(57)【要約】【課題】全体を簡素な構成とし、製造コストを削減できるアイソレータを提供する。【解決手段】伝送対象信号を入力し、これを変調信号として搬送波を変調し、被変調信号を出力する変調部１０と、この被変調信号を入力電極から入力し、これを表面弾性波に変換して出力電極に伝送し、当該出力電極から被変調信号を出力する表面弾性波伝送部１２と、出力電極から出力された被変調信号を復調して、上記伝送対象信号を出力する復調部１１と、を備えている。【選択図】図１
2015109524.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝送対象信号を入力し、これを変調信号として搬送波を変調し、被変調信号を出力する変調部と、
前記被変調信号を一方の電極から入力し、これを表面弾性波に変換して他方の電極に伝送し、当該他方の電極から前記被変調信号を出力する表面弾性波伝送部と、
前記他方の電極から入力された前記被変調信号を復調して、前記伝送対象信号を出力する復調部と、
を備えることを特徴とするアイソレータ。
【請求項２】
前記変調部、前記表面弾性波伝送部及び前記復調部は、同一基板上に形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載のアイソレータ。
【請求項３】
前記変調部は、
前記伝送対象信号を用いて、前記搬送波を振幅変調または周波数変調して前記被変調信号を出力し、
前記復調部は、
振幅変調または周波数変調された前記被変調信号を復調して前記伝送対象信号を出力する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアイソレータ。
【請求項４】
第２の表面弾性波伝送部をさらに備え、
前記変調部は、
前記伝送対象信号を用いて、前記搬送波を位相変調して前記被変調信号を出力し、
前記第２の表面弾性波伝送部は、前記搬送波を表面弾性波に変換して伝送し、
前記復調部は、
前記被変調信号を、前記第２の表面弾性波伝送部から入力された前記搬送波を用いて前記被変調信号を復調して前記伝送対象信号を出力する
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のアイソレータ。
【請求項５】
請求項１から請求項３の何れか一項に記載のアイソレータと、
第２の変調部と、第２の復調部とをさらに備え、
前記変調部と前記第２の復調部の組、及び、前記復調部と前記第２の変調部の組が、前記表面弾性波伝送部の両端にそれぞれ接続され、双方向の通信を可能とする
ことを特徴とする通信装置。
【請求項６】
請求項１から請求項４の何れか一項に記載のアイソレータを一つ又は二つ以上備え、双方向の同時通信及び並列通信を可能とする
ことを特徴とする通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アイソレータ、及び、電気信号の通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、入力信号と出力信号との間を電気的に絶縁しながら電気信号を伝送する機能を有するアイソレータとして、フォトカプラが知られている。フォトカプラは、伝送の対象とする電気信号を、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）により光信号に変換し、この光信号をＬＥＤから離間して電気的に絶縁されたフォトトランジスタ（光センサ）で受信することにより、電気的な絶縁性を維持したまま電気信号を伝送することができる（例えば、特許文献１）。
【０００３】
特許文献１に示すように、アイソレータ（フォトカプラ）は、車載空気調和機用インバータシステムに用いられる。このインバータシステムでは、低電圧系統で駆動し、車載空気調和機の圧縮器（コンプレッサ）を駆動するモータの制御信号を出力するマイコンと、高電圧系統で駆動し、モータを駆動するため直流電流を交流電流に変換するスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを駆動するゲート回路と、がフォトカプラによって電気的に絶縁される。
【０００４】
フォトカプラは、このように、モータ駆動のための高電圧系統と、マイコン用の低電圧系統とを電気的に絶縁する。このようにすることで、低電圧系統側の回路（マイコン等）を、高電圧系統で生じ得る電圧、電流の変動に起因するノイズの影響からの保護と、高圧系と低圧系の分離による電気的危険からの安全を確保することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１４２０４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のように、アイソレータとしてフォトカプラを利用することは、以下のような問題点があった。
【０００７】
例えば、上述したように、フォトカプラは、信号の伝送手段としてＬＥＤを用いている。したがって、したがって、フォトカプラは、長年の使用によるＬＥＤの経年劣化に基づいて信号の伝送品質が低下するため、その長寿命化が困難であるという問題があった。
【０００８】
また上述したように、フォトカプラは、光センサとして、一般的にトランジスタの光照射特性を利用する。このため、トランジスタの製造工程、及び、ＬＥＤとこのトランジスタとの３次元的な合わせ込みが必須であり、製造工程及び本体の構造が複雑化し、製造コストの削減が難しいという問題があった。
【０００９】
一方、公知の技術として、磁気を用いたアイソレータがあるが、これは、外部磁場の影響を受けやすく、磁気シールドによる対応が必要となる場合があり、複雑な構成となるばかりでなく小型化が困難という問題があった。
【００１０】
そこでこの発明は、上述の問題を解決することのできるアイソレータ、及び、通信装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上述の課題を解決すべくなされたもので、伝送対象信号を入力し、これを変調信号として搬送波を変調し、被変調信号を出力する変調部と、前記被変調信号を一方の電極から入力し、これを表面弾性波に変換して他方の電極に伝送し、当該他方の電極から前記被変調信号を出力する表面弾性波伝送部と、前記他方の電極から入力された前記被変調信号を復調して、前記伝送対象信号を出力する復調部と、を備えることを特徴とするアイソレータである。
【００１２】
また本発明は、前記変調部、前記表面弾性波伝送部及び前記復調部が、同一基板上に形成されていることを特徴とする。
【００１３】
また本発明は、前記変調部が、前記伝送対象信号を用いて、搬送波を振幅変調または周波数変調して前記被変調信号を出力し、前記復調部が、振幅変調または周波数変調された前記被変調信号を復調して前記伝送対象信号を出力することを特徴とする。
【００１４】
また本発明は、第２の表面弾性波伝送部をさらに備え、前記変調部は、前記伝送対象信号を用いて、前記搬送波を位相変調して前記被変調信号を出力し、前記第２の表面弾性波伝送部は、前記搬送波を表面弾性波に変換して伝送し、前記復調部は、前記被変調信号を、前記第２の表面弾性波伝送部から入力された前記搬送波を用いて前記被変調信号を復調して前記伝送対象信号を出力することを特徴とする。
【００１５】
また本発明は、上記に挙げるアイソレータと、第２の変調部と、第２の復調部とをさらに備え、前記変調部と前記第２の復調部の組、及び、前記復調部と前記第２の変調部の組が、前記表面弾性波伝送部の両端にそれぞれ接続され、双方向の通信を可能とすることを特徴とする通信装置である。
【００１６】
また本発明は、上記に挙げるアイソレータを一つ又は二つ以上備え、双方向の同時通信及び並列通信を可能とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、全体を簡素な構成とし、製造コストを削減できるアイソレータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１の実施形態に係るアイソレータの機能構成を示す図である。
【図２】第１の実施形態に係るアイソレータの動作原理を説明する図である。
【図３】第１の実施形態に係るアイソレータの他の変形例を示す図である。
【図４】第１の実施形態に係るアイソレータのさらに他の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（アイソレータの全体構成）
以下、第１の実施形態に係るアイソレータを、図面を参照して説明する。
図１は、同実施形態に係るアイソレータの機能構成を示す図である。この図において、符号１はアイソレータである。
アイソレータ１は、所定の電気信号である伝送対象信号を入力端子１３から入力し、その入力信号と同等の出力信号を出力端子１４から出力する信号伝送モジュールである。アイソレータ１は、入力端子１３側に接続される電気回路（電気回路Ａ）と、出力端子１４側に接続される電気回路（電気回路Ｂ）と、を電気的に絶縁する機能を備えている。
したがってアイソレータ１は、例えば、二つの電気回路（電気回路Ａ、電気回路Ｂ）の駆動電圧レベルが大きく異なる場合において、当該二つの電気回路間での電気信号のやり取りを行う際に、駆動電圧レベルが大きい側の駆動が、駆動電圧レベルが小さい側へ悪影響（ノイズの発生、及び電気的絶縁による安全の担保等）を及ぼすのを防止する用途で用いられる。
なお、このようなアイソレータには、通常、フォトカプラが用いられるが、この場合、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）と、光センサとの組み合わせを用いることとなる。このため、フォトカプラには、ＬＥＤの経年劣化に起因する短寿命という問題と、製造工程及び本体の構造が複雑化し、製造コストの削減が難しいという問題がある。
また、磁気を用いたアイソレータも公知であるが、外部要因に対して磁気シールドで対応する必要があり、小型化が難しいという問題がある。
【００２０】
一方、本実施形態に係るアイソレータ１は、図１（ａ）に示すように、変調部１０、復調部１１及び表面弾性波伝送部１２を備えている。なお本実施形態に係るアイソレータ１は、伝送対象信号として、所定の信号パターンからなるデジタル信号（Ｈｉｇｈ、Ｌｏｗの二つの電圧レベルからなる電気信号）を入力端子１３から入力し、この伝送対象信号を出力端子１４から出力する。なお信号パターンとは、入力信号及び出力信号のＨｉｇｈ、Ｌｏｗ二つの電圧レベルの推移パターンのことである。
【００２１】
（変調部の構成）
変調部１０は、伝送対象信号となる入力信号Ｄｉｎを入力し、特定の周波数ｆ０で発振する電気信号であって当該入力信号の信号パターンに応じて変調された入力被変調信号ＲＦ１を出力する機能部である。
変調部１０は、一定の振幅Ａ及び周波数ｆ０で発振する特定周波信号である搬送波ＲＦ０に対し、入力信号Ｄｉｎを変調信号として、その信号パターン（Ｈｉｇｈ、Ｌｏｗ）に応じた異なる２の振幅をもって変調する。具体的には、変調部１０は、入力信号Ｄｉｎの電圧レベルＨｉｇｈに応じて、ある振幅レベルＡで発振する搬送波ＲＦ０を出力し、入力信号Ｄｉｎの電圧レベルＬｏｗに応じて、搬送波ＲＦ０の振幅レベルを０とする（搬送波ＲＦ０を出力しない）。このようして、出力される周波数ｆ０の入力被変調信号ＲＦ１は、搬送波ＲＦ０に変調信号（入力信号Ｄｉｎ）が重畳されたもの、すなわち、入力信号Ｄｉｎの信号パターン（Ｈｉｇｈ、Ｌｏｗ）に応じて、二つの振幅レベル（Ａ、０）で振幅変調された信号となる。
【００２２】
図１（ａ）に示すように、変調部１０は、発振器１００と乗算器１０１を備えている。
発振器１００は、入力被変調信号ＲＦ１の基本となる特定周波信号であって、一定の振幅Ａ、周波数ｆ０で発振する搬送波ＲＦ０を出力する機能部である。
乗算器１０１は、搬送波ＲＦ０と入力信号Ｄｉｎとを入力し、搬送波ＲＦ０に対し入力信号Ｄｉｎの信号パターンに応じた変調をかけて、入力被変調信号ＲＦ１を生成する演算器である。具体的には、乗算器１０１は、入力信号ＤｉｎがＨｉｇｈのタイミングで振幅Ａ、周波数ｆ０の搬送波ＲＦ０を出力し、Ｌｏｗのタイミングで振幅０、すなわち搬送波ＲＦ０を出力しないようにする。
【００２３】
（復調部の構成）
復調部１１は、後述する表面弾性波伝送部１２から出力される出力被変調信号ＲＦ２を入力し、出力被変調信号ＲＦ２を復調して、入力信号Ｄｉｎと同一の信号パターンからなる出力信号Ｄｏｕｔを出力する機能部である。
後述するように、表面弾性波伝送部１２から出力される出力被変調信号ＲＦ２は、入力被変調信号ＲＦ１と同周波数で同変調が成された被変調信号である。本実施形態に係る復調部１１は、入力信号Ｄｉｎの信号パターンに応じて二つの振幅レベル（Ａ、０）で振幅変調された出力被変調信号ＲＦ２を入力し、伝送対象信号である出力信号Ｄｏｕｔを出力する。
【００２４】
図１（ａ）に示すように、復調部１１は、増幅器１１０、１１２と、検波回路１１１を備えている。
増幅器１１０は、表面弾性波伝送部１２から出力される出力被変調信号ＲＦ２を増幅して出力する信号増幅器（電圧出力アンプ）である。増幅器１１０は、表面弾性波伝送部１２から出力される出力被変調信号ＲＦ２の信号強度（振幅）を、復調処理を行うための適切なレベルにまで増幅する。
検波回路１１１は、振幅変調された出力被変調信号ＲＦ２の振幅変位成分を検波して、出力被変調信号ＲＦ２に重畳された変調信号を形成する機能部である。
増幅器１１２は、検波回路１１１により形成された変調信号を、よりデジタル信号に近い波形へと整形する。また、その後段の電気回路において高い電流（電力）を要する場合に、その電気回路へ電流供給を十分にし、駆動の安定化を図るバッファ（緩衝帯）の役割を果たす。
このような回路構成により、復調部１１は、出力被変調信号ＲＦ２が振幅Ａで発振するタイミングでデジタル信号のＨｉｇｈが、振幅０のタイミングでデジタル信号のＬｏｗが出力されるような仕組みとなっている。
【００２５】
（表面弾性波伝送部の構成）
表面弾性波伝送部１２は、特定の周波数通過帯域を有して、その周波数通過帯域に属する周波数で発振する特定周波信号を伝送する機能部である。本実施形態に係る表面弾性波伝送部１２は、以下に述べるように、表面弾性波（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｗａｖｅ：ＳＡＷ）を利用した信号の伝送路である。そして表面弾性波伝送部１２は、その周波数通過帯域に、変調部１０から入力する入力被変調信号ＲＦ１の周波数ｆ０を含んでおり、入力被変調信号ＲＦ１を入力すると、これと同じ変調が成された同じ周波数の出力被変調信号ＲＦ２を出力する。
【００２６】
以下、図１（ｂ）を参照しながら、表面弾性波伝送部１２の構成について詳細に説明する。
図１（ｂ）に示すように、表面弾性波伝送部１２は、圧電素子１２０、１次変換電極１２１及び２次変換電極１２２で構成される、いわゆるＳＡＷ素子と呼ばれるものである。
圧電素子１２０は、圧電効果を有する材料によって構成され、形状の伸縮と電気信号とを相互変換可能な素子である。図１（ｂ）に示すように、圧電素子１２０は、表面弾性波伝送部１２において平面板状を成している。圧電素子１２０には、一般的に、周知の水晶、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）等が用いられる。
１次変換電極１２１及び２次変換電極１２２は、ＩＤＴ（Ｉｎｔｅｒ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）と呼ばれるものであり、圧電素子１２０の表面上に形成された櫛状を成す電極である。
１次変換電極１２１は、入力被変調信号ＲＦ１を入力する入力電極である。１次変換電極１２１は、これを同変調が成された同周波数ｆ０の表面弾性波Ｓに変換して出力する。表面弾性波とは、圧電素子１２０の表面形状の伸縮で進行する波である。すなわち、圧電素子１２０は、１次変換電極１２１に印加された電気信号（入力被変調信号ＲＦ１）に応じて表面形状を伸縮させ、表面弾性波Ｓを生成する。この表面弾性波Ｓは、圧電素子１２０の表面上を進行して２次変換電極１２２に到達する。
２次変換電極１２２は、１次変換電極１２１と別の電極であって、１次変換電極１２１と電気的に絶縁されながら圧電素子１２０の表面上に形成される出力電極である。２次変換電極１２２は、１次変換電極１２１の出力によって生成された表面弾性波を入力し、これを同等の変調が成された周波数ｆ０の電気信号である出力被変調信号ＲＦ２に変換して出力する。
【００２７】
このような構成によりＳＡＷを利用した信号の伝送路となる表面弾性波伝送部１２は、圧電素子１２０の材料及び１次変換電極１２１及び２次変換電極１２２の形状（櫛歯のピッチ幅等）に応じた周波数通過帯域を有している。表面弾性波伝送部１２は、入力被変調信号ＲＦ１及び出力被変調信号ＲＦ２の周波数ｆ０（すなわち発振器１００が出力する搬送波ＲＦ０の周波数ｆ０）が、当該周波数通過帯域に含まれるように形成されている。
【００２８】
図２は、第１の実施形態に係るアイソレータの動作原理を説明する図である。
以下、アイソレータ１の動作について、図２を参照しながら順を追って説明する。
まず、入力端子１３より入力信号Ｄｉｎ（図２（ａ））が変調部１０に入力される。そうすると、変調部１０は、その入力信号Ｄｉｎを変調信号として振幅変調が成された入力被変調信号ＲＦ１（図２（ｂ））を出力する。具体的には、変調部１０は、発振器１００が出力する搬送波ＲＦ０に入力信号Ｄｉｎを、乗算器１０１で重畳して出力する処理を行う。そして、表面弾性波伝送部１２にこの入力被変調信号ＲＦ１を入力する。
【００２９】
次に、表面弾性波伝送部１２の１次変換電極１２１は、入力被変調信号ＲＦ１に応じて圧電素子１２０の表面を伸縮させながら、表面弾性波Ｓ（図２（ｃ））を出力する。したがって、この表面弾性波Ｓも、同周波数で同変調が成されたものとなる。
【００３０】
次に、２次変換電極１２２が、１次変換電極１２１から出力された表面弾性波Ｓを入力する。そして２次変換電極１２２は、表面弾性波Ｓに応じて伸縮する表面形状の変化から変換されて得られる電気信号である出力被変調信号ＲＦ２（図２（ｄ））を出力する。
【００３１】
そして、復調部１１は、出力被変調信号ＲＦ２を入力すると、増幅器１１０、検波回路１１１を介して、その出力被変調信号ＲＦ２に重畳される変調信号を復調し、出力信号Ｄｏｕｔ（図２（ｅ））として出力する。この出力信号Ｄｏｕｔ（変調信号）は、最初に入力された入力信号Ｄｉｎと同一の信号パターンとなっている。
このようにして、アイソレータ１は、入力信号Ｄｉｎと同等の信号パターンを有する出力信号Ｄｏｕｔを出力する。
なお復調部１１は、増幅器１１２で設定可能な出力電圧レベルを予め合わせ込むことで、出力端子１４側に接続される電気回路の駆動電圧レベルに合致する電圧レベルの出力信号Ｄｏｕｔを出力するようにしてもよい。
【００３２】
また、図１（ｂ）で示したように、表面弾性波伝送部１２は、１次変換電極１２１と２次変換電極１２２が電気的に絶縁された状態となっている。したがって、アイソレータ１の入力端子１３と出力端子１４は電気的に絶縁された状態となっている。このように、本実施形態にかかるアイソレータ１は、一般的なアイソレータと同様に、電気信号の伝送を可能としながらも、その間の絶縁性を確保する機能を有している。
【００３３】
（効果）
以下、従来のアイソレータと対比しながら、本実施形態に係るアイソレータ１の効果を説明する。
従来のフォトカプラでは、ＬＥＤと、光センサであるフォトダイオードが３次元的に組み合わされた複雑な構成となっており、製品ごとの製造工程バラつきのために特性バラつきを生じさせる原因となっていた。一方、本実施形態に係るアイソレータ１によれば、絶縁部分（表面弾性波伝送部１２）は、ＳＡＷ素子によって実現されている。上述した通り、ＳＡＷ素子である表面弾性波伝送部１２は、誘電体材料からなる圧電素子１２０と、その表面に形成された１次変換電極１２１、２次変換電極１２２のみからなる極めて簡素な構成となっている。したがって、その特性バラつきを抑制し、結果として製造コストを軽減させることが可能となる。
【００３４】
以上、本実施形態に係るアイソレータ１によれば、全体を簡素な構成とし、製造コストを削減できるアイソレータを提供することができる。
【００３５】
また、本実施形態に係るアイソレータ１によれば、従来のフォトカプラとは異なり、信号の伝達手段にＬＥＤを利用していない。そうすると、アイソレータ１は、誘電体材料（圧電基板）と電極で構成される表面弾性波伝送部１２（ＳＡＷ素子）と、一般的な半導体集積回路で構成される変調部１０及び復調部１１のみで構成されるものとなる。したがって、フォトカプラにおいて耐久性の律速点となるＬＥＤを排することができ、より耐久性が高く高寿命なアイソレータとすることができる。
【００３６】
なお、上述の実施形態に係るアイソレータ１は、さらに以下のような特徴を有していてもよい。
【００３７】
例えば、本実施形態に係るアイソレータ１は、変調部１０、復調部１１及び１次変換電極１２１、２次変換電極１２２の全てが同一基板上、すなわち板状を成す圧電素子１２０上に形成されたものであってもよい。この場合、さらにアイソレータ１は、一般的な半導体製造プロセスにより、変調部１０、復調部１１及び１次変換電極１２１、２次変換電極１２２の全てが、同時に、圧電素子１２０上に形成されながら作製されるものであってもよい。
【００３８】
ここで、従来のフォトカプラは、ＬＥＤと、フォトダイオードと、をそれぞれ異なる製造プロセスで個別に作製した後、これらを３次元的に合わせ込む工程が必要となっていた。これに対し、本実施形態に係るアイソレータ１は、半導体製造プロセスを用いて、各機能構成を一度に形成しながら作製することができる。したがって、その製造工程を単純化することができ、製造コストを一層削減することが可能となる。
【００３９】
また、上述した実施形態に係るアイソレータ１の変調部１０は、入力信号ＤｉｎのＬｏｗに応じた振幅レベルとして、振幅レベル“０”（発振しない）としたが、本実施形態の変形例として、アイソレータ１は、入力信号ＤｉｎのＬｏｗに応じた振幅レベルに、Ａと異なる０より大きい振幅レベルＢ（０＜Ｂ≠Ａ）を用いてもよい。この場合、復調部１１は、当該二つの振幅（Ａ、Ｂ）をもって振幅変調される出力被変調信号ＲＦ２を復調して、出力信号Ｄｏｕｔを出力するものとする。
【００４０】
図３は、第１の実施形態の他の変形例に係るアイソレータを示す図である。
次に、第１の実施形態に係るアイソレータ１の変形例について説明する。なお、図３において、第１の実施形態に係るアイソレータ１と同一の機能構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。
上述の第１の実施形態に係るアイソレータ１は、入力信号Ｄｉｎとして二つの電圧レベル（Ｈｉｇｈ、Ｌｏｗ）からなるデジタル信号であるものとして説明した。しかし、図３（ａ）に示すように、本実施形態の他の変形例に係るアイソレータ１Ａは、入力信号Ｄｉｎとして連続的な電圧の変化で表されるアナログ信号を入力する。
【００４１】
図３（ａ）に示すように、アイソレータ１Ａの変調部１０Ａは、発振器１００と、電圧制御増幅器１０２を備えている。電圧制御増幅器１０２は、入力信号Ｄｉｎの連続的に変化する電圧レベルに応じて、発振器１００から入力する搬送波ＲＦ０の振幅の増幅レベルを連続的に変化させる機能部である。変調部１０Ａは、このようにして、アナログ信号である入力信号Ｄｉｎを変調信号として、いわゆるＡＭ（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）変調を行う。一方、復調部１１Ｂは、入力信号Ｄｉｎ（アナログ信号）によって振幅変調された出力被変調信号ＲＦ２を復調する。具体的には、第１の実施形態と同等の構成で復調可能である。
このように、アイソレータ１Ａは、入力端子１３と出力端子１４の絶縁性を確保しながら、振幅変調を用いてアナログ信号を伝送することができる。
【００４２】
また図３（ｂ）に示すように、アイソレータ１Ｂの変調部１０Ｂは、周波数可変発振器１０３を備えている。周波数可変発振器１０３は、入力信号Ｄｉｎの電圧レベルに応じて、搬送波ＲＦ０の発振周波数を連続的に変化させる機能を有している。周波数可変発振器１０３は、一般的にはＶＣＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）と呼ばれる機能部であってよい。周波数可変発振器１０３が出力する周波数変調された入力被変調信号ＲＦ１は、表面弾性波伝送部１２にそのまま入力される。表面弾性波伝送部１２は、周波数変調が成された出力被変調信号ＲＦ２を出力する。
またアイソレータ１Ｂの復調部１１Ｂは、周波数検波部１１３を備えている。周波数検波部１１３は、周波数変調された出力被変調信号ＲＦ２を入力すると、その周波数ｆｖに応じたレベルの電圧信号に変換し、変調信号を生成する。復調部１１Ｂは、この変調信号を出力信号Ｄｏｕｔとして出力する。
このように、アイソレータ１Ｂは、入力端子１３と出力端子１４の絶縁性を確保しながら、周波数変調を用いてアナログ信号を伝送することができる。
【００４３】
なおこの周波数変調を利用する変形例の場合、表面弾性波伝送部１２の周波数通過帯域幅は、周波数変調された入力被変調信号ＲＦ１の周波数ｆｖの一部のみを含むように設定され、その周波数ｆｖに応じて伝送特性（所定の周波信号が、１次変換電極１２１から２次変換電極１２２に伝送する割合）が線形に変化するように設定されていてもよい。このようにすれば、周波数変調された入力被変調信号ＲＦ１は、変調された周波数に応じて表面弾性波伝送部１２を通過する出力強度が線形に変化する。
このようにすれば、周波数変調された入力被変調信号ＲＦ１は、周波数ｆｖと任意の振幅によって変調された被変調信号となる。表面弾性波伝送部１２を通過する出力被変調信号ＲＦ２も同様に被変調信号となる。したがって、この場合、第１の実施形態に示した振幅変調用の復調部１１と同等の簡素な構成とすることができる。
【００４４】
また、この周波数変調を利用する変形例の場合、入力信号Ｄｉｎは、電圧レベルの連続的な変化で形成されるアナログ信号のみならず、Ｈｉｇｈ、Ｌｏｗの二つの電圧レベルの推移のみで形成されるデジタル信号であったとしても、同等の構成で実現可能である。この場合、変調部１０Ｂは、変調信号（入力信号Ｄｉｎ）のＨｉｇｈに対応する周波数ｆｈと、Ｌｏｗに対応するｆｌ、二つの周波数で入力被変調信号ＲＦ１を生成する。そして、表面弾性波伝送部１２は、例えば、周波数ｆｈのみを周波数通過帯域に含むように設計されていれば、入力被変調信号ＲＦ１に含まれる周波数ｆｈの成分のみが表面弾性波伝送部１２を通過して復調部１１に伝送されることとなる。この場合、復調部１１は、第１の実施形態と同様に、周波数ｆｈの成分のみを有する出力被変調信号ＲＦ２を検波して、出力信号Ｄｏｕｔを生成すればよい。
【００４５】
また図３（ｃ）に示すように、アイソレータ１Ｃの変調部１０Ｃは、位相可変部１０４を備えている。位相可変部１０４は、入力信号Ｄｉｎを変調信号として、別途入力する発振器１００からの搬送波ＲＦ０に対し、その入力信号Ｄｉｎの電圧レベルに応じた分だけ位相をずらす処理を施す。このようにして位相変調された入力被変調信号ＲＦ１は、表面弾性波伝送部１２ａへと入力される。表面弾性波伝送部１２ａは、位相変調された入力被変調信号ＲＦ１と同じ変調が成された出力被変調信号ＲＦ２を出力する。
一方、発振器１００からの搬送波ＲＦ０は、そのまま他の表面弾性波伝送部１２ｂに入力される。この場合、発振器１００は、位相比較処理を行うための入力位相基準信号ＲＦｒ１（＝搬送波ＲＦ０）を出力する。したがって、位相可変部１０４を介して出力された入力被変調信号ＲＦ１は、この入力位相基準信号ＲＦｒ１（＝搬送波ＲＦ０）と同周波数で発振し、さらに入力位相基準信号ＲＦｒ１と比較して、位相変調の施された部分において位相が所定角度だけずれた信号となる。
発振器１００から直接出力された入力位相基準信号ＲＦｒ１（＝搬送波ＲＦ０）は、表面弾性波伝送部１２ａと異なる他の表面弾性波伝送部１２ｂに入力される。表面弾性波伝送部１２ｂは、入力位相基準信号ＲＦｒ１と同周波数で、位相変調が施されていない出力位相基準信号ＲＦｒ２を出力する。
またアイソレータ１Ｃの復調部１１Ｃは、位相比較部１１４を備えている。位相比較部１１４は、位相変調された出力被変調信号ＲＦ２と、位相変調が施される前の信号である出力位相基準信号ＲＦｒ２を入力すると、この二つの信号の位相のずれ量を検知して、その位相のずれ幅に応じたレベルの電圧信号に変換し、変調信号を生成する。復調部１１Ｃは、この変調信号を出力信号Ｄｏｕｔとして出力する。
このように、アイソレータ１Ｃは、入力端子１３と出力端子１４の絶縁性を確保しながら、位相変調を用いてアナログ信号を伝送することができる。
【００４６】
なお、図３（ｃ）に示すように、アイソレータ１Ｃは、表面弾性波伝送部１２を二つ用いて、位相比較の基準となる信号（周波基準信号ＲＦｒ１、ＲＦｒ２）と、位相変調が成された信号（被変調信号ＲＦ１、ＲＦ２）と、をそれぞれで絶縁性を保ちながら伝送することとしている。このようにすることで、アイソレータ１Ｃは、位相のずれ量と変調信号の電圧レベルの線形性（リニアリティ）を安定させることができる。したがって、絶縁性を維持しながらも一層精度の高い伝送対象信号の伝送を実現することができる。
【００４７】
またこの位相変調を利用する変形例の場合、入力信号Ｄｉｎは、電圧レベルの連続的な変化で形成されるアナログ信号のみならず、Ｈｉｇｈ、Ｌｏｗの二つの電圧レベルの推移のみで形成されるデジタル信号であったとしても、同等の構成で実現可能である。この場合、アイソレータ１Ｃは、いわゆるＰＳＫ（Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）変調方式で伝送対象信号を伝送する。さらにアイソレータ１Ｃは、位相の所定のずれ量ごとに複数ビット（複数のＨｉｇｈ、Ｌｏｗを示す情報の組み合わせ）を割り当てて、デジタル信号の単位時間当たりの伝送ビット数を向上させるようにしてもよい（４ＰＳＫ、８ＰＳＫ変調方式等）。
【００４８】
以上、図３を参照しながら説明した第１の実施形態の各変形例に係るアイソレータ１Ａ、１Ｂ、１Ｃは、それぞれの変調方式を互いに組み合わせて使用することも可能である。すなわち、例えばアイソレータ１Ａの変調部１０Ａ、復調部１１Ａの機能と、アイソレータ１Ｂの変調部１０Ｂ、復調部１１Ｂの機能とを組み合わせることで、振幅変調及び周波数変調の両方を同時に使用する変調方式を実現することができる。
同様に、アイソレータ１Ａの変調部１０Ａ、復調部１１Ａの機能と、アイソレータ１Ｃの変調部１０Ｃ、復調部１１Ｃの機能とを組み合わせて、振幅変調と位相変調とを組み合わせたいわゆるＱＡＭ変調方式も実現可能である。
このように、振幅変調、周波数変調及び位相変調は、その２以上の何れの組み合わせで用いてもよい。このようにすることで、アイソレータ１（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）は、より高速な伝送対象信号の伝送が可能となる。
【００４９】
上述した第１の実施形態に係るアイソレータ１の各変形例及びその組み合わせでは、変調部１０（１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ）、復調部１１（１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ）及び１以上の表面弾性波伝送部１２が、全て、所定の半導体製造プロセスをもって板状を成す圧電素子１２０上に同時に形成されながら作製されるものであってよい。
【００５０】
図４は、第１の実施形態に係るアイソレータのさらに他の変形例を示す図である。
図４（ａ）に示すように、本実施形態の変形例に係るアイソレータ１Ｄは、変調部１０ａ、復調部１１ａ、表面弾性波伝送部１２に加え、さらに第２の変調部１０ｂ、第２の復調部１１ｂを備えている。また変調部１０ａと第２の復調部１１ｂの組、及び、復調部１１ａと第２の変調部１０ｂの組が、表面弾性波伝送部１２の両端にそれぞれ接続される構成となっている。
ここで、変調部１０ａ、復調部１１ａ、第２の変調部１０ｂ、第２の復調部１１ｂの構成は、上述した第１の実施形態及びその変形例で説明した変調部、復調部のいずれの構成の組み合わせであってもよい。ただし、復調部１１ａで行う復調処理は、変調部１０ａで行う変調処理の変調方式に対応するものとする。同様に、第２の復調部１１ｂで行う復調処理は、第２の変調部１０ｂで行う変調処理の変調方式に対応するものとする。
【００５１】
表面弾性波伝送部１２の構成は、第１の実施形態で示したもの（図１（ｂ））と同等である。この場合、第１の実施形態における１次変換電極１２１及び２次変換電極１２２の関係は、その入出力の関係が逆であっても成立する。すなわち、２次変換電極１２２が入力被変調信号ＲＦ１を入力した場合、２次変換電極１２２は、当該入力被変調信号ＲＦ１に基づく表面弾性波Ｓを出力する。そして、１次変換電極１２１は、表面弾性波Ｓを入力すると、電気信号として、当該表面弾性波Ｓに基づく出力被変調信号ＲＦ２を出力する。
【００５２】
そうすると、アイソレータ１Ｄの一方側（入力端子１３ａ、出力端子１４ｂ）に接続される電気回路は、変調部１０ａ、表面弾性波伝送部１２、復調部１１ａを介して、その他方側（出力端子１４ａ、入力端子１３ｂ）に接続される電気回路へ伝送対象信号を伝送することができる。同様に、アイソレータ１Ｄの上記他方側に接続される電気回路は、第２の変調部１０ｂ、表面弾性波伝送部１２、第２の復調部１１ｂを介して、アイソレータ１Ｄの上記一方側に接続される電気回路へ伝送対象信号を伝送することができる。
したがって、アイソレータ１Ｄは、その両端に接続される電気回路間の双方向通信を実現する通信装置として機能する。
【００５３】
ただし、アイソレータ１Ｄにおける表面弾性波伝送部１２が入力電極（１次変換電極１２１）及び出力電極（２次変換電極１２２）を一つずつ備える場合、上記双方向通信は、半二重通信に限るとする。
すなわち、変調部１０ａ、表面弾性波伝送部１２、復調部１１ａを介して伝送対象信号の伝送を行っている最中は、表面弾性波伝送部１２における混線を避けるため、第２の変調部１０ｂ、表面弾性波伝送部１２、第２の復調部１１ｂを介して伝送対象信号の伝送を行わないようにする。逆に、第２の変調部１０ｂ、表面弾性波伝送部１２、第２の復調部１１ｂを介して伝送対象信号の伝送を行っている最中は、変調部１０ａ、表面弾性波伝送部１２、復調部１１ａを介して伝送対象信号の伝送を行わないようにする。
【００５４】
ただし、上記の態様に限らず、周波数通過帯域内において周波数を場合分けすることによって全二重通信としてもよい。
【００５５】
以上、本変形例に係るアイソレータ１Ｄは、その両端に接続される電気回路の双方向通信（半二重通信）を実現することができるので、一層その利便性を向上させることができる。
またこの場合においても、変調部１０ａ、復調部１１ａ、第２の変調部１０ｂ、第２の復調部１１ｂ及び表面弾性波伝送部１２の全てを、同一の圧電素子１２０上に形成して作製することは可能である。
【００５６】
さらに二つの電気回路間で双方向通信を実現する変形例として、以下のようなアイソレータ１Ｅを用いてもよい。
図４（ｂ）に示すように、アイソレータ１Ｅは、変調部１０ａと復調部１１ａの対に対応する表面弾性波伝送部１２ａと、第２の変調部１０ｂと第２の復調部１１ｂの対に対応する第２の表面弾性波伝送部１２ｂと、を備えている。
なお、変調部１０ａ、復調部１１ａ、第２の変調部１０ｂ、第２の復調部１１ｂの構成は、上述した第１の実施形態及びその変形例で説明したいずれの構成の組み合わせであってもよい。ただし、アイソレータ１Ｄと同様、復調部１１ａにおける復調処理は、変調部１０ａで行う変調方式に、第２の復調部１１ｂにおける復調処理は、第２の変調部１０ｂで行う変調方式に対応するものとする。
【００５７】
このように、アイソレータ１Ｅは、独立した表面弾性波伝送部１２ａ、第２の表面弾性波伝送部１２ｂを備えている構成となるので、一方側からの伝送対象信号の伝送と、他方側からの伝送対象信号の伝送を同時に実行しても、両伝送対象信号が互いに混線することはない。このようにして、アイソレータ１Ｅは、その両端に接続される電気回路間で双方向の同時通信（全二重通信）を実現する通信装置として機能する。
【００５８】
また、アイソレータ１Ｅの更なる変形例として、アイソレータ１Ｅの表面弾性波伝送部１２ａ、１２ｂは、同一の圧電素子１２０基板上に、入力電極（１次変換電極１２１）及び出力電極（２次変換電極１２２）の対を二つ備える態様であってもよい。そして、二つの入力電極及び出力電極の組が、変調部１０ａと復調部１１ａの対、及び、第２の変調部１０ｂと第２の復調部１１ｂの対のそれぞれに対応するように接続される。
またこの場合においても、変調部１０ａ、復調部１１ａ、第２の変調部１０ｂ、第２の復調部１１ｂ及び表面弾性波伝送部１２（１２ａ、１２ｂ）の全てを、同一の圧電素子１２０上に形成して作製してもよい。
【００５９】
またこの場合、変調部１０ａ、復調部１１ａ及び表面弾性波伝送部１２ａの組で使用する搬送波の周波数ｆ０ａと、第２の変調部１０ｂ、第２の復調部１１ｂ及び第２の表面弾性波伝送部１２ｂの組で使用する搬送波の周波数ｆ０ｂをそれぞれ異なる周波数とするのが好ましい。
そして、表面弾性波伝送部１２ａは、その周波数通過帯域幅に周波数ｆ０ａを含み、周波数ｆ０ｂを含まないように設計してもよい。逆に、第２の表面弾性波伝送部１２ｂは、その周波数通過帯域幅に、周波数ｆ０ａを含まず、周波数ｆ０ｂを含むように設計するのが好ましい。
このようにすれば、表面弾性波伝送部１２ａに入力される入力被変調信号ＲＦ１ａの周波数ｆ０ａは、第２の表面弾性波伝送部１２ｂの周波数通過帯域幅に含まれないので、入力被変調信号ＲＦ１ａが第２の復調部１１ｂ側に伝送されることはない。同様に、第２の表面弾性波伝送部１２ｂに入力される入力被変調信号ＲＦ１ｂの周波数ｆ０ｂは、表面弾性波伝送部１２ａの周波数通過帯域幅に含まれないので、入力被変調信号ＲＦ１ｂが復調部１１ａ側に伝送されることはない。
【００６０】
したがって、アイソレータ１Ｅは、変調部１０ａ、復調部１１ａ、表面弾性波伝送部１２ａの組を介して伝送する伝送対象信号と、第２の変調部１０ｂ、第２の復調部１１ｂ及び第２の表面弾性波伝送部１２ｂの組を介して伝送する伝送対象信号と、における互いの干渉を最小限に留めることができ、高品質な全二重通信を実現することができる。この効果は、特に、変調部１０ａ、復調部１１ａ、第２の変調部１０ｂ、第２の復調部１１ｂ及び表面弾性波伝送部１２（１２ａ、１２ｂ）の全てを、同一の圧電素子１２０上に形成して作製した場合において顕著に発揮される。
【００６１】
または、上述の他に表面弾性波伝送部１２（１２ａ、１２ｂ）を分離する構造とし、これにより搬送波周波数帯域の使い分けをしなくともよい。
【００６２】
また、図４（ａ）（ｂ）を用いて説明したアイソレータ１Ｄ、１Ｅは、変調部（変調部１０ａ、第２の変調部１０ｂ）及び復調部（復調部１１ａ、第２の復調部１１ｂ）をそれぞれ二つ備えるものとして説明したが、他の変形例においてはこのような態様に限定されることはない。すなわち、アイソレータ１Ｄ、１Ｅは、変調部及び復調部を３つ以上備えている態様であっても構わない。
【００６３】
上述した本実施形態及びその変形例に係るアイソレータ１（１Ａ〜１Ｅ）は、当該アイソレータ１等を含む電子機器内において、電気系統（駆動電圧レベル）が異なる二つの電気回路である電気回路Ａ、電気回路Ｂの間に複数設けられる態様で用いられてもよい。
このようにすることで、上記電子機器は、電気回路Ａ、電気回路Ｂ間における双方向の同時通信、及び、多数の信号チャネル（アイソレータ１）を介しての並列通信を行うことが可能となり、電気回路Ａ、電気回路Ｂ間でより複雑な処理を高速に行うことが可能となる。
【００６４】
なお上述したアイソレータ１等を含む電子機器としては、例えば、車両などに搭載される空調機のインバータシステムなどであってよい。この場合、例えばアイソレータ１の一方側に接続される電気回路Ａは、インバータ制御用のマイクロコントローラ等で構成される小電力系統で、その他方側に接続される電気回路Ｂは、モータ等、比較的大きい駆動電流をもって駆動する大電力系統であってよい。なお、上述した第１の実施形態及びその変形例のいずれか一つに係るアイソレータは、上記のような小電力系統と、大電力系統とを備えるその他の種々のデバイスに適用可能である。
【００６５】
なお、上述した第１の実施形態及びその変形例のいずれに係るアイソレータによっても、全体を簡素な構成とし、製造コストを削減できるアイソレータを提供することができる。
【００６６】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものとする。
【符号の説明】
【００６７】
１・・・アイソレータ
１０・・・変調部
１００・・・発振器
１０１・・・乗算器
１１・・・復調部
１１０、１１２・・・増幅器
１１１・・・検波回路
１２・・・表面弾性波伝送部
１２０・・・圧電素子
１２１・・・１次変換電極
１２２・・・２次変換電極
１３・・・入力端子
１４・・・出力端子
【図１】
2015109524.tif 000003
【図２】
2015109524.tif 000004
【図３】
2015109524.tif 000005
【図４】
2015109524.tif 000006