JP4049112B2 - 電子装置 - Google Patents
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Description
また、非特許文献4には、センサノードの電源として好適な小型ボタン電池が開示されている。
1.322MHz以下あるいは10GHz以上の周波数帯
送信点より3mの距離にて、電界強度が500μV/m以下
2.322MHz以上かつ10GHz以下の周波数帯
送信点より3mの距離にて、35μV/m以下。
さらに、本発明では、センサノードにおいて、電池寿命を最大限に延ばすために、プロセッサチップ/RFチップ/LNA/センサを総合的に制御して、待機電流およびピーク電流を最小限に抑えることを可能とする制御方式を提供する。
さらに、ボタン電池にて電源が供給され、内部処理と外部装置との送受信処理とを同時に実行可能に構成された電子装置に対して、内部処理に要する消費電流と送受信処理に要する消費電流の和が所定の電流量を越えると判断される場合には内部処理と送受信処理とを異なるタイミングで実行し、内部処理に要する消費電流と送受信処理に要する消費電流の和が所定の電流量を越えないと判断される場合には内部処理と送受信処理とを重複するタイミングで実行する。ボタン電池は一時的であっても大きなピーク電流が流れると電池寿命を劣化させるため、推定される消費電流に基づき動作タイミングを決定させるものである。
図1に、センサノードSN1を構成する回路を基板BO1の表面SIDE1へ実装した様子を示し、図2に、基板BO1の裏面SIDE2へ実装した様子を示す。図1に示されるように、基板BO1の表面SIDE1には、高周波信号処理チップCHIP1(以下、「RFチップ」と称する)、第1の水晶振動子X1、高周波スイッチRFSW、高周波低雑音増幅器LNA、マッチング回路MA、裏面SIDE2に実装された回路とのインタフェースIF1、表示装置DISP、および、コンデンサC1、C2、C3、C4が実装されている。また、図2に示されるように、裏面SIDE2には、プロセッサチップCHIP2、コネクタCN1、第1および第2の電源遮断スイッチ(PS1、PS2)、内部センサとしての温度センサTS1、第2および第3の水晶振動子(X2、X3)、及び表面SIDE1上に設けられたスイッチRFSWおよび増幅器LNAをインタフェースIF1経由で制御するRFSW/LNA制御回路LSCから構成される。コネクタCN1には外部センサが接続される。なお、水晶振動子X1〜X3に代えてセラミック振動子を用いることもできる。
データ入出力回路SIOはシリアルデータの入出力回路であり、センサデータをRFチップCHIP1に送るために使用される。また、プログラマブル入出力回路PIOはパラレルデータの入出力回路であり、主にRFチップCHIP1の送信/受信等の動作モードの制御に必要な制御データの入出力のために使用される。
さらに、高周波変復調回路RFと発振回路OSCとは、制御回路CONにより、プロセッサチップCHIP2の制御信号CSに応じて制御される。具体的には、送信や受信等の動作モードの切り替えや、送受信信号の周波数帯の微調整、あるいは、送信電力等が制御される。さらに、プロセッサチップCHIP2からの制御信号により発振回路OSCを停止させて、RFチップCHIP1全体を待機状態に移行させることも可能である。この場合、RFチップCHIP1の消費電流を典型的には1μA以下にまで削減可能である。
その他の構成要素について動作及び構成を説明すると以下の通りである。
図6は、表面SIDE1に実装された回路と裏面SIDE2に実装された回路とがインタフェースIF1を介して結線された状態を示す図である。インタフェースIF1は、データ信号線DS、制御信号線CS、表示装置(DISP)制御線DC、LNAイネーブル端子制御線LC、RFSW送受信切り替え制御線RC、および、電源ラインVDD/LNA電源ラインVDD1から構成される。
(1)微弱な高周波無線信号を扱う高周波回路とそれ以外のデジタル部分とを、基板BO1の表面と裏面とに分離してノイズの影響を低減して受信感度を向上させる。背景技術において説明したようにセンサノードを使用する際に最大送信電力に厳しい制約が課されている場合がある。このような場合には、RFチップ単体では受信感度が不足し、外付けの高周波低雑音増幅器LNAにより受信感度を補う必要がある。しかし、このような増幅器を設けても、デジタル部分からのノイズの回り込みを最小限に抑えないと増幅したい受信信号を増幅できない。ノイズの回り込みを抑えるため、このような場合にはRF部とデジタル部を距離的に離すのが一番効果的である。しかし、センサノードでは、サイズ、特に表面積を極力小さくすることが望ましく、高周波回路とデジタル回路との距離を大きくするために表面積が大きくなってしまうのは望ましくない。
(3)センサ(内蔵及び外付け)の電源線に電源遮断スイッチ(図2を参照)挿入し、待機時の消費電流を抑える。本実施例の第2の特徴と同様の原理をセンサの待機時の消費電流の削減に応用したものといえる。例えば、図2に示すように内蔵温度センサTS1の電源線VDD2は電源遮断スイッチPS1により温度センサTS1の未使用時には電源を遮断できる。現在、温度センサには低消費電力のタイプ(消費電流が5μA程度)のものが開発されており、電源遮断スイッチPS1としては図10(e)のようなタイプでも動作に必要な電流を十分に供給可能である。図10(e)のタイプは、追加のディスクリート素子が不要であり、追加コスト無しに実現できる。
CPU起動ルーチンP130により、プロセッサチップCHIP2のメインクロックX2をオンにして、CHIP2内のプロセッサ回路CPUを起動する。起動後、動作モード決定ルーチン(P200)に移行する。
受信動作の場合には、サブルーチンP450により、高周波スイッチRFSWやRFチップCHIP1の通信パラメータの設定を行うとともに、LNA電源遮断スイッチPS20を導通状態に設定し、さらに、LNAのイネーブル端子を活性化させる。次に、サブルーチンP460にてデータを受信し、必要に応じてPDATA内に書き込む。
以上のような電力制御方法によって、ボタン電池の特性を考慮した動作が可能となり、その結果、ボタン電池動作時に長寿命動作が実現される。
Claims (7)
- センサを接続するためのコネクタと、
上記コネクタを経由して上記センサからセンサデータの入力を受け、上記センサデータから送信データを形成する第1の信号処理回路と、
上記第1の信号処理回路からの上記送信データを高周波信号に変換する第2の信号処理回路と、
上記高周波信号の入力を受け、アンテナを介して出力する入出力回路と、
上記コネクタ及び上記第1の信号処理回路を実装する第1の面と、上記第2の信号処理回路及び上記入出力回路を実装する第2の面とを有する基板と、を有し、
上記第1の信号処理回路と上記第2の信号処理回路との間の信号経路が折り返すように上記第1の面と上記第2の面が上記基板の表裏をなす電子装置。 - 請求項1において、
上記基板には、上記第1の信号処理回路から発生するノイズを上記第2の信号処理回路
に伝達するのを抑制するシールド層を設けた電子装置。 - 請求項2において、
上記シールド層として、第1電位が与えられる第1のプレーン層と第2電位が与えられ
る第2のプレーン層が設けられ、
上記第1電位は上記第1の信号処理回路の基準電位であり、上記第2電位は上記第1の
信号処理回路の電源電位である電子装置。 - 請求項3において、
上記第1のプレーン層は、上記第2のプレーン層よりも上記基板の第2の面に近い層と
して形成された電子装置。 - 請求項2乃至4の何れかにおいて、
上記シールド層が、上記基板の内部に設置されている電子装置。 - 請求項1乃至5の何れかにおいて、
上記センサは上記コネクタを介して電源を供給され、
上記第1の信号処理回路は、上記センサを間欠的に動作させ、上記センサを動作させないときには上記センサへの電源供給を遮断する電子装置。 - 請求項1乃至6の何れかにおいて、
上記電子装置に内蔵された内蔵センサを有し、
上記第1の信号処理回路は、上記内蔵センサを間欠的に動作させ、上記内蔵センサを動作させないときには上記内蔵センサへの電源供給を遮断する電子装置。
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