JP3978454B2 - High frequency radio - Google Patents
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Description
本発明は、例えば近距離無線通信方式による利用に適した高周波無線機に関する。
なお、この明細書において「近距離無線通信方式」とは、例えば、法律の規制を受けない微弱電力のキャリア帯信号を用いて、キーレスエントリ、対象物のワイヤレス監視又はワイヤレス制御その他の比較的近距離で行う無線通信方式の総称をいう。
The present invention relates to a high-frequency radio apparatus suitable for use by, for example, a short-range wireless communication system.
In this specification, the “short-range wireless communication system” means, for example, a keyless entry, wireless monitoring of a target or wireless control or other relatively close proximity using a carrier signal of weak power that is not subject to legal regulations. This is a general term for wireless communication systems performed at a distance.
近距離無線通信方式を利用したシステムの例として、キーレスエントリ制御システムが知られている。キーレスエントリ制御システムは、例えば、対象物である車両のドアの開閉、エンジン始動ないしエンジン停止等を、数メートルないし数十メートル離れた位置から、無線によって制御するシステムであり、車両側に搭載される固定型の無線機と、ユーザが所持する携帯性の無線機との組により構成される。 A keyless entry control system is known as an example of a system using a short-range wireless communication system. A keyless entry control system is a system that controls, for example, opening / closing of a door of a vehicle as a target object, engine start or engine stop, etc. wirelessly from a position several meters to several tens of meters away. A fixed wireless device and a portable wireless device possessed by the user.
従来のこの種のキーレスエントリ制御システムの概略構成例を図8に示す。
図8に示した例では、ユーザが携行する無線機である送信機1が、VHF帯以上の周波数のキャリア帯信号を当該送信機1の識別コードと例えばドアの開閉を指示するための指示信号とで変調して、アンテナ5から、固定型の無線機である受信機2に向けて送信する。
FIG. 8 shows a schematic configuration example of such a conventional keyless entry control system.
In the example shown in FIG. 8, the transmitter 1 which is a radio carried by the user uses a carrier band signal having a frequency equal to or higher than the VHF band as an identification code of the transmitter 1 and an instruction signal for instructing opening / closing of the door, for example. And is transmitted from the
受信機2は、受信したキャリア帯信号をフィルタリングして不要な周波数成分を除去するためのアンテナフィルタを有する。キーレスエントリ制御システムにおいて、通信に必要な帯域幅の周波数(以下、「通信周波数」という)は、最近は、315[MHz]の高周波信号が使用されるようになっている。そのため、受信機2のアンテナフィルタは、高周波での用途に適した弾性表面波フィルタ(以下、「SAWフィルタ」とする)6が一般的に用いられている。
The
また、電波法施行規則によれば、送信機1から3m離れた地点での電界強度は、毎メートル500[μV/m]以下であれば、規制を受けないとされている。受信機2では、このような微弱電力により送信されたキャリア帯信号を受信することになるので、それを高周波増幅部(プリアンプ)14で所定の電力に増幅し、増幅されたキャリア帯信号に対して、受信機構4で直接検波を行って識別コードと指示信号とを復調する。そして、この指示信号に従って車両の各種駆動機構を制御して、ドアの開閉等を行わせる。
受信機構4はIC化が可能であり、SAWフィルタ6と共に所謂ディスクリート部品としてセット基板に搭載することにより、受信機2の小型化が図られている。
Further, according to the Radio Law Enforcement Regulation, the electric field strength at a point 3 m away from the transmitter 1 is not restricted if it is 500 [μV / m] or less per meter. Since the
The receiving mechanism 4 can be made into an IC, and the
一般に、アンテナフィルタを使用し、直接検波した受信機の雑音レベルN(W)と帯域幅B(Hz)との関係は、下記の(1)式により一義的に決定される。
N=KTBF・・・(1)
In general, the relationship between the noise level N (W) and the bandwidth B (Hz) of a receiver directly detected using an antenna filter is uniquely determined by the following equation (1).
N = KTBF (1)
(1)式において、Kはボルツマン定数(1.38×10−23)、Tは絶対温度(度K)、Fは受信機の雑音指数(W)である。ボルツマン定数K、絶対温度T及び雑音指数Fは一定値となるので、雑音レベルNは、アンテナフィルタの帯域幅Bに依存する。すなわち、帯域幅Bが広いアンテナフィルタを使用するほど雑音レベルNが高くなり、それだけ信号成分の受信感度は低下する。また、帯域幅Bが広いことによって不要な外来信号との相互干渉も引き起こし、誤動作が生じやすくなる。 In the equation (1), K is a Boltzmann constant (1.38 × 10 −23 ), T is an absolute temperature (degree K), and F is a noise figure (W) of the receiver. Since the Boltzmann constant K, the absolute temperature T, and the noise figure F are constant values, the noise level N depends on the bandwidth B of the antenna filter. That is, the noise level N increases as the antenna filter having a wider bandwidth B is used, and the reception sensitivity of the signal component decreases accordingly. Further, since the bandwidth B is wide, mutual interference with unnecessary external signals is also caused, and malfunction is likely to occur.
アンテナフィルタとしてSAWフィルタ6を用いた場合の周波数−減衰特性は、図9に示すようになる。すなわち、3dB減衰域での帯域幅W1は、通常は、約1000[kHz]程度となる。これに対して、例えば、識別コードのビット速度を1.2[Kb/s]とすると、通信に必要な帯域幅W2は、4[kHz]以下となる。
The frequency-attenuation characteristics when the
SAWフィルタ6は、上記のように、通信に必要な帯域幅(4[kHz])に対して非常に広い帯域幅(約1000[kHz])となるため、(1)式から明らかなように、雑音レベルNを低減させて信号成分の受信感度を高めることが本質的に不可能となる。換言すると、受信機2が送信機1との間で通信可能な範囲(例えば、通信距離)には一定の限界がある。
As described above, since the
また、SAWフィルタ6の帯域幅Bを狭くすることができないので、外来信号と通信周波数(通信に必要な信号の周波数、以下同じ)との相互干渉を有効に防止することもできないばかりでなく、通信周波数に対するイメージ周波数を除去することができず、通信品質の向上も図れない。イメージ周波数を除去するためには、受信機構4において、イメージ抑圧部のような機能を備える必要があったため、受信機構4の構成を簡略化することができず、消費電力の低減も図れないという問題があった。
Further, since the bandwidth B of the
さらに、SAWフィルタ6は、水晶板の表面に複数の電極を実装した構造を有するので比較的高価であるうえに、IC化された受信機構4とは別体としてセット基板に搭載しなければならないので、受信機2の小型化にも一定の限界があった。
Furthermore, since the
なお、上述したキーレスエントリ制御システムのような近距離無線通信方式、特に、アンテナフィルタとしてSAWフィルタ6を用いたシステムでは、一つのアンテナフィルタを送受信兼用にすることは行われていない。これは、同じキャリア帯信号であっても、通信周波数のうち送信周波数f1と受信周波数f2とが異なること、また、SAWフィルタ6の帯域幅Bが非常に広いので、送信時に、このSAWフィルタ6でフィルタリングされる前の高周波信号を増幅すると、通信に必要な帯域幅以外のキャリア帯信号のレベルが大きくなって、SAWフィルタ6に悪影響を与える(例えば、動作が不安定になり、規定のフィルタ特性が得られない)こと等が、その理由になっている。
Note that in a short-range wireless communication system such as the keyless entry control system described above, particularly in a system using the
本発明の課題は、通信可能な範囲を拡大するとともに、外来信号との相互干渉を有効に防止することができ、イメージ周波数の抑圧も簡易に実現することができる、小型の高周波無線機を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a small high-frequency radio that can expand the range of communication, can effectively prevent mutual interference with external signals, and can easily realize suppression of image frequency. There is to do.
本発明は、前掲した(1)式の雑音レベルと帯域幅との関係に着眼し、アンテナフィルタとして、従来のSAWフィルタに比べて極めて狭帯域となる水晶フィルタを採用した高周波無線機を提供するものである。水晶フィルタによれば、キャリア帯信号が通過する帯域幅は、10[kHz]の帯域幅、例えば20[kHz]以下にすることができるので、SAWフィルタの帯域幅が約1000[kHz]程度であったことに比べると、格段に狭帯域となる。そのため、エネルギー保存の法則により、同じエネルギー(送信時の電力)に対する受信側の受信感度を飛躍的に高めることができる。 The present invention pays attention to the relationship between the noise level and the bandwidth of the above-described formula (1), and provides a high-frequency radio that employs a quartz filter that has a very narrow band as an antenna filter compared to a conventional SAW filter. Is. According to the crystal filter, the bandwidth through which the carrier band signal passes can be set to a bandwidth of 10 [kHz], for example, 20 [kHz] or less. Therefore, the bandwidth of the SAW filter is about 1000 [kHz]. Compared to what happened, the band becomes much narrower. Therefore, the receiving sensitivity on the receiving side for the same energy (power at the time of transmission) can be dramatically increased by the law of energy conservation.
従来、水晶フィルタは、短波帯までの比較的低い周波数による無線機では多用されていたものの、これをVHF帯(30〜300[MHz])あるいはUHF帯(300[MHz]〜3[GHz])の周波数で使用するということは、考えられなかった。
これは、例えば”水晶デバイスの解説と応用”(2002年3月 日本水晶デバイス工業会発行)p23に掲載されている図7に示されるように、水晶フィルタの実現可能範囲には一定の上限があるため、キーレスエントリ制御システムのように、VHF帯以上での用途に用いられるアンテナフィルタは、高周波帯用に開発されたSAWデバイス(SAWフィルタ)に限られると考えられていたことが、その主たる理由になっている。
しかしながら、水晶フィルタを構成する水晶片の製造・加工技術は日々進化しており、水晶フィルタが使用可能な周波数の範囲は拡大される傾向にある。また、水晶は、基本波のほか、オーバートーン、すなわち、基本波の周波数の奇数倍の周波数での使用が可能である。水晶・SAW関連デバイスの開発に携わる本発明者らは、従来の発想の転換を図ることにより、水晶フィルタ(水晶片)をVHF帯以上の周波数でもアンテナフィルタとして用いることができることを見いだしたものである。
Conventionally, a crystal filter has been widely used in a radio device having a relatively low frequency up to a short wave band, but this is used in a VHF band (30 to 300 [MHz]) or a UHF band (300 [MHz] to 3 [GHz]). It was unthinkable to use at a frequency of.
For example, as shown in FIG. 7 published in “Explanation and Application of Quartz Devices” (published by the Japan Quartz Device Industry Association, March 2002) p23, there is a certain upper limit to the feasible range of the quartz filter. Therefore, the antenna filter used for applications in the VHF band or higher, such as a keyless entry control system, was considered to be limited to SAW devices (SAW filters) developed for the high frequency band. It is the reason.
However, the manufacturing and processing technology of the crystal piece constituting the crystal filter is evolving day by day, and the range of frequencies in which the crystal filter can be used tends to be expanded. In addition to the fundamental wave, the crystal can be used at an overtone, that is, at a frequency that is an odd multiple of the fundamental wave frequency. The present inventors who are involved in the development of quartz / SAW-related devices have found that a crystal filter (crystal piece) can be used as an antenna filter even at a frequency higher than the VHF band by changing the conventional idea. is there.
本発明が提供する高周波無線機の具体的な構成態様は、UHF帯のキャリア帯信号により法律の規制対象外となる微弱電力による近距離無線通信を行う無線モジュールと、この無線モジュールを通じて通信相手機との間で受け渡される信号の処理を行う処理手段とを有するものである。
前記無線モジュールは、受信時には高周波増幅後の前記キャリア帯信号をフィルタリングし、送信時には受信したキャリア帯信号と同じ周波数のキャリア帯信号を高周波増幅前にフィルタリングする送受兼用の水晶フィルタと、直接検波用及び直接変調用のローカル信号を発振する水晶振動子とを含み、前記水晶フィルタは、フィルタリングする周波数のずれの方向が、前記ローカル信号による検波時又は変調時の周波数のずれの方向と同じになる環境で動作するものである。
前記処理手段は、送信時には通信相手機との間で定めた拡散符号で拡散することにより得た拡散変調後のデータに基づいて直接変調される信号を生成し、受信時には直接検波された信号と前記拡散符号とを逆拡散することにより得られた信号の復調を行うものである。
「同じ環境で動作する」とは、例えば水晶フィルタ及び水晶振動子を、各々の温度特性を実質的に同じにする材質から成る一つのモジュール容器内で動作させることをいう。
A specific configuration aspect of the high-frequency wireless device provided by the present invention includes a wireless module that performs short-range wireless communication using weak power that is not subject to legal regulations by a carrier band signal in the UHF band, and a communication partner device through the wireless module. And a processing means for processing a signal passed between them.
The radio module filters the carrier band signal after high frequency amplification at the time of reception, and transmits and receives a crystal band filter for filtering the carrier band signal of the same frequency as the received carrier band signal before the high frequency amplification at the time of transmission, and for direct detection And a crystal resonator that oscillates a local signal for direct modulation, and the crystal filter has a frequency deviation direction that is the same as a frequency deviation direction during detection or modulation by the local signal. It works in the environment.
The processing means generates a signal that is directly modulated based on spread-modulated data obtained by spreading with a spreading code determined with a communication partner at the time of transmission, and a signal directly detected at the time of reception. The signal obtained by despreading the spreading code is demodulated.
“Operating in the same environment” means that, for example, a crystal filter and a crystal resonator are operated in one module container made of a material having substantially the same temperature characteristics.
直接検波方式の高周波無線機では、受信信号を中間周波数にした後にそれを検波するスーパーヘテロダイン方式と比較して回路構成が簡易になり、小型化を促進することができる。水晶フィルタが送受信兼用なので、構造の簡素化及び汎用性を高めることもできる。また、帯域幅が著しく狭く、イメージ抑圧がそれ自体で可能になるという水晶フィルタの特性を活かすことができるので、微弱電力であるにも拘わらず受信感度が高まり、通信可能な範囲を拡げることができる。消費電力を低減する観点からは、キャリア帯信号を間歇的な信号とする。
受信の場合は、例えばフィルタリング前の高周波信号の増幅利得を調整することによって、イメージ周波数を水晶フィルタを通過する段階で確実に除去できるので、後段における信号処理回路でのイメージ抑圧部等が不要になり、消費電力もその分低減化することができる。送信の場合は、水晶フィルタでイメージ周波数を抑圧した後に終段の高周波増幅部で所定電力まで増幅するので、イメージ周波数の増幅を回避することができる。
In the direct detection type radio frequency radio apparatus, the circuit configuration is simplified and the miniaturization can be promoted as compared with the superheterodyne system in which the received signal is detected at an intermediate frequency and then detected. Since the crystal filter is used for both transmission and reception, the structure can be simplified and versatility can be improved. In addition, it can take advantage of the characteristics of the crystal filter that the bandwidth is extremely narrow and image suppression is possible by itself, so that the reception sensitivity can be increased despite the weak power, and the communication range can be expanded. it can. From the viewpoint of reducing power consumption, the carrier band signal is an intermittent signal.
In the case of reception, for example, by adjusting the amplification gain of the high-frequency signal before filtering, the image frequency can be reliably removed at the stage of passing through the crystal filter, so that an image suppression unit or the like in the signal processing circuit in the subsequent stage is unnecessary. Thus, power consumption can be reduced accordingly. In the case of transmission, since the image frequency is suppressed by the crystal filter and then amplified to a predetermined power by the high frequency amplification unit at the final stage, amplification of the image frequency can be avoided.
本発明の高周波無線機における前記水晶フィルタは、好ましくは、その温度特性及び経年変化特性を前記水晶振動子の温度特性及び経年変化特性と実質的に同じ環境にする一つのモジュール容器に収容する。
上述したように水晶フィルタの帯域幅は狭いので、周辺温度が変化したり、長時間使用による経年変化(特性変化)によって周波数がずれてしまうと、水晶振動子から発振されるローカル信号によって直接検波する際に、不都合が生じる可能性があるというリスクがある。そこで、水晶フィルタ及び水晶振動子の上記特性が互いに実質的に同じになる環境で動作させることで、仮に周波数のずれが生じた場合であっても、そのずれの方向が両者同じ方向になるので、不都合を回避することができる。
The crystal filter in the high-frequency radio of the present invention is preferably housed in a single module container in which the temperature characteristics and aging characteristics are substantially the same as the temperature characteristics and aging characteristics of the crystal resonator.
As mentioned above, the bandwidth of the crystal filter is narrow, so if the ambient temperature changes or the frequency shifts due to aging (characteristic change) due to long-term use, direct detection is performed by the local signal oscillated from the crystal unit. There is a risk that inconvenience may occur. Therefore, by operating in an environment where the above characteristics of the crystal filter and the crystal resonator are substantially the same, even if a frequency shift occurs, the direction of the shift is the same. Inconvenience can be avoided.
小型化、簡素化、汎用性を高める観点からは、前記モジュール容器に、前記無線モジュールの他の構成部品及び前記処理手段が同梱する。 From the viewpoint of miniaturization, simplification, and versatility, the module container includes other components of the wireless module and the processing means.
上記の高周波無線機において、同じ周波数のキャリア帯信号を使用する場合、前記処理手段は、例えば、受信したキャリア帯信号に含まれる信号成分の周波数と自機のローカル信号の周波数との差を検出し、検出した周波数差を表す周波数差データを所定のメモリに記録するとともに、通信相手機に送信すべき信号を変調する際に前記メモリから周波数差データを読み出し、読み出した周波数差データをもとに、送信用のキャリア帯信号の周波数を補正する補正回路とを有するものとする。 In the above high-frequency radio, when the carrier band signal having the same frequency is used, the processing means detects, for example, the difference between the frequency of the signal component included in the received carrier band signal and the frequency of the local signal of the own apparatus. The frequency difference data representing the detected frequency difference is recorded in a predetermined memory, and the frequency difference data is read from the memory when the signal to be transmitted to the communication partner is modulated. And a correction circuit for correcting the frequency of the carrier band signal for transmission.
ある実施の態様では、前記処理手段は、プロセッサと所定の記憶領域に存在するソフトウエアとの協働により、あるいは、その処理動作が予め定められたファームウエアにより動作するソフトウエア・ラジオであり、その動作内容が事後的に変更可能なものである。
ソフトウエア・ラジオにより、通信手順や通信周波数が異なる相手とでもソフトウエアの内容又はファームウエアの仕様を変えることにより無線通信が可能になるので、一つの高周波無線機で多様な無線通信方式に対応できるようになる。
In one embodiment, the processing means is a software radio that operates in cooperation with a processor and software existing in a predetermined storage area, or whose processing operation is performed by predetermined firmware, The operation content can be changed afterwards.
Software / radio enables wireless communication by changing software contents or firmware specifications even with other parties with different communication procedures and communication frequencies, so a single high-frequency radio can support various wireless communication systems. become able to.
高周波無線機のアンテナフィルタとして、SAWフィルタに代えて水晶フィルタを用いたので、帯域幅を狭くして受信感度を高めることができ、これにより、通信範囲の拡大と相互干渉の防止が可能になる。 Since a quartz filter is used instead of the SAW filter as the antenna filter of the high-frequency radio, the bandwidth can be narrowed and the reception sensitivity can be increased. This makes it possible to expand the communication range and prevent mutual interference. .
以下、本発明を、近距離無線通信方式を行うための高周波無線機に適用した場合の実施の形態を説明する。
図1は、本発明の高周波無線機を受信機として使用するときの最も単純な構成例を示すものであり、従来例を示した図8に対応する。なお、図1において、図8に示したものとほぼ同一機能の構成要素については、説明の便宜上、同一符号を付してある。
この実施形態の受信機2は、サブキャリアによらない直接検波方式を採用したもので、高周波増幅部(プリアンプ)14、水晶フィルタ3及び受信機構4を有する。高周波増幅部14と受信機構4は、集積化されたICチップ(ベアチップ)で構成されており、水晶フィルタ3と共に、モジュール容器に収容されて一体化される。以下、このようなICチップをRF(Radio Frequency)ICチップと称する。
Hereinafter, an embodiment when the present invention is applied to a high-frequency radio for performing a short-range wireless communication system will be described.
FIG. 1 shows the simplest configuration example when the high-frequency radio apparatus of the present invention is used as a receiver, and corresponds to FIG. 8 showing a conventional example. In FIG. 1, components having substantially the same functions as those shown in FIG. 8 are denoted by the same reference numerals for convenience of explanation.
The
RFICチップは、例えばプロセッサとメモリ領域を有し、メモリ領域には、プロセッサがそれを読み取って送信機1との間で無線通信用のデジタル信号処理を行うためのソフトウエア(プログラム、各種パラメータ及びデータ)が格納されている一種のソフトウエア・ラジオである。ソフトウエアは、無線通信の手順や通信周波数が異なる相手とでも通信ができるようにするため、図示しないデータ書換装置(例えば、ROMライタ)によって、RFICチップとして製造された後であっても書換できるようになっている。
なお、RFICチップ7としては、ソフトウエアが事後的に書換可能なもののほか、予めその動作手順が固定的に定められたファームウエア、例えば配線基板あるいはDSP(Digital Signal Processor)を用いることもできる。ファームウエアを用いる場合は、用途に応じて、当該ファームウエアを交換自在にしておくことが望ましい。
The RFIC chip has, for example, a processor and a memory area. In the memory area, software (program, various parameters, and parameters) for the processor to read the digital signal processing for wireless communication with the transmitter 1 is read. Data) is a kind of software radio. The software can be rewritten even after it is manufactured as an RFIC chip by a data rewrite device (for example, a ROM writer) (not shown) so that it can communicate with other parties having different wireless communication procedures and communication frequencies. It is like that.
As the
受信機構4の構成は任意であるが、直接検波用の高周波ローカル信号を発振する水晶振動子を有するローカル発振器を含むものとする場合は、水晶振動子を除くローカル発振器の構成素子を含めてRFICチップに組み込むとともに、水晶振動子をRFICチップと共に上記のモジュール容器に同梱する。このようにすれば、水晶フィルタ3と水晶振動子の温度特性及び経年変化特性がそれぞれ互いに実質的に同じになる動作環境となるので、水晶フィルタ3の周辺温度が上昇したり、水晶片の経年変化によって周波数がずれたとしても、検波時の周波数も同じ方向にずれるので、不都合の発生を回避することができる。経年変化特性を重視する場合は、水晶フィルタ3と水晶振動子の両者を構成する水晶以外の材料、例えば電極、接着部材等にも同じ材質のものを使用すればよい。
水晶フィルタ3及び水晶振動子のサイズは、例えばキーレスエントリ制御システムにおいて使用される315[MHz]あるいはその周辺の周波数帯では、水晶片の大きさは1mm角程度と極めて小型なので、モジュール容器への収容が極めて容易であり、小型化及び量産性の促進にもつながる。
The configuration of the receiving mechanism 4 is arbitrary, but if it includes a local oscillator having a crystal resonator that oscillates a high-frequency local signal for direct detection, the components of the local oscillator excluding the crystal resonator are included in the RFIC chip. At the same time, the quartz resonator is packaged in the module container together with the RFIC chip. In this way, the temperature and aging characteristics of the
The size of the
モジュール容器は、図2にその断面図を示すように、例えば、積層セラミックからなる容器本体8を有している。但し、容器内に収容される各種部品の温度特性等を実質的に同じにする材質であれば、積層セラミック以外の部材で形成してよい。容器本体8は、その両面側に凹部を有する断面H状に成形されている。成形された容器本体8の一方の凹部底面には、導電性接着剤13等によって水晶フィルタ3が電気的・機械的に接続され、その開口部は、シーム溶接等によってカバー15が接合されるようになっている。水晶振動子を同梱する場合は、同様の手法で容器本体8にそれを固着する。
容器本体8の他方の凹部底面には、RFICチップ7がフリップチップボンディング等によって固着される。RFICチップ7の周囲には、通常は、保護樹脂16が充填され、受信機2の移動時のRFICチップ7の変位を防止している。RFICチップ7の電極と水晶フィルタ3(及び、水晶振動子)の電極とは、例えばスルーホール17を通じて配線される。なお、他方の凹部を形成する枠上面には表面実装用の図示しない端子類が形成されている。
The module container has a container body 8 made of, for example, a laminated ceramic, as shown in a sectional view in FIG. However, any material other than the multilayer ceramic may be used as long as the temperature characteristics of the various parts accommodated in the container are substantially the same. The container body 8 is formed in a cross-sectional H shape having recesses on both sides. The
The
図3(a)は、この実施形態において使用される水晶フィルタの平面図、同図(b)はそのA−A断面図である。水晶フィルタ3は、例えばATカットとした水晶片9を有しており、水晶片9の一主面には、一対の入出力電極10a,10bが取り付けられている。水晶片9の他主面には、一つの共通電極11が取り付けられている。入出力電極10a、10b及び共通電極11からは、それぞれ、対角部に引出電極12が延出している。
ATカットは、水晶のX軸に平行でZ軸から35度15分近辺にカットしたもので、周波数温度特性が広温度範囲に亘って3次曲線の極めて良好な特性を示すことが知られている。水晶フィルタ3は、例えば3次オーバトーン、すなわち100〜130[MHz]、好ましくは、市場に登場している105[MHz]のものを315[MHz]で使用する。
FIG. 3A is a plan view of a crystal filter used in this embodiment, and FIG. The
The AT-cut is cut parallel to the X-axis of the crystal and around 35
このような構成の受信機2では、図4の周波数−減衰特性図に示されるように、水晶フィルタ3の3dB減衰域での帯域幅W1は、20[kHz]以下となる。従来のSAWフィルタ6の帯域幅(約1000kHz)と比較すると、約1/50以下になる。従って、雑音レベルは、前述の式(1)からSAWフィルタ6を使用した場合に比較して、概ね1/50となる。受信感度で比較すると、SAWフィルタ6を適用した場合よりも17dB(約50倍)の感度上昇が得られることになる。この結果、従来よりも近距離で通信可能な範囲を拡げることができる。
In the
また、帯域幅が狭くなるので、外来信号との干渉が防止され、また、イメージ周波数も確実に抑圧されているので、誤動作も回避することができる。さらに、水晶フィルタ3と受信機構4のRFICチップ7とを同一のモジュール容器に収容したので、小型化を促進することができる。
Further, since the bandwidth is narrowed, interference with an external signal is prevented, and the image frequency is reliably suppressed, so that malfunction can be avoided. Furthermore, since the
なお、モジュール容器の容器本体8は、両面側の凹部を設けて水晶フィルタ3とRFICチップ7とを別個に収容して一体化した例を示したが、一面側のみに凹部を設けて両者を収容しても、あるいは両者を別個の容器に収容して接合して一体化してもよい。
また、水晶フィルタ3は、3次オーバトーンとしたが、基本波であってもよく、オーバートーンの次数は任意である。
In addition, although the container main body 8 of the module container has shown the example which provided the recessed part of the double-sided side, accommodated separately the
In addition, although the
《他の実施形態》
上記例では、高周波無線機を受信機2に適用した場合の例であるが、例えば送信機1から通信周波数を受信した後、これに応答する場合も考えられるので、送受兼用の高周波無線機として実施する場合の例を挙げる。
図5は、送受兼用の高周波無線機を一つのモジュール容器に収容してモジュール化した無線モジュールの構成図である。この無線モジュール100は、大別して、高周波増幅部、フィルタ部、及び信号処理部(#1)を含んでいる。
<< Other embodiments >>
In the above example, a high-frequency radio is applied to the
FIG. 5 is a configuration diagram of a wireless module in which a transmission / reception high-frequency radio is accommodated in one module container and modularized. The
高周波増幅部は、アンテナ接続端子T11を通じて受信されたキャリア帯信号を増幅する低雑音増幅器102と、アンテナ接続端子T11を通じて供給されるキャリア帯信号の電力を所定値に増幅する電力増幅器103とを有する。
The high frequency amplification unit includes a
フィルタ部は、水晶フィルタ105から成る。この水晶フィルタ105は、上述した水晶フィルタ3と同じものであり、例えば、通信に使用する帯域幅の中心周波数が315[MHz]で、その帯域幅が20[kHz]のものである。水晶フィルタ105により帯域幅を例えば20[kHz]以下に狭くすることができるので、例えば100[kHz]程度の中間周波数を直接検波する場合は、低雑音増幅器102の利得を、例えば歪みの少ない低利得(約15[dB])に調整することで、水晶フィルタ105の段階でイメージ周波数を確実に除去することができ、後段の検波回路107を含む信号処理回路でのイメージ抑圧部等を不要にすることができる。送信時においても、高周波増幅部103の利得を微弱電力が得られる程度に調整することで、何等の問題もなく、水晶フィルタ105を受信時と共用できる。送信波と受信波とを間歇なものとすることにより、送受信周波数を同じ周波数にすることもできる。このようにして、高周波モジュールの信号処理回路の構成を簡易にして、消費電力を小さくすることができる。
既に述べたように、従来の高周波無線機では、アンテナフィルタを送受信兼用にすることができないので、アンテナフィルタは2つになるが、いずれにしても、アンテナフィルタとしてSAWフィルタ6を用いた場合には、帯域幅が広いので、イメージ周波数をも取り込んでしまう。そのため、信号処理回路にはイメージ抑圧部が不可欠となり、回路構成が複雑となって、消費電力も大きくならざるを得ない。
The filter unit includes a
As described above, in the conventional high-frequency radio, the antenna filter cannot be used for both transmission and reception, so there are two antenna filters, but in any case, when the
信号処理部(#1)は、受信時に直接検波方式で検波を行う検波回路107、送信時に直接変調を行う変調回路108、検波回路107及び変調回路108に供給する高周波ローカル信号を発振するローカル発振器109、検波後の中間周波数を増幅する中間周波増幅器110、増幅された中間周波信号をデジタル値に変換してデジタル出力端子T12に出力するアナログ/デジタル変換器(ADC)111、デジタル入力端子T13から入力されるデジタル信号をアナログ信号に変換するデジタル/アナログ変換器(DAC)112、及び、信号の伝送方向を選択的に切り換えるための送受切換スイッチ101、104、106を有している。
The signal processing unit (# 1) includes a
水晶振動子は、通信周波数と中間周波信号との差分の周波数(=315[MHz]−約49[kHz]:厳密には、49.152[kHz])の高周波ローカル信号を発振するものである。好ましくは、水晶フィルタ105に用いる水晶片と同じ特性の水晶片を構成要素として採用する。約49[kHz]の周波数を用いることは、例えば、信号処理回路(例えば変復調回路)において、低いクロック周波数で変復調のための処理を行うことができるので、消費電力の低減化を図ることができるという効用がある。
送受切換スイッチ101、104、106は、図示しない制御回路を通じて制御され、すべて同じタイミングで開閉動作する。より具体的には、二値信号の一方の値でオン、他方の値でオフになり、例えばオンのときには高周波増幅部及び信号処理部を受信機として動作させ、オフのときにはこれらを送信機として動作させる。従って、送信用のアンテナフィルタと受信用のアンテナフィルタとを同一の(一つの)水晶フィルタで兼用することができる。無線モジュール100は、電源端子T14に接続された電源20により給電される。
The crystal resonator oscillates a high-frequency local signal having a frequency difference (= 315 [MHz] −about 49 [kHz]: strictly 49.152 [kHz]) between the communication frequency and the intermediate frequency signal. . Preferably, a crystal piece having the same characteristics as the crystal piece used for the
The transmission / reception change-over
高周波増幅部及び信号処理部の電子回路部分は、前述したRFICチップ(ソフトウエア・ラジオ)により構成することができる。このRFICチップにおいて、上述した各部の信号処理の動作タイミングは、約32[kHz](厳密には、32.768[kHz])のクロック信号を出力するクロック発振器(図示省略)から出力されたクロック信号による約65[キロ・サンプル/秒]とすることができる。この約32[kHz]のクロック発振器は、現在のところ、最もポピュラーな発振回路で量産されているため、廉価であり、無線モジュール100のコスト低減に寄与することができる。
The electronic circuit portions of the high frequency amplification unit and the signal processing unit can be configured by the RFIC chip (software radio) described above. In this RFIC chip, the operation timing of the signal processing of each part described above is a clock output from a clock oscillator (not shown) that outputs a clock signal of about 32 [kHz] (strictly 32.768 [kHz]). It can be about 65 [kilosamples / second] depending on the signal. Since the clock oscillator of about 32 [kHz] is currently mass-produced by the most popular oscillation circuit, it is inexpensive and can contribute to the cost reduction of the
実装時には、RFICチップ、ローカル発振器109に含まれる水晶振動子、及び、水晶フィルタ105を、例えば図2に示したような積層セラミックからなるモジュール容器に、同梱させる。特に、水晶振動子、及び、水晶フィルタ105は、主たる構成要素である水晶片の温度特性及び経年変化特性がそれぞれ互いに実質的に同じになる動作環境となる部位に実装されるようにする。また、両者に含まれる水晶片を同じ特性のもの、例えば両者を構成する水晶以外の材料、例えば電極、接着部材にも同じ材質のものを用いることにより、経年変化特性もほぼ同じ傾向となる。
そのため、水晶フィルタ105の周辺温度が上昇したり、経年変化によって周波数がずれたとしても、検波時あるいは変調時の周波数も同じ方向にずれるので、これらの影響を緩和することができる。
At the time of mounting, the RFIC chip, the crystal resonator included in the local oscillator 109, and the
For this reason, even if the ambient temperature of the
以上のように構成される無線モジュール100は、送信対象となるデジタル信号をデジタル入力端子T13から入力することにより、このデジタル信号で変調したキャリア帯信号を通信相手である受信機に向けて送信できるようになる。送信系は、水晶フィルタ105を経た後に増幅して送信するので、水晶フィルタ105の入力レベルは小さくても構わない。
また、通信相手である送信機から送信された信号がデジタル出力端子T12に表れるので、受信信号のデジタル処理が可能になる。このように、構造が簡単で且つ汎用性が高く、量産が可能になる無線モジュール100を実現することができる。
The
In addition, since the signal transmitted from the transmitter that is the communication partner appears at the digital output terminal T12, the received signal can be digitally processed. Thus, the
《他の実施形態》
本発明の高周波無線機は、上述した送受兼用の無線モジュール100を拡張して、種々の無線通信方式を実現するものとしての実施が可能である。例えば、用途に応じた具体的な無線通信の手順を実現する信号処理部(信号処理部#2)を付加した無線モジュールとしての実施が可能である。
図6は、図5に示した無線モジュール100を拡張して、スペクトル拡散(Spread Spectrum:SS)方式による近距離無線通信を実現するためのICチップの構成例を示している。前提として、通信相手との間で定めた拡散符号(擬似ランダム信号)が保持されているものとする。このようなICチップもまた、ソフトウエア・ラジオの一種であり、これを、便宜上、BB(Base Band)ICチップと称する。
<< Other embodiments >>
The high-frequency radio of the present invention can be implemented as an extension of the above-described
FIG. 6 shows an example of the configuration of an IC chip for extending the
ここで、BBICチップ200の構成を説明する前に、この実施形態の無線モジュールによって行うSS方式の概略に触れておく。
SS方式では、送信時に、2段階の変調を行ってデータを送出する。
1次変調では、雑音に強いBPSK(Binary Phase-Shift Keying)方式を用いて狭帯域信号、つまり通信に使用する帯域内の任意の周波数の信号を得る。次に、高速で切り換わる拡散符号を乗積して、周波数帯域の拡がったSS信号を得る。これは高速で切り換わる信号はスペクトルが拡がることによる。この過程を「2次変調」または「拡散変調」という。
Here, before explaining the configuration of the
In the SS system, at the time of transmission, two-stage modulation is performed and data is transmitted.
In the primary modulation, a narrow band signal, that is, a signal having an arbitrary frequency within a band used for communication is obtained by using a BPSK (Binary Phase-Shift Keying) system that is resistant to noise. Next, an SS signal with an expanded frequency band is obtained by multiplying the spreading codes that are switched at high speed. This is because the signal that switches at high speed has a broad spectrum. This process is called “secondary modulation” or “spread modulation”.
受信時は、拡散変調されたデータを元に戻すために、まず、2次復調(拡散復調)を行う。すなわち、送信側と同様の拡散符号を、送信側と同期した状態で、受信したSS信号に乗積する。この過程を「逆拡散」という。この逆拡散を行うことにより、元の狭帯域信号が得られるので、最後に1次復調を行って、送信側から送出されたデータを再生する。つまり、狭帯域信号に拡散符号を1回かけると信号は拡散され、受信側でもう一度同じ符号をかけると元に戻るという。 At the time of reception, secondary demodulation (spread demodulation) is first performed in order to restore the spread modulated data. That is, the received SS signal is multiplied by the same spreading code as that on the transmission side in a state synchronized with the transmission side. This process is called “despreading”. By performing this despreading, the original narrowband signal is obtained, so that the primary demodulation is finally performed to reproduce the data transmitted from the transmission side. That is, the signal is spread when the spread code is applied once to the narrowband signal, and is restored when the same code is applied again at the receiving side.
複数の通信相手のそれぞれに異なる符号系列を割り当てれば、互いに干渉し合うことなく、同時にかつ同じ周波数帯域を使って通信を行うことができる。SS方式は、このようにして行う無線通信方式である。但し、拡散符号が送信側と受信側とで同期していない、あるいは相関の小さい符号系列であった場合には、元の狭帯域信号を得ることはできず、帯域が拡がったままの低電力スペクトル密度の信号しか得られない。SS方式は、同一の周波数帯域内で同時使用可能な無線機数の増加に対して、通信品質が徐々にしか劣化しない利点があるため、近距離無線通信方式には適している。 If different code sequences are assigned to a plurality of communication partners, communication can be performed simultaneously and using the same frequency band without interfering with each other. The SS method is a wireless communication method performed in this way. However, if the spreading code is not synchronized between the transmitting side and the receiving side or is a code sequence with a small correlation, the original narrowband signal cannot be obtained, and the power is still low. Only spectral density signals can be obtained. The SS system is suitable for the short-range wireless communication system because there is an advantage that the communication quality deteriorates only gradually as the number of wireless devices that can be used simultaneously in the same frequency band is increased.
BBICチップ200は、上記のSS方式による通信を実現するために、例えば図6に示されるように構成される。
すなわち、受信系は、デジタル入力端子T211を通じて無線モジュール100から入力された48[kHz]のデジタル信号を復調するためのキャリア復調回路201と、上記の2次復調を行う逆拡散回路202と、これにより得られた狭帯域信号の1次復調を行い、復調されたデータをデジタル出力端子T213を通じて制御回路300へ出力するBPSK復調回路203を有する。
The
That is, the reception system includes a
制御回路300は、対象物の駆動機構、例えば車両のドア開閉機構に接続されており、復調したデータによって、駆動制御されるようになっている。
The
送信系は、制御回路300からデータ入力端子T214を通じて入力されたデータ、例えば制御通知を表すデータをフレーム化するフレーマ207と、これにより得られたフレーム信号の1次変調を行うBPSK変調回路206と、拡散符号格納部209に格納されている、自機に割り当てられた拡散符号を用いて2次変調を行う拡散回路205と、2次変調されたデータと送信時のキャリア帯信号の周波数を補正するための指示データとをデータ出力端子212を通じて無線モジュール100に送出するキャリア誤差補正回路204と、送受信時のデジタル処理のタイミング同期をとるためのタイミング同期回路208とを有している。
The transmission system includes a
キャリア誤差補正回路204は、受信したキャリア帯信号に含まれる信号成分の周波数と自機の高周波ローカル信号の周波数との差(誤差)を検出し、検出した周波数差を表す周波数差データを所定のメモリに記録するとともに、通信相手機に送信すべき信号をキャリア変調する際にメモリから周波数差データを読み出し、読み出した周波数差データをもとに自機の高周波ローカル信号の周波数を補正するものである。これにより、自機から送信されるキャリア帯信号の周波数を受信したキャリア帯信号の周波数に同期させることができる。
デジタル処理なので、この周波数差データの生成は、アナログデータによる場合に比べて非常に単純な処理となる。
The carrier
Since it is a digital process, the generation of this frequency difference data is a very simple process compared to the case of using analog data.
キャリア誤差補正回路204は、SS方式のように、送受信側が同期して通信を行う場合には非常に有効な手段となり得るが、この回路は、必ずしも送受信側の双方で保持している必要はない。BBICチップ200をSS方式の親機に搭載して使用する場合に、このキャリア誤差補正回路204を備えるようにし、子機に搭載する場合には、拡散回路205の出力をダイレクトにデータ出力端子T212に出力するようにしてもよい。なお、子機に搭載する場合は、消費電力を節減するために、間歇的に送信が行われるようにしてもよい。
The carrier
各部の動作は、クロック発振器30から発振され、クロック入力端子T216を通じて入力される32[kHz]のクロック信号に従い、制御端子T215を介して制御回路300から入力される制御信号により動作する。電源端子T217には、電源20が接続される。
なお、図6に示した信号処理部(#2)と図5に示した信号処理部(#1)とを一体にすることもできる。この場合は、電源20とクロック発振器30は一つで足りる。
The operation of each unit is performed by a control signal input from the
Note that the signal processing unit (# 2) illustrated in FIG. 6 and the signal processing unit (# 1) illustrated in FIG. 5 may be integrated. In this case, one
SAWフィルタを用いた無線モジュールと、ほぼ同じ条件で近距離通信を行う、図5及び図6に示した信号処理部を有する本発明の無線モジュールにおいて、水晶フィルタを用いることにより、通過する周波数の帯域幅が著しく狭く、例えば20[kHz]になるので、雑音に強いBPSK変調及び拡散変調を用いることにより、受信感度は、SAWフィルタを用いた場合よりも約30dB近くまで改善される。さらに、同一周波数帯で混信なく同時に使用できるチャネル(割り当てる拡散符号の数)も飛躍的に多くなる。 In the wireless module of the present invention having the signal processing unit shown in FIGS. 5 and 6 that performs short-distance communication under substantially the same conditions as the wireless module using the SAW filter, the frequency of the passing frequency can be reduced by using the crystal filter. Since the bandwidth is extremely narrow, for example, 20 [kHz], by using noise-resistant BPSK modulation and spread modulation, the reception sensitivity is improved to about 30 dB as compared with the case where the SAW filter is used. Furthermore, the number of channels (number of spreading codes to be assigned) that can be used simultaneously in the same frequency band without interference increases dramatically.
以上、複数の実施形態例を通じて本発明の特徴を説明したように、本発明の高周波無線機は、必ずしもキーレスエントリ制御システムでの使用に限られず、近距離通信方式によるすべての無線通信、例えば、産業用テレコン装置(Tele-Control Device)、照明コントローラ、工事用信号機、ガレージオープナ、ゲーム、設備防犯システム、住宅防犯システム等に広く適用することができることは、容易に理解されよう。
また、本発明の高周波無線機は、VHF帯以上の周波数を使用して通信を行う他の無線通信方式にも同様に使用できるので、本発明の適用範囲を、近距離通信方式に限定する趣旨でないことは、勿論である。
As described above, the features of the present invention have been described through a plurality of exemplary embodiments, the high-frequency radio of the present invention is not necessarily limited to use in a keyless entry control system, and all wireless communications using a short-range communication method, for example, It can be easily understood that the present invention can be widely applied to industrial tele-control devices, lighting controllers, construction traffic signals, garage openers, games, equipment security systems, residential security systems, and the like.
In addition, since the high-frequency wireless device of the present invention can be used in the same manner for other wireless communication systems that perform communication using frequencies in the VHF band or higher, the scope of the present invention is limited to the short-range communication system. Of course not.
1・・・送信機、2・・・受信機、3・・・水晶フィルタ、4・・・受信機構、5・・・アンテナ、6・・・SAWフィルタ、7・・・ICチップ、8・・・容器本体、9・・・水晶片、10a,10b・・・入出力電極、11・・・共通電極、12・・・引出電極、13・・・導電性接着剤、14・・・プリアンプ、15・・・カバー、100・・・無線モジュール、101、104、106・・・送受切換スイッチ、102・・・低雑音増幅器、103・・・電力増幅器、105・・・水晶フィルタ、107・・・検波回路、108・・・変調回路、109・・・ローカル発振器、110・・・中間周波増幅器、111・・・アナログ/デジタル変換器(ADC)、112・・・デジタル/アナログ変換器(DAC)、20・・・電源(PS)、200・・・ICチップ、201・・・キャリア復調回路、202・・・逆拡散回路、203・・・BPSK復調回路、204・・・キャリア誤差補正回路、205・・・拡散回路、206・・・BPSK変調回路、207・・・フレーマ、208・・・タイミング同期回路、209・・・拡散符号格納部、30・・・クロック発振器、300・・・制御回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Transmitter, 2 ... Receiver, 3 ... Crystal filter, 4 ... Reception mechanism, 5 ... Antenna, 6 ... SAW filter, 7 ... IC chip, 8 * .... Container body, 9 ... crystal piece, 10a, 10b ... input / output electrode, 11 ... common electrode, 12 ... extraction electrode, 13 ... conductive adhesive, 14 ... preamplifier , 15 ... Cover, 100 ... Wireless module, 101, 104, 106 ... Transmission / reception selector switch, 102 ... Low noise amplifier, 103 ... Power amplifier, 105 ... Crystal filter, 107 ..
Claims (7)
前記無線モジュールは、受信時には高周波増幅後の前記キャリア帯信号をフィルタリングし、送信時には受信したキャリア帯信号と同じ周波数のキャリア帯信号を高周波増幅前にフィルタリングする送受兼用の水晶フィルタと、直接検波用及び直接変調用のローカル信号を発振する水晶振動子とを含み、
前記水晶フィルタは、フィルタリングする周波数のずれの方向が、前記ローカル信号による検波時又は変調時の周波数のずれの方向と同じになる環境で動作するものであり、
前記処理手段は、送信時には通信相手機との間で定めた拡散符号で拡散することにより得た拡散変調後のデータに基づいて直接変調される信号を生成し、受信時には直接検波された信号と前記拡散符号とを逆拡散することにより得られた信号の復調を行うものである、
高周波無線機。 A wireless module that performs short-range wireless communication using weak power, which is not subject to legal regulations, using a carrier band signal in the UHF band, and a processing unit that performs processing of a signal passed between the communication partner device through the wireless module. Have
The radio module filters the carrier band signal after high frequency amplification at the time of reception, and transmits and receives a crystal band filter for filtering the carrier band signal of the same frequency as the received carrier band signal before the high frequency amplification at the time of transmission, and for direct detection And a crystal resonator that oscillates a local signal for direct modulation,
The crystal filter operates in an environment where the direction of frequency deviation to be filtered is the same as the direction of frequency deviation at the time of detection or modulation by the local signal,
The processing means generates a signal that is directly modulated based on spread-modulated data obtained by spreading with a spreading code determined with a communication partner at the time of transmission, and a signal directly detected at the time of reception. The signal obtained by despreading the spreading code is demodulated.
High frequency radio.
請求項1記載の高周波無線機。 The carrier band signal is an intermittent signal;
The high frequency radio device according to claim 1.
請求項1,2又は3記載の高周波無線機。 The crystal filter is housed in one module container that makes its temperature characteristics and aging characteristics substantially the same as the temperature characteristics and aging characteristics of the crystal resonator.
The high-frequency radio device according to claim 1, 2 or 3.
請求項4記載の高周波無線機。 The module container includes other components of the wireless module and the processing means.
The high frequency radio device according to claim 4.
請求項1乃至5のいずれかの項記載の高周波無線機。 The processing means detects the difference between the frequency of the signal component contained in the received carrier band signal and the frequency of the local signal of the own device, records the frequency difference data representing the detected frequency difference in a predetermined memory, When modulating a signal to be transmitted to a communication partner, the frequency difference data is read from the memory, and based on the read frequency difference data, a correction circuit that corrects the frequency of the carrier band signal for transmission is included.
The high-frequency radio device according to any one of claims 1 to 5.
請求項6記載の高周波無線機。 The processing means is a software radio that operates in cooperation with a processor and software existing in a predetermined storage area, or whose processing operation is performed by a predetermined firmware. Can be changed
The high frequency radio device according to claim 6.
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