JP4956638B2 - 接続回路 - Google Patents

Description

本発明は、電界伝達媒体に誘起した電界を利用してデータを送受信する技術に関する。

人体などの電界伝達媒体に電界を誘起してデータの送受信を行う電界通信装置が開発されている（非特許文献１参照）。電界通信では、電極をアンテナとして電界を受信し、電界通信装置に伝送する。

図５に、従来の電界通信用のアンテナ（電極）と設置トランシーバ５の接続構成を示す。同図に示す構成では、電極５１Ａは同軸ケーブル５２の芯線に接続され、電極５１Ｂは同軸ケーブル５２のシールド線に接続される。芯線は、設置トランシーバ５のアンプ５３に接続され、シールド線は、回路ＧＮＤに接続される。利用者１００が携帯する携帯トランシーバ７が生成する電界は、利用者１００を介して電極５１Ａ，５１Ｂで受信され、同軸ケーブル５２を伝わって設置トランシーバ５に入力される。

図６に、従来の電界通信用のアンテナと設置トランシーバ５の別の接続構成を示す。同図に示す構成では、電極５１Ａ，５１Ｂがそれぞれ異なる同軸ケーブル５２Ａ，５２Ｂの芯線に接続され、２本の芯線は設置トランシーバ５の差動信号検出器５３の２つの入力端子に接続される。２本の同軸ケーブル５２Ａ，５２Ｂのシールド線は、共に設置トランシーバ５の回路ＧＮＤに接続される。

"RedTacton"、[online]、日本電信電話株式会社、［平成２２年１月５日検索］、インターネット〈ＵＲＬ：http://www.redtacton.com/〉

しかしながら、図５に示す構成では、電極５１Ａ，５１Ｂが設置トランシーバ５に対して対称ではないため、雑音の影響を受けやすいという問題があった。

図６に示す構成は、電極５１Ａ，５１Ｂが設置トランシーバ５に対して対称になっており、上記問題点を解消している。一般に、市販のケーブルの特性インピーダンスは既知であることが多いが、複数本のケーブルを一つの伝送路とみなした場合の特性インピーダンスは不明である。したがって、図６に示す構成では、設置トランシーバ５を伝送路に対してインピーダンスマッチングできず、伝送路の長尺化が困難であった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、電界通信において、受信信号のＳＮＲ向上、およびケーブルの長尺化が可能な電極と通信装置の接続構成を提供することを目的とする。

本発明に係る接続回路は、電界伝達媒体に誘起した電界を利用して信号の送受信を行う電界通信用の２つの電極と通信装置とを接続する接続回路であって、前記２つの電極と前記通信装置とをそれぞれ接続する２本の芯線と、前記２本の芯線を覆い、前記通信装置の回路グランドに接続されるシールド線とを有するシールド２芯ケーブルと、前記２本の芯線と前記回路グランドとの間にそれぞれ接続され、前記シールド２芯ケーブルの特性インピーダンスの半分の値を持つ第１及び第２のインピーダンスと、前記２本の芯線間の電位差を検出する差動信号検出回路と、を有することを特徴とする。

上記接続回路において、信号を送信する送信回路と、信号の送信および受信に応じて、前記２本の芯線の接続先を前記差動信号検出回路と前記送信回路で切り替える切替スイッチと、前記切替スイッチと前記送信回路との間に前記シールド２芯ケーブルの特性インピーダンスと同じ値を持つ第３のインピーダンスと、を有し、前記第１及び第２のインピーダンスは、前記切替スイッチと前記差動信号検出回路との間に配置されることを特徴とする。

上記接続回路において、前記シールド２芯ケーブルの電極側に前記送信回路が送信する信号を終端する終端回路を有することを特徴とする。

本発明によれば、電界通信において、受信信号のＳＮＲ向上、およびケーブルの長尺化が可能な電極と通信装置の接続構成を提供することができる。

本実施の形態における電極と受信器との接続構成を示す模式図である。 本実施の形態における電極とトランシーバとの接続構成を示す模式図である。 図２の接続構成において左端を終端した接続構成を示す模式図である。 図３の終端回路の構成例を示す回路図である。 従来の電極とトランシーバとの接続構成を示す模式図である。 従来の電極とトランシーバとの別の接続構成を示す模式図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

図１は、本実施の形態における電極と電界通信装置との接続構成を示す模式図である。電界通信装置は、人体などの電界伝達媒体に電界を誘起し、この誘起された電界を用いてデータ通信を行うものである。図１では、利用者１００がトランシーバ３を保持している。電極１１Ａ，１１Ｂおよび受信器１は、所定の場所に設置される。利用者１００が電極１１Ａに接触したとき、トランシーバ３が利用者１００に誘起した電界を、電極１１Ａ，１１Ｂにより検知し、２芯ケーブル１２を伝送して受信器１が入力することで、トランシーバ３が送信する情報が受信器１に受信されて通信が行われる。

本実施の形態では、電極１１Ａ，１１Ｂと受信器１とを結ぶ伝送路にシールドされた２芯ケーブル１２を用いる。Ｒ＋およびＲ−の電極１１Ａ，１１Ｂは、２芯ケーブル１２の異なる２本の芯線にそれぞれ接続され、２本の芯線間の電位差を検出する差動信号検出器１４の入力端子に接続される。２本の芯線を覆うシールド線は、受信器１の回路ＧＮＤに接続される。

２芯ケーブル１２の２本の芯線と回路ＧＮＤは、それぞれ２芯ケーブル１２の特性インピーダンスの半分の値を有するインピーダンス１３Ａ，１３Ｂを介して接続される。つまり、２芯ケーブル１２の特性インピーダンスをＺとすると、インピーダンス１３Ａ，１３ＢはＺ／２である。このように、本構成により、電極１１Ａ，１１Ｂの対称性を保ちつつ、インピーダンスマッチングが可能となる。その結果、ケーブルの長尺化を図ることができる。

次に、受信部と送信部の双方をケーブルに対してインピーダンスマッチングさせることが可能な構成について説明する。

図２に示す構成は、図１と同様に、利用者１００がトランシーバ３を保持している。図２では、受信器１の代わりに受信部と送信部を備えたトランシーバ２を設置する。

図１と同様に、電極１１Ａ，１１Ｂとトランシーバ２とを結ぶ伝送路にシールドされた２芯ケーブル１２を用いる。電極１１Ａ，１１Ｂは、２芯ケーブル１２の異なる２本の芯線にそれぞれ接続され、切替スイッチ２１を介して受信部としての差動信号検出器１４及び送信部２３に接続される。より具体的には、２本の芯線はトランシーバ２内の切替スイッチ２１の端子２１Ａ，２１Ｂに接続される。切替スイッチ２１の端子２１Ｄ，２１Ｅは、差動信号検出器１４の入力端子に接続される。切替スイッチ２１の端子２１Ｆ，２１Ｇは、送信部２３に接続される。端子２１Ａ，２１Ｂそれぞれは、切替スイッチ２１により、端子２１Ｄ，Ｅ、あるいは端子２１Ｆ，Ｇに接続される。２芯ケーブル１２のシールド線は、切替スイッチ２１の端子２１Ｃに接続され、端子２１Ｈを介してトランシーバ２の回路ＧＮＤに接続される。切替スイッチ２１と差動信号検出器１４との間において、２本の芯線と回路ＧＮＤにそれぞれ接続され、２芯ケーブル１２の特性インピーダンスの半分の値を持つインピーダンス１３Ａ，１３Ｂが配置される。２芯ケーブル１２の特性インピーダンスと同じ値を持つインピーダンス２２が送信部２３の出力端子に直列に配置される。

切替スイッチ２１は、データの受信あるいは送信のタイミングに応じて芯線への接続を受信部あるいは送信部に切り替える。より具体的には、トランシーバ２がデータを受信する場合には、２本の芯線が接続された端子２１Ａ，２１Ｂと差動信号検出器１４が接続された端子２１Ｄ，２１Ｅを接続して、差動信号検出器１４に２芯ケーブル１２を接続し、トランシーバ２がデータを送信する場合には、２本の芯線が接続された端子２１Ａ，２１Ｂと送信部２３が接続された端子２１Ｆ，２１Ｇを接続して、送信部２３に２芯ケーブル１２を接続する。

以上説明したように、図１，２の構成を採用することより、特性インピーダンスＺを有する２芯ケーブル１２の右端を終端することができる。これにより、トランシーバ３から送信された信号は２芯ケーブル１２の右端で反射しないので、ケーブルが長尺化された場合においても、受信器１あるいはトランシーバ３は歪みの少ない信号を受信することが可能になる。

ところで、図２の構成では、２芯ケーブル１２の右端は終端されているものの、左端は終端されていないので、トランシーバ２から送信された信号は２芯ケーブル１２の左端で反射される。この反射波によって、トランシーバ２からの送信信号の波形が歪む場合がある。また、その歪みの程度は、しばしばケーブル長に依存する。したがって、２芯ケーブル１２の特性インピーダンスＺに合わせて左端も終端することが望ましい。

図２の構成において、２芯ケーブル１２の左端を終端した接続構成を図３に示す。図３に示す接続構成は、２芯ケーブル１２と電極１１Ａ，１１Ｂの間にインピーダンス整合用のアダプタ２４を挿入したものである。ただし、アダプタ２４と電極１１Ａ，１１Ｂの接続順序は可変である。

電極間容量をＣとした場合に、電極のインピーダンスは（ｉ２πｆＣ）^−１で与えられる。ここで、ｉは虚数単位、πは円周率、ｆは電気信号の周波数を表す。したがって、電極１１Ａ，１１Ｂのインピーダンスは周波数に依存するので、全ての周波数にわたって２芯ケーブル１２の左端を終端するのは難しい。そこで、限定された周波数帯域での終端を実現するアダプタ２４の具体的な構成を図４に示す。

図４（ａ）は、２芯ケーブル１２の特性インピーダンスＺに等しい抵抗を電極１１Ａ，１１Ｂに対して並列に接続したアダプタ２４である。本構成では、信号周波数が（２πＣＺ）^−１よりも十分小さい場合に終端することができる。

図４（ｂ）は、図４（ａ）の構成に、電極１１Ａ，１１Ｂに対して直列に接続した２つのインダクタを加えた構成である。適当なインダクタンスを有するインダクタを追加することにより、終端可能な信号周波数の上限を図４（ａ）よりも大きくすることができる。

図４（ｃ）は、２芯ケーブル１２の特性インピーダンスＺに等しい抵抗と適当なインダクタを電極１１Ａ，１１Ｂに対して並列に接続したアダプタ２４である。本構成では、信号周波数が（２π√（ＬＣ））^−１付近の信号を終端することができる。Ｌはインダクタのインダクタンスを表す。

図４（ｄ）は、インピーダンスがＺ／２の抵抗と適当なインダクタを電極１１Ａ，１１Ｂに対して直列にそれぞれ接続したアダプタ２４である。本構成では、信号周波数が（２π√（２ＬＣ））^−１付近の信号を終端することができる。各インダクタのインダクタンスをＬ／２とした。

次に、本実施の形態における接続構成の利用について説明する。

本実施の形態における接続構成は、例えば、ＩＤ認証を行って入退室を管理するドアに利用できる。利用者１００がＩＤを送信するトランシーバ３を保持し、電極１１Ａ，１１Ｂをドア近辺の床、あるいは壁面に設置する。利用者１００が電極１１Ａ，１１Ｂに接触することで、利用者１００を介した伝送路が確立して受信器１あるいはトランシーバ２によりＩＤが受信され、利用者１００が認証されてドアの電子錠が解錠される。

電極１１Ａ，１１Ｂと受信器１あるいはトランシーバ２を離れて設置しなければならない場合、本実施の形態における接続構成を用いることで、２芯ケーブル１２を長尺化させることが可能となる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、２つの電極１１Ａ，１１Ｂと受信器１とをシールドされた２芯ケーブル１２で接続するとともに、２芯ケーブル１２のシールド線を回路ＧＮＤに接続し、２芯ケーブル１２の２本の芯線それぞれを２芯ケーブル１２の特性インピーダンスの半分のインピーダンス１３Ａ，１３Ｂを介して回路ＧＮＤに接続することにより、電極１１Ａ，１１Ｂの対称性を保ちつつ、インピーダンスマッチングが可能となる。その結果、ケーブルの長尺化を図ることができる。

１…受信器
１１Ａ，１１Ｂ…電極
１２…２芯ケーブル
１３Ａ，１３Ｂ…インピーダンス
１４…差動信号検出器
２…トランシーバ
２１…切替スイッチ
２２…インピーダンス
２３…送信部
３…トランシーバ
５…設置トランシーバ
５１Ａ，５１Ｂ…電極
５２，５２Ａ，５２Ｂ…同軸ケーブル
５３…差動信号検出器
７…携帯トランシーバ
１００…利用者

Claims (3)

1. 電界伝達媒体に誘起した電界を利用して信号の送受信を行う電界通信用の２つの電極と通信装置とを接続する接続回路であって、
   前記２つの電極と前記通信装置とをそれぞれ接続する２本の芯線と、前記２本の芯線を覆い、前記通信装置の回路グランドに接続されるシールド線とを有するシールド２芯ケーブルと、
   前記２本の芯線と前記回路グランドとの間にそれぞれ接続され、前記シールド２芯ケーブルの特性インピーダンスの半分の値を持つ第１及び第２のインピーダンスと、
   前記２本の芯線間の電位差を検出する差動信号検出回路と、
   を有することを特徴とする接続回路。
2. 信号を送信する送信回路と、
   信号の送信および受信に応じて、前記２本の芯線の接続先を前記差動信号検出回路と前記送信回路で切り替える切替スイッチと、
   前記切替スイッチと前記送信回路との間に前記シールド２芯ケーブルの特性インピーダンスと同じ値を持つ第３のインピーダンスと、を有し、
   前記第１及び第２のインピーダンスは、前記切替スイッチと前記差動信号検出回路との間に配置されることを特徴とする請求項１記載の接続回路。
3. 前記シールド２芯ケーブルの電極側に前記送信回路が送信する信号を終端する終端回路を有することを特徴とする請求項２記載の接続回路。

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