JP3712291B2

JP3712291B2 - 表面弾性波デバイスを用いた無線スイッチ装置

Info

Publication number: JP3712291B2
Application number: JP05511896A
Authority: JP
Inventors: 潤穂積; 俊之東; 和夫坪内
Original assignee: 和夫坪内
Priority date: 1996-03-12
Filing date: 1996-03-12
Publication date: 2005-11-02
Anticipated expiration: 2016-03-12
Also published as: EP0795966A3; US5905449A; KR970068204A; JPH09247853A; KR100214757B1; EP0795966A2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、消費電力の低減を図った表面弾性波デバイスを用いた無線スイッチ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、無線による電力、ガス等の検針システムあるいは無線によるＩＣカードシステム等、種々の無線応用システムが研究されている。ここで、無線による検針システムとは、検針係りがメータ設置場所まで行かないで、自動車から無線で検針装置を駆動して使用電力量、使用ガス量等を検知しようというものである。
【０００３】
ところで、このようなシステムにおいて最も問題となるのは、待機電力消費である。すなわち、例えば検針装置を無線で駆動するためには、検針装置を常時待機状態（電波を受けることができる状態）にしておく必要があり、このためには、受信回路を常時能動状態にしておかなければならない。しかしながら、受信回路を常時能動状態をしておくと、受信回路における電力消費が大きくなり、例えば、小型電池によって検針装置を駆動しようとした場合、受信回路の電力消費のため電池寿命が極めて短くなってしまう。特に、検針装置のように１カ月に１度だけ駆動されるような装置の場合、受信回路でこのような無駄な電力消費があることは極めて好ましくない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこでこの発明は、無線信号を受けて起動されるスイッチ装置であって、待機電力消費を零あるいはほぼ零とすることができる無線スイッチ装置を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、高周波無線信号を受信する受信アンテナと、前記受信アンテナによって受信された前記信号が印可され、該信号に含まれる周期性を有する疑似ランダム雑音符号の特定パターンを抽出するＳＡＷマッチドフィルタと、前記ＳＡＷマッチドフィルタの出力電力を蓄積する蓄積回路と、前記蓄積回路の出力電圧が一定値を越えた時、該蓄積回路に蓄えられた電荷の放電を行うスレッショルド放電器と、前記スレッショルド放電器によって放電された電力によって駆動されるスイッチ回路とによって無線スイッチ装置を構成したことを特徴としている。
【０００６】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記ＳＡＷマッチドフィルタは、Ａｌ2Ｏ3基板と、このＡｌ2Ｏ3基板上に形成されたＡｌＮ膜と、前記ＡｌＮ膜上に形成されたＡｌタッピングパターンとから構成されていることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記蓄積回路は、コイルとコンデンサを並列接続してなる回路と、前記コイルとコンデンサを並列接続してなる回路の出力を整流する整流手段と、前記整流手段の出力を蓄えるコンデンサとを有し、前記コイルとコンデンサを並列接続してなる回路の共振周波数は、前記ＳＡＷマッチドフィルタから出力される相関ピーク波形の周波数と一致していることを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記スレッショルド放電器は前記蓄積回路の出力電圧が一定値を越えた時オンとなる半導体スイッチと、この半導体スイッチによって駆動されるスイッチ手段とからなることを特徴とする。
【０００７】
請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記スレッショルド放電器は、前記蓄積回路の出力電圧が一定値を越えた時発光する発光素子と、この発光素子からの光を受けオンとなる半導体スイッチとからなることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の一実施形態による無線スイッチ装置１の構成を示すブロック図、図２は無線スイッチ装置１を駆動する発信回路２の構成を示すブロック図である。この実施形態による無線スイッチ装置１は、スペクトラム拡散通信方式が用いられている。
【０００９】
まず、発信回路２から説明する。図２において、符号３はＰＮ（Pseudorandom Noise）符号発生器である。ここで、ＰＮ符号とは、周期性を有する疑似ランダム雑音符号であり、Ｍ系列、バーカー系列、ゴールド系列等が知られている。ＰＮ符号発生器３は、図３（イ）に示すＰＮ符号を発生し、変調回路４へ出力する。この図３（イ）に示すＰＮ符号は１１チップバーカーコードであり、１周期が次の構造となっている。
１１１０００１００１０
【００１０】
５はキャリア（搬送波）を発生する発振回路である。図３（ロ）にキャリアの波形を示す。変調回路４は、キャリアをＰＮ符号によって拡散変調して出力する。図３（ハ）に変調回路４の出力波形を示す。この変調回路４の出力がバンドパスフィルタ６を介してアンテナ７から放射される。
この発信回路２は、以下に説明する無線スイッチ装置１を駆動する時、予め決められた一定時間駆動され、これにより図３（ハ）に示す拡散信号が一定時間アンテナ７から送信される。
【００１１】
次に、無線スイッチ装置１において、符号１１は受信アンテナ、１２はＳＡＷコリレータ（ＳＡＷマッチドフィルタ）である。なお、ＳＡＷはSurface Acoustic Wave （表面弾性波）の略である。図４はＳＡＷコリレータ１２の構成を示す斜示図である。この図において１２ａはＡｌ₂Ｏ₃（サファイア）によって形成された基板、１２ｂはこのＡｌ₂Ｏ₃基板上にＭＯ−ＣＶＤ法により形成されたＡｌＮ（窒化アルミニウム）膜であり、このＡｌＮ膜上に光リソグラフィ技術によってＡｌ（アルミニウム）入力パターン１２ｃと、Ａｌタッピングパターン１２ｄが各々形成されている。ここで、Ａｌタッピングパターン１２ｄは上述したバーカーコード（１１１０００１００１０）に対応したパターンとなっている。
【００１２】
いま、図３（ハ）に示す拡散信号がアンテナ１１によって受信され、ＳＡＷコリレータ１２の入力パターン１２ｃへ印可されると、該信号がＳＡＷとなってＳＡＷコリレータ１２の表面を伝達され、タッピングパターン１２ｄを通過する。そして、伝達された波動の位相がタッピングパターン１２ｄと丁度一致すると、各波動振幅が積分され、タッピングパターンの出力端１２ｏ，１２ｏに１１倍の相関ピークが現れる。すなわち、図１に符号１４で示すように、ＳＡＷコリレータ１２の出力端１２ｏ，１２ｏには、キャリアの１１周期毎に相関ピークが現れる。また、波動の位相がタッピングパターン１２ｄと一致しない場合は出力端１２ｏ，１２ｏの電圧は相関ピークの１／１１以下となる。このＳＡＷコリレータ１２の出力は、蓄積回路１６へ入力される。
【００１３】
なお、図４に示すＡｌＮ／Ａｌ₂Ｏ₃構造は、伝搬速度が約6000m/secと他の圧電体に比較して１．５〜２倍であり、加工寸法を大きくとることができ、また、電気機械結合係数も約１％と比較的大きく、伝搬時間温度係数を零にでききることから、ＧＨｚ帯ＳＡＷデバイス材料として最適である。
蓄積回路１６は、図５に示すように、１次コイルＬ１、２次コイルＬ２からなる高周波コイルＨと、２次コイルＬ２とコンデンサＣ１を並列接続して構成されたタンク回路Ｔと、このタンク回路Ｔの出力を整流するダイオードＤと、このダイオードＤの出力が蓄えられるコンデンサＣ２と、このコンデンサＣ２と並列に接続さるた抵抗Ｒとから構成されている。
【００１４】
ここで、タンク回路Ｔの共振周波数は、ＳＡＷコリレータ１２から出力される相関ピーク波形の周波数（２ＭＨｚ）と一致しており、この結果、相関ピーク電力成分のみを取り込み、逐次、蓄積する。図６（イ）にコンデンサＣ１の両端電圧を示す。このタンク回路Ｔの出力電圧はダイオードＤを介してコンデンサＣ２を充電する。この結果、コンデンサＣ２の両端電圧は、図６（ロ）に示すようにに逐次上昇する。このコンデンサＣ２の電圧はスレッショルド放電器１８へ印可される。
【００１５】
スレッショルド放電器１８、リレースイッチＲ２、電池２０、アプリケーション回路２１の構成を図７に示す。スレッショルド放電器１８はツエナーダイオードＤｚと、このツエナーダイオードＤｚに直列接続されたリレースイッチＲ１とから構成されている。ここで、リレースイッチＲ１には消費電力の小さいもの（例えば、５０ｍｗ）が用いられている。そして、蓄積回路１６の出力電圧がツエナーダイオードＤｚのツエナー電圧を越えると、同ツエナーダイオードＤｚがオンとなり、リレースイッチＲ１が駆動され、接点ｒ１がオンとなる。これにより、リレースイッチＲ２に電池２０の電圧が供給され、リレースイッチＲ２が駆動され、接点ｒ２−１、ｒ２−２がオンとなる。接点ｒ２−１がオンとなると、リレースイッチＲ２が自己保持される。また、接点ｒ２−２がオンになると、アプリケーション回路２１へ電池２０の電圧が供給され、同回路２１が駆動される。このアプリケーション回路２１の作業が終了すると、同アプリケーション回路２１が接点ｒ３をオフとする。これにより、リレースイッチＲ２がオフとなり、アプリケーション回路２１への電圧供給がオフとされる。
【００１６】
以上が図１に示す実施形態の詳細である。この実施形態によれば、受信信号に基づくＳＡＷの位相がＳＡＷコリレータ１２のタッピングパターン１２ｄと完全に一致しなければ起動されず、従って誤動作する虞れが極めて少なく、信頼性が高い利点がある。また、リレースイッチＲ１が駆動されない限り、電池２０の回路が接点ｒ１，ｒ２−１，ｒ２−２によって機械的に完全に遮断されており、従って、理論上漏れ電力が零であり、待機時の電池２０の電力消費を零とすることができる。
【００１７】
なお、感度を良くするために、図７の回路に代えて、図８の回路を用いてもよい。この図８の回路においては、図７のツエナーダイオードＤｚ、リレースイッチＲ１に代えて発光ダイオードＤｐ、ＭＯＳ型フォトトランジスタＴｍからなる光カプラーＰＣが用いられている。この回路の場合、蓄積回路１６の出力電圧が発光ダイオードＤｐの順降下電圧以上になると、同ダイオードＤｐがオンとなって発光し、この光を受けてフォトトランジスタＴｍがオンとなる。これにより、リレースイッチＲ４が駆動され、接点ｒ４−１，ｒ４−２がオンとなる。接点ｒ４−１がオンとなると、リレースイッチＲ４が自己保持され、接点ｒ４−２がオンとなると、アプリケーション回路２１へ電池２０の電圧が供給される。
【００１８】
この図８の回路によれば、図７の回路に比べ、蓄積回路１６の出力電圧が低い電圧でリレースイッチＲ４を駆動することができる。なお、この回路の場合、待機時において、リレースイッチＲ４、フォトトランジスタＴｍを通して漏れ電流が流れる。しかし、フォトトランジスタＴｍの漏れ電流は１００ｐＡ以下であり、従って、この回路の場合も、実質上待機電力をほぼ零にすることができる。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、信頼性が高く、しかも待機時の消費電力を零とすることができる無線スイッチ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】図１のスイッチ装置を駆動する発信回路の構成を示すブロック図である。
【図３】図２の回路各部の波形図である。
【図４】図１におけるＳＡＷコリレータ１２の構成を示す斜視図である。
【図５】図１における、蓄積回路１６の構成を示す回路図である。
【図６】図５の回路各部の波形図である。
【図７】図１における、スレッショルド放電器１８、リレースイッチＲ２、電池２０、アプリケーション回路２１の詳細構成を示す回路図である。
【図８】図７の回路の他の構成例を示す回路図である。
【符号の説明】
１１……受信アンテナ
１２……ＳＡＷコリレータ
１２ａ……Ａｌ₂Ｏ₃基板
１２ｂ……ＡｌＮ膜
１２ｄ……Ａｌタッピングパターン
１６……蓄積回路
Ｔ……タンク回路
Ｃ２……コンデンサ
１８……スレッショルド放電器。

Claims

高周波無線信号を受信する受信アンテナと、
前記受信アンテナによって受信された前記信号が印可され、該信号に含まれる周期性を有する疑似ランダム雑音符号の特定パターンを抽出するＳＡＷマッチドフィルタと、
前記ＳＡＷマッチドフィルタの出力電力を蓄積する蓄積回路と、
前記蓄積回路の出力電圧が一定値を越えた時、該蓄積回路に蓄えられた電荷の放電を行うスレッショルド放電器と、
前記スレッショルド放電器によって放電された電力によって駆動されるスイッチ回路と、
を具備してなる表面弾性波デバイスを用いた無線スイッチ装置。
前記ＳＡＷマッチドフィルタは、Ａｌ2Ｏ3基板と、このＡｌ2Ｏ3基板上に形成されたＡｌＮ膜と、前記ＡｌＮ膜上に形成されたＡｌタッピングパターンとから構成されていることを特徴とする請求項１に記載の表面弾性波デバイスを用いた無線スイッチ装置。
前記蓄積回路は、コイルとコンデンサを並列接続してなる回路と、前記コイルとコンデンサを並列接続してなる回路の出力を整流する整流手段と、前記整流手段の出力を蓄えるコンデンサとを有し、前記コイルとコンデンサを並列接続してなる回路の共振周波数は、前記ＳＡＷマッチドフィルタから出力される相関ピーク波形の周波数と一致していることを特徴とする請求項１に記載の表面弾性波デバイスを用いた無線スイッチ装置。
前記スレッショルド放電器は前記蓄積回路の出力電圧が一定値を越えた時オンとなる半導体スイッチと、この半導体スイッチによって駆動されるスイッチ手段とからなることを特徴とする請求項１に記載の表面弾性波デバイスを用いた無線スイッチ装置。
前記スレッショルド放電器は、前記蓄積回路の出力電圧が一定値を越えた時発光する発光素子と、この発光素子からの光を受けオンとなる半導体スイッチとからなることを特徴とする請求項１に記載の表面弾性波デバイスを用いた無線スイッチ装置。