JP5720370B2 - 通信装置、共振回路、及び、制御電圧の印加方法 - Google Patents
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Description
1.可変容量コンデンサへの制御電圧の印加手法
2.通信装置及び共振回路の構成例
3.各種変形例
まず、本開示における可変容量コンデンサ(可変容量素子)への制御電圧の印加手法の原理を説明する前に、強誘電体材料を用いた可変容量コンデンサの性質、及び、その性質に伴い発生する課題について説明する。
可変容量コンデンサとして一般的に用いられるバリキャップは、有極性であり(電圧印加方向が決まっている)、耐圧が低いという特徴を有する。それに対して、強誘電体材料を用いた可変容量コンデンサは、極性が無い、耐圧が高い、容量の設定自由度が高いなどの利点を有する。
また、非接触通信機能を備える通信装置において、強誘電体材料を用いた可変容量コンデンサを適用する場合、受信信号の待ち受け状態の制御手法(以下、待ち受け手法という)により、可変容量コンデンサのエージング特性の影響が変化する。
そこで、上述した強誘電体材料を用いた可変容量コンデンサの性質及び課題を具体的に検証するために、実際に、様々な検証試験を行い、制御電圧の印加による可変容量コンデンサの容量変化を調べた。
図1に、以下に説明する各種検証試験で用いる測定系の回路構成を示す。測定系1では、強誘電体材料を用いた可変容量コンデンサ2の一方の端子(第1制御端子2a)に、抵抗3を介して、第1制御電圧信号DC1を入力する。また、可変容量コンデンサ2の他方の端子(第2制御端子2b)には、抵抗4を介して、第2制御電圧信号DC2を入力する。すなわち、測定系1では、可変容量コンデンサ2に印加する検証用の制御電圧を、第1制御電圧信号DC1及び第2制御電圧信号DC2の2つの信号パルスにより生成する。
検証試験1では、まず、測定系1において、0.5VrmsのAC信号(バイアス電圧0V)からなる第1の検証用制御電圧を、可変容量コンデンサ2に4時間印加して、可変容量コンデンサ2の容量の経時変化を測定した。さらに、検証試験1では、0.5VrmsのAC信号+バイアス電圧3Vからなる第2の検証用制御電圧を、可変容量コンデンサ2に4時間印加して、可変容量コンデンサ2の容量の経時変化を測定した。なお、この第2の検証用制御電圧を印加する手法は、表1中の「V_MAX」の待ち受け手法に相当する。
次に、図1に示す測定系1において、可変容量コンデンサ2にデューティー比50%のパルス信号(制御電圧)を連続的に印加したときの可変容量コンデンサ2の容量変化を調べた(検証試験2)。この検証試験2における制御電圧の印加手法は、可変容量コンデンサ2に制御電圧を印加しない待ち受け手法(表1中の「V_MIN」の待ち受け手法)に相当する。
本開示では、上述した強誘電体材料を用いた可変容量コンデンサ2のヒステリシス特性及びエージング特性の影響を抑制するために、次のような手法で、可変容量コンデンサ2に制御電圧を印加する。
図6及び7に、本開示の一実施形態に係る可変容量コンデンサ2への制御電圧の印加手法の一例を示す。なお、図6は、可変容量コンデンサ2の第1制御端子2aに印加する第1制御電圧信号DC1、及び、第2制御端子2bに印加する第2制御電圧信号DC2の信号波形例である。また、図7は、本実施形態の可変容量コンデンサ2への制御電圧の印加手法の手順を示すフローチャートである。
検証試験3では、図1に示す測定系1において、図6に示す本実施形態の極性反転ドライブ方式の制御電圧印加手法により、可変容量コンデンサ2に制御電圧を8時間連続して印加した。そして、検証試験3では、上記検証試験2と同様にして、制御電圧の印加開始時及び8時間印加後のそれぞれにおいて、制御電圧3V時(通信時)及び制御電圧0V時(待ち受け時)の各容量を測定した。なお、検証試験3では、可変容量コンデンサ2に8時間、制御電圧を印加しているが、これは、検証試験3における正極性条件及び負極性条件での制御電圧の各印加時間(4時間)を上記検証試験2の測定条件と合わせるためである。
ここで、本実施形態の極性反転ドライブ方式の制御電圧印加手法における可変容量コンデンサ2の容量の可変幅(容量比Cratioの変化量(Δ))の変化特性(経時変化)の特徴をより具体的に説明する。
次に、上記実施形態で説明した極性反転ドライブ方式の制御電圧印加手法を適用した通信装置及び共振回路の一構成例を説明する。
図10に、本実施形態に係る通信装置及び共振回路の概略回路構成を示す。なお、図10には、例えば非接触通信機能を備える情報処理端末等の通信装置の概略回路構成を示す。また、図10では、説明を簡略化するため、通信装置の受信系(復調系)回路部の構成のみを示す。信号の送信系(変調系)回路部を含む他の構成は、従来の通信装置と同様に構成することができる。
[変形例1]
上記実施形態で説明したように、図6に示すようなパルス状の第1制御電圧信号DC1及び第2制御電圧信号DC2は、例えば、電圧発生回路12内において、制御電圧信号毎に電圧源を設けることにより生成することができる。しかしながら、電圧発生回路12の構成はこれに限定されず、図6に示すようなパルス状の第1制御電圧信号DC1及び第2制御電圧信号DC2を個別に生成できる構成であれば、電圧発生回路12を任意に構成することができる。例えば、電圧発生回路12を、1つの電圧源で第1制御電圧信号DC1及び第2制御電圧信号DC2を生成できる構成にしてもよい。変形例1では、その一構成例を説明する。
図6に示す例では、3Vの直流パルス電圧が印加されるタイミングは異なるが、第1制御電圧信号DC1及び第2制御電圧信号DC2の信号波形を同じにする例を説明したが、本開示は、これに限定されない。可変容量コンデンサに対して、正極性条件での制御電圧の印加動作と負極性条件での制御電圧の印加動作とを切り替える(交互に実施する)ことができる第1制御電圧信号DC1及び第2制御電圧信号DC2であれば、任意の制御電圧信号を用いることができる。
図13に、この例で用いる第1制御電圧信号DC1及び第2制御電圧信号DC2の信号波形例を示す。この例では、第1制御電圧信号DC1として、振幅1.2V及びパルス幅2.2secの直流パルス電圧と、振幅1.8V及びパルス幅2.2secの直流パルス電圧とを4.4sec周期で交互に発生させるパルス信号を用いる。また、この例では、第2制御電圧信号DC2として、第1制御電圧信号DC1の振幅1.8V及びパルス幅2.2secの直流パルス電圧の発生タイミングに同期して、振幅3.0V及びパルス幅2.2secの直流パルス電圧を発生させるパルス信号を用いる。
次に、図13に示す極性反転ドライブ方式の制御電圧印加手法を実現するための電圧発生回路の構成例を説明する。図14に、この例の通信装置における電圧発生回路付近の概略回路構成を示す。なお、図14に示すこの例の通信装置において、図10に示す上記実施形態の通信装置100の構成と同じ構成には同じ符号を付して示す。また、この例の通信装置では、電圧発生回路40の構成が上記実施形態と異なること以外は、上記実施形態と同様の構成とする。それゆえ、ここでは、電圧発生回路40の構成についてのみ説明する。
上記実施形態では、第1制御電圧信号DC1の直流パルス電圧の電圧値及びパルス幅(印加時間)と、第2制御電圧信号DC2の直流パルス電圧の電圧値及びパルス幅とをそれぞれ同じにする例を説明した。これは、第1制御電圧信号DC1の印加時(正極性条件時)における可変容量コンデンサのヒステリシス特性(電圧履歴特性)の影響を、第2制御電圧信号DC2の印加時(負極性条件時)においてキャンセルするためである。しかしながら、可変容量コンデンサにおけるヒステリシス特性の影響のキャンセル手法は、この例に限定されない。
上記実施形態では、通信期間毎に、制御電圧の印加条件を正極性条件及び負極性条件間で反転させる例を説明したが、本開示はこれに限定されない。先の通信期間に発生したヒステリシス特性やエージング特性の影響を、例えば待ち受け期間等の通信期間以外の期間でキャンセルするようにしてもよい。変形例4では、その一例を示す。
上述のように、上記実施形態の手法では、極性反転ドライブ方式で制御電圧の印加手法を制御しても、可変容量コンデンサの正極性条件での容量の可変幅の経時変化と、負極性条件でのそれとが若干異なる。それゆえ、正極性条件及び負極性条件間における可変幅の経時変化の差を解消するために、次のような手法で制御電圧を制御してもよい。
上記実施形態では、制御電圧の印加条件を、正極性条件、負極性条件、正極性条件、負極条件…の順で反転させる例(例えば図6及び7参照)を説明したが、本開示はこれに限定されない。可変容量コンデンサのヒステリシス特性やエージング特性の影響をキャンセルできる手法であれば、制御電圧の印加条件の動作順序は任意である。
上記実施形態では、マイナスの制御電圧を生成する電圧源を用いない例を説明したが、本開示はこれに限定されない。プラスの制御電圧を生成する電圧源と、マイナスの制御電圧を生成する電圧源とを用い、それらの2つの電圧源を適宜切り替えることにより、上述した極性反転ドライブ方式の制御電圧印加手法を実現してもよい。
上記実施形態では、待ち受け時の制御電圧を0Vに設定する例を説明したが、本開示は、これに限定されない。上記表1で説明したように、待ち受け時の制御電圧は、例えば通信装置の種類等の条件により変わる。それゆえ、待ち受け時の制御電圧は、例えば通信装置の種類等の条件に応じて適宜変更することができる。
上記実施形態では、極性反転ドライブ方式の制御電圧印加手法を、例えば非接触通信機能を備える情報処理端末等の通信装置の受信部に適用する例を説明したが、本開示はこれに限定されない。
(1)
強誘電体材料で形成された誘電体部を有する可変容量素子を含み、外部と非接触通信を行う共振アンテナと、
前記可変容量素子の容量を制御する制御電圧を生成し、該生成した制御電圧を前記可変容量素子の前記誘電体部に印加し、かつ、前記誘電体部に印加する該制御電圧の印加方向を所定のタイミングで反転させる制御電圧発生部と
を備える通信装置。
(2)
前記制御電圧の印加方向を反転させるタイミングの直前の第1の制御電圧印加動作、及び、直後の第2の制御電圧印加動作の少なくとも一方が、外部との非接触通信動作である
(1)に記載の通信装置。
(3)
前記第1の制御電圧印加動作、及び、前記第2の制御電圧印加動作が、ともに、外部との非接触通信動作である
(2)に記載の通信装置。
(4)
前記第1の制御電圧印加動作が外部との非接触通信動作であり、及び、前記第2の制御電圧印加動作が外部との非接触通信動作以外の動作である
(2)に記載の通信装置。
(5)
前記制御電圧発生部は、前記第1の制御電圧印加動作を所定回数行った後、前記制御電圧の印加方向を反転させて前記第2の制御電圧印加動作を所定回数行う
(2)〜(4)のいずれか一項に記載の通信装置。
(6)
前記所定回数が1回である
(5)に記載の通信装置。
(7)
前記第1の制御電圧印加動作の期間と、前記第2の制御電圧印加動作の期間とが同じ時間長さである
(2)〜(6)のいずれか一項に記載の通信装置。
(8)
前記第2の制御電圧印加動作の期間が、前記第1の制御電圧印加動作の期間より短い
(2)〜(6)のいずれか一項に記載の通信装置。
(9)
強誘電体材料で形成された誘電体部を有する可変容量素子と、
前記可変容量素子の容量を制御する制御電圧を生成し、該生成した制御電圧を前記可変容量素子の前記誘電体部に印加し、かつ、前記誘電体部に印加する該制御電圧の印加方向を所定のタイミングで反転させる制御電圧発生部と
を備える共振回路。
(10)
強誘電体材料で形成された誘電体部を有する可変容量素子と、該可変容量素子の容量を制御する制御電圧を生成し、該生成した制御電圧を前記可変容量素子の前記誘電体部に印加する制御電圧発生部とを有する通信装置の制御電圧発生部が、前記誘電体部に対して所定方向に第1の制御電圧を印加するステップと、
前記制御電圧発生部が、前記所定方向に前記第1の制御電圧を印加した後、所定のタイミングで制御電圧の印加方向を反転させて第2の制御電圧を印加するステップと
を含む制御電圧の印加方法。
Claims (10)
- 強誘電体材料で形成された誘電体部を有する可変容量素子を含み、外部と非接触通信を行う共振アンテナと、
前記可変容量素子の容量を制御する制御電圧を生成し、該生成した制御電圧を前記可変容量素子の前記誘電体部に印加し、かつ、前記誘電体部に印加する該制御電圧の印加方向を所定のタイミングで反転させる制御電圧発生部と
を備える通信装置。 - 前記制御電圧の印加方向を反転させるタイミングの直前の第1の制御電圧印加動作、及び、直後の第2の制御電圧印加動作の少なくとも一方が、外部との非接触通信動作である
請求項1に記載の通信装置。 - 前記第1の制御電圧印加動作、及び、前記第2の制御電圧印加動作が、ともに、外部との非接触通信動作である
請求項2に記載の通信装置。 - 前記第1の制御電圧印加動作が外部との非接触通信動作であり、及び、前記第2の制御電圧印加動作が外部との非接触通信動作以外の動作である
請求項2に記載の通信装置。 - 前記制御電圧発生部は、前記第1の制御電圧印加動作を所定回数行った後、前記制御電圧の印加方向を反転させて前記第2の制御電圧印加動作を所定回数行う
請求項2に記載の通信装置。 - 前記所定回数が1回である
請求項5に記載の通信装置。 - 前記第1の制御電圧印加動作の期間と、前記第2の制御電圧印加動作の期間とが同じ時間長さである
請求項2に記載の通信装置。 - 前記第2の制御電圧印加動作の期間が、前記第1の制御電圧印加動作の期間より短い
請求項4に記載の通信装置。 - 強誘電体材料で形成された誘電体部を有する可変容量素子と、
前記可変容量素子の容量を制御する制御電圧を生成し、該生成した制御電圧を前記可変容量素子の前記誘電体部に印加し、かつ、前記誘電体部に印加する該制御電圧の印加方向を所定のタイミングで反転させる制御電圧発生部と
を備える共振回路。 - 強誘電体材料で形成された誘電体部を有する可変容量素子と、該可変容量素子の容量を制御する制御電圧を生成し、該生成した制御電圧を前記可変容量素子の前記誘電体部に印加する制御電圧発生部とを有する通信装置の制御電圧発生部が、前記誘電体部に対して所定方向に第1の制御電圧を印加するステップと、
前記制御電圧発生部が、前記所定方向に前記第1の制御電圧を印加した後、所定のタイミングで制御電圧の印加方向を反転させて第2の制御電圧を印加するステップと
を含む制御電圧の印加方法。
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