JP5061142B2

JP5061142B2 - トランシーバ

Info

Publication number: JP5061142B2
Application number: JP2009057981A
Authority: JP
Inventors: 誠司矢部
Original assignee: NTT Electronics Corp
Current assignee: NTT Electronics Corp
Priority date: 2009-03-11
Filing date: 2009-03-11
Publication date: 2012-10-31
Anticipated expiration: 2029-03-11
Also published as: JP2010213064A

Description

本発明は、電界伝達媒体に電界を誘起させて信号を送受信するトランシーバに関するものである。

近年においては、人体などの電界伝達媒体に電界を誘起させて行う通信に関する研究がある（非特許文献１参照）。

"Redtacton", [online]、日本電信電話株式会社、[平成２０年２月１日検索]、インターネット[URL: http://www.redracton.com/]

図５は、そのような従来のトランシーバの概略構成を示す図である。

トランシーバは、外付け電極部１Ａと、信号ケーブル２と、送受信回路３とを備える。外付け電極部１Ａは、第１電極１１および第２電極１２を備える。送受信回路３は、図示しない送信回路、受信回路およびこれらを駆動するための制御回路等を含む。外付け電極部１Ａと送受信回路３の間の信号伝送路が理想的に平衡であれば、外部から信号ケーブル２に入るノイズは同相、同強度なので、差動受信によって削除することができる。

しかし、図５のトランシーバでは、実際に信号伝送路（主に信号ケーブル２）を完全に平衡に保つことは不可能である。また、信号伝送路は有限長であり、用途によっては信号ケーブル２を長くする必要がある。例えば、トランシーバの設置場所が制限される場合などを考慮し、最大１００ｍ程度が想定される。このため、情報の送受信を行う信号は、トランシーバの受信及び送信動作時に以下のようなノイズの影響を受ける。受信動作時には、外付け電極部が受信する電界は微少であり、受信回路までの伝送線路（主に信号ケーブル）で受けるノイズの影響が大きい。送信動作時には、外付け電極部に誘起する電界が無線となって空間を伝播することを防止するために、送信回路からの信号を非常に低いレベルに抑えなければならない。このため、外付け電極部までの伝送線路で受けるノイズの影響が大きい。このように、従来のトランシーバでは、外部ノイズの影響が大きいという問題点があった。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、外付け電極部までの伝送線路に入るノイズの影響を低減できるトランシーバを提供することにある。

第１の本発明に係るトランシーバは、第１電極および第２電極と、第１伝送線路および第２伝送線路と、送信期間において、前記第１伝送線路の一方端と第２伝送線路の一方端の間に信号を印加し、受信期間において、当該一方端の間の信号を受信する送受信回路と、送信期間において、前記第１伝送線路の他方端と第２伝送線路の他方端の間の信号を減衰させて前記第１電極と第２電極の間に印加し、受信期間において、前記第１電極と第２電極の間の信号を増幅して前記他方端の間に印加するレベル調整回路とを備えることを特徴とする。

第２の本発明に係るトランシーバは、第１電極および第２電極と、第１伝送線路および第２伝送線路と、第１導体および第２導体と、送信期間において、前記第１導体と第２導体の間に信号を印加し、受信期間において、前記第１導体と第２導体の間の信号を受信する送受信回路と、送信期間において、前記第１導体と第２導体の間の信号に直流を重畳させて前記第１伝送線路の一方端と第２伝送線路の一方端の間に印加し、受信期間において、当該一方端の間の信号を第１導体と第２導体の間に印加する直流重畳回路と、送信期間において、前記第１伝送線路の他方端と第２伝送線路の他方端の間の信号を減衰させて前記第１電極と第２電極の間に印加し、受信期間において、前記第１電極と第２電極の間の信号を増幅して当該他方端の間に印加するレベル調整回路とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、外付け電極部までの伝送線路に入るノイズの影響を低減することができる。

本発明の第１の実施の形態に係るトランシーバの概略構成を示す図である。図１に示す実施の形態に係るトランシーバの詳細構成を示す図である。本発明の第２の実施の形態に係るトランシーバの概略構成を示す図である。図３に示すトランシーバの詳細構成を示す図である。従来のトランシーバの概略構成を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

［第１の実施の形態］
図１は、第１の実施の形態に係るトランシーバの概略構成を示す図であり、図２は、図１に示すトランシーバの詳細構成を示す図である。

トランシーバは、人体などを電界伝達媒体として、図示しない相手のトランシーバと半２重の通信を行うものであり、外付け電極部１と、信号ケーブル２と、送受信回路３とを備える。外付け電極部１は、第１電極１１および第２電極１２、レベル調整回路１３を備える。信号ケーブル２は、第１伝送線路２１および第２伝送線路２２を備える。

送受信回路３は、相手に信号を送信する送信期間において、第１伝送線路２１の一方端２１Ａと第２伝送線路２２の一方端２２Ａの間に信号を印加する。なお、本実施の形態で信号は、相手に伝達すべき情報を含む交流信号である。信号ケーブル２には、周囲の空間を伝播してきたノイズが入るが、送受信回路３は、ノイズの大きさに対する信号の大きさの割合（ＳＮ比）を大きくするために、大きな信号を印加する。送受信回路３は、信号レベルを大きくできるのである。

レベル調整回路１３は、抵抗成分を有するアッテネータ１３１および差動増幅器１３２と、第１電極１１をアッテネータ１３１の一方端１３１Ａまたは差動増幅器１３２の第１入力端子１３２Ａに接続するスイッチ１３３と、第１伝送線路２１の他方端２１Ｂをアッテネータ１３１の他方端１３１Ｂに接続するまたは切り離すスイッチ１３４と、差動増幅器１３２の出力端子に接続された一方端１３５Ａを有するキャパシタンス（静電容量を有する素子）１３５と、第１伝送線路２１の他方端２１Ｂをキャパシタンス１３５の他方端１３５Ｂに接続するまたは切り離すスイッチ１３６とを備える。第２電極１２と第２伝送線路２２の他方端２２Ｂと差動増幅器１３２の第２入力端子１３２Ｂと差動増幅器１３２のグラウンド端子は互いに接続される。各スイッチは、ソレノイドＳを有している。ソレノイドＳは、導体片とコイルと可動鉄心（不図示）を有し、コイルに電力を供給することで、可動鉄心が動き、導体片も連動するようになっている。

送受信回路３は、外付け電極部１へ送信受信切り替え信号３１を送信する。送信期間においては、送信受信切り替え信号３１により送信を指示する。これにより、各ソレノイドＳへの電力の供給が停止される。スイッチ１３３は、第１電極１１をアッテネータ１３１の一方端１３１Ａに接続する。スイッチ１３４は、第１伝送線路２１の他方端２１Ｂをアッテネータ１３１の他方端１３１Ｂに接続する。スイッチ１３６は、第１伝送線路２１の他方端２１Ｂをキャパシタンス１３５の他方端から切り離す。

これにより、第１伝送線路２１の他方端２１Ｂと第２伝送線路２２の他方端２２Ｂの間に生じた信号が、アッテネータ１３１で減衰する。減衰した信号は第１電極１１と第２電極１２の間（以下、電極間という）に印加される。

ここでレベル調整回路１３は、電極間に生じる電界が無線信号となって空間を伝播し、周囲に悪影響を及ぼさないような大きさまで信号を減衰する。これにより、信号ケーブル２に入るノイズに起因する周囲環境への悪影響が低減される。

例えば、第１電極１１は、大地との間に電界を生じさせ、第２電極１２は、図示しない電界伝達媒体との間に電界を生じさせる。相手のトランシーバは大地と電界伝達媒体を介して信号を受信する。電極間の信号は減衰しているので、受信される信号も小さい。しかし、信号ケーブル２におけるＳＮ比を大きくしたので、受信される信号におけるＳＮ比も大きい。よって、相手のトランシーバは、本来の信号を容易に取り出すことができる。つまり、信号ケーブル２に入るノイズに起因する相手のトランシーバでの悪影響が低減される。

一方、受信期間において、相手のトランシーバは信号を生じさせ、信号に応じた電界を大地と電界伝達媒体の間に生じさせる。これにより、例えば、電界伝達媒体と第１電極１１との間に電界が生じ、大地と第２電極１２との間に電界が生じ、電極間に、相手のトランシーバからの信号に応じた信号が生じる。

送受信回路３は、受信期間においては、送信受信切り替え信号３１により受信を指示する。これにより、受信期間において、レベル調整回路１３の各ソレノイドＳおよび差動増幅器１３２に電力が供給される。スイッチ１３３は、第１電極１１を差動増幅器１３２の第１入力端子１３２Ａに接続する。スイッチ１３４は、第１伝送線路２１の他方端２１Ｂをアッテネータ１３１から切り離す。スイッチ１３６は、第１伝送線路２１の他方端２１Ｂをキャパシタンス１３５の他方端に接続する。

これにより、電極間に生じた信号が差動増幅器１３２で増幅され、増幅された信号が、第１伝送線路２１の他方端２１Ｂと第２伝送線路２２の他方端２２Ｂの間に印加される。送受信回路３は、信号ケーブル２を介して信号を受信する。信号ケーブル２にはノイズが入るが、レベル調整回路１３は信号を増幅しているので、信号ケーブル２におけるＳＮ比は大きく、よって、送受信回路３は、本来の信号を容易に取り出すことができる。つまり、信号ケーブル２に入るノイズに起因する自身のトランシーバでの悪影響を低減することができる。

以上説明したように、第１の実施の形態に係るトランシーバは、第１電極１１および第２電極１２と、第１伝送線路２１および第２伝送線路２２と、送信期間において、第１伝送線路２１の一方端２１Ａと第２伝送線路２２の一方端２２Ａの間に信号を印加し、受信期間において、当該一方端の間の信号を受信する送受信回路３と、送信期間において、第１伝送線路２１の他方端２１Ｂと第２伝送線路２２の他方端２２Ｂの間の信号を減衰させて第１電極１１と第２電極１２の間に印加し、受信期間において、第１電極１１と第２電極１２の間の信号を増幅して他方端２１Ｂ、２２Ｂの間に印加するレベル調整回路１３とを備える。

詳しくは、第２電極１２と第２伝送線路２２の他方端２２Ｂとが互いに接続され、レベル調整回路１３は、アッテネータ１３１および差動増幅器１３２と、第１電極１１をアッテネータ１３１の一方端１３１Ａまたは差動増幅器１３２の第１入力端子１３２Ａに接続するスイッチ１３３と、第１伝送線路２１の他方端２１Ｂをアッテネータ１３１の他方端１３１Ｂに接続するまたは切り離すスイッチ１３４と、差動増幅器１３２の出力端子に接続された一方端１３５Ａを有するキャパシタンス１３５と、第１伝送線路２１の他方端２１Ｂをキャパシタンス１３５の他方端１３５Ｂに接続するまたは切り離すスイッチ１３６とを備える。

したがって、送信期間および受信期間において、信号ケーブル２におけるＳＮ比を大きくでき、その結果、ノイズの影響を低減することができる。

［第２の実施の形態］
図３は、第２の実施の形態に係るトランシーバの概略構成を示す図であり、図４は、図３に示すトランシーバの詳細構成を示す図である。

トランシーバは、第１の実施の形態に係るトランシーバに類似した構成であり、同一の構成要素には同一符号を付与する。以下、第１の実施の形態との差異を説明する。

トランシーバは、外付け電極部１と、信号ケーブル２と、送受信回路３と、直流重畳回路４を備える。

送受信回路３は、送信期間において、第１導体５１と第２導体５２の間に信号を印加する。送受信回路３は、信号ケーブル２におけるＳＮ比を大きくするために、大きな信号を印加する。

直流重畳回路４は、導体４１および直流電源４２と、直流電源４２の一方の電極４２Ａに接続された一方端４３Ａを有するキャパシタンス４３と、第１伝送線路２１の一方端２１Ａを直流電源４２の他方の電極４２Ｂまたは導体４１に接続するスイッチ４４と、第１導体５１をキャパシタンス４３の他方端４３Ｂまたは導体４１に接続するスイッチ４５とを備える。第２導体５２と第２伝送線路２２の一方端２２Ａは互いに接続される。各スイッチは、ソレノイドＳを有している。

送受信回路３は、直流重畳回路４へ送信受信切り替え信号３１を送信する。送信期間においては、送信受信切り替え信号３１により送信を指示する。これにより、直流重畳回路４の各ソレノイドＳへの電力の供給が停止される。この場合、スイッチ４４は、第１伝送線路２１の一方端２１Ａを導体４１に接続する。スイッチ４５は、第１導体５１を導体４１に接続する。

これにより、第１導体５１と第２導体５２の間に印加された信号が、第１伝送線路２１の一方端２１Ａと第２伝送線路２２の一方端２２Ａの間に印加され、第１伝送線路２１の他方端２１Ｂと第２伝送線路２２の他方端２２Ｂの間に信号が生じる。

レベル調整回路１３は、第１の実施の形態の構成に加え、差動増幅器１３２の電源端子に接続された一方端を有するインダクタ（インダクタンスを有する素子）１３７を備える。スイッチ１３４は、第１伝送線路２１の他方端２１Ｂをアッテネータ１３１の他方端１３１Ｂまたはインダクタ１３７の他方端に接続するようになっている。

送信期間において、第１伝送線路２１の他方端２１Ｂと第２伝送線路２２の他方端２２Ｂの間に生じた信号が、レベル調整回路１３の各ソレノイドＳに供給される。信号は、各ソレノイドＳの可動鉄心を動かすだけのエネルギをもたない。この場合、スイッチ１３３は、第１電極１１をアッテネータ１３１の一方端１３１Ａに接続する。スイッチ１３４は、第１伝送線路２１の他方端２１Ｂをアッテネータ１３１の他方端１３１Ｂに接続する。スイッチ１３６は、第１伝送線路２１の他方端２１Ｂをキャパシタンス１３５の他方端１３５Ｂから切り離す。

これにより、第１伝送線路２１の他方端２１Ｂと第２伝送線路２２の他方端２２Ｂの間に生じた信号が、アッテネータ１３１で減衰する。減衰した信号は電極間に印加される。ここでレベル調整回路１３は、電極間に生じる電界が無線信号となって空間を伝播し、周囲に悪影響を及ぼさないような大きさまで信号を減衰する。これにより、周囲環境への悪影響が低減される。

第１の実施の形態と同様に、相手のトランシーバは信号を受信し、その際、本来の信号を容易に取り出すことができる。

第１の実施の形態と同様に、受信期間において、電極間には、相手のトランシーバからの信号に応じた信号が印加される。

送受信回路３は、受信期間においては、送信受信切り替え信号３１により受信を指示する。これにより、受信期間において、直流重畳回路４の各ソレノイドＳに電力が供給される。スイッチ４４は、第１伝送線路２１の一方端２１Ａを直流電源４２の他方の電極４２Ｂに接続する。スイッチ４５は、第１導体５１をキャパシタンス４３の他方端４３Ｂに接続する。

これにより、受信期間において、第１伝送線路２１の一方端２１Ａと第２伝送線路２２の一方端２２Ａの間の信号に直流が重畳される。

受信期間において、この直流が重畳された信号が、レベル調整回路１３の各ソレノイドＳに供給される。直流は、各ソレノイドＳの可動鉄心を動かすのに十分なエネルギをもつ。これにより、スイッチ１３３は、第１電極１１を差動増幅器１３２の第１入力端子１３２Ａに接続する。スイッチ１３６は、第１伝送線路２１の他方端２１Ｂをキャパシタンス１３５の他方端１３５Ｂに接続する。スイッチ１３４は、第１伝送線路２１の他方端２１Ｂをインダクタ１３７の他方端に接続する。インダクタ１３７は、信号中の直流だけを通過させ、その直流が電源として差動増幅器１３２に供給される。

これにより、電極間に生じた信号が差動増幅器１３２で増幅され、増幅した信号が、第１伝送線路２１の一方端２１Ａと第２伝送線路２２の一方端２２Ａの間に印加される。信号が信号ケーブル２を伝播する際、信号ケーブル２にはノイズが入るが、レベル調整回路１３は信号を増幅しているので、信号ケーブル２におけるＳＮ比は大きい。

送受信回路３は、直流重畳回路４を介して、その信号を受信する。信号ケーブル２におけるＳＮ比は大きく、送受信回路３は、本来の信号を容易に取り出すことができる。

以上説明したように、第２の実施の形態に係るトランシーバは、第１電極１１および第２電極１２と、第１伝送線路２１および第２伝送線路２２と、第１導体５１および第２導体５２と、送信期間において、第１導体５１と第２導体５２の間に信号を印加し、受信期間において、第１導体５１と第２導体５２の間の信号を受信する送受信回路３と、送信期間において、第１導体５１と第２導体５２の間の信号に直流を重畳させて第１伝送線路２１の一方端２１Ａと第２伝送線路２２の一方端２２Ａの間に印加し、受信期間において、一方端２１Ａ、２２Ａの間の信号を第１導体５１と第２導体５２の間に印加する直流重畳回路４と、送信期間において、第１伝送線路２１の他方端２１Ｂと第２伝送線路２２の他方端２２Ｂの間の信号を減衰させて第１電極１１と第２電極１２の間に印加し、受信期間において、第１電極１１と第２電極１２の間の信号を増幅して他方端２１Ｂ、２２Ｂの間に印加するレベル調整回路１３とを備える。

詳しくは、第２電極１２と第２伝送線路２２の他方端２２Ｂとが互いに接続され、レベル調整回路１３は、アッテネータ１３１、差動増幅器１３２および差動増幅器１３２の電源端子に接続された一方端を有するインダクタ１３７と、第１電極１１をアッテネータ１３１の一方端１３１Ａまたは差動増幅器１３２の第１入力端子１３２Ａに接続するスイッチ１３３と、第１伝送線路２１の他方端２１Ｂをアッテネータ１３１の他方端１３１Ｂまたはインダクタ１３７の他方端に接続するスイッチ１３４と、差動増幅器１３２の出力端子に接続された一方端１３５Ａを有するキャパシタンス１３５と、第１伝送線路２１の他方端２１Ｂをキャパシタンス１３５の他方端１３５Ｂに接続するまたは切り離すスイッチ１３６とを備え、第２導体５２と第２伝送線路２２の一方端２１Ａとが互いに接続され、直流重畳回路４は、導体４１および直流電源４２と、直流電源４２の一方の電極４２Ａに接続された一方端４３Ａを有するキャパシタンス４３と、第１伝送線路２１の一方端２１Ａを直流電源４２の他方の電極４２Ｂまたは導体４１に接続するスイッチ４４と、第１導体５１をキャパシタンス４３の他方端４３Ｂまたは導体４１に接続するスイッチ４５とを備える。

したがって、送信期間および受信期間において、信号ケーブル２におけるＳＮ比を大きくでき、その結果、ノイズの影響を低減することができる。また、信号の直流を重畳させ、この直流をレベル調整回路１３における電力源としたので、レベル調整回路１３内にバッテリーを備えたり、レベル調整回路１３に対して別途電力を供給したりする必要がなく、例えば、信号ケーブル２を長くする場合に好適である。

１…外付け電極部
２…信号ケーブル
３…送受信回路
４…直流重畳回路
１１…第１電極
１２…第２電極
１３…レベル調整回路
２１…第１伝送線路
２１Ａ…第１伝送線路２１の一方端
２１Ｂ…第１伝送線路２１の他方端
２２…第２伝送線路
２２Ａ…第２伝送線路２２の一方端
２２Ｂ…第２伝送線路２２の他方端
３１…送信受信切り替え信号
４１…導体
４２…直流電源
４２Ａ…直流電源４２の一方の電極
４２Ｂ…直流電源４２の他方の電極
４３…キャパシタンス
４３Ａ…キャパシタンスの一方端
４３Ｂ…キャパシタンスの他方端
４４、４５、１３３、１３４、１３６…スイッチ
５１…第１導体
５２…第２導体
１３１…アッテネータ
１３１Ａ…アッテネータ１３１の一方端
１３１Ｂ…アッテネータ１３１の他方端
１３２…差動増幅器
１３２Ａ…差動増幅器１３２の第１入力端子
１３２Ｂ…差動増幅器１３２の第２入力端子
１３５…キャパシタンス
１３５Ａ…キャパシタンス１３５の一方端
１３５Ｂ…キャパシタンス１３５の他方端
１３７…インダクタ

Claims

第１電極および第２電極と、
第１伝送線路および第２伝送線路と、
送信期間において、前記第１伝送線路の一方端と第２伝送線路の一方端の間に信号を印加し、受信期間において、当該一方端の間の信号を受信する送受信回路と、
送信期間において、前記第１伝送線路の他方端と第２伝送線路の他方端の間の信号を減衰させて前記第１電極と第２電極の間に印加し、受信期間において、前記第１電極と第２電極の間の信号を増幅して前記他方端の間に印加するレベル調整回路と
を備えることを特徴とするトランシーバ。
前記第２電極と前記第２伝送線路の他方端とが互いに接続され、
前記レベル調整回路は、
アッテネータおよび差動増幅器と、
前記第１電極を前記アッテネータの一方端または前記差動増幅器の第１入力端子に接続するスイッチと、
前記第１伝送線路の他方端を前記アッテネータの他方端に接続するまたは切り離すスイッチと、
前記差動増幅器の出力端子に接続された一方端を有するキャパシタンスと、
前記第１伝送線路の他方端を前記キャパシタンスの他方端に接続するまたは切り離すスイッチと
を備えることを特徴とする請求項１記載のトランシーバ。
第１電極および第２電極と、
第１伝送線路および第２伝送線路と、
第１導体および第２導体と、
送信期間において、前記第１導体と第２導体の間に信号を印加し、受信期間において、前記第１導体と第２導体の間の信号を受信する送受信回路と、
送信期間において、前記第１導体と第２導体の間の信号に直流を重畳させて前記第１伝送線路の一方端と第２伝送線路の一方端の間に印加し、受信期間において、当該一方端の間の信号を第１導体と第２導体の間に印加する直流重畳回路と、
送信期間において、前記第１伝送線路の他方端と第２伝送線路の他方端の間の信号を減衰させて前記第１電極と第２電極の間に印加し、受信期間において、前記第１電極と第２電極の間の信号を増幅して当該他方端の間に印加するレベル調整回路と
を備えることを特徴とするトランシーバ。
前記第２電極と前記第２伝送線路の他方端とが互いに接続され、
前記レベル調整回路は、
アッテネータ、差動増幅器および前記差動増幅器の電源端子に接続された一方端を有するインダクタと、
前記第１電極を前記アッテネータの一方端または前記差動増幅器の第１入力端子に接続するスイッチと、
前記第１伝送線路の他方端を前記アッテネータの他方端または前記インダクタの他方端に接続するスイッチと、
前記差動増幅器の出力端子に接続された一方端を有するキャパシタンスと、
前記第１伝送線路の他方端を前記キャパシタンスの他方端に接続するまたは切り離すスイッチと
を備え、
前記第２導体と前記第２伝送線路の一方端とが互いに接続され、
前記直流重畳回路は、
導体および直流電源と、
前記直流電源の一方の電極に接続された一方端を有するキャパシタンスと、
前記第１伝送線路の一方端を前記直流電源の他方の電極または前記導体に接続するスイッチと、
前記第１導体を前記キャパシタンスの他方端または前記導体に接続するスイッチと
を備えることを特徴とする請求項３載のトランシーバ。