JP4588057B2

JP4588057B2 - 受信器およびトランシーバ

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Publication number: JP4588057B2
Application number: JP2007222675A
Authority: JP
Inventors: 直志美濃谷; 満品川
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2007-08-29
Filing date: 2007-08-29
Publication date: 2010-11-24
Anticipated expiration: 2027-08-29
Also published as: JP2009055548A

Description

本発明は、電界を伝達する電界伝達媒体に誘起する電界を用いて情報の送受信を行う通信システムで用いる受信器およびトランシーバに関する。

携帯端末の小型化および高性能化により、生体に装着可能なウェアラブルコンピュータが注目されてきている。従来、このようなウェアラブルコンピュータ間の情報通信として、コンピュータに電界通信トランシーバを接続して装着し、この電界通信トランシーバが誘起する電界を、電界伝達媒体である生体を介して伝達させることによって、情報の送受信を行う方法が提案されている。

電界通信システムの構成を図２０に示す。端末Ａ１０２から出力されたデータと発振器１０５から出力される所定の周波数の信号とをＢＰＳＫ方式で変調し通信媒体１０６に誘起する。受信器１００では増幅・フィルタ部１０７で通信媒体１０６に誘起された信号の不要な成分を除去して増幅した後、逓倍型搬送波再生部１１２で再生した再生搬送波と増幅・フィルタ部１０７の出力信号を復調データ再生部１０８でミキサを使用して同期検波しデータを再生する。さらに復調データ再生部１０８では搬送波を検波した信号をもとに同期検波したデータの反転を検出し、反転していれば補正して復調データを出力する（特許文献１参照）。

受信器１００の逓倍型搬送波再生部１１２には、受信した信号の周波数を一旦逓倍した後分周して搬送波を再生する逓倍型搬送波再生回路を用いている。ＢＰＳＫ変調された信号を逓倍すると、０°と１８０°の位相差が０°と３６０°となり位相差がなくなる。この信号を逓倍部１０９と逓倍信号ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）部１１０に通した後に分周部１１１にて分周すると位相変化のない連続した搬送波が再生される。

次の図２１に分周部の構成を示す。入力端子（１）に逓倍された信号が入力されると、ＢＰＦ１１５を通過した信号である入力端子（２）には搬送波と同じ周波数の信号が入力される。これらを乗算することで逓倍された信号が分周され、搬送波が再生される。

また、図２１のミキサで入力端子（１）に入力される信号がゼロでもミキサ出力−ＢＰＦ−増幅器−入力端子２のループで正帰還となるようにオフセットをかけると、ミキサ１１４の出力−ＢＰＦ１１５−増幅器１１６−入力端子（２）のループで、ＢＰＦ１１５の中心周波数とループの遅延時間に依存した発振周波数で発信する。ＢＰＦ１１５の中心周波数を調整して、この発振周波数と搬送波の周波数とを一致させておくと、入力端子（１）に逓倍された信号が入力された時には分周器として動作し、入力端子（１）に入力される信号の振幅が非常に小さい場合には搬送波を出力する発振器として動作する。ＢＰＳＫ変調された信号が増幅・フィルタ部１０７を通過するとデータの変化点で振幅が小さくなり、同箇所の逓倍部１０９・逓倍信号ＢＰＦ部１１０を通過した信号も小さくなる。データの変化点で入力端子（１）に入力される信号が小さい場合には発振器としての動作により分周部１１１の出力信号振幅と周波数が保たれ、復調データの変化点で歪みが生じなくなり安定した通信が可能になる。
特開２００６−８１１１１国際公開番号ＷＯ２００６／０５９６８４Ａ１、国際公開日２００６年６月８日ＮＴＴ

しかしながら、分周部１１１で使用するＢＰＦ１１５の部品の公差が大きいと発振周波数と搬送波の周波数の差が大きくなり上述の動作が期待できなくなる。また、搬送波の周波数とＢＰＦ１１５の中心周波数の差が大きいと分周されて入力端子（２）に帰還される信号も小さくなるため、分周動作も行えなくなる。

本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、その目的は、公差の大きい部品でＢＰＦを製作しても、発振周波数と搬送波の周波数の公差を小さくし、安定した復調動作および通信が可能な受信器およびトランシーバを提供することにある。

上記の目的を達成するために、第１の本発明は、電界伝達媒体に誘起された受信すべき情報に基づく電界を受信することによって情報を受信する受信器であって、所定の周波数の搬送波が前記情報で変調された受信信号から前記搬送波を再生するために逓倍し、逓倍された信号を通過させる逓倍・フィルタ手段と、乗算器と分周した信号を通過させ中心周波数が制御可能な中心周波数可変バンドパスフィルタを有し、前記逓倍された信号を分周することで搬送波を再生し、前記逓倍された信号が入力されていない場合には前記中心周波数可変バンドパスフィルタの中心周波数で設定できる発振周波数で発振する分周手段と、前記分周手段の発振周波数を搬送波の周波数に調整する周波数調整手段と、前記受信信号と前記分周手段から出力される再生搬送波から情報に基づくデータを復調する復調データ再生手段と、を備える。

第２の本発明は、電界伝達媒体に誘起された受信すべき情報に基づく電界を受信することによって情報を受信する受信器であって、所定の周波数の搬送波が前記情報で変調された受信信号から前記搬送波を再生するために逓倍し、逓倍された信号を通過させる逓倍・フィルタ手段と、乗算器と分周した信号を通過させ中心周波数が制御可能な中心周波数可変バンドパスフィルタとを有し、前記逓倍された信号を分周することで搬送波を再生し、前記逓倍された信号が入力されていない場合には前記中心周波数可変バンドパスフィルタの中心周波数で設定できる発振周波数で発振する分周手段と、調整時には前記分周手段の発振周波数を搬送波の周波数に調整し、監視時には前記分周手段の発振周波数と前記受信信号の搬送波の周波数を比較し監視する周波数監視・調整手段と、監視時に前記受信信号と前記分周手段の出力信号から差周波パルス信号を生成し、受信時に前記受信信号と前記分周手段から出力された再生搬送波から情報に基づくデータを復調する復調データ再生手段と、調整時と周波数監視時に前記逓倍・フィルタ手段と前記分周手段とを切断し、前記情報に基づくデータを復調する時には接続して前記分周手段から再生した搬送波を出力させる搬送波再生接続手段と、を備える。

本発明によれば、公差の大きい部品でＢＰＦを製作しても、発振周波数と搬送波の周波数の公差を小さくし、安定した復調動作および通信が可能な受信器およびトランシーバを提供することができる。

＜第１の実施の形態＞
図１に本発明にかかる第１の実施の形態の第１の構成例を示す。

この図１では分周部７の周辺のみを記載した。分周部７のＢＰＦ（バンドパスフィルタ）に中心周波数を変えられる中心周波数可変ＢＰＦ９を用いた。また、分周部７の発振周波数を調整する周波数自動調整部１を用いた。周波数自動調整部１では、中心周波数可変ＢＰＦ９の中心周波数の設定値を変化させながら発振周波数と搬送波の周波数と等しい基準周波数とを比較し、発振周波数が基準周波数と一致する中心周波数の設定値を探索する。発振周波数と基準周波数の比較には、ミキサ（乗算器）８により生成した両者の差周波信号の周期を観測する方法をとる。

図２に差周波信号の周期と発振周波数の関係を示す。発振周波数が基準信号の周波数に近づくと差周波信号の周期は長くなり、一致すると無限大となる。差周波信号の周期が長くなるまで観測すると調整時間が非常に長くなるため、本実施の形態では差周波信号の半周期が所定の時間以上になる中心周波数の設定値の上限と下限から最適な設定値を求める。

本構成では、中心周波数可変ＢＰＦ９の中心周波数の設定は、自動調整制御処理部３からの設定値制御信号を基に動作する中心周波数設定部２からの設定信号により行う。中心周波数を設定した後、基準信号源５からの基準信号と分周部７の出力信号とを差周波生成用ミキサ６で乗算・フィルタ・２値化して得られる両信号の差周波のパルス信号である差周波パルス信号を生成する。

パルス検出部４では検出開始信号を入力後に所定の時間内に差周波パルス信号の立上りと立下りの両方を検出した場合は検出信号を出力し、検出しない場合は検出期間終了信号を出力する。所定の時間はパルス検出部４内のタイマで計時される。このパルス検出部４により差周波パルス信号のパルス幅が所定の時間以上か以下かのみを判別する。以上の処理を中心周波数の設定値を順次変えながら行い、パルス幅が所定の時間以上となる設定値の上限と下限を求める。この後、上・下限値を平均化して調整値として中心周波数を設定する。以下で詳細な動作を説明する。

次の図３に自動調整制御処理部３の構成例を示す。

はじめに各部分の動作を説明する。制御処理回路１２では周波数自動調整の制御処理を行い、各部・回路の初期化や起動・制御を行う。パルス検出動作では後述の設定値制御信号出力後、検出開始信号をパルス検出部４に出力し、検出期間終了信号か検出信号が入力されるのを待つ。

検出期間終了信号が入力された場合には、現在の設定値を下限または上限設定値記憶域（上限設定値記憶回路１６および下限設定値記憶回路１７）に記憶処理後、次の設定値を設定する処理を行う。検出信号が入力された場合には、次の設定値を設定する処理を行う。検出期間終了信号と検出信号のいずれが入力された場合でも検出開始信号の出力を停止してパルス検出部４の動作停止と内部状態のクリアを行う。設定記憶回路１３から設定範囲上限信号が入力された場合では、平均回路１５の調整値を設定記憶回路１３に記憶させる。

設定記憶回路１３では中心周波数の設定値を記憶するとともに、設定値に応じた中心周波数を設定するための設定値制御信号を中心周波数設定部２に出力する。処理開始時では制御処理回路１２からの設定値記憶回路制御信号により設定値が初期化され、その後設定値記憶回路制御信号が入力されるたびに順次設定値を増加させるとともに設定値に応じた設定値制御信号を出力する。

設定値が設定範囲上限に達すると制御処理回路１２に設定範囲上限信号を出力し、平均回路１５からの調整値を記憶して設定値制御信号を出力する。下限設定値記憶回路１７と上限設定値記憶回路１６ではパルス幅が検出期間より長かった設定値の下限と上限がそれぞれ記憶され、書込み切替回路１４により設定値を記憶する領域が選択される。平均回路１５では上限設定値と下限設定値を平均してその結果を調整値として設定記憶回路１３に出力する。

図４に動作を説明するフロー図を示す。受信器の動作状態を制御する受信回路コントローラ１１から調整開始信号が入力されると、周波数自動調整部１の各部分を初期化して、基準信号起動信号を出力し基準信号源５を起動する（Ｓ１）。制御処理回路１２から検出開始信号を出力して、パルス検出部４のパルス検出動作を開始させる（Ｓ２）。検出期間中にパルスが検出されて検出信号が入力された場合（Ｓ３、Ｓ４）はパルス検出部４の停止・クリアを行う（Ｓ８）。

一方、パルスが検出されずに検出期間終了信号が入力された場合で下限の設定値がまだ検出されていなければ現在の設定値を下限設定値記憶回路１７と上限設定値記憶回路１６に記憶する（Ｓ５、Ｓ６）。既に検出されていれば書込み切替回路１４を切替えて現在の設定値を上限設定値記憶回路１６に記憶する（Ｓ５、Ｓ７）。

この後、パルス検出部４の停止・クリアを行う（Ｓ８）。設定値が設定範囲上限に達していなければ次の設定値を設定して同じ動作を繰り返す（Ｓ９、Ｓ１０）。設定値を増加させてパルスが検出されない場合では、その設定値を上限設定値記憶回路１６に上書きする。設定値が設定範囲上限に達した場合は上限設定値と下限設定値を平均化した設定値を調整値として中心周波数設定部２に出力し、中心周波数可変ＢＰＦ９の中心周波数を設定する。その後、受信回路コントローラ１１に完了信号を出力する（Ｓ９、Ｓ１１）。

上述の説明では、調整時に設定値を順次変えていたが２つずつ増加または減少させて調整値を求めてもよい。この場合では平均化ではなく上限と下限の加算のみでよく、設定値を上限まで変える時間も短くなる。

以上で説明した周波数自動調整動作を受信器起動時等に行うことにより発振周波数と搬送波の周波数の公差を小さくし、安定した復調動作および通信を可能にする受信器を提供できる。上述では周波数調整時に設定値を順次増加させたが、順次減少させてもよい。また、中心周波数の設定を変えて分周部７の発振周波数が安定してからパルス検出動作を行うために、パルス検出部４では検出開始信号が入力されて一定時間経過した後検出期間計時用のタイマをスタートさせてもよい。この場合では検出期間計時用のタイマをスタートさせると同時か後で差周波パルス信号の立上りと立下り検出を開始する。さらに、調整値が適切であることを確認するために、調整値を設定した後でもう一度パルス検出動作を行ってパルスが検出されないことの確認を行ってもよい（図示せず）。

さらに、上述では差周波パルス信号のパルス幅が所定の時間以下である場合に検出信号を、それ以外では検出期間終了信号を出力するが、所定の時間が経過するか短い差周波パルス信号が検出された時に検出期間終了信号を出力し、差周波パルス信号が検出された場合では検出信号を出力してもよい。この場合の制御フローを図５に示す。検出期間終了信号が入力された後に検出信号の有無を判定し（Ｓ３４）、検出信号が無ければ現在の設定値を下限または上限設定値記憶域に記憶処理後（Ｓ３５、Ｓ３６）、次の設定値を設定する処理を行う。検出信号がある場合にはパルス検出部の停止・クリアを行い（Ｓ３７）、設定値が設定範囲上限に達していなければ次の設定値を設定する（Ｓ３９）。また、検出信号は、長い差周波パルス信号が検出されたという意味で、短い差周波パルス信号が検出されなかった場合に出力してもよい。この場合の制御フローはＳ３３における検出信号あり（Ｙｅｓ）のときにＳ３４へ、検出信号なしの時にＳ３７へ進む。

なお、差周波パルス信号と検出開始信号とが同期していないため、パルス検出動作で検出期間と差周波パルス信号のパルス幅が同程度になった時に正確に検出信号が出力されない場合がある。この場合の詳細な説明と対策を図６を参照して以下に説明する。パルス検出部４内のタイマ設定上の検出期間が差周波パルス信号のパルス幅より少し長い程度の状態で、タイマが図６中のタイミングでスタートした場合を考察する。タイマ設定上の検出期間のままでは立下りしか検出されないために検出信号が出力されない。正確にパルス検出を行うために、差周波パルス信号の立上りか立下りを検出したときに（図６では立下りを検出）、一旦タイマをクリアして再度スタートさせてパルス検出を行う。この処理によりタイマのスタートタイミングと差周波パルス信号が同期化されパルス検出の正確さが向上する。

次の図７に周波数自動調整部１の第２の構成例を示す。分周部７の出力信号と基準信号の周波数が一致しても両者の位相が９０°ほどずれている場合では差周波生成用ミキサの乗算結果出力が中間電位となる。この出力を２値化すると回路の雑音の影響でランダムなパルスが出力され、誤って検出信号を出力することがある。この対策として図７では差周波生成用ミキサを直交ミキサにし、パルス検出部を２重化している。差周波生成用直交ミキサ２０の一方には基準信号をそのまま入力し、他方には位相を９０°ずらして入力している。この構成では、一方で９０°（または９０°の整数倍）位相がずれても、他方の差周波パルス出力信号を観測すれば正確に周波数が一致しているかを確認できる。

２重化パルス検出部２１においては、パルスを検出した際に出力する検出信号に関してはそれぞれの論理積をとり、検出期間にパルスを検出しなかった際に出力する検出期間終了信号に関してはそれぞれの論理和をとって自動調整制御処理部３に出力する。この構成により正確にパルス検出が行える。

図８に自動調整制御処理部３の第２の構成例を示す。本構成例では上限と下限の設定値を記憶する回路と平均化回路を削除し、設定値を順次変えるとともに調整値を求める構成とした。記憶回路と多ビットの演算である平均化回路を削減できるため、回路の配線数が削減できる。上限と下限の設定値をそれぞれｋ_u、ｋ_l、とし、調整値をｋ_adjとするとこれらには以下の式が成り立つ。

ｋ_adj＝(ｋ_u＋ｋ_l)／２（１）
また、はじめにパルスが検出されない（検出期間終了信号が入力される）ときの設定値である下限ｋ_lからカウントしたパルスが検出されない設定値の個数をｗとすると上限はｋu ＝ｋ_l＋ｗとなる。したがって式（１）は以下の式に変形される。

ｋ_adj＝ｋ_l＋ｗ／２（２）
式（２）より、下限が見つかった後のパルスが検出されない設定値の個数からも調整値を求めることができる。図８の増加数可変カウンタ２２では、はじめにパルスが検出されない設定値までは設定記憶回路１３と同じ増加数でカウントして下限を記憶し、２回目にパルス検出されない設定値からは増加数を半分にしてパルス検出されない設定値の個数をカウントする。その後、調整値を設定記憶回路１３に出力する動作を行う。

図９に制御フローを示す。受信器の動作状態を制御する受信回路コントローラ１１から調整開始信号が入力されると、周波数自動調整部１の各部分を初期化して、基準信号起動信号を出力し基準信号源５を起動する（Ｓ２０）。制御処理回路１２から検出開始信号を出力して、パルス検出部４のパルス検出動作を開始させる（Ｓ２１）。検出期間中にパルスが検出されて（Ｓ２３）検出信号が入力された場合はパルス検出部４の停止・クリアを行う（Ｓ２８）。はじめにパルスが検出されずに検出期間終了信号が入力されるまでは設定記憶回路１３と同じ増加数でカウントして下限を記憶する（Ｓ２７）。検出期間終了信号が入力されるのが２回目以降の場合（Ｓ２４）では増加数を半分にしてカウントする（Ｓ２６）。この後、パルス検出部４の停止・クリアを行う（Ｓ２８）。

設定値が設定範囲上限に達していなければ次の設定値を設定して同じ動作を繰り返す（Ｓ３０）。設定値が設定範囲上限に達した場合は上限設定値と下限設定値を平均化した設定値を調整値として中心周波数設定部２に出力し、中心周波数可変ＢＰＦ９の中心周波数を設定する。その後、受信回路コントローラ１１に完了信号を出力する（Ｓ３１）。本構成例においても図５の制御フローのように所定の時間が経過するか短い差周波パルス信号が検出された時に検出期間終了信号を出力し、差周波パルス信号が検出された場合では検出信号を出力してもよい。

図１０に第１の実施形態の変形例を示し、図１１に変形例での周波数自動調整部１の詳細な構成を示す。本実施の形態では基準信号と分周部７の出力信号の差周波パルス信号を生成することを復調データ再生部２４内の同期検波部を使用している。復調データ再生部２４内の同期検波部にはミキサが使用されており、復調時には受信した信号を増幅・フィルタした増幅・フィルタ部の出力信号と再生搬送波を同期検波（乗算）・フィルタリング・２値化してデータを復調する。この処理は図１での差周波生成用ミキサと同じであり、復調データ再生部内の同期検波部に基準信号と分周部７の出力信号を入力すると差周波パルス信号が得られる。

周波数調整時では、基準信号を復調データ再生部２４内の同期検波部のために復調・調整切替ＳＷのａ１とｃ１を接続し、基準信号を逓倍した信号が分周部７に入力されないように復調ＳＷをオフにする。周波数自動調整部１ではミキサが不要であり、復調データ再生部からの差周波パルス信号をパルス検出部４に入力する。周波数調整に関する他の動作は第１の実施の形態と同じである。

復調時では、復調・調整切替ＳＷ２３のａ１とｃ１を接続して復調データ再生部２４に増幅・フィルタ部の出力信号を入力する。また、復調ＳＷ２７をオンにして逓倍された増幅・フィルタ部の出力信号を分周部７に入力して搬送波を再生する。本実施の形態の周波数自動調整動作を受信器起動時等に行うことにより分周部７の出力信号の周波数と搬送波の周波数の公差を小さくし、安定した復調動作および通信を可能にする受信器を提供できる。図１０では復調・調整切替ＳＷを増幅・フィルタ部の後段に接続しているが、前段に接続してもよい。

図１の第１の実施の形態の第２の構成例を図１２に示す。同図では自動調整処理部を受信回路を制御するマイクロコントローラー３４のプログラム内に実装した構成となっている。この場合ではマイクロコントローラー３４から出力される信号と中心周波数設定部２の入力信号の形態が異なることがあるため、設定値制御信号インターフェース部３１を使用して両者を接続する。マイクロコントローラー３４がタイマ機能を有している場合では、パルス検出動作の検出期間を計時するタイマをマイクロコントローラー３４で行ってもよい。この場合ではパルス検出部４では差周波パルス信号の立上りおよび立下りを検出して検出信号を出力するのみで、検出期間終了信号は不要となる。

＜第２の実施の形態＞
図１３に本発明にかかる第２の実施の形態の全体構成を示し、図１４に周波数監視付き周波数自動調整部１の構成を示す。

起動時に分周部出力信号の周波数を調整しても、周囲の温度変化等で部品の定数が変化し周波数がドリフトすることがある。安価なインダクタと容量でＢＰＦを構成した場合では、温度変化や経時変化に対するＢＰＦの中心周波数の感度が高くなり周波数のドリフトが顕著になる。搬送波の周波数と分周部７の出力信号の周波数との差が大きくなると、分周部７内のＢＰＦでの搬送波の損失が大きくなり分周動作ができなくなる。本実施の形態では分周部出力信号の周波数自動調整だけでなく周波数を監視する機能を有しており、ドリフトを確認したら受信回路コントローラ１１に通知し再調整を行う。周波数自動調整動作は第１の実施の形態と同じであり、周波数調整時ではセレクタ部３６により差周波検出用ミキサ３０の出力をパルス検出部４に入力する。

復調時にはセレクタ切替信号により切替えて復調データ再生部差周波パルス信号をパルス検出部４に入力する。図１５に送信器と受信器で行われる処理のタイミングチャートを示す。送信器ではパケットのはじめに搬送波を無変調で出力し、一定時間Ｗ後にデータで搬送波を変調する。受信器では搬送波を受信すると復調データ再生部から出力される搬送波検出信号が、周波数監視付周波数自動調整部１に入力されると周波数監視動作を行う。図１５ではパルス検出期間と図示した期間中に行う。

搬送波再生ＳＷ３２をオフにした状態で、受信した搬送波を増幅・フィルタ部に通した信号と分周部７の出力信号とを復調データ再生部に入力し、両者の周波数が異なる場合には差周波パルス信号が出力される。差周波パルス信号のパルス幅が搬送波の周波数と分周部７の出力信号の周波数との差に反比例するため、パルスの検出期間の長さで周波数差を制約できる。

搬送波の逓倍信号を分周できる周波数差に基づいてパルスの検出期間を設定しておき、パルス検出部４から検出信号がなければ受信したパケットのデータを復調できる。検出信号が出力されない場合では、検出期間後再生開始信号により搬送波再生ＳＷ３２をオンにして搬送波再生を開始し復調を行う。パルス検出部４から検出信号が出力された場合には、受信回路コントローラ１１に周波数エラー信号を出力し、受信を停止して再調整を促す。

図１６に第２の実施の形態の第２の構成例を示す。受信した搬送波と分周部７出力信号の周波数が一致していても両者の位相が９０°ほどずれている場合では同期検波（乗算）した出力が中間電位となる場合がある。この出力を２値化すると回路の雑音の影響でランダムなパルスが出力され、誤って周波数エラー信号を出力することがある。

この対策として図１６の構成では復調データ再生部の同期検波（乗算）・フィルタ・２値化を行う同期検波部を２値化して同期検波部（１）３８と同期検波部（２）３９および９０°と移相器３７とを備える。一方には増幅フィルタ部の出力信号をそのまま入力し、他方には搬送波の周波数における位相を移相器３７で９０°ずらして入力している。この構成では、一方で９０°（または９０°の整数倍）位相がずれても、他方の差周波パルス出力信号を観測すれば正確に周波数が一致しているかを確認できる。

次の図１７は、図１６での周波数監視付き周波数自動調整部１の構成を示す。パルス検出部４を２重化して２重化パルス検出部２１とし、周波数監視時には一方で同期検波部１の差周波パルス信号を観測し、他方で同期検波部２の差周波パルス信号を観測する。パルスを検出した際に出力する検出信号に関してはそれぞれの論理積をとり、検出期間にパルスを検出しなかった際に出力する検出期間終了信号に関してはそれぞれの論理和をとって自動調整・監視制御部に出力する。

受信した搬送波と分周部７の出力信号の周波数がずれている場合では２重化パルス検出部２１の両方から検出信号が出力されるため動作は図１４の構成と同じである。受信した搬送波と分周部７の出力信号の周波数が一致している場合では、受信した搬送波と分周部７の出力信号の位相が９０°ずれていても２重化パルス検出部２１のどちらか一方から検出期間終了信号が出力されるため正確に周波数の一致・不一致を判別できる。

第１の実施の形態と同様に第２の実施の形態においても、復調データ再生部２４で差周波パルス信号を生成させることが可能である。図１８に第２の実施の形態の変形例を示す。周波数調整時では、基準信号を復調データ再生部に入力するために復調・調整切替ＳＷ２３のａ１とｃ１を接続し、周波数監視時と復調時では、復調・調整切替ＳＷ２３のａ１とｃ１を接続して復調データ再生部２４に増幅・フィルタ部の出力信号を入力する。本変形例における周波数監視付周波数自動調整部３３では差周波パルス信号を生成するミキサを使用せず、復調データ再生部２４で得られる差周波パルス信号をパルス検出部に入力する。また、図１２に示したマイクロコントローラー３４を使用した構成も可能である（図示せず）。

また、以上の構成に送信部を組み合わせることでトランシーバを構成することも可能である。図１９にトランシーバでの構成を示す。トランシーバにおいては送・受信部の切替え等を行う送受信コントローラー４２と周波数自動調整部１とで信号の入出力を行う。送受信の切替えは送受信切替ＳＷにより行われる。

図２０にトランシーバの第２の構成を示す。電界通信においては、トランシーバの送信部出力に挿入した可変リアクタンスと、生体と大地グランド間および送信部回路グランドと大地グランドや生体間の浮遊容量とによる共振を利用して送信部出力よりも信号強度を増加させて生体へ効率よく電界を誘起する方法が取られる。可変リアクタンス４５の出力信号は電源電圧よりも高い電圧値になることがあるため、この場合の受信器への入力は送信部４４内に設けられた送受切替ＳＷ４６に接続される。

本発明に係る送信器の第１の実施の形態の第１の構成例を示す図である。差周波信号の周期と発振周波数の関係を示す図である。自動調整部の構成例を示す図である。自動調整の制御フローを説明する図である。自動調整の制御フロー図を示す。差周波パルス信号とタイマの同期化を説明する図である。周波数自動調整部の第２の構成例を示す図である。自動調整制御部の第２の構成例を示す図である。自動調整制御部第２の構成例での制御フローを説明する図である。第１の実施の形態の変形例を示す図である。図８の周波数自動調整部の詳細を示す図である。第１の実施の形態の第２の構成例を示す図である。本発明に係る送信器の第２の実施の形態を示す図である。第２の実施の形態における周波数監視付き周波数自動調整部の構成を示す図である。第２の実施の形態における送信器、受信器の処理タイミングを説明するタイミングチャートである。第２の実施の形態の第２の構成例を示す図である。図１４デの周波数監視付き周波数自動調整部の詳細を示す図である。第２の実施の形態の変形例を示す図である。トランシーバの構成を示す図である。トランシーバの第２の構成を示す図である。従来の受信器の構成を示す図である。従来の分周部の構成を表す図である。

符号の説明

１…周波数自動調整部
２…中心周波数設定部
３…自動調整制御処理部
４…パルス検出部
５…基準信号源
６…差周波生成用ミキサ
７…分周部
８…ミキサ
９…中心周波数可変ＢＰＦ
１０…増幅器
１１…受信回路コントローラー
１２…制御処理回路
１３…設定記憶回路
１４…書込み切替回路
１５…平均回路
１６…上限設定値記憶回路
１７…下限設定値記憶回路
２０…差周波生成用直交ミキサ
２１…２重化パルス検出部
２２…増加数可変カウンタ
２３…復調・調整切替ＳＷ
２４…復調データ再生部２４
２５…逓倍部
２６…逓倍信号ＢＰＦ部
２７…復調ＳＷ

Claims

電界伝達媒体に誘起された受信すべき情報に基づく電界を受信することによって情報を受信する受信器であって、
所定の周波数の搬送波が前記情報で変調された受信信号から前記搬送波を再生するために逓倍し、逓倍された信号を通過させる逓倍・フィルタ手段と、
乗算器と分周した信号を通過させ中心周波数が制御可能な中心周波数可変バンドパスフィルタを有し、前記逓倍された信号を分周することで搬送波を再生し、前記逓倍された信号が入力されていない場合には前記中心周波数可変バンドパスフィルタの中心周波数で設定できる発振周波数で発振する分周手段と、
前記分周手段の発振周波数を搬送波の周波数に調整する周波数調整手段と、
前記受信信号と前記分周手段から出力される再生搬送波から情報に基づくデータを復調する復調データ再生手段と、
を備えることを特徴とする受信器。
前記周波数調整手段が、
調整時に前記搬送波と同じ周波数の基準信号を出力する基準信号手段と、
前記分周手段の出力信号と前記基準信号との差周波を周波数とし、且つ、パルス幅と周期とが比例する差周波パルス信号を生成する差周波生成手段と、
所定の時間幅以上のパルス幅を有する前記差周波パルス信号の有無を検出するパルス検出手段と、
前記中心周波数可変バンドパスフィルタの中心周波数を設定する設定信号を出力する中心周波数設定手段と、
検出開始信号により前記パルス検出手段を動作させ、また設定制御信号により前記中心周波数設定手段の設定信号を制御して、所定の時間幅以上のパルス幅を有する差周波パルス信号が得られる設定値の上限と下限に基づいて前記分周手段の発振周波数を前記基準信号の周波数に調整する自動調整制御処理手段と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の受信器。
前記周波数調整手段が、
前記搬送波と同じ周波数の基準信号と前記分周手段の出力信号を前記復調データ再生手段に入力して得られる差周波パルス信号を使用して前記分周手段の発振周波数を搬送波の周波数に調整し、
調整時に前記基準信号を前記復調データ再生手段に入力し、受信時には受信信号を前記復調データ再生手段に入力する復調・調整切替手段と、
調整時に前記分周手段と逓倍・フィルタ手段を切断し、受信時に接続する復調接続手段と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の受信器。
前記差周波パルス信号は、パルス幅と周期とが比例するものであり、
前記周波数調整手段が、
調整時に前記搬送波と同じ周波数の基準信号を出力する基準信号手段と、
所定の時間幅以上のパルス幅を有する前記差周波パルス信号の有無を検出するパルス検出手段と、
前記中心周波数可変バンドパスフィルタの中心周波数を設定する設定信号を出力する中心周波数設定手段と、
検出開始信号により前記パルス検出手段を動作させ、また設定制御信号により前記中心周波数設定手段の設定信号を制御して、所定の時間幅以上のパルス幅を有する差周波パルス信号が得られる設定値の上限と下限に基づいて前記分周手段の発振周波数を前記基準信号の周波数に調整する自動調整制御処理手段と、
を備えることを特徴とする請求項３に記載の受信器。
前記自動調整制御処理手段が、
前記設定値を記憶し、前記中心周波数設定手段に設定信号を出力する設定値記憶手段と、
所定の時間幅以上のパルス幅を有する差周波パルス信号が得られる設定値の下限を記憶する下限設定値記憶手段と、
所定の時間幅以上のパルス幅を有する差周波パルス信号が得られる設定値の上限を記憶する上限設定値記憶手段と、
設定値の上限と下限を平均した調整値を前記設定値記憶手段に記憶させる平均手段と、
前記設定値記憶手段の設定値を制御して、所定の時間幅以上のパルス幅を有する差周波パルス信号が得られる設定値の上限と下限を、それぞれ前記上限設定値記憶手段と下限設定値記憶手段に記憶させる制御を行うとともに、前記調整値を前記設定値記憶手段に記憶させる制御を行う制御処理手段と、
を備えることを特徴とする請求項２，４のいずれかに記載の受信器。
前記自動調整制御処理手段が、
設定記憶制御信号により前記設定値を順次切替えるとともに記憶し、前記中心周波数設定手段に設定信号を出力する設定値記憶手段と、
所定の時間幅以上のパルス幅を有する差周波パルス信号が得られる設定値の下限までは前記設定値記憶手段と同じ設定値を記憶し、所定の時間幅以上のパルス幅を有する差周波パルス信号が得られる設定値の下限と上限を平均した調整値を前記設定値記憶手段に記憶させるための増加数可変カウンタ手段と、
前記設定値記憶手段の設定値を制御して、所定の時間幅以上のパルス幅を有する差周波パルス信号が得られる設定値の下限が得られるまでは前記増加数可変カウンタ手段に前記設定値記憶手段と同じ設定値を記憶させ、所定の時間幅以上のパルス幅を有する差周波パルス信号が得られる設定値の下限と上限を平均した調整値が前記設定値記憶手段に記憶されるように前記増加数可変カウンタ手段の制御を行う制御処理手段と、
を備えることを特徴とする請求項２，４のいずれかに記載の受信器。
電界伝達媒体に誘起された受信すべき情報に基づく電界を受信することによって情報を受信する受信器であって、
所定の周波数の搬送波が前記情報で変調された受信信号から前記搬送波を再生するために逓倍し、逓倍された信号を通過させる逓倍・フィルタ手段と、
乗算器と分周した信号を通過させ中心周波数が制御可能な中心周波数可変バンドパスフィルタとを有し、前記逓倍された信号を分周することで搬送波を再生し、前記逓倍された信号が入力されていない場合には前記中心周波数可変バンドパスフィルタの中心周波数で設定できる発振周波数で発振する分周手段と、
調整時には前記分周手段の発振周波数を搬送波の周波数に調整し、監視時には前記分周手段の発振周波数と前記受信信号の搬送波の周波数を比較し監視する周波数監視・調整手段と、
監視時に前記受信信号と前記分周手段の出力信号から差周波パルス信号を生成し、受信時に前記受信信号と前記分周手段から出力された再生搬送波から情報に基づくデータを復調する復調データ再生手段と、
調整時と周波数監視時に前記逓倍・フィルタ手段と前記分周手段とを切断し、前記情報に基づくデータを復調する時には接続して前記分周手段から再生した搬送波を出力させる搬送波再生接続手段と、
を備えることを特徴とする受信器。
前記周波数監視・調整手段が、
調整時に前記搬送波と同じ周波数の基準信号を出力する基準信号手段と、
前記分周手段の出力信号と前記基準信号との差周波を周波数とし、且つ、パルス幅と周期とが比例する差周波パルス信号を生成する差周波生成手段と、
前記差周波生成手段から出力される差周波パルス信号と前記復調データ再生手段から出力される差周波パルス信号を入力し、調整時には前記差周波生成手段から出力された差周波パルス信号を出力し、監視時には前記復調データ再生手段から出力された差周波パルス信号を出力する信号選択手段と、
所定の時間幅以上のパルス幅を有する前記差周波パルス信号の有無を検出するパルス検出手段と、
前記中心周波数可変バンドパスフィルタの中心周波数を設定する設定信号を出力する中心周波数設定手段と、
検出開始信号により前記パルス検出手段を動作させ、また設定制御信号により前記中心周波数設定手段の設定信号を制御して、所定の時間幅以上のパルス幅を有する差周波パルス信号が得られる設定値の上限と下限に基づいて前記分周手段の発振周波数を前記基準信号の周波数に調整する自動調整制御処理手段と、
を備えることを特徴とする請求項７に記載の受信器。
前記復調データ再生手段が、
調整時には前記搬送波と同じ周波数の基準信号と前記分周手段の出力信号から差周波パルス信号を生成し、監視時に前記受信信号と前記分周手段の出力信号から差周波パルス信号を生成し、受信時に前記受信信号と前記分周手段から出力された再生搬送波から情報に基づくデータを復調する動作を行い、
前記周波数監視・調整手段が、調整時には、前記搬送波と同じ周波数の基準信号と前記分周手段の出力信号を前記復調データ再生手段に入力して得られる差周波パルス信号を使用して前記分周手段の発振周波数を搬送波の周波数に調整し、監視時には前記受信信号と前記分周手段の出力信号を前記復調データ再生手段に入力して得られる差周波パルス信号を比較し監視する動作を行い、
調整時に前記基準信号を前記復調データ再生手段に入力し、受信時には受信信号を前記復調データ再生手段に入力する復調・調整切替手段と、
調整時に前記分周手段と逓倍・フィルタ手段を切断し、受信時に接続する復調接続手段と、
を備えることを特徴とする請求項７に記載の受信器。
前記自動調整制御処理手段が、
前記設定値を記憶し、前記中心周波数設定手段に設定信号を出力する設定値記憶手段と、
所定の時間幅以上のパルス幅を有する差周波パルス信号が得られる設定値の下限を記憶する下限設定値記憶手段と、
所定の時間幅以上のパルス幅を有する差周波パルス信号が得られる設定値の上限を記憶する上限設定値記憶手段と、
設定値の上限と下限を平均した調整値を前記設定値記憶手段に記憶させる平均手段と、
調整時には前記設定値記憶手段の設定値を制御して、所定の時間幅以上のパルス幅を有する差周波パルス信号が得られる設定値の上限と下限を、それぞれ前記上限設定値記憶手段と下限設定値記憶手段に記憶させる制御を行うとともに、前記調整値を前記設定値記憶手段に記憶させる制御を行い、受信時には前記パルス検出手段において所定の時間幅以下のパルス幅を有する差周波パルス信号が検出された場合に周波数エラー信号を出力する制御処理手段と、
を備えることを特徴とする請求項８記載の受信器。
前記自動調整制御処理手段が、
設定記憶制御信号により前記設定値を順次切替えるとともに記憶し、前記中心周波数設定手段に設定信号を出力する設定値記憶手段と、
前記パルス検出手段から所定の時間幅以下のパルス幅を有する前記差周波パルス信号が検出されなかったときに出力される検出期間終了信号が得られる設定値の下限までは前記設定値記憶手段と同じ設定値を記憶し、前記検出期間終了信号が得られる設定値の下限と上限を平均した調整値を前記設定値記憶手段に記憶させるための増加数可変カウンタ手段と、
調整時には、前記設定値記憶手段の設定値を制御して、所定の時間幅以上のパルス幅を有する差周波パルス信号が得られる設定値の下限が得られるまでは前記増加数可変カウンタ手段に前記設定値記憶手段と同じ設定値を記憶させ、所定の時間幅以上のパルス幅を有する差周波パルス信号が得られる設定値の下限と上限を平均した調整値が前記設定値記憶手段に記憶されるように前記増加数可変カウンタ手段の制御を行い、受信時には前記パルス検出手段から前記検出信号が入力された場合に周波数エラー信号を出力する制御処理手段と、
を備えることを特徴とする請求項８記載の受信器。
前記パルス検出手段が、
所定の時間を計時するタイマ手段を有し、
所定の時間内に前記差周波パルス信号の立上りと立下りの両方を検出して所定の時間幅以下のパルス幅を有する差周波パルス信号の有無を判定し、判定結果を示す信号を出力することを特徴とする請求項２，４，５，６，８，１０，１１のいずれかに記載の受信器。
前記タイマ手段の計時を、
前記差周波パルス信号の立上りまたは立下りを検出した際に一旦クリアし、再計時すること
を特徴とする請求項１２記載の受信器。
前記差周波生成手段が、
前記分周手段の出力信号と前記基準信号の同相成分と直交成分の差周波を周波数とする差周波パルス信号をそれぞれ生成し、
前記同相成分と直交成分から生成したそれぞれの差周波パルス信号のパルス幅が所定の時間以下のときに検出信号を出力し、所定の時間以上であるときには検出期間終了信号を出力するパルス検出手段と、
を備えることを特徴とする請求項２記載の受信器。
前記差周波生成手段が、
前記分周手段の出力信号と前記基準信号の同相成分と直交成分の差周波を周波数とする差周波パルス信号をそれぞれ生成し、
前記パルス検出手段が、
前記同相成分と直交成分から生成したそれぞれの差周波パルス信号のパルス幅が所定の時間以下のときに検出信号を出力し、所定の時間以上であるときには検出期間終了信号を出力することを特徴とする請求項８，１０，１１のいずれかに記載の受信器。
請求項１から１５のいずれかに記載の受信器と、
送信すべき情報を前記所定の周波数の搬送波で変調信号に変調して送信し、変調信号を出力する直前の所定期間にて搬送波のみを送信する送信器と、
を備えることを特徴とするトランシーバ。