JP6377290B1

JP6377290B1 - 通信システム

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Publication number: JP6377290B1
Application number: JP2018036814A
Authority: JP
Inventors: 聡人野田
Original assignee: 学校法人南山学園
Priority date: 2018-03-01
Filing date: 2018-03-01
Publication date: 2018-08-22
Anticipated expiration: 2038-03-01
Also published as: JP2019153891A

Abstract

【課題】本明細書は、小型で省電力の送信器を含む通信システムを提供する。
【解決手段】通信システム２は、キャリア発生器１０と、送信器２０を備えている。キャリア発生器１０は、抵抗素子１２を介して第１キャリア信号と第２キャリア信号を通信線３に供給する。送信器２０は、デジタル通信回路２３と、第１フィルタ２１と、第２フィルタ２２を備えている。デジタル通信回路２３は、オープンドレイン出力の第１信号端子２３１と第２信号端子２３２を有している。第１フィルタ２１は、入力端２１１が通信線３に接続されているとともに出力端２１２が第１信号端子２３１に接続されている。第１フィルタ２１は、第１信号端子２３１が第１状態のときに第１周波数における入力インピーダンスがインピーダンス閾値よりも小さくなり、第１信号端子２３１が第２状態のときに第１周波数における入力インピーダンスがインピーダンス閾値よりも大きくなる。
【選択図】図１

Description

本明細書が開示する技術は、通信システムに関する。特に、回路規模と消費電力が小さい送信器を含む通信システムに関する。

衣服に複数のセンサを取り付け、その複数のセンサの情報を集約して、人の各部の状態のデータを収集するシステム（ウエアラブルセンサシステム）が研究されている（非特許文献１、２）。そのようなシステムに対する要求として、（１）データ収集装置と各センサの間の通信線の数が少ないこと、（２）各センサの消費電力が小さいこと、（３）小型であること、が挙げられる。

非特許文献１には、上記（１）と（３）に関する技術が開示されている。非特許文献１に開示されたシステムでは、絶縁シートを挟んで表裏が夫々導電性を有している多層の布を衣服に用いる。その布のおもて面にセンサの第１信号端子を接触させるともに裏面に第２信号端子を接触させ、２線で通信と電力供給を行う。２線による通信と電力供給には、時分割方式が採用されている。２線で電力供給が行えるので、上記（１）の要求に貢献する。また、センサの外部から電力が供給されるので、センサ自体は電源を備えずともよく、センサが小型化できる。即ち、上記（３）の要求にも貢献する。

非特許文献２には、２線による通信と電力供給を周波数分割で行う技術が開示されている。周波数分割方式を採用することで、複数の信号を２線（一方は信号線、他方はグランド線）で同時に伝送することができる。

ところで、よく使われる通信方式のひとつに振幅偏移変調（ＡＳＫ変調）がある。一般に、振幅偏移変調方式の通信器（送信器）は、キャリア発生器と、キャリア信号を振幅変調する変調器を備えている（例えば、特許文献１、２）。

J. Akita, T. Shinmura, and M. Toda, "Flexible network infrastructure for wearable computing using conductive fabric and its evaluation", in IEEE ICDCSW’06, July 2006, p. 65. Akihito Noda and Hiroyuki Shinoda, "Frequency-Division-Multiplexed Signal and Power Transfer for Wearable Devices Networked via Conductive Embroideries on a Cloth", 2017 IEEE MTT-S International Microwave Symposium Proceedings, pp. 1-4, TUIF1-21, June 2017.

特開２０１７−２１２５４０号公報特開２００６−０５００８４号公報

２線で複数の信号を同時に伝達するには周波数分割方式が優れている。従来の周波数分割方式では、送信器は、夫々が個別に振幅変調された複数の周波数の信号を出力する。上記したように、送信器は、キャリア信号を発生させるキャリア発生器と、キャリア信号を振幅変調する変調器を備える必要があった。キャリア発生器は電力を消費する。また、従来の変調器は、アナログ信号増幅器等の能動素子を必要とした。送信器からキャリア発生器と、能動素子を含む振幅変調器を省くことができれば、上記した要求（２）（消費電力の抑制）と上記した要求（３）（小型化）に貢献することができる。本明細書は、消費電力の抑制と小型化に貢献する送信器を含む通信システムを開示する。なお、本明細書が開示する技術は、上記したウエアラブルセンサシステムに好適であるが、ウエアラブルセンサシステムに限定されるものではない。

本明細書が開示する通信システムは、キャリア発生器と送信器を備えている。キャリア発生器は、インピーダンス素子を介して第１周波数の第１キャリア信号と第２周波数の第２キャリア信号を通信線に供給する。送信器は、キャリア発生器から独立して通信線に接続されている。即ち、送信器がキャリア発生器を備えている必要が無い。先のウエアラブルセンサシステムに適用する場合には、データ収集装置のみがキャリア発生器を備えていればよく、衣服に配置する複数のセンサは送信器のみを備えていればよい。

送信器は、デジタル通信回路と、第１アナログフィルタと、第２アナログフィルタを備えている。デジタル通信回路は、グランドに接続される第１状態とグランドから遮断される第２状態を切り換え可能な第１信号端子と第２信号端子を備えている。第１状態と第２状態を切り換え可能な端子の典型は、オープンドレイン出力タイプ又はオープンコレクタ出力タイプの信号端子である。なお、「オープンドレイン出力」とは、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）での呼び名であり、「オープンコレクタ出力」とは、バイポーラタイプのトランジスタでの呼び名であって、機能の上で両者に相違はない。以下では、理解を助けるために、第１状態と第２状態を切り換えることが可能な信号端子として、オープンドレイン出力タイプを例に説明を続ける。

第１アナログフィルタは、その入力端が通信線に接続されているとともに出力端が第１信号端子に接続されている。第１アナログフィルタは、第１信号端子が第１状態のときに第１周波数における入力インピーダンスがインピーダンス閾値よりも小さくなり、第１信号端子が第２状態のときに第１周波数における入力インピーダンスがインピーダンス閾値よりも大きくなる。さらに、第１アナログフィルタは、第１信号端子の状態に関わらずに、第２周波数における入力インピーダンスがインピーダンス閾値よりも高い状態に保持されている。

第２アナログフィルタは、第２信号端子が第１状態のときに第２周波数における入力インピーダンスがインピーダンス閾値よりも小さくなり、第２信号端子が第２状態のときに第２周波数における入力インピーダンスがインピーダンス閾値よりも大きくなる。さらに第２アナログフィルタは、第２信号端子の状態に関わらずに、第１周波数における入力インピーダンスがインピーダンス閾値よりも高い状態に保持されている。

以下、説明を簡略化するため、第１（第２）アナログフィルタを、単純に第１（第２）フィルタと称する。

第１フィルタと第１信号端子の上記した組み合わせは、第１信号端子の状態に応じて、通信線上の第１キャリア信号の振幅を変化させることができる。第１信号端子の状態は、第２キャリア信号に影響しない。また、第２フィルタと第２信号端子の上記した組み合わせは、第２信号端子の状態に応じて、通信線上の第２キャリア信号の振幅を変化させることができる。第２信号端子の状態は、第１キャリア信号に影響しない。第１フィルタと第１信号端子の組み合わせ、及び、第２フィルタと第２信号端子の組み合わせが変調器の機能を果たす。特定の周波数特性を有するアナログフィルタは受動素子のみで実現可能であるから、本明細書が開示する通信システムは、送信器が、キャリア発生器と、従来の変調器（アナログ信号増幅器などの能動素子を含むデバイス）を備える必要がない。本明細書が開示する通信システムは、送信器を小型低消費電力で実現することができる。

ここで、第１フィルタと第１信号端子の組み合わせが変調器の機能を果たす原理を概説する。

オープンドレイン出力タイプの第１信号端子は、デジタル通信回路内でトランジスタ（ＦＥＴ）のドレインに接続されている。トランジスタのソースはグランドに接続されている。トランジスタがオンのとき、第１信号端子はグランドに接続される。トランジスタがオフのとき、第１信号端子はグランドから絶縁される。以下では、説明の便宜上、第１信号端子がグランドに接続されている状態（上記した第１状態）を、低インピーダンス状態と称し、第１信号端子がグランドから遮断されている状態（上記した第２状態）を、高インピーダンス状態と称することにする。

第１キャリア信号と第２キャリア信号の周波数帯域は、１〜１００［ＭＨｚ］程度であり、そのような周波数帯域においては、オフ状態のトランジスタはキャパシタンス要素として振る舞う。オン状態のときには抵抗要素として振る舞う。トランジスタがキャパシタンス要素として振る舞うとき、第１フィルタのインダクタンス要素と共振現象が生じ、第１フィルタの入力インピーダンスが影響を受ける。即ち、トランジスタのオンオフ切換により、第１フィルタの入力インピーダンスを変化させることができる。トランジスタがオフしたときのドレイン／ソース間の容量は測定すれば判明する。第１フィルタのインダクタンス要素を適宜に調整すれば、トランジスタがオンしたとき（トランジスタが抵抗要素として振る舞うとき）、第１周波数における第１フィルタの入力インピーダンスを低くするとともに、トランジスタがオフしたとき（トランジスタがキャパシタンス要素として振る舞うとき）、第１周波数における第１フィルタの入力インピーダンスを高くすることができる。第１周波数と第２周波数が適度に離れていれば、第１信号端子の状態に関わらずに、第２周波数に対する入力インピーダンスを常に高く保つようにすることは、アナログフィルタの設計理論から容易に実現できる。

キャリア発生器はインピーダンス要素を介して通信線と接続されているので、第１フィルタの第１周波数における入力インピーダンスが下がると、通信線における第１キャリア信号の電圧振幅が小さくなる。例えて言うなら、第１周波数において、通信線のキャリア発生器側の抵抗（インピーダンス）に対する第１フィルタ側の抵抗（インピーダンス）が下がることで、キャリア発生器の出力端電圧（出力端における第１キャリア信号の電圧振幅）に対する通信線の分圧（通信線における第１キャリア信号の電圧振幅）が下がる。第１信号端子の状態は、第２キャリア信号には影響しない。こうして、振幅変調が実現される。第２信号端子と第２フィルタの組み合わせについても同様である。第１フィルタと第１信号端子の組み合わせと、第２フィルタと第２信号端子の組み合わせが、それぞれ、変調器の機能を実現する。

なお、次の点に留意されたい。一般に、アナログフィルタとは、特定の周波数の信号を通過させ、別の特定の周波数の信号を遮断する機能を有している。この機能は、特定の周波数ではアナログフィルタの入力インピーダンスが低くなっており、別の特定の周波数では入力インピーダンスが高くなっていることで達成される。本明細書が開示する技術では、アナログフィルタの出力端にキャパシタンス（オフ状態のトランジスタ）を接続すると、アナログフィルタの入力インピーダンスが変化することに着目する。先に述べたように、直列に接続された２個の抵抗の抵抗比を変えることで中点の分圧が変化するように、キャリア発生器側のインピーダンス要素と「第１フィルタ＋第１信号端子」との第１周波数におけるインピーダンス比が変化することで、通信線における分圧、即ち、キャリア信号の電圧振幅が変化する。この現象を利用して、本明細書が開示する通信システムは、振幅変調を実現している。本明細書が開示する技術では、アナログフィルタとオープンドレイン出力タイプの信号端子の組み合わせで変調器という一つの機能を実現する。本明細書では、第１（第２）フィルタという用語を用いているが、それらが第１（第２）周波数において本来のフィルタとして機能しているのではないことに留意されたい。なお、第１（第２）フィルタは、第２（第１）キャリア信号に対しては、アナログフィルタの本来の機能である信号遮断機能を備えている。

上記の説明より、インピーダンス閾値は、キャリア発生器側のインピーダンス要素の大きさと、デジタル信号の「０」と「１」の夫々に対応するキャリア信号の電圧振幅に要求される電圧差に基づいて定まることが理解される。

本明細書が開示する通信システムの送信器は、振幅変調したキャリア信号を出力するのではなく、送信器とは別個に用意されたキャリア発生器が供給するキャリア信号を、上記したフィルタと信号端子の組み合わせによって振幅変調する。本明細書が開示する通信システムでは、送信器がキャリア発生器を備えないので、送信器の小型化と消費電力の抑制に貢献できる。さらに、変調機能を実現する回路が、アナログ信号増幅器などの能動素子を必要としないことも、小型化と消費電力の抑制に貢献する。

上記した送信器から送信される信号を受ける受信器は、振幅変調された第１／第２キャリア信号の夫々を復調する復調器を備えていればよい。復調器は、公知のデバイスでよい。

本明細書が開示する通信システムは、所定の直流電力を通信線に供給する電源をさらに備えているとともに、デジタル通信回路の駆動電力入力端が通信線に接続されているとよい。デジタル通信回路は、通信線に供給されている直流電力で動作することができる。即ち、送信器に電源を備える必要がなくなる。

本明細書が開示する通信システムは、それぞれが上記した送信器と受信器を含んでいる第１通信装置と第２通信装置を備えているとよい。第１通信装置（第２通信装置）の送信器によって変調された第１／第２キャリア信号を第２通信装置（第１通信装置）の受信器が復調することができる。従って、小型で消費電力の小さい双方向通信システムを実現することができる。

２種類の信号を同時に送信（受信）できる場合は、広く普及しているＩ２Ｃ（Inter-Integrated-Circuit）の通信規格を採用するとよい。即ち、一方の信号をシリアルクロック信号（ＳＣＬ信号）とし、他方の信号をシリアルデータ信号（ＳＤＡ信号）としてもよい。その場合、第１信号端子と第２信号端子は、それぞれ、Ｉ２Ｃ通信規格のシリアルクロック端子（ＳＣＬ端子）とシリアルデータ端子（ＳＤＡ端子）に対応していればよい。Ｉ２Ｃ通信規格のデジタル回路は広く普及しており安価であるため、小型で低消費電力の双方向通信システムを安価で実現することができる。加えて、Ｉ２Ｃ通信規格では、ＳＣＬ端子とＳＤＡ端子はともにオープンドレイン出力であると定められているので、本明細書が開示する技術との親和性がよい。

他方、キャリア発生器は、周波数の異なる３種類以上のキャリア信号を供給し、送信器は、夫々のキャリア信号に対応するフィルタと、上記した信号端子を備えていてもよい。３種類以上のキャリア信号を採用することで、パラレル通信が可能となる。

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

第１実施例の通信システムのブロック図である。通信線で伝送されるキャリア信号の一例を示す波形図である。第１フィルタの入力インピーダンスの望ましい周波数特性を示す図である。第１フィルタと第１信号端子と第１トランジスタの等価回路図である。Ｚ_１２＝Ｚ_２１＝Ｚｘとしたときの一般的なＴ型フィルタの回路図である。図５の回路図からＺ１１を消去した回路図である。図７（Ａ）と図７（Ｂ）は、インダクタンス要素とキャパシタンス要素を用いて表した第１フィルタの回路図である（２番目の周波数に対する要件は未充足）。図８（Ａ）は、第１周波数＜第２周波数のときの第１フィルタの回路図である。図８（Ｂ）は、第１周波数＞第２周波数のときの第１フィルタの回路図である。フィルタのインピーダンスの周波数特性の一例のグラフである。第２実施例の通信システムのブロック図である。

（第１実施例）図を参照して第１実施例の通信システム２を説明する。図１に、通信システム２のブロック図を示す。通信システム２は、２本の通信線３に、キャリア供給器１０と、送信器２０と、受信器３０が接続されたシステムである。送信器２０から受信器３０へデータを送信することができる。送信器２０は、受信器３０へ、デジタルデータを送信することができる。デジタルデータは、振幅変調されて通信線３で伝送される。デジタルデータである「０」と「１」のビット列を、キャリア波の振幅を変化させることで相手に送る方式なので、実施例の通信システム２は、振幅偏移変調（ＡＳＫ）方式である。アドレスを指定する通信プロトコルを採用すれば、通信線３に、複数の送信器２０と複数の受信器３０が接続されてもよい。

通信線３は、信号線３ａとグランド線３ｂの２線である。グランド線３ｂは、キャリア供給器１０、送信器２０、受信器３０のそれぞれが有する部品に共通のグランド電位を与える。

通信システム２は、周波数分割方式により、異なるデータを通信線３で伝送することができる。また、通信システム２は、振幅変調された信号に直流電圧を重畳することで、通信線３を使ってキャリア供給器１０から送信器２０と受信器３０へ、信号と同時に電力を送ることができる。

本実施例の通信システム２では、送信器２０は、温度センサ２９を備えており、温度センサ２９の計測データを受信器３０に送ることを目的とする。

キャリア供給器１０は、キャリア発生器１１と電源１３を備えている。キャリア発生器１１は、抵抗要素１２を介して通信線３（信号線３ａ）に接続されている。キャリア発生器１１のグランド１４は、通信線３のグランド線３ｂに接続されている。キャリア発生器１１は、周波数の異なる２種類のキャリア波を生成して通信線３に供給することができる。周波数の異なる２種類のキャリア波を、以下では、第１キャリア信号と第２キャリア信号と称する。

電源１３は、高周波チョークコイル１７を介して通信線３に接続されており、送信器２０と受信器３０が有するデジタル回路の駆動電圧Ｖｄｄを供給する。図示を省略しているが、電源１３の負極もグランド１４に接続されている。先に述べたように、通信線３には、電源１３が供給する直流成分に、周波数の異なる２種類のキャリア信号が重量している。

送信器２０について説明する。送信器２０は、第１フィルタ２１、第２フィルタ２２、デジタル通信回路２３を備えている。また、送信器２０には、センサ信号処理回路２８が接続されており、センサ信号処理回路２８には温度センサ２９が接続されている。

デジタル通信回路２３は、オープンドレイン出力タイプ（オープンコレクタ出力タイプ）の２個の信号端子（第１信号端子２３１と第２信号端子２３２）を備えている。オープンドレイン出力タイプ（オープンコレクタ出力タイプ）とは、回路の内部でｎｐｎ型トランジスタのドレイン（コレクタ）に接続されている信号端子である。トランジスタのソース（エミッタ）は、グランドに接続されている。ドレインは、回路内部では、どこにも接続されていない浮動状態か、あるいは、別の高インピーダンス端子に接続されている。トランジスタがオンに切り換わると、ドレイン（コレクタ）は、グランドと接続され、信号端子は低インピーダンス状態になる。トランジスタがオフに切り換わると、ドレイン（コレクタ）はグランドから遮断され、信号端子は高インピーダンス状態となる。なお、「オープンドレイン出力」とは、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）での呼び名であり、「オープンコレクタ出力」とは、バイポーラタイプのトランジスタでの呼び名であって、機能の上で両者に相違はない。

第１信号端子２３１は、デジタル通信回路２３の内部で、第１トランジスタ２４のドレイン２４ｄに接続されている。第１トランジスタ２４のソース２４ｓは、通信線３のグランド線３ｂに接続されている。第１トランジスタ２４のゲート２４ｇは、制御回路２６に接続されている。第１トランジスタ２４と後述する第２トランジスタ２５は、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）である。ドレイン２４ｄには、第１信号端子２３１のほかには何も接続されていない。従って、第１トランジスタ２４がオフ状態のとき、第１信号端子２３１は高インピ−ダンス状態となる。第１トランジスタ２４がオン状態のとき、第１信号端子２３１は低インピーダンス状態となる。

第２信号端子２３２も同様である。第２信号端子２３２は、デジタル通信回路２３の内部で、第２トランジスタ２５のドレイン２５ｄに接続されている。第２トランジスタ２５のソース２５ｓは、通信線３のグランド線３ｂに接続されている。第２トランジスタ２５のゲート２５ｇは、制御回路２６に接続されている。ドレイン２５ｄには、第２信号端子２３２のほかには何も接続されていない。第２トランジスタ２５がオフ状態のとき、第２信号端子２３２は高インピーダンス状態となる。第２トランジスタ２５がオン状態のとき、第２信号端子２３２は低インピーダンス状態となる。

以下では、説明をシンプルにするために、第１トランジスタ２４がオンに切り換わって第１信号端子２３１がグランドと接続された状態を、第１信号端子２３１がオン状態である、と表記する。また、第１トランジスタ２４がオフに切り換わって第１信号端子２３１がグランドから遮断された状態を、第１信号端子２３１がオフ状態である、と表記する。第２信号端子についても同様の表現を用いる。

制御回路２６は、センサ信号処理回路２８に接続されている。制御回路２６は、センサ信号処理回路２８から、温度センサ２９の計測データを受信し、受信した計測データを、通信線３を介して受信器３０に伝えるべく、所定の通信プロトコルに従って第１信号端子２３１と第２信号端子２３２から出力する。計測データは「０」と「１」のビット列で表される。制御回路２６は、ゲート２４ｇとゲート２５ｇの電圧を制御し、計測データのビット列に応じて第１トランジスタ２４と第２トランジスタ２５のオンとオフを切り替える。別言すれば、デジタル通信回路２３は、データをビット列で表し、ビット列のＨＩＧＨとＬＯＷに対応して第１信号端子２３１、あるいは、第２信号端子２３２のオンとオフを切り替える。詳しくは後述するが、第１信号端子２３１（第２信号端子２３２）のオンとオフの切り換えに応じて、通信線３の第１キャリア信号（第２キャリア信号）の振幅が変化する。

第１フィルタ２１は、入力端２１１が通信線３の信号線３ａに接続されており、出力端２１２は第１信号端子２３１に接続されている。第１フィルタは、受動素子（キャパシタンス要素とインダクタンス要素）で構成されるアナログ回路である。第１フィルタ２１は、単体では、所定の周波数の信号を通過させる回路であるが、通信システム２では、第１フィルタ２１を第１信号端子２３１とつなぐことで、第１周波数に対する入力インピーダンスの切換装置として用いる。第１フィルタ２１は、第２周波数に関しては、第２キャリア信号を遮断するフィルタ本来の機能を果たす。

第２フィルタ２２は、入力端２２１が通信線３の信号線３ａに接続されており、出力端２２２は第２信号端子２３２に接続されている。第２フィルタも、受動素子（キャパシタンス要素とインダクタンス要素）で構成されるアナログ回路である。第２フィルタ２２は、単体では、第１フィルタとは異なる所定の周波数の信号を通過させる回路であるが、通信システム２では、第２フィルタ２２を第２信号端子２３２とつなぐことで、第２周波数に対する入力インピーダンスの切換装置として用いる。第１周波数に対しては、第２フィルタ２２は、第１キャリア信号を遮断するフィルタ本来の機能を果たす。詳しくは後述するが、第１フィルタ２１と第２フィルタ２２は、出力端に接続される信号端子のオンとオフを切り換えるトランジスタのアナログ要素としての特性を考慮し、入力インピーダンスが所定の２値の間で切り換わるように設計される。

送信器２０は、キャリア信号の振幅変調によって、データを受信器３０に伝送する。送信器２０は、キャリア供給器１０が通信線３に供給しているキャリア信号の振幅を変化させることで、振幅変調を実現する。そのメカニズムを以下、説明する。

送信器２０は、第１信号端子２３１の状態変化により、第１キャリア信号の振幅を変化させることができる。第１フィルタ２１は、第１信号端子２３１がオン状態のとき、第１周波数における入力インピーダンスが所定のインピーダンス閾値よりも低くなり、第１信号端子２３１がオフ状態のとき、第１周波数における入力インピーダンスがインピーダンスダンス閾値よりも高くなる。なお、第２周波数における入力インピーダンスは、第１信号端子２３１の状態に関わりなく、インピーダンス閾値よりも高い状態に保持される。

キャリア供給器１０のキャリア発生器１１は抵抗要素１２を介して通信線３と接続されているので、第１フィルタ２１の第１周波数における入力インピーダンスが下がると、通信線３における第１キャリア信号の電圧振幅が小さくなる。例えて言うなら、第１周波数において、通信線３のキャリア発生器側の抵抗要素１２（インピーダンス）に対する第１フィルタ２１の側の抵抗（インピーダンス）が下がることで、キャリア発生器１１の出力端電圧（出力端における第１キャリア信号の電圧振幅）に対する通信線３の分圧（通信線３における第１キャリア信号の電圧振幅）が下がる。第１信号端子がオフ状態に切り換わると、第１フィルタ２１の入力インピーダンスが高くなり、通信線３における第１キャリア信号の電圧振幅が元に戻る。こうして、振幅変調が実現される。なお、第１信号端子の状態がオン状態でもオフ状態でも、第２周波数における入力インピーダンスはインピーダンス閾値よりも高く保持されており、第２キャリア信号は影響を受けない。第２信号端子と第２フィルタの組み合わせについても同様である。第１フィルタと第１信号端子の組み合わせと、第２フィルタと第２信号端子の組み合わせが、それぞれ、変調器の機能を実現する。

インピーダンス閾値は、キャリア発生器１１に接続されている抵抗要素１２の大きさと、デジタル信号の「０」と「１」の夫々に対応するキャリア信号の電圧振幅に要求される電圧差に基づいて定まる。なお、デジタル回路のＴＴＬレベルにおける閾値では、ＨＩＧＨレベルを判定する電圧閾値Ｖ_Ｈと、ＬＯＷレベルを判定する電圧閾値Ｖ_Ｌが異なる（Ｖ_Ｈ＞Ｖ_Ｌ）。即ち、電圧閾値は、所定の幅を有している。これと同様に、インピーダンス閾値も、所定の幅を有していてもよい。即ち、第１信号端子２３１がオンのとき、第１フィルタ２１の入力インピーダンスはインピーダンス閾値Ｚｐｓよりも小さく、第１信号端子２３１がオフのとき、入力インピーダンスはインピーダンス閾値Ｚｃｆ（＞Ｚｐｓ）よりも大きい、と規定してもよい。この場合、インピーダンス閾値は、ＺｃｆとＺｐｓの間に相当する幅を有していることになる。

図２に、第１信号端子２３１の波形（１）、第２信号端子２３２の波形（２）と、キャリア信号の電圧波形（３）、（４）の一例を示す。図２（３）のグラフＧ１は、通信線３に現れる信号の第１キャリア信号の成分を示している。図２（４）のグラフＧ２は、通信線３に現れる信号の第２キャリア信号成分を示している。先に述べたように、第１トランジスタ２４がオン状態のときを、「第１信号端子２３１がオンである」と表現し、第１トランジスタ２４がオフ状態のときを、「第１信号端子２３１がオフである」と表現する。第２信号端子２３２についても同様である。

時刻Ｔ１からＴ２の間、及び、時刻Ｔ５からＴ６の間で第１信号端子２３１がオンに保持され、時刻Ｔ３からＴ４の間で第２信号端子２３２がオンに保持される。第１信号端子２３１と第２信号端子２３２のいずれもがオフのとき、第１キャリア信号と第２キャリア信号はいずれも電圧振幅はｄＶ１である。第１信号端子２３１がオンに保持されている間（時刻Ｔ１−Ｔ２、Ｔ５−Ｔ６）、第１キャリア信号の電圧振幅はｄＶ２（＜ｄＶ１）となる。この間、第２キャリア信号の電圧振幅はｄＶ２のままである。第２信号端子２３２がオンに保持されている間（時刻Ｔ３−Ｔ４）、第２キャリア信号の電圧振幅はｄＶ２（＜ｄＶ１）となる。この間、第１キャリア信号の電圧振幅はｄＶ２のままである。

上記の通り、送信器２０は、キャリア発生器を備えることなく、デジタル通信回路の端子のオンオフ制御だけで、通信線３の上のキャリア信号を振幅変調することができる。

なお、送信器２０において、通信線３の信号線３ａは、高周波チョークコイル２７を介してデジタル通信回路２３の駆動電圧入力端２３３に接続されている。高周波チョークコイル２７によって信号線３ａの第１／第２キャリア信号が除去され、駆動電圧入力端２３３にはノイズの無い直流電圧Ｖｄｄが供給される。直流電圧Ｖｄｄは、センサ信号処理回路２８にも供給される。送信器２０は、電源とキャリア発生器を備えることなく、振幅変調した信号を受信器３０へ伝えることができる。

次に、第１フィルタ２１の設計と具体的な構造について説明する。第２フィルタ２２についても同様であるので、第２フィルタ２２については説明を省略する。なお、以下では、説明を単純化するために、「インピーダンスが無限大」という表現を用いるが、これは、第１フィルタの入力インピーダンスが前述したインピーダンス閾値を超えるほどに十分に大きいことを意味する。同様に、「インピーダンスがゼロ」という表現は、入力インピーダンスがインピーダンス閾値を下回るほどに充分に小さいことを意味する。

第１フィルタ２１の入力インピーダンスを記号Ｚｉｎで表す。Ｚｉｎの望ましい周波数特性を図３に示す。周波数ｆ１が第１キャリア信号の周波数を示しており、周波数ｆ２が第２キャリア信号の周波数を示している。また、Ｚｃｆは、入力インピーダンスＺｉｎがこの値よりも大きければ、通信線３を流れるキャリア信号の振幅が、デジタル信号のＨＩＧＨ（あるいはＬＯＷ）に対応する振幅となる閾値である。Ｚｐｓは、入力インピーダンスＺｉｎがこの値よりも小さければ、通信線３を流れるキャリア信号の振幅が、デジタル信号のＬＯＷ（あるいはＨＩＧＨ）に相当する振幅となる閾値である。別言すれば、インピーダンス閾値が、ＺｐｓからＺｃｆの幅を有している、ということである。

グラフＧ３は、第１信号端子２３１（第１トランジスタ２４）がオフのときの特性であり、第１周波数ｆ１、第２周波数ｆ２、いずれにおいても入力インピーダンスＺ_ｉｎがＺｃｆよりも高い。その結果、通信線３を通る第１キャリア信号と第２キャリア信号は、いずれも、振幅がＨＩＧＨレベルとなる。また、第１フィルタ２１は、低周波数域のインピーダンスも高く、直流成分は通さない。

グラフＧ４は、第１信号端子２３１（第１トランジスタ２４）がオン状態のときの特性であり、第１周波数ｆ１においては入力インピーダンスＺ_ｉｎがＺｐｓよりも下がる。一方、低周波数域と第２周波数ｆ２においては、入力インピーダンスＺ_ｉｎはＺｃｆを超えたままである。従って、通信線３を流れる第１キャリア信号の振幅は、ＬＯＷレベルとなる。一方、第２キャリア信号の振幅は、ＨＩＧＨレベルのままとなる。

図４に、第１フィルタ２１と第１信号端子２３１と第１トランジスタ２４の等価回路図を示す。図４において、Ｉ_ｉｎとＩ_ｏｕｔは、それぞれ、第１フィルタ２１の入力端２１１を流れる電流と出力端２１２を流れる電流を意味している。Ｖ_ｉｎとＶ_ｏｕｔは、それぞれ、第１フィルタ２１の入力端２１１の電圧と出力端２１２の電圧を意味している。記号Ｚ_ｉｎは、入力端２１１のインピーダンス（入力インピーダンス）を意味しており、Ｚｏは第１信号端子２３１のインピーダンスを示している。

第１キャリア信号と第２キャリア信号の周波数帯域は、１〜１００［ＭＨｚ］程度である。この周波数帯域においては、第１トランジスタ２４は、オフ状態のときにはキャパシタンス要素２４ａとして振る舞い、オン状態のときには抵抗要素２４ｂとして振る舞う。なお、より正確には、第１トランジスタ２４は、オフ状態のときにはキャパシタンス要素と抵抗要素の並列回路として振る舞い、オン状態のときには抵抗要素とインダクタンス要素の直列接続回路として振る舞う。しかし、ここでは、上記のように単純化して考えればよい。

一般に、トランジスタがオン状態のときに抵抗要素として振る舞う場合であっても、オフ状態のときにキャパシタンス要素として振る舞う場合であっても、その値の大きさは十分に小さい。即ち、キャパシタンス要素２４ａも抵抗要素２４ｂも、その値は十分に小さい。

第１フィルタ２１が満たすべき要求は、次の３個である。（１）第１トランジスタ２４がオフ状態のとき（即ち、第１トランジスタ２４がキャパシタンス要素２４ａとして振る舞うとき）、第１周波数における入力インピーダンス｜Ｚ_ｉｎ｜が高いこと。（２）第１トランジスタ２４がオン状態のとき（即ち、第１トランジスタ２４が抵抗要素２４ｂとして振る舞うとき）、第１周波数における入力インピーダンス｜Ｚ_ｉｎ｜が低いこと。（３）第１トランジスタ２４がオフ状態であってもオン状態であっても、第２周波数における入力インピーダンス｜Ｚ_ｉｎ｜が高いこと。なお、ここで「入力インピーダンスが高い／低い」とは、先に述べたように、通信線３におけるキャリア信号の電圧振幅が、デジタル信号の「０」と「１」に対応する電圧振幅として区別するのに十分なほどに高い／低いことを意味する。図３の例でいえば、入力インピーダンス｜Ｚ_ｉｎ｜が高いとは、入力インピーダンス｜Ｚ_ｉｎ｜がインピーダンスＺｃｆよりも高ければよい。入力インピーダンス｜Ｚ_ｉｎ｜が低いとは、入力インピーダンス｜Ｚ_ｉｎ｜がインピーダンスＺｐｓよりも低ければよい。

第１フィルタ２１の入出力端子の電圧・電流の関係を、インピーダンス行列を用いて表すと、（数式１）となる。

数式１は、以下、数式２−数式４のように変形することができ、第１フィルタ２１の入力端２１１のインピーダンスＺ_ｉｎは、数式４の形で表すことができる。

第１フィルタ２１に対する要求（１）を検討する。第１トランジスタ２４がオフ状態のとき、即ち、第１トランジスタ２４がキャパシタンス要素２４ａとして振る舞うとき、第１周波数におけるインピーダンスＺｏ＝Ｚ_Ｈとする。数式４より、Ｚ_１２・Ｚ_２１≠０かつＺ_Ｈ＋Ｚ_２２＝０となる場合に、入力インピーダンス｜Ｚ_ｉｎ｜は無限大になる。オフ状態のときの第１トランジスタ２４の抵抗要素は無視できるため、オフ状態のときの第１トランジスタ２４は純キャパシタンス要素２４ａとしてモデル化できる。それゆえ、キャパシタンス要素２４ａと並列共振となるようにインダクタンス要素を用いてＺ_２２＝−Ｚ_Ｈが実現可能である。即ち、Ｉｍ［Ｚ_２２］＞０である。別言すれば、Ｚ_１２・Ｚ_２１≠０、かつ、第１周波数におけるＺ_２２がキャパシタンス要素２４ａのインピーダンスＺ_Ｈと同等の大きさであり、かつ、両者が異符号であれば（すなわち、インダクタンス要素であれば）、要求（１）を充足する。

要求（２）を検討する。第１トランジスタ２４がオン状態のとき、即ち、第１トランジスタ２４が抵抗要素２４ｂとして振る舞うとき、第１周波数におけるインピーダンスＺｏ＝Ｚ_Ｌとする。第１トランジスタ２４がオン状態のときの抵抗は十分に小さいものであるから、第１周波数においても、抵抗要素２４ｂの抵抗値は十分に小さい。それゆえ、第１周波数において、Ｚ_Ｌ＋Ｚ_２２≒Ｚ_２２とみなしてよい。従って、数式４において、Ｚ_１１＝Ｚ_１２・Ｚ_２１／Ｚ_２２と決定すれば、入力インピーダンス｜Ｚ_ｉｎ｜をほぼゼロにすることができる。即ち、要求（２）を充足する。

通常の線形受動素子で構成されるフィルタ回路では、Ｚ_１２＝Ｚ_２１であるから、これを改めてＺｘとおくと、次の（数式５）が得られる。

要求（１）の結果から、Ｚ_２２＝ＺＨであり、これを（数式５）に代入すると、次の（数式６）が得られる。

数式６が（１）と（２）の要求を満たすフィルタの条件である。一方、数式１において、Ｚ_１２＝Ｚ_２１をＺｘと置くと、数式１のフィルタは、一般に、Ｔ型フィルタとして図５のように表現することができる。数式６を使って、図５のフィルタからＺ_１１を消去すると図６のようになる。図６の回路が、（１）と（２）の要求を満たすフィルタである。

図６の回路をキャパシタンス要素とインダクタンス要素を使って表現すると、第１フィルタ２１は、図７（Ａ）、（Ｂ）のようになる。なお、Ｔ型フィルタのバリエーションはほかにもあるが、インピーダンスＺ_Ｌが小さいことなどの条件を考慮すると、図７（Ａ）と（Ｂ）が、要求（１）と（２）を充足する現実的な回路となる。

最後に要求（３）を検討する。第１周波数が第２周波数よりも低い場合、図７の回路に、第１周波数よりも高い周波数成分をカットする特性を付け加えればよい。高周波をカットする特性を加えると、第１フィルタ２１は、図８（Ａ）の回路となる。一方、第１周波数が第２周波数よりも低い場合には、図７の回路に、第１周波数よりも低い周波数成分をカットする特性を付け加えればよい。その場合、第１フィルタ２１は、図８（Ｂ）の回路となる。インピーダンスＺ_Ｈは、第１トランジスタ２４がオン状態でキャパシタンス要素として振る舞うときの第１周波数におけるインピーダンスである。図８（Ａ）、（Ｂ）の各インダクタンス要素とキャパシタンス要素の大きさは、インピーダンスＺ_Ｈ、第１周波数、第２周波数から定めることができる。

なお、図８（Ａ）において入力端２１１に近い箇所のキャパシタンス要素は、直流成分をカットするために挿入したものである。図８（Ｂ）において入力端２１１に近い箇所のキャパシタンス要素と出力端２１２に近い箇所のキャパシタンス要素も、直流成分をカットするための要素である。こうして、（１）から（３）の要求、及び、直流成分をカットするという要求を充足する第１フィルタ２１が得られる。

図８（Ａ）、（Ｂ）のＴ型フィルタの回路はよく知られている。Ｔ型フィルタに対する周波数特性の要求が明らかになれば、各要素の具体的な値を算出することができる。

第１周波数が第２周波数よりも低い場合、図８（Ａ）が第１フィルタ２１の回路図となり、図８（Ｂ）が第２フィルタ２２の回路図となる。逆に、第１周波数が第２周波数よりも高い場合、図８（Ｂ）が第１フィルタ２１の回路図となり、図８（Ａ）が第２フィルタ２２の回路図となる。

図９に、設計した第１フィルタ２１と第２フィルタ２２の周波数特性の一例を示す。図９はシミュレーションの結果である。この例では、第１周波数ｆ１は２０［ＭＨｚ］に設定されており、第２周波数ｆ２は５０［ＭＨｚ］に設定されている。図９（Ａ）は、第１フィルタ２１の周波数特性を示しており、図９（Ｂ）は第２フィルタ２２の周波数特性を示している。縦軸は、通信線３の信号線３ａにおける電圧振幅の相対値を示している。

図９（Ａ）のグラフＧ５は、第１信号端子２３１がオフ（第１トランジスタ２４がオフ）のときの特性を示している。図９（Ａ）のグラフＧ６は、第１信号端子２３１がオン（第１トランジスタ２４がオン）のときの特性を示している。

第１信号端子２３１がオンのときとオフのときでは、第１周波数ｆ１において約１５ｄＢの電圧変化（振幅変化）が生じる。従って、振幅の大小によって「１」と「０」を区別することができる。即ち、振幅変調器として十分に機能する。一方、第２周波数ｆ２においてはほとんど電圧変化を生じない。即ち、第１フィルタ２１に接続された第１信号端子２３１の状態切換によって、第２キャリア信号に影響を与えることなく、第１キャリア信号を振幅変調することができる。なお、グラフＧ５、Ｇ６はともに、低周波域では高いインピーダンスを保持する。即ち、このフィルタは、直流成分も通さない。

図９（Ｂ）のグラフＧ７は、第２信号端子２３２がオフ（第２トランジスタ２５がオフ）のときの特性を示している。図９（Ｂ）のグラフＧ８は、第２信号端子２３２がオン（第２トランジスタ２５がオン）のときの特性を示している。第２信号端子２３２がオンのときとオフのときでは、第２周波数ｆ２において１５ｄＢ以上の電圧変化（振幅変化）が生じる。一方、第１周波数ｆ１においてはほとんど電圧変化を生じない。グラフＧ７、Ｇ８の周波数特性を有する第２フィルタ２２も、変調器として十分に機能する。即ち、第２フィルタ２２に接続された第２信号端子２３２の状態切換によって、第１キャリア信号に影響を与えることなく、第２キャリア信号を振幅変調することができる。グラフＧ７、Ｇ８はともに、低周波域では高いインピーダンスを保持する。即ち、このフィルタは、直流成分も通さない。

図８に示したように、第１フィルタ２１と第２フィルタ２２は、受動素子だけで構成することができる。送信器２０は、キャリア発生器やアナログ増幅器などの能動素子を用いることなく、オープンドレイン出力タイプの信号端子と受動素子だけで、振幅変調を実現することができる。本実施例の通信システム２における送信器２０は、省電力に優れているとともに小型化し易いという利点を有する。

図１に戻り、受信器３０について説明する。受信器３０は、第２キャリア信号は遮断するが第１キャリア周波数は通過させる第１バンドパスフィルタ３１、第１キャリア信号は遮断するが第２キャリア信号は通過させる第２バンドパスフィルタ３２、復調器（第１復調器３３、第２復調器３４）、信号処理回路３５で構成されている。第１バンドパスフィルタの入力端３１１は通信線３の信号線３ａに接続されており、出力端は第１復調器３３に接続されている。第１復調器３３の出力は信号処理回路３５の第１信号端子３５１に接続されている。第２バンドパスフィルタの入力端３２１は通信線３の信号線３ａに接続されており、出力端は第２復調器３４に接続されている。第２復調器３４の出力は信号処理回路３５の第２信号端子３５２に接続されている。

通信線３の第１キャリア信号の電圧振幅が大きいときは、第１バンドパスフィルタ３１を第１キャリア信号が通り、第１復調器３３の出力がＨＩＧＨレベルになる。通信線３の第１キャリア信号の電圧振幅が小さいときは、第１復調器３３への入力信号が小さくなり、その出力がＬＯＷレベルになる。同様に第２キャリア信号の電圧振幅が大きいときには第２復調器３４の出力がＨＩＧＨレベルとなり、第２キャリア信号の電圧振幅が小さいときには第２復調器３４の出力がＬＯＷレベルになる。受信器３０は、従来の振幅復調器と同じ構成でよい。なお、通信線３の信号線３ａは、高周波チョークコイル３７を介して信号処理回路３５の駆動電圧入力端３５３に接続されている。信号処理回路３５は、信号線３ａに重畳されている電源電圧Ｖｄｄで駆動される。受信器３０も、自身が電源を備えることなく、動作することができる。

（第２実施例）図１０を参照して第２実施例の通信システム２ａを説明する。通信システム２ａは、キャリア供給器１０と、通信装置４０を備えている。図示を省略しているが、通信システム２ａは、通信装置４０と同じ構成の別の通信装置を備えている。キャリア供給器１０と２個の通信装置４０は、通信線３に接続されている。キャリア供給器１０は、第１実施例のキャリア供給器と同じであるので説明は省略する。

通信装置４０は、第１実施例の送信器２０と受信器３０の両方の機能を備えている。また、通信装置４０は、Ｉ２Ｃ（Inter-Integrated Circuit）の通信規格で相互に通信する。即ち、通信装置４０は、通信線３を介して別の通信装置と、シリアルデータ信号（ＳＤＡ）とシリアルクロック信号（ＳＣＬ）を授受することができる。シリアルデータ信号（ＳＤＡ）とシリアルクロック信号（ＳＣＬ）は、周波数分割方式で、通信線３を通じて送受信される。第１実施例の第１キャリア信号の振幅変調でシリアルクロック信号（ＳＣＬ）が送信され、第２キャリア信号の振幅変調でシリアルデータ信号（ＳＤＡ）が送信される。

通信システム２ａは、第１フィルタ２１、第２フィルタ２２、第１復調器３３、第２復調器３４、デジタル通信回路４６を備えている。デジタル通信回路４６は、第１信号端子４６１と第２信号端子４６２を有しており、それらは、オープンドレイン出力タイプである（なお、Ｉ２Ｃの通信規格が、出力端子としてオープンドレイン出力タイプを規定している）。第１フィルタ２１の入力端２１１が通信線３（信号線３ａ）に接続されており、第１フィルタ２１の出力端２１２がデジタル通信回路４６の第１信号端子４６１に接続されている。第２フィルタ２２の入力端２２１が通信線３（信号線３ａ）に接続されており、第２フィルタ２２の出力端２２２がデジタル通信回路４６の第２信号端子４６２に接続されている。第１信号端子４６１は、Ｉ２Ｃ通信規格のシリアルクロックピン（ＳＣＬピン）に相当し、第２信号端子４６２はＩ２Ｃ通信規格のシリアルデータピン（ＳＤＡピン）に相当する。第１フィルタ２１と第１信号端子４６１の関係は、第１実施例の送信器２０の場合と同じである。第２フィルタ２２と第２信号端子４６２の関係も同様である。通信装置４０のデータ送信機能については第１実施例の送信器２０と同じであるので説明は割愛する。第２実施例の通信システム２ａも、第１実施例の送信器２０と同様に、キャリア信号発生器や従来の振幅変調器を備えることなく、第１フィルタ２１と第１信号端子４６１（第２フィルタ２２と第２信号端子４６２）によって、通信線３の上のキャリア信号の振幅を変調することができる。

通信線３の信号線３ａは、高周波チョークコイル４１を介してデジタル通信回路４６の駆動電圧入力端４６３に接続されている、デジタル通信回路４６は、通信線３で伝送される直流電力（電圧Ｖｄｄ）で動作する。

復調機能について説明する。第１フィルタ２１の出力端２１２には、第１復調器３３の入力端が接続されており、第１復調器３３の出力端は、高周波チョークコイル４３を介して第１信号端子４６１に接続されている。なお、第１復調器３３の出力端は、プルアップ抵抗４２を介して電力線４９に接続されている。

第１キャリア信号は、第１信号端子４６１がオフ状態（高インピーダンス状態）であっても、第１フィルタ２１の出力端２１２までは現れる。第２キャリア信号は、第１フィルタ２１を通過できず、出力端２１２には現れない。従って第１キャリア信号のみが第１復調器３３に入力される。第１復調器３３は、第１キャリア信号の振幅の大小に応じてＨＩＧＨレベルとＬＯＷレベルを識別可能な低周波のデジタル電圧信号を、高周波チョークコイル４３を介して第１信号端子４６１に与える。

第２フィルタ２２の出力端２２２に接続されている第２復調器３４についても同様である。第２復調器３４の出力端は、高周波チョークコイル４５を介して第２信号端子４６２に接続されている。第２復調器３４の出力端は、プルアップ抵抗４４を介して電力線４９に接続されている。第２復調器３４も、第２キャリア信号の振幅の大小に応じてＨＩＧＨレベルとＬＯＷレベルを識別可能な低周波のデジタル電圧信号を、高周波チョークコイル４５を介して第２信号端子４６２に与える。

なお、第１信号端子４６１は、高周波チョークコイル４３を介して電力線４９に接続されている。従って、第１キャリア信号と第２キャリア信号の周波数帯の信号は、電力線４９に届かない。一般に、駆動電力を供給する電力線４９は、電圧変動を吸収するために、大容量のキャパシタンスにつながっており、高周波信号は吸収されてしまう。しかし、電力線４９と第１信号端子４６１は、高周波チョークコイル４３を介して接続されている。それゆえ、キャリア信号の周波数帯においては、第１信号端子４６１は、電力線４９（即ち、デバイスを駆動するための電力を供給する電力線）とは、遮断される。第２信号端子４６２についても同様である。

以上説明したように、実施例の通信システムは、振幅変調／復調方式を採用しており、さらに、周波数分割により複数の信号を同時に送受信することができる。そして、送信器は、電力を必要とするキャリア発生器を備える必要がなく、さらには、アナログ信号増幅器などの能動素子を含む変調器を備える必要が無い。よって、小型で省電力な送信器を実現することができる。また、実施例の通信システムは、２線で複数の信号と電力を同時に伝達することができる。これら利点は、特に、複数のセンサを配置するシステム（例えば、衣服にセンサを分散配置する装置）に好適である。

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。実施例で説明した通信システムの特徴は、送信器とは別個にキャリア発生器を備えることと、受動素子だけで構成できるアナログフィルタによって振幅変調を実現している点にある。アナログフィルタの出力端は、通常はデジタル出力端として用いられるオープンドレイン出力タイプの信号端子に接続される。本明細書が開示する技術では、信号端子に接続されているトランジスタが、キャリア周波数の帯域ではキャパシタンス要素（オフのとき）あるいは抵抗要素（オンのとき）として振る舞うことに着目した。キャパシタンス要素は、信号端子に接続されているアナログフィルタの入力インピーダンスに影響を与える。具体的には、キャパシタンス要素として振る舞うトランジスタとアナログフィルタのインダクタンス要素で生じる共振現象が入力インピーダンスに影響する。本明細書が開示する技術は、この共振現象による入力インピーダンスの変化を利用して、通信線上のキャリア信号の振幅を変化させる。

実施例の通信システムの特徴は、次のように表現することもできる。送信器２０では、送信すべきデジタルデータの出力端子（第１信号端子２３１と第２信号端子２３２）のオンオフ切り換えが、他の能動素子を要することなく、通信線のキャリア信号の振幅変調を生じさせる。また、第１フィルタ２１は、第２キャリア信号に対しては、フィルタ本来の周波数選択デバイスとして機能し、第１キャリア信号に対しては、第１信号端子と結合して変調器として機能する。即ち、第１フィルタ２１は、２つの異なる機能を実現している。第２フィルタ２２も同様である。

キャリア信号に用いられる周波数帯域は、信号端子がオンオフされる帯域（即ち、デジタル信号の伝送帯域）よりもはるかに高い。すなわち、デジタル通信回路は、信号端子に入力されるキャリア信号をデジタル情報として扱うわけではない。この点も、実施例の送信器の特徴の一つである。キャリア信号の周波数帯域は、デジタル通信回路の第１信号端子のオンオフ切換の帯域より概ね１０倍以上高ければよい。その程度の差があれば、キャリア信号と第１信号端子のオンオフ切り換えが干渉することが避けられる。

上記したように、フィルタの入力インピーダンスは、出力端に接続されているトランジスタがオンのときの容量に影響される。キャリア信号の周波数帯域は、オフのときのトランジスタの容量に基づいて定められるとよい。例えば、オフのときのトランジスタの容量が１０［ｐＦ］程度の場合、キャリア信号の周波数帯域が、１〜１００［ＭＨｚ］程度の間であれば、キャパシタンス要素とインダクタンス要素がそれぞれ妥当な数値のアナログフィルタを実現することができる。

アナログフィルタの入力インピーダンスの変化に着目して実施例の通信システム２、２ａを表現すると、以下の通りとなる。実施例の通信システム２、２ａは、抵抗要素１２（インピーダンス要素）を介して第１周波数の第１キャリア信号と第２周波数の第２キャリア信号を通信線３に供給するキャリア発生器１１と、キャリア発生器１１から独立して通信線３に接続されている送信器２０（４０）を備えている。送信器２０（４０）は、デジタル通信回路２３（４６）と、第１（アナログ）フィルタ２１と、第２（アナログ）フィルタ２２を備えている。デジタル通信回路２３（４６）は、グランドと導通する第１状態とグランドから遮断される第２状態を切り換え可能な第１信号端子２３１（４６１）と第２信号端子２３２（４６２）を有している。第１（第２）信号端子は、キャリア信号の周波数帯域においては、デジタル通信回路を駆動する電源とも遮断されている。別言すれば、第２状態のとき、第１（第２）信号端子は、キャリア信号の周波数帯域において高インピーダンスである別の端子に接続されていてもよい。

第１フィルタ２１は、入力端２１１が通信線３に接続されているとともに出力端２１２が第１信号端子２３１（４６１）に接続されている。第１フィルタ２１は、第１信号端子２３１（４６１）が第１状態のときに第１周波数における入力インピーダンスがインピーダンス閾値Ｚｐｓ（図３参照）よりも小さくなり、第１信号端子２３１（４６１）が第２状態のときに第１周波数における入力インピーダンスがインピーダンス閾値Ｚｃｆ（図３参照）よりも大きくなる。第１フィルタ２１は、第１信号端子２３１（４６１）の状態に関わらずに第２周波数における入力インピーダンスをインピーダンス閾値Ｚｃｆよりも高い状態に保持する。

第２フィルタ２２に関する説明は、第１フィルタ２１に関する上記の説明において、「第１」を「第２」に、「第２」を「第１」に読み替えればよい。

本明細書が開示する技術は、デジタル回路の要素である信号端子（信号端子とグランドの間のスイッチング要素）が、キャリア信号の周波数帯域において、グランドと接続されたときには抵抗値の小さい抵抗要素として振る舞い、グランドから遮断されたときには容量の小さいキャパシタンス要素として振る舞う点に着目している。そして、それら抵抗要素とキャパシタンス要素を考慮した上で、信号端子のオン状態とオフ状態の夫々において入力インピーダンスが所望の値となるように第１フィルタと第２フィルタを設計する。そうして、アナログフィルタとオープンドレイン出力タイプの信号端子によって、振幅変調器を実現する。

そのほかの留意点について述べる。実施例では、デジタル信号回路は、オープンドレイン出力タイプの信号端子を有していた。デジタル信号回路の信号端子は、オープンコレクタ出力タイプであってもよい。さらには、第１信号端子と第２信号端子は、キャリア信号の周波数帯域において、低インピーダンス状態（グランドに接続された第１状態）と、高インピーダンス状態（グランドから遮断された第２状態）を切り換えることが可能な端子であればよい。第１（第２）信号端子の状態を切り換えるスイッチは、実施例のトランジスタに限定されるものではなく、別のスイッチング素子であってもよい。

実施例のキャリア供給器１０において、キャリア発生器１１は、抵抗要素１２を介して通信線３に接続されていた。キャリア発生器と通信線の間には、コイルやキャパシタなど、インピーダンス要素が接続されていればよい。

通信システム２、２ａは、デジタル信号の「０」と「１」のデータ列をキャリア信号の振幅の大小に変換して伝送する振幅偏移変調方式（ＡＳＫ変調方式）を採用している。

本明細書が開示する信号システムは、周波数の異なる３以上のキャリア信号と、それぞれの周波数に対応するアナログフィルタと、夫々のアナログフィルタの出力端に接続されるオープンドレイン出力タイプの信号端子を備えていてもよい。第２実施例の通信システム２ａは、Ｉ２Ｃ通信規格のシリアル通信を行うシステムである。本明細書が開示する技術は、２以上の周波数分割によってパラレルデータ通信を行う通信システムに適用することも好適である。本明細書が開示する技術は、２本の通信線に複数の通信装置が接続される通信システムに適用することも好適である。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２、２ａ：通信システム
３：通信線
３ａ：信号線
３ｂ：グランド線
１０：キャリア供給器
１１：キャリア発生器
１２：抵抗素子
１３：電源
１４：グランド
２０：送信器
２１：第１フィルタ
２２：第２フィルタ
２３、４６：デジタル通信回路
２４：第１トランジスタ
２５：第２トランジスタ
２６：制御回路
１７、２７、３７、４１、４３、４５：高周波チョークコイル
２８：センサ信号処理回路
２９：温度センサ
３０：受信器
３１：第１バンドパスフィルタ
３２：第２バンドパスフィルタ
３３、３４：復調器
３５：信号処理回路
４０：通信装置
４２、４４：プルアップ抵抗
２３１、３５１、４６１：第１信号端子
２３２、３５２、４６２：第２信号端子

Claims

インピーダンス要素を介して第１周波数の第１キャリア信号と第２周波数の第２キャリア信号を通信線に供給するキャリア発生器と、
前記キャリア発生器から独立して前記通信線に接続されている送信器と、
を備えており、
前記送信器は、
グランドに接続される第１状態とグランドから遮断される第２状態を切り換えることが可能な第１信号端子と第２信号端子を備えているデジタル通信回路と、
入力端が前記通信線に接続されているとともに出力端が前記第１信号端子に接続されており、前記第１信号端子が前記第１状態のときに前記第１周波数における入力インピーダンスが所定のインピーダンス閾値よりも小さくなり、前記第１信号端子が前記第２状態のときに前記第１周波数における入力インピーダンスが前記インピーダンス閾値よりも大きくなり、前記第１信号端子の状態に関わらずに前記第２周波数における入力インピーダンスが前記インピーダンス閾値よりも高い状態に保持されている第１アナログフィルタと、
入力端が前記通信線に接続されているとともに出力端が前記第２信号端子に接続されており、前記第２信号端子が前記第１状態のときに前記第２周波数における入力インピーダンスが前記インピーダンス閾値よりも小さくなり、前記第２信号端子が前記第２状態のときに前記第２周波数における入力インピーダンスが前記インピーダンス閾値よりも大きくなり、前記第２信号端子の状態に関わらずに前記第１周波数における入力インピーダンスが前記インピーダンス閾値よりも高い状態に保持されている第２アナログフィルタと、
を備えている、通信システム。
前記第１信号端子と前記第２信号端子は、オープンドレイン出力タイプまたはオープンコレクタ出力タイプである、請求項１に記載の通信システム。
所定の直流電力を前記通信線に供給する電源をさらに備えており、
前記デジタル通信回路の駆動電圧入力端が前記通信線に接続されている、請求項１または２に記載の通信システム。
第１通信装置と第２通信装置を備えており、
前記第１通信装置と前記第２通信装置の夫々は、前記送信器と、相手の通信装置の前記送信器によって振幅変調されたキャリア信号を復調する復調器を備えている、請求項１から３のいずれか１項に記載の通信システム。
前記第１信号端子と前記第２信号端子は、それぞれ、Ｉ２Ｃ通信規格のシリアルクロック端子とシリアルデータ端子である、請求項１から４のいずれか１項に記載の通信システム。