に接続された一対のダイオードを有するダイオード対ＤＰを備えて構成されている。これによれば、当該増加部Ｇにより、受信信号に含まれる非変調成分の振幅に対する非変調成分と変調成分との振幅差の比率を確実に増加させることができる。

一つのダイオード対ＤＰにより低減される受信信号の電圧は一定であり、ダイオード対ＤＰの数に応じて、受信信号から削減される電圧は加算される。このため、当該ダイオード対を複数直列に接続することにより、非変調成分と変調成分との振幅差を維持したままで、より多くの受信信号の電圧を削減できる。従って、前記比率を一層増加させることができるので、より適切に変調成分を抽出できる。

また、受信装置としての通信装置１は、アンテナ２及び送受信回路３を備えることにより、アンテナ２により受信される電波が微弱であり、受信信号の振幅（電圧）が小さい場合でも、当該受信信号から変調成分を適切に抽出でき、正確な情報を取得できる。

〔実施形態の変形〕
本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
前記実施形態では、受信回路としての送受信回路３は、５つのダイオード対ＤＰ（ＤＰ１〜ＤＰ５）を備える構成としたが、本発明はこれに限らない。すなわち、ダイオード対ＤＰの数は、受信部３２（特に増加部Ｇ）以降の構成の電源電圧に応じて適宜設定可能であり、少なくとも１つのダイオード対があればよい。

前記実施形態では、送受信回路３は、変調成分と非変調成分との振幅差（電圧差）を維持したままで、未処理信号である受信信号の振幅（電圧）を小さくする構成として、上記ダイオード対ＤＰを挙げたが、本発明はこれに限らない。例えば、当該ダイオード対に代えて、ツェナーダイオードやＬＥＤ等の電圧非直線特性を有する素子で構成することも可能である。

前記実施形態では、送受信回路３は、受信信号を検波して、変調成分を抽出するとしたが、本発明はこれに限らない。すなわち、ダイオード検波（包絡線検波）により変調成分を抽出する構成としてもよい。

前記実施形態では、通信装置１は、電波を送受信可能に構成されているとしたが、本発明はこれに限らない。すなわち、受信部を有するが、電波を送信する送信部がない受信回路及び受信装置として構成してもよい。また、通信装置（受信装置）が電波を受信する対象は、ＲＦＩＤタグでなくてもよく、例えば、ラジオ及びテレビ等の電波を受信する構成としてもよい。同様に、受信回路が処理する受信信号も、ＲＦＩＤタグから送信された電波に基づく信号でなくてもよい。

本発明は、電波を受信する受信装置に利用でき、特にＲＦＩＤタグからの電波を受信する受信装置に好適に利用できる。

１…通信装置（受信装置）、２…アンテナ、３…送受信回路（受信回路）、３５…処理部、ＤＰ（ＤＰ１〜ＤＰ５）…ダイオード対（一対のダイオード）、Ｄ１１，Ｄ１２，Ｄ２１，Ｄ２２…ダイオード、Ｇ…増加部。

Claims (5)

1. 受信された受信信号の搬送波における非変調成分の振幅に対する当該非変調成分と変調成分との振幅差の比率を増加させる増加部と、
   前記比率が増加された前記受信信号から抽出された前記変調成分を処理する処理部と、を備える
   ことを特徴とする受信回路。
2. 請求項１に記載の受信回路において、
   前記増加部は、電流の導通方向が互いに逆方向となるように並列に接続された一対のダイオードを有する
   ことを特徴とする受信回路。
3. 請求項２に記載の受信回路において、
   前記増加部は、前記一対のダイオードを複数有し、
   それぞれの前記一対のダイオードは、互いに直列に接続されている
   ことを特徴とする受信回路。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の受信回路と、
   電波を受信して前記受信信号を前記受信回路に出力するアンテナと、を備える
   ことを特徴とする受信装置。
5. 受信された受信信号の搬送波における非変調成分の振幅に対する当該非変調成分と変調成分との振幅差の比率を増加させる増加ステップと、
   前記比率が増加された前記受信信号から抽出された前記変調成分を処理する処理ステップと、を有する
   ことを特徴とする受信信号処理方法。

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