WO2011111168A1 - 信号伝達装置 - Google Patents

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WO2011111168A1
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coil
circuit
reception
pass filter
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PCT/JP2010/053882
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英俊 森下
真樹 早稲倉
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トヨタ自動車株式会社
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Definitions

  • the present application relates to a signal transmission device that transmits an input signal input to a transmission circuit to a reception circuit that is electrically insulated from the transmission circuit.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-324525 discloses a signal transmission device that transmits a signal using electromagnetic induction of a coil.
  • This signal transmission device includes a transformer (transmission coil, reception coil) and a detection circuit.
  • a reception signal is output from the reception coil by electromagnetic induction.
  • the detection circuit detects an input signal from the reception signal output from the reception coil. As a result, a signal is transmitted from the transmission coil side to the reception coil side.
  • planar coils may be used for the transmission coil and the reception coil.
  • the planar coil includes a conductive portion arranged in a spiral on the same plane. Since the planar coil arranges the conductive parts on the same plane, it has an advantage that the structure can be simplified as compared with the laminated coil in which the conductive parts are arranged three-dimensionally.
  • the outer diameters of the transmission coil and the reception coil must be increased. As a result, there is a problem that the transmission coil and the reception coil are enlarged.
  • the gain can be improved by changing the turn ratio of the transmission coil and the reception coil without increasing the outer diameter of the transmission coil and the reception coil. That is, the gain can be improved by making the number of turns of the receiving coil larger than the number of turns of the transmitting coil.
  • the number of turns of the receiving coil is made larger than the number of turns of the transmitting coil, the voltage of the signal output from the receiving coil increases, which may exceed the withstand voltage of the detection circuit.
  • the outer diameters of the transmission coil and the reception coil are small, the frequency of the signal output from the reception coil becomes high, and the frequency limit that can be received by the detection circuit may be exceeded. For these reasons, there is a problem that a signal cannot be stably transmitted from the transmission side to the reception side.
  • the present application relates to a signal transmission device using a planar coil for a transmission coil and a reception coil, and can reduce the outer diameter of the transmission coil and the reception coil, and can stably transmit a signal from the transmission side to the reception side.
  • the purpose is to provide.
  • the signal transmission device disclosed in the present application includes a transmission coil that is driven according to an input signal, a reception coil that outputs a reception signal according to driving of the transmission coil, and a reception signal output from the reception coil before being input.
  • a processing circuit and a detection circuit for detecting an input signal from a signal output from the preprocessing circuit are provided.
  • the transmission coil includes a first conductive portion that is disposed on the first plane and has a first number of turns.
  • the receiving coil includes a second conductive portion that is disposed on the second plane and has a second number of turns greater than the first number of turns.
  • the preprocessing circuit converts the reception signal output from the reception coil into a signal within a frequency range that can be received by the detection circuit, and converts the signal into a signal having a voltage equal to or lower than the withstand voltage of the detection circuit and outputs the signal.
  • the number of turns of the receiving coil is larger than the number of turns of the transmitting coil, a gain necessary for performing signal transmission stably can be obtained without increasing the outer diameter of the transmitting coil and the receiving coil. it can.
  • the number of turns of the receiving coil is made larger than the number of turns of the transmitting coil and the outer diameters of the transmitting coil and the receiving coil are made small, the voltage of the received signal output from the receiving coil exceeds the withstand voltage of the detection circuit.
  • the frequency may exceed the receivable frequency limit of the detection circuit.
  • the preprocessing circuit converts the reception signal output from the reception coil into a signal within a frequency range that can be received by the detection circuit, and also converts the signal to a voltage equal to or lower than the withstand voltage of the detection circuit. For this reason, the detection circuit can stably detect the input signal from the signal output from the preprocessing circuit.
  • the transmission coil and the reception coil have a frequency in which the peak frequency of the reception signal output from the reception coil exceeds the frequency limit that can be received by the detection circuit, and the reception signal output from the reception coil It is preferable that the peak voltage is configured to exceed the withstand voltage of the detection circuit. That is, the peak voltage of the reception signal output from the reception coil increases as the gain is increased by changing the turns ratio of the transmission coil and the reception coil. In addition, the smaller the outer diameter of the transmission coil and the reception coil, the higher the peak frequency of the reception signal output from the reception coil.
  • the peak frequency of the received signal exceeds the frequency limit at which the detection circuit can receive, and the peak voltage of the received signal exceeds the withstand voltage of the detection circuit, thereby reducing the size of the transmission coil and the reception coil.
  • the gain can be increased.
  • a low-pass filter that allows a signal having a first predetermined frequency or less to pass can be used.
  • a low pass filter for the preprocessing circuit, the frequency of the received signal output from the receiving coil can be lowered, and the peak voltage can be lowered.
  • a high-pass filter that passes a signal having a second predetermined frequency or higher is disposed between the pre-processing circuit and the detection circuit.
  • the second predetermined frequency is set lower than the first predetermined frequency.
  • the detection circuit detects an input signal from the signal output from the high pass filter. According to this configuration, since the noise component is removed by the high-pass filter, the detection circuit can detect the transmission signal more stably. In addition, since the signal that has passed through the low-pass filter is processed by the high-pass filter, the sum of the capacitance values of the circuit can be reduced.
  • a clamp circuit that clamps a reception signal input from the reception coil at a predetermined potential can be used.
  • the clamp circuit for the preprocessing circuit the peak voltage of the reception signal output from the reception coil can be clamped to a voltage equal to or lower than the withstand voltage of the detection circuit. Further, the frequency of the reception signal output from the reception coil can be reduced by the action of the parasitic capacitance in the clamp circuit.
  • FIG. 1 is a circuit diagram of a motor drive system according to Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 3 is a circuit diagram of a signal transmission circuit according to the first embodiment. It is a top view when the transformer of Example 1 is cut along a plane including a receiving coil.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the transformer of Example 1 taken along line VI-VI in FIG. 3. It is a figure which shows the result of having calculated the "gain-frequency" characteristic of the transformer by using the outer diameter of the coil as a parameter.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a receiving circuit according to the first embodiment. It is a figure which shows typically the frequency spectrum of the signal output from a receiving coil.
  • FIG. 3 is an operation waveform diagram of the receiving circuit according to the first embodiment. It is a figure which shows the calculation result which calculated
  • FIG. 6 is a circuit diagram of a signal transmission circuit according to a second embodiment. It is a figure which shows the structure of the clamp circuit of Example 2. FIG. It is a figure for demonstrating operation
  • the signal transmission device according to the first embodiment of the present application will be described with reference to the drawings.
  • the signal transmission device of this embodiment is used in the motor drive system 10 shown in FIG.
  • the motor drive system 10 includes a low voltage system circuit 12 and a high voltage system circuit 18.
  • the low voltage system circuit 12 and the high voltage system circuit 18 are insulated.
  • the low voltage system circuit 12 includes a low voltage battery 14 and a microcomputer 16.
  • the microcomputer 16 outputs a control signal CS.
  • the control signal CS is a signal for controlling the switch operation of the switching circuit 26.
  • the high voltage system circuit 18 includes a control circuit 20, a switching circuit 26, a motor 28, and a high voltage battery 30.
  • the control circuit 20 includes a signal transmission circuit (an example of the signal transmission device of the present application) 22 and a drive circuit 24.
  • the signal transmission circuit 22 is a circuit including an insulating signal device.
  • the signal transmission circuit 22 transmits the control signal CS output from the microcomputer 16 to the drive circuit 24 while maintaining insulation.
  • the control circuit 20 is formed as an integrated IC by using a small device such as an on-chip transformer as the insulated signal device.
  • the drive circuit 24 drives the switching circuit 26 according to the control signal CS. Thereby, the rotation of the motor 28 is controlled.
  • the signal transmission circuit 22 includes a transmission circuit 24, transformers (26a, 26b), and a reception circuit 28.
  • the transmission circuit 24 and the reception circuit 28 are insulated by transformers (26a, 26b).
  • An input signal is input to the input terminal of the transmission circuit 24, and an output signal is output from the output terminal of the reception circuit 28.
  • the transmission circuit 24 drives the transmission coil 26a of the transformer according to the input signal input to the input terminal.
  • Various known methods can be used for driving the transmission coil 26a.
  • a method of driving so that a positive current flows in the transmission coil 26a according to the rising edge of the input signal and driving so that a negative current flows in the transmission coil 26a according to the falling edge of the input signal. can be adopted.
  • the transmission circuit 24 can be configured by, for example, an H bridge circuit.
  • the transformer (26a, 26b) includes a transmission coil 26a and a reception coil 26b.
  • the transmission coil 26a and the reception coil 26b are planar coils and are electrically insulated. Further, the number of turns of the receiving coil 26b is larger than the number of turns of the transmitting coil 26a.
  • a transmission circuit 24 is connected to the transmission coil 26a, and a reception circuit 28 is connected to the reception coil 26b.
  • the transformer (26a, 26b) includes a lower substrate 38, an insulating layer 36 in contact with the surface of the lower substrate 38, and an SOI (with a p-type semiconductor layer 32 in contact with the surface of the insulating layer 36. (Silicon On Insulator) substrate.
  • a semiconductor layer coil 34 made of an n-type semiconductor layer is formed on the surface side of the p-type semiconductor layer 32.
  • a metal oxide layer 40 is provided on the surface of the semiconductor layer coil 34.
  • the metal oxide layer 40 is made of, for example, titanium silicide (TiSix), cobalt silicide (CoSix), tungsten silicide (WSix), or molybdenum silicide (MoSix).
  • TiSix titanium silicide
  • CoSix cobalt silicide
  • WSix tungsten silicide
  • MoSix molybdenum silicide
  • the semiconductor layer coil 34 is formed in a spiral shape (planar spiral shape) on the surface side of the p-type semiconductor layer 32.
  • the metal oxide layer 40 is formed in a spiral shape on the surface of the semiconductor layer coil 34. Ends 34 a and 34 b of the semiconductor layer coil 34 are connected to the transmission circuit 24.
  • the semiconductor layer coil 34 constitutes a transmission coil 26a.
  • the surfaces of the metal oxide layer 40 and the semiconductor layer 32 are covered with a coil insulating layer 42.
  • a metal layer coil 41 which is a metal layer is formed on the surface of the coil insulating layer 42. Similar to the semiconductor layer coil 34, the metal layer coil 41 is formed in a spiral shape (planar spiral shape) on the surface of the coil insulating layer 42. As apparent from FIG. 4, the number of turns of the metal layer coil 41 is larger than the number of turns of the semiconductor layer coil 34.
  • the surface of the metal layer coil 41 is covered with an insulating layer 43.
  • the semiconductor layer coil 34 and the metal layer coil 41 are insulated by a coil insulating layer 42.
  • the end of the metal layer coil 41 is connected to the receiving circuit 28.
  • the metal layer coil 41 constitutes the receiving coil 26b.
  • FIG. 5 qualitatively shows the “gain-frequency” characteristic when the outer diameter of the planar coil constituting the transformer (26a, 26b) is changed.
  • A indicates the characteristics of the transformer having a large coil outer diameter
  • B indicates the characteristics of the transformer in the coil outer diameter
  • C indicates the characteristics of the transformer having a small coil outer diameter. That is, the relationship of coil outer diameter of coil A> coil outer diameter of coil B> coil outer diameter of coil C is established.
  • the calculation condition is that the turns ratio of the transmission coil 26a and the reception coil 26b is 1: 1.
  • the gain of the transformer (A) having a large coil outer diameter, the transformer (B) in the coil outer diameter, and the transformer having a small coil outer diameter (C) tend to increase as the frequency increases.
  • the coil impedance is R + j ⁇ L, and the higher the frequency, the larger the voltage division ratio of j ⁇ L.
  • the gain of the transformer increases as the coil outer diameter increases. This is because as the outer diameter of the transformer increases, the parasitic resistance R of the transformer decreases and the inductance L increases.
  • the peak frequency of the frequency spectrum of the reception signal output from the reception coil decreases as the outer diameter of the coil increases.
  • the peak frequency of the frequency spectrum of the reception signal output from the reception coil is the frequency fA.
  • the peak frequency of the frequency spectrum of the received signal output from the receiving coil is the frequency fB (> fA).
  • the peak frequency of the frequency spectrum of the received signal output from the receiving coil is the frequency fC (> fB). Therefore, it can be seen that the smaller the coil outer diameter of the transformer, the smaller the gain and the higher the peak frequency of the frequency spectrum of the received signal.
  • C ′ in FIG. 5 is a gain when the turns ratio of the transmission coil and the reception coil is changed with the same outer diameter as the transformer (C) having a small coil outer diameter, and the frequency spectrum of the received signal has a peak frequency. It is a gain at the frequency that becomes.
  • the gain of the transformer can be improved by making the number of turns of the receiving coil larger than the number of turns of the transmitting coil.
  • the inductance of the receiving coil is larger than the inductance of the transmitting coil, the peak voltage of the signal output from the receiving coil is increased.
  • the coil outer diameter and the characteristics of each coil are set so that the peak frequency of the frequency spectrum of the reception signal output from the reception coil 26b exceeds the frequency limit that can be received (detected) by the detection circuit 47. (Inductance, parasitic resistance, etc.) are set. Further, in order to improve the gain of the transformer by reducing the coil outer diameter of the transformer (26a, 26b), the number of turns of the receiving coil 26b is made larger than the number of turns of the transmitting coil 26a.
  • the peak voltage of the reception signal output from the reception coil 26b is the withstand voltage of the detection circuit 47 described in detail later (specifically, the withstand voltage of the MOS or high-precision capacitor constituting the detection circuit 47 (usually 6V). )) That's it.
  • the reception circuit 28 includes a low-pass filter 44, a high-pass filter 46, and a detection circuit 47.
  • the low pass filter 44 includes a resistor R1 and capacitors C1 and C2.
  • the receiving coil 26b of the transformer (26a, 26b) is connected to the input terminal A of the low-pass filter 44. For this reason, the signal output from the receiving coil 26 b is input to the low-pass filter 44.
  • the received signal output from the receiving coil 26 b has a peak frequency f that exceeds the frequency limit fL that can be received by the detection circuit 47, and the peak voltage exceeds the withstand voltage of the detection circuit 47. Yes.
  • the low-pass filter 44 integrates and averages the signal (impulse-like signal) output from the receiving coil 26b.
  • the signal output from the low-pass filter 44 has a frequency peak f ′ that is less than or equal to the frequency limit fL that can be received by the detection circuit 47 as shown in FIG. It becomes as follows.
  • the withstand voltage of the resistor R1 used for the low pass filter 44 is normally 6 to 50V. Therefore, even if the peak voltage of the signal output from the receiving coil 26b exceeds the withstand voltage (usually 6V) of the detection circuit 47 and becomes 10 to 15V, it can be stably processed by the low-pass filter 44.
  • the input terminal of the high pass filter 46 is connected to the output terminal B of the low pass filter 44.
  • the high pass filter 46 includes a capacitor C3 and resistors R2 and R3.
  • the signal output from the low-pass filter 44 includes a low-frequency noise component (common mode noise or the like).
  • the high pass filter 46 removes a low frequency noise component from the signal output from the low pass filter 44.
  • the signal Vd from which the noise component has been removed by the high pass filter 46 is input to the detection circuit 47. Thereby, in the signal transmission circuit 22 of the present application, the S / N ratio is improved.
  • the detection circuit 47 includes comparators cmp1 and cmp2, a signal processing circuit 48, and an RS flip-flop 50.
  • the signal Vd output from the high-pass filter 46 is input to the non-inverting input terminals of the comparators cmp1 and cmp2.
  • the threshold value Vthp is input to the inverting input terminal of the comparator cmp1, and the threshold value Vthn is input to the inverting input terminal of the comparator cmp2.
  • the output signal Vc1 is output from the output terminal of the comparator cmp1, and the output signal Vc2 is output from the output terminal of the comparator cmp2.
  • the signal processing circuit 48 receives the output signals Vc1 and Vc2 from the comparators cmp1 and cmp2, and outputs a pulse signal Vs and a pulse signal Vr.
  • the signal processing circuit 48 is a circuit that detects a rising edge and a falling edge of an input signal input to the transmission circuit 24. Specifically, when the output signal Vc1 is first input to the signal processing circuit 48 and the output signal Vc2 is continuously input in the subsequent order, a positive coil current is generated in the transmission coil 26a. to decide. Therefore, it is determined that a rising edge occurs in the input signal to the transmission circuit 24, and the pulse signal Vs is output from the signal processing circuit 48.
  • the pulse signal Vs is input from the signal processing circuit 48 to the set terminal of the RS flip-flop 50, and the pulse signal Vr is input from the signal processing circuit 48 to the reset terminal.
  • the RS flip-flop 34 outputs a high level output signal VOUT when the pulse signal Vs is input, and outputs a low level output signal VOUT when the pulse signal Vr is input.
  • the operation of the signal transmission circuit 22 will be described with reference to the operation waveform diagram of FIG.
  • the periods t1 to t2 are periods in which the input signal to the transmission circuit 24 is at a high level
  • the periods t2 to t3 are periods in which the input signal to the transmission circuit 24 is at a low level.
  • the reception coil 26b When a positive current flows through the transmission coil 26a, the reception coil 26b generates a secondary voltage (reception signal) proportional to the increase rate (di / dt) of the coil current flowing through the transmission coil 26a by electromagnetic induction ( A point voltage). That is, as the current in the transmission coil 26a increases in the positive direction, a voltage in the positive direction is generated in the reception coil 26b in an impulse shape, and as the current in the transmission coil 26a decreases, the reception coil 26b. A negative voltage is generated in an impulse shape.
  • the signal generated in the receiving coil 26 b is input to the low pass filter 44.
  • the low pass filter 44 integrates and averages the signal generated by the receiving coil 26b.
  • the pulse width of the signal (point B voltage) output from the low-pass filter 44 increases as compared with the signal generated by the receiving coil 26b. That is, the signal generated by the receiving coil 26b is converted into a low frequency band signal. Further, the peak voltage of the signal output from the low-pass filter 44 is suppressed lower than that of the signal generated by the receiving coil 26b.
  • the signal output from the low-pass filter 44 is converted into a signal having a frequency equal to or lower than the frequency limit fL that can be received by the detection circuit 47, and the peak voltage becomes equal to or lower than the withstand voltage of the detection circuit 47.
  • the signal output from the low-pass filter 44 is input to the high-pass filter 46, and low-frequency noise components are removed.
  • the signal (point C voltage) from which the noise component has been removed by the high-pass filter 46 is input to the comparators cmp1 and cmp2 of the detection circuit 47.
  • the output signal Vc1 of the comparator cmp1 is at a high level during a period in which the signal output from the high pass filter 46 exceeds the threshold value Vthp. Further, during a period in which the signal output from the high pass filter 46 is lower than the threshold value Vthn, the output signal Vc2 of the comparator cmp2 is at a low level.
  • the signal processing circuit 48 determines that a rising edge has occurred in the input signal input to the transmission circuit 24 and outputs the pulse signal Vs. As a result, the rising edge of the input signal at time t1 is restored as the output signal.
  • the transmission circuit 24 drives the transmission coil 26a in the negative direction. As a result, a negative coil current flows through the transmission coil 26a.
  • a secondary voltage (reception signal) is generated in the reception coil 26b by electromagnetic induction (point A voltage). That is, as the current of the transmission coil 26a increases in the negative direction, a negative voltage is generated in the reception coil 26b in an impulse shape, and as the current of the transmission coil 26a increases in the positive direction, A positive voltage is generated in the receiving coil 26b in an impulse shape.
  • the signal generated in the receiving coil 26 b is input to the low pass filter 44.
  • the low pass filter 44 integrates and averages the signal generated by the receiving coil 26b.
  • the signal (point B voltage) output from the low-pass filter 44 is converted into a signal having a frequency not higher than the frequency limit fL that can be received by the detection circuit 47, and the peak voltage is equal to or lower than the withstand voltage of the detection circuit 47.
  • the signal output from the low-pass filter 44 is input to the high-pass filter 46, and low-frequency noise components are removed.
  • the signal (point C voltage) from which the noise component has been removed by the high-pass filter 46 is input to the comparators cmp1 and cmp2 of the detection circuit 47.
  • the output signal Vc2 of the comparator cmp2 is at a low level during a period in which the signal output from the high pass filter 46 is lower than the threshold value Vthn. Further, during a period in which the signal output from the high pass filter 46 exceeds the threshold value Vthp, the output signal Vc1 of the comparator cmp1 becomes high level.
  • the signal processing circuit 48 determines that a falling edge has occurred in the input signal input to the transmission circuit 24 and outputs the pulse signal Vr. As a result, the falling edge of the input signal at time t2 is restored as the output signal.
  • the number of turns of the reception coil 26b is made larger than the number of turns of the transmission coil 26a. Increase the transformer gain. This enables stable signal transmission. If the outer diameter of the transformer coil is reduced and the number of turns of the receiving coil 26b is made larger than the number of turns of the transmitting coil 26a, the signal output from the receiving coil 26b exceeds the withstand voltage of the detecting circuit 47, and The frequency limit that can be received is exceeded.
  • the signal output from the receiving coil is converted by the low-pass filter 44 so that the frequency band thereof falls within the receivable range of the detection circuit 47, and the peak voltage is made lower than the withstand voltage of the detection circuit 47.
  • the signal transmission circuit 22 can stably transmit the input signal input to the transmission circuit 24 to the reception circuit 28.
  • FIG. 10 shows the result of simulating the signal waveform at each point of the signal transmission circuit 22 described above.
  • the signal (point A voltage) generated in the reception coil 26b exceeds the withstand voltage (usually 6V) of the detection circuit 47.
  • the signal (point B voltage) output from the low-pass filter 44 and the signal (point C voltage) output from the high-pass filter 46 are suppressed to be equal to or lower than the withstand voltage of the detection circuit 47.
  • these signals (point B voltage, point C voltage) have a wider pulse width than the signal generated by the receiving coil 26b. Therefore, the detection circuit 47 can restore the rising edge of the input signal input to the transmission circuit 24 from the signal input from the high pass filter 46.
  • the high-pass filter 46 is arranged at the subsequent stage (on the detection circuit 47 side) of the low-pass filter 44. For this reason, compared with the structure (structure shown in FIG. 11) which arrange
  • the signal transmission circuit 22 by adopting a configuration in which the high-pass filter 46 is disposed after the low-pass filter 44, a large gain can be obtained while reducing the capacitance of the capacitor. Note that when a resistor and a capacitor are formed in an IC, the capacitor has a larger area than the resistor. For this reason, the signal transmission circuit 22 can be formed with a more compact area by suppressing the capacitance of the capacitor.
  • each circuit of the first embodiment described above is an example, and the technology of the present application is not limited to such a form.
  • a detection circuit 52 as shown in FIG. 13 can be used.
  • the detection circuit 52 includes a comparator cmp1, a signal processing circuit 56, and an RS flip-flop 58.
  • two pulse currents are passed through the transmission coil 26a in response to the rising edge of the input signal, and one transmission coil 26a is supplied in response to the falling edge of the input signal.
  • a pulsed current may be supplied.
  • the signal processing circuit 56 can determine whether the input signal has a rising edge or a falling edge.
  • the signal transmission device according to the second embodiment is different from the signal transmission device 22 according to the first embodiment in that a clamp circuit 62 is used instead of the low-pass filter 44.
  • Other configurations of the signal transmission device according to the second embodiment are the same as those of the signal transmission device 22 according to the first embodiment. For this reason, the same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
  • the receiving circuit 60 includes a clamp circuit 62, a high-pass filter 46, and a detection circuit 47.
  • the reception coil 26 b is connected to the input terminal of the clamp circuit 62, and the reception signal output from the reception coil 26 b is input to the clamp circuit 62.
  • one potential of the receiving coil 26b (that is, the potential not connected to the clamp circuit 62) is biased by 0.5 ⁇ Vdd (power supply potential). For this reason, as shown in FIG. 16, the level of the signal output from the receiving coil 26b is shifted by 0.5 ⁇ Vdd (power supply potential).
  • the clamp circuit 62 can take, for example, the configuration shown in FIG. That is, the clamp circuit 62 can be composed of capacitors D1 and D2. As shown in FIG. 16, the clamp circuit 62 clamps the signal output from the reception coil 26 b so as not to exceed the power supply potential Vdd and so as not to become less than the ground potential (0 V). As a result, the peak voltage of the signal output from the clamp circuit 62 becomes equal to or lower than the withstand voltage of the detection circuit 47. Further, when the clamp circuit 62 is actually composed of elements, the clamp circuit 62 has a parasitic capacitance. As shown in FIG. 15, when the clamp circuit 62 is formed of a diode, the diode forming the clamp circuit 62 has reverse recovery characteristics.
  • the pulse width of the signal input from the receiving coil 26b increases, and the signal is converted into a signal of a low frequency band by that amount.
  • the signal output from the clamp circuit 62 has a peak voltage that is equal to or lower than the withstand voltage of the detection circuit 47 and a frequency band within the frequency region that can be detected by the detection circuit 47. Therefore, also in the signal transmission circuit according to the second embodiment, the input signal input to the transmission circuit can be stably transmitted to the reception circuit 60.
  • the clamp circuit 62 shown in FIG. 15 is used, but the clamp circuit 74 shown in FIG. 17 can also be used.
  • a resistor R1 is disposed between the receiving coil and the diodes D1 and D2.
  • a circuit shown in FIG. 18 may be arranged between the reception coil 26b and the high pass filter.
  • the circuit shown in FIG. 18 is a circuit in which a low-pass filter and a clamp circuit are connected. Even if such a circuit is used, the signal output from the receiving coil 26b can be converted into a signal of a low frequency band, and the peak voltage can be reduced.

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Abstract

 本願は、送信コイルと受信コイルに平面コイルを用いた信号伝達装置において、送信コイルと受信コイルの外径を小さくでき、かつ、送信側から受信側に信号を安定して伝達することができる技術を提供する。 本願の信号伝達装置は、入力信号に応じて駆動される送信コイルと、送信コイルの駆動に応じて受信信号を出力する受信コイルと、受信コイルから出力される受信信号が入力する前処理回路と、前処理回路から出力される信号から入力信号を検出する検出回路を備えている。前処理回路は、受信コイルから出力される受信信号を、検出回路が受信可能な周波数範囲内の信号に変換すると共に検出回路の耐圧以下の電圧の信号に変換して出力する。

Description

信号伝達装置
 本願は、送信回路に入力される入力信号を、その送信回路と電気的に絶縁されている受信回路に伝達する信号伝達装置に関する。
 特開2006-324525号は、コイルの電磁誘導を利用して信号を伝達する信号伝達装置を開示する。この信号伝達装置は、トランス(送信コイル,受信コイル)と検出回路を備えている。送信コイルが入力信号に応じて駆動されると、電磁誘導によって受信コイルから受信信号が出力される。検出回路は、受信コイルから出力される受信信号から入力信号を検出する。これによって、送信コイル側から受信コイル側に信号が伝達される。
 この種の信号伝達装置においては、送信コイルと受信コイルに、平面コイル(平面インダクタ)が利用されることがある。平面コイルは、例えば、同一平面上にスパイラル状に配置された導電部を備えている。平面コイルは、導電部を同一平面上に配置するため、導電部を立体的に配置する積層コイルと比較して、構造を簡易にすることができるという利点を有している。しかしながら、信号伝達を安定して行うためには、送信コイルと受信コイルの外径を大きくしなければならない。その結果、送信コイルと受信コイルが大型化するという問題がある。
 一方、送信コイルと受信コイルの外径を大きくすることなく、送信コイルと受信コイルの巻数比を変えることでゲインを向上することもできる。すなわち、受信コイルの巻数を送信コイルの巻数よりも大きくすることで、ゲインを向上することができる。しかしながら、受信コイルの巻数を送信コイルの巻数より大きくすると、受信コイルから出力される信号の電圧が大きくなり、検出回路の耐圧を超えてしまう場合が生じる。また、送信コイルと受信コイルの外径が小さいと、受信コイルから出力される信号の周波数が高くなり、検出回路の受信可能な周波数限界を超える場合が生じる。これらのため、送信側から受信側に信号を安定して伝達することができないという問題がある。
 本願は上記の実情に鑑みて創作されたものである。本願は、送信コイルと受信コイルに平面コイルを用いた信号伝達装置において、送信コイルと受信コイルの外径を小さくでき、かつ、送信側から受信側に信号を安定して伝達することができる技術を提供することを目的とする。
 本願に開示される信号伝達装置は、入力信号に応じて駆動される送信コイルと、送信コイルの駆動に応じて受信信号を出力する受信コイルと、受信コイルから出力される受信信号が入力する前処理回路と、前処理回路から出力される信号から入力信号を検出する検出回路を備えている。送信コイルは、第1平面上に配置され、第1の巻数を有する第1導電部を備えている。受信コイルは、第2平面上に配置され、第1の巻数よりも多い第2の巻数を有する第2導電部を備えている。前処理回路は、受信コイルから出力される受信信号を、検出回路が受信可能な周波数範囲内の信号に変換すると共に検出回路の耐圧以下の電圧の信号に変換して出力する。
 この信号伝達装置では、受信コイルの巻数が送信コイルの巻数より大きいため、送信コイルと受信コイルの外径を大きくしなくても、信号伝達を安定して行うために必要なゲインを得ることができる。一方、受信コイルの巻数を送信コイルの巻数より大きくし、かつ、送信コイルと受信コイルの外径を小さくすると、受信コイルから出力される受信信号の電圧が検出回路の耐圧を超え、また、その周波数が検出回路の受信可能な周波数限界を越えることがある。しかしながら、前処理回路が、受信コイルから出力される受信信号を、検出回路が受信可能な周波数範囲内の信号に変換すると共に検出回路の耐圧以下の電圧の信号に変換する。このため、検出回路は、前処理回路から出力される信号から入力信号を安定して検出することができる。
 本願の信号伝達装置では、送信コイルと受信コイルが、受信コイルから出力される受信信号のピーク周波数が検出回路の受信可能な周波数限界を超える周波数となり、かつ、受信コイルから出力される受信信号のピーク電圧が検出回路の耐圧を超えるように構成されていることが好ましい。すなわち、送信コイルと受信コイルの巻数比を変えてゲインを大きくするほど、受信コイルから出力される受信信号のピーク電圧は高くなる。また、送信コイルと受信コイルの外径が小さいほど、受信コイルから出力される受信信号のピーク周波数が高くなる。このため、受信信号のピーク周波数が検出回路の受信可能な周波数限界を超える周波数となり、受信信号のピーク電圧が検出回路の耐圧を超えるように構成することで、送信コイルと受信コイルを小型化し、かつ、そのゲインを大きくすることができる。
 前処理回路として、例えば、第1所定周波数以下の信号を通過させるローパスフィルタを用いることができる。前処理回路にローパスフィルタを用いることで、受信コイルから出力される受信信号の周波数を低くすることができ、また、そのピーク電圧を下げることができる。
 前処理回路としてローパスフィルタを用いる場合は、前処理回路と検出回路の間には、第2所定周波数以上の信号を通過させるハイパスフィルタが配置されていることが好ましい。この場合に、第2所定周波数は、第1所定周波数よりも低く設定される。また、検出回路は、ハイパスフィルタから出力される信号から入力信号を検出する。この構成によると、ハイパスフィルタによってノイズ成分が除去されるため、検出回路はより安定して送信信号を検出することができる。また、ローパスフィルタを通過した信号をハイパスフィルタで処理するため、回路の容量値の総和を減らすことができる。
 また、前処理回路としては、受信コイルから入力する受信信号を所定の電位でクランプするクランプ回路を用いることもできる。前処理回路にクランプ回路を用いることで、受信コイルから出力される受信信号のピーク電圧を、検出回路の耐圧以下の電圧にクランプすることができる。また、クランプ回路内の寄生容量等の作用により、受信コイルから出力される受信信号の周波数を低下させることができる。
実施例1のモータ駆動システムの回路図である。 実施例1の信号伝達回路の回路図である。 実施例1のトランスを、受信コイルを含む平面で切断したときの平面図である。 実施例1のトランスを、図3のVI-VI線で切断したときの断面図である。 コイルの外径をパラメータとして、トランスの「ゲイン-周波数」特性を計算した結果を示す図である。 実施例1の受信回路の構成を示す図である。 受信コイルから出力される信号の周波数スペクトルを模式的に示す図である。 ローパスフィルタから出力される信号の周波数スペクトルを模式的に示す図である。 実施例1の受信回路の動作波形図である。 実施例1の受信回路の信号波形をシミュレーションにより求めた計算結果を示す図である。 ローパスフィルタとハイパスフィルタの順序を入れ替えた比較例の構成を示す回路図である。 図6に示す回路と図11に示す回路について、ゲインと周波数の関係を計算した結果を示す図である。 検出回路の他の例を示す図である。 実施例2の信号伝達回路の回路図である。 実施例2のクランプ回路の構成を示す図である。 クランプ回路の動作を説明するための図である。 クランプ回路の他の例を示す図である。 本願の変形例に係る回路を示す図である。
 本願の実施例1の信号伝達装置について図面を参照して説明する。本実施例の信号伝達装置は、図1に示すモータ駆動システム10に用いられる。図1に示すように、モータ駆動システム10は、低圧系回路12と高圧系回路18を備えている。低圧系回路12と高圧系回路18の間は絶縁されている。低圧系回路12は、低圧バッテリ14とマイコン16を備えている。マイコン16は、制御信号CSを出力する。制御信号CSは、スイッチング回路26のスイッチ動作を制御するための信号である。
 高圧系回路18は、制御回路20と、スイッチング回路26と、モータ28と、高圧バッテリ30を備えている。制御回路20は、信号伝達回路(本願の信号伝達装置の一例)22と駆動回路24を備えている。信号伝達回路22は、絶縁信号デバイスを備えた回路である。信号伝達回路22は、絶縁を保った状態で、マイコン16から出力された制御信号CSを駆動回路24に伝達する。また、絶縁信号デバイスとして、オンチップ・トランス等の小型デバイスが用いられることで、制御回路20は一体のICとして形成されている。駆動回路24は、制御信号CSに応じて、スイッチング回路26を駆動する。これにより、モータ28の回転が制御される。
 図2に示すように、信号伝達回路22は、送信回路24と、トランス(26a,26b)と、受信回路28を備えている。送信回路24と受信回路28とは、トランス(26a,26b)によって絶縁されている。送信回路24の入力端子には入力信号が入力され、受信回路28の出力端子からは出力信号が出力される。
 送信回路24は、入力端子に入力される入力信号に応じてトランスの送信コイル26aを駆動する。送信コイル26aを駆動する方法は、公知の種々の方法を用いることができる。例えば、入力信号の立上りエッジに応じて送信コイル26aに正方向の電流が流れるように駆動し、入力信号の立下りエッジに応じて送信コイル26aに負方向の電流が流れるように駆動する方法を採用することができる。送信回路24は、例えば、Hブリッジ回路等によって構成することができる。
 トランス(26a,26b)は、送信コイル26aと受信コイル26bを備えている。送信コイル26aと受信コイル26bは、平面コイルであり、電気的に絶縁されている。また、受信コイル26bの巻数は、送信コイル26aの巻数よりも大きくされている。送信コイル26aには送信回路24が接続され、受信コイル26bには受信回路28が接続されている。
 図3,4を参照して、本実施例のトランス(26a,26b)の一構成例について説明する。図4に示すように、トランス(26a,26b)は、下部基板38と、下部基板38の表面に接する絶縁層36と、絶縁層36の表面に接するp型の半導体層32を備えたSOI(Silicon On Insulator)基板に形成することができる。
 p型の半導体層32の表面側には、n型の半導体層からなる半導体層コイル34が形成されている。半導体層コイル34の表面には、金属酸化物層40が設けられている。金属酸化物層40は、例えば、チタンシリサイド(TiSix)、コバルトシリサイド(CoSix)、タングステンシリサイド(WSix)、モリブデンシリサイド(MoSix)によって形成されている。図3に示すように、半導体層コイル34は、p型の半導体層32の表面側に、渦状(平面スパイラル状)に形成されている。金属酸化物層40も同様に、半導体層コイル34の表面に渦状に形成されている。半導体層コイル34の端部34a,34bは、送信回路24に接続している。半導体層コイル34によって、送信コイル26aが構成されている。
 図4に示すように、金属酸化物層40及び半導体層32の表面は、コイル絶縁層42によって覆われている。コイル絶縁層42の表面には、金属層である金属層コイル41が形成されている。金属層コイル41は、半導体層コイル34と同様に、コイル絶縁層42の表面に渦状(平面スパイラル状)に形成されている。図4より明らかなように、金属層コイル41の巻数は、半導体層コイル34の巻数よりも大きくなっている。金属層コイル41の表面は絶縁層43によって覆われている。半導体層コイル34と金属層コイル41とは、コイル絶縁層42によって絶縁されている。金属層コイル41の端部は、受信回路28に接続している。金属層コイル41によって、受信コイル26bが構成されている。
 ここで、本実施例のトランス(26a,26b)の特性について説明する。図5は、トランス(26a,26b)を構成する平面コイルの外径を変化させたときの「ゲイン-周波数」特性を定性的に示している。図5中、Aがコイル外径大のトランスの特性を示し、Bがコイル外径中のトランスの特性を示し、Cがコイル外径小のトランスの特性を示している。すなわち、コイルAのコイル外径>コイルBのコイル外径>コイルCのコイル外径の関係が成立している。計算条件は、送信コイル26aと受信コイル26bの巻数比を1:1としている。
 図5に示すように、コイル外径大のトランス(A)とコイル外径中のトランス(B)とコイル外径小(C)のトランスのいずれもが、周波数が高くなるほどゲインが大きくなる傾向を示す。コイルのインピーダンスはR+jωLであるため、周波数が高くなるほどjωLの分圧比が大きくなるためである。また、コイル外径が大きくなるほど、トランスのゲインは大きくなる。これは、トランスの外径が大きくなるほど、トランスの寄生抵抗Rが小さくなる一方でインダクタンスLが大きくなるためである。また、コイル外径が大きくなるほど、受信コイルから出力される受信信号の周波数スペクトルのピーク周波数は低くなる。すなわち、コイル外径大のトランス(A)では、受信コイルから出力される受信信号の周波数スペクトルのピーク周波数は周波数fAとなる。コイル外径中のトランス(B)では、受信コイルから出力される受信信号の周波数スペクトルのピーク周波数は周波数fB(>fA)となる。コイル外径小のトランス(C)では、受信コイルから出力される受信信号の周波数スペクトルのピーク周波数は周波数fC(>fB)となる。したがって、トランスのコイル外径を小さくするほど、ゲインが小さくなると共に、受信信号の周波数スペクトルのピーク周波数が高くなることが分かる。
 図5中のC’は、コイル外径小のトランス(C)と同一の外径で、送信コイルと受信コイルの巻数比を変えたときのゲインであって、受信信号の周波数スペクトルがピーク周波数となる周波数のときのゲインである。図5のCとC’の比較から明らかなように、受信コイルの巻数を送信コイルの巻数より大きくすることで、トランスのゲインを向上することができる。ただし、送信コイルのインダクタンスに対して受信コイルのインダクタンスが大きくなるため、受信コイルから出力される信号のピーク電圧が大きくなる。
 本実施例では、トランス(26a,26b)のコイル外径を小さくすることを優先する。このため、受信コイル26bから出力される受信信号の周波数スペクトルのピーク周波数が、検出回路47の受信可能(検出可能)な周波数限界を超えた周波数となるように、コイル外径及び各コイルの特性(インダクタンス、寄生抵抗等)が設定されている。また、トランス(26a,26b)のコイル外径を小さくする分だけトランスのゲインを向上するため、受信コイル26bの巻数を送信コイル26aの巻数より大きくしている。その結果、受信コイル26bから出力される受信信号のピーク電圧は、後で詳述する検出回路47の耐圧(詳細には、検出回路47を構成するMOSや高精度のコンデンサの耐圧(通常は6V))以上となる。
 次に、受信回路28を説明する。図5に示すように、受信回路28は、ローパスフィルタ44と、ハイパスフィルタ46と、検出回路47を備えている。ローパスフィルタ44は、抵抗R1とコンデンサC1,C2によって構成される。ローパスフィルタ44の入力端子Aには、トランス(26a,26b)の受信コイル26bが接続される。このため、受信コイル26bから出力される信号が、ローパスフィルタ44に入力する。図7に示すように、受信コイル26bから出力される受信信号は、ピーク周波数fが検出回路47の受信可能な周波数限界fLを超えており、また、ピーク電圧は検出回路47の耐圧を超えている。ローパスフィルタ44は、受信コイル26bから出力される信号(インパルス状の信号)を積分平均する。これによって、ローパスフィルタ44から出力される信号は、図8に示すように、その周波数ピークf’が検出回路47の受信可能な周波数限界fL以下となり、また、そのピーク電圧が検出回路47の耐圧以下となる。なお、ローパスフィルタ44に使用される抵抗R1の耐圧は、通常、6~50Vである。このため、受信コイル26bから出力される信号のピーク電圧が、検出回路47の耐圧(通常、6V)を超えて10~15Vとなっても、ローパスフィルタ44で安定して処理することができる。
 ローパスフィルタ44の出力端子Bには、ハイパスフィルタ46の入力端子が接続される。ハイパスフィルタ46は、コンデンサC3と抵抗R2,R3によって構成される。図8から明らかなように、ローパスフィルタ44から出力される信号には、低周波のノイズ成分(コモンモードノイズ等)が含まれている。ハイパスフィルタ46は、ローパスフィルタ44から出力される信号から低周波のノイズ成分を除去する。ハイパスフィルタ46によってノイズ成分が除去された信号Vdは、検出回路47に入力される。これによって、本願の信号伝達回路22では、S/N比の向上が図られている。
 検出回路47は、コンパレータcmp1,cmp2と、信号処理回路48と、RSフリップフロップ50を備えている。コンパレータcmp1,cmp2の非反転入力端子には、ハイパスフィルタ46から出力される信号Vdがそれぞれ入力される。コンパレータcmp1の反転入力端子には閾値Vthpが入力され、コンパレータcmp2の反転入力端子には閾値Vthnが入力される。コンパレータcmp1の出力端子からは出力信号Vc1が出力され、コンパレータcmp2の出力端子からは出力信号Vc2が出力される。
 信号処理回路48には、コンパレータcmp1,cmp2からの出力信号Vc1,Vc2が入力され、パルス信号Vsおよびパルス信号Vrが出力される。信号処理回路48は、送信回路24に入力される入力信号の立上りエッジおよび立下りエッジを検出する回路である。具体的には、信号処理回路48に出力信号Vc1が先、出力信号Vc2が後の順番で連続して入力された場合には、送信コイル26aに正方向のコイル電流が発生した場合であると判断する。このため、送信回路24への入力信号に立上りエッジが生じた場合であると判断し、信号処理回路48からパルス信号Vsが出力される。また、信号処理回路48に出力信号Vc2が先、出力信号Vc1が後の順番で連続して入力された場合には、送信コイル26aに負方向のコイル電流が発生した場合であると判断する。このため、送信回路24への入力信号に立下りエッジが生じた場合であると判断し、信号処理回路48からパルス信号Vrが出力される。
 RSフリップフロップ50のセット端子には信号処理回路48からパルス信号Vsが入力され、リセット端子には信号処理回路48からパルス信号Vrが入力される。RSフリップフロップ34は、パルス信号Vsが入力されるとハイレベルの出力信号VOUTを出力し、パルス信号Vrが入力されるとローレベルの出力信号VOUTを出力する。
 図9の動作波形図を用いて、信号伝達回路22の動作を説明する。期間t1~t2は、送信回路24への入力信号がハイレベルの期間であり、期間t2~t3は、送信回路24への入力信号がローレベルの期間である。
 期間t1~t2の動作を説明する。時刻t1において、送信回路24への入力信号に立上りエッジが生じると、送信回路24が送信コイル26aを正方向に駆動する。これによって、送信コイル26aに正方向のコイル電流が流れる。
 送信コイル26aに正方向の電流が流れると、受信コイル26bでは、電磁誘導により、送信コイル26aに流れるコイル電流の増加率(di/dt)に比例した2次電圧(受信信号)が発生する(A点電圧)。すなわち、送信コイル26aの電流が正方向に増加するのに応じて、受信コイル26bには正方向の電圧がインパルス状に発生し、送信コイル26aの電流が減少するのに応じて、受信コイル26bには負方向の電圧がインパルス状に発生する。
 受信コイル26bで発生した信号は、ローパスフィルタ44に入力される。ローパスフィルタ44は、受信コイル26bで発生した信号を積分平均する。これによって、ローパスフィルタ44から出力される信号(B点電圧)は、受信コイル26bで発生した信号と比較してパルス幅が増加する。すなわち、受信コイル26bで発生した信号は低周波帯域の信号に変換される。また、ローパスフィルタ44から出力される信号は、受信コイル26bで発生した信号と比較してピーク電圧が低く抑えられる。これによって、ローパスフィルタ44から出力される信号は、検出回路47の受信可能な周波数限界fL以下の周波数の信号に変換され、また、そのピーク電圧が検出回路47の耐圧以下となる。
 ローパスフィルタ44から出力された信号は、ハイパスフィルタ46に入力され、低周波のノイズ成分が除去される。ハイパスフィルタ46によってノイズ成分が除去された信号(C点電圧)は、検出回路47のコンパレータcmp1,cmp2に入力される。そして、ハイパスフィルタ46から出力される信号が閾値Vthpを上回る期間の間、コンパレータcmp1の出力信号Vc1がハイレベルとなる。また、ハイパスフィルタ46から出力される信号が閾値Vthnを下回る期間の間、コンパレータcmp2の出力信号Vc2がローレベルとなる。
 信号処理回路48では、コンパレータcmp1の出力信号Vc1のパルスが先、コンパレータcmp2の出力信号Vc2のパルスが後の順番で連続して入力されたことが検出される。このため、信号処理回路48は、送信回路24に入力する入力信号に立上りエッジが生じた場合であると判断し、パルス信号Vsを出力する。これにより、時刻t1における入力信号の立上りエッジが、出力信号として復元される。
 次に、時刻t2において、送信回路24への入力信号に立下りエッジが生じると、送信回路24が送信コイル26aを負方向に駆動する。これによって、送信コイル26aに負方向のコイル電流が流れる。
 送信コイル26aに負方向の電流が流れると、受信コイル26bには、電磁誘導により2次電圧(受信信号)が発生する(A点電圧)。すなわち、送信コイル26aの電流が負方向に増加するのに応じて、受信コイル26bには負方向の電圧がインパルス状に発生し、送信コイル26aの電流が正方向に増大するのに応じて、受信コイル26bには正方向の電圧がインパルス状に発生する。
 受信コイル26bで発生した信号は、ローパスフィルタ44に入力される。ローパスフィルタ44は、受信コイル26bで発生した信号を積分平均する。これによって、ローパスフィルタ44から出力される信号(B点電圧)は、検出回路47の受信可能な周波数限界fL以下の周波数の信号に変換され、また、そのピーク電圧が検出回路47の耐圧以下となる。
 ローパスフィルタ44から出力された信号は、ハイパスフィルタ46に入力され、低周波のノイズ成分が除去される。ハイパスフィルタ46によってノイズ成分が除去された信号(C点電圧)は、検出回路47のコンパレータcmp1,cmp2に入力される。そして、ハイパスフィルタ46から出力される信号が閾値Vthnを下回る期間の間、コンパレータcmp2の出力信号Vc2がローレベルとなる。また、ハイパスフィルタ46から出力される信号が閾値Vthpを上回る期間の間、コンパレータcmp1の出力信号Vc1がハイレベルとなる。
 信号処理回路48では、コンパレータcmp2の出力信号Vc2のパルスが先、コンパレータcmp1の出力信号Vc1のパルスが後の順番で連続して入力されたことが検出される。このため、信号処理回路48は、送信回路24に入力する入力信号に立下りエッジが生じた場合であると判断し、パルス信号Vrを出力する。これにより、時刻t2における入力信号の立下りエッジが、出力信号として復元される。
 以上に説明したように、実施例1の信号伝達回路22では、トランス(26a,26b)のコイル外径を小さくしても、受信コイル26bの巻数を送信コイル26aの巻数より大きくすることで、トランスのゲインを大きくする。これによって、安定した信号伝達を可能としている。また、トランスのコイル外径を小さくし、受信コイル26bの巻数を送信コイル26aの巻数より大きくすると、受信コイル26bから出力される信号は、検出回路47の耐圧を超え、また、検出回路47の受信可能な周波数限界を超える。ただし、受信コイルから出力される信号は、ローパスフィルタ44によって、その周波数帯域が検出回路47の受信可能範囲内に変換され、また、そのピーク電圧が検出回路47の耐圧以下とされる。これによって、信号伝達回路22は、送信回路24に入力する入力信号を、安定して受信回路28に伝達することができる。
 図10は、上述した信号伝達回路22の各点における信号波形をシミュレーションした結果を示している。図10に示すように、送信回路24に入力する入力信号に立上りエッジが生じると、受信コイル26bで発生する信号(A点電圧)は検出回路47の耐圧(通常、6V)を超える。一方、ローパスフィルタ44から出力される信号(B点電圧)とハイパスフィルタ46から出力される信号(C点電圧)は、検出回路47の耐圧以下に抑えられる。また、これらの信号(B点電圧,C点電圧)は、受信コイル26bで発生する信号と比較して、パルス幅が太くなっている。このため、検出回路47は、ハイパスフィルタ46から入力する信号から、送信回路24に入力する入力信号の立上りエッジを復元することができる。
 また、実施例1の信号伝達回路22では、ローパスフィルタ44の後段(検出回路47側)にハイパスフィルタ46を配置する構成としている。このため、ローパスフィルタ44の前段(受信コイル26b側)にハイパスフィルタを配置する構成(図11に示す構成)と比較して、コンデンサの容量値の総和を小さくすることができる。すなわち、図12及び表1に示すように、ローパスフィルタ44を構成する抵抗R1とコンデンサC1,C2の容量と、ハイパスフィルタ46を構成する抵抗R2,R3とコンデンサC3の容量が同一の場合(ケース1,ケース2)、ローパスフィルタ44の後段にハイパスフィルタを配置した構成(ケース1)では、ローパスフィルタの前段にハイパスフィルタを配置した構成(ケース2)と比較して、ゲインが高くなる。また、ローパスフィルタの前段にハイパスフィルタを配置した構成でケース1と同等のゲインを得ようとすると(ケース3)、ハイパスフィルタに用いるコンデンサC3の容量値を大きくしなければならない。したがって、実施例1の信号伝達回路22では、ローパスフィルタ44の後段にハイパスフィルタ46を配置する構成を採用することで、コンデンサの容量を小さくしながら大きなゲインを得ることができる。なお、IC内に抵抗とコンデンサを形成する場合、抵抗と比較してコンデンサは面積が大きくなる。このため、コンデンサの容量を抑えることで、信号伝達回路22をよりコンパクトな面積で形成することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 なお、上述した実施例1の各回路の構成は一例であって、本願の技術はこのような形態に限られない。例えば、図13に示すような検出回路52を用いることもできる。検出回路52は、コンパレータcmp1と、信号処理回路56と、RSフリップフロップ58によって構成されている。このような検出回路52を用いる場合、例えば、入力信号の立上りエッジに応じて送信コイル26aに2個のパルス状の電流を流し、入力信号の立下りエッジに応じて送信コイル26aに1個のパルス状の電流を流すようにすればよい。このように送信コイル26aを駆動することで、信号処理回路56は、入力信号に立上りエッジが生じたか、立下りエッジが生じたかを判断することができる。
 次に、実施例2の信号伝達装置について説明する。実施例2の信号伝達装置は、実施例1の信号伝達装置22と比較して、ローパスフィルタ44の代わりにクランプ回路62を用いている点で異なる。実施例2の信号伝達装置のその他の構成は、実施例1の信号伝達装置22と等しい。このため、実施例1と同一の構成要素については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
 図14に示すように、受信回路60は、クランプ回路62と、ハイパスフィルタ46と、検出回路47を備えている。クランプ回路62の入力端子には受信コイル26bが接続され、受信コイル26bから出力される受信信号がクランプ回路62に入力される。なお、実施例2では、受信コイル26bの一方の電位(すなわち、クランプ回路62に接続されていない方の電位)を0.5×Vdd(電源電位)だけバイアスしている。このため、図16に示すように、受信コイル26bから出力される信号は、0.5×Vdd(電源電位)だけレベルがシフトしている。
 クランプ回路62は、例えば、図15に示す構成を採ることができる。すなわち、クランプ回路62は、コンデンサD1,D2で構成することができる。クランプ回路62は、図16に示すように、受信コイル26bから出力される信号を、電源電位Vddを超えないようにクランプすると共に、接地電位(0V)未満とならないようにクランプする。これによって、クランプ回路62から出力される信号のピーク電圧は、検出回路47の耐圧以下となる。また、クランプ回路62を実際に素子で構成すると、クランプ回路62は寄生容量を有する。また、図15に示すようにクランプ回路62をダイオードで構成した場合は、クランプ回路62を構成するダイオードが逆回復特性を有している。これらのため、受信コイル26bから入力する信号のパルス幅が増大し、その分だけ低周波帯域の信号に変換される。その結果、クランプ回路62から出力される信号は、ピーク電圧が検出回路47の耐圧以下となり、また、周波数帯域が検出回路47の検出可能な周波数領域内となる。したがって、実施例2の信号伝達回路においても、送信回路に入力する入力信号を、安定して受信回路60に伝達することができる。
 なお、上述した実施例2では、図15に示すクランプ回路62を用いたが、図17に示すクランプ回路74を用いることもできる。クランプ回路74では、受信コイルとダイオードD1,D2の間に抵抗R1が配置される。
以上、本願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。
 例えば、受信コイル26bとハイパスフィルタの間には、図18に示す回路を配置するようにしてもよい。図18に示す回路は、ローパスフィルタとクランプ回路が接続されたものである。このような回路を用いても、受信コイル26bから出力される信号を低周波数帯域の信号に変換し、かつ、そのピーク電圧を低下させることができる。
 また、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。

Claims (4)

  1.  入力信号に応じて駆動される送信コイルと、
     送信コイルの駆動に応じて受信信号を出力する受信コイルと、
     受信コイルから出力される受信信号が入力する前処理回路と、
     前処理回路から出力される信号から前記入力信号を検出する検出回路と、を備えており、
     送信コイルは、第1平面上に配置され、第1の巻数を有する第1導電部を備えており、
     受信コイルは、第2平面上に配置され、第1の巻数よりも多い第2の巻数を有する第2導電部を備えており、
     前処理回路が、受信コイルから出力される受信信号を、検出回路が受信可能な周波数範囲内の信号に変換すると共に検出回路の耐圧以下の電圧の信号に変換して出力する、信号伝達装置。
  2.  前処理回路が、第1所定周波数以下の信号を通過させるローパスフィルタである、請求項1に記載の信号伝達装置。
  3.  前処理回路と検出回路の間には、第2所定周波数以上の信号を通過させるハイパスフィルタが配置されており、
     第2所定周波数は、第1所定周波数よりも低く設定されており、
     検出回路は、ハイパスフィルタから出力される信号から入力信号を検出する、請求項2に記載の信号伝達装置。
  4.  前処理回路が、受信コイルから入力する受信信号を所定の電位でクランプするクランプ回路である、請求項1に記載の信号伝達装置。
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