JP2016076827A - 通信システム、通信方法、送信装置および受信装置 - Google Patents

通信システム、通信方法、送信装置および受信装置 Download PDF

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利彦 近藤
浩季 森村
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浩季 森村
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Mitsuru Harada
充 原田
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昌宜 橋本
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【課題】コイルの誘導性結合を用いる通信システムにおいて広指向性を得る。【解決手段】通信システムは、送信機１１を含む２端子回路である送信回路１４、この送信回路１４の一方の端子１４ａに一方端を接続された第１コイル１５、ならびに、この第１コイル１５の他方端に一方端を接続され、他方端を送信回路１４の他方の端子１４ｂに接続された第２コイル１６を含む送信装置１と、受信機２１を含む２端子回路である受信回路２４、この受信回路２４の一方の端子２４ａに一方端を接続され、送信装置１の第１コイル１５に容量性結合および誘導性結合される第１コイル２５、ならびに、この第１コイル２５の他方端に一方端を接続され、他方端を受信回路２４の他方の端子２４ｂに接続され、送信装置１の第２コイル１６に容量性結合および誘導性結合される第２コイル２６を含む受信装置２とを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、通信システム、通信方法、送信装置および受信装置に関するものである。
図６は、誘導性結合を利用した通信システムの一例を示す図である。
送信装置６は、送信機６１、キャパシタ６２、６３、コイル６４を有し、受信装置７は、受信機７１、キャパシタ７２、７３、コイル７４を有する。
この通信システムは、アンテナサイズや通信距離と波長の関係が、通常のアンテナ理論の前提である遠方界の条件を満足しない場合に使用される。
この通信システムでは、コイル６４、７４が誘導性結合し、この誘導性結合を信号チャネルとした通信がなされる。つまり、コイル６４が生成した磁束がコイル７４を通過することで、コイル７４に誘導起電力が生じ、その電圧つまり信号を受信機７１で増幅し検出する。
M. Saito, N. Miura, T. Kuroda, "A 2Gb/s 1.8pJ/b/chip Inductive-Coupling Through-Chip Bus for 128-Die NAND-Flash Memory Stacking", IEEE International Solid-State Circuits Conference (ISSCC2010), 24.5, Feb. 2010. N. Miura, K. Kasuga, M. Saito, T. Kuroda, "An 8Tb/s 1pJ/b 0.8mm2/Tb/s QDR Inductive-Coupling Interface Between 65nm CMOS GPU and 0.1μm DRAM", IEEE International Solid-State Circuits Conference (ISSCC2010), 24.3, Feb. 2010.
ところで、上記の通信システムは、狭指向性を有するので、不便なこともある。例えば、コイル６４、７４の中心軸が直交するような位置関係にしてしまうと、磁束数が不足し、通信が困難になる場合がある。そこで、非特許文献１や非特許文献２に記載の通信システムでは、コイル６４、７４の中心軸が平行になるような位置決めを行い、安定した高スループットの通信を実現する。
しかし、例えば、送信装置と受信装置を物質に埋め込んでしまうような使い方がある。この場合、一旦埋め込んだら、コイルの向きを変えられず、通信が困難になる可能性がある。
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、コイルの誘導性結合を用いる通信システムにおいて広指向性を得る技術を提供することにある。
上記の課題を解決するために、本発明の通信システムは、送信機を含む２端子回路である送信回路、この送信回路の一方の端子に一方端を接続された第１コイル、ならびに、この第１コイルの他方端に一方端を接続され、他方端を前記送信回路の他方の端子に接続された第２コイルを含む送信装置と、受信機を含む２端子回路である受信回路、この受信回路の一方の端子に一方端を接続され、前記送信装置の第１コイルに容量性結合および誘導性結合される第１コイル、ならびに、この第１コイルの他方端に一方端を接続され、他方端を前記受信回路の他方の端子に接続され、前記送信装置の第２コイルに容量性結合および誘導性結合される第２コイルを含む受信装置とを有することを特徴とする。
本発明の通信方法は、通信システムにおける通信方法であって、送信機を含む２端子回路である送信回路、この送信回路の一方の端子に一方端を接続された第１コイル、ならびに、この第１コイルの他方端に一方端を接続され、他方端を前記送信回路の他方の端子に接続された第２コイルを含む送信装置において前記送信機が信号を送信し、受信機を含む２端子回路である受信回路、この受信回路の一方の端子に一方端を接続され、前記送信装置の第１コイルに容量性結合および誘導性結合される第１コイル、ならびに、この第１コイルの他方端に一方端を接続され、他方端を前記受信回路の他方の端子に接続され、前記送信装置の第２コイルに容量性結合および誘導性結合される第２コイルを含む受信装置において前記受信機が信号を受信することを特徴とする。
本発明の送信装置は、受信機を含む２端子回路である受信回路、この受信回路の一方の端子に一方端を接続された第１コイル、ならびに、この第１コイルの他方端に一方端を接続され、他方端を前記受信回路の他方の端子に接続された第２コイルを含む受信装置とともに用いられ、送信機を含む２端子回路である送信回路、この送信回路の一方の端子に一方端を接続され、前記受信装置の第１コイルに容量性結合および誘導性結合される第１コイル、ならびに、この第１コイルの他方端に一方端を接続され、他方端を前記送信回路の他方の端子に接続され、前記受信装置の第２コイルに容量性結合および誘導性結合される第２コイルを含むことを特徴とする。
本発明の受信装置は、送信機を含む２端子回路である送信回路、この送信回路の一方の端子に一方端を接続された第１コイル、ならびに、この第１コイルの他方端に一方端を接続され、他方端を前記送信回路の他方の端子に接続された第２コイルを含む送信装置とともに用いられ、受信機を含む２端子回路である受信回路、この受信回路の一方の端子に一方端を接続され、前記送信装置の第１コイルに容量性結合および誘導性結合される第１コイル、ならびに、この第１コイルの他方端に一方端を接続され、他方端を前記受信回路の他方の端子に接続され、前記送信装置の第２コイルに容量性結合および誘導性結合される第２コイルを含むことを特徴とする。
本発明によれば、コイルの誘導性結合を用いる通信システムにおいて広指向性を得ることができる。
実施例１に係る通信システムの構成を示す図である。 図１に示す通信システムの等価回路である。 図１の通信システムにおける指向性の説明図である。 実施例２に係る通信システムの構成を示す図である。 図４に示す通信システムの等価回路である。 誘導性結合を利用した通信システムの一例を示す図である。
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
[実施例１]
図１は、実施例１に係る通信システムの構成を示す図である。
通信システムは、送信機１１を含む２端子回路である送信回路１４、この送信回路１４の一方の端子１４ａに一方端を接続された第１コイル１５、ならびに、この第１コイル１５の他方端に一方端を接続され、他方端を送信回路１４の他方の端子１４ｂに接続された第２コイル１６を含む送信装置１と、受信機２１を含む２端子回路である受信回路２４、この受信回路２４の一方の端子２４ａに一方端を接続され、送信装置１の第１コイル１５に容量性結合および誘導性結合される第１コイル２５、ならびに、この第１コイル２５の他方端に一方端を接続され、他方端を受信回路２４の他方の端子２４ｂに接続され、送信装置１の第２コイル１６に容量性結合および誘導性結合される第２コイル２６を含む受信装置２とを有する。
なお、送信装置１と受信装置２の位置関係によっては、第１コイル１５と第２コイル２６が容量性結合および誘導性結合し、第２コイル１６と第１コイル２５が容量性結合および誘導性結合する。
例えば、端子１４ａと端子１４ｂの間に容量１３が接続される。インピーダンス整合が必要な場合、例えば、端子１４ａと送信機１１の間に容量１２が接続される。
例えば、端子２４ａと端子２４ｂの間に容量２３が接続される。インピーダンス整合が必要な場合、例えば、端子２４ａと受信機２１の間に容量２２が接続される。
図２は、図１に示す通信システムの等価回路である。
図２に示すように、容量性結合により、端子１４ａ、２４ａの間に容量Ｃ１が接続され、端子１４ｂ、２４ｂの間に容量Ｃ２が接続される。これにより、容量性通信の閉路１００が形成される。
図１の通信システムでは、送信機１１が信号を出力すると、第１コイル１５が磁束を生成し、磁束が第１コイル２５を通過し、第２コイル１６が磁束を生成し、磁束が第２コイル２６を通過することで、第１コイル２５と第２コイル２６に誘導起電力が生じる。
また、送信機１１が信号を出力すると、容量性通信の閉路１００を信号が伝搬する。
受信機２１は、この信号と誘導起電力による信号とを加算した信号を受信機７１で増幅し検出する。容量性通信の閉路１００を伝搬した信号が加わるので、誘導起電力による信号だけの場合よりも振幅の大きい信号が得られる。
図３は、図１の通信システムにおける指向性の説明図である。
図１に示すように、第１コイル１５と第１コイル２５が誘導性結合し、第２コイル１６と第２コイル２６が誘導性結合する場合、例えば、図３に示すように、第１コイル１５と第１コイル２５の中心軸が平行な位置関係から、第１コイル２５を回転させていくと、図３（ｂ）の符号Ａに示すように、回転角が９０°となったとき、誘導性結合による送信装置１から受信装置２への信号（信号透過特性）がゼロになってしまう。
しかし、図１の通信システムでは、容量性通信の閉路１００を信号が伝搬するので、図３（ｂ）の符号Ｂに示すように、回転角が９０°となったときでも、送信装置１から受信装置２への信号（信号透過特性）が十分に得られ、信号を検出できる。
すなわち、図１の通信システムによれば、広指向性を得ることができる。
[実施例２]
図４は、実施例２に係る通信システムの構成を示す図である。
通信システムは、送信機３１を含む２端子回路である送信回路３４、この送信回路３４の端子３４ａ、３４ｂ間に接続されたコイル３５を含む送信装置３と、受信機４１を含む２端子回路である受信回路４４、この受信回路４４の端子４４ａ、４４ｂ間に接続されたコイル４５を含む受信装置４と、受信機５１を含む２端子回路である受信回路５４、この受信回路５４の端子５４ａ、５４ｂ間に接続されたコイル５５を含む受信装置５とを有する。コイル３５、４５、５５は互いに容量性結合および誘導性結合する。
例えば、端子３４ａと端子３４ｂの間に容量３３が接続される。インピーダンス整合が必要な場合、例えば、端子３４ａと送信機３１の間に容量３２が接続される。
例えば、端子４４ａと端子４４ｂの間に容量４３が接続される。インピーダンス整合が必要な場合、例えば、端子４４ａと受信機４１の間に容量４２が接続される。
例えば、端子５４ａと端子５４ｂの間に容量５３が接続される。インピーダンス整合が必要な場合、例えば、端子５４ａと受信機５１の間に容量５２が接続される。
図５は、図４に示す通信システムの等価回路である。
図５に示すように、容量性結合により、端子３４ａ、４４ａの間に容量Ｃ３が接続され、端子４４ｂ、５４ａの間に容量Ｃ４が接続され、端子５４ｂ、３４ｂの間に容量Ｃ５が接続される。これにより、容量性通信の閉路２００が形成される。
実施例２では、実施例１と同様に、容量性通信の閉路２００が得られるので、閉路２００を信号が伝搬し、よって、広指向性を得ることができる。
なお、実施例２では、受信装置数を２としたが、３以上でもよい。
１、３…送信装置
２、４、５…受信装置
１４、３４…送信回路
２４、４４、５４…受信回路
１１、３１…送信機
２１、４１、５１…受信機
１５、２５…第１コイル
１６、２６…第２コイル
３５、４５、５５…コイル

Claims (4)

  1. 送信機を含む２端子回路である送信回路、この送信回路の一方の端子に一方端を接続された第１コイル、ならびに、この第１コイルの他方端に一方端を接続され、他方端を前記送信回路の他方の端子に接続された第２コイルを含む送信装置と、
    受信機を含む２端子回路である受信回路、この受信回路の一方の端子に一方端を接続され、前記送信装置の第１コイルに容量性結合および誘導性結合される第１コイル、ならびに、この第１コイルの他方端に一方端を接続され、他方端を前記受信回路の他方の端子に接続され、前記送信装置の第２コイルに容量性結合および誘導性結合される第２コイルを含む受信装置と
    を有することを特徴とする通信システム。
  2. 通信システムにおける通信方法であって、
    送信機を含む２端子回路である送信回路、この送信回路の一方の端子に一方端を接続された第１コイル、ならびに、この第１コイルの他方端に一方端を接続され、他方端を前記送信回路の他方の端子に接続された第２コイルを含む送信装置において前記送信機が信号を送信し、
    受信機を含む２端子回路である受信回路、この受信回路の一方の端子に一方端を接続され、前記送信装置の第１コイルに容量性結合および誘導性結合される第１コイル、ならびに、この第１コイルの他方端に一方端を接続され、他方端を前記受信回路の他方の端子に接続され、前記送信装置の第２コイルに容量性結合および誘導性結合される第２コイルを含む受信装置において前記受信機が信号を受信する
    ことを特徴とする通信方法。
  3. 受信機を含む２端子回路である受信回路、この受信回路の一方の端子に一方端を接続された第１コイル、ならびに、この第１コイルの他方端に一方端を接続され、他方端を前記受信回路の他方の端子に接続された第２コイルを含む受信装置とともに用いられ、
    送信機を含む２端子回路である送信回路、この送信回路の一方の端子に一方端を接続され、前記受信装置の第１コイルに容量性結合および誘導性結合される第１コイル、ならびに、この第１コイルの他方端に一方端を接続され、他方端を前記送信回路の他方の端子に接続され、前記受信装置の第２コイルに容量性結合および誘導性結合される第２コイルを含むことを特徴とする送信装置。
  4. 送信機を含む２端子回路である送信回路、この送信回路の一方の端子に一方端を接続された第１コイル、ならびに、この第１コイルの他方端に一方端を接続され、他方端を前記送信回路の他方の端子に接続された第２コイルを含む送信装置とともに用いられ、
    受信機を含む２端子回路である受信回路、この受信回路の一方の端子に一方端を接続され、前記送信装置の第１コイルに容量性結合および誘導性結合される第１コイル、ならびに、この第１コイルの他方端に一方端を接続され、他方端を前記受信回路の他方の端子に接続され、前記送信装置の第２コイルに容量性結合および誘導性結合される第２コイルを含むことを特徴とする受信装置。
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