(57)【要約】【課題】抵抗器で構成されるアッテネータを用いること無く、受信信号の信号レベルをゲイン調整できる受信装置及び通信システムを提供すること。【解決手段】この受信装置１は、伝送媒体との間で静電容量を形成する入力電極１１と、インダクタ２１及び共振用キャパシタ２２で構成される共振回路１２と、入力電極１１と共振回路１２とを容量結合する結合用キャパシタ１６と、共振回路１２の後段に接続される復調回路１４とを具備し、結合用キャパシタ１６に第１のバラクタダイオード１７を直列接続し、復調回路１４に入力される信号レベルの大きさに応じて第１のバラクタダイオード１７の容量値を変更するように構成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝送媒体との間で静電容量を形成する電極と、
インダクタ及び共振用キャパシタで構成される共振回路と、
前記電極と前記共振回路とを容量結合する結合用キャパシタと、
前記共振回路の後段に接続される復調回路とを具備し、
前記結合用キャパシタを可変容量素子で構成し、前記共振回路から出力される信号レベルの大きさに応じて前記結合用キャパシタの容量値を変更することを特徴とする受信装置。
【請求項２】
前記共振回路から出力される信号レベルの大きさとして、前記復調回路において測定される受信信号のＲＳＳＩ値を用いることを特徴とする請求項１記載の受信装置。
【請求項３】
前記共振用キャパシタを可変容量素子で構成し、前記結合用キャパシタの容量値の変化に対応して共振周波数が一定に保たれる方向に前記共振用キャパシタの容量値を変更することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の受信装置。
【請求項４】
前記受信信号のＲＳＳＩ値が大きくなるに従って、前記結合用キャパシタの容量値を小さくし、前記受信信号のＲＳＳＩ値が小さくなるに従って、前記結合用キャパシタの容量値を大きくすることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の受信装置。
【請求項５】
伝送媒体との間で静電容量を形成する電極と、
インダクタ及び共振用キャパシタで構成される共振回路と、
前記電極と前記共振回路とを容量結合する結合用キャパシタと、
前記共振回路の後段において、受信信号のＲＳＳＩ値を測定する測定手段と、
前記測定手段で測定されたＲＳＳＩ値に応じた出力電圧と第１の基準電圧との差分値を出力する第１の差動増幅回路と、
前記第１の差動増幅回路の出力信号が反転入力されると共に、前記第１の差動増幅回路の出力信号と第２の基準電圧との差分値を出力する第２の差動増幅回路と、
前記結合用キャパシタに直列接続される第１の可変容量素子と、を具備し、
前記第１の可変容量素子の容量値を前記第１の差動増幅回路の出力電圧で制御すると共に、前記共振キャパシタを構成する第２の可変容量素子の容量値を前記第２の差動増幅回路の出力電圧で制御することを特徴とする受信装置。
【請求項６】
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、前記伝送媒体との間に形成される静電容量を介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、請求項１から請求項５のいずれかに記載の受信装置で構成したことを特徴とする通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人体等の伝送媒体に誘導される電界を用いる電界通信用の受信装置及びその通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の技術発達に伴い、全く新しい通信技術として、人体等の伝送媒体に誘導される電界を用いる電界通信システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。かかる通信システムは、人体等の伝送媒体と、伝送媒体に対して情報信号を電界として付与する送信機と、伝送媒体を介して電界の変化を検出し、その電界の変化を情報信号に復調する受信機と、を備えて構成されている。送信機と伝送媒体との間及び受信機と伝送媒体との間は、静電容量を介して容量結合され、その容量結合を介して送信機と受信機との間で通信が行われる。
【０００３】
電界通信システムにおける受信機は、伝送媒体との間に生じる電界の変化を信号として入力する入力電極と、受信信号から所定の周波数の信号を抽出する共振回路と、入力電極と共振回路との間を結合する結合用キャパシタと、を備える。入力電極と伝送媒体とが接近した場合、入力電極と伝送媒体との間に静電容量が形成される。この静電容量は、伝送媒体と受信機との間の結合状態（近接状態）によって変化する。十分な静電容量が形成された場合、入力電極より電界の変化が受信信号として入力する。受信信号は、結合用キャパシタを介して、共振回路等で処理され電界の変化に応じた情報信号に変換される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第０８／０５４７５５号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、電界通信システムにおける受信機では、伝送媒体と入力電極との間の静電容量の変化に応じて受信信号の信号レベル（ゲイン）が変化する。従来の電界通信システムでは、変化する受信信号の信号レベルに対して検出感度を上げるため、入力インピーダンスがハイインピーダンスに保たれていた。
【０００６】
しかしながら、従来の電界通信システムでは、入力インピーダンスが大きく変動するため、抵抗器で構成されるアッテネータを用いてゲイン調整することが難しく、受信信号の信号レベルの調整が困難であった。
【０００７】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、抵抗器で構成されるアッテネータを用いること無く、受信信号の信号レベルをゲイン調整できる受信装置及び通信システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の受信装置は、伝送媒体との間で静電容量を形成する電極と、インダクタ及び共振用キャパシタで構成される共振回路と、前記電極と前記共振回路とを容量結合する結合用キャパシタと、前記共振回路の後段に接続される復調回路とを具備し、前記結合用キャパシタを可変容量素子で構成し、前記共振回路から出力される信号レベルの大きさに応じて前記結合用キャパシタの容量値を変更することを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、共振回路から出力される受信信号の信号レベルに応じて可変容量素子の調整することにより、受信信号の信号レベルの減衰量を調整することができ、抵抗器で構成されるアッテネータを用いること無く、受信信号の信号レベルを所定の値に調整することができる。
【００１０】
また本発明は、上記受信装置において、前記共振回路から出力される信号レベルの大きさとして、前記復調回路において測定される受信信号のＲＳＳＩ値を用いることを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、受信信号のＲＳＳＩ値に応じて信号レベルの減衰量を調整することができるので、復調回路が有する既存機能を利用して結合用キャパシタの容量値の調整量を調整でき、受信信号の信号レベルを自動ゲイン調整することができる。
【００１２】
また本発明は、上記受信装置において、前記共振用キャパシタを可変容量素子で構成し、前記結合用キャパシタの容量値の変化に対応して共振周波数が一定に保たれる方向に前記共振用キャパシタの容量値を変更することを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、結合用キャパシタの容量変化に伴って共振回路の共振容量が変化するが、結合用キャパシタの容量変化に連動して共振用キャパシタの容量値が変更されるので、結果として共振回路における共振容量を一定に維持することができ、共振回路の共振周波数を一定に保つことができる。また、共振回路の構成要素に製造時のバラツキがあったとしても共振用キャパシタの容量値で共振周波数を調整できる。
【００１４】
また本発明は、上記受信装置において、前記受信信号のＲＳＳＩ値が大きくなるに従って、前記結合用キャパシタの容量値を小さくし、前記受信信号のＲＳＳＩ値が小さくなるに従って、前記結合用キャパシタの容量値を大きくすることを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、受信信号の信号レベル大きい場合に結合用キャパシタの容量値を小さくすることにより、受信信号の信号レベルの減衰量を増大させることができ、信号レベルを減少させることができる。また、受信信号の信号レベルが小さくなるに従って、結合用キャパシタの容量値を大きくすることにより、受信信号の信号レベルの減衰量を減少させることができ、信号レベルを増大させることができる。したがって、受信信号の信号レベルを所望の値に調整することができる。
【００１６】
本発明の受信装置は、伝送媒体との間で静電容量を形成する電極と、インダクタ及び共振用キャパシタで構成される共振回路と、前記電極と前記共振回路とを容量結合する結合用キャパシタと、前記共振回路の後段において、受信信号のＲＳＳＩ値を測定する測定手段と、前記測定手段で測定されたＲＳＳＩ値に応じた出力電圧と第１の基準電圧との差分値を出力する第１の差動増幅回路と、前記第１の差動増幅回路の出力信号が反転入力されると共に、前記第１の差動増幅回路の出力信号と第２の基準電圧との差分値を出力する第２の差動増幅回路と、前記結合用キャパシタに直列接続される第１の可変容量素子と、を具備し、前記第１の可変容量素子の容量値を前記第１の差動増幅回路の出力電圧で制御すると共に、前記共振キャパシタを構成する第２の可変容量素子の容量値を前記第２の差動増幅回路の出力電圧で制御することを特徴とする。
【００１７】
この構成によれば、受信信号の信号レベルに応じて変化するＲＳＳＩ値に応じた出力電圧と基準電圧との差分値により第１の可変容量素子の容量値を調整できるので、ＲＳＳＩ値の変化に応じて受信信号の信号レベルを調整することができる。また、第１の差動増幅回路の出力信号と基準電圧との差分値により第２の可変容量素子の容量値を調整できるので、第１の可変容量素子の容量値の変化に応じて第２の可変容量素子の容量値を調整することができ、共振回路の共振周波数を一定に保つことができる。したがって、受信信号の信号レベル及び周波数を自動的に調整することができる。
【００１８】
本発明の通信システムは、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、前記伝送媒体との間に形成される静電容量を介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、上記受信装置を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、電界通信システムにおける受信装置において、抵抗器で構成されるアッテネータを用いること無く、受信信号の信号レベルをゲイン調整できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態に係る受信装置の回路構成図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る通信システムの概略構成図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る受信装置の信号レベルと周波数特性を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る受信装置の変形例の回路構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本実施の形態に係る受信装置１の回路構成図である。本実施の形態に係る受信装置１は、電界通信システムにおける受信機として用いられる。
【００２２】
本実施の形態に係る受信装置１は、伝送媒体との間で静電容量を形成する入力電極１１と、入力電極１１より入力した受信信号をフィルタ処理する共振回路１２と、フィルタ処理された受信信号を増幅する増幅回路１３と、増幅された受信信号から情報信号を復調する復調回路１４と、復調回路１４に内蔵したＲＳＳＩ測定回路で測定したＲＳＳＩ（Receive  Signal  Strength  Indicator  受信信号電界強度）値を取り込んで入力信号レベルを制御するマイコン１５とを主に備えて構成される。尚、本実施の形態では、ＲＳＳＩ値を復調回路１４に内蔵するＲＳＳＩ測定回路で測定しているが、ＲＳＳＩ値の測定は、共振回路１２の後段であれば復調回路１４の入力前であっても良く、例えば、増幅回路１３の前段で測定する構成としても良い。
【００２３】
入力電極１１と共振回路１２との間は、結合用キャパシタ１６を介して接続されている。結合用キャパシタ１６は、伝送媒体と受信機１との間を容量結合による粗結合で接続する。結合用キャパシタ１６は小容量で構成され、伝送媒体と受信機１との間の結合状態の変化を軽減する作用を奏する。結合用キャパシタ１６には、第１のバラクタダイオード１７が直列に接続されている。結合用キャパシタ１６と第１のバラクタダイオード１７との合成容量が入力電極１１と共振回路１２との間を結合する結合用キャパシタとして機能するので、上記合成容量を結合用キャパシタとして扱うことができる。第１のバラクタダイオード１７は直流カット用のキャパシタ１８を介して共振回路１２に接続される。第１のバラクタダイオード１７のカソードには、抵抗素子１９を介して第１のＤ／Ａコンバータ２０が接続され、バイアス電圧を印加できるように構成されている。本実施の形態では、受信信号の信号レベルに応じて第１のバラクタダイオード１７のカソードにバイアス電圧を印加し、第１のバラクタダイオード１７の容量値の調整により、受信信号の信号レベルの減衰量を調整可能に構成されている。
【００２４】
共振回路１２は、伝送路Ｌ１とグラウンドとの間に、インダクタ２１と、共振用のキャパシタ２２とで構成されるＬＣ並列共振回路が接続されている。キャパシタ２２に対して直列に第２のバラクタダイオード２３が接続されている。第２のバラクタダイオード２３のカソードには、抵抗素子２４を介して第２のＤ／Ａコンバータ２５が接続され、バイアス電圧を印加できるように構成されている。本実施の形態では、第１のバラクタダイオード１７の容量変化に応じて第２のバラクタダイオード２３の容量値を調整することにより、第１のバラクタダイオード１７の容量変化に対して所定の共振容量（共振周波数）が維持されるように構成されている。
【００２５】
共振回路１２は、キャパシタ２６を介して増幅回路１３に接続されている。尚、本実施の形態では、第２のバラクタダイオード２３の容量値の調整より、共振回路１２の共振容量を調整するが、インダクタ２１のインダクタンス値を可変可能に構成して共振回路１２の共振周波数を調整する構成にしても良い。
【００２６】
復調回路１４は、デコーダ回路等の後段回路に接続されると共に、マイコン１５に接続されている。復調回路１４では受信信号を復調して後段回路に出力すると共に、マイコン１５に受信信号のＲＳＳＩ値を出力する。マイコン１５は、第１のＤ／Ａコンバータ２０に接続されると共に、第２のＤ／Ａコンバータ２５に接続されている。マイコン１５は、復調回路１４から出力されたＲＳＳＩ値を検出し、ＲＳＳＩ値に応じて第１のＤ／Ａコンバータ２０及び第２のＤ／Ａコンバータ２５の出力電圧を制御する。本実施の形態では、入力信号レベルが大きい場合には、第１のＤ／Ａコンバータ２０から出力するバイアス電圧を増大させ、第１のバラクタダイオード１７の容量値を減少させて受信信号の減衰量を増大させる。一方、第１のバラクタダイオード１７の容量減少に伴う共振容量のシフトに対しては、第２のＤ／Ａコンバータ２５から出力するバイアス電圧を増大させて第２のバラクタダイオード２３の容量値を調整し、共振回路１２の共振容量を所望の受信周波数を維持する値に調整する。
【００２７】
次に、図３を参照して、第１のバラクタダイオード１７及び第２のバラクタダイオード２３の容量値の制御による受信信号の信号レベル及び共振周波数の変化について説明する。図３に示すように、共振回路１２の周波数特性は、中心周波数を頂点として凸状に分布する。図３の矢印Ｃ１に示すように、第１のバラクタダイオード１７の容量値を増減させた場合、受信信号の減衰量が増減して、信号レベルが変化する。また、第１のバラクタダイオードの容量値の変化に伴い、共振回路１２の共振周波数も矢印Ｃ２方向へ変化する。
【００２８】
次に、本実施の形態に係る受信装置１の動作について説明する。
伝送媒体から入力電極１１に入力する受信信号の信号レベルが増加した場合、マイコン１５へ入力するＲＳＳＩ値が増大する。ＲＳＳＩ値が増大した場合、マイコン１５は、第１のＤ／Ａコンバータ２０より第１のバラクタダイオード１７に印加するバイアス電圧を増大させて第１のバラクタダイオード１７の容量値を減少させる。第１のバラクタダイオード１７の容量値の減少により、受信信号の減衰量が増大して信号レベルが低下する。
【００２９】
第１のバラクタダイオード１７の容量値を減少した結果、共振回路１２の共振周波数が変化して共振周波数が増大する。そこで、マイコン１５は、第２のＤ／Ａコンバータ２５より第２のバラクタダイオード２３に印加するバイアス電圧を減少させて第２のバラクタダイオード２３の容量値を増大させる。第２のバラクタダイオード２３の容量値が増大することにより、共振回路１２の共振周波数が低下する方向に作用するので、結果として共振周波数は、一定に保たれる。
【００３０】
以上説明したように、本実施の形態では、共振回路１２から出力される受信信号のＲＳＳＩ値に対応して入力信号レベルが安定するように、第１のバラクタダイオード１７の容量値を調整すると共に、共振周波数が安定するように第２のバラクタダイオード２３の容量値を調整することにより、共振回路１２の共振周波数を維持したまま、受信信号の信号レベルを一定に制御することができる。
【００３１】
次に、本実施の形態に係る受信装置１を用いた電界通信システムについて説明する。図２は、本実施の形態に係る電界通信システムの概略構成図である。同図に示す電界通信システムは、情報信号を変調した電界を付与する送信機２と、送信機２より付与された電界を介して情報信号を伝送する人体などの伝送媒体３と、伝送媒体３を介して電界を検出し、その電界を情報信号に復調する受信装置１を備えた受信機４とを備えて構成される。尚、図２に示す受信装置１において、電界通信ＩＣ２７は、図１に示す復調回路１４及びマイコン１５に相当する。また、電界通信ＩＣ２７と第１のＤ／Ａコンバータ２０及び第２のＤ／Ａコンバータ２５との接続は省略している。その他の構成は、図１に示す受信装置１と同一の構造を有するので、同一の符号を付し説明の重複を避ける。
【００３２】
この通信システムでは、送信機２と伝送媒体３との間及び受信機４と伝送媒体３との間に形成される静電容量によってパスが形成され、情報信号を変調した電界により情報信号を送受信する。この場合、伝送媒体３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、例えば送信機を衣服の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結合容量するので、情報信号の伝送が可能である。
【００３３】
この通信システムで通信を行う場合、送信機２は、伝送媒体３との間に静電容量が形成されるように送信電極（不図示）が配置され、伝送媒体３に対して情報信号を変調してなる電界を付与する。伝送媒体３に付与された電界は、伝送媒体３を介して受信装置１の入力電極１１に印加される。受信装置１は、入力電極１１に印加された電界を受信信号として入力し、情報信号に対応した復調信号に変換することにより、人体を伝送媒体３として情報信号の送受信が行われる。
【００３４】
次に、図４を参照して、本実施の形態に係る受信装置の変形例について説明する。
図４に示す受信装置５は、図１に示す受信装置１のマイコン１５を復調回路１４内に設けてＩＣ復調回路部４１とし、ＩＣ復調回路部４１で検出されたＲＳＳＩ値に応じて第１の差動増幅回路４２及び第２の差動増幅回路４３を介して第１のバラクタダイオード１７及び第２のバラクタダイオード２３の容量値を自動的に制御できるように構成した変形例である。尚、図１に示す受信装置１と同一の部分には、同一の符号を付し、説明の重複を避ける。
【００３５】
受信装置５は、結合用キャパシタ１６から増幅回路１３の前段までのＲＦ部で構成されるセンサ回路部４４と、受信信号を増幅する増幅回路１３と、増幅された受信信号のＲＳＳＩ値を検出するＩＣ復調回路部４１と、ＲＳＳＩ出力と基準電圧信号との差分値を出力する第１の差動増幅回路４２と、第１の差動増幅回路４２の出力信号を反転入力し、第１の差動増幅回路４２の出力信号と基準電圧信号との差分値を出力する第２の差動増幅回路４３と、を主に備えて構成される。尚、受信装置１と同様に、ＲＳＳＩ値の測定位置は、共振回路１２の後段であれば特に限定されない。
【００３６】
ＩＣ復調回路部４１は、第１の差動増幅回路４２の正極端子に接続される。第１の差動増幅回路４２の負極端子は、分圧抵抗４５と分圧抵抗４６との中間接続点に接続される。分圧抵抗４６は電源端子４７に接続されている。第１の差動増幅回路４２の出力端子と負極端子との間は、負帰還用の抵抗素子４８を介して接続されている。第１の差動増幅回路４２は、ＲＳＳＩ出力に対応した入力電圧と基準電圧との差分値を出力する。
【００３７】
第１の差動増幅回路４２の出力端子は、第２の差動増幅回路４３の負極端子に接続されると共に、抵抗素子１９を介して第１のバラクタダイオード１７のカソードに接続されている。第２の差動増幅回路４３の正極端子は、分圧抵抗４９と分圧抵抗５０の中間接続点に接続される。分圧抵抗５０は電源端子５１に接続されている。第２の差動増幅回路４３の出力端子と負極端子との間は、負帰還用の抵抗素子５２を介して接続されている。第２の差動増幅回路４３は、第１の差動増幅回路４２の出力信号が反転入力され、第１の差動増幅回路４２の出力信号と基準電圧との差分値が極性反転して出力されるように構成されている。第２の差動増幅回路４３の出力端子は、抵抗素子２４を介して第２のバラクタダイオード２３のカソードに接続されている。
【００３８】
次に、本実施の形態に係る受信装置５の動作について説明する。尚、センサ回路部４４までの信号処理については、受信装置１と同一であるため説明を省略し、受信装置１との相違点を中心に説明する。
【００３９】
受信信号の信号レベルが大きい場合、ＩＣ復調回路部４１で検出されるＲＳＳＩ出力が増大し、基準電圧との差分値が大きくなるので、第１の差動増幅回路４２の出力信号が増大する。このため、第１のバラクタダイオード１７のカソードへの印加電圧が増大し、第１のバラクタダイオード１７の容量値が減少する。その結果、受信信号の減衰量が大きくなり、受信信号の信号レベルが減少する。
【００４０】
一方、第１の差動増幅回路４２の出力信号の増大に伴い、第２の差動増幅回路４３に入力される出力信号が増大し、基準電圧との差分値が小さくなるので、第２の差動増幅回路４３の出力信号が減少する。このため、第２のバラクタダイオード２３の容量値が増大し、第１のバラクタダイオード１７の容量値の変化によって生じた共振回路１２の共振容量（周波数）が一定に保たれる。その結果、第１のバラクタダイオード１７の容量値の減少によって生じる共振回路１２の共振容量（周波数）の変化を第２のバラクタダイオード２３の容量値の増大により一定に保つことができる。したがって、信号レベルの減少に伴う共振周波数の変化を抑制することができ、信号レベル及び共振周波数を一定に保つことができる。
【００４１】
本発明は上述した実施の形態に限定されるものではない。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１、５  受信装置
２  送信機
３  伝送媒体
４  受信機
１１  入力電極
１２  共振回路
１３  増幅回路
１４  復調回路
１５  マイコン
１６  結合用キャパシタ
１７、２３  バラクタダイオード
１８、２２、２６  キャパシタ
１９、２４、４８、５２  抵抗素子
２０、２５  Ｄ／Ａコンバータ
２１  インダクタ
２７  電界通信ＩＣ
４１  ＩＣ復調回路部
４２、４３  差動増幅回路
４４  センサ回路部
４５、４６、４９、５０  分圧抵抗
４７、５１  電源端子
【図１】
2011015333.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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