JP5015262B2 - ワイヤレスインターフェース - Google Patents

Description

本発明は、ワイヤレスインターフェースに関する。例えば、当該インターフェースは、表示装置の内部においてデータおよび電力を無線で供給するために使用され、そのような表示装置には、例えば液晶型または有機発光ダイオード型のフラットパネルディスプレイが含まれる。当該インターフェースの利用に係る他の例としては、高周波識別装置が挙げられる。本発明はまた、当該インターフェースのための送信部および受信部に関する。

添付図面の図１は、フラットパネルディスプレイの一例である一般的な液晶表示装置を示す。当該ディスプレイは、画像を表示するアクティブマトリクス１４を含むアクティブ領域と、ディスプレイを照射するドライバ１２を含むバックライトシステムと、画素のアドレス指定を制御する多数のドライバ集積回路（ＩＣｓ）１０とで構成されている。上記装置に、表示データ２、多数の制御およびタイミング信号６、および、電力４が供給される。これらの信号は、主にフレキシブルプリントケーブル（ＦＰＣ）を介して供給される。ディスプレイの製造において、このケーブルの取り付けには莫大なコストがかかる。表示装置は、アクティブディスプレイ領域に加え、添付図面の図２に示すように、統合オーディオシステム２５０およびセンサシステム２７０を備えていてもよい。これらシステムの各々は、システムデータ（音声データ２５２、センサデータ２２６、および、表示データ２）と、関連するタイミングおよび制御データ（音声タイミングおよび制御２５４、センサタイミングおよび制御２６８、表示タイミングおよび制御６）とを供給するための有線接続を必要とする。表示装置は、単一の外部電源２５６を備えていてもよく、さらに、外部電源２５６は、異なる電圧要件（４、２５８、２６２、および、２７７）を満たす直列の電圧制御部２７１に接続されてもよい。表示装置の複雑性が増すと、それに対応して、必然的に外部接続の数が多くなる。その結果、ＦＰＣコネクタが相対的に大型になる。しかし、これらの表示装置を内蔵する製品は、物理的に小型化してきているため、表示装置への信号送信に係る代替的方法を見出す必要性が高まっている。

ワイヤレスインターフェースは、極めて魅力的な提案である。添付図面の図３は、データを生成するデータソース２０と、必要とされるフォーマットの実行、および、信号生成を実行する送信システム２２と、送信アンテナ２４とを備える、一般的なワイヤレスシステムを示す。これらの構成は、主に送信装置側を形成する。送信アンテナは、ワイヤレスチャネル２６を介して、電磁波または光信号（実施によって異なる）などの信号を発信する。受信装置側では、受信アンテナ２８が、データ処理を行う受信装置システム３０に上記信号を入力する。その受信装置システム３０は、そのデータを処理したうえで、その処理されたデータをデータシンク３２に送る。

添付図面の図４は、一般的な送信装置システムを示す。第一ブロックは、送信すべき実際のコンテンツを供給するデータソース１６０である。データがデジタルであると想定すると、該データは、１および０の連続からなる。ここで、高圧レベルは１を表し、低圧は０を表す。このコード体系は、非ゼロ復帰（ＮＲＺ）と呼ばれる。

上記データは、ワイヤレスチャネルに最適に適合させるため、さらに処理およびフォーマット１６２される。本段階において使用可能な多種のコード体系が存在する。最も有名な体系の一つは、添付図面の図５（ａ）においてタイミング波形で示されたマンチェスター符号化方式である。マンチェスター符号は、ビット毎に最小で１レベル、および、最大で２レベルの遷移を用いたセルフクロッキングコードである。マンチェスターデータ３０４において、０は高レベルから低レベルへの遷移として符号化され、１は低レベルから高レベルへの遷移として符号化される。データにおける２つの同一ビット間には、さらに他のレベルの遷移が存在する。その遷移は、添付図面の図５（ｂ）に示すように、通常、データクロック信号３００とＮＲＺデータ信号３０２との間の排他的ＯＲゲート（ＸＯＲ）機能３０６を用いて実行される。２つの変数のＸＯＲ機能は、該変数のいずれか１つのみが１である場合、１である。

データが正しくフォーマットされ、符号化された後（図４）の次の処理段階は変調と呼ばれる。変調器１６５は、データ信号１６７を用いて、発振器１６１によって生成された高周波搬送波信号１６３の属性のうち一つを変化させる。添付図面の図６（ａ）〜図６（ｅ）は、典型的な変調信号を示す。図６（ａ）は、高周波搬送波信号１６３を示しており、図６（ｂ）は、データ信号１６７を示している。通常、変更されるパラメータは下記のいずれか一つである。すなわち、周波数の変更により周波数偏移変調（ＦＳＫ）１７０が生じ（図６（ｃ））、振幅の変更により振幅偏移変調（ＡＳＫ）１７４が生じ（図６（ｅ））、移送の変更により位相偏移変調（ＰＳＫ）１７２が生じる（図６（ｄ））。その他全ての変調方式は、これら３つの基本方式から派生するものであり、これらの方式を実施するために利用可能な複数の方法が存在する。添付図面の図７（ａ）〜図７（ｃ）は、基本的なＡＳＫ、ＰＳＫ、および、ＦＳＫについての想定し得る実施を要約したものである。搬送波信号１６３とデータ信号１６７とを組み合わせることによって、振幅変調信号１７４が得られる（図７（ｂ））。データ信号１６７に基づいて、搬送波信号（ｆ１ １６３およびｆ２ １７１）を２通りに切り替えることによって、周波数変調信号が得られる（図７（ａ））。位相偏移変調１７２において、搬送波信号１６３の位相が、データ信号１６７に基づいて２つの数値間で変化する（図７（ｃ））。

変調信号は、一定量の周波数スペクトルを占める。これは、使用する変調方式の機能によるものであり、変調信号に存在する周波数成分は、信号をフーリエ変換演算することによって特定されうる。周波数成分において利用可能な力の分布は、信号のパワースペクトル密度（ＰＳＤ）として知られている。さらに、この力の分布から信号の帯域幅（ＢＷ）の定義が導出される。許容し得る帯域幅の定義が多数存在するが、この帯域幅とは、概して、最大レベルの少なくとも半分の電力レベルを有する全スペクトル成分に占めるスペクトル量を指す。変調信号の帯域幅は、データ信号の速度と直接的に関係している。高速のデータ速度は、より広い帯域幅を必要とする。

送信装置における次の段階（図４）では、ワイヤレスチャネルに発信できる強さにするために変調信号が増幅される。これは、低電力の変調信号を取り出して高電力の信号を生成する電力増幅器を用いて実現される。上記を達成するための複数の方法が存在し、その例が、Behzad Razavi, "Design of Analog CMOS Integrated Circuits", McGraw-Hill 2001に開示されている。

信号が増幅された後、該信号はアンテナ１６６によってワイヤレスチャネルに発信される。アンテナは、その信号を、結合された電磁波から放射電波に変換し、使用される周波数帯域において電力伝達が最適化されるように設計されている。放射線には特定方向の指向性が求められる。すなわち、信号の放射線は、特定方向において最大化されることを要する。

電力増幅器１６４および送信アンテナ１６６の設計において、それらが、変調信号を扱うのに十分な帯域幅を確実に有するように留意しなければならない。これらのシステムにおいて利用可能な帯域幅が信号の帯域幅よりも狭い場合、信号は何らかの情報を失い、送信されたデータについての誤った復号化が起こることがある。

放射信号は、ワイヤレスチャネル２６（図３）を進行し、その後、受信アンテナ２８に入力される。受信アンテナは、送信された信号から可能な限り広感度に信号を捕らえるように設計されている。受信アンテナは、送信アンテナと同様に、特定の周波数帯域および方向に有効であるように設計されている。

受信アンテナからの信号は、さらに受信システム３０に送られる。受信システム３０の主な機能は、受信された信号から元のデータ信号を抽出することにあり、その正確な実行は、送信装置において使用される変調方式によって決まる。添付図面の図８（ｄ）は、例として、振幅偏移変調信号を用いた無線受信システムを示す。一般的な無線受信システムは、受信アンテナ２８と、送信されたデータ信号を抽出する復調器３１１と、アナログデータ信号をデジタル信号に変換するパルス整形システム３１４とを備える。受信装置システムにおける出力３１５は、送信装置システム（図４）において搬送波を変調させるのに使用されるデータ信号１６７と同じである。振幅変調信号１７４（図８（ａ））において、データ信号は、変調された搬送波の包絡線（輪郭）３１３に組み込まれる。したがって、この場合、受信装置の主な役割は変調された搬送波の包絡線を抽出することにある。上記は、第一に、振幅変調搬送波を整流することによって実施される。それによって、元の振幅変調信号における正極性部分のみを有する出力３１０（図８（ｂ））が生じる。その後、整流信号は、高周波搬送波信号を除去するために低域通過フィルタ３１２を通過する。さらに、最終段階は、定義された高低電圧レベルを用いて、低域通過フィルタにかけられた信号をクリーンデジタル信号３１５にするパルス整形３１４を行う工程を含む。

パルス整形器の実施には多くの方法がある。その一例を添付図面の図９に示す。アナログ入力信号４００からデジタル出力信号４０２を生成するために、自己バイアスコンパレータ回路を使用してもよい。高低出力電圧レベル４０４および４０６は、回路の設計時に設定される。この方式の構成は、R. Jacob Baker, Harry W. Li, David E. Boyce, " CMOS, Circuit design, Layout and Simulation" IEEE Press, 1998に開示されている。

この時点での出力信号３１５（図８（ｃ））は、送信装置側において搬送波を変調するために使用されるデータ信号を表す。

ワイヤレス通信を用いてデータを伝達する全てのシステムが上述の説明に基づく。上記システムは、概して、動作周波数、データ速度、および、使用される変調方式において異なる。無線システムはまた、エラー訂正や、場合によっては、送信された信号の一貫性を維持するための暗号化などの付帯的特徴を有することが多くなっている。

特定のアプリケーションにおいて、システムが必要とする有線接続の数を低減できることから、無線での送電が望ましいこともある。通常は、あるコイルの磁界に送電して、その磁界を第二のコイルに結合させることによって上記が達成される。一般的な送電方式を添付図面の図１０に示す。コイルＡ３６の磁界３４にコイルＢ３８の磁界を結合させることによって送電が達成される。交流方式の電力信号３５がコイルＡに与えられる。コイルＢにおける出力信号３７もまた、交流電流を有する。次のステップは、添付図面の図１１に示されるように、上記信号を整流することである。全波整流器３５４は、二重極性（‐Ｖ_ｐ〜+Ｖ_ｐ）の入力電力信号３５０から、単一極性（０〜+Ｖ_ｐ）の出力信号３５２を得るために使用できる。この時点で、上記信号は、リップルを含むため正確には直流電力信号ではない。しかしながら、これらのリップルは、何らかの形態の平滑回路構成を用いることによって除去できる。上記回路構成は、出力信号が入力される大型コンデンサであり得る。相対的にリップルを含まない電力信号が得られると、該信号を調整して所望の電圧レベルまで下げることができる。

電磁結合を用いた送電の効率性を高めるために、共振回路を使用することができる。送信装置において直列共振を、および、受信装置において並列共振を用いることによって、効率的な無線送電が実現できる。送信装置における直列共振が、回路内の電流を最大化させ、続いて、その電流が結合磁界を最大化させる。そして、受信装置における並列共振が電圧を最大化させる。添付図面の図１２（ａ）および図１２（ｂ）に、２つのタイプの当該回路を示す。抵抗Ｒの抵抗器４０と、インダクタンスＬのインダクタ４２と、電気容量Ｃのコンデンサ４４とを備える直列回路（図１２（ａ））の共振は、下記の場合に生じる。すなわち、その場合とは、誘導性および容量性のリアクタンスが、その大きさにおいて同一であるが、その位相において１８０度離れているため互いに相殺する場合である。直列共振は、回路を流れる最大電流をもたらし、この値は抵抗Ｒによって決まる。共振の鋭さはＲの値によって決まり、回路の“Ｑ”を特徴付ける。そのクオリティー・ファクター“Ｑ”は、インダクタの属性であり、下記の式によって求められる。

このとき、ωは角周波数（２πｆ）であり、ｒ_ｓはインダクタにおける金属巻線の等価直列抵抗である。クオリティー・ファクターは、磁界におけるインダクタのエネルギー貯蔵能力を測るものであり、高いＱ値は、抵抗器における大電流および大電圧、ならびに、効率的な電力伝達を生む。添付図面の図１３は、高Ｑ３９０および低Ｑ３９２での応答例を示す。

電気容量Ｃのコンデンサ４６と、インダクタンスＬのインダクタ４８と、抵抗Ｒの抵抗器５０とを有する回路における並列共振は、インダクタによるリアクタンスとコンデンサによるリアクタンスとが等価で逆向きとなる周波数において生じる。並列共振によって、抵抗器において最大電圧が得られる。抵抗器５０の値Ｒは、当該電圧の値を決定づける。共振における電力伝達は、周波数６４と結合磁界６５の変化を示す添付図面の図１４からわかるように、共振における電圧または電流が最大化されるとき、相対的に効率性が高い。共振周波数６０において、結合磁界６５は最大である。したがって、その周波数における電力伝達が最大となる。

データのみの無線送信は周知である。無線電力伝達のみについても同じことが言える。しかしながら、同じワイヤレスチャネルにおいて電力とデータの両方を無線送信するときに問題が生じる。データの伝送を行うためには、データ信号が、何らかの形で“ピギーバック”するか、または、電力信号に乗せられる必要がある。当該技術の一例として、添付図面の図１５に示すように、搬送波信号を用いて電力伝送を行い、さらに、振幅偏移変調を用いて当該搬送波にデータを結合させる技術が挙げられる。電力伝送信号７４の振幅はデータ伝送信号７６によって変調される。その結果、電力およびデータの両方を伝送する複合伝送信号が生じる。このシナリオのための受信装置は、図８に示したような通常の受信装置とは異なる。というのも、ここでは、受信装置は、伝送された信号から電力およびデータの両方を抽出する必要があるためである。当該受信装置システムの一例を添付図面の図１６に示す。伝送された信号は、受信アンテナ１３０を介して受信装置システム２２２に入力される。その後、２つの整流器（電力整流器１３４およびデータ整流器１４０）が電力およびデータ信号を抽出する。電力整流器の出力は無調整電圧であり、その無調整電圧が電圧調整器１３６によって調整される。そして、所望の電圧レベルＶ_Ｒ１３８が供給される。データ信号抽出パスにおいて、データ調整器１４０の出力１４１は、アナログバージョンのデータ信号を生成する復調器１４４に入力される。そして、出力１４１は、パルス整形段階１４５を経てデジタル信号１４６が生成される。そのデジタル信号１４６は、伝送されたデータ信号と同一の信号である。

数学的には、ＡＳＫは、時間領域におけるデータ信号を用いた、搬送波信号の乗算処理である。時として、包絡線の深さ（変調度とも呼ばれる）が変数である必要がある。この場合、乗算処理が行われる前に、データ信号に直流成分が加えられる。電力伝送信号７４が下記方程式で表され、

データ伝送信号７６が下記方程式で表される場合、

結果として得られる伝送された信号７８は、数学的に下記の式で表される。

ここで、変調度は直列成分Ａで表され、ｆ_ｃは電力伝送信号の周波数であり、ｆ_ｄａｔａはデータ伝送信号の周波数である。

上記は、搬送波（電力伝送）信号成分ｆ_ｃに加えて、伝送された信号が（ｆ_ｃ−ｆ_ｄａｔａ）および（ｆ_ｃ+ｆ_ｄａｔａ）の周波数成分を有することを意味する。周波数領域における伝送された信号の成分を添付図面の図１７に示す。周波数成分（ｆｃ−ｆｄａｔａ６８）および（ｆｃ+ｆｄａｔａ６２）は、伝送された信号の側波帯と呼ばれる。データ伝送信号７６が帯域幅ＢＷを有する場合、両側波帯を伝送するのに必要な総帯域幅は２×ＢＷ７２である。

受信装置側において電力およびデータを正しく復元させるために、搬送波および２つの側波帯が、ワイヤレスチャネルにおいて線形に伝送されねばならない。換言すれば、受信された信号は、伝送された信号に正比例すべきものである。したがって、システム伝達機能（伝送共振曲線の形状）は、そのシステム伝達機能が何のひずみもなく信号を通過させるように構成される必要がある。電力伝送信号６０、２つの側波帯６８、６２、および、システム伝達機能曲線６７を添付図面の図１８に示す。受信装置における復元を成功させるために、２つの側波帯が、伝達機能曲線６７の包絡線の内側に位置する必要がある。側波帯が、例えば６１および６３など、共振曲線６７の外側に位置する場合、データの復元が不可能となる。結果として、データ信号が高帯域幅を有する場合に、電力とデータの両方を復元させることが相対的に困難になる。上記帯域幅の制限と共振曲線のＱファクタ（Ｑ）との関係を表す式は、下記の通りである。

Ｑ値が増えると、システムの電力伝達能力が向上するが、伝送可能なデータの総帯域幅は減少する。このため、電力と高帯域幅を有するデータの両方の伝送は極めて困難な課題となる。

上記課題を解決するための方法が、“A wideband Frequency-Shift Keying Wireless Link for Inductively Powered Biomedical Implants”, M. Ghovanloo and K. Najafi, IEEE Trans. On Circuits and Systems, vol.51, No. 12, Dec. 2004において提案されている。これらの著者がとったアプローチは、伝達機能曲線が、システムのＱ値を減少させることなく、伝送された信号における所望の周波数成分を通過させるように、該伝達機能曲線を整形するものである。著者らは、直列および並列共振回路の両方（添付図面の図１９）を用いて、電力およびデータ伝送信号の伝送を可能にするために、伝達機能における２つの頂点を生成する（添付図面の図２０）。このシステムは、ある周波数でのデータのビット’０’、他の周波数でのデータのビット’１’を伝送することによる、周波数偏移変調（ＦＳＫ）の方式を用いる。この方法の主な欠点は、データビット’１’および’０’が伝送されるときの周波数が、非常に安定したものでなければならない点にある。というのも、図２０の伝達機能における各頂点の高Ｑ値は、局所的に狭帯域のシステムをもたらし、これらの周波数からの信号成分のずれが少しでも生じた場合に、伝送された信号が完全に破壊されるからである。したがって、図２０において、ｆｄａｔａ６９およびｆｃ６０が、伝達機能の各頂点におけるまさに中心に位置する必要がある。十分な電力伝送を可能にするためにＱ値が極めて高く設定されている場合、上記の位置決めは非常に困難である。

上記システムの他の欠点は、アンテナの１構成部のみが信号を伝送することである。図１９において、その１構成部とはＬｐ１２０である。他のインダクタＬｓ１１６は伝送を全く行わず、伝達機能整形器としての機能を果たすのみである。システムが処理できる電力伝送量がシステムの総インダクタンスに関連しているため、これはすなわち、電力量が、単一のインダクタＬｐ１２０が伝送可能な量に制限されることを意味する。このシステムの実際の動作を添付図面の図２１に示す。ここで、Ｌｓ１１６は信号整形の機能のみを有するため、伝送部はＬｐ１２０のみである。本構成は、低電力システムには十分であろう。しかし、ＬＣディスプレイのバックライトに電力供給するなど高電力システムが要求される場合には、単一の伝送部では十分な電力が供給されないだろう。

ＵＳ７，０７１，６２９ Ｂ２には、他の周知の構成が開示されている（添付図面の図２２）。そして、このシステムによって、データ８５および電力８４の両方が表示装置８１に無線伝送されることが主張されている。これは、無線送信部９０と、データ抽出器および電力抽出器を内蔵する受信部８３とを用いて行うというものである。しかしながら、このシステムは、ドライバＩＣｓ８７および８９に電力供給するために十分な電力を伝送しうるのみである。このシステムは、ＨＶ８２およびＧＮＤ８０形式の表示装置に要求される高電圧を外部から供給してもらう必要があり、それゆえ、完全に無線であると言えるものではない。

本発明の第一の形態によると、受信部と、その受信部にのみ信号及び電力を無線で供給する送信部と、を備えるワイヤレスインターフェースが提供される。上記送信部は、上記信号により搬送波を変調させ、かつ、送信アンテナに接続された送信器を備え、上記送信アンテナは、第一インダクタを有する並列共振回路と、第二インダクタを有する直列共振回路と、を備え、上記受信部は、上記第一および第二インダクタに誘電的に結合される、少なくとも１つの第三インダクタを有する受信アンテナを備える。

したがって、送信部と受信部との間での全信号および全電力の完全なワイヤレスインターフェース接続が可能となる構成を提供することができる。たとえば、ディスプレイの場合、ディスプレイに加え、データ、タイミング、および、制御信号などの全ての信号を伝達するのに十分な電力を供給することが可能となる。そして、有線接続を全く必要とせずに、高速データ伝送に対応するのに十分な帯域幅を有する、十分な電力を供給することができる。信号および電力伝送の全てを単一のワイヤレスインターフェースを介して供給できるため、例えば表示装置、バックライトなどを含む受信部は、内蔵型および独立型であってもよい。

インターフェースは、ディスプレイを備えていてもよい。受信部は、画像表示装置を備えていてもよい。該装置は、液晶装置であってもよい。受信部は、ディスプレイバックライトを有していてもよい。

インターフェースは、高周波識別装置を備えていてもよい。

第一および第二インダクタは、ほぼ恒常的に、少なくとも１つの第三インダクタに誘電的に結合されてもよい。

第一および第二インダクタは、一時的に、少なくとも１つの第三インダクタに誘電的に結合されてもよい。

搬送波は、高周波搬送波であってもよい。

並列共振回路および直列共振回路は、直列で接続されていてもよい。

第一および第二インダクタは、プレーナインダクタであってもよい。第一および第二インダクタは、同一平面上にあってもよい。第一および第二インダクタのうちの一つが、第一および第二インダクタのもう一方の内側に、かつ、同軸上に配設されていてもよい。少なくとも１つの第三インダクタが、第一および第二インダクタと同軸上になるように配設されていてもよい。

少なくとも１つの第三インダクタは、プレーナインダクタであってもよい。

並列共振回路および直列共振回路は、異なる周波数に整調されてもよい。並列および直列共振回路は、実質的に、変調された搬送波の各側波帯の周波数に整調されてもよい。

並列共振回路および直列共振回路は、搬送波および変調された搬送波の側波帯が送信アンテナの電力帯域幅の半分以下の範囲内であるような共振周波数およびクオリティー・ファクターＱを有していてもよい。

受信アンテナは、少なくとも１つの第三インダクタを有するさらに他の共振回路を備えていてもよい。上記他の共振回路は、並列共振回路であってもよい。上記他の共振回路は、変調された搬送波における側波帯間の周波数に整調されてもよい。上記他の共振回路は、側波帯の周波数の相乗平均に整調されてもよい。上記他の共振回路は、搬送波および変調された搬送波の側波帯が受信アンテナの電力帯域幅の半分以下の範囲内であるような共振周波数およびクオリティー・ファクターＱを有していてもよい。

送信アンテナおよび受信アンテナは、搬送波および変調された搬送波の側波帯が誘導結合の電力帯域幅の半分以下の範囲内であってもよい。

送信器は、振幅変調、周波数変調、および、位相変調のうちの一つを実行するように構成されている。

受信部は、受信アンテナによって受信される信号を復調するための復調器を備えていてもよい。

受信部は、受信アンテナによって受信される電力から受信部の全体にのみ電力を供給する電力供給部を備えていてもよい。

本発明の第二の形態によると、ワイヤレスインターフェースにおける送信部にのみ信号及び電力を無線で供給する、上記ワイヤレスインターフェースのための送信部であって、上記信号により搬送波を変調させると共に、第一インダクタを有する並列共振回路と第二インダクタを有する直列共振回路とを備えた送信アンテナに接続されている送信部が提供される。

本発明の第三の形態によると、ワイヤレスインターフェースにおける受信部から、自身にのみ信号及び電力を無線で供給される、上記ワイヤレスインターフェースのための受信部であって、上記送信部における送信アンテナの第一および第二インダクタに誘電的に結合される、少なくとも１つの第三インダクタを有する受信アンテナを備える受信部が提供される。

本発明の好ましい実施形態は、添付の図面を参照するとともに、実施例を通して説明される。
一般的な従来型の液晶ディスプレイを示すブロック略図である。 従来型の統合表示装置を示すブロック略図である。 一般的な従来型の無線システムを示すブロック略図である。 図３に示されたシステムにおける一般的な従来型の無線送信装置のブロック略図である。 （ａ）は、マンチェスター符号化方式を図示したタイミング図であり、（ｂ）は、その符号化を与えるＸＯＲゲートの使用を図示した図である。 （ａ）〜（ｅ）は、無線システムにおいて使用する変調方式の例を図示した波形図である。 （ａ）〜（ｃ）は、図６（ｃ）〜図６（ｅ）に図示された変調方式を実施するための変調器を示すブロック略図である。 （ｄ）は、従来型の受信装置システムを示すブロック略図であり、（ａ）〜（ｃ）は、受信装置システム内で生じる波形を示す図である。 従来型のパルス整形回路を示す回路図である。 磁界結合を用いた、従来型の電力伝送装置の構成を示す。 図１０に示された構成に用いるための電力整流器を示す回路図である。 （ａ）および（ｂ）は、従来の直列および並列共振回路の例を示す。 異なるクオリティー・ファクターＱを有する並列共振回路のための周波数に対する結合磁界を示すグラフである。 標準的なクオリティー・ファクターＱの並列共振回路のための周波数に対する結合磁界を示すグラフである。 振幅偏移変調を用いたデータおよび電力伝送を表す波形図である。 電力およびデータを抽出するための従来型の受信器を示す。 標準的な振幅変調信号の周波数スペクトルを示すグラフである。 電力およびデータの両方を伝送するための帯域幅要件を示す、周波数に対する結合磁界のグラフである。 並列および直列共振回路を組み合わせた、従来型の回路を示す回路図である。 送信装置共振曲線を示す、周波数に対する結合磁界のグラフである。 図１９の回路を用いた、従来型の送信アンテナを図式的に表したものである。 従来型の部分的にワイヤレスな表示装置を示すブロック略図である。 本発明の実施形態を構成するディスプレイのためのワイヤレスインターフェースを示すブロック略図である。 図２３のインターフェースにおける送信アンテナを示す図である。 図２４のアンテナの動作を示す、周波数に対する結合磁界のグラフである。 図２３のインターフェースにおける受信アンテナを示す図である。 図２３のインターフェースの結合動作を示す、周波数に対する結合磁界のグラフである。

図２３は、送信部を構成するドライバシステム２００と、受信部を構成する無線表示装置２２０とを備える完全な無線システムを示す。ドライバシステム２００は、表示装置データ２１２と、制御およびタイミング信号２０８とを供給するデータソース２０２を備える。その後、これらの信号は、送信装置システム２１０に入力される。そして、送信システム２１０は、送信アンテナ１６６に接続されている。ドライバシステム２００に対して外部から電力２０４が供給され、それにより全ての電気回路に電力が供給される。上記信号は、送信アンテナ２１０から発信された後、ワイヤレスチャネル２６を介して、無線表示装置２２０に入力される。無線表示装置は、表示装置２５７に接続された受信システム２２４を備える。伝送された信号を捕える受信アンテナ２１１は、受信装置２５５に接続されている。受信装置は、伝送された信号から、表示装置データ２１２と、制御およびタイミング信号２０８と、電力２５６とを抽出する。これらの信号は、さらに、表示装置２５７に入力される。無線表示装置は内蔵型装置であって、外部接続を全く必要としない。全てのデータ信号２１２、制御およびタイミング信号２０８、および、電力がワイヤレスインターフェースを介して供給されるため、表示装置に信号を伝送するための物理的な接続は何ら必要としない。

図２３において、表示装置データソース２０２、送信装置システム２１０、受信装置２５５、および、表示装置２５７は、例えば、上述されたように、および、図２、４、１６において図示されたように実施されてもよい。

図２４は、送信アンテナ１６６の動作を示す。送信アンテナ１６６は、伝送すべき信号（ＲＦ ＩＮ１２４）を取り出し、その信号を、ワイヤレスインターフェースに発信する。アンテナ１６６は、並列コイル１２０の形式の第一インダクタを含む並列共振回路と、直列コイル１１６の形式の第二インダクタを含む直列共振回路とを備える。並列コンデンサ１１８は、並列共振回路を同調（整調）させるのに使用され、一方、コンデンサ１２２は、直列共振回路を同調させるのに使用される。２つの伝送コイルを用いることによって、アンテナから伝送される電力量が大幅に増大する。

図２４における送信アンテナ１６６の同調は、使用される変調方式および信号データ速度によって決まる。振幅偏移変調（ＡＳＫ）、周波数偏移変調（ＦＳＫ）、位相偏移変調（ＰＳＫ）、または、実際には、あらゆる高次変調方式が使用されてもよい。この特定の実施において、一例としてＡＳＫを使用する。携帯表示用に適したデータ速度は、６．７５Ｍｂ／ｓであってもよい。上記データ速度は、最大周波数３．３７５ＭＨｚの波に対応しており、非ゼロ復帰（ＮＲＺ）データの符号化が使用されると想定される。ＡＳＫに関して、搬送波周波数は、データ速度よりも適度に高く、復調の複雑性を低減する。適切な搬送波周波数の値は、データ速度値の８倍以上であり得る。この場合、搬送波周波数の妥当な選択は２７ＭＨｚである。

図２５は、周波数６４での送信アンテナにおける結合磁界６５の変化を表す。応答は、下方側波帯（Ｆｃ−Ｆｄａｔａ６８）と上方側波帯（Ｆｃ−Ｆｄａｔａ６２）とにおいてそれぞれ１つの頂点を有する。ここで、Ｆｃは電力伝送信号の周波数であり、Ｆｄａｔａはデータ伝送信号の周波数である。Ｆｃ＝２７ＭＨｚおよびＦｄａｔａ＝３．３７５ＭＨｚの場合、下方および上方側波帯は下記の通りである。
１．Ｆｃ−Ｆｄａｔａ＝２３．６２５ＭＨｚ
２．Ｆｃ＋Ｆｄａｔａ＝３０．３７５ＭＨｚ
アンテナ共振の頂点は、上記の値に同調される。この実施において、直列共振は２３．６２５ＭＨｚに同調され、並列共振は３０．３７５ＭＨｚに同調される。２つの共振のＱ値が十分に高くなるように選択されるため、２７ＭＨｚ４００での重複（図２５）は、搬送波を伝送するために十分な電力を有する。両方の共振のためのＱ値に適する値は３以上である。

図２６は、並列共振回路に基づく受信アンテナ２１１の動作を示す。アンテナ２１１は、誘導コイル１１１の形式の第三インダクタと、同調コンデンサ４６とを備えており、２つの側波帯周波数の相乗平均である周波数、すなわち、（（Ｆｃ+Ｆｄａｔａ）（Ｆｃ−Ｆｄａｔａ））^１/２において共振するように設計されている。このとき、該周波数は約２７ＭＨｚである。受信アンテナに適するＱ値は３以上である。出力信号（ＲＦ ＯＵＴ１１２）は、信号を残りの受信装置システムに接続させる。使用に際して、第三インダクタ１１１は、一時的または恒常的に、第一および第二インダクタ１２０、１１６に誘電的に結合される。

図２７は、送信アンテナ１１６と受信アンテナ２１１の複合応答を示す。該複合応答は、周波数６４での結合磁界の変化を表す。応答は、高Ｑを有する広帯域であり、データ搬送波信号における下方側波帯（Ｆｃ−Ｆｄａｔａ６８）と上方側波帯（Ｆｃ＋Ｆｄａｔａ６２）との間の範囲に及ぶ。さらに、半分の電力レベル６６は、下方側波帯６８および上方側波帯６２が応答曲線の内側に配置されるように構成されている。これによって、極めて高いＱ値を有するアンテナ応答による送電が促進され、かつ、極めて広帯域の応答による、実質的にひずみが発生しない高速データ伝送が確保される。

本発明に係る特定の実施形態および応用を図示および説明したが、本発明は、ここに開示された形態および構成要素そのものに限定されないことを理解されたい。ここに開示された本発明の方法およびシステムに係る、構成、動作、および、詳細において、本発明の本質および範囲を逸脱することなく、当業者にとっては明白である多種の修正、変更、および、変形がなされてもよい。

Claims (28)

1. 受信部と、
   上記受信部にのみ信号及び電力を無線で供給する送信部と、を備え、
   上記送信部は、上記信号により搬送波を変調させ、かつ、送信アンテナに接続された送信器を備え、
   上記送信アンテナは、第一インダクタを有する並列共振回路と、第二インダクタを有する直列共振回路と、を備え
   上記受信部は、上記第一および第二インダクタに誘電的に結合される、少なくとも１つの第三インダクタを有する受信アンテナを備え、
   上記並列共振回路および上記直列共振回路が直列に接続されている、ワイヤレスインターフェース。
2. ディスプレイを備える、請求項１に記載のインターフェース。
3. 上記受信部が画像表示装置を有する、請求項２に記載のインターフェース。
4. 上記画像表示装置が液晶装置である、請求項３に記載のインターフェース。
5. 上記受信部がディスプレイバックライトを有する、請求項３または４に記載のインターフェース。
6. 高周波識別装置を備える、請求項１に記載のインターフェース。
7. 上記第一および第二インダクタが、ほぼ恒常的に、上記少なくとも１つの第三インダクタに誘電的に結合される、請求項１に記載のインターフェース。
8. 上記第一および第二インダクタが、一時的に、上記少なくとも１つの第三インダクタに誘電的に結合される、請求項１に記載のインターフェース。
9. 上記搬送波が高周波搬送波である、請求項１に記載のインターフェース。
10. 上記第一および第二インダクタがプレーナインダクタである、請求項１に記載のインターフェース。
11. 上記第一および第二インダクタが同一平面上にある、請求項１０に記載のインターフェース。
12. 上記第一および第二インダクタのうちの何れか一方が、他方の内側であって、共に同軸上に配設されている、請求項１１に記載のインターフェース。
13. 上記少なくとも１つの第三インダクタが、上記第一および第二インダクタと同軸上に配設されている、請求項１２に記載のインターフェース。
14. 上記少なくとも１つの第三インダクタがプレーナインダクタである、請求項１に記載のインターフェース。
15. 上記並列共振回路および上記直列共振回路が、異なる周波数に整調される、請求項１に記載のインターフェース。
16. 上記並列共振回路および上記直列共振回路が、実質的に、変調された上記搬送波の各側波帯の周波数に整調される、請求項１５に記載のインターフェース。
17. 上記並列共振回路および上記直列共振回路は、上記搬送波および変調された上記搬送波の側波帯が上記送信アンテナの電力レベルの半分以下の範囲内であるような共振周波数およびＱ値を有する、請求項１に記載のインターフェース。
18. 上記受信アンテナは、上記少なくとも１つの第三インダクタを有するさらに他の共振回路を備える、請求項１に記載のインターフェース。
19. 上記他の共振回路が並列共振回路である、請求項１８に記載のインターフェース。
20. 上記他の共振回路が、変調された上記搬送波における側波帯間の周波数に整調される、請求項１８または１９に記載のインターフェース。
21. 上記他の共振回路は、上記側波帯の周波数の相乗平均に整調される、請求項２０に記載のインターフェース。
22. 上記他の共振回路は、上記搬送波および変調された上記搬送波の側波帯が上記受信アンテナの電力レベルの半分以下の範囲内であるような共振周波数およびＱ値を有する、請求項１８に記載のインターフェース。
23. 上記送信アンテナおよび上記受信アンテナは、上記搬送波および変調された上記搬送波の側波帯が誘導結合の電力レベルの半分以下の範囲内である、請求項１に記載のインターフェース。
24. 上記送信器は、振幅変調、周波数変調、および、位相変調のうちの一つを行う、請求項１に記載のインターフェース。
25. 上記受信部は、上記受信アンテナによって受信される信号を復調するための復調器を備える、請求項１に記載のインターフェース。
26. 上記受信部は、上記受信アンテナによって受信される電力から上記受信部の全体にのみ電力を供給する電力供給部を備える、請求項１に記載のインターフェース。
27. ワイヤレスインターフェースにおける受信部にのみ信号及び電力を無線で供給する、上記ワイヤレスインターフェースのための送信部であって、
    上記信号により搬送波を変調させると共に、第一インダクタを有する並列共振回路と第二インダクタを有する直列共振回路とを備えた送信アンテナに接続されており、
    上記並列共振回路および上記直列共振回路が直列に接続されている、送信部。
28. ワイヤレスインターフェースにおける送信部から、自身にのみ信号及び電力を無線で供給される、上記ワイヤレスインターフェースのための受信部であって、
    上記送信部は、上記信号により搬送波を変調させ、かつ、送信アンテナに接続された送信器を備え、上記送信アンテナは、第一インダクタを有する並列共振回路と、第二インダクタを有する直列共振回路と、を備え、上記並列共振回路および上記直列共振回路が直列に接続されており、
    上記送信部における送信アンテナの第一および第二インダクタに誘電的に結合される、少なくとも１つの第三インダクタを有する受信アンテナを備える、受信部。

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