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Patent Searching and Data


Title:
COMMUNICATION SYSTEM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2008/114729
Kind Code:
A1
Abstract:
A communication system comprises a transmitter for imparting a transmission signal to a human body (1) as an electric field and a receiver (2) for detecting the electric field through the human body (1) to receive the transmission signal. The receiver (2) includes a receiving electrode (21) facing to the human body (1), a resonant circuit (22) constituted by a resonant inductor (22a) and a resonant capacitor (22b), and a coupling capacitor (23) for coupling the capacities of the receiving electrode (21) and the resonant circuit (22).

Inventors:
HEBIGUCHI HIROYUKI (JP)
NAKAMURA MASAHITO (JP)
SAITO YOSHIHARU (JP)
INOUE DAICHI (JP)
Application Number:
PCT/JP2008/054755
Publication Date:
September 25, 2008
Filing Date:
March 14, 2008
Export Citation:
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Assignee:
ALPS ELECTRIC CO LTD (JP)
HEBIGUCHI HIROYUKI (JP)
NAKAMURA MASAHITO (JP)
SAITO YOSHIHARU (JP)
INOUE DAICHI (JP)
International Classes:
H04B13/00; H04B5/02
Foreign References:
JP2005094466A2005-04-07
JP2008053917A2008-03-06
JP2005094466A2005-04-07
Other References:
See also references of EP 2139130A4
Attorney, Agent or Firm:
AOKI, Hiroyoshi et al. (4-3 Niban-cho, Chiyoda-k, Tokyo 84, JP)
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Claims:
 伝送媒体に対して送信信号を電界として付与する送信機と、前記伝送媒体を介して前記電界を検出して前記送信信号を受信する受信機と、を具備し、前記受信機は、前記伝送媒体に面する受信電極と、共振用インダクタ及び共振用キャパシタで構成された共振回路と、前記受信電極及び前記共振回路を容量結合する結合用キャパシタと、を有することを特徴とする通信システム。
 前記結合用キャパシタは、前記受信機が通信可能な最大距離まで前記伝送媒体から離れたときの前記受信機と前記伝送媒体との間の静電容量値以下であることを特徴とする請求項1記載の通信システム。
 前記結合用キャパシタが可変容量型キャパシタであることを特徴とする請求項1記載の通信システム。
 前記共振回路は、前記受信電極と容量結合された複数の共振用インダクタを有することを特徴とする請求項1記載の通信システム。
 前記複数の共振用インダクタがそれぞれ切り替え手段を持つことを特徴とする請求項4記載の通信システム。
 前記共振回路は、複数の共振用キャパシタを有し、前記共振用インダクタ及び/又は前記共振用キャパシタが切り替え手段を持つことを特徴とする請求項4記載の通信システム。
前記結合用キャパシタが前記受信電極側の第1電極と前記共振回路側の第2電極との間で形成され、前記第1電極又は前記第2電極の少なくとも一方は前記共振回路が構成される回路基板上に形成されていることを特徴とする請求項1記載の通信システム。
前記結合用キャパシタが前記受信電極側の第1電極と前記共振用インダクタとの間の容量結合により形成されることを特徴とする請求項1記載の通信システム。
 前記回路基板上に、前記第1電極とそれぞれ静電容量を形成する前記復調回路側の第1配線及びグランド側の第2配線を有し、前記第1電極と前記第1配線との間の静電容量が前記第1電極と前記第2配線との間の静電容量よりも大きくなるように、前記第1配線及び前記第2配線が前記基板上に形成されることを特徴とする請求項7記載の通信システム。
 前記受信電極側の第1電極が前記共振回路が構成される回路基板上に形成され、前記共振用インダクタが前記受信側電極の第1電極と対向する位置に配置されていることを特徴とする請求項8記載の通信システム。
Description:
通信システム

 本発明は、人体のような伝送媒体を介し 送受信を行う通信システムに関する。

 近年の技術発達に伴い、全く新しい通信方 として人体などの伝送媒体に誘導される電 を用いる通信方法が提案されている。この うな通信システムとしては、特許文献1に開 示されているものがある。この通信システム においては、受信機側に、信号源から発生さ れた信号を受信する受信電極と、所定の周波 数の信号を抽出する共振回路と、を有する。 この共振回路は、空芯コイルとチップコンデ ンサとで構成されており、空芯コイルの一端 が人体に面する受信電極に接続されている。

特開2005-94466号公報

 しかしながら、特許文献1に開示された通 信システムにおいては、人体と受信機の受信 電極が僅かに離れるだけで通信ができなくな ったり、通信の搬送波周波数に近いノイズ( えば、携帯機器が発するノイズ)により通信 妨害されたりするという問題がある。

 本発明はかかる点に鑑みてなされたもの あり、ノイズによる誤動作がなく、伝送媒 と受信電極との間の距離が離れても安定し 通信を行うことができる通信システムを提 することを目的とする。

 本発明の通信システムは、伝送媒体に対 て送信信号を電界として付与する送信機と 前記伝送媒体を介して前記電界を検出して 記送信信号を受信する受信機と、を具備し 前記受信機は、前記伝送媒体に面する受信 極と、共振用インダクタ及び共振用キャパ タで構成された共振回路と、前記受信電極 び前記共振回路を容量結合する結合用キャ シタと、を有することを特徴とする。

 この構成によれば、受信電極及び共振回 を容量結合する結合用キャパシタを備えて るので、ノイズによる誤動作がなく、伝送 体と受信電極との間の距離が離れても安定 て通信を行うことができる。

 本発明の通信システムにおいては、前記 合用キャパシタは、前記受信機が通信可能 最大距離まで前記伝送媒体から離れたとき 前記受信機と前記伝送媒体との間の静電容 値以下であることが好ましい。この構成に れば、受信機と伝送媒体との間の結合容量 小さくすることにより、通信可能な伝送媒 と受信電極との間の距離を拡大することが きる。

 本発明の通信システムにおいては、前記 合用キャパシタが可変容量型キャパシタで ることが好ましい。この構成によれば、伝 媒体と受信電極との間の距離を制御するこ が可能となり、ユーザの意思で通信可能な 送媒体と受信電極との間の距離を設定する とができる。

 本発明の通信システムにおいては、前記 振回路は、前記受信電極と容量結合された 数の共振用インダクタを有することが好ま い。この構成によれば、伝送媒体と受信電 との間の距離の変動による周波数シフト量 さらに小さくすることができ、結果として 送媒体と受信電極との間の距離をより広げ ことが可能となる。

 本発明の通信システムにおいては、前記 数の共振用インダクタがそれぞれ切り替え 段を持つことが好ましい。この構成によれ 、共振回路の共振周波数を変えることが可 となる。

 本発明の通信システムにおいては、前記 振回路は、複数の共振用キャパシタを有し 前記共振用インダクタ及び/又は前記共振用 キャパシタが切り替え手段を持つことが好ま しい。この構成によれば、共振回路において 、インダクタンス及び容量を独立して制御す ることができ、共振周波数だけでなく、Q値 独立に変えることが可能となる。

 本発明の通信システムにおいては、前記 合用キャパシタが前記受信電極側の第1電極 と前記共振回路側の第2電極との間で形成さ 、前記第1電極又は前記第2電極の少なくとも 一方は前記共振回路が構成される回路基板上 に形成されることが好ましい。

 この構成によれば結合用キャパシタを基 に形成することにより、構成部品点数を少 く抑えることができる。

 本発明の通信システムにおいては、前記 合用キャパシタが前記受信電極側の第1電極 と前記共振回路の前記共振用インダクタとの 間で形成されることが好ましく、さらに前記 受信電極側の第1電極が、前記共振回路が構 される回路基板上に形成され、前記共振用 ンダクタが前記受信側電極の第1電極と対向 る位置に配置されていることが好ましい。

 この構成によれば、結合用キャパシタの 方の電極が共振用インダクタを兼ねている で、結合用キャパシタと共振用インダクタ の間が分布定数的に結合される。このため さらに周波数シフト量が減ることになり、 信可能距離を伸ばすことができる。また、 の構成によれば、結合用キャパシタと共振 インダクタとの間の分布定数的な結合を、 品点数を増やさずに実現できるという効果 ある。

 本発明の通信システムにおいては、前記 路基板上に、前記第1電極とそれぞれ静電容 量を形成する前記復調回路側の第1配線及び ランド側の第2配線を有し、前記第1電極と前 記第1配線との間の静電容量が前記第1電極と 記第2配線との間の静電容量よりも大きくな るように、前記第1配線及び前記第2配線が前 基板上に形成されることが好ましい。この 成によれば、受信電極からの信号がグラン に吸い込まれることを抑え、良好な感度を ることができる。

 本発明の通信システムは、伝送媒体に対 て送信信号を電界として付与する送信機と 前記伝送媒体を介して前記電界を検出して 記送信信号を受信する受信機と、を具備し 前記受信機は、前記伝送媒体に面する受信 極と、共振用インダクタ及び共振用キャパ タで構成された共振回路と、前記受信電極 び前記共振回路を容量結合する結合用キャ シタと、を有するので、ノイズによる誤動 がなく、伝送媒体と受信電極との間の距離 離れても安定して通信を行うことができる

(a)は、本発明の実施の形態に係る通信 ステムの受信機側の一部を示す概略構成図 ある。(b)は、(a)に示す通信システムの受信 側の一部の等価回路を示す図である。 許容Cxと結合用キャパシタの容量Ccとの 間の関係を示す図である。 受信機における共振周波数の周波数シ トを示す図である。 受信機における共振周波数の周波数シ トを示す図である。 受信機における共振周波数の周波数シ トを示す図である。 受信機における静電容量Cxの変化によ 出力変化を示す図である。 受信機における静電容量Cxの変化によ 出力変化を示す図である。 受信機における静電容量Cxの変化によ 出力変化を示す図である。 受信機における静電容量Cxの変化によ 出力変化を示す図である。 (a),(b)は、通信システムの受信機側の 部の等価回路の他の例を示す図である。 (a)~(c)は、受信機における共振周波数 周波数シフトを示す図である。 (a),(b)は、通信システムの受信機側の 部の等価回路の他の例を示す図である。 本発明の実施の形態に係る通信システ ムにおける受信機の構成を示す図であり、(a) は回路基板上のパターンを示す図であり、(b) はパターン上に電子素子を搭載した状態を示 す図であり、(c)は(a)のXIIC-XIIC線に沿う断面図 である。 本発明の実施の形態に係る通信システ ムにおける受信機の構成を示す図であり、(a) は回路基板上のパターンを示す図であり、(b) はパターン上に電子素子を搭載した状態を示 す図である。 (a)~(f)は、受信機に用いる共振用イン クタの例を示す図である。 (a)~(d)は、本発明の実施の形態に係る 信システムにおける受信機における回路基 上のパターンを示す図であり、(e)は(d)のXVE-X VE線に沿う断面図である。 図16に示すパターンを有する受信機の 価回路図である。

 本発明者は、上記特許文献1に開示されて いる技術の課題である伝送媒体と受信電極と の間の距離が離れると通信ができなくなるこ と、及びノイズにより誤動作すること、を解 決するにあたり、伝送媒体と受信電極との間 の距離が離れると通信ができなくなる原因が 、伝送媒体と、この伝送媒体に面する受信機 の受信電極との間の静電容量の変化による、 受信機の共振回路における共振周波数のシフ トであることを見出した。また、本発明者は 、単に共振回路の共振特性をブロードにして 低Q値化して、共振周波数がシフトしても利 が大きく変化しないようにすると、送信信 の搬送波の周波数に近いノイズに影響され 誤動作が起こることも見出した。したがっ 、本発明者は、このような観点を考慮して 討を行って、受信電極及び共振回路を容量 合する結合用キャパシタを用いることによ 、ノイズによる誤動作がなく、伝送媒体と 信電極との間の距離が離れても安定して通 を行う通信システムを実現できることを見 し、本発明をするに至った。

 すなわち、本発明の骨子は、伝送媒体に して送信信号を電界として付与する送信機 、前記伝送媒体を介して前記電界を検出し 前記送信信号を受信する受信機と、を具備 る通信システムにおいて、前記受信機に、 記伝送媒体に面する受信電極と、共振用イ ダクタ及び共振用キャパシタで構成された 振回路と、前記受信電極及び前記共振回路 容量結合する結合用キャパシタと、を設け 、ノイズによる誤動作がなく、伝送媒体と 信電極との間の距離が離れても安定して通 を行うことである。

 以下、本発明の実施の形態について添付図 を参照して詳細に説明する。
 図1(a)は、本発明の実施の形態に係る通信シ ステムの受信機側の一部を示す概略構成図で ある。また、図1(b)は、図1(a)に示す通信シス ムの受信機側の一部の等価回路を示す図で る。図1に示す通信システムは、電界を介し て送信信号を伝送する人体1などの伝送媒体 、伝送媒体に対して情報信号が変調された 信信号を電界として付与する送信機(図示せ )と、伝送媒体を介して送信信号を電界の変 化として検出し、その電界の変化を情報信号 に復調する受信機2とから主に構成されてい 。

 この通信システムにおいては、送信機と 送媒体(ここでは人体1)との間、及び受信機2 と伝送媒体(ここでは人体1)との間は、コンデ ンサを介して電気的に容量結合(受信機2と伝 媒体1との間は容量Cx)しており、変調された 送信信号を電界として伝送媒体に与えること により送信信号を伝送するようになっている 。この場合、伝送媒体には、変位電流は流れ るが定常電流は流れないので、電気的に導通 している必要が無い。したがって、例えば送 信機をポケットに入れたままでも、薄い布を 介して送信機と伝送媒体との間が容量結合す るので、送信信号の伝送が可能である。

 送信機は、伝送媒体に対して変調された 信信号を電界として付与する。このため送 機は、情報信号を搬送波で変調する変調回 と、この変調された信号を送信信号として 幅し、電圧変化に変換する変換回路とを有 る。なお、変調方式としては、FM,AM,FSK,ASK,PS Kその他種々の変調方法が適用可能である。

 受信機2は、伝送媒体を介して電界の変化 を検出して送信信号に対応した復調信号を得 る。受信機2は、伝送媒体に面しており、伝 媒体からの電界を受ける受信電極21と、共振 用インダクタ22a(インダクタンス:Lo)及び共振 キャパシタ22b(容量:Co)で構成された共振回 22と、受信電極21及び共振回路22を容量結合 る結合用キャパシタ23(容量:Cc)と、を有する 共振回路22の後段は、電界を増幅して検出 る検出回路(図示せず)や検出された物理量を 用いて送信信号を復調する復調回路(図示せ )が接続されている。

 結合用キャパシタ23は、伝送媒体と、こ 伝送媒体に面する受信電極21との間の静電容 量の変化による共振回路22における共振周波 のシフトを抑制するためのものである。ま 、結合用キャパシタ23は、受信機2が通信可 な最大距離まで人体1から離れたときの受信 機2と人体1との間の静電容量値以下であるこ が好ましい。これにより、受信機2と人体1 の間の結合容量を小さくすることができ、 信可能な伝送媒体と受信電極との間の距離 拡大することができる。さらに、結合用キ パシタ23は、可変容量型キャパシタであるこ とが好ましい。これにより、受信機2と人体1 の間の伝送媒体と受信電極との間の距離を 御することが可能となり、送・受信機の使 環境に応じて通信可能な伝送媒体と受信電 との間の距離をユーザが任意に、または自 で設定することができる。

 上記構成を有する通信システムで通信を う場合、送信機において、人体1が導電性を 示す周波数(数十kHz~数MHz)の搬送波で情報信号 を変調して変調信号を得る。この変調信号は 、増幅され、電圧変化に変換される。この電 圧変化を送信機の電極に印加することにより 、この電極の周囲に変調信号に対応する電界 を発生する。そして、この電界が送信信号と して人体1に付与される。人体1に付与された 界(送信信号)は、受信機2の受信電極21で受 られる。受信電極21に電界(送信信号)が加わ と、共振回路22及びその後段の検出回路(図 せず)で前記変調信号を検出する。そして、 検出回路の後段に位置する復調回路(図示せ )において、送信機で使用した搬送波を用い 復調して情報信号を取得する。このように て、人体を伝送媒体として情報信号の送受 を行うことができる。

 ここで、人体1と受信電極21との間の静電 量Cxが10pF(標準状態と仮定)であるときに共 回路22の共振周波数を10MHzに調整したLC並列 振回路(半値幅が約±0.3MHz)を考える。このと 、静電容量Cxを減少させたときに、10MHzにお ける出力振幅が上記標準状態の半分になる静 電容量Cxを許容Cxとした。この許容Cxと結合用 キャパシタCcとの間の関係を図2に示す。

 結合用キャパシタが存在しない上記特許文 1に開示された回路においては、許容Cxは9.45 pFであり、共振回路の共振周波数を調整した 準状態の10pFから約5%のCx変動を許容するの である。Cx=10pFというのは、電極面積を12cm 2 (4cm×3cm)とすると、人体と受信電極との間の 隔(ギャップ)1mmに相当するので、許容Cx9.45pF ギャップ1.12mmに相当する。これは、通信を 能にするために、ギャップ差0.12mm(120μm)の 離変動しか許容されないことを意味する。 なわち、上記特許文献1に開示された回路に いては、ギャップが1.12mm以上になると通信 できないことになるので、本発明のような 信システムで想定される使用形態では通信 非常に不安定となる。

 一方、図2から分かるように、図1(b)に示す 発明に係る構成においては、結合用キャパ タCc23が1pFでの許容Cxは1.5pFであり、標準状態 の10pFが1/6になることを許容できる。この許 Cx=1.5pFのギャップは、電極面積12cm 2 (4cm×3cm)で約7mmに相当する。また、結合用キ パシタCc23が0.3pFでの許容Cxは0.4pFであり、電 面積12cm 2 (4cm×3cm)でギャップ約26mmに相当する。なお、 れらの数値については、Cx=10pFで調整した場 合についての例であり、標準状態としてCxを えることにより、通信可能な距離を調整す ことが可能である。

 次に、本発明に係る通信システムの受信 の共振周波数の周波数シフト抑制効果につ て説明する。図1(b)に示す回路についてシミ ュレーションを行った。その結果を図3に示 。図1(b)に示す回路(実施例)においては、交 電源24の周波数を10MHzとし、振幅を1Vppとし、 結合用キャパシタCc23の容量を10pFとし、共振 路23の共振用インダクタのインダクタンス 22μHとした。また、標準状態として人体1と 信電極21との間の静電容量Cxを10pFとしたとき に、共振周波数が10MHzになるように共振用キ パシタの容量を6.5pFに設定した。

 また、比較例として、図1(b)に示す回路に おいて結合用キャパシタを設けない回路につ いてもシミュレーションを行った。その結果 を図3に併記する。結合用キャパシタを設け い回路(比較例)においては、交流電源24の周 数を10MHzとし、振幅を1Vppとし、共振回路23 共振用インダクタのインダクタンスを22μHと した。また、標準状態として人体1と受信電 21との間の静電容量Cxを10pFとしたときに、共 振周波数が10MHzになるように共振用キャパシ の容量を1.5pFに設定した。

 図3から分かるように、実施例に係る回路 (特性曲線A)も比較例に係る回路(特性曲線B)の いずれについても、静電容量Cxが10pFにおいて 10MHzで共振している。次に、実施例の回路と 較例の回路において、静電容量Cxを5pF(標準 態よりもギャップが大きい場合)のときの共 振周波数のシフトを図4に示す。図4から分か ように、実施例に係る回路(特性曲線A)では 周波数シフトSAが10.8MHz(8%)で抑えられている が、比較例に係る回路(特性曲線B)では、周波 数シフトSBが13.3MHz(33%)であり、非常に大きか た。また、実施例の回路と比較例の回路に いて、静電容量Cxを20pF(標準状態よりもギャ ップが小さい場合)のときの共振周波数のシ トを図5に示す。図5から分かるように、実施 例に係る回路(特性曲線A)では、周波数シフト SAが9.3MHz(-7%)で抑えられているが、比較例に る回路(特性曲線B)では、周波数シフトSBが7.3 MHz(-27%)であり、非常に大きかった。

 なお、図1(b)に示す回路は、共振回路22が 列共振回路である構成であるが、共振回路 直列共振回路である構成においても、結合 キャパシタ23が存在することにより、同様 共振周波数の周波数シフトが抑えられるこ が分った。

 次いで、図1(b)に示す回路について人体1 受信電極21との間の静電容量Cx(伝送媒体と受 信電極との間の距離に相当)の変化による出 変化について調べた。その結果を図7~図9に す。比較として、図1(b)に示す回路において 合用キャパシタを設けない回路についても ミュレーションを行った。その結果を図6に 示す。なお、交流電源24の周波数を10MHzとし 振幅を1Vppとした。

 図6は、比較例に係る回路において、結合 用キャパシタがなく、許容Cxが9.45pFとした回 の周波数特性を示す。図6から分かるように 、静電容量Cxが10pFでのピーク周波数は10.0MHz あり、10MHzでの出力が30Vであり、静電容量Cx 9.7pFでのピーク周波数は10.14MHzであり、10MHz の出力が21.7Vであり、静電容量Cxが9.45pFでの ピーク周波数は10.3MHzであり、10MHzでの出力が 14.8Vであり、静電容量Cxが9.1pFでのピーク周波 数は10.4MHzであり、10MHzでの出力が9.5Vであっ 。また、静電容量Cx10pFと静電容量Cx9.1pFの場 の出力差D1は20.5Vであった。したがって、10M Hzでの出力が標準状態のときの半分になるの 静電容量Cxが9.45pFのときであり、許容Cxは9.4 5pFである。

 一方図7は、実施例に係る回路において、 結合用キャパシタCcの容量を30pFとし、許容Cx 9.1pFであるときの周波数特性を示す。図7か 分かるように、静電容量Cxが10pFでのピーク 波数は10.0MHzであり、10MHzでの出力が22.5Vで り、静電容量Cxが9.5pFでのピーク周波数は10.1 3MHzであり、10MHzでの出力が16.5Vであり、静電 量Cxが9.1pFでのピーク周波数は10.23MHzであり 10MHzでの出力が11.3Vであり、静電容量Cxが8.7p Fでのピーク周波数は10.35MHzであり、10MHzでの 力が8.2Vであった。また、静電容量Cx10pFと静 電容量Cx8.7pFの場合の出力差D2は14.3Vであった したがって、10MHzでの出力が標準状態のと の半分になるのは静電容量Cxが9.1pFのときで り、許容Cxは9.1pFである。このように、実施 例に係る回路においては、人体と受信電極と の間の間隔(ギャップ)による出力変化が小さ 。すなわち、通信に必要な出力が得られる ャップの幅が広くなる。したがって、実施 に係る回路によれば、伝送媒体と受信電極 の間の距離が離れても安定して通信を行う とができる。

 また図8は、実施例に係る回路において、 結合用キャパシタCcの容量を3pFとし、許容Cx 5.0pFであるときの周波数特性を示す。図8か 分かるように、静電容量Cxが10pFでのピーク 波数は10.0MHzであり、10MHzでの出力が6.93Vであ り、静電容量Cxが7.0pFでのピーク周波数は10.09 MHzであり、10MHzでの出力が5.42Vであり、静電 量Cxが5.0pFでのピーク周波数は10.20MHzであり 10MHzでの出力が3.48Vであり、静電容量Cxが4.0pF でのピーク周波数は10.27MHzであり、10MHzでの 力が2.55Vであった。また、静電容量Cx10pFと静 電容量Cx4.0pFの場合の出力差D3は4.38Vであった

 また図9は、実施例に係る回路において、 結合用キャパシタCcの容量を1pFとし、許容Cx 1.5pFであるときの周波数特性を示す。図9か 分かるように、静電容量Cxが10pFでのピーク 波数は10.0MHzであり、10MHzでの出力が2.7Vであ 、静電容量Cxが3.0pFでのピーク周波数は10.07M Hzであり、10MHzでの出力が2.1Vであり、静電容 Cxが1.5pFでのピーク周波数は10.14MHzであり、1 0MHzでの出力が1.34Vであり、静電容量Cxが1.0pF のピーク周波数は10.19MHzであり、10MHzでの出 が0.96Vであった。また、静電容量Cx10pFと静 容量Cx1.0pFの場合の出力差D4は1.74Vであった。 したがって、10MHzでの出力が標準状態のとき 半分になるのは静電容量Cxが1.5pFのときであ り、許容Cxは1.5pFである。

 図1(b)に示す回路は、共振回路22が一つの 振用インダクタ22aと一つの共振用キャパシ 22bとで構成されている。本発明においては この構成に限定されず、共振回路22は、図10 (a),(b)に示すように、受信電極21と容量結合さ れた複数の共振用インダクタを有しても良い 。これにより、伝送媒体と受信電極との間の 距離の変動による周波数シフト量をさらに小 さくすることができ、結果として伝送媒体と 受信電極との間の距離をより広げることが可 能となる。なお、共振用インダクタの分割数 については特に制限はない。

 ここで、共振用インダクタを2分割した場 合について、図10(a)で説明する。この回路に いては、共振回路の共振用インダクタをイ ダクタンス11μHの2つの直列接続された共振 インダクタ21a1、22a1として構成している(2分 割型)。そして、結合用キャパシタ23を、容量 5pFの2つの並列接続された結合用キャパシタ23 a,23aに分割して、共振用インダクタに接続す 。このとき、標準状態としてCx=10pFのときに 、共振周波数が10MHzになるように共振用キャ シタの容量を8.1pFに設定する。

 また、図10(b)に示す回路においては、共 用インダクタを5分割した場合を示す(5分割 )。この場合、結合用キャパシタ23を容量2pF ある5つの並列接続された結合用キャパシタ2 3b,23b,23b,23b,23bで構成し、共振用インダクタを インダクタンス4.4μHの5つの直列の共振用イ ダクタ22a2,22a2,22a2,22a2,22a2で構成している。 のとき、標準状態としてCx=10pFのときに、共 周波数が10MHzになるように共振用キャパシ の容量を8.9pFに設定する。

 ここで、共振用インダクタを分割する場 の効果についてシミュレーションを行った その結果を図11(a)~(c)に示す。なお、交流電 24の周波数を10MHzとし、振幅を1Vppとした。 準状態であるCx=10pFのときには、図11(a)に示 ように、共振用インダクタの分割がない回 (特性曲線C)、共振用インダクタが2分割の回 (特性曲線D)、及び共振用インダクタが5分割 の回路(特性曲線E)のいずれについても、静電 容量Cxが10pFにおいて10MHzで共振している。次 、これらの3つの回路において、静電容量Cx 1pF(標準状態よりもギャップが大きい場合) ときの共振周波数のシフトを図11(b)に示す。 図11(b)から分かるように、共振用インダクタ 分割数が多いほど周波数シフトが抑えられ いた。また、静電容量Cxを100pF(標準状態よ もギャップが小さい場合)のときの共振周波 のシフトを図11(c)に示す。図11(c)から分かる ように、この場合も共振用インダクタの分割 数が多いほど周波数シフトが抑えられていた 。

 また、共振回路22において、図12(a)に示す ように、複数の共振用インダクタがそれぞれ 切り替えスイッチ25を持つ構成としても良い これにより、共振回路22の共振周波数を変 ることが可能となる。

 また、共振回路22は、図12(b)に示すように 、共振用キャパシタ22bを複数のキャパシタ22b 1に分割し、共振用インダクタ及び/又は共振 キャパシタが切り替えスイッチ25,26を持つ 成としても良い。これにより、共振回路22に おいて、インダクタンス及び容量を独立して 制御することができ、共振周波数だけでなく 、Q値も独立に変えることが可能となる。例 ば、同じ共振周波数において、共振用イン クタのインダクタンスを大きくすることよ 、Q値を高くすることができ、逆に共振用キ パシタの容量を大きくすることにより、Q値 を低くすることができる。具体的には、ノイ ズを除去したい場合はQ値を高くし、帯域を くして通信速度を高める場合にはQ値を低く る。図12(b)に示す構成によれば、このよう 制御を行うことができる。なお、図12(a),(b) 示す構成においては、共振用インダクタ又 共振用キャパシタ毎にスイッチを設けてい が、本発明においては、少なくとも2つの共 用インダクタ又は共振用キャパシタに対し スイッチを一つ設けるように構成しても良 。

 次に、上述したような結合用キャパシタ 具体的な構成について説明する。

 図13は、本発明の実施の形態に係る通信 ステムにおける受信機の構成を示す図であ 、(a)は基板上のパターンを示す図であり、(b )はパターン上に電子素子を搭載した状態を す図であり、(c)は(a)のXIIC-XIIC線に沿う断面 である。

 図13(a)に示す構成においては、回路基板31 上に結合用キャパシタCc用のパターン32a,32bと 、共振回路用のパターン33a,33bとが形成され いる。結合用キャパシタCc用のパターンにお いて、パターン32aは共振回路側電極(第2電極) であり、パターン32bは受信側電極(第1電極)で ある。また、共振回路用パターンにおいて、 パターン33aは復調回路側パターンであり、パ ターン33bはグランド側パターンである。また 、結合用キャパシタCcは受信側電極32bと共振 路側電極32aとの間で形成され、受信側電極3 2b及び共振回路側電極32aのうち一方の電極(こ こでは共振回路側電極32a)が回路基板31上に形 成されている。これにより、結合用キャパシ タCcが回路基板31に内蔵された構成となる。 お、受信側電極32bは受信電極に接続され、 調回路側パターン33aは復調回路に接続され グランド側パターン33bはグランドに接続さ る。

 図13(a)に示すようなパターン上に共振用 ンダクタ34及び共振用キャパシタ35を搭載す と図13(b)に示すようになる。すなわち、共 回路側電極32aと接続する復調回路側パター 33a及びグランド側パターン33bに共振用イン クタ34が搭載され、共振回路側電極32aと接続 しない復調回路側パターン33a及びグランド側 パターン33bに共振用キャパシタ35が搭載され 。このように接続された共振用インダクタ3 4及び共振用キャパシタ35で共振回路22が構成 れている。なお、共振用インダクタ34と共 用キャパシタ35は場所を入れ替えてもよい。

 一般に、共振回路用の部品は共振周波数 調整するために微調整機能を要求されるこ が多く、特に共振用キャパシタはトリマコ デンサを用いることが多いため、基板に形 する素子としては不適切である。一方、結 用キャパシタCcは、通信可能な距離を決め ことによってその容量値を決めることがで るため、基板に形成する素子として好適で る。このため、図13に示す構成で結合用キャ パシタCcを導入することにより、共振周波数 安定化するとともに、構成部品数を減らす とができる。また、結合用キャパシタCcが 路基板31に内蔵された構成において、共振回 路を復調回路などの集積回路内に形成するこ とで構成部品をされに減らすことができる。

 次に、共振回路側電極を共振用インダク と兼用した場合の具体的な構成について説 する。

図14(a)に示すように、回路基板31上に結合 キャパシタCcの受信側電極32bが形成され、そ の両側に復調回路側パターン33a及びグランド 側パターン33bが形成されている。そして、図 14(b)に示すように、この復調回路側パターン3 3a及びグランド側パターン33b上に、共振用イ ダクタ34及び共振用キャパシタ35を搭載して 、共振回路22を構成している。この構成にお ては、共振用インダクタ34が受信側電極32b 対向するように位置するので、これにより 結合用キャパシタCcが受信側電極32bと共振回 路22の共振用インダクタ34との間で形成され 。

 このような構成においては、共振用イン クタ34内の配線と回路基板31に形成された受 信側電極32bとが容量結合し、図10に示すよう 分布定数的な結合が得られる。それにより 振周波数をより安定化する効果が得られる また、この構成によれば、周波数シフト量 減ることにより、通信可能距離を伸ばすこ ができる。さらに、この構成においては、 振回路側電極32aが不要となるので、部品点 を増やすことなく分布定数的な結合を得る とができる。この場合において、回路基板3 1と共振用インダクタ34との間に樹脂などの誘 電率の大きな材料を充填して、受信側電極32b と共振回路側電極である共振用インダクタ34 の間の静電結合を強めても良い。このとき 受信側電極32bと共振用インダクタ34との間 充填された材料として接着剤を用いて両者 を接着するようにしても良い。また、共振 路が復調回路などの集積回路内に形成され 場合においても、同様に、共振回路側電極 集積回路内の共振用インダクタと兼用する 成にすることで分布定数的な結合が得られ 様な効果が得られる。

 共振用インダクタ34の配線の構成は、図15 (a)~(c)に示すようなものが考えられるが、何 の構造においても受信側電極32bと共振用イ ダクタ34の配線との間には分布定数的な結合 が形成され、共振周波数安定化の効果が得ら れる。また、受信側電極32bを回路基板31上に 成せずに、図15(d)~(f)に示すように、共振用 ンダクタ34の表面上に形成しても、受信側 極32bと共振用インダクタ34内部の配線との間 に分布定数的な結合が形成され、同様な効果 が得られる。さらに、図15(d)~(f)に示すように 共振用インダクタ34の表面上に受信側電極32b 形成することにより、受信側電極32bを上や に向けて実装することにより、受信側電極3 2bに対してワイヤボンディングやボールボン ィングを行うことができる。

 図14に示すように、受信側電極32bを回路 板31上に形成し、共振用インダクタ34が共振 路側電極32aを兼ねる構成においては、図16(a )に示すように、共振回路側電極は、復調回 に接続される復調回路側配線36と、復調回路 のグランドに接続されるグランド側配線37と 間にそれぞれ静電容量が形成される。この 成においては、復調回路側配線36-受信側電 32b間の静電容量をCc’とし、グランド側配 37-受信側電極32b間の静電容量をCgとすると、 その等価回路は図17のように表される。

 この構成において、静電容量Cc’が静電 量Cgよりも大きくなるように復調回路側配線 36及びグランド側配線37を回路基板31上に形成 する。具体的には、図16(b)に示すように、グ ンド側配線37のうち受信側電極32bに近接す 領域を小さくする構成、図16(c)に示すように 、受信側電極32bとグランド側配線37との間の 離を、受信側電極32bと復調回路側配線36と 間の距離よりも大きくする構成にする。あ いは、図16(d),(e)に示すように、多層配線基 において、復調回路側配線36がスルーホール 39を介して中間層配線38と接続された構成で 層間の容量を利用して復調回路側配線36と受 信側電極32bとの間の静電容量を大きくしても 良い。これらの構成を採ることにより、受信 側電極32bからの信号がグランドに吸い込まれ ることを抑えることができ、良好な感度を得 ることができる。

 また、上記以外に、受信側電極32bが共振 インダクタ34に形成された場合や、結合用 ャパシタを構成する両方の電極が回路基板31 に形成された場合にも、静電容量Cc’が静電 量Cgよりも大きくなるように復調回路側配 36及びグランド側配線37を形成することによ 同様の効果を得ることができる。

 本発明は上記実施の形態に限定されず、 々変更して実施することが可能である。例 ば、送信機における変調回路や変換回路、 信機における検出回路や復調回路などの構 については上記実施の形態に限定されず、 宜変更することができる。また、上記実施 形態における寸法、数値などについては特 限定されず、本発明の範囲内において変更 ることが可能である。その他、本発明の範 を逸脱しないで適宜変更して実施すること できる。