KR100896250B1 - 수신기, 트랜시버, 및 전계 통신 시스템 - Google Patents

Abstract

송신할 정보에 기초하는 전계를 인체(3)에 유도시키고, 이 유도된 전계를 사용하여 정보의 송신을 행하는 한편, 인체(3)에 유도된 수신할 정보에 기초하는 전계를 수신함으로써 통신을 행하는 전계 통신 시스템에 있어서, 송신기(2)는, 송신할 정보를 소정 주파수의 교류 신호로 변조하고, 대지 그라운드(20)로부터 부유한, 송신기(2)의 회로 그라운드(l7)와 대지 그라운드에(20) 사이의 부유 용량(18)과, 인체(3)와 대지 그라운드(20) 사이의 부유 용량(19)으로 공진을 일으키는 가변 리액턴스부(16)를 구비한다. 송신기(2)로부터 유도된 전계를 수신하는 수신기(1)는, 인체(3)와 전계를 주고받는 전극(12)과, 전극(l2)에 검출용 신호를 인가하는 검출용 신호원(10)과, 검출용 신호를 검출하고, 그 진폭에 기초하여, 전극(12)에 근접하는 인체(3)가 보유하는 송신기(2)의 가변 리액턴스부(16)와, 인체(3)와 대지 그라운드(20) 사이의 부유 용량(19), 및 송신기(2)의 그라운드(17)와 대지 그라운드(20) 사이의 부유 용량(18)과의 공진 상태를 검출하고, 공진 상태일 경우에 신호를 출력하는 검파부(9)를 구비한다.

수신기, 송신기, 트랜시버, 유도 전계, 인체, 공진, 모니터링

Description

수신기, 트랜시버, 및 전계 통신 시스템{RECEIVER, TRANSCEIVER, AND ELECTRIC FIELD COMMUNICATION SYSTEM}

본 발명은, 전계(electric field)를 전계 전달 매체에 유도시키고, 이 유도된 전계를 검출하여 정보의 송수신을 행하는 통신으로 사용하는 수신기, 트랜시버, 및 전계 통신 시스템에 관한 것이다.

휴대 단말기의 소형화 및 고성능화에 의해, 사람이 착용 가능한 착용식 컴퓨터(wearable computer)가 주목받고 있다. 종래, 이와 같은 착용식 컴퓨터 간의 정보 통신으로서, 컴퓨터에 전계 통신 트랜시버를 접속하여 장착하고, 상기 전계 통신 트랜시버가 유도하는 전계를, 전계 전달 매체인 인체를 통하여 전달시킴으로써, 정보의 송수신을 행하는 방법이 제안되어 있다.

도 1에 종래의 기술에 의한 전계 통신 시스템을 나타낸다.

휴대 단말기(200)의 송신기(201)에서는 소형 컴퓨터(206)로부터 출력된 송신할 정보(데이터)를 소정의 주파수 f의 반송파에 기초하여 변조하여 출력한다. 송신기(201)는 대지 그라운드(209, earth ground)로부터 떨어져 있고, 회로 그라운드(205)와 대지 그라운드(209) 사이에는 부유 용량 Cg(207)가 생긴다. 또한, 인체(210)와 대지 그라운드 사이에는 부유 용량 Cb(208)가 생긴다.

종래의 기술에서는, 리액턴스부(203)를 송신 회로(변조·출력부(202))와 송수신 전극(204) 사이에 개재하고, 부유 용량과의 공진 현상에 의해 인체(210)에 인가되는 전압 신호를 크게 하여, 전계 통신을 실현하고 있다(예를 들면, 일본국 특개 2004-153708호 공보, United States Patent Application Publication, Pub. No.: US2004/009226A1 Pub. Date: May 13, 2004 참조).

그러나, 매체인 인체(210)에 전계를 유도시키고, 그 전계를 송수신 전극(104)에 접촉된 인체(210)로부터 검출함으로써 통신을 행하는 전계 통신 시스템에서는, 수신기(설치형 장치(102)에 접촉하고 있지 않은 다른 기기(105)로부터 방사된 전계 신호도 검출한다. 도 l에 다른 기기(방사원)(105)로부터의 방사 신호(노이즈)(106)에 노출된 전계 통신 시스템의 모식도를 나타낸다. 그리고 상기 다른 기기는, 통신시킬 의도가 없는 다른 전계 통신 시스템이 구비하는 송신기일 수도 있다.

방사원(105)으로부터의 방사 신호(106)가, 송신기(201) 신호의 주파수와 동일하며, 동일한 변조 방식으로 변조된 데이터일 경우, 방사원(105)으로부터의 데이터인지 송신기(201)로부터의 데이터인지는, 수신부(103) 및 컴퓨터(101)로 구별하기 곤란하였다.

본 발명은 전술한 바와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적은, 기생적인 통신 경로로부터의 데이터를 차단할 수 있는 독립성(Isolation)이 높은 통신에 필요한 수신기, 트랜시버, 및 전계 통신 시스템을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 청구의 범위 제1항에 기재된 발명은, 송신할 정보에 기초한 전계를 전계 전달 매체에 유도시키고, 이 유도된 전계를 사용하여 정보의 송신을 행하는 한편, 상기 전계 전달 매체에 유도된 수신할 정보에 기초한 전계를 수신함으로써 통신을 행하는 전계 통신 시스템에서, 송신할 정보를 소정 주파수의 교류 신호로 변조하고, 대지 그라운드로부터 부유한, 송신기 또는 트랜시버의 회로 그라운드와 대지 그라운드 사이의 부유 용량과, 상기 전계 전달 매체와 대지 그라운드 사이의 임피던스로 공진을 일으키는 가변 리액턴스부를 구비하는 송신기 또는 트랜시버로부터 유도된 전계를 수신하는 수신기로서, 상기 전계 전달 매체와 전계를 주고받는 전극과, 상기 전극에 검출용 신호를 인가하는 검출용 신호원과, 상기 검출용 신호를 검출하고, 그 진폭에 기초하여, 상기 전극에 근접하는 상기 전계 전달 매체가 보유하는 상기 송신기 또는 트랜시버의 상기 가변 리액턴스부와, 상기 전계 전달 매체와 대지 그라운드 사이의 임피던스, 및 상기 송신기 또는 트랜시버의 그라운드와 대지 그라운드 사이의 부유 용량과의 공진 상태를 검출하여, 공진 상태인 경우에 신호를 출력하는 검출부를 구비하는 것을 요지로 한다.

청구의 범위 제2항에 기재된 발명은, 청구의 범위 제1항에 기재된 수신기에서, 상기 검출부로부터 신호가 출력되고 있는 경우에는, 소정의 주파수 이외의 신호를 저감시키는 필터부로부터 출력된 신호를 복조하여 정보를 출력하고, 상기 검출부로부터 신호가 출력되고 있는 경우 외에는 처리를 정지시키기 위한 복조부를 더 구비하는 것을 요지로 한다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위해, 청구의 범위 제3항에 기재된 발명은, 송신할 정보에 기초하는 전계를 전계 전달 매체에 유도시키고, 이 유도된 전계를 사용하여 정보의 송신을 행하는 한편, 상기 전계 전달 매체에 유도된 수신할 정보에 기초하는 전계를 수신함으로써 통신을 행하는 전계 통신 시스템에서, 송신할 정보를 소정 주파수의 교류 신호로 변조하고, 대지 그라운드로부터 부유한, 송신기 또는 트랜시버의 회로 그라운드와 대지 그라운드 사이의 부유 용량과, 상기 전계 전달 매체와 대지 그라운드 사이의 임피던스로 공진을 일으키는 가변 리액턴스부를 구비하는 송신기 또는 트랜시버로부터 유도된 전계를 수신하는 수신기로서, 상기 전계 전달 매체와 전계를 주고받는 전극과, 상기 전극에, 상기 송신기 또는 트랜시버의 교류 신호와 상이한 주파수를 가지는 검출용 신호를 인가하는 검출용 신호원과, 상기 검출용 신호를 검출하고, 그 진폭에 기초하여, 상기 전극에 근접하는 상기 전계 전달 매체가 보유하는 상기 송신기 또는 트랜시버의 상기 가변 리액턴스부와, 상기 전계 전달 매체와 대지 그라운드 사이의 임피던스, 및 상기 송신기 또는 트랜시버의 그라운드와 대지 그라운드 사이의 부유 용량과의 공진 상태를 검출하여, 공진 상태인 경우에 신호를 출력하는 검출부를 구비하는 것을 요지로 한다.

청구의 범위 제4항에 기재된 발명은, 청구의 범위 제3항에 기재된 수신기에서, 상기 검출부로부터 신호가 출력되고 있는 경우에는, 상기 송신기 또는 트랜시버의 교류 신호의 주파수를 가지는 신호를 저감하는 필터부로부터 출력된 신호를 복조하여 정보를 출력하고, 상기 검출부로부터 신호가 출력되고 있는 경우 외에는 처리를 정지하기 위한 복조부를 더 구비하는 것을 요지로 한다.

청구의 범위 제5항에 기재된 발명은, 청구의 범위 제3항 또는 제4항에 기재된 수신기에서, 상기 전극과 상기 필터부 사이에, 상기 가변 리액턴스부와, 상기 전계 전달 매체와 대지 그라운드 사이의 임피던스, 및 상기 송신기 또는 트랜시버의 그라운드와 대지 그라운드 사이의 부유 용량이 공진 상태일 경우에, 상기 검출용 신호원이 출력하는 상기 검출용 신호의 주파수로, 상기 전극과 대지 그라운드 사이의 임피던스와 직렬 공진을 생기게 하는 검출 신호 저감 리액턴스부를 더 구비하는 것을 요지로 한다.

청구의 범위 제6항에 기재된 발명은, 청구의 범위 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 수신기에서, 수신할 정보에 기초한 전계를 수신하는 수신 상태 시에 사용하는 제1 입력 리액턴스부와, 상기 공진 상태를 검지하는 검지 상태 시에 사용하는 제2 입력 리액턴스부와, 상기 검출부로부터 출력되는 신호에 따라, 상기 전극과 수신기의 그라운드 사이에, 상기 제1 입력 리액턴스부를 접속할 것인지, 상기 제2 입력 리액턴스부를 접속할 것인지를 전환하는 입력 리액턴스 전환부를 구비한 것을 요지로 한다.

청구의 범위 제7항에 기재된 발명은, 청구의 범위 제2항, 제4항, 제5항, 또는 제6항 중 어느 한 항에 기재된 수신기에서, 상기 필터부의 전단에, 상기 검출부로부터 출력되는 신호에 따라 이득(gain)을 변화시키는 이득 가변 증폭부를 더 구비하는 것을 요지로 한다.

전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 청구의 범위 제8항에 기재된 발명은, 청구의 범위 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 수신기와, 송신할 정보에 기초하는 전계를 상기 전극에 송신하는 송신기와, 전환 신호에 따라, 상기 전극에, 상기 수신기를 접속할 것인지, 상기 송신기를 접속할 것인지를 전환하는 송수신 전환부를 구비한 것을 요지로 한다.

전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 청구의 범위 제9항에 기재된 발명은, 송신할 정보에 기초하는 전계를 전계 전달 매체에 유도하고, 이 유도된 전계를 사용하여 정보의 송신을 행하는 한편, 상기 전계 전달 매체에 유도된 수신할 정보에 기초하는 전계를 수신함으로써 통신을 행하는 전계 통신 시스템으로서, 소정의 주파수를 가지는 교류 신호로 송신할 정보를 변조하여 출력하는 변조·출력부와, 상기 송신할 정보에 기초하는 전계의 유도를 행하는 송신 전극과, 전계를 유도하는 경우에는 상기 송신 전극에 근접한 전계 전달 매체와 대지 그라운드 사이의 임피던스, 및 상기 변조·출력부의 그라운드와 대지 그라운드 사이의 부유 용량으로 공진을 일으키고, 전계를 유도하지 않는 경우에는 공진을 일으키지 않는 가변 리액턴스부를 구비하는 송신기와, 청구의 범위 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 수신기 또는 청구의 범위 제8항에 기재된 트랜시버를 구비한 것을 요지로 한다.

청구의 범위 제10항에 기재된 발명은, 청구의 범위 제9항에 기재된 전계 통신 시스템에서, 상기 가변 리액턴스부의 리액턴스치는, 전계를 유도하는 경우와 전계를 유도하지 않는 경우에 따라서, 변화하는 것을 요지로 한다.

도 1은 종래의 기술에 의한 전계 통신 시스템을 설명하기 위한 설명도를 나타낸다.

도 2는 제1 실시예에 따른 기본 구성을 설명하기 위한 블록도를 나타낸다.

도 3은 제1 실시예에 따른 통신 시스템의 회로 모델의 일례를 나타낸다.

도 4는 제1 실시예에 따른 등가 회로의 일례를 나타낸다.

도 5는 제1 실시예에 따른 검파 회로의 구성의 일례를 나타낸다.

도 6은 제1 실시예에 따른 가변 리액턴스의 구성의 일례를 나타낸다.

도 7은 제2 실시예에 따른 기본 구성을 설명하기 위한 블록도를 나타낸다.

도 8은 제3 실시예에 따른 기본 구성을 설명하기 위한 블록도를 나타낸다.

도 9는 제4 실시예에 따른 기본 구성을 설명하기 위한 블록도를 나타낸다.

도 10은 제4 실시예에 따른 변형예를 설명하기 위한 블록도를 나타낸다.

도 11은 제4 실시예에 따른 다른 변형예를 설명하기 위한 블록도를 나타낸다.

도 12는 제5 실시예에 따른 기본 구성을 설명하기 위한 블록도를 나타낸다.

<제1 실시예>

도 2에 제1 실시예의 블록도를 나타낸다.

송신기(2)는 전계 전달 매체인 인체(3)에 접촉되어 있고, 컴퓨터 등 정보 처리를 행하는 단말기로부터 출력된 데이터를 변조·출력부(15)에서 소정의 주파수의 신호로 변조하여 출력한다. 가변 리액턴스부(16)에서는, 회로 그라운드(17)와 대지 그라운드(20) 사이의 부유 용량 Cg(18), 인체(3)와 회로 그라운드(17) 사이의 부유 용량 Cb(19), 및 수신기(1)의 입력 임피던스 등으로 구성되는 회로가 상기 소정의 주파수로 공진 상태가 되도록 리액턴스치가 설정되고, 전계 전달 매체인 인체 에 효과적으로 신호가 인가된다.

인체(3)에 인가된 신호는, 수신 전극(12)을 통하여 수신기(1)의 전치 증폭부(6, pre-amplifier)에서 증폭된다. 이 후, 필터부(7)에서 불필요한 노이즈는 제거되고, 복조부(8)에서 복조되어 데이터가 복원된다. 이와 동시에, 수신기(1) 내의 검출용 신호원(10)으로부터, 검출 신호원 출력 임피던스(5)를 통하여, 입력 리액턴스부(4) 측에 송신 측과 동일한 주파수의 신호를 출력한다. 이 신호는, 전치 증폭부(6) 및 필터부(7)를 통하여, 수신 신호와 동일한 경로를 따라간다. 필터부(7)로부터 출력된 신호를 검파부(9)에서 검출하여 수신 전극(12)과 공진하고 있는 송신기(2)를 가진 인체(3)가 접촉하고 있는 것을 모니터링한다.

다음에, 도 3 및 도 4의 회로 모델을 사용하여, 공진 상태를 생기게 하는 송신기(2)를 가진 인체(3)를 검출하는 원리에 대하여 설명한다. 상기 회로 모델에서는 해석을 간단하게 하기 위해, 인체(3)와 전극 사이의 용량을 무시하고 있다. 수신 전극(12)에는 신호원 Vs(21)로부터의 전압 Vrcv,s와 신호원 Vdrv(26)로부터의 전압 Vrcv,d가 인가된다.

처음에 신호원 Vdrv(26)를 무시하고 Vrcv,s에 대하여 해석한다. Vrcv,s는 송신부의 가변 리액턴스 Xv(23)와, 수신부의 입력 리액턴스 Xin(24)와, 신호원(21)의 출력 저항 Rs(22)와, 부유 용량 Cb(19), Cg(18)를 사용하여 이하의 식으로 나타내어진다.

[수식 1]

이 해석에서는 Zdrv(25)는 충분히 큰 값으로 가정하고 무시한다. 수식 1에 있어서, 다음의 수식 2가 성립할 때 공진이 발생하고, Vrcv,s가 최대가 된다.

[수식 2]

다음에 신호원 Vs(21)를 무시하고 Vrcv,d에 대하여 해석한다. Vdrv(26)와 Zdrv(25)로부터 본 어드미턴스 Y는 이하의 수식으로 나타내어 진다.

[수식 3]

송신 측에서 공진이 발생하고 있지 않고 1＞＞ωCgXv인 경우는 Cg(18)가 매 우 작아서, 1＞＞ωCgRs이기도 하므로, 수식 3에서 우변의 제3항은 무시할 수 있다. 송신 측에서 공진이 되고 수식 2를 만족시킬 경우, 어드미턴스 Y는 다음과 같이 된다.

[수식 4]

수식 4에서, ωCb-1/Xin은, 공진이 발생하고 있지 않을 때의 어드미턴스와 거의 동일하다. 따라서, 공진하고 있는 경우와 공진하고 있지 않는 경우에 따라서 어드미턴스는 변화되고, 이 변화율은, 수식 4에서의 j(ωCb-1/Xin)을 제외한 부분이 된다. 이러한 변화를 모니터링함으로써 수신 전극(12)에 접촉하고 있는 인체(3)의 송신기(2)가 공진할 경우에만 데이터를 수신하는 구성을 구축할 수 있다.

도 2의 구성도에서는, 어드미턴스 Y가 변화한 경우의 검출용 신호원(10)으로부터 입력 리액턴스부(4)에 인가되는 전압 진폭의 변화를 검파부(9)에서 모니터링하고, 공진한 경우의 전압 진폭이 입력되면 데이터 출력부에 데이터를 출력하기 위한 데이터 출력 개시 신호를 출력하도록 구성되어 있다. 복조부(8)에서는, 검파부(9)로부터 데이터를 출력시키는 데이터 출력 개시 신호가 입력된 경우에만 데이 터를 출력하고, 그 이외는 데이터를 출력하지 않는다.

도 2에서는 해석을 알기 쉽게 하기 위해, 입력 리액턴스부(4)를 설치하였으나, 입력 리액턴스부(4)를 제거하고 전치 증폭부(6)의 입력 임피던스를 대신 사용해도 된다. 이 때 저항 성분보다 리액턴스 성분이 큰 입력 임피던스인 것이 바람직하다.

또한, 어드미턴스 Y는, 인체(3)가 수신 전극(12)에 접촉한 경우에도 변화하고, 접촉하지 않을 경우라도 변화한다. 이 때의 어드미턴스 Y의 변화를 완만하게 하기 위해, Xn(24)을 인체(3)와 대지 그라운드(20) 사이의 부유 용량 Cb(19)의 임피던스보다 작게 설정하는 것이 바람직하다.

검출 신호원 출력 임피던스(5)는 수신한 신호가 검출용 신호원(10)에 입력되는 것을 방지하기 위한 것이며, 수신 전극(12)과 대지 그라운드(20) 사이의 임피던스에 영향을 주지 않을 만큼 큰 값을 가지는 것이 바람직하다. 또한, 검출 신호원 출력 임피던스(5)를 제거하고 검출용 신호원(10) 자체의 출력 임피던스를 높게 설정하여도 된다.

전술한 바와 같은 구성에서는 송신 측의 공진을 모니터링하여 데이터 출력의 개시·정지를 행하고 있지만, 공진을 모니터링하는 데에는 불필요한 복조부(8)의 전원의 온·오프에 의해, 데이터의 복조를 개시·정지해도 된다. 이 경우에는 수신기(1)의 전력을 적게 소비하도록 할 수 있다.

도 5에 검파부(9)의 구성예를 나타낸다. 본 구성예에서는, 동기 검파에 의해 검출용 신호원(10)과 동일 위상의 신호만을 모니터링하고 있다. 고정 전압 원(32)에서 비교 회로(31)에 인가하는 임계치를, 공진한 경우의 전압 진폭치로 사전에 설정하고, 동기 검파 회로(30)에서 모니터링한 전압 진폭치가 상기 임계치를 넘으면 데이터 출력 개시 신호를 복조부(8)에 출력한다.

전술한 바와 같은 구성에 의해 수신 전극(12)에 근접하는 인체(3)가 가지는 수신할 정보에 기초하는 전계를 유도하는 송신기(2)와의 공진이 발생한 경우에만 데이터를 수신하고 출력할 수 있다. 따라서, 수신 전극(12)으로부터 떨어져 있는 방사원이나 송신기로부터의 기생적인 통신 경로로부터의 데이터를 차단할 수 있으므로, 본 실시예에 의해 독립성(Isolation)이 높은 통신을 제공할 수 있다.

본 실시예에서는 송신기(2)의 가변 리액턴스부(16)의 설정에 대하여 설명하지 않았지만, 데이터를 포함하는 패킷을 출력하는 경우에 가변 리액턴스부(16)의 리액턴스치를 공진이 생기는 값 또는 그 근방에 설정하고, 그 이외에는 공진이 생기지 않는 값으로 설정함으로써, 더욱 독립성이 높은 통신을 실현할 수 있다.

도 6에 가변 리액턴스부(16)의 구성예를 나타낸다. 리액턴스부(36)의 리액턴스치는 고정된 값이며, 스위치(35)가 닫힐 때에 공진이 생기는 값으로 설정한다. 이 구성에서는 설정 신호가 입력되고 스위치(35)가 닫힐 경우에는 송신기(2)와 부유 용량 사이에 공진 상태가 생기고, 스위치(35)가 열릴 경우에는 공진이 생기지 않는다. 패킷을 출력하는 경우에 스위치(35)를 닫고, 출력하지 않는 경우에는 스위치(35)를 열어서, 전술한 바와 같이 독립성이 높은 통신을 제공할 수 있다.

본 구성예에서는 고정된 값을 가지는 리액턴스부(36)를 사용하였으나, 인덕터와 가변 용량 다이오드와 저항으로 구성되는 자기 조정 가변 리액턴스부를 사용 해도 된다. 자기 조정 가변 리액턴스부에서는, 다이오드의 정류 특성에 의하여 생긴 직류 전류가 저항에 흐름으로써 가변 용량 다이오드에 바이어스 전압이 생긴다. 그러므로 교류 신호를 입력하기만 하면 공진 상태 근방으로 리액턴스치가 변화한다.

또한, 스위치(35)에 의하여 등가적으로 리액턴스치를 바꾸었지만, 외부로부터의 전압값으로 리액턴스치를 바꾸는 가변 리액턴스부를 사용해도 된다. 이 경우에는 연속적으로 변화하는 설정 신호를 사용하여 그 값으로 리액턴스치를 설정한다. 또한, 자동 제어에 의해 공진이 생기는 리액턴스치로 조정하는 경우에는, 패킷을 출력할 때 조정을 행하고, 출력하지 않을 때에는 최적치로부터 벗어나게 한다. 이상의 기능을 가지는 송신기를 도 2의 구성도에 나타낸 바와 같은 통신 시스템에 적용함으로써, 보다 독립성이 높은 통신 시스템을 제공할 수 있다.

<제2 실시예>

도 7에 제2 실시예의 블록도를 나타낸다. 제1 실시예에서는 통신 신호의 주파수와 검출 신호의 주파수를 동일하게 설정하고 있었지만, 본 실시예에서는 검출용 신호로서 통신 신호와 상이한 주파수를 가지는 신호를 사용하고 있다. 수신한 수신 신호 f1은 전치 증폭부(6)에서 증폭된 후, 버퍼 앰프·BPF부(40)를 통과하여 복조부(8)에 입력되어 데이터로 복조된다. 검출용 신호원(10)으로부터 출력된 신호 f2는 전치 증폭부(6)에서 증폭된 후, 버퍼 앰프·BPF부(41)를 통과하여 검파부(9)에 입력된다.

이 경우의 어드미턴스 Y에 대하여 고찰한다. 통신 신호와 검출 신호의 각 주파수를 각각 ωc, ωs = ωc + Δω라 하면, 수식 3으로부터 어드미턴스는 이하의 수식으로 나타내어진다.

[수식 5]

송신 측에서 공진이 생기고 있는 경우의 리액턴스 Xv,c = Xv(ωc)는, 이하의 수식으로 나타내어진다.

[수식 6]

수식 6에서 Xin, c = Xin(ωc)라 한다. Xv(ωs)와 Xv,c, Xin(ωs)와 Xin,c에는 근사적으로 이하의 관계식이 성립된다.

Xv'(ω)와 Xin'(ω)는, 각각 Xv(ω)와 Xin(ω)의 1차 미분을 나타낸다. 식(7)과 식(8)을 수식 5에 대입하여 정리하면 이하의 식이 된다.

[수식 7]

수식 7에 수식 6을 대입하면 송신 측에서 공진이 발생한 경우의 어드미턴스가 구해진다.

[수식 8]

수식 7과 수식 8에 의하여, 본 구성에서도 송신 측에서 공진이 발생한 것을, 어드미턴스의 변화로 검출할 수 있음을 알 수 있다. 특히 이하의 수식 9가 성립한다고 가정한다.

[수식 9]

이 때, 수식 8은, 이하의 식으로 나타낸다.

[수식 l0]

이 경우, 송신 측에서 공진이 발생하면 어드미턴스 Y는 공진이 발생하고 있지 않은 경우에 비해 커진다. 검출 신호로서 통신 주파수와 다른 주파수를 가지는 신호를 사용하는 경우에는, 공진이 발생한 경우와 하지 않는 경우에 따라서 어드미턴스 Y의 변화의 부호를 파라미터의 선택 방식으로 바꿀 수 있다.

송신 측에서 공진이 생길 경우에는, 어드미턴스 Y의 변화에 따라 검파부(9)에 입력되는 전압 진폭이 변화되고, 복조부(8)에 데이터 출력 개시 신호가 출력된다. 본 실시예에서의 검파는 제1 실시예와 동일한 동기 검파가 아닐 수도 있다. 복조부(8)는 데이터 출력 개시 신호가 입력되면 데이터를 출력하고, 그 이외는 데이터를 출력하지 않는다. 본 구성에서도 송신기(2)에서 공진이 발생한 경우에만 데이터를 수신하고 출력할 수 있고, 기생적인 통신 경로로부터의 데이터를 차단할 수 있는 독립성(Isolation)이 높은 통신 시스템을 제공할 수 있다.

본 실시예에서도 데이터를 포함하는 패킷을 출력하는 경우에 가변 리액턴스의 리액턴스치를 공진이 생기는 값 또는 그 근방에 설정하고, 그 이외는 공진이 생기지 않는 값으로 설정함으로써, 더욱 독립성이 높은 통신을 실현할 수 있다.

또한, 도 6에 나타낸 가변 리액턴스부나 외부로부터의 전압값으로 리액턴스치를 바꾸는 가변 리액턴스부를 사용해도 된다. 자동 제어에 의해 공진이 생기는 리액턴스치로 조정하는 경우에는, 패킷을 출력할 때 조정을 행하고, 출력 하지 않을 때에는 최적치로부터 벗어나게 한다.

도 7에서는 입력 리액턴스부(4)에 인가되는 전압을 검파부(9)에 입력하고 있지만, 검출 신호원 출력 임피던스(5)의 양 단의 전위차를 입력해도 된다. 또한, 공진의 모니터링에는 불필요한 복조부(8)의 전원의 온·오프를 행하도록 구성될 수도 된다.

<제3 실시예의 변형>

도 8에 제3 실시예의 블록도를 나타내고, 수신 전극(12)과 전치 증폭기(6) 사이에 검출 신호 저감 리액턴스부(42)를 개재시키고 있다. 검출 신호 저감 리액턴스부(42)의 리액턴스치를 주파수 fs = ωs/2π로 수식 8에 의해 나타내는 어드미턴스와 직렬 공진을 행하는 값으로 설정하면, 송신 측에서 공진이 발생한 경우에 전치 증폭부(6)에 입력되는 주파수 fs의 검출 신호의 진폭이 작아진다.

Δω가 작고 버퍼 앰프·BPF부(40)에서 검출 신호가 충분히 제거되지 않은 경우에는 검출 신호가 복조를 방해하지만, 도 8과 같이 구성하여 송신 측에서 공진이 발생한 경우에 전치 증폭부(6)에 입력되는 검출 신호를 작게 함으로써 데이터의 복조를 정상적으로 행할 수 있다. 그리고, 본 실시예에서는 전치 증폭기(6)의 입력 임피던스를 Xin으로서 사용하지는 않고, 수신기(1)의 그라운드와 수신 전극(12) 사이에 입력 리액턴스부(4)를 접속한다.

또한, 본 구성에서는 통신 신호와 검출 신호에 상이한 주파수를 사용하지만, 검출 신호 저감 리액턴스부(42)를 사용하는 경우에는, 송신 측에서 공진이 발생한 경우에 전치 증폭부(6)에 입력되는 검출 신호의 진폭이 작아지므로 동일한 주파수라도 된다.

<제4 실시예>

도 9에 제4 실시예를 설명하기 위한 구성도를 나타낸다.

수신 시에 방사된 노이즈로 인하여 수신 데이터에 에러가 생기는 것을 방지하기 위해서는 입력 리액턴스를 낮게 설정하는 것이 바람직하지만, 데이터 수신 전에 송신 측의 공진 상태를 검지하는 경우에는 입력 리액턴스가 너무 낮으면 검지하기 곤란하게 된다.

이를 방지하기 위해 데이터를 수신하는 수신 상태 시의 입력 리액턴스와 송신 측의 공진 상태를 검지하는 검지 상태 시의 입력 리액턴스를 별개로 설치하였다. 도 9에서 입력 리액턴스부(4)는 수신 상태 시의 입력 리액턴스이며, 입력 리액턴스부(43)가 검지 상태 시의 입력 리액턴스이다. 통신을 행하지 않을 경우나 통신 초기에는 수신기(1)는 검지 상태에 있으며, 스위치(44)는 a1과 c1이 접속되어 있다(도 9에 나타냄). 송신 측에서 공진이 생기고 검파부(9)에서 검지한 경우에는 복조부(8)에 데이터 출력 개시 신호를 출력하는 동시에 전환 신호에 의해 스위치(44)의 a1과 b1을 접속한다.

다시 검지 상태로 되돌리는 수단으로서는, 검파부(9)에 타이머를 설치하고 일정 기간 경과 후에 전환 신호를 변화시켜서 검지 상태로 되돌리는 방법, 복조부(8)에 반송파 검출 회로나 데이터 검출 회로를 설치하고, 반송파나 데이터를 검출하지 않게 되면 전환 신호를 변화시켜서 검지 상태로 되돌리는 방법이 있으며, 어느 쪽을 사용해도 된다(도시하지 않음).

제4 실시예에서도, 상기 제1 실시예 내지 제3 실시예와 마찬가지로 데이터를 포함하는 패킷을 출력하는 경우에 가변 리액턴스의 리액턴스치를 공진이 생기는 값 혹은 그 근방에 설정하고, 그 이외는 공진이 생기지 않는 값으로 설정함으로써, 더욱 독립성의 높은 통신을 실현할 수 있다.

또한, 도 6에 나타낸 리액턴스부(36)나 외부로부터의 전압값으로 리액턴스치를 바꾸는 가변 리액턴스부를 사용해도 된다. 자동 제어에 의해 공진이 생기는 리액턴스치로 조정하는 경우에는, 패킷을 출력할 때에 조정을 행하고, 출력하지 않을 때에는 최적치로부터 벗어나게 한다.

또한, 수신 상태 시와 검지 상태 시에서의 전치 증폭부(6)의 최적인 이득이 상이한 경우에는 이득이 전환되는 이득 가변·전치 증폭부(45)를 사용한다. 이 경우의 블록도를 도 l0에 나타낸다.

수신 감도를 높이기 위해서 저노이즈로 고이득의 증폭기가 필요한 수신 상태와 비교적 노이즈가 많지만 저소비 전력 증폭기가 사용 가능한 검지 상태를 전환할 수 있도록 구성함으로써, 데이터를 수신하고 있지 않을 때의 소비 전력을 저감시킬 수 있다.

그리고, 도 10에서는 검출 신호에 통신과 상이한 주파수를 사용하지만, 동일한 주파수를 사용해도 된다. 이 경우의 블록도를 도 11에 나타낸다.

<제5 실시예>

상기 제1 실시예 내지 제 4 실시예에서는 휴대 단말기에는 송신기만을, 설치 형 장치에는 수신기만을 사용하고 있지만, 양 방향 통신을 행하기 위해 송수신을 행할 수 있는 트랜시버를 사용해도 된다.

도 12에 제5 실시예의 트랜시버의 구성도를 나타낸다. 도 12에서, 송신과 수신의 전환은, 송수신 전환 스위치(53)를 송수신 전환 신호에 의해 전환함으로써 행해진다. 수신 시에는, a2와 b2를 접속하여 전극(12)과 수신부(1a)를 접속한다. 한편, 송신 시에는, a2와 c2를 접속하여 전극(12)과 송신부(51)를 접속한다. 상기 송수신 전환 스위치(53)에 의하여, 수신 시에 수신 신호가 송신부(51)에 누설되는 것을 방지할 수 있다.

그리고, 도 5에서는, 수신부로서, 제1 실시예에서 나타낸 수신부를 채용하였지만, 제2 실시예 내지 제4 실시예에서 나타낸 수신부를 채용해도 된다.

본 발명에 의하면, 수신기의 수신 전극에 접촉하고, 송신기의 리액턴스부와 송신기나 인체의 부유 용량이 공진한 경우에만 데이터를 수신하는 기구를 구비함으로써, 기생적인 통신 경로로부터의 데이터를 차단할 수 있는 독립성(lsolation)이 높은 통신에 필요한 수신기, 트랜시버, 및 전계 통신 시스템을 제공할 수 있다.

Claims (18)

1. 송신할 정보에 기초하는 전계(electric field)를 전계 전달 매체(3)에 유도시키고, 이 유도된 전계를 사용하여 정보의 송신을 행하는 한편, 상기 전계 전달 매체(3)에 유도된 수신할 정보에 기초하는 전계를 수신함으로써 통신을 행하는 전계 통신 시스템에서의 수신기(1)로서,

   상기 전계 전달 매체(3)와 전계를 주고받는 전극(12)과,

   상기 전극(12)에 검출용 신호를 인가하는 검출용 신호원(10)과,

   상기 검출용 신호를 검출하고, 그 진폭에 기초하여, 상기 전극(12)에 근접하는 상기 전계 전달 매체(3)에 접해 있는 송신기(2) 또는 트랜시버의 가변 리액턴스부(16)와, 상기 전계 전달 매체(3)와 대지 그라운드(20) 사이의 임피던스(19), 및 상기 송신기(2) 또는 트랜시버의 그라운드(17)와 대지 그라운드(20) 사이의 부유 용량(18)과의 공진 상태를 검출하고, 공진 상태인 경우에 신호를 출력하는 검출부(9)와,

   상기 검출부(9)로부터 신호가 출력되고 있는 경우에는, 소정의 주파수 이외의 신호를 저감시키는 필터부(7)로부터 출력된 신호를 복조하여 정보를 출력하고, 상기 검출부(9)로부터 신호가 출력되고 있는 경우 외에는, 처리를 정지시키기 위한 복조부(8)

   를 포함하는 수신기(1).
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 수신할 정보에 기초하는 전계를 수신하는 수신 상태 시에 사용하는 제1 입력 리액턴스부(4)와,

   상기 공진 상태를 검지하는 검지 상태 시에 사용하는 제2 입력 리액턴스부(43)와,

   상기 검출부(9)로부터 출력되는 신호에 따라, 상기 전극(12)과 수신기(1)의 그라운드 사이에, 상기 제1 입력 리액턴스부(4)를 접속할 것인지, 상기 제2 입력 리액턴스부(43)를 접속할 것인지를 전환하는 입력 리액턴스 전환부(44)

   를 더 포함하는 수신기(1).
4. 제1항에 기재된 수신기(1)와,

   송신할 정보에 기초하는 전계를 상기 전극에 송신하는 송신부(51)와,

   전환 신호에 따라, 상기 전극(12)에, 상기 수신기(1)를 접속할 것인지, 상기 송신부(51)를 접속할 것인지를 전환하는 송수신 전환부(53)

   를 포함하는 트랜시버(71).
5. 송신할 정보에 기초하는 전계를 전계 전달 매체(3)에 유도시키고, 이 유도된 전계를 사용하여 정보의 송신을 행하는 한편, 상기 전계 전달 매체(3)에 유도된 수신할 정보에 기초하는 전계를 수신함으로써 통신을 행하는 전계 통신 시스템으로서,

   소정의 주파수를 가지는 교류 신호로 송신할 정보를 변조하여 출력하는 변조·출력부(15)와, 상기 송신할 정보에 기초하는 전계의 유도를 행하는 송신 전극(1l)과, 전계를 유도할 경우에는 상기 송신 전극(11)에 근접한 전계 전달 매체(3)와 대지 그라운드(20) 사이의 임피던스(19), 및 상기 변조·출력부(15)의 그라운드(17)와 대지 그라운드(20) 사이의 부유 용량으로 공진을 일으키고, 전계를 유도하지 않는 경우에는 공진을 일으키지 않는 가변 리액턴스부(16)를 구비하는 송신기(2)와,

   제4항에 기재된 트랜시버(71)

   를 포함하는 전계 통신 시스템.
6. 제5항에 있어서,

   상기 가변 리액턴스부(16)의 리액턴스치는, 전계를 유도하는 경우와 전계를 유도하지 않는 경우에 따라서 변화하는 것을 특징으로 하는 전계 통신 시스템.
7. 송신할 정보에 기초하는 전계를 전계 전달 매체(3)에 유도시키고, 이 유도된 전계를 사용하여 정보의 송신을 행하는 한편, 상기 전계 전달 매체(3)에 유도된 수신할 정보에 기초하는 전계를 수신함으로써 통신을 행하는 전계 통신 시스템으로서,

   소정의 주파수를 가지는 교류 신호로 송신할 정보를 변조하여 출력하는 변조·출력부(15)와, 상기 송신할 정보에 기초하는 전계의 유도를 행하는 송신 전극(1l)과, 전계를 유도할 경우에는 상기 송신 전극(11)에 근접한 전계 전달 매체(3)와 대지 그라운드(20) 사이의 임피던스(19), 및 상기 변조·출력부(15)의 그라운드(17)와 대지 그라운드(20) 사이의 부유 용량으로 공진을 일으키고, 전계를 유도하지 않는 경우에는 공진을 일으키지 않는 가변 리액턴스부(16)를 구비하는 송신기(2)와,

   제1항에 기재된 수신기(1)

   를 포함하는 전계 통신 시스템.
8. 제7항에 있어서,

   상기 가변 리액턴스부(16)의 리액턴스치는, 전계를 유도하는 경우와 전계를 유도하지 않는 경우에 따라서 변화하는 것을 특징으로 하는 전계 통신 시스템.
9. 송신할 정보에 기초하는 전계를 전계 전달 매체(3)에 유도시키고, 이 유도된 전계를 사용하여 정보의 송신을 행하는 한편, 상기 전계 전달 매체(3)에 유도된 수신할 정보에 기초하는 전계를 수신함으로써 통신을 행하는 전계 통신 시스템에서의 수신기(1)로서,

   상기 전계 전달 매체(3)와 전계를 주고받는 전극(12)과,

   상기 전극(12)에, 송신기(2) 또는 트랜시버의 교류 신호와 상이한 주파수를 가지는 검출용 신호를 인가하는 검출용 신호원(10)과,

   상기 검출용 신호를 검출하고, 그 진폭에 기초하여, 상기 전극(12)에 근접하는 상기 전계 전달 매체(3)에 접해 있는 상기 송신기(2) 또는 트랜시버의 가변 리액턴스부(16)과, 상기 전계 전달 매체(3)와 대지 그라운드(20) 사이의 임피던스(19), 및 상기 송신기(2) 또는 트랜시버의 그라운드(17)와 대지 그라운드(20) 사이의 부유 용량(18)과의 공진 상태를 검출하고, 공진 상태인 경우에 신호를 출력하는 검출부(9)와,

   상기 검출부(9)로부터 신호가 출력되고 있는 경우에는, 상기 송신기(2) 또는 상기 트랜시버의 교류 신호의 주파수를 가지는 신호를 통과시키는 필터부(40)로부터 출력된 신호를 복조하여 정보를 출력하고, 상기 검출부(9)로부터 신호가 출력되고 있는 경우 외에는, 처리를 정지시키기 위한 복조부(8)

   를 포함하는 수신기(1).
10. 삭제
11. 제9항에 있어서,

    상기 전극(12)과 상기 필터부(40) 사이에, 상기 가변 리액턴스부(16)와, 상기 전계 전달 매체(3)와 대지 그라운드(20) 사이의 임피던스(19), 및 상기 송신기(2) 또는 트랜시버의 그라운드와 대지 그라운드(20) 사이의 부유 용량(18)이 공진 상태인 경우에, 상기 검출용 신호원(10)이 출력하는 상기 검출용 신호의 주파수로, 상기 전극(12)과 상기 대지 그라운드(20) 사이의 임피던스와 직렬 공진을 발생시키는 검출 신호 저감 리액턴스부(42)를 더 포함하는 수신기(1).
12. 제9항에 있어서,

    상기 수신할 정보에 기초하는 전계를 수신하는 수신 상태 시에 사용하는 제1 입력 리액턴스부(4)와,

    상기 공진 상태를 검지하는 검지 상태 시에 사용하는 제2 입력 리액턴스부(43)와,

    상기 검출부(9)로부터 출력되는 신호에 따라, 상기 전극(12)과 수신기(1)의 그라운드의 사이에, 상기 제1 입력 리액턴스부(4)를 접속할 것인지, 상기 제2 입력 리액턴스부(43)를 접속할 것인지를 전환하는 입력 리액턴스 전환부(44)

    를 더 포함하는 수신기(1).
13. 제9항에 기재된 수신기(1)와,

    송신할 정보에 기초하는 전계를 상기 전극에 송신하는 송신부(51)와,

    전환 신호에 따라, 상기 전극(12)에, 상기 수신기(1)를 접속할 것인지, 상기 송신부(51)를 접속할 것인지를 전환하는 송수신 전환부(53)

    를 구비한 것을 특징으로 하는 트랜시버(71).
14. 송신할 정보에 기초하는 전계를 전계 전달 매체(3)에 유도시키고, 이 유도된 전계를 사용하여 정보의 송신을 행하는 한편, 상기 전계 전달 매체(3)에 유도된 수신할 정보에 기초하는 전계를 수신함으로써 통신을 행하는 전계 통신 시스템으로서,

    소정의 주파수를 가지는 교류 신호로 송신할 정보를 변조하여 출력하는 변조·출력부(15)와, 상기 송신할 정보에 기초하는 전계의 유도를 행하는 송신 전극(1l)과, 전계를 유도할 경우에는 상기 송신 전극(11)에 근접한 전계 전달 매체(3)와 대지 그라운드(20) 사이의 임피던스(19), 및 상기 변조·출력부(15)의 그라운드(17)와 대지 그라운드(20) 사이의 부유 용량으로 공진을 일으키고, 전계를 유도하지 않는 경우에는 공진을 일으키지 않는 가변 리액턴스부(16)를 구비하는 송신기(2)와,

    제13항에 기재된 트랜시버(71)

    를 포함하는 전계 통신 시스템.
15. 제14항에 있어서,

    상기 가변 리액턴스부(16)의 리액턴스치는, 전계를 유도하는 경우와 전계를 유도하지 않는 경우에 따라서 변화하는 것을 특징으로 하는 전계 통신 시스템.
16. 송신할 정보에 기초하는 전계를 전계 전달 매체(3)에 유도시키고, 이 유도된 전계를 사용하여 정보의 송신을 행하는 한편, 상기 전계 전달 매체(3)에 유도된 수신할 정보에 기초하는 전계를 수신함으로써 통신을 행하는 전계 통신 시스템으로서,

    소정의 주파수를 가지는 교류 신호로 송신할 정보를 변조하여 출력하는 변조·출력부(15)와, 상기 송신할 정보에 기초하는 전계의 유도를 행하는 송신 전극(1l)과, 전계를 유도할 경우에는 상기 송신 전극(11)에 근접한 전계 전달 매체(3)와 대지 그라운드(20) 사이의 임피던스(19), 및 상기 변조·출력부(15)의 그라운드(17)와 대지 그라운드(20) 사이의 부유 용량으로 공진을 일으키고, 전계를 유도하지 않는 경우에는 공진을 일으키지 않는 가변 리액턴스부(16)를 구비하는 송신기(2)와,

    제9항에 기재된 수신기(1)

    를 포함하는 전계 통신 시스템.
17. 제16항에 있어서,

    상기 가변 리액턴스부(16)의 리액턴스치는, 전계를 유도하는 경우와 전계를 유도하지 않는 경우에 따라서 변화하는 것을 특징으로 하는 전계 통신 시스템.
18. 제3항, 제11항 또는 제12항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 필터부(7, 40)의 전단에, 상기 검출부(9)로부터 출력되는 신호에 따라 이득(gain)을 변화시키는 이득 가변 증폭부(45)를 더 포함하는 수신기(1).

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