JP6590162B2 - Electric field communication transceiver - Google Patents
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Description
本発明は、電界伝達媒体に電界を誘起して電界通信を行う電界通信トランシーバーに関する。 The present invention relates to an electric field communication transceiver that performs electric field communication by inducing an electric field in an electric field transmission medium.
従来より、電界通信トランシーバーを携帯し、送信すべき情報に基づく電界を電界伝達媒体(例えば人体などの生体)に誘起させ、この誘起した電界を用いて情報の送受信を電界伝達媒体を介して行う電界通信トランシーバーによる情報の送受信方法が種々提案されている。 Conventionally, an electric field communication transceiver is carried, an electric field based on information to be transmitted is induced in an electric field transmission medium (for example, a living body such as a human body), and information transmission / reception is performed through the electric field transmission medium using the induced electric field. Various methods of transmitting and receiving information using an electric field communication transceiver have been proposed.
この種の電界通信トランシーバーにおいては、待機時の消費電力を減らし、電界伝達媒体・環境によるノイズ、波形の歪みを除去し、送信時には電界伝達媒体の影響による歪みの無い波形を送出することが課題となっていた(例えば特許文献1)。 With this type of electric field communication transceiver, it is necessary to reduce power consumption during standby, remove noise and waveform distortion due to the electric field transmission medium / environment, and transmit waveforms without distortion due to the influence of the electric field transmission medium during transmission (For example, Patent Document 1).
すなわち、従来の電界通信トランシーバーでは、受信時にアナログ部分とデジタル部分を両方動作させるために、低電力化しても待機時間が長いと結果的に多くの電力を消費していた。 That is, in the conventional electric field communication transceiver, both the analog part and the digital part are operated at the time of reception, so that a large amount of power is consumed as a result of a long standby time even if the power is reduced.
また、電界通信においては、位相変調を用いる事が多く、復調は同期検波方式で行われていた。同期検波方式は受信信号と抽出した搬送波信号をデジタル的に乗算して復調するが、抽出搬送波の作成に位相同期ループ(PLL)を使用していた。しかし環境ノイズの多い電界通信においては位相同期ループが正確な搬送波にロックせず、信号が復調できないケースが多かった。 In electric field communication, phase modulation is often used, and demodulation is performed by a synchronous detection method. In the synchronous detection method, the received signal and the extracted carrier wave signal are digitally multiplied and demodulated, but a phase locked loop (PLL) is used to create the extracted carrier wave. However, in electric field communication with a lot of environmental noise, the phase-locked loop is not locked to an accurate carrier wave and the signal cannot be demodulated in many cases.
さらに、信号変調後の増幅回路においては3V程度の電池電圧から電界通信で使用する20V程度まで電圧を上昇させるためにリアクタンスを用いた増圧回路などを使用していたが回路的にQ値が高くて歪みが多く、負荷によって電圧降下を起こし、信号の認識率が低下していた。 Furthermore, in the amplifier circuit after signal modulation, a booster circuit using reactance is used to raise the voltage from about 3V battery voltage to about 20V used in electric field communication. It was high and distorted, causing a voltage drop due to the load, resulting in a decrease in signal recognition rate.
本発明の目的は、待機時の電力消費を減らすとともに、受信時には電界伝達媒体、環境によるノイズ、波形歪みを除去し、送信時は電力を効率よく増幅して歪みの無い波形を送出する、認識率が高い同期検波方式による携帯型電界通信トランシーバーを提供することにある。 The object of the present invention is to reduce power consumption during standby, to remove electric field transmission media, environmental noise and waveform distortion during reception, and to efficiently amplify power during transmission and transmit a waveform without distortion. An object of the present invention is to provide a portable electric field communication transceiver using a synchronous detection method with a high rate.
上記目的を達成するため、本発明に係る電界通信トランシーバー第1の特徴は、同期検波方式により受信信号を復調する電界通信トランシーバーにおいて、送信側電界通信信号を電界伝達媒体を介して受信した受信信号の搬送波や変調信号を他の搬送波や信号と判別して当該受信信号を間欠動作しながら検出する受信信号検出回路と、前記受信信号検出回路が前記受信信号を検出した時のみ受信信号復調回路にクロックを供給する電力制御回路と、前記電力制御回路により動作し、前記受信信号を復調する前記受信信号復調回路と、データを送信信号として変調する送信信号変調回路と、前記送信信号を増幅するための送信信号増幅回路と、前記送信信号増幅回路に電界通信に必要な電圧を供給する電圧変換回路と、を備えたことにある。 In order to achieve the above object, a first feature of the electric field communication transceiver according to the present invention is that an electric field communication transceiver that demodulates a reception signal by a synchronous detection method receives a transmission side electric field communication signal via an electric field transmission medium. a reception signal detecting circuit for the carrier and modulation signals to determine other carrier and signal detect while intermittently operating the received signal, the reception signal demodulation circuit only when the received signal detection circuit detects the reception signal a power control circuit for supplying a clock, the work by the power control circuit, the reception signal demodulation circuit for demodulating the received signal, a transmission signal modulation circuit for modulating the data as a transmission signal, for amplifying said transmission signal And a voltage conversion circuit for supplying a voltage necessary for electric field communication to the transmission signal amplifier circuit.
また、本発明に係る電界通信トランシーバーの第2の特徴は、前記第1の特徴における前記受信信号検出回路が、信号のエッジを取り出すエッジ検出回路、ゲート信号によって開かれた一定の時間内の信号のエッジ数をカウントするカウンタ、上限値コンパレータ及び下限値コンパレータを備えており、当該上限値コンパレータ及び下限値コンパレータの範囲内の前記カウントされたエッジ数を有する搬送波を検出した場合に、前記受信信号復調回路にクロックを供給して動作させること、にある。 A second feature of the electric field communication transceiver according to the present invention is that the reception signal detection circuit in the first feature is an edge detection circuit that extracts an edge of a signal, and a signal within a certain time opened by a gate signal. A counter that counts the number of edges, an upper limit comparator, and a lower limit comparator, and when the carrier wave having the counted number of edges within the range of the upper limit comparator and the lower limit comparator is detected, the received signal It is to operate the demodulator by supplying a clock.
さらに、本発明に係る電界通信トランシーバーの第3の特徴は、前記第1又は第2の特徴における前記受信信号検出回路が、信号波の歪みのない期間を複数検出するとともに、当該各期間の間隔及びあらかじめ判明している変調時間から位相変化点を算出して検出し復調すること、にある。 Furthermore, a third feature of the electric field communication transceiver according to the present invention is that the reception signal detection circuit in the first or second feature detects a plurality of periods in which no signal wave is distorted, and an interval between the periods. And calculating and detecting the phase change point from the modulation time that is known in advance.
さらにまた、本発明に係る電界通信トランシーバーの第4の特徴は、前記第1から第3までのいずれかの特徴における前記受信信号復調回路が、アナログ/デジタルコンバータ、エッジ検出・クロック抽出回路、位相検出回路及び複数のレジスタ部を備え、前記アナログ/デジタルコンバータは、前記受信信号をデジタル信号に変換し、前記エッジ検出・クロック抽出回路はデジタル信号に変換された前記受信信号の正負の信号のピークを1クロック前の受信信号との差分により求め、それに同期した受信クロックを作成するとともに、当該受信クロックを整数倍して動作させること、前記位相検出回路は、前記整数倍した受信クロックで自走させたカウンタと当該受信クロックでサンプリングした値により位相値を決定すること、及び前記複数のレジスタ部には、前記位相検出回路にて決定された位相値が前記受信クロックごとにそれぞれ入力され、いずれかのレジスタ部で位相が変化した点を位相変化点として求め、位相変化点が発生する搬送波のシンボル数ごとにデジタル信号を復調させること、にある。 Furthermore, a fourth feature of the electric field communication transceiver according to the present invention is that the received signal demodulating circuit according to any one of the first to third features comprises an analog / digital converter, an edge detection / clock extraction circuit, a phase A detection circuit and a plurality of register units, wherein the analog / digital converter converts the received signal into a digital signal, and the edge detection / clock extraction circuit converts a peak of positive and negative signals of the received signal into a digital signal Is obtained from the difference from the received signal one clock before, and a received clock synchronized with the received signal is generated, and the received clock is operated by an integer, and the phase detection circuit is free-running by the received clock multiplied by the integer. Determining a phase value based on the counter and a value sampled by the reception clock; and The phase value determined by the phase detection circuit is input to each of the reception clocks, and a point at which the phase has changed in any of the register units is obtained as a phase change point. And demodulating the digital signal for each number of symbols of the generated carrier wave.
また、本発明に係る電界通信トランシーバーの第5の特徴は、前記第1から第4までのいずれかの特徴における前記送信信号増幅回路が、ブリッジ構造のE級増幅回路として構成されること、にある。 Further, a fifth feature of the electric field communication transceiver according to the present invention is that the transmission signal amplifier circuit in any one of the first to fourth features is configured as a class E amplifier circuit having a bridge structure. is there.
さらに、本発明に係る電界通信トランシーバーの第6の特徴は、前記第5の特徴における前記送信信号増幅回路が、上段のトランジスタT1、T3と下段のトランジスタT2、T4とを有し、前記上段のトランジスタT1に入力される制御信号D、前記下段のトランジスタT2に入力される制御信号Eは、前記上段のトランジスタT1と前記下段のトランジスタT2とに貫流電流が流れないようにドライブされ、前記上段のトランジスタT3に入力される制御信号F、前記下段のトランジスタT4に入力される制御信号Gは、前記上段のトランジスタT3と前記下段のトランジスタT4とに貫流電流が流れないようにドライブされるよう構成されること、にある。 Further, a sixth feature of the electric field communication transceiver according to the present invention is that the transmission signal amplifier circuit according to the fifth feature includes upper transistors T1 and T3 and lower transistors T2 and T4 . control signal D to be inputted to the transistor T1, the control signal E input to the lower transistor T2, the upper flow in the transistors T1 and the lower transistor T2 current is driven so as not to flow, the upper The control signal F input to the transistor T3 and the control signal G input to the lower transistor T4 are driven such that no through current flows through the upper transistor T3 and the lower transistor T4. In that.
また、本発明に係る電界通信トランシーバーの第7の特徴は、前記第5の特徴における前記送信信号増幅回路が、前記第5又は第6の特徴における前記送信信号増幅回路の出力電圧が、電極両端で1.5倍から2倍に増幅されること、にある。 A seventh feature of the electric field communication transceiver according to the present invention is that the transmission signal amplification circuit in the fifth feature is configured such that the output voltage of the transmission signal amplification circuit in the fifth or sixth feature It is to be amplified from 1.5 times to 2 times.
さらに、本発明に係る電界通信トランシーバーの第8の特徴は、前記第1から第7までのいずれかの特徴における前記電圧変換回路が、周波数を変更できるチャージポンプ回路で構成され、入力周波数を変更してその出力電圧を可変し、負荷に適応したドライブを可能にすること、にある。 Furthermore, an eighth feature of the electric field communication transceiver according to the present invention is that the voltage conversion circuit according to any one of the first to seventh features includes a charge pump circuit capable of changing a frequency, and changes an input frequency. The output voltage can be varied to enable driving adapted to the load.
さらにまた、本発明に係る電界通信トランシーバーの第9の特徴は、前記第8の特徴における前記電圧変換回路が、前記送信信号増幅回路に対して正負又は2種類の電圧を供給すること、にある。 Furthermore, a ninth feature of the electric field communication transceiver according to the present invention is that the voltage conversion circuit in the eighth feature supplies positive or negative or two kinds of voltages to the transmission signal amplification circuit. .
また、本発明に係る電界通信トランシーバーの第10の特徴は、前記第8又は第9の特徴における前記電圧変換回路のチャージポンプ回路が2回路形成され、一方の回路の出力電圧をプラスとし他方の回路の出力電圧をマイナスとする、又は双方の回路の出力電圧を加算すること、にある。 Further, a tenth feature of the electric field communication transceiver according to the present invention is that two charge pump circuits of the voltage conversion circuit in the eighth or ninth feature are formed, and the output voltage of one circuit is made positive and the other The output voltage of the circuit is made negative or the output voltages of both circuits are added.
本発明によれば、受信信号検出回路によって通常の受信時電力の数十分の一で信号検出が可能となり、省電力化を図ることができる。特に間欠動作させたり、キャリア信号を検出しない場合には受信復調回路が動作しないため、待機平均電力を低減化を図ることができ、電池の長寿命化が可能となる。また、当該回路は信号を復調しないので、簡便な論理回路で構成する事ができる。 According to the present invention, the reception signal detection circuit can detect a signal with a few tenths of the normal reception power, thereby saving power. In particular, when the intermittent operation is not performed or the carrier signal is not detected, the reception demodulation circuit does not operate. Therefore, the standby average power can be reduced, and the battery life can be extended. Further, since the circuit does not demodulate the signal, it can be configured with a simple logic circuit.
さらに、本発明によれば、低消費電力の受信信号復調回路の影響により信号波形が歪んでいても、受信信号復調回路は位相変化点を算出することができるので、信号を復調することが可能となる。 Furthermore, according to the present invention, even if the signal waveform is distorted due to the influence of the low power consumption received signal demodulating circuit, the received signal demodulating circuit can calculate the phase change point, so that the signal can be demodulated. It becomes.
さらにまた、本発明によれば、送信信号送出回路をブリッジ構造とし、電極との間でE級増幅動作させることにより、歪みの少ない正弦波に近い信号を得ることができる。 Furthermore, according to the present invention, a signal close to a sine wave with little distortion can be obtained by making the transmission signal transmission circuit a bridge structure and performing class E amplification operation with the electrodes.
また、電圧供給回路をチャージポンプ回路によって構成することにより、入力される制御周波数(F)を変更することで、送出信号の電圧値(+V、―V)を制御する事が可能となり、環境の状態によって最適な出力信号を設定する事ができる。 In addition, by configuring the voltage supply circuit with a charge pump circuit, it is possible to control the voltage value (+ V, -V) of the send signal by changing the control frequency (F) that is input. An optimum output signal can be set according to the state.
さらに、電圧供給回路を上記構成にすることにより、例えば3から5ボルト及び1から2ボルトの供給電圧をプラス10ボルト又は/及びマイナス10ボルト程度増圧することができる。また、同回路のスイッチを電界効果トランジスタ(FET)にすることによりスイッチ損失を低減することができる。同回路を2回路にした場合には、正負あるいは2種類の電圧を供給することが可能となり、例えば一方の回路の出力電圧を10ボルトとし、他方の回路の出力電圧をマイナス10ボルトとすることもできる。 Furthermore, by configuring the voltage supply circuit as described above, for example, the supply voltage of 3 to 5 volts and 1 to 2 volts can be increased by about plus 10 volts and / or minus 10 volts. Further, the switch loss can be reduced by using a field effect transistor (FET) as the switch of the circuit. When the circuit is divided into two circuits, it is possible to supply positive and negative voltages or two kinds of voltages. For example, the output voltage of one circuit is set to 10 volts and the output voltage of the other circuit is set to minus 10 volts. You can also.
以下、図面を参照して、本発明の最良の実施形態を実施例ごとに詳細に説明する。 Hereinafter, the best mode of the present invention will be described in detail for each example with reference to the drawings.
図1は、本発明に係る電界通信トランシーバーの回路構成の一例を主に示した図である。このうち1、1´は電界通信トランシーバー、2は人などの生体である電界伝達媒体である。各電界通信トランシーバー1、1´は、互いに送受信を行い、鎖線で示した部分は、電界通信トランシーバー1の内部の回路構成例を示している。電界通信トランシーバー1、1´は、電極66、67を介して電界通信媒体2に電界を誘起させて電界通信信号を伝達する。なお、電極66、67は一方が送信電極、他方が受信電極であるが、例えば図1にあるように送信電極と受信電極とを一体構成とした送受信電極としてもよい。また、電極66、67は、電界通信トランシーバー1に含まれてもよく、外付けしてもよい。
FIG. 1 is a diagram mainly showing an example of a circuit configuration of an electric field communication transceiver according to the present invention. Among these, 1 and 1 'are electric field communication transceivers, and 2 is an electric field transmission medium which is a living body such as a human. Each electric field communication transceiver 1, 1 ′ transmits and receives each other, and a portion indicated by a chain line shows an example of a circuit configuration inside the electric
図1中、10から70は電界通信トランシーバー1の回路を示し、このうち40は送受信切替回路、10は受信信号検出回路、20は電力制御回路、30は受信信号復調回路、50は送信信号変調回路、60は電圧変換回路、70は送信信号増幅回路を示している。
In FIG. 1,
送受信切替回路40は、電界通信トランシーバー1´から送信側電界通信信号が発信され、電界伝達媒体2を介して前記受信電極で検出された前記信号を電界通信トランシーバー1が受信すると受信信号検出回路10及び受信信号復調回路30に送信するとともに、受信信号増幅回路60より受信した送信信号を前記送信電極に出力する。前記送信電極より出力された送信信号は電界伝達媒体2を介して電界通信トランシーバー1´へと送出され、電界通信トランシーバー1´と接続された機器(図示せず)を作動させる。
The transmission /
電界通信トランシーバー1内の受信信号検出回路10は、前記送受信切替回路40から受信した信号を検出する回路であり、図2にあるように、ノイズが入力されているとき(ノイズ入力期間A)は検出周波数は不定となっており、正常な信号が入力されると(キャリア周期D)、周波数は一定となり(信号入力期間B)、キャリア(搬送波)信号が入力・検出される。信号の検出には、エッジ数や時間を指定して検出率を設定することができる。
The reception
キャリア信号を検出すると、電力制御回路20が作動して受信信号復調回路30にクロックを供給し、受信信号復調回路30はキャリア信号の受信を行う。受信信号検出回路10は、低消費電力のCMOS回路などにて作成し、また間欠動作をさせることにより待機平均電力を低減する。キャリア信号が検出されない場合、電力制御回路20は作動しないため、受信信号復調回路30も動作しない。これにより省電力化が図られ、電池の長寿命化が可能となる。
When the carrier signal is detected, the
図3は受信信号検出回路10の構成の一例を示したものである。受信信号が入力されると、エッジ検出回路11により信号の立ち上がり、又は立ち下がりを取り出す。基準時間ゲート信号13はRC時定数回路など低電力な回路で構成され、一定時間(搬送波数クロック程度)の時間ゲートを開ける動作をする。
FIG. 3 shows an example of the configuration of the received
カウンタ12はゲートが開く基準時間に入力された搬送波のエッジをカウントし、上限値コンパレータ14及び下限値コンパレータ15内のエッジ数を検出した場合にアンド回路16を通して受信信号復調回路30にクロックを供給する。ノイズ信号や環境からの不要入力はコンパレータ14、15の範囲を外れるために受信信号復調回路は動作しない。
The counter 12 counts the edges of the carrier wave input at the reference time when the gate opens, and supplies the clock to the reception
図2の例では、基準点OにおけるエッジKのカウンタの上限を5、下限を2と設定した場合の具体例を示しており、キャリア(搬送波)周期Cでは、エッジKのカウンタは6、キャリア(搬送波)周期Dでは、エッジKのカウンタは4となっている。このため、上記上下限のカウンタの条件を満たすキャリア周期Dのキャリア信号のみが検出される。 The example of FIG. 2 shows a specific example in which the upper limit of the counter for the edge K at the reference point O is set to 5 and the lower limit is set to 2, and in the carrier (carrier wave) period C, the counter for the edge K is 6, In the (carrier wave) period D, the counter of the edge K is 4. For this reason, only the carrier signal having the carrier period D that satisfies the condition of the upper and lower limit counters is detected.
図4から図9は、受信信号復調回路30の構成例及び動作の説明を示したものである。受信信号復調回路30は、信号に含まれる歪みを除去するために信号の時系列を観測して信号成分を抽出する機能を有するものである。
4 to 9 show a configuration example and operation of the reception
電界伝達媒体2の影響及び低消費電力受信信号検出回路10の影響によって、図4にあるように実際のアンプ出力Eでは、理想的AMP出力Dに対して信号波形が歪む(歪み期間G)。歪みによって信号変化点Hが正しく検出できなくなり、復調でエラーを発生させてしまう。そこで、信号の安定している期間(歪み無し期間F)を検出し、あらかじめ分かっている変調時間より、期間Fと次の期間Fとの間隔から信号変化点Hを計算する。
Due to the influence of the electric
図5は、受信信号復調回路30の構成例を示したものである。図中31は受信アンプであり、アナログ/デジタル変換できるレベルまで受信信号を増幅する。32は、アナログ/デジタルコンバータで少なくとも2ビット以上のデジタル信号に変換する。変換クロックは、搬送波の整数倍のクロックによって動作される。本実施例の例では、6倍のクロックを使用する(図7参照)。
FIG. 5 shows a configuration example of the reception
デジタル変換されたデータは、エッジ検出・クロック抽出回路33で1クロック前のデータとの差分から立ち下がりあるいは立ち上がり部を求め、それに同期した受信クロックを作成する。図6に示すように、アナログ/デジタルコンバータ32のデータのクロックごとに差分をとり、結果の正負信号の変化から信号のピーク値を求めクロックとする。図示の例では、遅延レジスタ35aのクロックのデータd1と遅延レジスタ35bのクロックのデータd2との差分を求め、プラスまたはマイナスのピークをそれぞれ検出する。差分を取っているため、アンプのオフセットや信号のバイアス変化は相殺される。
The edge detection /
位相検出回路34は前記6倍のクロックで自走させたカウンタを利用して、エッジ検出・クロック抽出回路33で作成したクロックでサンプリングして位相を決定する。図7の例において、カウンタ34aは位相値とともに右周りに回転する。BPSK(180°位相)変調されている場合は、図7にあるように、例えば位相値が0のときは3、位相値が1のときは4、位相値が2のときは5というように、位相変化点は対抗する数値となる。図7の例では実際のアンプ出力のピークのとき、位相カウンタ値Iは1を指し、位相変化した後は1に対向する値である4を指している。
The
位相値は、各遅延レジスタ部35にクロックごとに入力され、図8及び9に示すように、位相変化点は最初に位相値が計測できなくなった矢印のところであり、変化後の位相値は前の位相値の対向する数値(図8の例では3、図9の例では3と4との間の近辺)となっている。なお、図9の例では、遅延レジスタ部35のR1の位相値が0、R2の位相値が1、R3の位相値が0となっているが、これは0と1の間近辺に位相値がきていることを示している。
The phase value is input to each
位相変化点は搬送波のシンボル数(例えば8あるいは16)ごとに発生するので、8クロックごとに発生する場合は例えば1と設定し、16クロックごとに発生する場合は例えば0と設定するようにして復調する。
Since the phase change point is generated for each number of symbols of a carrier (e.g., 8 or 16), 8 occur every clock is set to, for example 1, it occurs every 16 clock so as to set, for example 0 Demodulate.
IDデータ応答部4は、IDデータが記憶されていて、受信信号復調回路から信号を受信すると、当該IDデータを送信信号変調回路50に対し送出する。IDデータ応答部4は、例えばウェアラブルコンピュータ等の端末やICチップが組み込まれたIDカード等、その形態は問わない。
When the ID data is stored in the ID
送信信号変調回路50は、IDデータ応答部4から受け取った信号を変調して送信信号増幅回路60へと受け渡す。
The transmission
送信信号増幅回路60は、電界通信において歪みのない信号を作成するブリッジ構造の増幅アンプである。図10にあるように、上段のトランジスタT1、T3と下段のトランジスタT2、T4を備えたブリッジ回路61を使用して電極をドライブ(駆動)する回路で、電極66、67との間でE級(増幅)動作を行うために、制御信号D、G、E、Fを矩形波でドライブしても歪みの少ない正弦波に近い信号を得ることができる。
The transmission
図10の制御信号D、E、F、Gは前記上段トランジスタと前記下段トランジスタとの間(例えばT1とT2、T3とT4)で貫流電流が流れないようにドライブされる。また、例えば上段のトランジスタT1とT3にはPMOS素子を、下段のトランジスタT2とT4にはNMOS素子を使用してスイッチング損失を最小となるようにするとよい。電極両端での出力電圧は+Vから−Vの波形となり、1.5倍(1.5×V)から2倍(2×V)となる。なお、符号62から65はそれぞれアンプを、66は電極1を、67は電極2をそれぞれ示している。
The control signals D, E, F, and G in FIG. 10 are driven so that no through current flows between the upper stage transistor and the lower stage transistor (for example, T1 and T2, T3 and T4). Further, for example, a PMOS element may be used for the upper transistors T1 and T3, and an NMOS element may be used for the lower transistors T2 and T4 so as to minimize the switching loss. The output voltage at both ends of the electrode has a waveform from + V to −V, and is 1.5 times (1.5 × V) to 2 times (2 × V).
電圧変換回路70は、入力周波数を変更してその出力電圧を可変し、負荷に適応したドライブ(駆動)を可能にしたもので、送信信号増幅回路60に正負又は複数種類(2種類)の電圧を供給することができ、送信時のみ動作するものである。本実施例では、入力周波数を変更できるチャージポンプによって構成され、その制御周波数Fを変更することで送出信号の電圧値(+V、−V)を制御することができ、環境の状態によって最適な出力信号を設定することができる。
The
図11は、チャージポンプ回路として構成した電圧変換回路70の一例であり、電界通信トランシーバー1への供給電圧3.3V、1.8Vより10VをVOUTより出力する例を示している。ここでのスイッチは損失の小さいFETによって構成されるのが望ましい。また、初期状態ではすべてのスイッチはOFFになっている。以下、スイッチの動作を示す。
FIG. 11 shows an example of a
(1)まず、S1a、S1b、S1cをONにしてC1、C2に3.3V、1.8Vを充電する。
(2)次に、S1a、S1b、S1cをOFF、S1d、S1e、S1fをONにしてC3に3.3V+1.8V=5.1Vを充電する。
(3)C3に十分充電できたらS1d、S1e、S1fをOFFにしS2a、S3bをONにしてC4を5Vに充電する。
(4)C4が十分充電できたらS2a、S3bをOFFにし、S2b、S3aをONにしてCoutを10Vに充電する。十分充電できたらS2b、S3aをOFFにして前記(1)から行うが、以降前記(1)から(2)と(3)から(4)は同時に行う事ができ、それぞれCK1(S1a、S1b、S1cとS1d、S1e、S1f)、CK2(S2a、S3bとS2b、S3a)の2種類のクロックタイミングで動作する。
(5)この回路を2回路作成し、片方を+10V、他方を−10Vとすることができ、また素子削減のために1回路によって+10Vを反転して−10Vを作成する事もできる。
(6)負荷にかかる電圧・電流はCK1、CK2の各クロックを制御する事で変更でき、送信信号増幅回路60の送出電力を制御できる。
(1) First, S1a, S1b, and S1c are turned ON, and C1 and C2 are charged with 3.3V and 1.8V.
(2) Next, S1a, S1b and S1c are turned off, S1d, S1e and S1f are turned on, and C3 is charged with 3.3V + 1.8V = 5.1V.
(3) When C3 is sufficiently charged, S1d, S1e, and S1f are turned off, S2a and S3b are turned on, and C4 is charged to 5V.
(4) When C4 is sufficiently charged, S2a and S3b are turned off, S2b and S3a are turned on, and Cout is charged to 10V. When the battery is sufficiently charged, S2b and S3a are turned off and the process from (1) is performed. However, the processes from (1) to (2) and (3) to (4) can be performed at the same time, and CK1 (S1a, S1b, S1c and S1d, S1e, S1f) and CK2 (S2a, S3b and S2b, S3a) operate at two types of clock timing.
(5) Two circuits can be created, one can be + 10V and the other can be −10V. Also, in order to reduce the number of elements, + 10V can be inverted by one circuit to create −10V.
(6) The voltage and current applied to the load can be changed by controlling the clocks CK1 and CK2, and the transmission power of the transmission
以上、本発明の実施例につき図面を参照して詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、特許請求の範囲に記載した構成の範囲内において様々な態様で実施することができる。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings, the present invention is not limited to the embodiments and can be implemented in various modes within the scope of the configurations described in the claims.
1、1´ 電界通信トランシーバー
2 電界伝達媒体
4 IDデータ応答部
10 受信信号検出回路
20 電力制御回路
30 受信信号復調回路
40 送受信切替回路
50 送信信号変調回路
60 送信信号増幅回路
70 電圧変換回路
DESCRIPTION OF
Claims (9)
送信側電界通信信号を電界伝達媒体を介して受信した受信信号の搬送波や変調信号を他の搬送波や信号と判別して当該受信信号を間欠動作しながら検出する受信信号検出回路と、
前記受信信号検出回路が前記受信信号を検出した時のみ受信信号復調回路にクロックを供給する電力制御回路と、
前記電力制御回路により動作し、前記受信信号を復調する前記受信信号復調回路と、
データを送信信号として変調する送信信号変調回路と、
前記送信信号を増幅するための送信信号増幅回路と、
前記送信信号増幅回路に電界通信に必要な電圧を供給する電圧変換回路と、を備え、
前記受信信号復調回路は、信号波の歪みのない期間を複数検出するとともに、当該各期間の間隔及びあらかじめ判明している変調時間から位相変化点を算出して検出し復調すること、
を特徴とする電界通信トランシーバー。 In the electric field communication transceiver that demodulates the received signal by the synchronous detection method,
A reception signal detection circuit that detects a carrier wave and a modulation signal of a reception signal received via an electric field transmission medium from a transmission-side electric field communication signal from other carrier waves and signals while detecting the reception signal intermittently;
A power control circuit for supplying a clock to the reception signal demodulation circuit only when the received signal detection circuit detects the reception signal,
And the reception signal demodulation circuit operates, for demodulating the received signal by the power control circuit,
A transmission signal modulation circuit that modulates data as a transmission signal;
A transmission signal amplifier circuit for amplifying the transmission signal;
A voltage conversion circuit for supplying a voltage necessary for electric field communication to the transmission signal amplification circuit,
The received signal demodulation circuit detects a plurality of periods without distortion of the signal wave, calculates and detects a phase change point from the interval of each period and a previously known modulation time, and demodulates.
Electric field communication transceiver characterized by.
送信側電界通信信号を電界伝達媒体を介して受信した受信信号の搬送波や変調信号を他の搬送波や信号と判別して当該受信信号を間欠動作しながら検出する受信信号検出回路と、
前記受信信号検出回路が前記受信信号を検出した時のみ受信信号復調回路にクロックを供給する電力制御回路と、
前記電力制御回路により動作し、前記受信信号を復調する前記受信信号復調回路と、
データを送信信号として変調する送信信号変調回路と、
前記送信信号を増幅するための送信信号増幅回路と、
前記送信信号増幅回路に電界通信に必要な電圧を供給する電圧変換回路と、を備え、
前記受信信号復調回路はアナログ/デジタルコンバータ、エッジ検出・クロック抽出回路、位相検出回路及び複数のレジスタ部を備え、
前記アナログ/デジタルコンバータは、前記受信信号をデジタル信号に変換し、
前記エッジ検出・クロック抽出回路はデジタル信号に変換された前記受信信号の正負の信号のピークを1クロック前の受信信号との差分により求め、それに同期した受信クロックを作成するとともに、当該受信クロックを整数倍して動作させること、
前記位相検出回路は、前記整数倍した受信クロックで自走させたカウンタと当該受信クロックでサンプリングした値により位相値を決定すること、
前記複数のレジスタ部には、前記位相検出回路にて決定された位相値が前記受信クロックごとにそれぞれ入力され、いずれかのレジスタ部で位相が変化した点を位相変化点として求め、位相変化点が発生する搬送波のシンボル数ごとにデジタル信号を復調させること、
を特徴とする電界通信トランシーバー。 In the electric field communication transceiver that demodulates the received signal by the synchronous detection method,
A reception signal detection circuit that detects a carrier wave and a modulation signal of a reception signal received via an electric field transmission medium from a transmission-side electric field communication signal from other carrier waves and signals while detecting the reception signal intermittently;
A power control circuit for supplying a clock to the reception signal demodulation circuit only when the received signal detection circuit detects the reception signal,
And the reception signal demodulation circuit operates, for demodulating the received signal by the power control circuit,
A transmission signal modulation circuit that modulates data as a transmission signal;
A transmission signal amplifier circuit for amplifying the transmission signal;
A voltage conversion circuit for supplying a voltage necessary for electric field communication to the transmission signal amplification circuit,
The reception signal demodulation circuit includes an analog / digital converter, an edge detection / clock extraction circuit, a phase detection circuit, and a plurality of register units,
The analog / digital converter converts the received signal into a digital signal;
The edge detection / clock extraction circuit calculates a positive / negative signal peak of the received signal converted into a digital signal based on a difference from the received signal one clock before, creates a received clock synchronized with the received signal, and generates the received clock To operate at an integer multiple,
The phase detection circuit determines a phase value based on a counter self-running with the integer multiple of the reception clock and a value sampled with the reception clock;
A phase value determined by the phase detection circuit is input to each of the plurality of register units for each reception clock, and a phase change point is obtained as a phase change point at any of the register units. Demodulating the digital signal for each number of carrier symbols generated by
Electric field communication transceiver characterized by.
を特徴とする請求項1又は2に記載の電界通信トランシーバー。 The received signal detection circuit includes an edge detection circuit that extracts an edge of a signal, a counter that counts the number of signal edges within a certain time opened by a gate signal, an upper limit comparator, and a lower limit comparator. When detecting a carrier wave having the counted number of edges within a range of a value comparator and a lower limit comparator, supplying a clock to the reception signal demodulating circuit to operate it;
The electric field communication transceiver according to claim 1 or 2 .
を特徴とする請求項1から3までのいずれか1項に記載の電界通信トランシーバー。 The transmission signal amplifier circuit is configured as a bridge class E amplifier circuit;
The electric field communication transceiver according to any one of claims 1 to 3 .
を特徴とする請求項4に記載の電界通信トランシーバー。 The transmission signal amplifier circuit includes upper transistors T1 and T3 and lower transistors T2 and T4. The control signal D input to the upper transistor T1 and the control signal E input to the lower transistor T2. Is driven so that no through current flows through the upper transistor T1 and the lower transistor T2, and the control signal F input to the upper transistor T3 and the control signal G input to the lower transistor T4. Is configured to be driven such that no through current flows through the upper transistor T3 and the lower transistor T4.
The electric field communication transceiver according to claim 4 .
を特徴とする請求項4又は5に記載の電界通信トランシーバー。 The output voltage of the transmission signal amplifier circuit is amplified 1.5 to 2 times at both ends of the electrode;
The electric field communication transceiver according to claim 4 or 5 .
を特徴とする請求項1から6までのいずれか1項に記載の電界通信トランシーバー。 The voltage conversion circuit is composed of a charge pump circuit capable of changing the frequency, and changing the input frequency to vary the output voltage, enabling a drive adapted to the load,
The electric field communication transceiver according to any one of claims 1 to 6 .
を特徴とする請求項7に記載の電界通信トランシーバー。 The voltage conversion circuit supplies positive or negative or two kinds of voltages to the transmission signal amplifier circuit;
The electric field communication transceiver according to claim 7 .
ことを特徴とする請求項7又は8に記載の電界通信トランシーバー。 The charge pump circuit of the voltage conversion circuit is formed in two circuits, the output voltage of one circuit is positive and the output voltage of the other circuit is negative, or the output voltages of both circuits are added,
The electric field communication transceiver according to claim 7 or 8 .
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