(57)【要約】【課題】一つの入出力ポートで外部オブジェクトの検出、無線通信、及び人体通信が具現される無線通信装置及び無線通信方法を提供する。【解決手段】本発明の無線通信装置は、コイル組立体に位相固定回路が接続された構造を介して外部オブジェクトとコイルとの間の接触にも拘らず、通信周波数を保持することができる。また、無線通信装置は、発振器のキャパシタンスの変化に応じて外部環境による信号を検出し、コイル組立体を介して外部オブジェクトに電力を供給する。無線通信装置は、発振器のキャパシタンスの変化に応じて外部オブジェクトとの接触の有無を検出する。【選択図】図３
2020072473.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線通信装置であって、
前記無線通信装置の外部に露出したコイル組立体と、前記無線通信装置内の可変キャパシタ及び負性抵抗器とを含む発振器と、
前記コイル組立体及び前記負性抵抗器に接続され、前記発振器によって生成される発振信号に基づいて前記発振器の発振周波数をロックさせる制御信号を生成し、前記生成された制御信号を前記可変キャパシタに提供する位相固定回路と、を備えることを特徴とする無線通信装置。
【請求項２】
前記コイル組立体は、少なくとも一つのコイルを含むことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項３】
前記少なくとも一つのコイルは、リングコイルであることを特徴とする請求項２に記載の無線通信装置。
【請求項４】
前記少なくとも一つのコイルは、一つ以上のループ状に具現され、
前記一つ以上のループ状の直径は、２ｃｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の無線通信装置。
【請求項５】
前記発振器は、前記発振周波数で発振し、
前記発振周波数は、前記コイル組立体に含まれるコイル及び前記可変キャパシタに基づいて決定されることを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項６】
前記位相固定回路は、前記無線通信装置のインピーダンスの変化に応答して前記可変キャパシタのキャパシタンスを調整することで前記発振周波数の変化量を補償することを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項７】
前記位相固定回路は、前記コイル組立体のキャパシタンスの変化に応じて前記発振周波数が変更された場合に応答し、前記可変キャパシタのキャパシタンスを調整することによって前記変更された発振周波数を対象周波数に復元することを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項８】
前記可変キャパシタのキャパシタンスを検出し、前記可変キャパシタのキャパシタンスが閾値キャパシタンス未満の場合に応答して、前記コイル組立体の少なくとも一部が外部オブジェクトに接触したものと判定するコントローラを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項９】
前記コントローラは、前記コイル組立体の少なくとも一部が前記外部オブジェクトに接触した後、前記可変キャパシタのキャパシタンスの変化に基づいて、生体信号を示す生体データを生成することを特徴とする請求項８に記載の無線通信装置。
【請求項１０】
前記コントローラは、前記コイル組立体に印加される電圧を検出し、前記検出された電圧に基づいて生体データを生成することを特徴とする請求項９に記載の無線通信装置。
【請求項１１】
前記コイル組立体は、複数のコイルを含み、
前記複数のコイルの個数に基づいて定義される複数の帯域のうちの対象帯域で通信しようとする場合、前記複数のコイルの各々に前記対象帯域に対して指定された電力を供給する位相調整器を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項１２】
前記位相調整器は、前記複数の帯域のうちの対象帯域で通信しようとする場合、前記対象帯域に対して前記複数のコイルに流れる電流の大きさ及び位相を調整することを特徴とする請求項１１に記載の無線通信装置。
【請求項１３】
前記複数のコイルは、第１コイル及び第２コイルを含み、
前記位相調整器は、
前記無線通信装置が第１帯域で通信を行う場合に応答して、前記第１コイル及び前記第２コイルに第１位相の電流を有する電力を供給し、
前記無線通信装置が前記第１帯域よりも高い第２帯域で通信を行う場合に応答して、前記第１コイルに前記第１位相の電流を有する電力を供給し、前記第２コイルに前記第１位相が反転した第２位相の電流を有する電力を供給することを特徴とする請求項１１に記載の無線通信装置。
【請求項１４】
前記位相調整器は、前記複数の帯域のうちから人体チャネルが選択された場合に応答して、前記人体チャネルに対して各コイルに指定された大きさ及び位相の電流を前記複数のコイルに供給することを特徴とする請求項１１に記載の無線通信装置。
【請求項１５】
前記位相調整器は、前記複数の帯域のうちから無線チャネルが選択された場合に応答して、無線チャネルに対して各コイルに指定された大きさ及び位相の電流を前記複数のコイルのうちの当該コイルに供給することを特徴とする請求項１１に記載の無線通信装置。
【請求項１６】
前記コイル組立体と外部オブジェクトとの間の接触の検出の有無に応じて前記複数の帯域のうちから前記対象帯域を選択するコントローラを更に含むことを特徴とする請求項１１に記載の無線通信装置。
【請求項１７】
前記位相調整器は、前記コイル組立体と前記外部オブジェクトとの間の接触が検出された場合に応答して、人体チャネルに対して各コイルに指定された電力を前記複数のコイルのうちの当該コイルに供給することを特徴とする請求項１６に記載の無線通信装置。
【請求項１８】
前記位相調整器は、前記コイル組立体と前記外部オブジェクトとの間の接触が検出されない場合に応答して、無線チャネルに対して各コイルに指定された電力を前記複数のコイルのうちの当該コイルに供給することを特徴とする請求項１６に記載の無線通信装置。
【請求項１９】
前記コイル組立体に含まれる少なくとも二つのコイルが外部オブジェクトに接触した場合に応答して、前記少なくとも二つのコイルに電力を供給する刺激器を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項２０】
前記コイル組立体を介して受信された外部信号を処理する受信器と、
前記コイル組立体を介して前記無線通信装置の外部に送信するデータ信号を生成する送信器と、を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項２１】
データを周波数変調した変調信号に基づいて、前記変調信号が示す周波数に対応するキャパシタンスで前記発振器の可変キャパシタのキャパシタンスを調整することにより、前記コイル組立体を介して前記無線通信装置の外部に送信されるデータ信号を生成する送信器を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項２２】
前記無線通信装置は、前記位相固定回路を収容し、前記無線通信装置の外部に露出したコイル組立体を支持するハウジングを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項２３】
前記無線通信装置は、前記コイル組立体に含まれる複数のコイルと前記負性抵抗器との間の接続をスイッチングすることによって、前記複数のコイルの各々に提供される電力の位相を制御することを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項２４】
前記コイル組立体を介して前記無線通信装置の外部から信号が受信された場合に応答して前記受信された信号の包絡線を検出し、前記検出された包絡線からデータ信号を復元する受信器を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項２５】
外部に露出したコイル組立体を備える無線通信装置の無線通信方法であって、
前記コイル組立体、可変キャパシタ、及び負性抵抗器を含む発振器に接続された位相固定回路が、前記発振器によって生成される発振信号に基づいて制御信号を生成するステップと、
前記位相固定回路が、前記生成された制御信号を前記発振器の可変キャパシタに提供することによって、前記発振器の発振周波数をロックさせるステップと、を有することを特徴とする無線通信方法。
【請求項２６】
前記発振周波数における変化を補償する前記可変キャパシタのキャパシタンスを前記位相固定回路によって制御するステップを更に含むことを特徴とする請求項２５に記載の無線通信方法。
【請求項２７】
前記可変キャパシタのキャパシタンスと閾値キャパシタンスとの間の比較に基づいて、前記コイル組立体が外部オブジェクトに接触したか否かをコントローラにより判定するステップを更に含むことを特徴とする請求項２５に記載の無線通信方法。
【請求項２８】
前記コイル組立体が前記外部オブジェクトに接触したか否かを判定した後、前記可変キャパシタのキャパシタンスの変化に基づいて、生体信号を示す生体データを前記コントローラにより生成するステップを更に含むことを特徴とする請求項２７に記載の無線通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信装置及び無線通信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近距離無線通信及びブルートゥース（登録商標）などの通信技術及び無線電力伝送技術が発達するにつれて、電子装置、例えば移動通信端末はそれぞれ異なる様々な周波数帯域で動作するよう構成されるアンテナ装置が求められる。
【０００３】
電子装置に多重アンテナモジュールが実装される場合、様々な周波数帯域の無線信号及び無線電力を送受信することができ、送受信時にデータ送信速度及び無線電力の伝送速度などを迅速に変更し得るが、アンテナモジュールの実装空間の制約により実装されるアンテナモジュールの大きさは制限される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１８−１５６５９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、無線通信装置及び無線通信方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による無線通信装置は、前記無線通信装置の外部に露出したコイル組立体と、前記無線通信装置内の可変キャパシタ及び負性抵抗器とを含む発振器と、前記コイル組立体及び前記負性抵抗器に接続され、前記発振器によって生成される発振信号に基づいて前記発振器の発振周波数をロックさせる制御信号を生成し、前記生成された制御信号を前記可変キャパシタに提供する位相固定回路と、を備える。
【０００７】
前記コイル組立体は、少なくとも一つのコイルを含み得る。
前記少なくとも一つのコイルは、リングコイルであり得る。
前記少なくとも一つのコイルは、一つ以上のループ状に具現され、前記一つ以上のループ状の直径は、２ｃｍ以下であり得る。
前記発振器は、前記発振周波数で発振し、前記発振周波数は、前記コイル組立体に含まれるコイル及び前記可変キャパシタに基づいて決定され得る。
前記位相固定回路は、前記無線通信装置のインピーダンスの変化に応答して前記可変キャパシタのキャパシタンスを調整することで前記発振周波数の変化量を補償し得る。
前記位相固定回路は、前記コイル組立体のキャパシタンスの変化に応じて前記発振周波数が変更された場合に応答し、前記可変キャパシタのキャパシタンスを調整することによって前記変更された発振周波数を対象周波数に復元し得る。
前記無線通信装置は、前記可変キャパシタのキャパシタンスを検出し、前記可変キャパシタのキャパシタンスが閾値キャパシタンス未満の場合に応答して、前記コイル組立体の少なくとも一部が外部オブジェクトに接触したものと判定するコントローラを更に含み得る。
前記コントローラは、前記コイル組立体の少なくとも一部が前記外部オブジェクトに接触した後、前記可変キャパシタのキャパシタンスの変化に基づいて、生体信号を示す生体データを生成し得る。
前記コントローラは、前記コイル組立体に印加される電圧を検出し、前記検出された電圧に基づいて生体データを生成し得る。
前記コイル組立体は、複数のコイルを含み、前記無線通信装置は、前記複数のコイルの個数に基づいて定義される複数の帯域のうちの対象帯域で通信しようとする場合、前記複数のコイルの各々に前記対象帯域に対して指定された電力を供給する位相調整器を更に含み得る。
前記位相調整器は、前記複数の帯域のうちの対象帯域で通信しようとする場合、前記対象帯域に対して前記複数のコイルに流れる電流の大きさ及び位相を調整し得る。
前記複数のコイルは、第１コイル及び第２コイルを含み、前記位相調整器は、前記無線通信装置が第１帯域で通信を行う場合に応答して、前記第１コイル及び前記第２コイルに第１位相の電流を有する電力を供給し、前記無線通信装置が前記第１帯域よりも高い第２帯域で通信を行う場合に応答して、前記第１コイルに前記第１位相の電流を有する電力を供給し、前記第２コイルに前記第１位相が反転した第２位相の電流を有する電力を供給し得る。
前記位相調整器は、前記複数の帯域のうちから人体チャネルが選択された場合に応答して、前記人体チャネルに対して各コイルに指定された大きさ及び位相の電流を前記複数のコイルに供給し得る。
前記位相調整器は、前記複数の帯域のうちから無線チャネルが選択された場合に応答して、無線チャネルに対して各コイルに指定された大きさ及び位相の電流を前記複数のコイルのうちの当該コイルに供給し得る。
前記無線通信装置は、前記コイル組立体と外部オブジェクトとの間の接触の検出の有無に応じて前記複数の帯域のうちから前記対象帯域を選択するコントローラを更に含み得る。
前記位相調整器は、前記コイル組立体と前記外部オブジェクトとの間の接触が検出された場合に応答して、人体チャネルに対して各コイルに指定された電力を前記複数のコイルのうちの当該コイルに供給し得る。
前記位相調整器は、前記コイル組立体と前記外部オブジェクトとの間の接触が検出されない場合に応答して、無線チャネルに対して各コイルに指定された電力を前記複数のコイルのうちの当該コイルに供給し得る。
前記無線通信装置は、前記コイル組立体に含まれる少なくとも二つのコイルが外部オブジェクトに接触した場合に応答して、前記少なくとも二つのコイルに電力を供給する刺激器を更に含み得る。
前記無線通信装置は、前記コイル組立体を介して受信された外部信号を処理する受信器と、前記コイル組立体を介して前記無線通信装置の外部に送信するデータ信号を生成する送信器と、を更に含み得る。
前記無線通信装置は、データを周波数変調した変調信号に基づいて、前記変調信号が示す周波数に対応するキャパシタンスで前記発振器の可変キャパシタのキャパシタンスを調整することにより、前記コイル組立体を介して前記無線通信装置の外部に送信されるデータ信号を生成する送信器を更に含み得る。
前記無線通信装置は、前記位相固定回路を収容し、前記無線通信装置の外部に露出したコイル組立体を支持するハウジングを更に含み得る。
前記無線通信装置は、前記コイル組立体に含まれる複数のコイルと前記負性抵抗器との間の接続をスイッチングすることによって、前記複数のコイルの各々に提供される電力の位相を制御し得る。
前記無線通信装置は、前記コイル組立体を介して前記無線通信装置の外部から信号が受信された場合に応答して前記受信された信号の包絡線を検出し、前記検出された包絡線からデータ信号を復元する受信器を更に含み得る。
【０００８】
上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による外部に露出したコイル組立体を備える無線通信装置の無線通信方法は、前記コイル組立体、可変キャパシタ、及び負性抵抗器を含む発振器に接続された位相固定回路が、前記発振器によって生成される発振信号に基づいて制御信号を生成するステップと、前記位相固定回路が、前記生成された制御信号を前記発振器の可変キャパシタに提供することによって、前記発振器の発振周波数をロックさせるステップと、を有する。
【０００９】
前記無線通信方法は、前記発振周波数における変化を補償する前記可変キャパシタのキャパシタンスを前記位相固定回路によって制御するステップを更に含み得る。
前記無線通信方法は、前記可変キャパシタのキャパシタンスと閾値キャパシタンスとの間の比較に基づいて、前記コイル組立体が外部オブジェクトに接触したか否かをコントローラにより判定するステップを更に含み得る。
前記無線通信方法は、前記コイル組立体が前記外部オブジェクトに接触したか否かを判定した後、前記可変キャパシタのキャパシタンスの変化に基づいて、生体信号を示す生体データを前記コントローラにより生成するステップを更に含み得る。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の無線通信装置によると、外部オブジェクトとの接触の有無に関係なく安定的に無線通信を行うことができ、コイル組立体が接続された一つの入出力ポートで外部オブジェクトの検出、無線通信、及び人体通信が具現される無線通信技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一実施形態による無線通信装置の概略的な構成を示すブロック図である。
【図２】一実施形態による無線通信環境を説明する図である。
【図３】一実施形態による無線通信装置の細部的な構成を示すブロック図である。
【図４】一実施形態による無線通信装置が人体に接触した場合の動作を説明する図である。
【図５】一実施形態による位相調整器の逆位相状態の駆動を説明する図である。
【図６】一実施形態による位相調整器の逆位相状態の駆動を説明する図である。
【図７】一実施形態による位相調整器の同位相状態の駆動を説明する図である。
【図８】一実施形態による位相調整器の同位相状態の駆動を説明する図である。
【図９】一実施形態による位相調整器の駆動を説明する図である。
【図１０】一実施形態による無線通信装置がオブジェクトに電力を供給する動作を説明する図である。
【図１１】一実施形態による無線通信装置の単一素子の具現を説明する図である。
【図１２】一実施形態による無線通信方法を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための形態の具体例を、図面を参照しながら詳細に説明する。下記で説明する実施形態は様々な変更が加えられ得る。特許出願の範囲はこのような実施形態によって制限も限定もされない。各図面に提示した同じ参照符号は同じ部材を示す。
【００１３】
本明細書で開示する特定の構造的又は機能的な説明は単に実施形態を説明するための目的として例示したものであり、実施形態は様々な異なる形態で実施され、本発明は本明細書で説明した実施形態に限定されるものではない。
【００１４】
本明細書で用いる用語は、単に特定の実施形態を説明するために用いられるものであって、本発明を限定しようとする意図はない。単数の表現は、文脈上、明白に異なる意味をもたない限り複数の表現を含む。本明細書において、「含む」又は「有する」等の用語は明細書上に記載した特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部品、又はこれらを組み合わせたものが存在することを示すものであって、一つ又はそれ以上の他の特徴や数字、ステップ、動作、構成要素、部品、又はこれらを組み合わせたものなどの存在又は付加の可能性を予め排除しないものとして理解しなければならない。
【００１５】
異なる定義がされない限り、技術的であるか又は科学的な用語を含むここで用いる全ての用語は、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有する。一般的に用いられる予め定義された用語は、関連技術の文脈上で有する意味と一致する意味を有するものと解釈すべきであって、本明細書で明白に定義しない限り、理想的又は過度に形式的な意味として解釈されることはない。
【００１６】
また、図面を参照して説明する際に、図面符号に拘わらず同じ構成要素は同じ参照符号を付与し、これに対する重複する説明は省略する。実施形態の説明において関連する公知技術に対する具体的な説明が本発明の要旨を不要に曖昧にすると判断される場合、その詳細な説明は省略する。
【００１７】
図１（Ａ）及び（Ｂ）は、一実施形態による無線通信装置の概略的な構成を示すブロック図である。
【００１８】
図１（Ａ）に示した無線通信装置１００は、コイル組立体１１０及び位相固定回路１２０を含む。
【００１９】
コイル組立体１１０は、少なくとも一つのコイルを含む。コイル組立体１１０は、無線通信装置１００の外部（例えば、外部環境）に露出するように配置される。コイル組立体１１０はインダクタンスを有する。コイル組立体１１０に含まれるコイルは、ループ状、例えばリング状に具現されるが、これに限定されるものではない。コイル組立体１１０は、可変キャパシタに接続され、コイル組立体１１０に含まれるコイルのインダクタンス及び可変キャパシタのキャパシタンスから当該コイル組立体１１０の共振周波数が決定される。コイル組立体１１０は、共振周波数を用いて通信するアンテナとして動作する。
【００２０】
位相固定回路１２０は、発振器の発振周波数を対象周波数にロックさせる回路を示す。位相固定回路１２０は、位相ロックループ（ＰＬＬ：ｐｈａｓｅ  ｌｏｃｋｅｄ  ｌｏｏｐ）とも称される。本実施形態による位相固定回路１２０は、コイル組立体１１０に接続され、コイル組立体１１０から信号を受信し、フィードバックされた信号に基づいて発振器の発振周波数をロックさせる。位相固定回路１２０は、例えば当該発振器の発振周波数に応じて可変キャパシタのキャパシタンスを調整する。例えば、位相固定回路１２０は、従来における電荷ポンプ（Ｃｈａｒｇｅ−Ｐｕｍｐ）方式のアナログＰＬＬ（Ａｎａｌｏｇ  ＰＬＬ）、又はデジタルＴＤＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ  ＴＤＣ）、ループフィルタ（Ｌｏｏｐ  ｆｉｌｔｅｒ）、及びＤＳＭ（ｄｅｌｔａ  ｓｉｇｍａ  ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）を含むデジタル方式で具現される。周波数／位相検出器は、例えばＴＤＣ（ｔｉｍｅ−ｔｏ−ｄｉｇｉｔａｌ  ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）方式で具現され、ＴＤＣは、パルス間の時間差を測定し、当該時間差を示すデジタル値を出力する。パルス間の時間差は、例えば発振周波数の逆数に対応する。ループフィルタは、位相検出器の出力からノイズ及び高周波成分を除去することによって、平均電圧成分（例えば、直流成分）を通過させるフィルタである。ＤＳＭは、一種のデジアナコンバータ（ＤＡＣ：ｄｉｇｉｔａｌ  ｔｏ  ａｎａｌｏｇ  ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）であり、信号の値を概略的に予測して誤差を算出し、累積した誤差を用いて誤差を補正する。但し、位相固定回路１２０の構成は、これに限定するものではなく、様々な構造の位相固定回路１２０が使用される。
【００２１】
また、図１（Ｂ）に示すように、無線通信装置１００は、コイル組立体１１０と位相固定回路１２０との間に増幅器１１５を更に含み得る。
【００２２】
本実施形態による無線通信装置１００は、外部に露出したコイル組立体１１０が、キャパシタンスを有する他のオブジェクト（例えば、生体）に接触して全体キャパシタンスが変化しても、コイル組立体１１０に直接接続された位相固定回路１２０を介して発振器の可変キャパシタのキャパシタンスを直ちに調整することで通信周波数を保持することができる。従って、無線通信装置１００は、外部オブジェクトとの接触の有無に関係なく安定的に無線通信を行うことができる。以下、コイル組立体が接続された一つの入出力ポートで、外部オブジェクトの検出、無線通信、及び人体通信が具現される無線通信装置１００について説明する。
【００２３】
図２は、一実施形態による無線通信環境を説明する図である。
【００２４】
ＭＩＣＳチャネル（ｍｅｄｉｃａｌ  ｉｍｐｌａｎｔ  ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍ  ｃｈａｎｎｅｌ）は、医療目的として用いられる通信チャネルを示す。ＭＩＣＳチャネルの帯域は、例えば４００ＭＨｚ程度であるが、これに限定されるものではなく、４００ＭＨｚよりも高くてもよい。ＭＩＣＳチャネルを使用する生体に内蔵された無線通信装置２１０が外部装置２９０と通信できる通信距離又はカバレッジは、略１ｍ程度である。
【００２５】
人体チャネル（Ｂｏｄｙ  ｃｈａｎｎｅｌ）は、体内（例えば、人体内）に挿入された機器が使用する通信チャネルを示す。人体チャネルの帯域は、例えば１００ＭＨｚ以下の周波数であるが、人体チャネルの周波数帯域はこれに限定されるものではない。人体チャネルを使用する第１無線通信装置２２１は、同じ人体チャネルを使用する第２無線通信装置２２２と通信を行う。第２無線通信装置２２２は、上述したＭＩＣＳチャネルを用いて外部装置２９０とも通信を行う。人体外部でＭＩＣＳチャネルを通した通信は１０ｍ以上でも樹立される。
【００２６】
図２に示すように、無線通信装置２１０による信号の強度２３１は、体内で急激に減衰する。無線通信装置２１０が体内に深く挿入されるほど、通信距離が相対的に減少する。例えば、図２において、通信可能な最小の受信可能レベルまでの距離を１ｍのように示したが、これに限定されるものではない。
【００２７】
第１無線通信装置２２１と第２無線通信装置２２２との間の通信は、人体チャネルに対応する周波数を有する信号を介して樹立されるため、当該信号の強度２３２は体内でも小さく減衰する。人体の表面２０５に配置された第２無線通信装置２２２による信号の強度２３２は、第２無線通信装置２２２から１０ｍ程度まで、受信可能レベルよりも大きい。
【００２８】
体内に挿入されるか或いは体外に装着又は脱着される場合であっても安定的に通信できるように、無線通信装置２１０、第１無線通信装置２２１、及び第２無線通信装置２２２は、下記の図３〜図１１を参照して説明する構造により具現される。
【００２９】
図３は、一実施形態による無線通信装置の細部的な構成を示すブロック図である。
【００３０】
無線通信装置３００は、発振器３０９、位相固定回路（ＰＬＬ）３２０、コントローラ３４０、送信器３７０、及び受信器３８０を含む。発振器３０９は、コイル組立体３１０、負性抵抗器３３０、及び可変キャパシタ３６０を含む。図３で可変キャパシタ３６０のキャパシタンスはＣＴで示す。
【００３１】
コイル組立体３１０は、図２を参照して上述したように、無線通信装置３００のハウジングの外部に露出する。コイル組立体３１０は、ハウジングによって支持される。ハウジングは、位相固定回路を収容し、外部に露出したコイル組立体３１０を支持する。コイル組立体３１０は、位相固定回路３２０、負性抵抗器３３０、及び可変キャパシタ３６０に接続される。
【００３２】
位相固定回路３２０は、図２を参照して上述したように、コイル組立体３１０及び負性抵抗器３３０に接続される。位相固定回路３２０は、コイル組立体３１０のコイルの両端に接続される。例えば、位相固定回路３２０は、コイル組立体３１０の一端に直接接続され、可変キャパシタ３６０を介してコイル組立体３１０の他端に接続される。位相固定回路３２０に発振器３０９の発振信号が伝えられ、発振信号の発振周波数は、外部から受信された信号、及びコイルに接触したオブジェクトから検知された信号などによって変わり得る。位相固定回路３２０は、発振器３０９によって生成される発振信号に基づいて発振器３０９の発振周波数をロックさせる制御信号を生成する。
【００３３】
位相固定回路３２０は、生成された制御信号を可変キャパシタ３６０に提供することによって、発振周波数を対象周波数にロックさせることができる。位相固定回路３２０は、無線通信装置３００のインピーダンスの変化に応答して、可変キャパシタ３６０のキャパシタンスを調整することで発振周波数の変化量を補償する。例えば、位相固定回路３２０は、コントローラ３４０から提供される基準周波数ｆｒｅｆに基づいて対象周波数を決定し、発振周波数を対象周波数にロックさせる。位相固定回路３２０は、コイル組立体のキャパシタンスの変化に応じて発振周波数が変更される場合に応答して、可変キャパシタを調整することで、変更された発振周波数を対象周波数に復元することができる。
【００３４】
発振器３０９は、コイル組立体３１０に含まれるコイル及び可変キャパシタ３６０に基づいて決定された発振周波数で発振する。例えば、負性抵抗器（ｎｅｇａｔｉｖｅ  ｒｅｓｉｓｔｏｒ）３３０は、コイル組立体３１０及び可変キャパシタ３６０に接続される。発振器３０９は、負性抵抗器３３０、コイル組立体３１０、及び可変キャパシタ３６０に基づいて発振信号を生成する。発振器３０９の発振周波数は、コイル組立体３１０のインダクタンス及びコイル組立体３１０に接続されたキャパシタのキャパシタンスに基づいて決定される。コイル組立体３１０が単一コイルで構成される場合、発振器３０９は、インダクタンスを有するコイル、キャパシタンスを有する可変キャパシタ３６０、及び負性抵抗を有する負性抵抗器として演算増幅器で構成される簡単な発振構造で具現され得る。
【００３５】
コントローラ３４０は、位相固定回路３２０、位相調整器３５０、送信器３７０、及び受信器３８０を制御する。例えば、コントローラ３４０は、マイクロコントローラユニット３４１（ＭＣＵ：ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ  ｕｎｉｔ）及びデジタルベースバンドユニット３４２（ＤＢＢ  ｕｎｉｔ：ｄｉｇｉｔａｌ  ｂａｓｅｂａｎｄ  ｕｎｉｔ）を含む。マイクロコントローラユニット３４１は、位相固定回路３２０に基準周波数ｆｒｅｆを提供する。マイクロコントローラユニット３４１は、基準周波数ｆｒｅｆのＫＦＣＷの倍数として対象周波数を決定する。ＫＦＣＷは、通信周波数を設定するための係数として、実数である。デジタルベースバンドユニット３４２は、ベースバンドの信号を処理する。例えば、デジタルベースバンドユニット３４２は、送信器３７０にベースバンドに対応する信号を伝達するか又は受信器３８０からベースバンドに対応する信号を受信する。
【００３６】
可変キャパシタ３６０は、発振器３０９で負性抵抗器３３０に接続されたキャパシタとして、位相固定回路３２０から伝えられる制御信号によりキャパシタンスＣＴを調整する。例えば、可変キャパシタ３６０はｎ個のビットに対応するキャパシタを含むキャパシタバンクであり、制御信号はｎ個のビットからなるデジタルコードである。デジタルコードは、可変キャパシタ３６０のキャパシタンスをデジタル値に換算した値である。キャパシタバンクの構成について、下記の図４を参照して説明する。但し、可変キャパシタ３６０の構成は、これに限定されるものではなく、位相固定回路３２０によって生成される制御信号によりキャパシタンスが制御される様々なキャパシタで具現され得る。
【００３７】
送信器３７０は、コイル組立体３１０を介して外部に送信するデータ信号を生成する。例えば、送信器３７０は、コントローラ３４０からデータが伝達される。送信器３７０は当該データを周波数変調する。送信器３７０は、データを周波数変調した変調信号に基づいて、変調信号が示す周波数に対応するキャパシタンスで発振器３０９の可変キャパシタ３６０を調整することで、コイル組立体３１０を介して外部に送信されるデータ信号を生成する。送信器３７０は、例えば、ＯＯＫ（ｏｎ  ｏｆｆ  ｋｅｙｉｎｇ）方式、ＦＳＫ（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｓｈｉｆｔ  ｋｅｙｉｎｇ）方式、ＡＳＫ（ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  ｓｈｉｆｔ  ｋｅｙｉｎｇ）方式などを用いてデータ信号を生成する。
【００３８】
受信器３８０は、コイル組立体３１０を介して受信された外部信号を処理する。外部信号は、例えば、ＯＯＫ方式、ＦＳＫ方式、ＡＳＫ方式などで変調された信号である。一実施形態による受信器３８０は、超再生受信方式（ｓｕｐｅｒ  ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅ  ｒｅｃｅｐｔｉｏｎ）を用いて外部信号をデータに復元する。例えば、受信器３８０は、コイル組立体３１０を介して外部から信号が受信された場合に応答して、受信された信号の包絡線を検出し、検出された包絡線からデータ信号を復元する。
【００３９】
本実施形態による無線通信装置３００は、上述したブロックを用いてコイル組立体３１０を介してＭＩＣＳチャネル通信及び人体通信を行い、人体に挿入されるか或いは人体外部に装着又は脱着されても安定的に通信を行うことができる。人体内に挿入された無線通信装置３００は、人体上に装着されるか又は人体外部に配置された外部機器と通信を樹立する。人体上に装着されるか又は人体外部に配置された無線通信装置３００は、人体内に挿入されるか又は人体上に装着された外部機器と通信を行う。また、無線通信装置３００は、外部環境を検出することによって外部に露出したコイル組立体３１０を用いて単独で生体信号を検出するか又は通信を行うことができる。
【００４０】
参考として、コイル組立体３１０は、上述したように単一コイルで構成されるが、これに限定されるものではない。例えば、コイル組立体３１０は、二つ以上のコイルを含む。コイル組立体３１０が二つ以上のコイルを含む場合、無線通信装置３００は位相調整器３５０を更に含む。位相調整器３５０の動作について、下記の図５〜図９を参照して詳細に説明する。
【００４１】
図４は、一実施形態による無線通信装置が人体に接触した場合の動作を説明する図である。
【００４２】
無線通信装置４００は、コイルに接触する外部キャパシタ（例えば、寄生キャパシタ）の変化を周波数に変換し、周波数の変化をデジタルコードに変換する。従って、外部オブジェクトの検出及び無線通信が一つの無線送受信器ブロックで具現される。無線通信装置４００は、外部環境の変化要因である温度、湿度、及び接触などの環境変化によるキャパシタンス或いはインピーダンスの変化を検出することで、外部環境を検出することができる。以下、無線通信装置４００は、可変キャパシタ４６０のキャパシタの変化を検出することで、外部オブジェクト４０１との接触の有無を検出し、更に生体信号４０２を検出する。外部オブジェクト４０１は、生体であるが、これに限定されるものではない。
【００４３】
本実施形態による無線通信装置４００は、外部生体４０１に接触しても、発振器の発振周波数を対象周波数に保持する。発振器は、図３に類似するように、コイル組立体４１０、可変キャパシタ４６０、及び負性抵抗器４３０を含む。本実施形態による位相固定回路４２０は、発振器で発振周波数の変化に応答して可変キャパシタ４６０のキャパシタンス（以下、全体キャパシタンスＣＴ）を調整することによって発振周波数を固定する。
【００４４】
本実施形態による無線通信装置４００のコントローラ４４０は、可変キャパシタ４６０のキャパシタンスを検出し、可変キャパシタ４６０のキャパシタンスが閾値キャパシタンス未満である場合に応答して、コイル組立体４１０のうちの少なくとも一部が外部オブジェクト４０１に接触したものと判定する。外部オブジェクト４０１とコイル組立体４１０との間の接触が形成されると、発振器を含む回路のキャパシタンスが大きく変わり、無線通信装置４００は、可変キャパシタ４６０のキャパシタンスを大きく変化させることで、接触によるキャパシタンスの変化を補償する。従って、無線通信装置４００は、可変キャパシタ４６０のキャパシタンスの変化量に応じて外部オブジェクト４０１との接触の有無を判定することができる。
【００４５】
例えば、無線通信装置４００でコイル組立体４１０と外部オブジェクト４０１（例えば、生体）との間に接触が発生した場合、コイル組立体４１０は、外部オブジェクト４０１が有するキャパシタ（以下、生体キャパシタ）に電気的に接続される。生体キャパシタのキャパシタンスは、生体キャパシタンスＣＢとして示す。図４において、生体キャパシタが無線通信装置４００の回路に追加されると、位相固定回路４２０は、生体キャパシタの追加によるキャパシタンスの変化を補償することで、発振周波数を対象周波数に保持する。これによって、発振器のキャパシタンスが変化する。位相固定回路４２０は、生体キャパシタによるキャパシタンスの変化を補償するために、キャパシタバンクの全体キャパシタンスＣＴを調整する。従って、発振器のキャパシタンスが生体キャパシタンスＣＢだけ増加すると、位相固定回路４２０は、キャパシタバンクの全体キャパシタンスＣＴを生体キャパシタンスＣＢだけ減少させることで、発振器のキャパシタンスを保持する（例えば、｜ΔＣＢ｜＝｜ΔＣＴ｜）。発振周波数を対象周波数に固定させるために、無線通信装置４００は、内部のキャパシタバンクのキャパシタンス値を外部のキャパシタンス値の変化に応答して変化させる。ここで、対象周波数は、無線チャネル帯域に属するが、これに限定するものではなく、人体チャネル帯域に属してもよい。コイル組立体４１０は、無線チャネル帯域及び人体チャネル帯域などのような様々なチャネル帯域のうちの一つのチャネル帯域のために設計された単一コイルを含むが、これに限定されるものではない。コイル組立体４１０は、様々なチャネル帯域をサポートするように複数のコイルを含んでもよい。
【００４６】
本明細書において、無線チャネル帯域は、ＭＩＣＳチャネル、９００ＭＨｚ、ＢＬＥ（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）  ｌｏｗ  ｅｎｅｒｇｙ）などである。無線通信装置４００が無線チャネル帯域で動作する場合、無線通信装置４００は、生体に挿入された機器と通信を樹立するか又は外部通信端末（例えば、モバイルフォンなど）と通信する。人体チャネル帯域は、概略１００ＭＨｚ程度であるが、これに限定されるものではない。無線通信装置４００は、生体内装機器及び人体付着機器に対しては人体チャネル帯域を介して通信し、人体外部の端末に対しては無線チャネル帯域を介して通信する。
【００４７】
本実施形態による無線通信装置４００は、コイル組立体４１０が外部オブジェクト／生体４０１に接触した後、キャパシタンスの変化を検出することによって生体信号４０２を検出する。
【００４８】
例えば、図４に示すように、無線通信装置４００は、バラクタキャパシタを更に含む。バラクタキャパシタのキャパシタンスは、バラクタキャパシタンスＣＶとして示す。コイル組立体４１０が単一コイルで構成される場合、バラクタキャパシタは、コイル組立体４１０で当該コイルの両端に接続され、当該コイルの電圧変化に感応してバラクタキャパシタンスＣｖを変化させる。コイルにかかる電圧は、バラクタキャパシタの両端にかかる電圧に対応し、検出電圧ＶＳのように示される。但し、コイル組立体４１０を単一コイルに限定するものではなく、コイル組立体４１０は複数のコイルを含んでもよい。例えば、コイル組立体が二つのコイルを含む場合、バラクタキャパシタは、二つのコイルのそれぞれの両端（例えば、４個のノード）に接続される。
【００４９】
参考として、バラクタキャパシタンスＣＶの大きさの変化は、生体信号４０２の電圧変化に対応する。コイル組立体４１０の通信周波数は、コイル組立体４１０のインダクタンス及びコイル組立体４１０に接続されたキャパシタンスに基づいて決定される。コイル組立体４１０の通信周波数を回路成分として表現すると、下記の数式（１）のように示すことができる。
【００５０】
【数１】
2020072473.tif 000003
【００５１】
上述した数式（１）において、ｆＲＦは通信周波数、Ｌはコイル組立体４１０のインダクタンス、ＣＴはキャパシタバンクの全体キャパシタンス、ＣＶはバラクタキャパシタンス、ＣＢは生体キャパシタンスを示す。無線通信装置４００は、通信周波数ｆＲＦを保持するために、バラクタキャパシタンスＣＶ及び生体キャパシタンスＣＢの変化量をキャパシタバンクの全体キャパシタンスＣＴを調整することによって補償する。コイル組立体４１０が生体４０１に接触した後には、生体キャパシタンスＣＢは一定であるため、生体信号４０２の電圧変化に応じてバラクタキャパシタンスＣＶだけ変化する。従って、生体接触の後、位相固定回路４２０は、バラクタキャパシタンスＣＶの変化を補償するためにのみ、キャパシタバンクの全体キャパシタンスＣＴを調整することから、コントローラ４４０は、キャパシタバンクの全体キャパシタンスＣＴの変化を検出することで生体データを生成することができる。
【００５２】
本実施形態によると、コントローラ４４０は、コイル組立体４１０のうちの少なくとも一部が外部オブジェクト４０１に接触した後、可変キャパシタのキャパシタンスの変化に基づいて生体信号４０２を示す生体データを生成する。コントローラ４４０のマイクロコントローラユニット４４１が可変キャパシタ４６０のキャパシタンスの変化を検出する。マイクロコントローラユニット４４１は、位相固定回路４２０から出力される制御信号４０４からキャパシタンスの変化を検出する。制御信号４０４及び可変キャパシタ４６０のキャパシタンスの変化の関係は次のように説明される。
【００５３】
本実施形態による可変キャパシタ４６０はキャパシタバンクを含み、キャパシタバンクは制御信号４０４によりキャパシタバンクの全体キャパシタンスＣＴを調整する。例えば、キャパシタバンクがｎ個のキャパシタを含む場合、ＬＳＢ（Ｌｅａｓｔ  Ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ  Ｂｉｔ）からｉ番目のビット位置に対応するキャパシタのキャパシタンスは２ｉ−１Ｃ０である。
【００５４】
ここで、制御信号４０４は、ｎビットのデジタルコードＣＴ［０、ｎ−１］である。デジタルコードの各ビット位置に割り当てられたビット値は、当該ビットに対応するキャパシタを活性化するか否かを決定する。例えば、デジタルコードでｉ番目のビット位置のビット値が０である場合、キャパシタバンクは、ｉ番目のキャパシタを不活性化する。デジタルコードでｉ番目のビット位置のビット値が１である場合、キャパシタバンクは、ｉ番目のキャパシタを活性化する。キャパシタバンクの全体キャパシタンスＣＴは、活性化したキャパシタのキャパシタンスの和として決定される。例えば、ｎ＝３、デジタルコードが「１０１」である場合、キャパシタバンクのキャパシタンスはＣ０（１×２２＋０＋１×２０）＝５Ｃ０である。Ｃ０は単位キャパシタンスを示す。従って、制御信号４０４のデジタルコードは、キャパシタバンクの全体キャパシタンスＣＴの大きさを示す。
【００５５】
位相固定回路４２０は、コントローラ４４０から提供される基準周波数ｆＲＥＦ及び周波数制御ワード（ＦＣＷ：ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｗｏｒｄ）定数ＫＦＣＷに基づいて対象周波数を決定する。例えば、対象周波数を下記の数式（２）のように示すことができる。
【００５６】
【数２】
2020072473.tif 000004
【００５７】
上述した数式（２）において、ｆＲＦは対象周波数であり、ロックされた後の通信周波数を示す。ｆＲＥＦは基準周波数を示し、ＫＦＣＷは周波数制御ワードとして通信チャネル（例えば、人体チャネル又は無線チャネルなど）を設定する変数を示す。例えば、４００．５ＭＨｚ  ＲＦ周波数のためにｆＲＥＦは１ＭＨｚであり、無線チャネル帯域でＫＦＣＷは４００．５程度であるが、これに限定されるものではない。ＫＦＣＷはＦＳＫ無線信号伝達のために可変される入力値である。コントローラ４４０のマイクロコントローラユニット４４１は、位相固定回路４２０から出力された制御信号４０４に基づいて生体信号４０２を識別する。マイクロコントローラユニット４４１は、デジタルコードを外部インピーダンスの変化量で演算し、デジタルベースバンドユニット４４２に伝達する。デジタルベースバンドユニット４４２は、生体信号４０２によるキャパシタンスの変化を補償する変化周波数制御ワードをＦＳＫ（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｓｈｉｆｔ  ｋｅｙｉｎｇ）変調器４７０に伝達する。ＦＳＫ変調器４７０は、例えば単一ポイントＦＳＫ変調器（ｓｉｎｇｌｅ  ｐｏｉｎｔ  ＦＳＫ  ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）である。
【００５８】
無線通信装置４００は、上述したように人体キャパシタンスＣＢを補償するための全体キャパシタンスＣＴの変化から人体接触の有無を判定し、バラクタキャパシタンスＣＶを補償するための全体キャパシタンスＣＴの変化から生体信号４０２を検出することができる。生体信号４０２の電圧変化は、キャパシタンスを調整するための制御信号４０４に対応するため、無線通信装置４００は、制御信号４０４のデジタルコードから生体データを生成する。生体データは生体信号４０２を示すデータを示す。従って、無線通信装置４００は、可変キャパシタのキャパシタンスの変化を検出することによって、生体接触の有無及び生体信号４０２の両方を検出することができる。
【００５９】
また、コントローラ４４０は、コイル組立体に印加される電圧を検出し、検出された電圧に基づいて生体データを生成してもよい。従って、無線通信装置４００は、キャパシタンスの変化に応じて間接的に生体信号を検出してもよいが、コイル組立体に印加される電圧から直接生体信号を検出してもよい。
【００６０】
参考として、図４では、バラクタキャパシタによる生体信号検出のみを主に説明したが、これに限定されるものではない。バラクタキャパシタは、他の種類の可変キャパシタに代替することができ、更に、温度及び湿度などのような他の外部環境要因に感応するキャパシタンスの変化に応じて、無線通信装置４００は外部環境変化も検出することができる。更に、無線通信装置４００は、刺激器（ｓｔｉｍｕｌａｔｏｒ）４９０を更に含むが、これについて、下記の図１０を参照して詳細に説明する。後述するが、刺激器４９０の両端は各々互いに異なるコイルに接続される。
【００６１】
コイル組立体４１０が少なくとも二つのコイルを含む場合、無線通信装置４００は位相調整器４５０を更に含む。位相調整器４５０の動作については、図５〜図９を参照して詳細に説明する。
【００６２】
以下、図５〜図９は、追加コイルを介して様々な通信帯域をサポートするコイル組立体及び当該コイル組立体を動作させるための位相調整器の駆動を説明する。
【００６３】
図５〜図９は、一実施形態による位相調整器の駆動を説明する図である。
【００６４】
本実施形態によると、位相調整器（６５０、８５０）（各々図６及び図８）は、負性抵抗器（５３０、６３０、７３０、８３０）の位相を調整する。例えば、位相調整器（６５０、８５０）は、コイル組立体（５１０、６１０、７１０、８１０）に含まれるコイルの個数に基づいて定義される複数の帯域のうちのいずれかの対象帯域で通信しようとする場合、複数のコイルの各々に対象帯域に対して指定された電力を供給する。位相調整器（６５０、８５０）は個別電力をコイル組立体（５１０、６１０、７１０、８１０）に供給し、個別電力のそれぞれの電流の位相は帯域に基づいて指定される。位相調整器（６５０、８５０）は、当該帯域に対して各コイルに指定された位相の電流を有する電力を当該コイルに供給する。例えば、位相調整器（６５０、８５０）は、複数の帯域のうちの対象帯域で通信しようとする場合、対象帯域に対して複数のコイルに流れる電流の大きさ及び位相を調整する。位相調整器（６５０、８５０）は、複数の帯域のうちから人体チャネルが選択された場合に応答して、人体チャネルに対して各コイルに指定された大きさ及び位相の電流を当該コイルに供給する。位相調整器（６５０、８５０）は、複数の帯域のうちから無線チャネルが選択された場合に応答して、無線チャネルに対して各コイルに指定された大きさ及び位相の電流を当該コイルに供給する。
【００６５】
例えば、複数のコイルが二つである場合、位相調整器（６５０、８５０）は、各コイルに接続された負性抵抗器（５３０、６３０、７３０、８３０）に同じ位相の電流を供給するか又は逆位相の電流を供給する。位相調整器（６５０、８５０）によって位相が調整された電流を介して発振器の発振周波数が変わる。参考として、上述した図３では、同じ位相及び逆位相の説明の便宜のために負性抵抗器３３０を二つのシンボルとして示したが、下記の図６及び図８を参照して説明するように、負性抵抗器（５３０、６３０、７３０、８３０）は、単一演算増幅器を含む。但し、負性抵抗器（５３０、６３０、７３０、８３０）の構成は、これに限定されるものではなく、コイル組立体（５１０、６１０、７１０、８１０）に含まれるコイルの個数及び使用したい帯域の個数などに応じて変更される。
【００６６】
図５及び図６は、一実施形態による逆位相（ｉｎｖｅｒｔｅｄ  ｐｈａｓｅ）状態の駆動を説明する図である。
【００６７】
図５は、無線通信装置でコイル組立体５１０及び負性抵抗器５３０を簡略的に示す図である。コイル組立体５１０で第１コイルＬ１に接続された第１負性抵抗器ＯＳＣ１には、位相調整器が第１電圧ｖ１及び第１電流ｉ１を有する電力を供給する。コイル組立体５１０で第２コイルＬ２に接続された第２負性抵抗器ＯＳＣ２には、位相調整器が第２電圧ｖ２及び第２電流ｉ２を有する電力を供給する。図５において、第１電圧ｖ１及び第２電圧ｖ２は、互いに逆位相の関係、例えばｖ１＝−ｖ２である関係を示す。
【００６８】
図６は、図５を参照して説明した逆位相状態の駆動のための位相調整器６５０及び負性抵抗器６３０を説明する図として、説明の便宜のためにコイル組立体６１０及び負性抵抗器６３０を単純化した構造で示す。図５に示すように接続されたコイル組立体５１０及び負性抵抗器５３０は、図６に示した変圧器（コイル組立体６１０）及び演算増幅器（負性抵抗器６３０）にモデリングされる。コイル組立体６１０は変圧器にモデリングされ、第１負性抵抗器ＯＳＣ１及び第２負性抵抗器ＯＳＣ２は演算増幅器にモデリングされる。
【００６９】
位相調整器６５０は、第１負性抵抗器ＯＳＣ１及び第２負性抵抗器ＯＳＣ２を具現する負性抵抗器６３０とコイル組立体６１０との間の電気的経路をスイッチングする。図６に示すように、逆位相状態の駆動のために、位相調整器６５０は、第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２にかかる電圧及び電流が互いに逆位相になるように負性抵抗器６３０とコイル組立体６１０との間の電気的経路を形成する。例えば、第１負性抵抗器ＯＳＣ１及び第２負性抵抗器ＯＳＣ２を具現する負性抵抗器６３０は反転増幅器にモデリングされ、位相調整器６５０は反転増幅器の負の出力（ｎｅｇａｔｉｖｅ  ｏｕｔｐｕｔ）を第１コイルＬ１の巻線の開始端子に接続し、反転増幅器の正の出力を第１コイルＬ１の巻線の終了端子に接続する。図６において、開始端子はドットで位相が示された端子を示し、終了端子は反対側の端子を示す。例えば、コイルの両端のノードと回路の入出力ノードとが接続され、全体回路が正極フィードバック（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ）ループを形成する。この正極フィードバックループの全体位相遷移が３６０度をなすように全体回路が構成される。上記の場合、コイル両端の位相差が１８０度に反転し、正極フィードバックループの全体位相遷移は３６０度を示す。このような正極フィードバックループを介して発振が生じる。
【００７０】
無線通信装置は、各コイルに接続された負性抵抗器６３０を逆位相状態に駆動することで、第１帯域よりも高い第２帯域の発振周波数を生成する。従って、位相調整器６５０は、無線通信装置が第１帯域よりも高い第２帯域で通信を行う場合に応答して、第１コイルに第１位相の電流を有する電力を供給し、第２コイルに第１位相が反転した第２位相の電流を有する電力を供給する。図６において、第１帯域は人体チャネルを示し、第２帯域はＭＩＣＳチャネルを示す。
【００７１】
図７及び図８は、一実施形態による同位相（ｉｄｅｎｔｉｃａｌ  ｐｈａｓｅ）状態の駆動を説明する図である。
【００７２】
図７は、無線通信装置でコイル組立体７１０及び負性抵抗器７３０を簡略に示す図であり、図５とは異なり、第１電圧ｖ１及び第２電圧ｖ２は、互いに同位相の関係、例えばｖ１＝ｖ２である関係を示す。
【００７３】
図８は、図７を参照して説明した同位相状態の駆動のための位相調整器８５０及び負性抵抗器８３０を説明する図として、説明の便宜のためにコイル組立体８１０及び負性抵抗器８３０を単純化した構造で示す。図７に示すように、接続されたコイル組立体７１０及び負性抵抗器７３０は、図８に示した変圧器（コイル組立体８１０）及び演算増幅器（負性抵抗器８３０）にモデリングされる。
【００７４】
図８に示すように、同位相状態の駆動のため、位相調整器８５０は、第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２にかかる電圧及び電流が互いに同位相になるように負性抵抗器８３０とコイル組立体８１０との間の電気的経路を形成する。例えば、第１負性抵抗器ＯＳＣ１及び第２負性抵抗器ＯＳＣ２を具現する負性抵抗器８３０は反転増幅器にモデリングされ、位相調整器８５０は反転増幅器の負の出力を第１コイルＬ１の巻線の終了端子に接続し、反転増幅器の正の出力を第１コイルＬ１の巻線の開始端子に接続する。例えば、コイルの両端のノードと回路の入出力ノードとが接続され、全体回路が正極フィードバック（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ）ループを形成する。この正極フィードバックループの全体位相遷移が３６０度をなすように全体回路が構成される。上記の場合、コイル両端の位相差がなく、例えば位相差が０度であり、正極フィードバックループの全体位相遷移は３６０度を示す。このような正極フィードバックループを介して発振が生じる。
【００７５】
無線通信装置は、各コイルに接続された負性抵抗器８３０を同位相状態に駆動することで、第２帯域よりも低い第１帯域（例えば、人体チャネル帯域）の発振周波数を生成する。従って、位相調整器８５０は、無線通信装置が第１帯域で通信を行う場合に応答して、第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２に第１位相の電流を有する電力を供給する。図８において、第１帯域は人体チャネルを示し、第２帯域はＭＩＣＳチャネルを示す。
【００７６】
図５〜図８を参照して説明した位相調整器（６５０、８５０）は、負性抵抗器（５３０、６３０、７３０、８３０）とコイル組立体（５１０、６１０、７１０、８１０）との間の電気的経路をスイッチングするスイッチング素子であるが、これに限定されるものではない。位相調整器（６５０、８５０）は、第１負性抵抗器ＯＳＣ１及び第２負性抵抗器ＯＳＣ２に供給される電力の位相を制御する様々な回路で具現することができる。
【００７７】
本実施形態による無線通信装置は、コイル組立体（５１０、６１０、７１０、８１０）に含まれるコイルと負性抵抗器（５３０、６３０、７３０、８３０）との間の接続をスイッチングすることによって、コイルの各々に提供される電力の位相を制御する。図５〜図８を参照して上述したように、複数のコイルが二つである場合、各コイルに接続された発振器に供給される電流の位相を調整することで、無線通信装置は、発振器の発振周波数を低帯域又は高帯域に切り替えることができる。
【００７８】
図９は、一実施形態によるコイル組立体が二つのコイルを含む場合の動作を説明する図である。
【００７９】
図９に示したコイル組立体が二つのコイルを含む構造９００において、コイル組立体の全体のインダクタンスは、電流の方向により下記の数式（３）のように示すことができる。
【００８０】
【数３】
2020072473.tif 000005
【００８１】
上述した数式（３）において、Ｌ１及びＬ２が同一であると仮定する場合（例えば、Ｌ＝Ｌ１＝Ｌ２）、ＬＣ＝（１＋ｋ）Ｌで示し、ＬＤ＝（１−ｋ）Ｌで示すことができる。上述した数式（３）において、ＬＣは同位相状態におけるインダクタンス、ＬＤは逆位相状態におけるインダクタンス、ｋは相互結合係数を示す。位相調整器が各コイルに同じ方向の電流を流した場合、コイル組立体の全体インダクタンスはＬＣを示す。反対に、位相調整器が各コイルに反対方向の電流を流した場合、コイル組立体の全体インダクタンスはＬＤを示す。
【００８２】
参考として、二つのコイルに接続された信号の位相調整は、Ｎ個のコイルの信号位相を調整することで拡大される。ここで、Ｎは２以上の整数を示す。コイルの個数が増加するほど、各コイルに流れる電流の方向による組合せの個数も増加する。従って、コイルの個数に応じて発振器が発振する帯域の個数が増加する。
【００８３】
参考として、上述した図４において、無線通信装置が生体に接触する前の発振周波数を保持する動作について説明したが、無線通信装置は、生体接触の有無に応じて、図５〜図９を参照して上述した動作により、通信周波数の帯域を切り替えてもよい。一実施形態によると、無線通信装置のコントローラは、外部オブジェクトとの接触の検出の有無に応じて複数の帯域のうちから対象帯域を選択する。コントローラは、選択された対象帯域により位相調整器を制御し、コイル組立体に供給される電力を調整する。例えば、無線通信装置の位相調整器は、コイル組立体のうちの少なくとも一部が外部オブジェクトに接触した場合に応答して、人体チャネルに対して各コイルに指定された電力を当該コイルに供給する。無線通信装置は、上述したように、可変キャパシタのキャパシタンスの変化に応じて生体接触の有無を決定する。また、位相調整器は、コイル組立体と外部オブジェクトとの間の接触が検出されない場合に応答して、無線チャネルに対して各コイルに指定された電力を当該コイルに供給する。位相調整器はコイル組立体に個別電力を供給し、個別電力のそれぞれの電流の位相は無線チャネルに基づいて指定される。従って、無線通信装置は、生体接触の有無に応じて、選択的に通信周波数の帯域を切り替えることができる。
【００８４】
更に、無線通信装置は、生体接触の有無に応じて選択的に通信周波数の帯域を切り替えた後、生体信号を検出してもよい。従って、無線通信装置は、可変キャパシタのキャパシタンスの変化から検出された生体接触の有無に応じて、信号減衰が最小化される通信帯域で通信を行いながら生体信号も検出することができる。
【００８５】
図１０は、一実施形態による無線通信装置がオブジェクトに電力を供給する動作を説明する図である。
【００８６】
無線通信装置１０００は、上述したように刺激器１０９０を更に含む。
【００８７】
刺激器１０９０は、コイル組立体で少なくとも二つのコイルが外部オブジェクトに接触した場合に応答して、少なくとも二つのコイルに電力を供給する。コイル組立体で、一つのコイル１０１１は基準電極として働き、他のコイル１０１２は作動電極として働く。従って、無線通信装置１０００は、刺激器１０９０を介して外部オブジェクト（例えば、生体）に電気的な刺激を印加する。刺激器１０９０は、複数のコイルが二つである場合、各々互いに異なるコイルに接続される。例えば、刺激器１０９０の一端は複数のコイルのうちの一つのコイル１０１１に接続され、他の一端は他のコイル１０１２に接続される。
【００８８】
図１１は、一実施形態による無線通信装置の単一素子の具現を説明する図である。
【００８９】
本実施形態による無線通信装置１１００は、少なくとも一つのコイル及びチップを含む単一素子で具現されるため、無線通信装置１１００の大きさが小型化される。少なくとも一つのコイルはリングコイルである。少なくとも一つのコイルは一つ以上のループ状に具現され、ループ状の直径は２ｃｍ以下である。例えば、図１１に示すように、複数のコイルのうちの最も大きいコイルの直径はａ×ａ（例えば、ａ＝７ｍｍ）に具現される。従って、無線通信装置１１００は、超小型の構造を介してコイル以外の電極のような追加素子がなくても、様々な帯域の通信周波数を選択したり、生体接触を検出したり、生体信号を検出したり、電気刺激を適用したりすることができる。検出、無線通信、及び人体通信を一つのポートで全て行うことができることから、無線通信装置１１００の面積が最小化される。また、無線通信及び人体通信が単一構造で具現されるため、無線通信装置１１００は、人体内部機器として動作しながらも、外部端末を接続するステーション機器としても動作することができる。
【００９０】
図１２は、一実施形態による無線通信方法を説明するフローチャートである。
【００９１】
先ず、ステップＳ１２１０において、無線通信装置の位相固定回路が発振器によって生成される発振信号に基づいて制御信号を生成する。位相固定回路は、発振器のコイル組立体及び負性抵抗器に接続される。
【００９２】
そして、ステップＳ１２２０において、位相固定回路は、生成された制御信号を発振器の可変キャパシタに提供することによって発振器の発振周波数をロックさせる。位相固定回路は、図１〜図１１を参照して説明したように、可変キャパシタを調整することで発振周波数を対象周波数にロックさせる。
【００９３】
本実施形態によるコイル組立体が外部環境に露出するように、無線通信装置は、外部にコイル組立体が配置されたインターフェースを有するマルチモード無線センサとして具現される。無線通信装置は、ＲＦ集積回路（ＲＦ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）、無線センサシステム（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｓｅｎｓｏｒ  Ｓｙｓｔｅｍ）、モノのインターネット（ＩｏＴ：Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  ｏｆ  ｔｈｉｎｇ）、生体医学通信（Ｂｉｏ  Ｍｅｄｉｃａｌ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）、延長可能な装置（Ｓｔｒｅｔｃｈａｂｌｅ  Ｄｅｖｉｃｅ）、ＭＩＣＳ（Ｍｅｄｉｃａｌ  Ｉｍｐｌａｎｔ  ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  ｓｙｓｔｅｍ）、インピーダンス検出（Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ  Ｓｅｎｓｉｎｇ）などに適用される。
【００９４】
上述した装置は、ハードウェア構成要素、ソフトウェア構成要素、又はハードウェア構成要素及びソフトウェア構成要素の組み合せで具現される。例えば、本実施形態で説明した装置及び構成要素は、例えば、プロセッサ、コントローラ、ＡＬＵ（ａｒｉｔｈｍｅｔｉｃ  ｌｏｇｉｃ  ｕｎｉｔ）、デジタル信号プロセッサ（ｄｉｇｉｔａｌ  ｓｉｇｎａｌ  ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、マイクロコンピュータ、ＦＰＡ（ｆｉｅｌｄ  ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ａｒｒａｙ）、ＰＬＵ（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ｌｏｇｉｃ  ｕｎｉｔ）、マイクロプロセッサー、又は命令（ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ）を実行して応答する異なる装置のように、一つ以上の汎用コンピュータ又は特殊目的コンピュータを用いて具現される。処理装置は、オペレーティングシステム（ＯＳ）及びオペレーティングシステム上で実行される一つ以上のソフトウェアアプリケーションを実行する。また、処理装置は、ソフトウェアの実行に応答してデータをアクセス、格納、操作、処理、及び生成する。理解の便宜のために、処理装置は一つが使用されるものとして説明する場合もあるが、当技術分野で通常の知識を有する者は、処理装置が複数の処理要素（ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ｅｌｅｍｅｎｔ）及び／又は複数類型の処理要素を含むことを把握する。例えば、処理装置は、複数のプロセッサ又は一つのプロセッサ及び一つのコントローラを含む。また、並列プロセッサ（ｐａｒａｌｌｅｌ  ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）のような、他の処理構成も可能である。
【００９５】
ソフトウェアは、コンピュータプログラム、コード、命令、又はそのうちの一つ以上の組合せを含み、希望通りに動作するように処理装置を構成するか、或いは独立的又は結合的に処理装置に命令することができる。ソフトウェア及び／又はデータは、処理装置によって解釈されるか、或いは処理装置に命令又はデータを提供するために、いずれかの類型の機械、構成要素、物理的装置、仮想装置、コンピュータ格納媒体又は装置、又は送信される信号波により永久的又は一時的に具体化することができる。ソフトウェアはネットワークに連結されたコンピュータシステム上に分散され、分散した方法で格納されるか又は実行され得る。ソフトウェア及びデータは一つ以上のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に格納され得る。
【００９６】
本実施形態による方法は、様々なコンピュータ手段を介して実施されるプログラム命令の形態で具現され、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録される。記録媒体は、プログラム命令、データファイル、データ構造などを単独又は組み合せて含む。記録媒体及びプログラム命令は、本発明の目的のために特別に設計して構成されたものでもよく、コンピュータソフトウェア分野の技術を有する当業者にとって公知のものであり使用可能なものであってもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体の例として、ハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスク及び磁気テープのような磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤのような光記録媒体、フロプティカルディスクのような磁気−光媒体、及びＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリなどのようなプログラム命令を保存して実行するように特別に構成されたハードウェア装置を含む。プログラム命令の例としては、コンパイラによって生成されるような機械語コードだけでなく、インタプリタなどを用いてコンピュータによって実行される高級言語コードを含む。ハードウェア装置は、本発明に示す動作を実行するために一つ以上のソフトウェアモジュールとして作動するように構成してもよく、その逆も同様である。
【００９７】
以上、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
【符号の説明】
【００９８】
１００、２１０、３００、４００、１０００、１１００    無線通信装置
１１５    増幅器
１１０    コイル
１２０、３２０、４２０    位相固定回路（ＰＬＬ）
２０５    人体の表面
２２１    第１無線通信装置
２２２    第２無線通信装置
２３１、２３２    信号の強度
２９０    外部装置
３０９    発振器
３１０、４１０、５１０、６１０、７１０、８１０    コイル組立体
３３０、４３０、５３０、６３０、７３０、８３０    負性抵抗器
３４０、４４０    コントローラ
３４１、４４１    マイクロコントローラユニット（ＭＣＵ）
３４２、４４２    デジタルベースバンド（ＤＢＢ）ユニット
３５０、４５０、６５０、８５０    位相調整器
３６０、４６０    可変キャパシタ
３７０    送信器
３８０    受信器
４０１    外部オブジェクト（生体）
４０２    生体信号
４０４    制御信号
４７０    ＦＳＫ変調器
４９０、１０９０    刺激器
９００    構造
１０１１    一つのコイル
１０１２    他のコイル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2020072473.tif 000011
【図７】
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【図８】
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【図９】
2020072473.tif 000014
【図１０】
2020072473.tif 000015
【図１１】
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【図１２】
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