JPH04286982A - データ交換装置の情報ビット速度を増加する回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は固定ステーション（すな
わちビーコンまたはリーダ）及び移動ステーション（す
なわちバッジまたは応答者）間の２方向通信用の電磁波
の変調‐復調によるデータ送信装置に関する。特に、本
発明はポータブルバッジのモデム（変調‐復調器）に係
り、低消費並びに低いビット速度に相当するビジル状態
から高い消費であるが１００または数百のオーダーの要
素によって乗算された高いビット速度のアクティブ状態
に変化することができるモデムに関する。

【０００２】

【従来の技術】このタイプのデータ変化は例えば鉄道の
貨車の方向指示、料金所の自動車の移動体または建物の
入口の歩行者のコントロールに適用される。

【０００３】移動ステーションすなわちバッジはチップ
カードのような形状であり、それは「ボタン」として知
られる小さい電池によってエネルギーが供給されるため
非常に経済的である。

【０００４】先行技術によるマイクロ波の電磁放射によ
るデータの交換用装置の全体のダイヤグラムは非常に簡
単でそれを表す図１はその要素と省略したものを特定し
て使用することを可能とする。

【０００５】移動ステーションすなわちバッジ１はマイ
クロ波部３、情報処理部４及び電源５を有する。これら
の２つの部分の間の交換は変調／復調の操作及び発信／
受信指令に関する。

【０００６】固定ステーションすなわちビーコン２はマ
イクロ波源、マイクロ波部６、情報処理部７及びコンピ
ュータ８を有し、コンピュータ８は各バッジ用のアンテ
ナ９及び各ビーコンすなわちリーダ用のアンテナ１０に
よってバッジとともにすべての無線電気変換のマネジメ
ントを実行する。

【０００７】つぎの値が使用される。

【０００８】−ｄ　　＝アンテナ９及び１０の間の距離
−Ｇ１　＝リーダ２のアンテナ１０の利得−Ｇｂ　＝バ
ッジ１のアンテナ９の利得−Ｐｌｉ＝リーダ２のアンテ
ナに向けて送信される電力−Ｐｌｒ＝リーダ２のアンテ
ナによって受信される電力−Ｐｂｉ＝バッジ１のアンテ
ナにむけて送信される電力−Ｐｂｒ＝バッジ１のアンテ
ナによって受信される電力これらの装置により使用され
る変調は通常ＯＯＫ（ｏｎ−ｏｆｆキーイング振幅変調
）、ＰＳＫ（０／π位相シフトキーイング位相変調）ま
たはＦＳＫ（周波数シフトキーイング）タイプの変調で
ある。

【０００９】モデムの働きはビーコンがバッジに問い合
わせるかまたはバッジがビーコンに応答するによって異
なる。

【００１０】バッジ１がリーダ２によって問い合わされ
ているモードでは、リーダ２は変調されたマイクロ波信
号（Ｐｌｉ）を発生する。バッジ１はこの信号（Ｐｂｒ
）を受け取り、それを復調する。これはビジル状態にあ
るバッジを作動させることを可能とする１つの段階であ
る。

【００１１】バッジ１がリーダ２に応答しているモード
において、リーダは非変調のマイクロ波信号を発生する
。バッジはこの信号を受け、それを変調し、すなわち質
問されている情報をロードして場合に応じて損失または
ゲインからなる信号を再送信する。

【００１２】バッジはアクティブであり、すなわち、バ
ッジが発信する電力はそれが受信する電力よりも常に低
く（Ｐｂｉ＜Ｐｂｒ）、リーダによってエネルギーが与
えられる。

【００１３】またはバッジは活動的であり、すなわち、
マイクロ波増幅器を含み（Ｐｂｉ＞Ｐｂｒ）、それ故、
電池のような電源があることを意味する。それ故、少な
くともバッジ側にエネルギー消費の問題があり、それら
は低い電力消費の状態の下でのビジル状態のバッジの感
度を得る問題、バッジの低いレベルの発信を考慮してリ
ーダの感度を得る問題及び近い周波数で作動する他の装
置がその一因となる寄生現象の問題と同等である。

【００１４】しかしさらにディジタル情報ビット速度の
問題がある。バッジがビジル状態（最も通常の状態）に
あるとき必要とされるエネルギーの節約は非常に高いイ
ンピーダンス下での復調作用を行うことを要求する。回
路の入力キャパシタンス及びインピーダンスに関する時
定数は例えばビット速度を数十キロビット／秒の速度に
ビット速度を制限する。これらのビット速度は固定ステ
ーション及びいくつかの移動ステーションすなわちバッ
ジの間の情報の通常のトラフィックに提供するには十分
ではない。できるだけ速くバッジが作動し、リーダとの
通信に入るように数メガビットの速度を達成する必要が
ある。

【００１５】次に高速の情報ビットは、モデムの変調作
用が低いインピーダンスの下で行わなければならず、低
いインピーダンスはさらにバッジからリーダへの応答の
期間中高いエネルギーの消費に対応する。

【００１６】

【発明の概要】本発明によればビジル状態のバッジは一
連の情報要素を低いビット速度で処理回路４に伝達する
。これらの情報要素はリーダ２からの問い合わせのとき
に前記回路によって確認される。つぎにバッジの処理回
路４がモデム３を「作動」させ、インピーダンスすなわ
ちモデムのインピーダンスを変更し、リーダの問い合わ
せに対して高い情報ビット速度で応答することを可能と
する手段に作用する信号を送る。

【００１７】さらに正確には、本発明は固定ステーショ
ン及びいわゆるポータブルバッジと呼ばれる移動ステー
ションの間のデータ交換用の装置において電磁マイクロ
波によってビット速度を増加させる回路であって、その
回路は、固定ステーションが信号を送信しないときビジ
ル状態において高いインピーダンスと低い電気消費のモ
デム及び情報処理回路を有し、固定ステーションが低い
情報ビット速度で質問信号を送るやいなやモデムが処理
回路に伝達し、前記処理回路はモデムを「作動」させる
ための信号を送り、モデムの出力インピーダンスを減少
させる手段に作用する。かくして固定ステーションで変
化した情報エレメントのビット速度を（メガビット／秒
まで）増加させる。

【００１８】

【実施例】本発明は２つの変更実施例と添付された図面
に基づいた次のさらに詳しい説明から明瞭に理解されよ
う。

【００１９】図２は図１のバッジ１の部分を示すが、モ
デム３及び情報処理回路４の間の新しい連結を示す。

【００２０】固定ステーションすなわちリーダ及び可動
ステーションすなわちバッジからなるマイクロ波装置に
おいて、送信ビット速度は通常リーダからバッジの方向
において制限される。その電力消費はほとんど問題でな
いからたとえ高いビット速度でのリーダの送信を有する
場合において特別な問題がなくとも、バッジの復調作用
がただ１つの電力レベルを有するだけの作用であるかそ
してその作用が高いインピーダンスで実行されるのかに
留意しなければならない。なぜならそれは非常に低い電
力消費のビジル状態に相応し、「ボタン」電池がバッジ
に電力を供給しているからである。モデム３の高いイン
ピーダンスに関し、処理回路４の入力キャパシタンスに
関する時定数は変調ビット速度を数十キロビット／秒に
制限する。

【００２１】この低いビット速度は情報処理回路４を作
動させるには十分であるが、リーダ及び複数のバッジの
間のデータ変換に使用するには不十分である。数メガビ
ット／秒のビット速度が必要である。

【００２２】本発明によれば、処理回路４がリーダ２か
らの質問を検知したとき、処理回路はバッジのモデム３
に信号を送り、その信号はモデム３を作動させ、その特
有のインピーダンスの値を低下させる。

【００２３】バッジのモデム及び処理回路の間の異なる
接続はつぎの通りである。

【００２４】−リーダからの復調された質問を処理回路
に送信し、処理回路をスタートさせる復調接続：−リー
ダによって送信された搬送波を変調することを可能とし
、この変調はリーダへ送信されるバッジの応答を構成す
る変調接続； −作動接続：本発明の目的である。この接続によって回
路の電気状態の変更（インピーダンスの低下）を可能と
し、高い送信ビット速度を可能とする。バッジが作動す
るとすぐにこの信号の論理状態の変化が起こる；−送信
‐受信接続（必要な場合）：この接続は受信及び送信の
間のモデムの電気状態の変化を必要とする場合のバッジ
において存在し、例えば、送信中のバッジが、検出器ま
たは変調器としての作動トランジスタのバイアス点を変
更することが必要な場合である。

【００２５】バッジの電気状態はそれ故；Ａ−ビジル： −固定ステーションの範囲を空間的にあるいは一時的に
越えるときバッジのほぼ永続する状態である；−消費が
非常に低く、数マイクロアンペアに等しく、高いインピ
ーダンスの復調器３と処理回路４の作動チェーンの電力
に制限される； −作動情報ビット速度は低く、数キロビット／秒に等し
い。 Ｂ−受信： −これはバッジが作動した後、リーダによるバッジの質
問の位相である； −処理回路はすべて供給されている； −消費は比較的高く数ミリアンペアに等しい。受信にか
かる時間はバッジの寿命に比較して非常に短い；−短い
期間の間の消費に関する自由な程度によって情報ビット
速度は非常に高く数メガビット／秒に等しい。 Ｃ−送信： −バッジがリーダに応答する段階である；−処理回路が
すべて供給される； −応答が続く短い時間の間の消費はマイクロ波周波数に
おける所定の利得で送信中に作動する機能を使用するこ
とを可能とする； −情報ビット速度は短時間の間に高い。

【００２６】バッジを作動させる方法は、モデム３内で
検出器として作用するトランジスタのバイアス点を変更
することに基づいている。

【００２７】バッジの復調のビット速度を増加させるた
めに高いバイアス電流での操作が行われ、これによって
インピーダンスと時定数を減少させる。

【００２８】図３はピンチ‐オフ電圧Ｖｐ　に近い電圧
Ｖｇｓ０　でゲートがバイアスが与えられた電界効果ト
ランジスタの一例を示す。トランジスタはビジル状態に
あり、この電圧Ｖｇｓ０　は低いドレイン電流Ｉｄｓ、
例えば２μＡに対応する。バッジを作動するためゲート
バイアス電圧は高い値Ｖｇｓ１　に変換されその値は高
いドレイン電流Ｉｄｓ、例えば１０及び１００μＡの間
に対応し、それによってインピーダンス及び時定数を減
少させる。電流Ｉｄｓが２μＡから２０μＡであれば情
報ビット速度は十倍になる。

【００２９】この現象はＶｇｓの作用として電界効果ト
ランジスタの非線形性によってのみ制限される。Ｖｇｓ
が非常に高い場合にはほぼリニアであるトランジスタの
特性Ｉｇｓ（Ｖｇｓ）はもはや検出器作用を果たすこと
ができない。

【００３０】情報ビット速度は電流の単なる増加だけで
は達成することができず、図４に示すようにモデム３内
において検出器トランジスタ１１に直列に接続された１
つまたはそれ以上の増幅器３１を使用することによって
可能となる。増幅器は活性化されて高いビット速度で送
信を行う。

【００３１】１つまたはそれ以上の増幅器３１は復調周
波数で作用し、そのバイアス電圧は変化し、一方トラン
ジスタ１１は検出作用のために最適なバイアス領域内に
存在しつづける。このアセンブリの原則は検出器の負荷
インピーダンスを減少させることすなわちそのバイアス
点を変化させることなく情報ビット速度を増加させるこ
と、及びバイアスの変化によって及び検出器１１に続く
増幅器３１のゲインを増加させることによって出力イン
ピーダンスの減少に関連するレベルの低下を補償するこ
とからなる。

【００３２】図５は本発明による集積回路構成の高いビ
ット速度を有するモデムの詳細な電気回路であり、検出
器として使用されるトランジスタのバイアス点が変更さ
れる。図示した回路は受信状態でアクティブであり、送
信において受動的であるが、他のタイプの回路を本発明
に従って適用してもよい。

【００３３】このモデムは公知のマイクロ波の部分を有
し、その部分において要素１１が検出器として働く電界
効果トランジスタである。トランジスタ１１は：−ゲー
ト側にアンテナ９のインピーダンスマッチング用の回路
１３＋１４＋１５を備えている。マイクロ波ストリップ
線路１２がアンテナを集積回路の入力に整合させる。デ
ィバイダブリッジ１６＋１７がゲートバイアス電圧の調
整を可能とし、ダイオード１８が交番信号によってゲー
トが変調されるのを可能とする。

【００３４】−ソース側に減結合コンデンサ１５とビジ
ルモードにおける自己バイアス用としての回路１９＋２
０とを有する。

【００３５】−ドレイン側に抵抗２３を通って＋Ｖ電源
に接続され、結合コンデンサ２４を介して変調出力ＤＥ
Ｍに結合されたインピーダンスマッチング回路２１＋２
２を備えている。

【００３６】コンデンサ１５及び２２はマイクロ波周波
数の減結合コンデンサである。装置２３及び１９の抵抗
値は高くそれぞれ１００ＫΩ及び５００ＫΩのオーダで
ある。これらがビジル状態においてドレインとソースに
バイアスを与え、続いてＶｇｓ及びＩｄｓを決定する。

【００３７】バッジを作動させるためにこれらの２つの
バイアス抵抗２３，１９がすでに２つの抵抗２５，２６
によってそれぞれ短絡されており、抵抗２５，２６は１
００ＫΩ及び５００ＫΩよりかなり低い値の１０ＫΩの
オーダの値を有する。

【００３８】一方での抵抗２３，２５の間の切り換え、
他方での抵抗１９，２６間の切り換えはトランジスタ２
７及び２８によってそれらが作動状態にあるときに行わ
れる。これらのスイッチングトランジスタ２７，２８は
情報処理回路４によって作動ターミナルＲＥＶに送られ
、抵抗２９によって制限される信号によって制御される
。

【００３９】抵抗３０がスイッチングトランジスタのゲ
ートに−Ｖ電圧で配置され、これらのトランジスタが制
御されず作動作用が高いインピーダンスであるならば、
高いインピーダンス状態はビジルモードの処理回路の論
理ゲートのそれであり、トランジスタ２７及び２８はオ
フ状態である。

【００４０】図６は本発明によって集積回路の形に作ら
れた高いビット速度を有するモデムの詳細な電気回路図
であり、検出器トランジスタ１１の後段に増幅器１１を
備えている。前の図面と比較することによって当業者は
これら２つの回路に共通する部分を困難なく認めるであ
ろう。すなわち： −図面の線ＡＡの左側に点線によって囲まれたマイクロ
波部分があり、 −図面の線ＢＢの右側に２つのスイッチングトランジス
タ２７及び２８並びに切り替わる抵抗２５及び２６及び
電源抵抗２９及び３０がある。

【００４１】図面の過度な繰り返しを防ぐためにすべて
の参照番号は付さないが、必要ならば図５を参照するこ
とができる。

【００４２】復調周波数の増幅器は基本的に少なくとも
１つのトランジスタ３１によって構成され、トランジス
タ３１は減結合コンデンサ３２によってマイクロ波トラ
ンジスタ１１の負荷側に接続されている。比較的に低い
周波数における復調周波数でトランジスタ１１の低周波
負荷は（約１００ＫΩの抵抗を有する）抵抗２３、コン
デンサ３２、及び（約５００ＫΩ〜１ＭΩの抵抗を有す
る）抵抗３３によって構成される。

【００４３】動作信号ＲＥＶによってトランジスタ３４
が制御され同時にトランジスタ２７，２８が制御される
ときこのトランジスタ３４は検出器トランジスタ１１の
低周波負荷を切り換える。ビジル状態の負荷抵抗３３（
０．５〜１ＭΩ）は作動状態における低い値（１０ＫΩ
）によって切り換えられる。

【００４４】抵抗２６及び３７は作動状態におけるトラ
ンジスタ３１を安定させるための抵抗である。ドレイン
負荷は高い値（約１００ＫΩ）の抵抗３８とマイクロ波
周波数減結合コンデンサ３９とによって構成される。コ
ンデンサ１５が結合されるソースは検出器トランジスタ
１１のソースと同様に抵抗４０及びコンデンサ４１によ
って自己バイアスされている。抵抗１９と全く同様に抵
抗４０は約５００ＫΩの高い値の抵抗を有する。

【００４５】しかるに前の例においては、スイッチング
トランジスタ２７及び２８は検出器トランジスタのソー
ス抵抗１９及び２３を切り換えたが、この場合において
は：−スイッチングトランジスタ２７及び２８は増幅器
トランジスタ３１のソース及びドレイン抵抗４０及び３
８を切り換え、そのバイアスを変更する；−トランジス
タ３４は低い値の抵抗３５によって高い値の抵抗３３を
切り換えるように検出器トランジスタ１１の出力インピ
ーダンスを切り換える。

【００４６】図６はバイアス点を変えることによって線
ＡＡ及びＢＢの間、検出段及び作動段の間にただ１つの
増幅段を示す。バッジの求める情報ビット速度がただ１
つの増幅段によって得られる速度よりも高ければ、当業
者は図示したものと同じいくつかの増幅段をカスケード
接続によって困難なく達成できよう。各増幅段はそれ自
身の作動段すなわちトランジスタ２７，２８及び関連す
る回路を有することを理解する必要がある。検出器トラ
ンジスタ１１の出力インピーダンスを切り換えるトラン
ジスタ３４及びその関連回路３２＋３５は、いくつかの
増幅段があるならばこの機能を満たすユニットにのみ続
いている。復調された出力ＤＥＭは最後の増幅段で得ら
れる。

【００４７】信号処理回路４（図１）を図５及び図６に
破線で示した負荷コンデンサＣｃ　と等価と考えるなら
ば負荷コンダクタンスは無視できる。受信時に情報ビッ
ト速度を制限する時定数は最初の近似値で：−（検出器
のバイアスを変化させる）図５の回路において： ビジル状態において：Ｒ２３（Ｃｃ　＋Ｃ２２）作動状
態において：Ｒ２５（Ｃｃ　＋Ｃ２２）−（増幅器のバ
イアスを変化させる）図６の回路において： ビジル状態において：Ｒ２３・Ｃ２２ または　　　　Ｒ３８（Ｃｃ　＋Ｃ３９）作動状態にお
いて：Ｒ３５・Ｃ２２ または　　Ｒ２５（Ｃｃ　＋Ｃ３９） ２つの状態の各々において他の時定数の前にビット速度
を制限するのは２つの時定数の内一方である。最も高い
ビット速度を達成するには： −両方の場合において、トランジスタ１１及び３１の減
結合コンデンサＣ２２及びＣ３９はできるだけ低くなけ
ればならず、 −（増幅器のない）図５の場合 Ｒ２５＜＜Ｒ２３ −（増幅器のある）図６の場合 Ｒ３５＜＜Ｒ２３ Ｒ２５＜＜Ｒ３８ 説明した２つの例はセミ‐アクティブタイプのモデムを
使用する。本発明を検出器トランジスタのバイアスを変
化させるに十分な他のタイプのモデムに適用することも
できる。同様に集積回路形の実施例は本発明の応用を制
限せず、インダクタ及びコンデンサに置き換わるマイク
ロ波ストリップ線路によってハイブリッド回路形につく
ってもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】上述した先行技術による電磁波によって固定ス
テーション及び移動ステーションの間のデータの交換を
示す概略図。

【図２】データ交換システムの移動ステーションすなわ
ちバッジに対して本発明によって与えられる改良を示す
ブロック図。

【図３】本発明によって実施される第１の実施例に相応
する電界効果トランジスタの曲線Ｉ（Ｖ）を示すグラフ
。

【図４】本発明によって実施される第２の実施例に対応
するブロックダイヤグラム。

【図５】本発明の第１の実施例によるバッジの高いビッ
ト速度を有するモデムの電気回路図。

【図６】本発明の第２の実施例によるバッジの高いビッ
ト速度を有するモデムの電気回路図。

【符号の説明】

１　　バッジ ３　　モデム ４　　情報処理回路 ９　　アンテナ １１　　トランジスタ １５，２２　　コンデンサ ２７，２８　　スイッチングトランジスタ２９，３０　
　抵抗

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】固定ステーションと移動ステーションいわ
   ゆるポータブルバッジの間でデータを交換する装置にお
   いて、固定ステーションが信号を送らないときビジル状
   態において高いインピーダンス及び低い電力消費を有す
   るモデム及び情報処理回路を有し、固定ステーションが
   （キロビット／秒の範囲での）低い情報ビット速度で質
   問信号を送るとすぐに質問信号はモデムによって処理回
   路に送られ、前記処理回路はモデムを作動させる信号を
   送り、その信号はモデムの出力インピーダンスを減少す
   る手段に作用し、固定ステーションで変換された情報要
   素のビット速度を（メガビット／秒範囲まで）増加する
   、データ交換装置の情報ビット速度を増加する回路。
2. 【請求項２】バッジのモデムは固定ステーションによっ
   て送信された信号の受信時に検出器として及び固定ステ
   ーションに向かう信号の送信時に変調器として作用する
   少なくとも１つの電界効果トランジスタを有し、モデム
   の「作動信号」はドレイン‐ソース電流（Ｉｄｓ１　）
   を増加及びトランジスタの出力インピーダンスの減少を
   導くゲート‐ソースバイアス電圧（Ｖｇｓ１　）の増加
   によって形成される請求項１に記載の回路。
3. 【請求項３】トランジスタの出力インピーダンスを減少
   させる手段は少なくとも１つのスイッチングトランジス
   タによって形成され、そのトランジスタは作動信号によ
   って制御されるときトランジスタのドレインまたはソー
   スの少なくとも１つの高い値の負荷抵抗から低い値の負
   荷抵抗に切り換える請求項２に記載の回路。
4. 【請求項４】バッジのモデムは少なくとも１つの増幅ト
   ランジスタが続いて接続される少なくとも１つの検出電
   界効果トランジスタを有し、出力インピーダンス減少手
   段は第１に検出器トランジスタのドレインの高い値の抵
   抗から低い値の抵抗へ切り換える少なくとも１つのトラ
   ンジスタによって、第２に増幅器トランジスタのドレイ
   ンまたはソースの少なくとも１つの高い値の抵抗から低
   い値の抵抗へ切り換える少なくとも１つのスイッチング
   トランジスタから形成される請求項１に記載の回路。