JP2013197988A - 無線通信装置および無線通信システム - Google Patents
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Abstract
【課題】送受信コイルの実装密度を高めた無線通信装置。
【解決手段】磁界結合により複数の差動信号のそれぞれを複数の外部の差動コイルペアとの間で各々通信する複数の差動コイルペアを備え、複数の差動コイルペアのうちの第1差動コイルペアの一方のコイルは、複数の差動コイルペアのうちの第2差動コイルペアの2つのコイルから、当該2つのコイル間と同じ距離またはより近くに設けられ、第1差動コイルペアの他方のコイルは、第2差動コイルペアの2つのコイルから、当該2つのコイル間より遠くに設けられる無線通信装置および無線通信システムを提供する。
【選択図】図1
【解決手段】磁界結合により複数の差動信号のそれぞれを複数の外部の差動コイルペアとの間で各々通信する複数の差動コイルペアを備え、複数の差動コイルペアのうちの第1差動コイルペアの一方のコイルは、複数の差動コイルペアのうちの第2差動コイルペアの2つのコイルから、当該2つのコイル間と同じ距離またはより近くに設けられ、第1差動コイルペアの他方のコイルは、第2差動コイルペアの2つのコイルから、当該2つのコイル間より遠くに設けられる無線通信装置および無線通信システムを提供する。
【選択図】図1
Description
本発明は、無線通信装置および無線通信システムに関する。
従来、無線で電力または電気信号を送受信する送受信システムは、送信コイルを有する送信機と、受信コイルを有する受信機とを、空間を隔てて備え、当該送受信コイルの磁界結合によって送受信していた(例えば、特許文献1〜3参照)。
特許文献1 特開2006−105630号公報
特許文献2 特開2006−173415号公報
特許文献3 特開2011−66515号公報
特許文献4 特開2011−146484号公報
特許文献1 特開2006−105630号公報
特許文献2 特開2006−173415号公報
特許文献3 特開2011−66515号公報
特許文献4 特開2011−146484号公報
このような送受信システムは、送受信コイルの数を増やすことで、送受信する情報量を増加させることができる。しかしながら、送信コイルを近接させて配置すると、隣り合う送信コイルが発生させる磁界が互いに干渉して送信信号が乱れ、また、送信コイルに対応して配置した受信コイルは、隣り合う送信信号も受信してしまい、送受信が正常に実行できない場合が生じる。このように、送受信システムは、複数の送受信コイルの実装密度を高くすることが困難なので、送受信する情報量に応じて装置面積が大きくなっていた。
本発明の第1の態様においては、磁界結合により複数の差動信号のそれぞれを複数の外部の差動コイルペアとの間で各々通信する複数の差動コイルペアを備え、複数の差動コイルペアのうちの第1差動コイルペアの一方のコイルは、複数の差動コイルペアのうちの第2差動コイルペアの2つのコイルから、当該2つのコイル間と同じ距離またはより近くに設けられ、第1差動コイルペアの他方のコイルは、第2差動コイルペアの2つのコイルから、当該2つのコイル間より遠くに設けられる無線通信装置および無線通信システムを提供する。
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
図1は、本実施形態に係る無線通信システム100の構成例を示す。無線通信システム100は、複数の差動コイルペアを隣接する差動コイルペアからの磁界の影響を相殺させて低減する配置に配列して、通信品質を保ちつつ当該複数の差動コイルペアの実装密度を向上させる。無線通信システム100は、無線通信装置10と、通信部110と、回路部120と、検出部130と、位置合わせ部140と、制御部150を備える。
無線通信装置10は、通信部110と、回路部120と、検出部130と、位置合わせ部140とを備えるアクセス装置との間で、無線で電力および/または伝送信号を送受信する。無線通信装置10は、半導体デバイスまたは半導体デバイスを実装した基板であってよく、例えば、アナログ回路、デジタル回路、メモリ、CPU、システム・オン・チップ(SOC)、およびシステム・イン・パッケージ(SIP)等のうちのいずれかを有する。無線通信装置10は、複数の差動コイルペア12と、マーカー部14とを有する。
複数の差動コイルペア12は、磁界結合により複数の差動信号のそれぞれを複数の外部の差動コイルペアとの間で各々通信する。複数の差動コイルペア12は、それぞれ内部の差動配線に接続され、伝送される差動電気信号に応じて差動信号をそれぞれ送信してよい。また、複数の差動コイルペア12は、受信した差動信号を差動電気信号にして、接続された差動配線に伝送してよい。差動コイルペア12の詳細については、図2以降で説明する。
マーカー部14は、無線通信装置10において、複数の差動コイルペア12からの相対位置が予め定められた位置に設けられる。マーカー部14は、無線通信装置10の複数の差動コイルペア12が形成される面に対して、略垂直に形成された面に形成された凹部または凸部でよい。これに代えて、マーカー部14は、無線通信装置10の複数の差動コイルペア12が形成される面を貫通する貫通孔であってもよい。マーカー部14は、無線通信装置10に複数設けられてよい。
通信部110は、無線通信装置10の差動コイルペア12に対応して、外部の差動コイルペアとなる外部コイルペア112を有して無線通信装置10と通信する。通信部110は、外部コイルペア112と、基準位置部114と、回路部120とを有する。
外部コイルペア112は、通信部110に複数設けられ、複数の差動コイルペア12と通信する。複数の外部コイルペア112は、複数の差動コイルペア12の配置に対応して配置され、好ましくは、複数の差動コイルペア12の数と同数設けられる。この場合、複数の外部コイルペア112は、無線通信装置10の複数の差動コイルペア12の配置面と面対称に配置されてよい。
また、複数の外部コイルペア112は、差動コイルペア12の数以上設けられてよく、この場合、1つの通信部110は、複数の無線通信装置10とそれぞれ通信してよい。複数の外部コイルペア112は、それぞれ内部の差動配線に接続され、受信した差動信号を差動電気信号にして当該差動配線に伝送してよい。外部コイルペア112は、図2以降で説明する差動コイルペア12と同様に形成されてよい。
基準位置部114は、通信部110において、複数の外部コイルペア112との相対位置が予め定められた位置に設けられる。基準位置部114は、通信部110の複数の外部コイルペア112が形成される面に形成された凹部または凸部でよい。基準位置部114は、無線通信装置10の通信部110に対する相対位置の基準を与える。
回路部120は、外部コイルペア112と接続されて、電力および/または電気信号を授受する。回路部120は、無線通信装置10に送信する電力または電気信号に応じた電気信号を、複数の外部コイルペア112のうち対応する外部コイルペア112にそれぞれ送信する。また、回路部120は、無線通信装置10から受信する電力または電気信号に応じた電気信号を、対応する外部コイルペア112からそれぞれ受信する。回路部120は、外部コイルペア112と送受信する電気信号を、差動信号にして送信する。
検出部130は、マーカー部14および基準位置部114を検出する。検出部130は、マーカー部14および基準位置部114を撮像する撮像部を有し、撮像画像から当該マーカー部14および基準位置部114を検出してよい。これに代えて、検出部130は、マーカー部14および基準位置部114を照射するレーザ光等の光源と、各部からの反射光を検出する光検出器とを有し、反射光強度の変化から当該マーカー部14および基準位置部114を検出してよい。
位置合わせ部140は、マーカー部14と基準位置部114との相対位置を調節する。位置合わせ部140は、無線通信装置10を保持しつつ、無線通信装置10の位置を移動させる。位置合わせ部140は、無線通信装置10の複数の差動コイルペア12が形成される面と、通信部110の複数の外部コイルペア112が形成される面とを対向させたまま無線通信装置10の位置を移動させる。位置合わせ部140は、無線通信装置10と通信部110との間の距離を予め定められた距離に保ちつつ、無線通信装置10の位置を移動させてよい。
制御部150は、位置合わせ部140に接続され、無線通信装置10の移動を制御する。制御部150は、無線通信装置10を、通信部110に対して予め定められた相対位置に移動させてよい。また、制御部150は、検出部130に接続され、検出部130のマーカー部14および基準位置部114の検出結果に応じて、無線通信装置10の移動を制御してよい。制御部150は、マーカー部14および基準位置部114の検出位置が予め定められた範囲内で検出されるまで、無線通信装置10を移動させてよい。
制御部150は、回路部120に接続され、無線通信装置10の移動を終了させてから、回路部120に電気信号の授受を開始させ、無線通信装置10および通信部110の通信の開始を制御してよい。また、ここで、制御部150は、無線通信装置10および通信部110の通信品質に応じて、無線通信装置10の位置を微調整してもよい。
このように、本実施形態に係る無線通信システム100は、無線通信装置10を、通信部110に対して予め定められた相対位置の範囲に移動させることで、複数の差動コイルペア12と対応する複数の外部コイルペア112との相対位置を予め定められた相対位置の範囲に移動させ、当該コイルペア間の通信を実行する。ここで、無線通信装置10は、内部に電源を備えず、通信部110から供給される電力によって動作する装置であってよい。
図2は、第1実施形態に係る無線通信装置10の差動コイルペア12の配置例を示す。図中において、丸で示した位置にコイル30が配置される。差動コイルペア12は、2つの隣接するコイル30から構成される。本例において、差動コイルペア12は、2つの隣接するコイル30を直線で結んだ差動コイルペア12−1および12−2のように示される。
複数の差動コイルペア12のうちの第1差動コイルペアの一方のコイル30は、複数の差動コイルペア12のうちの第2差動コイルペアの2つのコイル30から、当該2つのコイル30間と同じ距離またはより近くに設けられ、第1差動コイルペアの他方のコイル30は、第2差動コイルペアの2つのコイル30から、当該2つのコイル30間より遠くに設けられる。一例として、複数の差動コイルペア12のうち、第1差動コイルペアを差動コイルペア12−1、第2差動コイルペアを差動コイルペア12−2とする例を説明する。
図中において、差動コイルペア12−1の一方のコイル30aは、コイルペア12−2の2つのコイル30から、当該2つのコイル30間の距離よりも近くに設けられる。また、差動コイルペア12−1の他方のコイル30bは、コイルペア12−2の2つのコイル30から、当該2つのコイル30間の距離よりも遠くに設けられる。
また、第1差動コイルペアの2つのコイルの配列方向は、第2差動コイルペアの2つのコイル30の配列方向とは異なる。即ち、図中において、差動コイルペア12−1の配列方向は、例えばコイル30aからコイル30bであり、コイルペア12−2の配列方向の2つのコイル30の配列方向とは異なる。
また、各々がポジ側配線およびネガ側配線を有し、複数の差動信号を電気的にそれぞれ伝送する複数の差動配線24と、複数の差動コイルペア12は、複数の差動配線24の各々に対応して各々設けられる。ここで、複数の差動コイルペア12のそれぞれが有する2つのコイルペアは、対応する差動配線のポジ側配線に接続されたポジ側コイルおよびネガ側配線に接続されたネガ側コイルである。
図中において、複数の差動コイルペア12のそれぞれが有する2つのコイル30は、差動配線24がそれぞれ電気的に接続される。ここで、差動配線24は、無線通信装置10の内部に形成される内部回路と接続され、当該内部回路に差動信号を送信する。差動配線24は、ポジ側信号を伝送するポジ側配線およびネガ側信号を伝送するネガ側配線とを有し、当該2本の配線間の信号電圧差を用いて通信する差動信号を送受信する。
なお、図2においては、1つの差動配線24のみを示すが、差動配線24は、それぞれの差動コイルペア12に対して設けられる。つまり、それぞれの差動配線24は、隣接する2つのコイル30を有するいずれかの差動コイルペア12に接続される。一例として、差動コイルペア12−1のコイル30aは、ポジ側配線に接続されるポジ側コイルであり、コイル30bは、ネガ側配線に接続されるネガ側コイルである。
複数の差動コイルペア12における少なくとも2つの差動コイルペア12は、ポジ側コイル間の距離と、ネガ側コイル間の距離とが異なり、一方の差動コイルペア12のポジ側コイルから他方の差動コイルペア12のポジ側コイルおよびネガ側コイルまでの距離の組と、一方の差動コイルペアのネガ側コイルから他方の差動コイルペアのポジ側コイルおよびネガ側コイルまでの距離の組のうち、少なくとも一方の組は略等距離である。ここで、差動コイルペア12−2のコイル30cは、ポジ側配線に接続されるポジ側コイルであり、コイル30dは、ネガ側配線に接続されるネガ側コイルとして説明する。
即ち、差動コイルペア12−1および12−2において、ポジ側コイル30aおよび30cの間の距離と、ネガ側コイル30bおよび30dの間の距離とは異なる。また、差動コイルペア12−1のポジ側コイル30aから差動コイルペア12−2のポジ側コイル30cまでの距離、およびポジ側コイル30aからネガ側コイル30dまでの距離は、略等しい。
また、差動コイルペア12−1のネガ側コイル30bから差動コイルペア12−2のポジ側コイル30cまでの距離、およびネガ側コイル30bからネガ側コイル30dまでの距離も、略等しい。即ち、本例において、一方の差動コイルペア12のポジ側コイルから他方の差動コイルペア12のポジ側コイルおよびネガ側コイルまでの距離の組と、一方の差動コイルペアのネガ側コイルから他方の差動コイルペアのポジ側コイルおよびネガ側コイルまでの距離の組とは、いずれも略等距離である。
ここで、複数の差動コイルペア12のそれぞれが含むポジ側コイルおよびネガ側コイルは、それぞれグリッド200の形状に配置されてよく、互いに隣接する少なくとも2つの差動コイルペア12は、配列方向が異なる。複数のコイル30は、グリッド200を形成するグリッド線の交点に配置されてよい。
グリッド200の形状は、直交する行方向および列方向に沿って一定周期にコイルの配置位置を繰り返す形状であってよい。例えば、本例において、コイル30は、直交する行方向(i)および列方向(j)に沿って一定周期Dでグリッド状に配置されるグリッド200の形状に配置される。
本例において、差動コイルペア12は、2つの隣接するコイル30から構成されてよい。ここで、コイル30が隣接するとは、一方のコイル30と他方のコイル30を結ぶ直線の方向が行方向および列方向に対して45度の角度を有し、かつ、互いのコイル30間の距離が(2^0.5)×Dとなることを指す。
本例では、各差動コイルペア12に含まれる一対のコイル30を結ぶ直線の方向が、行方向および列方向の双方に対して45度の角度を有するように、各差動コイルペア12が配置される。ここで、グリッド200中の各コイル30の位置座標をBijで表す。例えば、1行2列目のコイル30の位置座標をB12と表す。差動コイルペア12は、2つのコイル30の位置座標を用いて(Bij、Bi'j')で表す。
例えば、差動コイルペア(B52、B43)と差動コイルペア(B33、B44)とは互いに隣接している。ここで、差動コイルペア12が隣接するとは、一方の差動コイルペア12に含まれるいずれかのコイル30と、他方の差動コイルペア12に含まれるいずれかのコイル30との距離がDとなることを指す。つまり、差動コイルペア(B33、B44)に含まれるコイル30のそれぞれと、隣接する他の差動コイルペア(B52、B43)のうちの少なくともひとつのコイル30(B43)との距離はDで等しい。
本例において、隣接する差動コイルペア12は、差動コイルペア12に含まれるコイル30を結ぶ直線の方向が異なるように配置されてよい。つまり、それぞれの差動コイルペア12は、当該差動コイルペア12に含まれる2つのコイル30を結ぶ直線の方向が、当該差動コイルペア12に隣接する他の差動コイルペア12に含まれる2つのコイル30を結ぶ直線の方向と異なるように配置される。例えば、差動コイルペア(B52、B43)に含まれるコイル30を結ぶ直線の方向は、差動コイルペア(B33、B44)に含まれるコイル30を結ぶ直線の方向と異なる。
コイル30は、直交する行方向(i)および列方向(j)に沿って一定周期Dのグリッド200の形状に配置される。ここで、行方向(i)および列方向(j)の双方に対して45度の角度を有する第1配列方向において隣接する2つのコイル30から構成される差動コイルペア12を第1差動コイルペア12−1とし、第1配列方向と直交する第2配列方向において隣接する2つのコイル30から構成される差動コイルペア12を第2差動コイルペア12−2とし、第1配列方向および第2配列方向の双方において、第1差動コイルペア12−1および第2差動コイルペア12−2は、交互に配置される。
また、コイルB33とB44により形成される差動コイルペア12(B33、B44)は、行方向および列方向の双方に対して45度の角度を有する直線上に配列されている。この直線方向を第1配列方向とする。この方向に配置された差動コイルペア12を第1差動コイルペア12−1とする。
本例において、コイルB52とB43により形成される差動コイルペア12(B52、B43)は、行方向および列方向の双方に対して45度の角度を有する直線上に配列されている。この直線方向を第2配列方向とする。この方向に配置された差動コイルペア12を第1差動コイルペア12−2とする。
ここで、第1配列方向と第2配列方向とは直交している。つまり、第1差動コイルペア12−1に含まれるコイル30を結ぶ直線と第2差動コイルペア12−2に含まれるコイル30を結ぶ直線とは直交する。
第1配列方向および第2配列方向の双方において、第1差動コイルペア12−1および第2差動コイルペア12−2は交互に配置されてよい。例えば、第1配列方向に沿って隣接する第1差動コイルペア12−1と第2差動コイルペア12−2は、差動コイルペア12−1(B33、B44)、差動コイルペア12−2(B54、B45)、差動コイルペア12−1(B55、B66)のように交互に配置される。また、第2配列方向に沿って隣接する第1差動コイルペア12−1と第2差動コイルペア12−2は、差動コイルペア12−2(B52、B43)、差動コイルペア12−1(B33、B44)、差動コイルペア12−2(B34、B25)のように交互に配置されてよい。
後述するように本例において、それぞれの第1差動コイルペア12−1を延長した直線が、当該第1差動コイルペア12−1と第1配列方向において隣接する第2差動コイルペア12−2の中央を通過し、且つ、それぞれの第2差動コイルペア12−2を延長した直線が、当該第2差動コイルペア12−2と第2配列方向において隣接する第1差動コイルペア12−1の中央を通過するように、それぞれのコイルペアが配置される。
図3は、第1実施形態に係る無線通信装置10のグリッド200の部分拡大図を示す。本図は、図2に示すグリッド200の一部60を拡大して示す。第2差動コイルペア12−2(B52、B43)に含まれるコイル30は差動コイルペア12−2(B52、B43)を延長した直線61上に配置される。すなわち、差動コイルペアを延長した直線とは、差動コイルペアに含まれるコイル30を結ぶ直線を延長した直線を指す。第2差動コイルペア12−2は、例えば、差動コイルペア12−2(B52、B43)、差動コイルペア12−2(B54、B45)である。
直線62は第1差動コイルペア12−1を延長した直線を示す。第1差動コイルペアは、例えば第1差動コイルペア(B33、B44)である。ここで、直線61と直線62とは直交する。直線61は、第2差動コイルペア12−2(B52、B43)と第2配列方向において隣接する第1差動コイルペア12−1(B33、B44)の中央63を通過する。また、第1差動コイルペア12−1(B33、B44)を延長した直線62は、第1差動コイルペア12−1(B33、B44)と第1配列方向において隣接する第2差動コイルペア12−2(B54、B65)の中央65を通過する。
次に、差動コイルペア12と当該差動コイルペアと隣接する差動コイルペア12に含まれるコイル30との干渉について説明する。ここで干渉は、差動コイルペア12に含まれる各コイル30が当該差動コイルペアに隣接する差動コイルペア12に含まれるコイル30に及ぼす干渉と、差動コイルペア12に含まれる少なくともひとつのコイル30が隣接する差動コイルペア12に及ぼす干渉を有する。
差動コイルペア12−1(B33、B44)に含まれる2つの差動コイルB33およびB44が、当該差動コイルペア12−1に隣接する差動コイルペア12−2(B52、B43)に含まれるコイルB43に及ぼす干渉について説明する。図2および図3に示すように、それぞれの差動コイルペア12は、当該差動コイルペア12に含まれる2つのコイル30のそれぞれと、当該差動コイルペア12に隣接する他の差動コイルペア12のうちの少なくとも1つに含まれる少なくとも1つのコイル30との距離が略等しくなるように配置される。
例えば、コイルB43と、コイルB33およびB44との間隔は等距離Dである。そして、差動コイルペア12−1(B33、B44)のコイルB33およびB44に流れる伝送信号は、差動信号なので位相が180度ずれている。
したがって、コイルB33がコイルB43に及ぼす干渉と、コイルB44がコイルB43に及ぼす干渉とは振幅が等しくかつ逆位相となる。コイルB43において、2つの干渉が互いに打ち消し合うので、コイルB43は、隣接する差動コイルペア(B33、B44)から干渉を受けにくくなる。
続いて、コイルB43が隣接する差動コイルペア12−1(B33、B44)に及ぼす干渉について説明する。コイルB43と、コイルB33およびB44との間隔は等距離Dであるので、コイルB33およびB44に対して、コイルB43から同程度の干渉が生じる。
差動コイルペア12−1(B33、B44)に流れる伝送信号は差動信号であるから、コイルB43がコイルB33に及ぼす干渉と、コイルB43がコイルB44に及ぼす干渉はキャンセルされる。つまり、コイルB43が隣接する差動コイルペア12−1(B33、B44)に及ぼす干渉はほとんど無視できる。
上述の関係は、グリッド200内のいずれかの差動コイルペア12に含まれるコイル30と、当該コイル30に隣接する差動コイルペア12に含まれるコイル30との間で成り立つ。したがって、第1の実施形態によれば、隣接する差動コイルペアに含まれるコイル30同士の干渉を低減させることができるとともに、当該コイル30を高密度に配列することができる。
本例の無線通信装置10は、基準電位、電源、またはシングルエンド信号を、磁界結合により外部コイルとの間で通信する1以上のシングルコイル25を更に備えてよい。この場合、シングルコイル25は、グリッド200の形状に配置される。これに代えて、シングルコイル25は、複数の差動コイルペア12の配置後の余った領域に配置されてもよい。
無線通信装置10は、このようなシングルコイル25に電気的に接続され、基準電位、電源、またはシングルエンド信号を伝送するシングル配線26をさらに備える。例えば、接地用、電源用またはシングル信号用のシングル配線26は、グリッド200におけるグリッドの最外周に配置され、且つ、いずれの差動コイルペア12にも含まれないいずれかのシングルコイル25に接続される。
図2に示すように、行方向および列方向のコイル30の数が等しく、外周が正方形形状のグリッド200において、上述したように差動コイルペア12を配置すると、グリッド200の最外周には、いずれの差動コイルペア12にも含まれないシングルコイル25を、1つおきに配置することができる。例えば、コイルB21、B41、B61、B81、B101、B12、B14、B16、B18、B110等である。
いずれの差動コイルペア12にも含まれないこれらのシングルコイル25は、接地用、電源用またはシングル信号用にアサインしてよい。いずれかのシングルコイル25には、接地用、電源用またはシングル信号用のシングル配線26が接続される。本例の無線通信装置10は、グリッドの最外周に配置されたコイル30のうち、1つおきに配置され、且つ、いずれの差動コイルペア12にも含まれないシングルコイル25に接続される複数のシングル配線26を備える。
これに代えて、シングルコイル25は、グリッド200の形状に配置され、外部と電気的に接続されて、基準電位、電源、またはシングルエンド信号を外部との間で通信する1以上の電極部であってよい。電極部については、後に説明する。
図4は、本実施形態に係る無線通信装置10の差動コイルペア12の第1の構成例を示す。本図において、差動コイルペア12は、無線通信装置10に1つ実装され、無線通信装置10の内部回路のうちの差動信号発生部400に接続されて、通信信号を発生させる例を説明する。
差動信号発生部400は、差動信号を発生させる。ここで、差動信号発生部400は、無線通信装置10に無線通信させるべく、予め定められた周波数の搬送波に伝送信号を重畳させた差動信号を発生させる。この場合、差動信号発生部400は、当該搬送波の周波数、位相、または振幅等を、伝送すべき信号で変調してよい。差動信号発生部400は、通信させる信号または電力に応じて、変調信号を生成してよい。
差動コイルペア12が有するポジ側コイル30aおよびネガ側コイル30bは、それぞれ差動信号発生部400に接続される。ここで、ポジ側コイル30aおよびネガ側コイル30bは、コイルの形状、入力部410、および出力部420が略相似に形成される。また、ポジ側コイル30aは差動信号発生部400からのポジ側配線と、ネガ側コイル30bはネガ側配線とそれぞれ接続され、当該2つのコイルは、差動信号が入力されると互いに逆向きの磁界H1およびH2を発生させる。
例えば、ポジ側コイル30aは、入力部410aに差動信号S1が入力されて入力部410aから差動信号発生部400に向けて電流が流れる場合、磁界H1を発生させる。また、この場合、ネガ側コイル30bは、入力部410bに差動信号S1とは位相が反転した差動信号S2が入力されて、差動信号発生部400から入力部410bに向かって電流が流れ、磁界H2を発生させる。
このように、ポジ側コイル30aは、出力部420aから入力部410aに流れる電流に応じた磁界H1を発生させ、ネガ側コイル30bは、入力部410bから出力部420bに流れる電流に応じたポジ側コイル30aが発生させる磁界とは反対向きの磁界H2を発生させる。同様に、ポジ側コイル30aは、入力部410aから出力部420aに電流が流れると、磁界H1とは反対向きの磁界を発生させ、ネガ側コイル30bは、出力部420bから入力部410bに流れる電流に応じたポジ側コイル30aが発生させる磁界とは反対向きの磁界を発生させる。
このように、差動コイルペア12は、差動信号の入力に応じて差動磁界を発生させ、通信部110の対応する外部コイルペア112に向けて無線で電力および/または通信信号を送信することができる。
図5は、本実施形態に係る無線通信装置10の差動コイルペア12の第2の構成例を示す。本図において、差動コイルペア12は、無線通信装置10に1つ実装され、無線通信装置10の内部回路のうちの差動信号受信回路500に接続されて、通信信号を受信する例を説明する。
この場合、差動コイルペア12は、図4の通信信号の送信とは逆の過程を経て、電力および/または伝送信号を受信する。即ち、通信部110の対応する外部コイルペア112は、図4と同様に差動信号に応じた差動磁界を発生させ、差動コイルペア12は、当該外部コイルペア112と磁界結合されて当該差動磁界を受け取る。
ポジ側コイル30aは、受け取った差動磁界のポジ側信号を送信する一方の磁界に結合され、当該磁界に応じた誘導起電力によって差動配線のポジ側配線に電流を流す。また、ネガ側コイル30bは、ネガ側信号を送信する他方の磁界に結合され、当該磁界に応じた誘導起電力によって差動配線のネガ側配線にポジ側配線とは逆向きの電流を流す。
例えば、ポジ側コイル30aは、対応する外部コイルペア112のポジ側コイルから磁界H1を受け取る場合、当該磁界H1に応じた誘導起電力によって出力部420aから入力部410aに向けて電流を流す。この場合、ネガ側コイル30bは、対応する外部コイルペア112のネガ側コイルから磁界H2を受け取り、当該磁界H2に応じた誘導起電力によって入力部410bから出力部420bに向けて電流を流す。
このようにして、ポジ側コイル30aおよびネガ側コイル30bは、対応する外部コイルペア112と磁界結合して差動信号を受信し、受信した差動信号を差動信号受信回路500に伝送する。差動信号受信回路500は、終端回路等を有し、伝送される差動信号を受け取り、信号に応じて無線通信装置10の内部回路に伝送する。このように、差動コイルペア12は、外部コイルペア112が送信した差動信号に応じて誘導起電力を発生させ、無線で電力および/または通信信号を受信することができる。
図6は、本実施形態に係る無線通信装置10の差動コイルペア12の変形例を示す。本変形例の差動コイルペア12は、シングルエンド信号を受け取ると差動信号に変換してから送信し、差動信号を受信すると受け取った差動信号をシングルエンド信号に変換する、8の字型コイルである。本図において、差動コイルペア12は、無線通信装置10に1つ実装され、無線通信装置10の内部回路のうちの信号発生部600に接続されて、通信信号を発生させる例を説明する。
信号発生部600は、例えば0V等の基準電位との電位差でハイ/ローを規定するシングルエンド信号を発生させる。ここで、信号発生部600は、無線通信装置10に無線通信させるべく、予め定められた周波数の搬送波にシングルエンド信号を重畳させた信号を発生させる。この場合、信号発生部600は、当該搬送波の周波数、位相、または振幅を伝送させるシングルエンド信号で変調してよい。信号発生部600は、通信させる信号または電力に応じて、シングルエンド信号を生成してよい。
差動コイルペア12の入力部410および出力部420は、それぞれ信号発生部600に接続される。例えば、入力部410にシングルエンド信号で変調された送信信号Sが入力され、入力部410から出力部420に向けて8の字型コイルに電流が流れる場合、入力部410側のコイルおよび出力部420側のコイルに流れる電流の向きが異なるので、2つのコイルが発生させる2つの磁界H1およびH2の磁界の向きは反転する。
これは、出力部420から入力部410に向けて8の字型コイルに電流が流れる場合も同様であり、差動コイルペア12は、シングルエンド信号の入力に応じて差動磁界を発生させ、通信部110の対応する外部コイルペア112に向けて無線で電力および/または通信信号を送信することができる。以上のように、差動コイルペア12は、磁界の向きが互いに反転した差動磁界を発生させて、対応する外部コイルペア112と磁界結合して通信部110に通信信号を送信できる。
また、本変形例の差動コイルペア12は、対応する外部コイルペア112に磁界結合されて差動磁界を受け取ると、入力部410から出力部420に向けた電流または出力部420から入力部410に向けた電流を発生させ、即ち受け取った差動磁界をシングルエンド信号に変換する。このように、差動コイルペア12は、対応する外部コイルペア112と磁界結合し、磁界の向きが互いに反転した差動磁界を受け取って、通信部110から通信信号を受信できる。
ここで、複数の差動コイルペア12のうち、互いに隣接する少なくとも2つの差動コイルペアは、ポジ側コイル30aおよびネガ側コイル30b同士の共振周波数がそれぞれ異なってよい。これにより、例えば、一の差動コイルペア12が共振周波数を用いて電力を送信または受信している場合に、隣接する他の差動コイルペア12は、共振周波数が異なるので、当該一の差動コイルペア12の通信による影響を低減させることができる。
また、複数の差動コイルペア12は、2以上の周波数を用いて複数の差動信号を通信してよい。例えば、複数の差動コイルペア12が、それぞれ略同一の周波数の搬送波を用いてそれぞれ通信する場合、無線通信装置10および/またはアクセス装置は、当該周波数に極値を有する漏洩電力を発生させる場合がある。そこで、複数の差動コイルペア12は、複数の周波数の搬送波を用いて通信することで、当該漏洩電力の周波数特性の極値を低減させる。
この場合、複数の差動コイルペア12は、周波数分割多重通信を実行するのではなく漏洩電力の極値を低減させることが目的なので、通信周波数帯域が重なる程度に搬送波の周波数をそれぞれ変えてそれぞれ通信してよい。これによって、無線通信装置10およびアクセス装置は、複数の差動コイルペア12を用いて無線通信しても、当該通信によって生じる漏洩電力の周波数に対する極大値を低減させることができる。
以上の本実施例に係る無線通信装置10のコイル30は、巻き数が1のワンターンコイルとして説明した。これに代えて、コイル30は、複数の巻き数を有するコイルであってよい。また、コイル30の形状として、四角形または8の字形状を説明したが、これに代えて、コイル30の形状は、円、楕円、多角形、またはこれらの組み合わせ等であってよい。
図7は、第2実施形態に係る無線通信装置10の差動コイルペア12の配置例を示す。本例において、グリッド200の形状は、互いに60度の角度を有する行方向(i)および列方向(j)に沿って一定周期Dにコイル30の配置位置を繰り返す。第1の実施形態と同様に、図中の細線は、グリッド線を示し、太線は差動コイルペア12を示す。
本例において、差動コイルペア12に含まれないシングルコイル25が均等に分布している。シングルコイル25を、図7において黒丸で示す。ここで、均等とは、隣接するシングルコイル25どうしの距離が等しくなるように配置されることを指す。
本例の場合、複数のシングルコイル25は、互いに正三角形の頂点となるように配置される。より具体的には、当該正三角形の一辺の長さは、(7^0.5)×Dである。差動コイルペア12には、差動配線24が接続され、黒丸で示したシングルコイル25にはシングル配線26が接続される。
また、それぞれのシングルコイル25に隣接する6個のコイル30の配置位置には、当該6個の差動コイルペア12のポジ側コイルおよびネガ側コイルのいずれか一方が配置される。また、それぞれのシングルコイル25に隣接する6個のコイル30を含む6個の差動コイルペア12の方向が60度ずつ異なるように、それぞれの差動コイルペア12が配置される。
図8は、第2実施形態に係る無線通信装置10の部分拡大図を示す。本図は、本例のグリッド200の一部70を拡大して示す。シングルコイル25には6個のコイルB53、B54、B65、B75、B74、B63が隣接している。ここで、隣接するとは、シングルコイル25とコイル30との距離がDとなることを指す。
シングルコイル25に隣接する6個のコイルは、シングルコイル25からみて、より外周に配置されるコイル30と差動コイルペア12を形成する。例えば、コイルB53、B54、B65、B75、B74、B63は、それぞれ差動コイルペア(B53、B52)、(B54、B43)、(B65、B55)、(B75、B76)、(B74、B85)、(B63、B73)を形成する。
シングルコイル25に隣接する6個のコイル30を含む6個の差動コイルペア12の方向は60度ずつ異なる。例えば、差動コイルペア(B53、B52)、(B54、B43)、(B65、B55)、(B75、B76)、(B74、B85)、(B63、B73)は、その方向がこの順に60度ずつ異なるように配列される。
差動コイルペア12は当該差動コイルペアと方向が60度異なる他の差動コイルペア12に隣接する。ここで、差動コイルペアが隣接するとは、差動コイルペアの方向が互いに60度異なり、かつ、差動コイルペアに含まれるいずれかのコイル30と、他の差動コイルペアに含まれるいずれかのコイルとの距離がDとなることを指す。例えば、差動コイルペア(B54、B43)と差動コイルペア(B53、B52)とは隣接する。
6個のコイル30は、対応するシングルコイル25を中心とした正六角形の各頂点に配置され、6個の差動コイルペア12の方向は、対応するシングルコイル25に対する相対位置が第一の方向に回転する毎に60度ずつ増加する。
シングルコイル25に隣接する6個のコイルB53、B54、B65、B75、B74、B63は、シングルコイル25を中心とした正六角形の各頂点に配置されてよい。また、シングルコイル25に隣接する6個のコイル30を含む6個の差動コイルペア12は、時計回りに回転する毎に、ベクトルの方向が60度ずつ増加してよい。差動コイルペア12のベクトルの方向は、シングルコイル25に隣接するコイル30から、他方のコイル30に向かう方向で定義される。
例えば、差動コイルペア(B54、B43)は、差動コイルペア(B53、B52)に対して、時計回りに60度回転して配置される。差動コイルペア(B53、B52)、(B54、B43)、(B65、B55)、(B75、B76)、(B74、B85)、(B63、B73)は、シングルコイル25を中心として時計回りに60度ずつ回転して配置される。
図7において、差動コイルペア12と当該差動コイルペア12に隣接するシングルコイル25との配列関係を説明する。それぞれの差動コイルペア12に含まれる2個のコイル30は、それぞれ異なるシングルコイル25に隣接する。
例えば、差動コイルペア(B53、B52)に含まれるコイルB53およびB52は、それぞれ異なるシングルコイル25(B64)およびシングルコイル25(B41)に隣接する。
シングルコイル25には、接地用、電源用またはシングル信号用のシングル配線26が接続されてよい。あるいは、シングルコイル25は、グリッド200内で均等に配置されて、差動コイルペア12同士の干渉を抑制するバリアの役割を果たしてよい。
本例によれば、60度の角度を有する行方向および列方向に沿って配置されたグリッド200において、隣接する差動コイルペア12に含まれるコイル30間の干渉を低減して、差動コイルペア12を高密度に配列させることができる。つまり、図8に示すように、隣接する差動コイルペア12において、一方の差動コイルペア12に含まれる2個のコイル30と、他方の差動コイルペア12に含まれる1個のコイル30との距離を等しくすることができる。
上述した実施形態において、差動配線24が差動コイルペア12に接続する場合を例にとって説明したが、すべての差動コイルペア12が差動配線24と接続しなくともよい。この場合、グリッド200に配列された複数の差動コイルペア12のうち任意の差動コイルペア12に含まれるコイル30のそれぞれが接地用、電源用またはシングル信号用のいずれかのシングル配線と接続してよい。
また、上述した実施形態は、コイル30を用いて無線通信する例を説明したが、当該コイルの配置位置の一部に、TSV等の積層チップ間接続技術で使用する電極ピンまたは貫通ビアを配置してよい。また、コイルの配置位置の一部に、コネクタ等を用いてもよい。
なお、図7に示したように、シングルコイル25は、行方向および列方向のそれぞれにおいて、6個のコイル30を挟むように配置される。それぞれのシングルコイル25に対して、行方向にDだけ離れたコイル30は、自己を起点として、列方向に対して60度の方向に距離Dだけ離れたコイル30と、差動コイルペア12を形成する。
また、それぞれのシングルコイル25に対して、行方向に2Dだけ離れたコイル30は、180度の方向に距離Dだけ離れたコイル30と、差動コイルペア12を形成する。また、それぞれのシングルコイル25に対して、行方向に3Dだけ離れたコイル30は、120度の方向に距離Dだけ離れたコイル30と、差動コイルペア12を形成する。
また、それぞれのシングルコイル25に対して、行方向に4Dだけ離れたコイル30は、300度の方向に距離Dだけ離れたコイル30と、差動コイルペア12を形成する。つまり、それぞれのシングルコイル25に対して、行方向に3Dだけ離れたコイル30は、シングルコイル25から4Dだけ離れたコイル30と差動コイルペア12を形成する。
また、それぞれのシングルコイル25に対して、行方向に5Dだけ離れたコイル30は、0度の方向に距離Dだけ離れたコイル30と、差動コイルペア12を形成する。また、それぞれのシングルコイル25に対して、行方向に6Dだけ離れたコイル30は、240度の方向に距離Dだけ離れたコイル30と差動コイルペア12を形成する。
このようなシングルコイル25および6個のコイル30が、それぞれの列において繰り返し配置される。また、それぞれの列におけるシングルコイル25は、列方向の位置がDだけ増加すると、行方向の位置が3Dだけ増加するように配置される。このように配置することで、図8に示すように、それぞれのシングルコイル25の周囲に配置される6個の差動コイルペア12の方向が、60度ずつ異なる。
図9は、本実施形態に係る無線通信システム100の変形例を示す。本変形例の無線通信システム100において、図1に示された本実施形態に係る無線通信システム100の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。本変形例の無線通信システム100は、無線通信装置10とアクセス装置との間で、無線通信に加えて電極部を用いた有線通信を実行する。
無線通信装置10は、内部の回路に接続される電極部16を有する。電極部16は、グリッド200の形状、かつ、コイル30が配置されない位置に配置されてよい。また、通信部110は、回路部120と接続され、無線通信装置10の電極部16に対応する電極部116を有する。無線通信装置10の電極部16および対応する通信部110の電極部116は、接触して電気的に接続される。
通信部110は、電極部116および複数の外部コイルペア112の、外部コイルペア112がグリッド状に配置される面に対して垂直方向である高さ位置を、予め定められた位置にそれぞれ配置する。即ち、電極部116および複数の外部コイルペア112の高さ位置は、予め調整されて配置され、電極部16および対応する電極部116が接続された場合に、複数の差動コイルペア12および対応する複数の外部コイルペア112の相対位置は、当該コイルペア間がそれぞれ磁界結合される位置に調整される。
これにより、本変形例の無線通信システム100は、無線通信装置10とアクセス装置との間で、無線通信を実行しつつ、電極部16および電極部116を用いた有線通信を実行することができる。電極部16および電極部116のいずれかは、BGA(Ball Grid Array)またはLGA(Land Grid Array)等の電極であってよい。これに代えて、電極部16および電極部116は、勘合して電気的に接続されるコネクタであってもよい。
ここで、マーカー部14は、無線通信装置10の複数の差動コイルペア12が形成される面に形成され、基準位置部114と勘合する凹部または凸部であってよい。これに代えて、マーカー部14および基準位置部114は、コネクタ等であってよい。
マーカー部14および基準位置部114は、予め定められた位置に形成されるので、これらが勘合することで、無線通信装置10および通信部110の相対位置を定めることができる。したがって、無線通信システム100は、検出部130等を用いずに無線通信装置10および通信部110の相対位置を定めることができ、無線通信装置10とアクセス装置との間の通信を速やかに実行することができる。
以上の本実施形態の無線通信システム100は、マーカー部14を無線通信装置10に設け、基準位置部114と比較または勘合することで無線通信装置10と通信部110との間の相対位置を定めることを説明した。これに代えて、無線通信システム100は、無線通信装置10の外形の形状をマーカーとし、基準位置部114と比較することで無線通信装置10と通信部110との間の相対位置を定めてもよい。この場合、制御部150は、検出部130による無線通信装置10の外縁部および基準位置部114の検出結果に応じて、無線通信装置10の移動を制御する。
これに加えて、またはこれに代えて、無線通信システム100は、外部コイルペア112と対応する差動コイルペア12との間で授受される電力および/または伝送信号の振幅強度に基づき、無線通信装置10と通信部110との間の相対位置を定めてよい。この場合、制御部150は、無線通信装置10および通信部110の相対位置を、当該振幅強度が極大値近辺となる相対位置に調整する。これによって、無線通信システム100は、無線通信装置10のマーカー部を省略することができる。
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
10 無線通信装置、12 差動コイルペア、14 マーカー部、16 電極部、24 差動配線、25 シングルコイル、26 シングル配線、30 コイル、61 直線、62 直線、63 中央、65 中央、100 無線通信システム、110 通信部、112 外部コイルペア、114 基準位置部、116 電極部、120 回路部、130 検出部、140 位置合わせ部、150 制御部、200 グリッド、400 差動信号発生部、410 入力部、420 出力部、500 差動信号受信回路、600 信号発生部
Claims (17)
- 磁界結合により複数の差動信号のそれぞれを複数の外部の差動コイルペアとの間で各々通信する複数の差動コイルペアを備え、
前記複数の差動コイルペアのうちの第1差動コイルペアの一方のコイルは、前記複数の差動コイルペアのうちの第2差動コイルペアの2つのコイルから、当該2つのコイル間と同じ距離またはより近くに設けられ、
前記第1差動コイルペアの他方のコイルは、前記第2差動コイルペアの2つのコイルから、当該2つのコイル間より遠くに設けられる
無線通信装置。 - 前記第1差動コイルペアの2つのコイルの配列方向は、前記第2差動コイルペアの2つのコイルの配列方向とは異なる請求項1に記載の無線通信装置。
- 各々がポジ側配線およびネガ側配線を有し、前記複数の差動信号を電気的にそれぞれ伝送する複数の差動配線と、
前記複数の差動コイルペアは、
前記複数の差動配線の各々に対応して各々設けられ、
それぞれが有する2つのコイルペアは、対応する差動配線の前記ポジ側配線に接続されたポジ側コイルおよび前記ネガ側配線に接続されたネガ側コイルである
請求項1または2に記載の無線通信装置。 - 前記複数の差動コイルペアにおける少なくとも2つの差動コイルペアは、
前記ポジ側コイル間の距離と、前記ネガ側コイル間の距離とが異なり、
一方の差動コイルペアのポジ側コイルから他方の差動コイルペアのポジ側コイルおよびネガ側コイルまでの距離の組と、前記一方の差動コイルペアのネガ側コイルから前記他方の差動コイルペアの前記ポジ側コイルおよび前記ネガ側コイルまでの距離の組のうち、少なくとも一方の組は略等距離である
請求項3に記載の無線通信装置。 - 前記複数の差動コイルペアのそれぞれが含む前記ポジ側コイルおよび前記ネガ側コイルは、それぞれグリッドの形状に配置され、互いに隣接する少なくとも2つの差動コイルペアは、配列方向が異なる請求項3または4に記載の無線通信装置。
- 前記グリッドの形状は、直交する行方向および列方向に沿って一定周期にコイルの配置位置を繰り返す形状であって、
前記行方向および前記列方向の双方に対して45度の角度を有する第1配列方向に配置される複数の差動コイルペアを第1差動コイルペアとし、前記第1配列方向と直交する第2配列方向に配置される複数の差動コイルペアを第2差動コイルペアとし、
前記第1配列方向および前記第2配列方向の双方において、前記第1差動コイルペアおよび前記第2差動コイルペアが交互に配置される
請求項5に記載の無線通信装置。 - それぞれの前記第1差動コイルペアを延長した直線が、当該第1差動コイルペアと前記第1配列方向において隣接する前記第2差動コイルペアの中央を通過し、かつ、それぞれの前記第2差動コイルペアを延長した直線が、当該第2差動コイルペアと前記第2配列方向において隣接する前記第1差動コイルペアの中央を通過するように、前記複数の差動コイルペアが配置される
請求項6に記載の無線通信装置。 - 基準電位、電源、またはシングルエンド信号を、磁界結合により外部コイルとの間で通信する1以上のシングルコイルを更に備える請求項5から7のいずれか一項に記載の無線通信装置。
- 前記シングルコイルは、前記グリッドの形状に配置される請求項8に記載の無線通信装置。
- 前記グリッドの形状は、互いに60度の角度を有する行方向および列方向に沿って一定周期にコイルの配置位置を繰り返す形状であって、
均等に分布して前記グリッドの形状に配置されるシングルコイルを更に備え、
それぞれの前記シングルコイルに隣接する6個のコイルの配置位置には、6個の前記差動コイルペアの前記ポジ側コイルおよび前記ネガ側コイルのいずれか一方が配置され、前記6個の前記差動コイルペアの隣接する配置方向がそれぞれ60度ずつ異なる
請求項5に記載の無線通信装置。 - 前記6個のコイルの配置位置は、対応する前記シングルコイルを中心とした正六角形の各頂点であり、前記6個の前記差動コイルペアの方向は、対応する前記シングルコイルに対する位置が第一の方向に回転する毎に60度ずつ増加する
請求項10に記載の無線通信装置。 - それぞれの前記差動コイルペアに含まれる前記ポジ側コイルおよび前記ネガ側コイルは、それぞれ異なる前記シングルコイルに隣接する
請求項11に記載の無線通信装置。 - 前記グリッドの形状に配置され、外部と電気的に接続されて、基準電位、電源、またはシングルエンド信号を外部との間で通信する1以上の電極部を更に備える請求項5から12のいずれか一項に記載の無線通信装置。
- 前記複数の差動コイルペアのうち、互いに隣接する少なくとも2つの差動コイルペアは、前記ポジ側コイルおよび前記ネガ側コイル同士の共振周波数がそれぞれ異なる請求項3から13のいずれか一項に記載の無線通信装置。
- 前記複数の差動コイルペアは、2以上の周波数を用いて前記複数の差動信号を通信する請求項1から14のいずれか一項に記載の無線通信装置。
- 前記複数の差動コイルペアのうちの1以上の差動コイルペアは、シングルエンド信号を受け取ると差動信号に変換してから送信し、差動信号を受信すると受け取った差動信号をシングルエンド信号に変換する、8の字型コイルである請求項1から15のいずれか一項に記載の無線通信装置。
- 前記複数の差動コイルペアとの相対位置が予め定められたマーカー部を更に備える請求項1から16のいずれか一項に記載の無線通信装置と、
前記無線通信装置と通信するアクセス装置と、
を備え、
前記アクセス装置は、
前記複数の外部の差動コイルペアと、
前記複数の外部の差動コイルペアとの相対位置が予め定められた基準位置部と、
前記マーカー部と前記基準位置部との相対位置を調節する位置合わせ部と、
を有する
無線通信システム。
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