(57)【要約】  複数の周波数で多重化された信号を受信する周波数多重受信器において、低消費電力化を図る。第一のフィルタと、第一のフィルタとは異なる周波数特性を有する第二のフィルタと、入力された電気信号から復調データを取り出すための受信部と、入力された電気信号を直流信号に変換し回路動作に必要な電力を得るための交流直流変換部と、を備え、複数の周波数のうち、第一の周波数を受信部に入力し復調データを取り出す動作と、第一の周波数を交流直流変換部に入力し電力を得る動作とを時分割で行い、かつ、前記時分割動作と並行して、第二の周波数を受信部に入力し復調データを取り出す動作と、第二の周波数を交流直流変換部に入力し電力を得る動作とを時分割で行う。
2010029964.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の周波数で多重化された電気信号が入力される周波数多重受信器であって、
第一のフィルタと、
前記第一のフィルタとは異なる周波数特性を有する第二のフィルタと、
入力された電気信号から復調データを取り出すための受信部と、
前記入力された電気信号を直流信号に変換し回路動作に必要な電力を得るための交流直流変換部と、
を備え、
前記複数の周波数のうち、前記第一又は第二のフィルタを通過した第一の周波数を前記受信部に入力し復調データを取り出す動作と、前記第一の周波数を前記交流直流変換部に入力し電力を得る動作とを時分割で行い、かつ、前記時分割動作と並行して、
前記複数の周波数のうち、前記第二又は第一のフィルタを通過した第二の周波数を前記受信部に入力し復調データを取り出す動作と、前記第二の周波数を前記交流直流変換部に入力し電力を得る動作とを時分割で行うことを特徴とする周波数多重受信器。
【請求項２】
前記第一のフィルタは、出力が前記受信部の入力に接続され、前記複数の周波数のうち選択した一つの周波数を通過させる帯域可変通過フィルタであって、
前記第二のフィルタは、出力が前記交流直流変換部に接続され、前記選択した一つの周波数を阻止する帯域可変阻止フィルタである
ことを特徴とする請求項１記載の周波数多重受信器。
【請求項３】
第一のフィルタを通過した前記第一の周波数の復調が完了次第、前記第一のフィルタの通過周波数帯域を第二の周波数に、前記第二のフィルタの阻止周波数帯域を第二の周波数に切り替えて第二の周波数の復調を行い、以下順次周波数帯域を切り替えて、データシンボル期間内に前記複数の周波数の復調を行うことを特徴とする請求項２記載の周波数多重受信器。
【請求項４】
前記交流直流変換部は、前記第一のフィルタと時分割で機能を切り替える第一の交流直流変換部と、前記第二のフィルタと時分割で機能を切り替える第二の交流直流変換部と、を備え、
前記受信部は、前記第一のフィルタの出力に接続された第一の受信部と、前記第二のフィルタの出力に接続された第二の受信部と、を備え、
前記第一の受信部で復調を行わないときに前記第一のフィルタは前記第一の交流直流変換部として機能し、
前記第二の受信部で復調を行わないときに前記第二のフィルタは前記第二の交流直流変換部として機能する
ことを特徴とする請求項１記載の周波数多重受信器。
【請求項５】
前記第一のフィルタが、前記第一の周波数の帯域通過フィルタ兼交流直流変換部であって、前記第二のフィルタが、前記第二の周波数の帯域通過フィルタ兼交流直流変換部である請求項４記載の周波数多重受信器。
【請求項６】
複数の周波数で多重化された電気信号が入力される周波数多重受信器であって、
前記複数の周波数それぞれに対して、
入力された電気信号から対応する周波数を選択して通過させる帯域通過フィルタと、
前記帯域通過フィルタを通過した信号から復調を行う無線受信部と、
を備え、前記帯域通過フィルタは前記無線受信部で復調を行わないときに入力された電気信号を直流信号に変換し回路動作に必要な電力を得る交流直流変換部として機能する帯域通過フィルタ兼交流直流変換部であって、
前記無線受信部と、帯域通過フィルタ兼交流直流変換部と、を前記複数の周波数それぞれの周波数に対して設けたことを特徴とする周波数多重受信器。
【請求項７】
前記各帯域通過フィルタ兼交流直流変換部は、ドレインソースの一方が入力端子に他方が出力端子に接続されたＭＯＳトランジスタと、前記出力端子と固定電位との間に接続された容量素子を含み、帯域通過フィルタとして機能させるときは、前記ＭＯＳトランジスタのゲートがサンプリングクロックに接続され、交流直流変換部として機能させるときは、前記ＭＯＳトランジスタのゲートが前記入力端子に接続されることを特徴とする請求項５又は６記載の周波数多重受信器。
【請求項８】
前記各帯域通過フィルタ兼交流直流変換部はそれぞれ対応する周波数成分の復調が完了次第、データシンボル期間内において交流直流変換部に機能を切り替えることを特徴とする請求項５乃至７いずれか１項記載の周波数多重受信器。
【請求項９】
前記各帯域通過フィルタ兼交流直流変換部がデータシンボル期間を切り替えの最小単位として、任意に帯域通過フィルタ機能と交流直流変換機能を切り替えて復調動作又は電力回生動作を行えるようにしたことを特徴とする請求項５乃至７いずれか１項記載の周波数多重受信器。
【請求項１０】
前記各帯域通過フィルタ兼交流直流変換部のうち、少なくとも一部の帯域通過フィルタ兼交流直流変換部が、受信の開始時には、交流直流変換部として機能するように構成されていることを特徴とする請求項９記載の周波数多重受信器。
【請求項１１】
複数の周波数で多重化された電気信号を入力し各周波数成分の信号を復調する周波数多重受信器の動作方法であって、
前記周波数多重受信器は、
第一のフィルタと、
前記第一のフィルタとは異なる周波数特性を有する第二のフィルタと、
入力された電気信号から復調データを取り出すための受信部と、
前記入力された電気信号を直流信号に変換し回路動作に必要な電力を得るための交流直流変換部と、
を備え、
前記複数の周波数のうち、前記第一又は第二のフィルタを通過した第一の周波数を前記受信部に入力し復調データを取り出す動作と、前記第一の周波数を前記交流直流変換部に入力し電力を得る動作とを時分割で行い、かつ、前記時分割動作と並行して、
前記複数の周波数のうち、前記第二又は第一のフィルタを通過した第二の周波数を前記受信部に入力し復調データを取り出す動作と、前記第二の周波数を前記交流直流変換部に入力し電力を得る動作とを時分割で行うことを特徴とする周波数多重受信器の動作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願についての記載）
本発明は、日本国特許出願：特願２００８−２３２２８０号（２００８年  ９月１０日出願）の優先権主張に基づくものであり、同出願の全記載内容は引用をもって本書に組み込み記載されているものとする。
本発明は、複数の周波数で多重化された電気信号が入力される周波数多重受信器に関する。
【背景技術】
【０００２】
センサネットワークに代表される微弱電波帯域を用いたユビキタスネットワークの進展により、無線ＩＰコアに対するデータレート向上・高感度・低電力の要求はますます高まっており、これら要求を満たす上で回路のディジタルＣＭＯＳ化、制御・信号処理のディジタル化を進めたＲＦ回路がこれまで提案されてきた。ただこれら要求を満たすための回路動作速度の向上、低雑音化は、消費電力の増大を招く。【０００３】
ここでさらなる低電力化を図るため、従来においては、回路駆動で用いられた電荷を後段処理を行う回路で再利用して、低電力化を図る方法が用いられてきた。非特許文献１に記載されている「カレントリユース（電流再利用）」と呼ばれるこの方式の従来例を図１に示す。【０００４】
この従来例は、無線受信回路の初段付近で用いられている低雑音増幅器とダウンコンバートミキサ（以下、ミキサ）の低電力化に関わるものである。従来においては低雑音増幅器とミキサは個別の独立したブロックとして設計されるものであり、回路電流も低雑音増幅器とミキサとで個別に流れるものである。またミキサの動作は一般的には下記に示すものである。つまり、低雑音増幅器からミキサへ入力された信号の電圧値を、トランスコンダクタンスアンプを介して電流値に変換し、外部から入力されるスイッチング信号で発生する電気抵抗に応じて上記電流値を適宜開放または絞る等の制御を加えて、スイッチング信号とミキサ入力信号を混合させ、周波数の変換を図る。【０００５】
ここで図１において、低雑音増幅器１０１と、ミキサのトランスコンダクタンスアンプ部１０４を縦積みとし、低雑音増幅器１０１を流れた回路電流を、ミキサのトランスコンダクタンスアンプ部１０４の回路電流として再利用すれば、回路電流１（１０５）は低雑音増幅器１０１とミキサのトランスコンダクタンスアンプ部１０４の処理を同時に行ったことになる。よってこのような電流の再利用により、ミキサで消費される回路電流としては、後段のスイッチング部１０６を流れる回路電流２（１０７）のみで済むことになる。【０００６】
ただ上記技術は、本質的には回路電源から供給される電力の消費効率を上げることであり、動作にあたってバッテリから供給している電源以上の電力を回路が得ることはできないという限界がある。【０００７】
この限界を超えるため、バッテリ以外から電力を獲得することが考えられる。代表的な従来技術は非特許文献２に示される無線タグ受信器であり、図２に構成図を示す。リーダ／ライタ２０１から無線タグ２０３へ供給された電磁波は全波整流器２０４で交流から直流に整流された後、内部電圧制御２０６、ブースタ２０７で回路電源として好適な品質に安定化・昇降圧された上、電流モード復調器２０９やロジック２１０など内部回路の電源として供給される。ここでの交流から直流への変換効率は、図３に構成が示される全波整流器の中に含まれるＰＭＯＳ整流ダイオード３０１、ＮＭＯＳ整流ダイオード３０２の素子サイズ最適化や、整流ダイオードに入力される前の寄生容量等による損失を抑えることで高められる。ただこの例においては、データ送受信に用いている電磁波と、電力供給に用いている電磁波とを、時間・周波数帯域の両面で分割して送っている。これらのデータ送受信用電磁波の一部を電力供給として活用すれば、従来は熱エネルギなどの形で捨てていた電力をＬＳＩ内で回生させて、バッテリ寿命の延伸あるいは完全バッテリレス動作を図ることが可能になる。特に無線通信ＬＳＩにおいては、実データ送受信に用いられる所望信号成分以外の電磁波も受信するため、この所望外の電磁波を電力として有効に活用すれば、バッテリ供給分以上の電力を得られる。【０００８】
また、特許文献１には、ディジタル変調された電気信号を入力し、所望の復調信号を得る受信装置が記載されている。【０００９】
特許文献２には、伝送信号の中からディジタル変調信号を取り出し誤り訂正を行った後、元の情報に復元するＣＡＴＶ伝送システムが記載されている。【００１０】
特許文献３には、全波整流回路の後段に帯域阻止フィルタを設け直流出力電力のリップルを効果的に低減する交流直流変換器が記載されている。【００１１】
さらに、特許文献４には、受信した高周波信号をフィルタを通過させた後、分配回路により受信信号から電力を生成する回路と、受信信号から復調を行う回路と、に分配するＲＦデバイスが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】国際公開第２００６／０４６６３２号パンフレット
【特許文献２】特開２０００−０８３２３１号公報
【特許文献３】特開２００６−２１１８５５号公報
【特許文献４】特開２００７−２８１７６８号公報
【特許文献５】国際公開第２００９／０３８０３４号パンフレット
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】Microwave and Wireless Components Letters, Volume 16, Issue 4, April 2006 Page(s):206 - 208
【非特許文献２】国際固体回路会議２００６予稿集  講演番号１７．２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上記特許文献１〜５及び非特許文献１〜２の全開示内容はその引用をもって本書に繰込み記載する。
以下に本発明による関連技術の分析を与える。
上記、非特許文献１、２を参照して説明した従来の無線受信回路の低電力化には、以下の問題点がある。【００１５】
まず第一に、上記非特許文献１を用いて説明したカレントリユース（電流再利用）による無線回路の低電力化技術においては、アンプの電力変換効率の向上や熱雑音の混入による受信感度低下を抑える等、バッテリから供給される電力の利用効率を高める効果があるものの、この電力高効率化には限界がある。その理由は、本質的には回路電源から供給される電力の消費効率を上げることであり、バッテリから供給している電源以上の電力を回路が得ることはできないという限界があるためである。【００１６】
第二に、上記非特許文献２を用いて説明した無線タグにおける電力供給においては、非特許文献１の場合と比較してバッテリから供給される電力以上の電力を回路が得ることができる、または受信回路のバッテリレス化を図ることができるが、低電力動作性を保持したままデータ伝送速度を上げることは難しいという難点がある。その理由は、本質的にダイオード整流による電力変換と従来の無線受信技術を組み合わせたものであり、データレートを向上させて回路消費電力が増大するに従い、電源側は復調側とは別途に給電量の向上を図る必要があるためである。【００１７】
一方でアプリケーションにおける現実としては、所望の通信が行われている成分まで回路電力に変換して、信号対雑音の電力比など通信品質を損なうことなく遠距離伝送を可能とすることが重要である。また、周波数多重信号と電力変換を協調動作させてシングルキャリア伝送に限定されることを回避する等、通信広帯域化の可能性を閉ざさないことも重要である。上記先行技術文献のいずれにも、周波数多重受信器の低消費電力化については記載されていない。【００１８】
以上を踏まえて本発明の目的は、周波数多重受信器の低電力化を図ることにある。特に、複数の周波数で多重化された受信信号について、必要な情報の受信を逃すことなく、低電力化を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の１つの側面による周波数多重受信器は、複数の周波数で多重化された電気信号が入力される周波数多重受信器であって、第一のフィルタと、前記第一のフィルタとは異なる周波数特性を有する第二のフィルタと、入力された電気信号から復調データを取り出すための受信部と、前記入力された電気信号を直流信号に変換し回路動作に必要な電力を得るための交流直流変換部と、を備え、前記複数の周波数のうち、前記第一又は第二のフィルタを通過した第一の周波数を前記受信部に入力し復調データを取り出す動作と、前記第一の周波数を前記交流直流変換部に入力し電力を得る動作と、を時分割で行い、かつ、前記時分割動作と並行して、前記複数の周波数のうち、前記第二又は第一のフィルタを通過した第二の周波数を前記受信部に入力し復調データを取り出す動作と、前記第二の周波数を前記交流直流変換部に入力し電力を得る動作とを時分割で行うことを特徴とする。【００２０】
本発明の別な側面による周波数多重受信器は、複数の周波数で多重化された電気信号が入力される周波数多重受信器であって、前記複数の周波数それぞれに対して、入力された電気信号から対応する周波数を選択して通過させる帯域通過フィルタと、前記帯域通過フィルタを通過した信号から復調を行う無線受信部と、を備え、前記帯域通過フィルタは前記無線受信部で復調を行わないときに入力された電気信号を直流信号に変換し回路動作に必要な電力を得る交流直流変換部として機能する帯域通過フィルタ兼交流直流変換部であって、前記無線受信部と、帯域通過フィルタ兼交流直流変換部と、を前記複数の周波数それぞれの周波数に対して設けたことを特徴とする。【００２１】
本発明のさらに別な側面による周波数多重受信器の動作方法は、複数の周波数で多重化された電気信号を入力し各周波数成分の信号を復調する周波数多重受信器の動作方法であって、前記周波数多重受信器は、第一のフィルタと、前記第一のフィルタとは異なる周波数特性を有する第二のフィルタと、入力された電気信号から復調データを取り出すための受信部と、前記入力された電気信号を直流信号に変換し回路動作に必要な電力を得るための交流直流変換部と、を備え、前記複数の周波数のうち、前記第一又は第二のフィルタを通過した第一の周波数を前記受信部に入力し復調データを取り出す動作と、前記第一の周波数を前記交流直流変換部に入力し電力を得る動作とを時分割で行い、かつ、前記時分割動作と並行して、前記複数の周波数のうち、前記第二又は第一のフィルタを通過した第二の周波数を前記受信部に入力し復調データを取り出す動作と、前記第二の周波数を前記交流直流変換部に入力し電力を得る動作とを時分割で行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、周波数多重受信器の低電力化を実現できる。その理由は、複数の周波数で多重化された受信信号のうち、復調動作に用いていない周波数の受信信号を電力として用いることができるからである。また、復調動作に用いる周波数と電力として用いる周波数を時分割で入れ替えることができるので、必要な情報の受信を逃すことなく、低電力化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】従来の電流再利用技術を示す回路図である。
【図２】従来の無線タグ受信器のブロック図である。
【図３】無線タグ受信器に含まれる従来の全波整流器のブロック図である。
【図４】本発明の一実施例による周波数多重受信器のブロック図である。
【図５】本発明の一実施例による帯域可変フィルタの動作図である。
【図６】本発明の別な実施例による周波数多重受信器のブロック図である。
【図７】本発明の別な実施例における帯域通過フィルタ兼交流直流変換部の機能の切り替えを説明する図である。
【図８】本発明の別な実施例による動作図である。
【図９】本発明のさらに別な実施例による動作図である。
【図１０】本発明の別な実施例による周波数多重受信器のより一般的なブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の実施形態について、必要に応じて図面を参照して説明する。
【００２５】
本発明の一実施形態の周波数多重受信器は、例えば、図４、又は、図６に示すように、複数の周波数で多重化された電気信号が入力される周波数多重受信器であって、第一のフィルタ（４０１、６０１）と、第一のフィルタとは異なる周波数特性を有する第二のフィルタ（４０２、６０２）と、入力された電気信号から復調データを取り出すための受信部（４０３、６０３、６０４）と、入力された電気信号を直流信号に変換し回路動作に必要な電力を得るための交流直流変換部（４０５、６０１、６０２）と、を備え、前記複数の周波数のうち、第一又は第二のフィルタを通過した第一の周波数（例えば図５、８、９のｆ１）を受信部に入力し復調データを取り出す動作（図５、図８の前半、図９のデータシンボル期間２、３）と、第一の周波数（例えばｆ１）を交流直流変換部に入力し電力を得る動作（図５、図８の後半、図９のデータシンボル期間１）と、を時分割で行い、かつ、上記時分割動作と並行して、複数の周波数のうち、前記第二又は第一のフィルタを通過した第二の周波数（例えば図５、８、９のｆ２）を受信部に入力し復調データを取り出す動作（図５の後半、図８の前半、図９のデータシンボル期間３）と、第二の周波数を前記交流直流変換部に入力し電力を得る動作（図５の前半、図８の後半、図９のデータシンボル期間１、２）とを時分割で行う。
【００２６】
また、本発明の一実施形態の周波数多重受信器は、図４に示すように、第一のフィルタ４０１は、出力が受信部４０３の入力に接続され、複数の周波数のうち選択した一つの周波数を通過させる帯域可変通過フィルタであって、第二のフィルタ４０２は、出力が前記交流直流変換部４０５に接続され、選択した一つの周波数を阻止する帯域可変阻止フィルタとしてもよい。
【００２７】
また、本発明の一実施形態の周波数多重受信器は、図５に示すように、第一のフィルタ４０１を通過した第一の周波数の復調が完了次第、前記第一のフィルタ４０１の通過周波数帯域を第二の周波数ｆ２に、前記第二のフィルタ４０２の阻止周波数帯域を第二の周波数ｆ２に切り替えて第二の周波数の復調を行い、以下順次周波数帯域を切り替えて、データシンボル期間内に前記複数の周波数の復調を行うものであってもよい。
【００２８】
すなわち、周波数多重受信器の受信周波数が３以上であっても、そのうち、選択した１つの周波数の復調を第一のフィルタ４０１と受信部４０３で行い、それ以外の周波数成分について、第二のフィルタ４０２と交流直流変換部４０５によって電力を得ることができる。
【００２９】
また、本発明の一実施形態の周波数多重受信器は、図６に示すように、交流直流変換部は、第一のフィルタと時分割で機能を切り替える第一の交流直流変換部６０１と第二のフィルタと時分割で機能を切り替える第二の交流直流変換部６０２とを備え、受信部は第一のフィルタの出力に接続された第一の受信部６０３と第二のフィルタの出力に接続された第二の受信部６０４とを備え、第一の受信部６０３で復調を行わないときに第一のフィルタ６０１は第一の交流直流変換部として機能し、第二の受信部６０４で復調を行わないときに第二のフィルタ６０２は第二の交流直流変換部として機能するものであってもよい。
【００３０】
また、本発明の一実施形態の周波数多重受信器は、図６、図８に示すように、第一のフィルタ６０１が、第一の周波数ｆ１の帯域通過フィルタ兼交流直流変換部であって、第二のフィルタ６０２が、第二の周波数ｆ２の帯域通過フィルタ兼交流直流変換部であってもよい。
【００３１】
また、本発明の一実施形態の周波数多重受信器は、図１０に示すように、複数の周波数で多重化された電気信号が入力される周波数多重受信器であって、複数の周波数それぞれに対して、入力された電気信号から対応する周波数を選択して通過させる帯域通過フィルタ（６０１、６０２、６０５）と、帯域通過フィルタを通過した信号から復調を行う無線受信部（６０３、６０４、６０６）と、を備え、帯域通過フィルタ（６０１、６０２、６０５）は無線受信部（６０３、６０４、６０６）で復調を行わないときに入力された電気信号を直流信号に変換し回路動作に必要な電力を得る交流直流変換部として機能する帯域通過フィルタ兼交流直流変換部（６０１、６０２、６０５）であって、無線受信部と、帯域通過フィルタ兼交流直流変換部と、を複数の周波数それぞれの周波数に対して設けたものであってもよい。
【００３２】
さらに、本発明の一実施形態の周波数多重受信器は、図７に示すように、各帯域通過フィルタ兼交流直流変換部（図６、図１０の６０１、６０２、６０５）は、ドレインソースの一方が入力端子４０８に他方が出力端子に接続されたＭＯＳトランジスタ（７０１、７０４）と、出力端子と固定電位との間に接続された容量素子(７０３、７０５)と、を含み、帯域通過フィルタとして機能させるときは、ＭＯＳトランジスタのゲートがサンプリングクロックに接続され、交流直流変換部として機能させるときは、前記ＭＯＳトランジスタのゲートが入力端子４０８に接続されるものであってもよい。
【００３３】
また、本発明の一実施形態の周波数多重受信器は、図８に示すように、各帯域通過フィルタ兼交流直流変換部（図６、図１０の６０１、６０２、６０５）はそれぞれ対応する周波数成分の復調が完了次第、データシンボル期間内において交流直流変換部に機能を切り替えるものであってもよい。
【００３４】
また、本発明の一実施形態の周波数多重受信器は、図９に示すように、各帯域通過フィルタ兼交流直流変換部（図６、図１０の６０１、６０２、６０５）がデータシンボル期間を切り替えの最小単位として、任意に帯域通過フィルタ機能と交流直流変換機能を切り替えて復調動作又は電力回生動作を行えるようにしたものであってもよい。
【００３５】
また、本発明の一実施形態の周波数多重受信器の動作方法は、図４〜６、図８〜１０に示すように、複数の周波数で多重化された電気信号を入力し各周波数成分の信号を復調する周波数多重受信器の動作方法であって、周波数多重受信器は、第一のフィルタ（４０１、６０１）と、第一のフィルタとは異なる周波数特性を有する第二のフィルタ（４０２、６０２）と、入力された電気信号から復調データを取り出すための受信部（４０３、６０３、６０４、６０６）と、入力された電気信号を直流信号に変換し回路動作に必要な電力を得るための交流直流変換部（４０５、６０１、６０２、６０５）と、を備え、複数の周波数のうち、第一又は第二のフィルタを通過した第一の周波数ｆ１を受信部（４０３、６０３）に入力し復調データを取り出す動作（図５、図８前半、図９データシンボル期間２と、第一の周波数ｆ１を交流直流変換部（４０５、６０１）に入力し電力を得る動作とを時分割で行い、かつ、上記時分割動作と並行して、複数の周波数のうち、第二又は第一のフィルタを通過した第二の周波数ｆ２を受信部（４０３、６０３）に入力し復調データ（例えば４０４）を取り出す動作と、第二の周波数ｆ２を交流直流変換部（４０５、６０２）に入力し電力を得る動作とを時分割で行うものであってもよい。
【００３６】
以下、実施例に即し、図面を参照して詳しく説明する。
【実施例１】
【００３７】
図４は実施例１による周波数多重受信器の構成を示すブロック図である。まず初めに、無線通信において受信した周波数多重信号は、信号入力端子４０８から並列に置かれた帯域可変フィルタＡ（４０１）と帯域可変フィルタＢ（４０２）へ同時に入力される。帯域可変フィルタＡ（４０１）において透過した周波数帯域の信号は無線受信部４０３へと送られ、無線受信部４０３において復調データ４０４としてディジタル信号が出力される。一方で帯域可変フィルタＢ（４０２）において透過した周波数帯域の信号は交流直流変換部４０５へと送られ、電力へ変換される。ここで得られた電力はバッテリ４０６から供給される電力と併せて回路電源４０７へ送られる。この回路電源４０７から無線受信部４０３や帯域可変フィルタＡ（４０１）、帯域可変フィルタＢ（４０２）などへ電力が供給される。【００３８】
本構成の特徴として、無線信号をディジタルデータへ復調するブロックである帯域可変フィルタＡ（４０１）および無線受信部４０３と、無線信号を電力へ変換する帯域可変フィルタＢ（４０２）および交流直流変換部４０５とを分けており、周波数多重度に関係なく無線受信部は１つのみであることが挙げられる。【００３９】
次に、図４の構成例に加え図５も参照しつつ、本実施例の電力回生を伴う周波数多重受信器の動作について詳細に説明する。ここでは、空間を飛来する電磁波としての無線信号を、アンテナなどにおいて電気信号に変換した後の信号を扱うものとする。また、ここでは２つの周波数ｆ１、ｆ２が多重化された信号を扱うものとし、ｆ１にはデータ１が、ｆ２にはデータ２が、それぞれディジタル変調として載せられているものとする。なお、ここでは説明を簡略化するため周波数多重度をｆ１、ｆ２の２つのみとしているが、これにより本発明の多重度の数に制限が加わるわけではない。【００４０】
上記のｆ１、ｆ２で多重化された信号が、まず帯域可変フィルタＡ（４０１）、Ｂ（４０２）の両者に同時に入力され、それぞれのフィルタ特性に応じた処理を受ける。図５に示すのは、動作の各段階における帯域可変フィルタＡ、Ｂの特性である。動作当初の段階での帯域可変フィルタＡ、帯域可変フィルタＢの特性は、図５の左側に示されている。つまりこの段階において、帯域可変フィルタＡはｆ１に対して低インピーダンスで損失なく透過させるが、ｆ２に対しては高インピーダンスとして見えている。一方で帯域可変フィルタＢについては、ｆ２に対して低インピーダンスであるが、ｆ１に対しては高インピーダンスとして見えている。この結果、無線受信部４０３へ入力されるのは主にｆ１の成分であり、交流直流変換部４０５へ入力されるのは主にｆ２の成分となる。ｆ１、ｆ２それぞれについて低インピーダンスの逃げ道があるため、熱エネルギに変換されて信号劣化または熱放散で損失となる成分は抑えられる。【００４１】
ここで、帯域可変フィルタＡに求められる特性であるが、ｆ２を阻止した上、ｆ１のみを低損失で通して無線受信部に出力すれば、所望のデータ１の復調が可能になるので、ｆ１の帯域を選択的に通すバンドパスフィルタ型となる。一方で帯域可変フィルタＢに求められる特性であるが、ｆ１の通過のみを阻止するバンドストップ型となる。その理由は、ｆ１をここで通過させてしまえば、電力として変換されるｆ１の成分が生じ、その分帯域可変フィルタＡへ流れるｆ１の成分が減少する。【００４２】
その結果、無線受信部で復調される際にデータ１が有する信号対雑音の電力比が減少して、復調特性の劣化に繋がるからである。また、ｆ１を除けば、全ての帯域をこの帯域可変フィルタＢで通過させるべきである。無線信号を受信する側は、ｆ１、ｆ２のような周波数多重信号以外に、異規格・異端末から飛来する妨害波も同時に受信するため、電力変換可能な電磁波からのエネルギは全て集めるべきであるためである。ここで、妨害波の電力は場合によっては所望波電力の１０００倍以上に達するため、電力回生に供するに超したことはないが、常にこのような有用な妨害波が飛来するとは限らず、通信環境によっては期待した低電力化が図れない場合がある。ただ、周波数多重伝送の場合は復調する信号以外に、常に同等強度を有する複数の電磁波が飛来するため、安定した電力回生が期待できる。ここで示された動作により、従来技術においては、このような周波数多重その他での不要な成分は、フィルタで除去して熱雑音に変換していたものである。このことから本発明の提案技術は、データレートなど通信品質を損なうことなく、熱として不可逆的にＬＳＩ外に放散していたエネルギを、回路内で利用できる形に変換して利用可能とするものであることが分かる。【００４３】
この後、帯域可変フィルタＡから出力された成分であるｆ１は、従来の無線受信技術と同じ構成を採る無線受信部へと入力され、ディジタルデータへ復調される。【００４４】
ここで、無線受信部はデータシンボル期間の半分の時間で復調を済ませ、ディジタルデータを出力する必要がある。データシンボル期間内の半分の時間で復調を済ませるための具体的な回路動作については、背景技術に記載した特許文献１又は特許文献５に示す例に従う。【００４５】
並行して、帯域可変フィルタＢから出力されたｆ１以外の成分、主にｆ２は、交流直流変換にて、電磁波から回路電源として利用可能な直流電力へと変換される。本構成で用いられる交流直流変換は、図３のＰＭＯＳ整流ダイオード３０１、ＮＭＯＳ整流ダイオード３０２による全波整流を経て、デカップリング容量（正）３０３、デカップリング容量（負）３０４による平滑化、低インピーダンスでの安定な電力の出力まで、従来構成を用いたので構わない。ただ通信状態によっては、この交流直流変換で電力回生を受ける電力では回路供給電力として不足する場合があるので、バッテリによる供給電力も併せて回路電源とする。この回路電源で回路動作に必要な昇降圧、安定化の処理を受けた後、帯域可変フィルタＡ、帯域可変フィルタＢ、無線復調部のように電力供給を必要とする部位へ送られる。【００４６】
上記の一連の処理が続いて、データシンボル期間の半分の時間が過ぎた後、帯域可変フィルタＡと帯域可変フィルタＢは図５の右側に示されるように特性が切り替えられる。この切り替えによって、無線受信部にはｆ２が、交流直流変換にはｆ２以外の成分、主にｆ１が流れるようになる。この結果、切り替え前には直流電源として回路電源に供されていた周波数成分ｆ２が復調に回され、データ２が取得できるようになる。またｆ１は切り替え前にデータ１の取り出しが終わっているので、今度は交流直流変換の上、回路電源へ供されることになる。この切り替えによりｆ１、ｆ２それぞれで受ける処理が入れ替わるだけであり、データ復調や電力抽出などの動作自体に変更はない。図４で言えば、帯域可変フィルタＢから交流直流変換、バッテリと併せた回路電源が電力の流れ、帯域可変フィルタＡから無線受信部までがデータの流れである。【００４７】
次に、本実施例の効果について説明する。本実施例によれば、帯域可変フィルタＢから交流直流変換を含む電力処理と、帯域可変フィルタＡから無線受信部までのデータ処理とが区別されている。このため、上記動作説明においては周波数多重度は２つのみであったが、これが３、４と順次増えても回路に本質的な差は生じない。このため、回路面積の増大を抑えつつデータレートを向上させる必要がある際に、有効な実施の形態であるといえる。【００４８】
ただ周波数多重度をＮとすると、１つのサブキャリアの復調にかけられる時間はデータシンボル期間／Ｎとなり、１ビットあたりのエネルギ、およびそこから導出される信号対雑音の電力比が低下してしまう。このことより、ＬＳＩコストを抑える要求よりも長距離へ無線信号を伝送する要求のほうが強い場合には、後述の実施例２の形態を採用することが望ましい。
【実施例２】
【００４９】
図６は、実施例２による周波数多重受信器のブロック図である。ここでは前述した実施例１の形態と異なる構成についてのみ説明する。図６において、実施例１の形態と異なる点は、帯域可変フィルタと交流直流変換の機能が１つの回路内で共用され、帯域通過フィルタ兼交流直流変換部とされた上、このフィルタと無線受信部がそれぞれ周波数多重度と同数だけ置かれていて、帯域通過フィルタ兼交流直流変換部１（６０１）、帯域通過フィルタ兼交流直流変換部２（６０２）、無線受信部１（６０３）、無線受信部２（６０４）とされている点である。【００５０】
帯域通過フィルタ兼交流直流変換部を回路で実現する際の構成の例を、図７に示す。サンプリング回路として帯域選択フィルタを構成する際には、サンプリングスイッチとしてのＮＭＯＳゲート７０１にサンプリングクロック７０２を入力し、同クロックで規定されるタイミング関係によって離散処理フィルタを形成する。値はサンプリング容量７０３で保持される。次に、このサンプリングスイッチとしてのＮＭＯＳゲートを、サンプリングクロックでなくＮＭＯＳソースドレインの一方と短絡するように接続変更することにより、整流ダイオード７０４を形成することも可能である。フィルタ動作時のサンプリング容量７０３は、整流ダイオード７０４の後に続くデカップリング容量７０５となる。以上のようにＮＭＯＳと容量で構成された回路において、ＮＭＯＳゲート接続先を切り替えることにより、離散処理フィルタおよび交流直流変換の２つの機能を容易に切り替えることが可能である。【００５１】
この図６においても実施例１の図４と同様、説明を簡略化するために周波数多重度を仮に２としているが、これにより実現できる多重度の数に制限が加わるわけではない。【００５２】
次に、実施例２の動作について説明する。ここでは前述した実施例１と異なる動作について、図６と図８を併せて参照しながら説明する。この第二の実施の形態においても、ｆ１、ｆ２で多重化された信号は帯域通過フィルタ兼交流直流変換部６０１、６０２へそれぞれ同時に入力され、各フィルタ特性に応じた処理を受ける。ただ、この動作当初の段階では各フィルタともバンドパスフィルタ特性を持ち、帯域通過フィルタ６０１はｆ１のみ、帯域通過フィルタ６０２はｆ２のみを透過させる特性を持つ。フィルタ６０１を透過したｆ１は無線受信部１へ、フィルタ６０２を透過したｆ２は無線受信部２へそれぞれ送られ、それぞれ復調データ１、２を得る。実施例１においては、復調を行うｆ１を取り出すフィルタと、電力抽出を行うｆ１以外を取り出すフィルタの２つに分かれており、それぞれ後段のデータ復調と電力変換を並列して行っていたが、本実施例では、動作当初においてｆ１、ｆ２ともにまずデータ復調を済ませる点が異なる。この動作段階は、所望の復調品質でデータ復調が完了するまで続けられ、周波数多重度によりこの期間は制約を受けない。この点、実施例１においてデータシンボル期間／周波数多重度の間でデータ復調を完了させる必要があったのと異なる。【００５３】
上述のデータ復調が完了次第、帯域通過フィルタ兼交流直流変換部６０１、６０２はそれぞれ、図７に示されるように整流ダイオードとデカップリング容量へ機能を切り替えられ、交流直流変換の役割を果たす。この際、帯域通過フィルタ兼交流直流変換部６０１、６０２の出力も、無線受信部１、２から回路電源へと切り替えられる。【００５４】
以上から、データ復調と電力変換を並列して行う実施例１と、全てのサブキャリアにおいてデータ復調を済ませた後で電力変換を行う本実施例において動作の面でも相違はあるが、従来は熱として捨てていたエネルギを直流電力に変換して回路電力として活用する点は、実施例１と同様である。【００５５】
図６では、周波数多重度が２の場合のブロック図を示したが、周波数多重度が３以上の場合の一般的な構成のブロック図を参考までに図１０に示す。図１０に示すように、周波数多重度が３以上の場合は、その周波数多重度の数（ｎ）に合わせて、並列に接続する帯域通過フィルタ兼交流直流変換部と、無線通信部の数を増やせばよい。そして、それぞれの帯域通過フィルタ兼交流直流変換部は、受信データの復調が必要なときは帯域通過フィルタとして機能させ、受信データの復調が必要でないときは交流直流変換部として機能させ電力を供給させることによって、周波数多重受信器において、必要な情報の受信を逃すことなく、全体として低消費電力化を図ることができる。
【実施例３】
【００５６】
なお、実施例２の動作の説明では、１つのデータシンボル期間の中で受信側のデータ復調と電力変換とを切り替えるものであった。つまり、送信側においては特に通信環境に応じてデータ送信方法を変えることなく、ｆ１、ｆ２に対し通信の全期間を通してデータ１、データ２を割り当てることに変化はない、という前提があった。ここで、送信側においても通信環境・バッテリ残量に応じて適応的にｆ１、ｆ２へ割り当てるデータの種類を変えると、周波数多重伝送の特徴を生かしてさらに細やかな電力最適化を図ることができる。この実施例３の具体的な動作について、図９の動作図に示す。なお、実施例３の回路構成は図６に示す実施例２の回路構成と同一である。実施例２と実施例３の相違は、各周波数に対してデータ復調を行うか、電力変換を行うかの動作の切り替えの違いだけである。【００５７】
実施例３では、図９に示すように、まず通信開始にあたり、送信側からｆ１、ｆ２それぞれについてデータ変調のなされていない電磁波を飛ばす。この場合、ｆ１、ｆ２ともに実際のデータ通信には寄与していないため、受信側では帯域通過フィルタ兼交流直流変換部１、２それぞれについて交流直流変換を行って電磁波から電力を抽出し、バッテリから供給される電力と併せて回路電源とする。この動作をデータシンボル期間１で継続する。【００５８】
次に、データシンボル期間２において、送信側でｆ１に対し変調をかけてデータ１が乗るようにする。これにより、ｆ２はデータ通信ではなく電力供給に寄与することは変更ないが、ｆ１は電力供給の役割を終え、データ通信に寄与することになる。この場合、帯域通過フィルタ兼交流直流変換部１は無線受信部１へ、帯域通過フィルタ兼交流直流変換部２はデータシンボル期間１と同様に交流直流変換を行って、回路電源へ電力を供給する。【００５９】
次に、データシンボル期間３において、送信側でｆ２に対しても変調をかけてデータ２が乗るようにする。これによりｆ２も電力供給の役割を終え、データ通信に寄与するようになる。この場合、帯域通過フィルタ兼交流直流変換部１は無線受信部１へ、帯域通過フィルタ兼交流直流変換部２は無線受信部２へ出力され、それぞれ復調データ１、復調データ２を得る。【００６０】
この動作により、通信が開始されたばかりで電力回生量が少なく、バッテリ以外の回路内の電力が不足している状況下では電力を専用に飛ばすサブキャリアのみを送り、通信時間が経過して電力回生量が増えるにしたがって、電力を専用に飛ばすサブキャリアの割合を徐々に減らしてデータ変調のかかったサブキャリアを増やすことが可能になる。【００６１】
本動作を拡張すれば、周波数多重通信において変調をかけた通信用サブキャリアだけでなく電力伝送用のサブキャリアを埋め込むことも可能である。この場合、通信用サブキャリアと電力伝送用サブキャリアの比率を、伝送状態や無線装置の持っている電源量に応じてスケーラブルに変えることが可能である。例えば、通信開始時はデータ変調をかけていない電力伝送用のサブキャリアを多数配置しておき、時間が経過して電荷が蓄積されれば通信用サブキャリアを増やしてデータ送受を増やす、といった適応的電力埋め込み伝送が可能となる。【００６２】
また、一律に通信用サブキャリアと電力伝送用サブキャリアの比を決めるのではなく、遠距離に飛ばす場合でも電力回生量を増やしたい場合は電力伝送用サブキャリアの比率を大きくするなど、伝送環境に応じ適応的に決めることも容易に可能である。【００６３】
次に、実施例２及び実施例３の回路構成を採用した場合の固有の効果について説明する。周波数の多重度と同数の帯域通過フィルタ兼交流直流変換部および無線受信部を用意する点で、実施例１の回路構成に比べてＬＳＩコスト増に繋がる。一方で、周波数多重度に関係なくデータ復調期間が取れるため、信号対雑音の電力比を犠牲にする必要がない。このため、無線伝送距離を長くとりたい場合に有効である。【００６４】
上記各実施例で説明したように、本発明の開示によれば、従来構成の無線受信器では達成できない低電力動作性を得ることができる。その理由は、従来は受信した妨害波または周波数多重成分を、フィルタ回路で熱エネルギに変換し、雑音として通信に必要とされる信号対雑音比に織り込む、あるいはＬＳＩ外に放散する、などエネルギとして捨てていたが、本発明においては交流→直流変換により回路供給電源として使用可能な形に変換し、捨てることなく回路の中で活用することが可能となるためである。【００６５】
さらに本発明の開示によれば、周波数多重伝送を生かして通信の消費電力・伝送レートをスケーラブルに変えることができる。その理由は、周波数多重伝送においては常に複数のサブキャリアが送信側より飛来しており、その中の幾つかを通信用、残りをデータの乗っていない電力伝送用として割り当てれば、それらの比率により供給電力と伝送レートが決まるからである。さらにその比率を伝送状態やチップのバッテリ残量に応じてスケーラブルに変えることも容易である。【００６６】
以上、本発明を実施例に即して説明したが、本発明は上記実施例の構成にのみ制限されるものでなく、本発明の範囲内で当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。
本発明の全開示（請求の範囲を含む）の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の請求の範囲（クレーム）の枠内において、種々の開示要素の多様な組み合せないし選択が可能である。
【符号の説明】
【００６７】
１０１：低雑音増幅器
１０２：低雑音増幅器入力
１０３：低雑音増幅器出力
１０４：ミキサ（トランスコンダクタンスアンプ部）
１０５：回路電流１
１０６：ミキサ（スイッチング部）
１０７：回路電流２
１０８：スイッチ信号
１０９：ミキサ出力
２０１：リーダ／ライタ
２０３：無線タグ
２０４：全波整流器
２０５：保護回路
２０６：内部電圧制御
２０７：ブースタ
２０８：不揮発性メモリ
２０９：電流モード復調器
２１０：ロジック
２１１：電圧制御発振器
２１２：変調器
３０１：ＰＭＯＳ整流ダイオード
３０２：ＮＭＯＳ整流ダイオード
３０３：デカップリング容量（正）
３０４：デカップリング容量（負）
４０１：帯域可変フィルタＡ
４０２：帯域可変フィルタＢ
４０３：無線受信部
４０４：復調データ
４０５：交流直流変換部
４０６：バッテリ
４０７：回路電源
４０８：信号入力端子
６０１：帯域通過フィルタ兼交流直流変換部１
６０２：帯域通過フィルタ兼交流直流変換部２
６０３：無線受信部１
６０４：無線受信部２
６０５：帯域通過フィルタ兼交流直流変換部ｎ
６０６：無線受信部ｎ
７０１：サンプリングスイッチ
７０２：サンプリングクロック
７０３：サンプリング容量
７０４：整流ダイオード
７０５：デカップリング容量
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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