WO2023008224A1 - 近距離無線通信装置 - Google Patents

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WO2023008224A1
WO2023008224A1 PCT/JP2022/027793 JP2022027793W WO2023008224A1 WO 2023008224 A1 WO2023008224 A1 WO 2023008224A1 JP 2022027793 W JP2022027793 W JP 2022027793W WO 2023008224 A1 WO2023008224 A1 WO 2023008224A1
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circuit
wireless communication
power receiving
short
receiving
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PCT/JP2022/027793
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English (en)
French (fr)
Inventor
航陽 貝和
達也 細谷
崇浩 長井
Original Assignee
株式会社村田製作所
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B5/00—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
    • H04B5/40—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems characterised by components specially adapted for near-field transmission
    • H04B5/48—Transceivers

Definitions

  • the present invention relates to a short-range wireless communication terminal that performs short-range wireless reception and wireless power reception from a predetermined short-range wireless transmission device.
  • Patent Document 1 describes an RFID device with a power receiving function.
  • the RFID device of Patent Document 1 shares a communication antenna and a receiving coil (shared antenna).
  • the RFID device of Patent Document 1 has a switch that switches between a power receiving line and a communication line.
  • the RFID device of Patent Document 1 switches between power reception and communication by controlling this switch.
  • an object of the present invention is to realize the operation of both a receiving circuit and a wireless power receiving circuit for a predetermined short-range wireless transmitting device, to perform wireless communication and wireless power receiving in parallel, and to perform each efficiently.
  • a short-range wireless communication terminal capable of
  • a short-range wireless communication device with a power receiving function of the present invention includes a power receiving coil, a receiving antenna, a power receiving resonance circuit, a receiving circuit, a load circuit, and a wireless communication circuit.
  • the power receiving coil is powered using short-range radio.
  • the receiving antenna receives wireless communication signals using short-range radio.
  • the power receiving resonance circuit forms a resonance circuit with a power receiving coil and one or more resonance capacitors.
  • the receiving circuit includes a receiving antenna.
  • the load circuit is electrically connected to the power receiving resonant circuit.
  • a wireless communication circuit is electrically connected to the receiving circuit.
  • the power receiving resonance circuit supplies the current received using the power receiving coil to the load circuit.
  • the receiving circuit supplies the voltage received using the receiving antenna to the wireless communication circuit.
  • the wireless communication output impedance from the receiving circuit to the wireless communication circuit is greater than the power receiving output impedance from the power receiving resonance circuit to the load circuit.
  • the power receiving output impedance is smaller than the wireless communication output impedance.
  • the output impedance of the power receiving circuit is smaller than the output impedance of the receiving circuit at the power receiving frequency, so that the current due to power reception is stably supplied to the load circuit at a predetermined level or higher.
  • the resonance Q of the receiving circuit and the wireless communication circuit at the communication frequency can be set large. As a result, the load modulation level due to the switching of the resonance state performed in the wireless communication circuit is increased.
  • both a receiving circuit and a wireless power receiving circuit can operate, wireless communication and wireless power receiving can be performed in parallel, and each can be performed efficiently.
  • a range wireless communication terminal can be provided.
  • FIG. 1 is a functional block diagram showing the configuration of the short-range wireless communication device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a functional block diagram showing the configuration of the short-range wireless communication system according to the first embodiment.
  • 3A and 3B are diagrams for explaining the concept of communication using a short-range wireless communication IC.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram showing how Q of resonance changes.
  • 5A and 5B are waveform diagrams showing examples of input voltages.
  • FIG. 6 is a graph showing an example of frequency characteristics of output impedance.
  • FIG. 7 is a functional block diagram showing a configuration example of a short-range wireless communication device including an example of a load circuit.
  • FIG. 8 is a side sectional view showing an example of the structure of the short-range wireless communication device of the present invention.
  • FIG. 9 is a functional block diagram showing the configuration of a short-range wireless communication device according to the second embodiment.
  • FIG. 10 is a functional block diagram showing the configuration of a near field communication device according to the third embodiment.
  • FIG. 11 is a functional block diagram showing the configuration of a short-range wireless communication device according to the fourth embodiment.
  • FIG. 1 is a functional block diagram showing the configuration of the short-range wireless communication device according to the first embodiment.
  • the short-range wireless communication device 10 includes a receiving antenna 21, a power receiving coil 22, a capacitor 32, a short-range wireless communication IC 40, a rectifier circuit 50, and a load circuit 60.
  • the capacitor 32 corresponds to the "resonant capacitor” of the present invention
  • the short-range wireless communication IC 40 corresponds to the "wireless communication circuit” of the present invention.
  • a configuration unit composed of the rectifier circuit 50 and the load circuit 60 corresponds to the "load circuit" of the present invention.
  • the receiving antenna 21 is, for example, a loop antenna. Both ends of the receiving antenna 21 are connected to the short-range wireless communication IC 40 .
  • the receiving antenna 21 constitutes a receiving circuit 101 .
  • the impedance of the output terminal from the receiving circuit 101 to the short-range wireless communication IC 40 is the output impedance Zo101 of the receiving circuit 101 .
  • the receiving coil 22 is, for example, a loop coil. Both ends of the receiving coil 22 are connected to the rectifying circuit 50 .
  • the receiving coil 22 and the receiving antenna 21 are formed separately.
  • Capacitor 32 is connected in series between one end of power receiving coil 22 and rectifier circuit 50 .
  • the power receiving coil 22 and the capacitor 32 constitute a power receiving resonance circuit.
  • the resonance frequency of the power receiving resonance circuit is set to be the same as the frequency of the alternating magnetic field described later (for example, 13.56 MHz in the ISM band).
  • the power receiving circuit 102 is configured by this power receiving resonance circuit.
  • the impedance of the output terminal from the power receiving circuit 102 to the rectifier circuit 50 is the output impedance Zo102 of the power receiving circuit 102 .
  • the short-range wireless communication IC 40 and the rectifier circuit 50 are connected to the load circuit 60 .
  • the short-range wireless communication IC 40 is called NFCIC, for example, and performs communication using the receiving antenna 21 .
  • the rectifier circuit 50 rectifies the AC current and voltage of a predetermined frequency received by the power receiving coil 22 , converts them to DC, and outputs them to the load circuit 60 .
  • the load circuit 60 performs predetermined circuit operations according to the output voltage and output current of the rectifier circuit 50 . An example of a specific circuit operation of the load circuit 60 will be described later.
  • FIG. 2 is a functional block diagram showing the configuration of the short-range wireless communication system according to the first embodiment.
  • the short-range wireless communication system 1 includes a transmitter 90 and a short-range wireless communication device 10 .
  • the transmission device 90 includes a voltage conversion circuit 91, a transmission control circuit 92, and a coil 901.
  • the voltage conversion circuit 91 converts the voltage level of the input voltage from the external power supply 99 and supplies it to the transmission control circuit 92 .
  • the transmission control circuit 92 converts the DC voltage supplied from the voltage conversion circuit 91 into an AC voltage of a predetermined frequency, and applies it to the coil 90 1 .
  • the predetermined frequency is, for example, 13.56 MHz in the ISM band. Note that this frequency is an example, and other frequencies may be used.
  • the coil 901 is, for example, a loop coil.
  • the coil 901 passes an alternating current corresponding to the applied alternating voltage and generates an alternating magnetic field.
  • the short-range wireless communication device 10 is arranged so that the receiving antenna 21 and the power receiving coil 22 are coupled to the alternating magnetic field generated by the coil 901. As a result, the receiving antenna 21 and the power receiving coil 22 are electromagnetically induced with the alternating magnetic field generated by the coil 901 to generate an alternating current.
  • the current generated by the receiving antenna 21 is output to the short-range wireless communication IC 40 .
  • a current generated by the power receiving coil 22 is output to the rectifier circuit 50 .
  • the resonance frequency of the series resonance circuit of the receiving coil 22 and the capacitor 32 is set to the frequency of the alternating magnetic field (for example, 13.56 MHz in the ISM band) as described above.
  • the resonance frequency of the series resonance circuit of the receiving coil 22 and the capacitor 32 is set to the frequency of the alternating magnetic field (for example, 13.56 MHz in the ISM band) as described above.
  • the short-range wireless communication IC 40 can switch its own impedance state. As a result, the resonance Q of the circuit formed by the receiving antenna 21 and the short-range wireless communication IC 40 can be switched.
  • FIGs. 3(A) and 3(B) are diagrams explaining the concept of communication using a short-range wireless communication IC.
  • FIG. 3(A) shows a high resonance Q state
  • FIG. 3(B) shows a low resonance Q state.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram showing a changing state of resonance Q, in which the horizontal axis represents the frequency and the vertical axis represents the value of the current flowing through the receiving circuit.
  • the short-range wireless communication IC 40 includes a parallel circuit of a capacitor C40 and a switch SW40.
  • the short-range wireless communication IC 40 is not limited to this configuration, and has other circuit configurations. It has the configuration shown in
  • the short-range wireless communication IC 40 opens the switch SW40 (off state) as shown in FIG. 3(A).
  • short-range wireless communication IC 40 forms a parallel circuit of open resistance R40off of switch SW40 and capacitor C40. Since the open resistance R40off is very large, the current flowing from the receiving antenna 21 to the short-range wireless communication IC40 flows through the capacitor C40 of the short-range wireless communication IC40. Thereby, a resonance circuit is formed by the receiving antenna 21 and the capacitor C40. The resonance Q is increased by forming the resonance circuit only with the receiving antenna 21 and the capacitor C40 (see the solid line in FIG. 4).
  • the short-range wireless communication IC 40 puts the switch SW40 in a conductive state (on state), as shown in FIG. 3(B).
  • short-range wireless communication IC 40 forms a parallel circuit of conduction resistance R40on of switch SW40 and capacitor C40. Since the conduction resistance R40on is very small, the current flowing from the receiving antenna 21 to the short-range wireless communication IC40 mainly flows through the conduction resistance R40on of the short-range wireless communication IC40. Therefore, a resonance circuit cannot be realized only by the receiving antenna 21 and the capacitor C40, and the Q of resonance becomes low (see the dashed line in FIG. 4). As a result, the resonance Q of the circuit formed by the receiving antenna 21 and the short-range wireless communication IC 40 can be switched.
  • the short-range wireless communication device 10 realizes load modulation. That is, the short-range wireless communication device 10 switches the coupling state between the receiving antenna 21 and the coil 90 1 by switching the Q of resonance.
  • the transmission control circuit 92 of the transmission device 90 includes a voltage monitoring section (not shown).
  • the voltage monitor monitors the input voltage of coil 901.
  • the coupling state between the receiving antenna 21 and the coil 901 changes due to switching of the resonance Q by the near field wireless communication device 10
  • the input voltage of the coil 901 changes according to this change.
  • FIGS. 5A and 5B are waveform diagrams showing examples of input voltages.
  • FIG. 5A shows the case of the present invention
  • FIG. 5B shows the case of a comparative example.
  • a comparative example is, for example, an example in which the parameters of the receiving circuit 101 peculiar to the present invention are not set.
  • the resonance Q When the switch SW40 is open (off state), the resonance Q is high, the receiving antenna 21 and the coil 901 are in resonance, and the amplitude of the input voltage Voff increases as shown in FIG. 5(A).
  • the switch SW40 When the switch SW40 is in the conducting state (on state), the resonance Q is low, the degree of coupling between the receiving antenna 21 and the coil 901 is reduced, the current flowing through the coil 901 is reduced, and the amplitude of the input voltage Von is reduced.
  • the input voltage of the coil 901 changes according to the change of the open state and conduction state of the switch SW40, that is, the state transition.
  • the voltage monitor detects this change in input voltage.
  • the near field wireless communication device 10 When performing data communication with the transmitting device 90, the near field wireless communication device 10 makes the bits of the communication data correspond to the change in Q of resonance.
  • the transmission device 90 can demodulate the bits of the communication data by detecting changes in the input voltage of the coil 901.
  • the short-range wireless communication device 10 and the transmission device 90 can use the electromagnetic induction between the coil 901 and the receiving antenna 21 to transmit and receive communication data, that is, wireless communication.
  • the short-range wireless communication device 10 further has the following features.
  • the output impedance Zo102 of the power receiving circuit 102 is smaller than the output impedance Zo101 of the receiving circuit 101 at the above frequency of the alternating magnetic field, in other words, the power receiving frequency fp and the communication frequency fc. Conversely, the output impedance Zo101 of the receiving circuit 101 is larger than the output impedance Zo102 of the power receiving circuit 102 .
  • the output impedance Zo102 of the power receiving circuit 102 is smaller than the output impedance Zo101 of the receiving circuit 101 at the power receiving frequency fp. Furthermore, the output impedance Zo101 of the receiving circuit 101 is higher than the output impedance Zo102 of the power receiving circuit 102 at the communication frequency fc.
  • FIG. 6 is a graph showing an example of frequency characteristics of output impedance.
  • the receiving circuit 101 is composed of the receiving antenna 21. Therefore, as shown in FIG. 6, the output impedance Zo101 of the receiving circuit 101 increases as the frequency increases.
  • the power receiving circuit 102 is composed of a series resonance circuit of the power receiving coil 22 and the capacitor 32, and is set so that the resonance frequency matches the communication frequency fc and the power receiving frequency fp. Therefore, as shown in FIG. 6, the output impedance Zo102 of the power receiving circuit 102 varies to be minimal at the power receiving frequency fp and the communication frequency fc.
  • the output impedance Zo102 of the power receiving circuit 102 can be made smaller than the output impedance Zo101 of the receiving circuit 101 at the communication frequency fc and the power receiving frequency fp, as shown in FIG. .
  • the current output from the power receiving coil 22 at the power receiving frequency fp flows into the power receiving circuit 102 as a power receiving current with high efficiency, and is supplied to the rectifier circuit 50 .
  • the short-range wireless communication device 10 can achieve excellent power reception characteristics.
  • the output impedance Zo101 of the receiving circuit 101 is not as small as the output impedance Zo102 of the power receiving circuit 102, and can be set to a desired value. Thereby, the resonance state at the communication frequency fc can be appropriately set.
  • the inductance of the receiving antenna 21 can be set according to the capacitor of the short-range wireless communication IC 40 and the like so that a high resonance Q can be obtained at the communication frequency fc.
  • the short-range wireless communication device 10 can properly control the state of high resonance Q and the state of low resonance Q by the receiving circuit 101 and the short-range wireless communication IC 40 at the communication frequency fc as shown in FIG. Can be set. Therefore, the short-range wireless communication device 10 can achieve excellent communication characteristics. More specifically, the short-range wireless communication device 10 can achieve a high load modulation level.
  • the short-range wireless communication device 10 appropriately sets the inductance of the receiving antenna 21 so that the rate of change of the impedance of the receiving circuit 101 during load modulation is preferably 30% or more, and can be about 50%. more preferred. As a result, the short-range wireless communication device 10 can achieve better communication characteristics.
  • the short-range wireless communication device 10 having the above configuration can perform power reception and reception (communication) in parallel using the receiving antenna 21 and the power receiving coil 22 .
  • the receiving antenna 21 and the power receiving coil 22 are separately provided, and the receiving circuit 101 and the power receiving circuit 102 are configured by different circuits.
  • the receiving circuit 101 and the power receiving circuit 102 are not electrically connected.
  • the short-range wireless communication device 10 can individually set the power reception characteristics and the communication characteristics. In other words, even if the configuration of the receiving circuit 101 is determined in order to obtain excellent communication characteristics, the power receiving circuit 102 is not affected. On the other hand, even if the configuration and the like of the power receiving circuit 102 are determined in order to obtain excellent power receiving characteristics, the receiving circuit 101 is not affected.
  • the short-range wireless communication device 10 can achieve both excellent power receiving characteristics and excellent communication characteristics.
  • FIG. 7 is a functional block diagram showing a configuration example of a short-range wireless communication device including an example of a load circuit.
  • FIG. 7 descriptions of parts other than the load circuit 60 in the short-range wireless communication device 10 have been given above, and new descriptions of these parts will be omitted.
  • the load circuit 60 includes a voltage conversion circuit 61, a charging circuit 62, a secondary battery 63, a voltage conversion circuit 64, a charge control circuit 620, and a discharge control circuit 640.
  • the voltage conversion circuit 61 converts the voltage level of the output voltage of the rectifier circuit 50 .
  • the voltage conversion circuit 61 outputs the converted voltage to the charging circuit 62 .
  • the charging circuit 62 generates charging voltage from the DC voltage from the voltage conversion circuit 61 and charges the secondary battery 63 . At this time, the charging circuit 62 outputs a charging voltage according to the charging control signal from the charging control circuit 620 .
  • the charge control circuit 620 generates a charge control signal with reference to a charge instruction from the short-range wireless communication IC 40, for example. Note that the charging circuit 62 can also output the charging voltage to the voltage conversion circuit 64 .
  • the voltage conversion circuit 64 converts the voltage level of the output voltage from the charging circuit 62 or the secondary battery 63 into the voltage level for the short-range wireless communication IC 40 .
  • the voltage conversion circuit 64 supplies the converted voltage to the short-range wireless communication IC 40 .
  • the voltage conversion circuit 64 supplies the converted voltage to the short-range wireless communication IC 40 according to the discharge control signal (power supply control signal) from the discharge control circuit 640 .
  • the discharge control circuit 640 generates a discharge control signal (power supply control signal) by referring to, for example, a charging instruction from the short-range wireless communication IC 40 and a voltage level monitoring state of a predetermined portion of the load circuit 60 .
  • FIG. 8 is a side sectional view showing an example of the structure of the short-range wireless communication device of the present invention.
  • the short-range wireless communication device 10 includes a support base 11 , a magnetic sheet 12 , a receiving antenna 21 , a power receiving coil 22 , electronic components 191 and 192 . Although one electronic component 191 and one electronic component 192 are shown in FIG.
  • the supporting base material 11 is a flat plate or a flat film, and is mainly made of an insulating material, and has a conductor pattern for realizing the circuit of the short-range wireless communication device 10 formed thereon.
  • the receiving antenna 21 and the power receiving coil 22 are composed of a wound linear conductor pattern with a predetermined number of turns. Receiving antenna 21 and receiving coil 22 are formed on one main surface of supporting base 11 .
  • the magnetic sheet 12 is arranged on one main surface of the support base 11 so as to include, for example, areas where the receiving antenna 21 and the power receiving coil 22 are formed.
  • the electronic component 191 is an electronic component with solder bumps formed on its mounting surface.
  • the electronic component 192 is an electronic component having terminal electrodes at both ends of a housing.
  • the electronic component 191 is, for example, the short-range wireless communication IC 40 , the IC of the rectifier circuit 50 , and the IC of the load circuit 60 .
  • the electronic components 192 are, for example, the capacitor 32, various passive elements of the rectifier circuit 50, and various passive elements of the load circuit 60.
  • the electronic component 191 and the electronic component 192 are mounted on one main surface of the supporting base material 11 . At least part of electronic component 191 and electronic component 192 may be mounted on the other main surface of supporting base material 11 . Further, the receiving antenna 21 and the power receiving coil 22 may be individually arranged on the one main surface and the other main surface, respectively.
  • the short-range wireless communication device 10 can be formed thin. Moreover, by providing the magnetic sheet 12, the magnetic flux density of the receiving antenna 21 and the power receiving coil 22 can be increased. As a result, the short-range wireless communication device 10 can increase power reception energy and communication energy. Therefore, the short-range wireless communication device 10 can improve power reception efficiency and improve communication characteristics.
  • the load circuit 60 does not have to include the secondary battery 63 .
  • the short-range wireless communication device 10 can save energy and realize stable operation of the short-range wireless communication IC 40, the load circuit 60, and the like.
  • the receiving antenna 21 and the power receiving coil 22 may be arranged so as to be at least magnetically coupled. Even if the receiving antenna 21 and the power receiving coil 22 are magnetically coupled, by providing the configuration of the present invention, the circuit characteristics (output impedance Zo101 and output impedance Zo102) of the receiving circuit 101 and the power receiving circuit 102 can be appropriately set. can. Therefore, even if the receiving antenna 21 and the power receiving coil 22 are magnetically coupled, the short-range wireless communication device 10 can achieve both excellent power receiving characteristics and excellent communication characteristics.
  • the short-range wireless communication device 10 can achieve power reception and reception more reliably and efficiently. Moreover, since the receiving antenna 21 and the power receiving coil 22 can be arranged close to each other, the short-range wireless communication device 10 can be made smaller in plan view.
  • FIG. 9 is a functional block diagram showing the configuration of a short-range wireless communication device according to the second embodiment.
  • the short-range wireless communication device 10A includes a receiving circuit 101A and a power-receiving circuit 102A in contrast to the short-range wireless communication device 10 according to the first embodiment. different in that respect.
  • Other configurations of the short-range wireless communication device 10A are the same as those of the short-range wireless communication device 10, and descriptions of similar parts are omitted.
  • the receiving circuit 101A includes a receiving antenna 21 and a capacitor 331.
  • the receiving antenna 21 and the capacitor 331 are connected in parallel.
  • Receiving antenna 21 and capacitor 331 form a parallel resonance circuit.
  • the resonance frequency of this parallel resonance circuit is set to be the same as the communication frequency fc.
  • the power receiving circuit 102A includes a power receiving coil 22, a capacitor 32, and a capacitor 332.
  • the receiving coil 22 and the capacitor 332 are connected in parallel.
  • Capacitor 32 is connected in series with a parallel circuit of receiving coil 22 and capacitor 332 .
  • Power receiving coil 22, capacitor 32, and capacitor 332 form a parallel-series resonance circuit.
  • the resonance frequency of this parallel-series resonance circuit is set to be the same as the power reception frequency fp.
  • the output impedance Zo101A of the receiving circuit 101A at the communication frequency fc is set larger than the output impedance Zo102A of the power receiving circuit 102A. Furthermore, the output impedance Zo102A of the power receiving circuit 102A at the power receiving frequency fp is set smaller than the output impedance Zo101A of the receiving circuit 101A.
  • the short-range wireless communication device 10A can individually and appropriately set the output impedance Zo101A of the receiving circuit 101A and the output impedance Zo102A of the power receiving circuit 102A.
  • the short-range wireless communication device 10A can perform power reception and communication in parallel, set power reception characteristics and communication characteristics separately, and achieve both excellent power reception characteristics and excellent communication characteristics.
  • the short-range wireless communication device 10A by including the capacitor 331, impedance matching between the receiving antenna 21 and the short-range wireless communication IC 40 can be achieved without changing the inductance of the receiving antenna 21 and the capacitance of the short-range wireless communication IC 40, etc. can be realized. As a result, the short-range wireless communication device 10A can more reliably realize a high resonance Q used for communication while suppressing transmission loss.
  • the short-range wireless communication device 10A By including the capacitor 332 in the short-range wireless communication device 10A, it is possible to realize a resonance state at the power receiving frequency fp without changing the inductance of the power receiving coil 22 . As a result, for example, the short-range wireless communication device 10A can realize a resonance state at the power receiving frequency fp even if the shape and inductance of the power receiving coil 22 are limited.
  • FIG. 10 is a functional block diagram showing the configuration of a near field communication device according to the third embodiment.
  • the short-range wireless communication device 10B includes a receiving circuit 101B and a power-receiving circuit 102B in contrast to the short-range wireless communication device 10A according to the second embodiment. different in that respect. More specifically, the short-range wireless communication device 10B omits the capacitor 32 of the power receiving circuit 102A of the short-range wireless communication device 10A, replaces the capacitance of the capacitor 331 of the receiving circuit 101B, the capacitance of the capacitor 332 of the power receiving circuit 102B, They are different in that they are appropriately set as described later. Other configurations of the short-range wireless communication device 10B are the same as those of the short-range wireless communication device 10, and descriptions of similar parts are omitted.
  • the receiving circuit 101B includes a receiving antenna 21 and a capacitor 331.
  • the receiving antenna 21 and the capacitor 331 are connected in parallel.
  • Receiving antenna 21 and capacitor 331 form a parallel resonance circuit.
  • the resonance frequency of this parallel resonance circuit is set to be the same as the communication frequency fc.
  • the power receiving circuit 102B includes a power receiving coil 22 and a capacitor 332 .
  • the receiving coil 22 and the capacitor 332 are connected in parallel.
  • the receiving coil 22 and the capacitor 332 form a parallel resonance circuit.
  • the resonance frequency of this parallel resonance circuit is set to be the same as the power reception frequency fp.
  • the output impedance Zo101B of the receiving circuit 101B at the communication frequency fc is set larger than the output impedance Zo102B of the power receiving circuit 102B. Furthermore, the output impedance Zo102A of the power receiving circuit 102B at the power receiving frequency fp is set smaller than the output impedance Zo101B of the receiving circuit 101B.
  • the short-range wireless communication device 10B can individually and appropriately set the output impedance Zo101B of the receiving circuit 101B and the output impedance Zo102B of the power receiving circuit 102B.
  • the short-range wireless communication device 10B can perform power reception and communication in parallel, can set power reception characteristics and communication characteristics separately, and can achieve both excellent power reception characteristics and excellent communication characteristics.
  • the short-range wireless communication device 10B can more reliably realize a high resonance Q used for communication while suppressing transmission loss. Further, the short-range wireless communication device 10B, like the short-range wireless communication device 10A, can achieve a resonant state at the power receiving frequency fp even if there are restrictions on the shape and inductance of the power receiving coil 22 .
  • the short-range wireless communication device 10B has a configuration in which the capacitor 32 is removed from the short-range wireless communication device 10A. Therefore, the short-range wireless communication device 10B can further reduce the circuit configuration and realize a simpler configuration and a smaller size.
  • FIG. 11 is a functional block diagram showing the configuration of a short-range wireless communication device according to the fourth embodiment.
  • the short-range wireless communication device 10C includes a receiving circuit 101C, a power receiving circuit 102C, and a control circuit 101C, compared to the short-range wireless communication device 10A according to the second embodiment. It differs in that a circuit 70 is provided.
  • Other configurations of the short-range wireless communication device 10C are the same as those of the short-range wireless communication device 10, and descriptions of similar parts are omitted.
  • the receiving circuit 101C includes a receiving antenna 21 and a capacitor 331.
  • the receiving antenna 21 and the capacitor 331 are connected in parallel.
  • Receiving antenna 21 and capacitor 331 form a parallel resonance circuit.
  • the resonance frequency of this parallel resonance circuit is set to be the same as the communication frequency fc.
  • the power receiving circuit 102C includes a power receiving coil 22, a capacitor 332, a capacitor 32, and a switch element 392.
  • Capacitor 32 is connected in series with a parallel circuit of receiving coil 22 and capacitor 332 .
  • Power receiving coil 22, capacitor 32, and capacitor 332 form a parallel-series resonance circuit.
  • the switch element 392 is connected in parallel with the capacitor 32 .
  • the switch element 392 is on/off controlled by a control signal from the control circuit 70 .
  • the switch element 392 is an FET
  • the terminal of the capacitor 32 on the receiving coil 22 side and the drain of the switch element 392 are connected, and the terminal of the capacitor 32 on the rectifier circuit 50 side and the source of the switch element 392 are connected.
  • power receiving circuit 102 ⁇ /b>C is configured by a parallel-series resonant circuit of power receiving coil 22 , capacitor 32 , and capacitor 332 .
  • the resonance frequency fp1 of this parallel-series resonance circuit is set so as to overlap the frequency band of the alternating magnetic field with which the receiving coil 22 is coupled.
  • power receiving circuit 102 ⁇ /b>C is configured by a parallel resonance circuit of power receiving coil 22 and capacitor 332 .
  • the resonance frequency fp2 of the parallel resonance circuit is set so as to overlap the frequency band of the alternating magnetic field with which the power receiving coil 22 is coupled.
  • the output impedance Zo101C of the receiving circuit 101C at the communication frequency fc is set larger than the output impedance Zo102C of the power receiving circuit 102C. Furthermore, the output impedance Zo102C of the power receiving circuit 102C at the resonance frequencies fp1 and fp2 is set smaller than the output impedance Zo101C of the receiving circuit 101C.
  • the short-range wireless communication device 10C can individually and appropriately set the output impedance Zo101C of the receiving circuit 101C and the output impedance Zo102C of the power receiving circuit 102C. As a result, the short-range wireless communication device 10C can perform power reception and communication in parallel, set power reception characteristics and communication characteristics separately, and achieve both excellent power reception characteristics and excellent communication characteristics.
  • the short-range wireless communication device 10C can set a plurality of resonance frequencies of the power receiving circuit 102C by controlling the switch element 392. As a result, for example, even if the state of coupling with the transmitting device 90 changes, the short-range wireless communication device 10C can adapt to this change. Therefore, the short-range wireless communication device 10C can more reliably achieve a resonance state during power reception, and can achieve better power reception characteristics.
  • the power receiving circuit 102C and the receiving circuit 101C are separate circuits that are not electrically connected. Accordingly, even if the power receiving circuit 102C is adjusted, the output impedance Zo101C of the receiving circuit 101C does not change. Therefore, the short-range wireless communication device 10C can maintain excellent communication characteristics.
  • the communication frequency fc and the power receiving frequency fp are the same. However, even if the communication frequency fc and the power reception frequency fp are different, the above effects can be obtained if the magnitude relationship between the output impedance of the above-described receiving circuit and the output impedance of the power receiving circuit can be ensured. However, when the communication frequency fc and the power receiving frequency fp are different in this way, it is preferable that at least a portion of the communication frequency band including the communication frequency fc and the power receiving frequency band including the power receiving frequency fp overlap.

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Abstract

近距離無線通信装置（１０）は、受電コイル（２２）、受信アンテナ（２１）、受信回路（１０１）、受電回路（１０２）、近距離無線通信ＩＣ（４０）、および、整流回路（５０）を備える。受信アンテナ（２１）は、近距離無線を利用した無線通信信号を受信する。受電コイル（２２）は、近距離無線を利用した電力供給を受ける。受電回路（１０２）は、受電コイル（２２）とキャパシタ（３２）とで直列共振回路を形成する。受信回路（１０１）は、受信アンテナ（２１）を含んで構成される。通信周波数（ｆｃ）において、受信回路（１０１）の出力インピーダンス（Ｚo１０１）は、受電回路（１０２）の出力インピーダンス（Ｚo１０２）よりも大きい。受電周波数（ｆｐ）において、受電回路（１０２）の出力インピーダンス（Ｚo１０２）は、受信回路（１０２）の出力インピーダンス（Ｚo１０１）よりも小さい。

Description

近距離無線通信装置
　本発明は、所定の近距離無線送信装置に対して、近距離無線受信およびワイヤレス受電を行う近距離無線通信端末に関する。
　特許文献１には、受電機能を備えるＲＦＩＤデバイスが記載されている。特許文献１のＲＦＩＤデバイスは、通信用アンテナと受電コイルを共用（共用アンテナ）している。
　特許文献１のＲＦＩＤデバイスは、受電ラインと通信ラインを切り替えるスイッチを備える。特許文献１のＲＦＩＤデバイスは、このスイッチの制御によって受電と通信を切り替える。
米国特許１０１７６４１５号公報
　しかしながら、特許文献１に記載の構成では、受電効率と通信性能とを両立することが難しかった。すなわち、特許文献１に記載の構成において、共用アンテナを含む回路の受電受信回路のインピーダンスを小さくすると、受電性能を所定レベルにできるが、通信の負荷変調レベルが低下してしまう。一方、受電受信回路のインピーダンスを大きくすると、通信の負荷変調レベルを向上できるが、受電性能が低下してしまう。
　したがって、本発明の目的は、所定の近距離無線送信装置に対して、受信回路とワイヤレス受電回路の両方の動作を実現し、無線通信とワイヤレス受電とを並行し、且つそれぞれを効率的に実行できる近距離無線通信端末を提供することにある。
　この発明の受電機能を備えた近距離無線通信装置は、受電コイル、受信アンテナ、受電共振回路、受信回路、負荷回路、および、無線通信回路を備える。受電コイルは、近距離無線を利用して電力供給を受ける。受信アンテナは、近距離無線を利用して無線通信信号を受信する。受電共振回路は、受電コイルと１つ以上の共振キャパシタとで共振回路を形成する。受信回路は、受信アンテナを含んで構成される。負荷回路は、受電共振回路に電気接続される。無線通信回路は、受信回路に電気接続される。受電共振回路は、受電コイルを用いて受電した電流を負荷回路に供給する。受信回路は、受信アンテナを用いて受信した電圧を無線通信回路に供給する。
　無線通信を行う通信周波数において、受信回路から無線通信回路への無線通信用出力インピーダンスは、受電共振回路から負荷回路への受電用出力インピーダンスよりも大きい。受電を行う受電周波数において、受電用出力インピーダンスは、無線通信用出力インピーダンスよりも小さい。
　この構成では、受電周波数において、受信回路の出力インピーダンスよりも受電回路の出力インピーダンスが小さいことによって、受電による電流は、負荷回路へ所定レベル以上で安定して供給される。
　一方、通信周波数において、受電回路の出力インピーダンスよりも受信回路の出力インピーダンスが大きいことによって、受信回路および無線通信回路による通信周波数での共振のＱは、大きく設定できる。これにより、無線通信回路で実行される共振状態の切り替えによる負荷変調レベルは大きくなる。
　この発明によれば、所定の近距離無線送信装置に対して、受信回路とワイヤレス受電回路の両方の動作を実現し、無線通信とワイヤレス受電とを並行し、且つそれぞれを効率的に実行できる近距離無線通信端末を提供することができる。
図１は、第１の実施形態に係る近距離無線通信装置の構成を示す機能ブロック図である。 図２は、第１の実施形態に係る近距離無線通信システムの構成を示す機能ブロック図である。 図３（Ａ）、図３（Ｂ）は、近距離無線通信ＩＣを用いた通信の概念説明する図である。 図４は、共振のＱの変化状態を示す概念図である。 図５（Ａ）、図５（Ｂ）は、入力電圧の一例を示す波形図である。 図６は、出力インピーダンスの周波数特性の一例を示すグラフである。 図７は、負荷回路の一例を含む近距離無線通信装置の構成例を示す機能ブロック図である。 図８は、本発明の近距離無線通信装置の構造の一例を示す側面断面図である。 図９は、第２の実施形態に係る近距離無線通信装置の構成を示す機能ブロック図である。 図１０は、第３の実施形態に係る近距離無線通信装置の構成を示す機能ブロック図である。 図１１は、第４の実施形態に係る近距離無線通信装置の構成を示す機能ブロック図である。
　［第１の実施形態］
　本発明の第１の実施形態に係る近距離無線通信装置について、図を参照して説明する。図１は、第１の実施形態に係る近距離無線通信装置の構成を示す機能ブロック図である。
　図１に示すように、近距離無線通信装置１０は、受信アンテナ２１、受電コイル２２、キャパシタ３２、近距離無線通信ＩＣ４０、整流回路５０、および、負荷回路６０を備える。キャパシタ３２が本発明の「共振キャパシタ」に対応し、近距離無線通信ＩＣ４０が本発明の「無線通信回路」に対応する。また、整流回路５０と負荷回路６０とからなる構成部が本発明の「負荷回路」に対応する。
　受信アンテナ２１は、例えば、ループアンテナである。受信アンテナ２１の両端は、近距離無線通信ＩＣ４０に接続する。この受信アンテナ２１によって、受信回路１０１が構成される。受信回路１０１から近距離無線通信ＩＣ４０への出力端のインピーダンスが、受信回路１０１の出力インピーダンスＺｏ１０１である。
　受電コイル２２は、例えば、ループコイルである。受電コイル２２の両端は、整流回路５０に接続する。受電コイル２２と受信アンテナ２１とは、別体で形成されている。
　キャパシタ３２は、受電コイル２２の一方端と整流回路５０との間に直列に接続される。受電コイル２２とキャパシタ３２とは、受電共振回路を構成する。受電共振回路の共振周波数は、後述する交番磁界の周波数（例えば、ＩＳＭバンドの１３．５６ＭＨｚ）と同じになるように設定される。この受電共振回路によって、受電回路１０２が構成される。受電回路１０２から整流回路５０への出力端のインピーダンスが、受電回路１０２の出力インピーダンスＺｏ１０２である。
　近距離無線通信ＩＣ４０および整流回路５０は、負荷回路６０に接続する。
　近距離無線通信ＩＣ４０は、例えば、ＮＦＣＩＣと称されるものであり、受信アンテナ２１を用いた通信を実行する。
　整流回路５０は、受電コイル２２で受電した所定周波数の交流からなる電流、電圧を整流して直流に変換し、負荷回路６０に出力する。負荷回路６０は、整流回路５０の出力電圧、出力電流によって、所定の回路動作を実行する。なお、負荷回路６０の具体的な回路動作の一例は後述する。
　図２は、第１の実施形態に係る近距離無線通信システムの構成を示す機能ブロック図である。図２に示すように、近距離無線通信システム１は、送信装置９０、近距離無線通信装置１０を備える。
　送信装置９０は、電圧変換回路９１、送信制御回路９２、および、コイル９０1を備える。電圧変換回路９１は、外部の電源９９からの入力電圧の電圧レベルを変換して、送信制御回路９２に供給する。送信制御回路９２は、電圧変換回路９１から供給される直流電圧を、所定周波数の交流電圧に変換し、コイル９０1に印加する。この際、所定周波数は、例えば、ＩＳＭバンドの１３．５６ＭＨｚである。なお、この周波数は一例であり、他の周波数であってもよい。
　コイル９０1は、例えばループコイルである。コイル９０1は、印加された交流電圧に応じた交流電流を流し、交番磁界を発生する。
　近距離無線通信装置１０は、受信アンテナ２１および受電コイル２２がコイル９０1の発生する交番磁界に結合するように配置される。これにより、受信アンテナ２１および受電コイル２２は、コイル９０1の発生する交番磁界と電磁誘導して、交流電流を発生する。
　受信アンテナ２１で発生した電流は、近距離無線通信ＩＣ４０に出力される。受電コイル２２で発生した電流は、整流回路５０に出力される。
　ここで、受電コイル２２とキャパシタ３２との直列共振回路の共振周波数は、上述のように交番磁界の周波数（例えば、ＩＳＭバンドの１３．５６ＭＨｚ）に設定されている。これにより、受電コイル２２とコイル９０1とを用いた磁気共鳴状態が実現でき、整流回路５０には、受電電流が低損失で供給される。したがって、低損失で効率の良い受電が可能となる。
　一方、近距離無線通信ＩＣ４０は、自身のインピーダンスの状態を切り替えることができる。これにより、受信アンテナ２１と近距離無線通信ＩＣ４０とによる回路は、共振のＱを切り替えられる。
　図３（Ａ）、図３（Ｂ）は、近距離無線通信ＩＣを用いた通信の概念説明する図である。図３（Ａ）は、共振のＱが高い状態を示し、図３（Ｂ）は、共振のＱが低い状態を示す。図４は、共振のＱの変化状態を示す概念図であり、横軸は周波数、縦軸は受信回路に流れる電流値を表す。
　図３（Ａ）、図３（Ｂ）に示すように、近距離無線通信ＩＣ４０は、キャパシタＣ４０、スイッチＳＷ４０の並列回路を備える。なお、近距離無線通信ＩＣ４０は、この構成に限るものではなく、他の回路構成を備えているが、共振のＱを調整する最低限の構成として、図３（Ａ）、図３（Ｂ）に示す構成を備える。
　近距離無線通信ＩＣ４０は、第１状態として、図３（Ａ）に示すように、スイッチＳＷ４０を開放状態（ｏｆｆ状態）にする。この状態では、近距離無線通信ＩＣ４０は、スイッチＳＷ４０の開放抵抗Ｒ４０ｏｆｆとキャパシタＣ４０との並列回路が構成される。開放抵抗Ｒ４０ｏｆｆは非常に大きいので、受信アンテナ２1から近距離無線通信ＩＣ４０に流れる電流は、近距離無線通信ＩＣ４０のキャパシタＣ４０に流れる。これにより、受信アンテナ２１とキャパシタＣ４０とによる共振回路が構成される。そして、共振回路が受信アンテナ２１とキャパシタＣ４０のみによって構成されることによって、共振のＱは高くなる（図４の実線参照）。
　近距離無線通信ＩＣ４０は、第２状態として、図３（Ｂ）に示すように、スイッチＳＷ４０を導通状態（ｏｎ状態）にする。この状態では、近距離無線通信ＩＣ４０は、スイッチＳＷ４０の導通抵抗Ｒ４０ｏｎとキャパシタＣ４０との並列回路が構成される。導通抵抗Ｒ４０ｏｎは非常に小さいので、受信アンテナ２１から近距離無線通信ＩＣ４０に流れる電流は、主として、近距離無線通信ＩＣ４０の導通抵抗Ｒ４０ｏｎに流れる。したがって、受信アンテナ２１とキャパシタＣ４０とのみによる共振回路を実現できず、共振のＱは低くなる（図４の破線参照）。これにより、受信アンテナ２１と近距離無線通信ＩＣ４０とによる回路は、共振のＱを切り替えられる。
　この共振のＱの切り替えによって、近距離無線通信装置１０は、負荷変調を実現する。すなわち、近距離無線通信装置１０は、共振のＱの切り替えによって、受信アンテナ２１とコイル９０1との結合状態を切り替える。
　送信装置９０の送信制御回路９２は、電圧監視部（図示を省略）を備える。電圧監視部は、コイル９０1の入力電圧をモニタする。ここで、上述のように、近距離無線通信装置１０による共振のＱの切り替えによって受信アンテナ２1とコイル９０1との結合状態が変化すると、この変化に応じて、コイル９０1の入力電圧は変化する。
　図５（Ａ）、図５（Ｂ）は、入力電圧の一例を示す波形図である。図５（Ａ）は本願発明の場合を示し、図５（Ｂ）は比較例の場合を示す。比較例とは、例えば、本願発明の特有の受信回路１０１のパラメータ設定を行えていない例である。
　スイッチＳＷ４０の開放状態（ｏｆｆ状態）では、共振のＱが高く、受信アンテナ２１とコイル９０1とが共振状態にあり、図５（Ａ）に示すように、入力電圧Ｖｏｆｆの振幅は大きくなる。スイッチＳＷ４０が導通状態（ｏｎ状態）では、共振のＱが低く、受信アンテナ２１とコイル９０1との結合度が低下して、コイル９０1に流れる電流が低下し、入力電圧Ｖｏｎの振幅は小さくなる。このように、スイッチＳＷ４０の開放状態、導通状態の変化、すなわち、状態遷移に応じて、コイル９０1の入力電圧は変化する。電圧監視部は、この入力電圧の変化を検出する。
　近距離無線通信装置１０は、送信装置９０とのデータ通信を行う際に、通信データのビットを共振のＱの変化に対応させる。送信装置９０は、コイル９０1の入力電圧の変化を検出することで、通信データのビットを復調できる。
　これにより、近距離無線通信装置１０と送信装置９０とは、コイル９０1と受信アンテナ２１との電磁誘導を利用して、通信データの送信および受信、すなわち、無線通信を実現できる。
　このような近距離無線通信装置１０、および、近距離無線通信システム１において、近距離無線通信装置１０は、さらに次の特徴を有する。
　上述の交番磁界の周波数、言い換えれば、受電周波数ｆｐおよび通信周波数ｆｃにおいて、受電回路１０２の出力インピーダンスＺｏ１０２は、受信回路１０１の出力インピーダンスＺｏ１０１よりも小さい。逆に言えば、受信回路１０１の出力インピーダンスＺｏ１０１は、受電回路１０２の出力インピーダンスＺｏ１０２よりも大きい。
　より詳細には、受電周波数ｆｐにおいて、受電回路１０２の出力インピーダンスＺｏ１０２は、受信回路１０１の出力インピーダンスＺｏ１０１よりも小さい。さらに、通信周波数ｆｃにおいて、受信回路１０１の出力インピーダンスＺｏ１０１は、受電回路１０２の出力インピーダンスＺｏ１０２よりも大きい。
　図６は、出力インピーダンスの周波数特性の一例を示すグラフである。
　上述のように、受信回路１０１は、受信アンテナ２１で構成される。したがって、図６に示すように、受信回路１０１の出力インピーダンスＺｏ１０１は、周波数が高くなるほど大きくなる。
　受電回路１０２は、受電コイル２２とキャパシタ３２の直列共振回路で構成され、共振周波数が通信周波数ｆｃおよび受電周波数ｆｐと一致するように設定されている。したがって、図６に示すように、受電回路１０２の出力インピーダンスＺｏ１０２は、受電周波数ｆｐおよび通信周波数ｆｃにおいて極小となるように変化する。
　ここで、キャパシタ３２のキャパシタンスを適宜設定することによって、図６に示すように、通信周波数ｆｃおよび受電周波数ｆｐにおいて、受電回路１０２の出力インピーダンスＺｏ１０２を、受信回路１０１の出力インピーダンスＺｏ１０１よりも小さくできる。
　このような構成によって、受電周波数ｆｐにおいて、受電コイル２２から出力される電流は、高効率で受電回路１０２に受電電流として流れ、整流回路５０に供給される。
　これにより、受電回路１０２での損失は抑制され、受電電流は、低損失で整流回路５０に供給される。したがって、近距離無線通信装置１０は、優れた受電特性を実現できる。
　また、受信回路１０１の出力インピーダンスＺｏ１０１は、受電回路１０２の出力インピーダンスＺｏ１０２程度に小さくなく、所望値に設定できる。これにより、通信周波数ｆｃにおける共振状態を適正に設定できる。
　より具体的には、近距離無線通信ＩＣ４０のキャパシタ等に応じて、通信周波数ｆｃにおいて高い共振のＱが得られるように、受信アンテナ２１のインダクタンスを設定できる。これにより、近距離無線通信装置１０は、図４に示すような、通信周波数ｆｃにおける受信回路１０１と近距離無線通信ＩＣ４０とによる共振のＱが高い状態と共振のＱが低い状態とを適正に設定できる。したがって、近距離無線通信装置１０は、優れた通信特性を実現できる。より具体的には、近距離無線通信装置１０は、高い負荷変調レベルを実現できる。
　この際、近距離無線通信装置１０は、受信アンテナ２１のインダクタンスを適宜設定して、負荷変調における受信回路１０１のインピーダンスの変化率を３０％以上にすることが好ましく、約５０％にすることがより好ましい。これにより、近距離無線通信装置１０は、より優れた通信特性を実現できる。
　このように、近距離無線通信装置１０は、上述の構成を備えることによって、受信アンテナ２１と受電コイル２２を用いて、受電と受信（通信）を並行して行うことができる。
　この際、近距離無線通信装置１０では、受信アンテナ２１と受電コイル２２とが別体で備えられ、受信回路１０１と受電回路１０２とが異なる回路で構成される。そして、受信回路１０１と受電回路１０２とは、電気的に接続されていない。
　これにより、近距離無線通信装置１０は、受電特性と通信特性とを個別に設定できる。言い換えれば、優れた通信特性を得るために受信回路１０１の構成等を決定しても、受電回路１０２は、その影響を受けない。一方、優れた受電特性を得るために受電回路１０２の構成等を決定しても、受信回路１０１は、その影響を受けない。
　したがって、近距離無線通信装置１０は、優れた受電特性と優れた通信特性とを両立できる。
　（負荷回路６０の適用の一例）
　図７は、負荷回路の一例を含む近距離無線通信装置の構成例を示す機能ブロック図である。図７において、近距離無線通信装置１０における負荷回路６０以外の箇所の説明は上述しており、これらの箇所の新たな説明は省略する。
　図７に示すように、負荷回路６０は、電圧変換回路６１、充電回路６２、二次電池６３、電圧変換回路６４、充電制御回路６２０、および、放電制御回路６４０を備える。
　電圧変換回路６１は、整流回路５０の出力電圧の電圧レベルを変換する。電圧変換回路６１は、変換後の電圧を充電回路６２に出力する。
　充電回路６２は、電圧変換回路６１からの直流電圧から充電用電圧を生成し、二次電池６３を充電する。この際、充電回路６２は、充電制御回路６２０から充電制御信号に応じて充電用電圧を出力する。充電制御回路６２０は、例えば、近距離無線通信ＩＣ４０からの充電指示を参照して充電制御信号を生成する。なお、充電回路６２は、充電用電圧を電圧変換回路６４にも出力できる。
　電圧変換回路６４は、充電回路６２または二次電池６３から出力電圧の電圧レベルを、近距離無線通信ＩＣ４０用の電圧レベルに変換する。電圧変換回路６４は、変換後の電圧を近距離無線通信ＩＣ４０に供給する。この際、電圧変換回路６４は、放電制御回路６４０から放電制御信号（給電制御信号）に応じて、変換後の電圧を近距離無線通信ＩＣ４０に供給する。なお、放電制御回路６４０は、例えば、近距離無線通信ＩＣ４０からの充電指示、負荷回路６０の所定箇所の電圧レベルの監視状態を参照して放電制御信号（給電制御信号）を生成する。
　（近距離無線通信装置１０の構造の一例）
　図８は、本発明の近距離無線通信装置の構造の一例を示す側面断面図である。図８に示すように、近距離無線通信装置１０は、支持基材１１、磁性シート１２、受信アンテナ２１、受電コイル２２、電子部品１９１、および、電子部品１９２を備える。なお、図８では、電子部品１９１および電子部品１９２は、1個記載しているが、電子部品１９１および電子部品１９２は、近距離無線通信装置１０の回路を構成可能な数で存在する。
　支持基材１１は、平板または平膜であり、絶縁性材料を主体として、近距離無線通信装置１０の回路を実現するための導体パターンが形成されている。
　受信アンテナ２１および受電コイル２２は、所定の周回数からなる巻回形の線状導体パターンによって構成される。受信アンテナ２１および受電コイル２２は、支持基材１１の一方主面に形成されている。磁性シート１２は、支持基材１１の一方主面に、例えば、受信アンテナ２１および受電コイル２２の形成領域を含むように配置される。
　電子部品１９１は、実装面にはんだバンプが形成された電子部品である。電子部品１９２は、筐体の両端に端子電極を有する電子部品である。電子部品１９１は、例えば、近距離無線通信ＩＣ４０、整流回路５０のＩＣ、負荷回路６０のＩＣである。電子部品１９２は、例えば、キャパシタ３２、整流回路５０の各種受動素子、負荷回路６０の各種受動素子である。
　電子部品１９１および電子部品１９２は、支持基材１１の一方主面に実装される。なお、電子部品１９１および電子部品１９２の少なくとも一部は、支持基材１１の他方主面に実装されていてもよい。また、受信アンテナ２１と受電コイル２２とは、一方主面と他方主面のそれぞれに個別に配置されていてもよい。
　このような構成によって、近距離無線通信装置１０は、薄型に形成できる。また、磁性シート１２を備えることによって、受信アンテナ２１と受電コイル２２の磁束密度を高めることができる。これにより、近距離無線通信装置１０は、受電エネルギー、通信エネルギーを大きくできる。したがって、近距離無線通信装置１０は、受電効率を向上でき、通信特性を向上できる。
　なお、負荷回路６０は、二次電池６３を備えなくてもよい。しかしながら、二次電池６３を備えることによって、近距離無線通信装置１０は、エネルギーを保存でき、近距離無線通信ＩＣ４０、負荷回路６０等の安定的な動作を実現できる。
　また、受信アンテナ２１と受電コイル２２とは、少なくとも磁気的に結合するように配置されていてもよい。受信アンテナ２１と受電コイル２２とが磁気的に結合していても、本願発明の構成を備えることで、受信回路１０１と受電回路１０２の回路特性（出力インピーダンスＺo１０１および出力インピーダンスＺo１０２）と適正に設定できる。したがって、受信アンテナ２１と受電コイル２２とが磁気的に結合していても、近距離無線通信装置１０は、優れた受電特性と、優れた通信特性とを両立できる。
　そして、受信アンテナ２１と受電コイル２２とが磁気結合するような位置関係に配置されること、すなわち、受信アンテナ２１と受電コイル２２とを近接して配置できることで、送信送電側の１つのコイル９０1に対する磁界結合状態をより最適かつ確実に実現できる。これにより、近距離無線通信装置１０は、受電と受信とを、さらに確実に且つ効率的に実現できる。また、受信アンテナ２１と受電コイル２２とを近接して配置できるので、近距離無線通信装置１０は、平面視した形状を小さくできる。
　［第２の実施形態］
　本発明の第２の実施形態に係る近距離無線通信装置について、図を参照して説明する。図９は、第２の実施形態に係る近距離無線通信装置の構成を示す機能ブロック図である。
　図９に示すように、第２の実施形態に係る近距離無線通信装置１０Ａは、第１の実施形態に係る近距離無線通信装置１０に対して、受信回路１０１Ａ、および、受電回路１０２Ａを備える点で異なる。近距離無線通信装置１０Ａの他の構成は、近距離無線通信装置１０と同様であり、同様の箇所の説明は省略する。
　受信回路１０１Ａは、受信アンテナ２１とキャパシタ３３１とを備える。受信アンテナ２１とキャパシタ３３１は並列接続されている。受信アンテナ２１とキャパシタ３３１とは並列共振回路を構成する。この並列共振回路の共振周波数は、通信周波数ｆｃと同じになるように設定されている。
　受電回路１０２Ａは、受電コイル２２、キャパシタ３２、キャパシタ３３２を備える。受電コイル２２とキャパシタ３３２は並列接続されている。キャパシタ３２は、受電コイル２２とキャパシタ３３２の並列回路に直列接続されている。受電コイル２２、キャパシタ３２、および、キャパシタ３３２は、並直列共振回路を構成する。この並直列共振回路の共振周波数は、受電周波数ｆｐと同じになるように設定されている。
　この際、通信周波数ｆｃにおける受信回路１０１Ａの出力インピーダンスＺｏ１０１Ａは、受電回路１０２Ａの出力インピーダンスＺｏ１０２Ａよりも大きく設定される。さらに、受電周波数ｆｐにおける受電回路１０２Ａの出力インピーダンスＺｏ１０２Ａは、受信回路１０１Ａの出力インピーダンスＺｏ１０１Ａよりも小さく設定される。
　このような構成によって、近距離無線通信装置１０Ａは、受信回路１０１Ａの出力インピーダンスＺｏ１０１Ａと、受電回路１０２Ａの出力インピーダンスＺｏ１０２Ａとを、それぞれ個別に適正に設定できる。
　これにより、近距離無線通信装置１０Ａは、受電と通信を並行して行うことができ、受電特性と通信特性とを個別に設定でき、優れた受電特性と優れた通信特性とを両立できる。
　さらに、近距離無線通信装置１０Ａでは、キャパシタ３３１を備えることによって、受信アンテナ２１のインダクタンスと近距離無線通信ＩＣ４０のキャパシタンス等を変更すること無く、受信アンテナ２１と近距離無線通信ＩＣ４０とのインピーダンス整合を実現できる。これにより、近距離無線通信装置１０Ａは、伝送損失を抑制しながら、通信に利用する高い共振のＱを、さらに確実に実現できる。
　近距離無線通信装置１０Ａでは、キャパシタ３３２を備えることによって、受電コイル２２のインダクタンスを変更すること無く、受電周波数ｆｐでの共振状態を実現できる。これにより、例えば、近距離無線通信装置１０Ａは、受電コイル２２の形状やインダクタンスに制限があっても、受電周波数ｆｐでの共振状態を実現できる。
　［第３の実施形態］
　本発明の第３の実施形態に係る近距離無線通信装置について、図を参照して説明する。図１０は、第３の実施形態に係る近距離無線通信装置の構成を示す機能ブロック図である。
　図１０に示すように、第３の実施形態に係る近距離無線通信装置１０Ｂは、第２の実施形態に係る近距離無線通信装置１０Ａに対して、受信回路１０１Ｂ、および、受電回路１０２Ｂを備える点で異なる。より具体的には、近距離無線通信装置１０Ｂは、近距離無線通信装置１０Ａの受電回路１０２Ａのキャパシタ３２を省略し、受信回路１０１Ｂのキャパシタ３３１のキャパシタンス、受電回路１０２Ｂのキャパシタ３３２のキャパシタンスを、後述のように適宜設定した点で異なる。近距離無線通信装置１０Ｂの他の構成は、近距離無線通信装置１０と同様であり、同様の箇所の説明は省略する。
　受信回路１０１Ｂは、受信アンテナ２１、および、キャパシタ３３１を備える。受信アンテナ２１とキャパシタ３３１は並列接続されている。受信アンテナ２１とキャパシタ３３１とは並列共振回路を構成する。この並列共振回路の共振周波数は、通信周波数ｆｃと同じになるように設定されている。
　受電回路１０２Ｂは、受電コイル２２、および、キャパシタ３３２を備える。受電コイル２２とキャパシタ３３２は並列接続されている。受電コイル２２とキャパシタ３３２は、並列共振回路を構成する。この並列共振回路の共振周波数は、受電周波数ｆｐと同じになるように設定されている。
　この際、通信周波数ｆｃにおける受信回路１０１Ｂの出力インピーダンスＺｏ１０１Ｂは、受電回路１０２Ｂの出力インピーダンスＺｏ１０２Ｂよりも大きく設定される。さらに、受電周波数ｆｐにおける受電回路１０２Ｂの出力インピーダンスＺｏ１０２Ａは、受信回路１０１Ｂの出力インピーダンスＺｏ１０１Ｂよりも小さく設定される。
　このような構成によって、近距離無線通信装置１０Ｂは、受信回路１０１Ｂの出力インピーダンスＺｏ１０１Ｂと、受電回路１０２Ｂの出力インピーダンスＺｏ１０２Ｂとを、それぞれ個別に適正に設定できる。
　これにより、近距離無線通信装置１０Ｂは、受電と通信を並行して行うことができ、受電特性と通信特性とを個別に設定でき、優れた受電特性と優れた通信特性とを両立できる。
　さらに、近距離無線通信装置１０Ｂは、近距離無線通信装置１０Ａと同様に、伝送損失を抑制しながら、通信に利用する高い共振のＱを、さらに確実に実現できる。また、近距離無線通信装置１０Ｂは、近距離無線通信装置１０Ａと同様に、受電コイル２２の形状やインダクタンスに制限があっても、受電周波数ｆｐでの共振状態を実現できる。
　また、近距離無線通信装置１０Ｂは、近距離無線通信装置１０Ａに対して、キャパシタ３２を無くした構成となる。したがって、近距離無線通信装置１０Ｂは、さらに回路構成を少なくでき、より簡素な構成、および、小型化を実現できる。
　［第４の実施形態］
　本発明の第４の実施形態に係る近距離無線通信装置について、図を参照して説明する。図１１は、第４の実施形態に係る近距離無線通信装置の構成を示す機能ブロック図である。
　図１１に示すように、第４の実施形態に係る近距離無線通信装置１０Ｃは、第２の実施形態に係る近距離無線通信装置１０Ａに対して、受信回路１０１Ｃ、受電回路１０２Ｃ、および、制御回路７０を備える点で異なる。近距離無線通信装置１０Ｃの他の構成は、近距離無線通信装置１０と同様であり、同様の箇所の説明は省略する。
　受信回路１０１Ｃは、受信アンテナ２１、および、キャパシタ３３１を備える。受信アンテナ２１とキャパシタ３３１は並列接続されている。受信アンテナ２１とキャパシタ３３１とは並列共振回路を構成する。この並列共振回路の共振周波数は、通信周波数ｆｃと同じになるように設定されている。
　受電回路１０２Ｃは、受電コイル２２、キャパシタ３３２、キャパシタ３２、および、スイッチ素子３９２を備える。
　受電コイル２２とキャパシタ３３２は並列接続されている。キャパシタ３２は、受電コイル２２とキャパシタ３３２の並列回路に直列接続されている。受電コイル２２、キャパシタ３２、および、キャパシタ３３２は、並直列共振回路を構成する。
　スイッチ素子３９２は、キャパシタ３２に並列に接続される。スイッチ素子３９２は、制御回路７０から制御信号によってオンオフ制御される。
　例えば、スイッチ素子３９２がＦＥＴの場合、キャパシタ３２の受電コイル２２側の端子とスイッチ素子３９２のドレインとが接続し、キャパシタ３２の整流回路５０側の端子とスイッチ素子３９２のソースとが接続する。
　スイッチ素子３９２がオフ制御されたとき、スイッチ素子３９２のドレインとソースとの間は開放になる。この場合、受電回路１０２Ｃは、受電コイル２２、キャパシタ３２、および、キャパシタ３３２の並直列共振回路によって構成される。この並直列共振回路の共振周波数ｆｐ１は、受電コイル２２が結合する交番磁界の周波数帯域に重なるように設定されている。
　一方、スイッチ素子３９２がオン制御されたとき、スイッチ素子３９２のドレインとソースとは導通する。この場合、受電回路１０２Ｃは、受電コイル２２とキャパシタ３３２の並列共振回路によって構成される。この並列共振回路の共振周波数ｆｐ２は、並直列共振回路の共振周波数ｆｐ１とは異なり、受電コイル２２が結合する交番磁界の周波数帯域に重なるように設定されている。
　この際、通信周波数ｆｃにおける受信回路１０１Ｃの出力インピーダンスＺｏ１０１Ｃは、受電回路１０２Ｃの出力インピーダンスＺｏ１０２Ｃよりも大きく設定される。さらに、共振周波数ｆｐ１、ｆｐ２における受電回路１０２Ｃの出力インピーダンスＺｏ１０２Ｃは、受信回路１０１Ｃの出力インピーダンスＺｏ１０１Ｃよりも小さく設定される。
　このような構成によって、近距離無線通信装置１０Ｃは、受信回路１０１Ｃの出力インピーダンスＺｏ１０１Ｃと、受電回路１０２Ｃの出力インピーダンスＺｏ１０２Ｃとを、それぞれ個別に適正に設定できる。これにより、近距離無線通信装置１０Ｃは、受電と通信を並行して行うことができ、受電特性と通信特性とを個別に設定でき、優れた受電特性と優れた通信特性とを両立できる。
　さらに、近距離無線通信装置１０Ｃは、スイッチ素子３９２の制御によって受電回路１０２Ｃの共振周波数を複数設定できる。これにより、例えば、近距離無線通信装置１０Ｃは、送信装置９０との結合状態の変化が生じても、この変化に適応できる。したがって、近距離無線通信装置１０Ｃは、受電時の共振状態をより確実に実現でき、より優れた受電特性を実現できる。
　そして、近距離無線通信装置１０Ｃでは、受電回路１０２Ｃと受信回路１０１Ｃは、電気的に接続されていない個別の回路である。これにより、受電回路１０２Ｃの調整が生じても、受信回路１０１Ｃの出力インピーダンスＺｏ１０１Ｃは変化しない。したがって、近距離無線通信装置１０Ｃは、優れた通信特性を維持できる。
　なお、上述の各実施形態の構成では、通信周波数ｆｃと受電周波数ｆｐとが同じ場合を示した。しかしながら、通信周波数ｆｃと受電周波数ｆｐとが異なっていても、上述の受信回路の出力インピーダンスと受電回路の出力インピーダンスとの大小関係を確保できれば、上述の作用効果を奏することができる。ただし、このように、通信周波数ｆｃと受電周波数ｆｐとが異なる場合、通信周波数ｆｃを含む通信周波数帯域と、受電周波数ｆｐを含む受電周波数帯域との少なくとも一部が重なる方が好ましい。
１：近距離無線通信システム
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ：近距離無線通信装置
１１：支持基材
１２：磁性シート
２１：受信アンテナ
２２：受電コイル
３２、３３１、３３２：キャパシタ
４０：近距離無線通信ＩＣ
５０：整流回路
６０：負荷回路
６１：電圧変換回路
６２：充電回路
６３：二次電池
６４：電圧変換回路
７０：制御回路
９０：送信装置
９１：電圧変換回路
９２：送信制御回路
９９：電源
１０１、１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃ：受信回路
１０２、１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ：受電回路
１９１、１９２：電子部品
６２０：充電制御回路
６４０：放電制御回路
９０1：コイル
３９２：スイッチ素子
Ｚｏ１０１、Ｚｏ１０１Ａ、Ｚｏ１０１Ｂ、Ｚｏ１０１Ｃ：受信回路の出力インピーダンス
Ｚｏ１０２、Ｚｏ１０２Ａ、Ｚｏ１０２Ｂ、Ｚｏ１０２Ｃ：受電回路の出力インピーダンス

Claims (12)

  1. 　近距離無線を利用して電力供給を受ける受電コイルと、
    　前記近距離無線を利用して無線通信信号を受信する受信アンテナと、
    　前記受電コイルと１つ以上の共振キャパシタとで共振回路を形成する受電共振回路と、
    　前記受信アンテナを含んで構成される受信回路と、
    　前記受電共振回路に電気接続される負荷回路と、
    　前記受信回路に電気接続される無線通信回路と、
    　を備え、
    　前記受電共振回路は、
    　　前記受電コイルを用いて受電した電流を前記負荷回路に供給し、
    　　前記受信回路は、前記受信アンテナを用いて受信した電圧を前記無線通信回路に供給し、
    　前記近距離無線の通信を行う通信周波数において、前記受信回路から前記無線通信回路への無線通信用出力インピーダンスは、前記受電共振回路から前記負荷回路への受電用出力インピーダンスよりも大きく、
    　前記受電を行う受電周波数において、前記受電用出力インピーダンスは、前記無線通信用出力インピーダンスよりも小さい、
    　受電機能を備えた近距離無線通信装置。
  2. 　前記受電コイルと前記受信アンテナは、磁気結合している、
    　請求項１に記載の受電機能を備えた近距離無線通信装置。
  3. 　前記通信周波数と前記受電周波数とは、それぞれの周波数帯域の少なくとも一部が重なる、
    　請求項１又は２に記載の受電機能を備えた近距離無線通信装置。
  4. 　前記通信周波数と前記受電周波数とは、それぞれの周波数帯域が同じである、
    　請求項３に記載の受電機能を備えた近距離無線通信装置。
  5. 　前記通信周波数と前記受電周波数とは、それぞれの周波数帯域がＩＳＭバンドである１３．５６ＭＨｚ帯域である、
    　請求項４に記載の受電機能を備えた近距離無線通信装置。
  6. 　前記共振キャパシタは、前記受電共振回路のみに設けられている、
    　請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の受電機能を備えた近距離無線通信装置。
  7. 　前記共振キャパシタは、
    　前記受電共振回路に設けられた第１共振キャパシタと、
    　前記受信回路に設けられた第２共振キャパシタと、
    　を備える、
    　請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の受電機能を備えた近距離無線通信装置。
  8. 　前記受電共振回路は、
    　　前記受電コイルに直列に接続される直列共振キャパシタと、
    　　前記受電コイルに並列に接続される並列共振キャパシタと、
    　を備え、
    　並列共振と直並列共振とを切り替え可能にする、
    　請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の受電機能を備えた近距離無線通信装置。
  9. 　前記受電コイルと前記受電共振回路と前記受信アンテナと前記受信回路を支持する支持基材を備え、
    　前記受電コイルと前記受電共振回路と前記受信アンテナと前記受信回路は、同一平面上に配置される、
    　請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の受電機能を備えた近距離無線通信装置。
  10. 　前記受電コイル又は前記受信アンテナに鎖交する磁束の磁路を形成する磁性体を備える、
    　請求項９に記載の受電機能を備えた近距離無線通信装置。
  11. 　前記負荷回路は、二次電池を備える、
    　請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の受電機能を備えた近距離無線通信装置。
  12. 　前記受信回路は、前記近距離無線の通信の負荷変調によるインピーダンスの変化率を３０％以上とする、
    　請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載の受電機能を備えた近距離無線通信装置。
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