(57)【要約】  本発明は、励起信号の周波数がセンサーの共振周波数に合致するまで励起信号の位相および周波数を調整することによって、センサーの共振周波数を決定するものである。このシステムは、所定の周波数または周波数セットと所定の振幅とを有する無線周波エネルギーの低デューティーサイクルのゲートバーストを用いてセンサーを励起する。励起信号は、磁気カップリングによってセンサーにカップリングされ、センサーの共振周波数で振動する電流をセンサー内に誘起する。このシステムは、磁気カップリングによってセンサーのリングダウン応答を受信し、センサーの共振周波数を決定するが、その共振周波数は、測定された身体的パラメータを計算するために使用される。このシステムは、一対の位相ロックループを使用して励起信号の位相および周波数を調整する。
2008532590.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線センサーの共振周波数を決定する方法であって、
励起信号を生成するステップと、
前記無線センサーからセンサー信号を受信するステップと、
少なくとも２つのサンプル点を用いて前記センサー信号をサンプリングするステップと、
前記少なくとも２つのサンプリング点に基づいて、前記励起信号の周波数および位相を調整するステップと、
前記励起信号の前記周波数を使用して、前記無線センサーの前記共振周波数を決定するステップと
を含む方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記センサー信号の前記少なくとも２つのサンプル点を用いて、位相の傾きが存在するかどうかを決定するステップをさらに含む方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、前記サンプル点の合計を決定するステップをさらに含み、前記励起信号の周波数および位相を調整するステップは、前記合計を用いて、前記励起信号の前記位相を調整することを含む方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、前記サンプル点の差を決定するステップをさらに含み、前記励起信号の周波数および位相を調整するステップは、前記差を用いて、前記励起信号の前記周波数を調整することを含む方法。
【請求項５】
無線センサーの共振周波数を決定する方法であって、
励起信号の周波数を調整するステップであって、
測定サイクルの間にセンサー信号を前記無線センサーから受信する段階と、
前記測定サイクル内のある期間の間に前記センサー信号を処理して、連続波ＩＦセンサー信号を生成する段階と、
前記ＩＦセンサー信号と前記励起信号との間の位相差を決定する段階と、
前記位相差に基づいて、前記位相差を減少させるように前記励起信号の前記周波数を調整する段階と、
前記位相差が所定値に対応しているとき、前記励起信号の前記周波数を決定する段階とによって前記励起信号の周波数を調整するステップと、
前記位相差が前記所定値に対応しているときに前記励起信号の前記周波数を使用して、前記センサーの前記共振周波数を決定するステップと
を含む方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法であって、
前記励起信号の位相を調整するステップをさらに含み、このステップは
前記励起信号を生成する段階と、
較正信号を較正サイクルの間に受信する段階と、
前記較正サイクル内の第１の期間の間に前記較正信号を処理して、連続波ＩＦ較正信号を生成する段階と、
前記ＩＦ較正信号と基準信号との間の第１の位相差を決定する段階と、
前記第１の位相差に基づいて、前記第１の位相差を減少するように前記励起信号の前記位相を調整する段階とによって、前記励起信号の前記位相を調整する方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法であって、前記励起信号を生成する段階は、前記励起信号のフレーム幅を、第１のサイクルと第２のサイクルとの間で調整する段階を含む方法。
【請求項８】
請求項６に記載の方法であって、前記較正サイクル内の第１の期間の間に前記較正信号を処理する段階は、前記第１の期間の間に前記較正信号を較正区間に伝播させる段階を含む方法。
【請求項９】
請求項６に記載の方法であって、前記較正信号が前記較正サイクルの間に測定区間内に伝播することを防止する段階をさらに含む方法。
【請求項１０】
請求項６に記載の方法であって、前記励起信号の前記位相を調整するステップは、第１の位相ロックループ（ＰＬＬ）を使用する段階を含み、前記励起信号の前記周波数を調整するステップは、第２のＰＬＬを使用する段階を含む方法。
【請求項１１】
請求項６に記載の方法であって、前記励起信号の位相を調整するステップは、前記ＩＦ較正信号と前記基準信号との間の前記第１の位相差が第１の所定値に対応するまで繰り返される方法。
【請求項１２】
請求項５に記載の方法であって、前記測定サイクル内のある期間の間に前記センサー信号を処理する段階は、前記期間の間に前記センサー信号を測定区間に伝播させる段階を含む方法。
【請求項１３】
請求項５に記載の方法であって、
前記センサーの前記共振周波数を使用して、前記センサーに関連付けられた身体的パラメータを決定するステップをさらに含む方法。
【請求項１４】
請求項５に記載の方法であって、前記励起信号の周波数を調整するステップは、前記位相差が前記所定値に対応するまで繰り返される方法。
【請求項１５】
請求項５に記載の方法であって、前記測定サイクル内のある期間の間に前記センサー信号を処理する段階は、前記センサー信号を処理して前記センサー信号の中心周波数を決定する段階を含む方法。
【請求項１６】
無線センサーの共振周波数を決定するシステムであって、
較正信号およびセンサー信号を受信するための受信区間と、
較正パスであって、
励起信号と前記較正信号との間の位相差を決定するための較正ＩＦ区間と、
前記励起信号と前記較正信号との間の前記位相差に基づいて前記励起信号の位相を調整するための第１の位相ロックループ（ＰＬＬ）とを含む較正パスと、
測定パスであって、
前記励起信号と前記センサー信号との間の位相差を決定するための測定ＩＦ区間と、
前記励起信号と前記センサー信号との間の位相差に基づいて前記励起信号の周波数を調整するための第２のＰＬＬとを含む測定パスと、
前記励起信号のフレーム幅を変更するための励起信号発生器と
を備えるシステム。
【請求項１７】
請求項１６に記載のシステムであって、前記測定ＩＦ区間は、連続波信号を比較して、前記励起信号と前記較正信号との間の位相差を決定するシステム。
【請求項１８】
請求項１６に記載のシステムであって、前記較正ＩＦ区間は、連続波信号を比較して、前記励起信号と前記センサー信号との間の位相差を決定するシステム。
【請求項１９】
請求項１６に記載のシステムであって、前記較正ＩＦ区間は、狭帯域フィルターを使用して連続波ＩＦ較正信号を生成するシステム。
【請求項２０】
請求項１６に記載のシステムであって、前記測定ＩＦ区間は、狭帯域フィルターを使用して連続波ＩＦセンサー信号を生成するシステム。
【請求項２１】
請求項１６に記載のシステムであって、
前記測定区間への前記センサー信号の伝播を制御する制御部をさらに備えるシステム。
【請求項２２】
請求項１６に記載のシステムであって、
前記較正区間への前記較正信号の伝播を制御する制御部をさらに備えるシステム。
【請求項２３】
無線センサーの共振周波数を決定するシステムであって、
励起信号を生成する手段と、
較正信号およびセンサー信号を受信する手段と、
前記励起信号と前記較正信号との間の第１の関係を、連続波ＩＦ較正信号を使用して決定する手段と、
前記センサー信号と前記較正信号との間の第２の関係を、連続波ＩＦセンサー信号を使用して決定する手段と、
前記第１の関係および前記第２の関係に基づいて、前記無線センサーの前記共振周波数を決定する手段と
を備えるシステム。
【請求項２４】
請求項２３に記載のシステムであって、前記励起信号を生成する手段は、第１のサイクルと第２のサイクルの間で前記励起信号のフレーム幅を調整する手段を含むシステム。
【請求項２５】
請求項２３に記載のシステムであって、前記励起信号を生成する手段は、前記第１の関係に基づいて前記励起信号の位相を調整する手段を含むシステム。
【請求項２６】
請求項２３に記載のシステムであって、前記励起信号を生成する手段は、前記第２の関係に基づいて前記励起信号の周波数を調整する手段を含むシステム。
【請求項２７】
請求項２３に記載のシステムであって、前記励起信号と前記較正信号との間の第１の関係を決定する手段に対して前記較正信号を制御する手段をさらに備えるシステム。
【請求項２８】
請求項２３に記載のシステムであって、前記センサー信号と前記較正信号との間の第２の関係を決定する手段に対して前記センサー信号を制御する手段をさらに備えるシステム。
【請求項２９】
請求項２３に記載のシステムであって、前記励起信号と前記較正信号との間の第１の関係を決定する手段は、狭帯域フィルターを使用して前記連続波ＩＦ較正信号を生成するシステム。
【請求項３０】
請求項２３に記載のシステムであって、前記センサー信号と前記較正信号との間の第２の関係を決定する手段は、狭帯域フィルターを使用して前記連続波ＩＦセンサー信号を生成するシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に無線センサーとの通信に関し、具体的には、身体の状態を測定するために体内に埋め込まれた無線センサーとの通信に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線センサーは、体内に埋め込むことができ、圧力や温度などの身体の状態を監視するために使用することができる。例えば、いずれも本願に引用して援用される米国特許第６，１１１，５２０号、米国特許第６，８５５，１１５号および米国公報第２００３／０１３６４１７号には、体内に埋め込むことができる無線センサーが記載されている。これらのセンサーは、心臓内の身体状態または腹部大動脈瘤を監視するために使用することができる。腹部大動脈瘤（ＡＡＡ）とは、大動脈破裂および突然死に至るおそれのある腹部大動脈の拡張および弱化である。治療された腹部大動脈の場合、動脈瘤嚢内の圧力を監視してインターベンションがリークしているかどうかを判定するために、センサーを使用することができる。ＡＡＡに対する標準的な処置では、エンドバスキュラー法によって埋め込まれたステントグラフトが使用される。しかしながら、ＡＡＡに対するこれらのステントグラフトに伴って現れる重大な問題は、血液が動脈瘤嚢内に急激にかつ遅れてリークすることである。ステントグラフトの埋込みの後、患者は、発生しうるステントグラフトのリークの有無を確認するために、ＩＶコントラストを用いた腹部ＣＴ（コンピュータ断層撮影法）によって定期的な評価を受けているのが現状である。これは、わずかなリークを検出するための適切な感度に欠けた処置で、高価で危険を伴う処置である。
【０００３】
典型的に、センサーは、可変コンデンサーを有するインダクタンス・キャパシタンス（「ＬＣ」）共振回路を利用する。回路のキャパシタンスは、センサーが配置されている環境の圧力と共に変動し、したがって、その圧力が変動すると、回路の共振周波数も変動する。このように、回路の共振周波数は、圧力を計算するために用いることができる。
【０００４】
理想的に、共振周波数は、非侵襲的手法を用いて決定される。埋め込まれたセンサーの共振周波数を決定する手法のいくつかの例が、米国特許第６，１１１，５２０号で論じられている。その特許に記載された手法のいくつかは、複数周波数を有する信号を伝送することを必要とする。複数周波数を有する伝送信号を用いる欠点として、共振周波数外の周波数帯域におけるエネルギーが浪費される。この過剰なエネルギーによって、より多くの電力が必要となり、その結果、コスト、寸法、および熱的要件が増し、さらには、他の信号との電磁干渉が増加する。したがって、よりエネルギー効率的であり、かつより少量の電力のみを必要とする最適化された方法が求められている。
【０００５】
埋込み型センサーとの通信には独特な要件が存在する。例えば、システムは、低電力環境で動作しなければならず、また、ある特性を有するセンサーからの信号を処理できなければならない。例えば、センサーからの信号は比較的弱く、また、信号が急速に消散するため、迅速に検出しなければならない。また、これらの要件は、一般的な問題をシステムで処理する方式にも影響を及ぼす。例えば、スイッチングの過渡応答と誤ロックの問題は、センサー信号の特徴に適合した方法で処理する必要がある。したがって、低電力環境で動作し、かつセンサーの共振周波数を効率的に決定できる無線センサーとの通信方法が求められている。
【０００６】
センサーの共振周波数は、重要な身体的パラメータと相互に関連する測定パラメータである。臨床的に有用とするためには、測定環境における変化がセンサーの確度に影響を与えないようにする手段が存在しなければならない。したがって、測定環境における変化を考慮する無線センサーとの通信システムおよび方法が求められている。
【発明の開示】
【０００７】
動脈瘤治療の主な目標は、嚢を減圧することおよび破裂を防止することである。エンドリークは、手術中にまたは手術後に生じるものであっても、動脈瘤嚢を加圧状態に維持し、それによって動脈瘤破裂の可能性を増加させることがある。現行の画像様式の血管撮影法およびＣＴスキャンは、必ずしも、エンドリークまたはステントグラフトの故障を検出するのに十分な感度を有していない。嚢間の圧力を測定すると、循環から嚢排除を直接評価することができ、したがって、手術中および手術後に監視することの利点が得られるが、この利点は間接的な画像検査では得られないものである。
【０００８】
本発明の一用途において、ＡＡＡ圧力センサーが、ステントグラフト挿入の時点で動脈瘤嚢内に配置される。電子機器を保持することによって、圧力の読みが医師によって読み取られ、それによって、手技および外来患者による経過観察の通院の際に、無線センサーの共振周波数を読み取り、その周波数の読みを圧力に対応させることで、ステントグラフトの成功を直ちに評価することができる。
【０００９】
本発明は、無線センサーと通信してセンサーの共振周波数を決定するシステムおよび方法を提供することによって、上述した必要性を満たしている。このシステムは、所定の周波数または周波数セットと所定の振幅とを有する無線周波エネルギーの低デューティーサイクルのゲートバーストを用いてセンサーを励起する。励起信号は、磁気ループを介してセンサーにカップリングされる。センサーは、体内に埋め込まれた可変コンデンサーを有するインダクタンス・キャパシタンス（「ＬＣ」）共振回路であってもよく、圧力および温度などの身体的パラメータを測定するために使用することができる。励起周波数がセンサーの共振周波数と同じであるときに最大となる電流を、励起信号はセンサー内に誘起する。このシステムは、磁気カップリングによってセンサーのリングダウン応答を受信し、センサーの共振周波数を決定するが、その共振周波数は、測定された身体的パラメータを計算するために使用される。
【００１０】
本発明の一態様において、励起信号の周波数がセンサーの共振周波数にロックするまで励起信号の位相および周波数を調整するために、一対の位相ロックループ（「ＰＬＬ」）が使用されている。一実施形態において、一方のＰＬＬは較正サイクルの間にサンプリングし、他方のＰＬＬは測定サイクルの間にサンプリングする。これらのサイクルは、パルス繰返し周期と同期して１０マイクロ秒ごとに交互に切り換わる。較正サイクルは、励起信号の位相を一定の基準位相に調整して、システム遅延または変動する環境条件を補正する。センサーの読みの正確さに影響を与える環境条件としては、限定はしないが、反射性または磁気吸収性の物体への近接性や、伝送距離内に位置する反射性物体の変動、内部構成要素のパラメータを変化させうる温度または湿度の変動、ならびに内部構成要素の経時変化が挙げられる。
【００１１】
ＰＬＬの一方は、励起信号の位相を調整するために使用され、本明細書では高速ＰＬＬと呼ばれる。他方のＰＬＬは、励起信号の周波数を調整するために使用され、本明細書では低速ＰＬＬと呼ばれる。励起信号が活性状態である間、信号の一部分は受信機に入るが、その信号は本明細書では較正信号と呼ばれる。較正信号が処理およびサンプリングされて、較正信号の位相と局部発振器（本明細書では局部発振器２と呼ぶ）の位相との間の位相差が決定される。較正信号がサンプリングされるサイクルは、較正サイクルと呼ばれる。システムは励起信号の位相を調整して、位相差をゼロまたは別の基準位相にする。
【００１２】
測定サイクルの間、センサーからカップリングされた信号（本明細書ではカップリング信号またはセンサー信号と呼ばれる）が処理されてサンプリングされ、サンプリング信号と励起信号との間の位相差が決定される。次いで、システムは励起信号の周波数を調整して、位相差をゼロまたは別の基準位相にする。低速ＰＬＬがロックされると、励起信号の周波数は、センサーの共振周波数に合致したと考えられる。カップリング信号の強度が所定の信号強度しきい値を満たさなければ低速ＰＬＬがロックしないように、低速ＰＬＬの動作は信号強度に基づいて制限されている。
【００１３】
本発明の別の態様において、複数のサンプル点が、誤ロックを回避するために使用されている。サンプル点は差動増幅器に供給され、差動増幅器の出力が使用されて、励起信号の周波数および位相が調整される。２つのサンプリング点を使用する場合、差動増幅器はサンプル点の合計および差を出力し、その合計および差はＰＬＬを調整するために使用される。
【００１４】
本発明の別の態様において、センサーからカップリングされた信号は、サンプルホールド技法の代わりに、連続的な信号処理技法を使用して処理される。連続的な信号処理技法では、サンプルホールド技法の欠点のいくつかが回避される。例えば、サンプル点のタイミングはトレードオフである。サンプルはフィルター処理およびスイッチングの過渡応答が安定化した後に取る必要があり、これはサンプル点を遅延させる傾向がある。ただし、サンプルはセンサー信号が消失する前に取る必要もあり、これはセンサー信号が非常に迅速に消失するためにサンプル点を前進させる傾向がある。サンプリングされた点を遅延または前進させると、正確さはあまりに多くの影響を受ける。サンプリングされた点に影響を与えるＤＣオフセットまたは他の外乱は、不正確な結果をもたらすことがある。また、サンプリングは、信号の一部分のみが使用されるため、効率に影響を与えることもある。
【００１５】
連続的な信号処理を実施するために、一方が較正サイクル用、もう一方が測定サイクル用の一対の平行なＩＦパスが設けられる。ＩＦパスのそれぞれは、狭帯域フィルターを有している。ＩＦパスの出力は、ＰＬＬを調整するために使用される。
【００１６】
また、システムは、誤ロックおよびスイッチングの過渡応答も処理する。誤ロックは、センサーの共振周波数に対応していない周波数にシステムがロックした場合に発生する。本発明の一態様において、システムは、位相差信号がどのようにしてゼロになるかを調べることによって、誤ロックを回避している。時間に対する位相差信号の傾きが、所定の方向、例えば正の方向を満たす場合、ＰＬＬはロックされる。しかしながら、時間に対する位相差信号の傾きが、所定の方向、例えば負の方向を満たさない場合、信号強度は、誤ロックを防止するように抑制される。
【００１７】
本発明の他の態様は、周波数ディザリングを用いて誤ロックを回避する。一定のパルス繰返し周波数は、スペクトル成分をセンサー信号に追加し、誤ロックを発生させることがある。励起信号のパルス繰返し周波数をランダムに変化させることによって、側波帯が前後に移動し、その結果、側波帯の平均値が減少する。したがって、システムは、側波帯ではなく中心周波数でロックする。
【００１８】
本発明の別の態様において、位相ディザリングを用いて、スイッチングの過渡応答を減少することができる。励起信号および局部発振器（本明細書においては局部発振器１と呼ぶ）の位相は、ランダムに変化される。励起信号の位相を変化させると、カップリング信号の位相は変化するが、過渡信号の位相は影響を受けない。したがって、過渡信号の平均値は減少する。また、励起モードからカップリングモードへスイッチされるときに、コイルの共振周波数を変更すると、スイッチングの過渡応答が減少する。コイルに接続されたコンデンサーは、スイッチングの過渡応答を減少させるために、異なるモード間でスイッチングされて共振周波数をわずかに変化させる。
【００１９】
本発明のこれらのおよび他の態様、特徴および利点は、開示する実施形態の以下の詳細な説明を検討し、また、添付の図面および特許請求の範囲を参照すれば、より明確に理解して認識することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明は、無線センサーと通信するシステムおよび方法に関する。簡潔に述べれば、本発明はセンサーの共振周波数を決定するものであり、励起信号の位相および周波数を、その励起信号の周波数がセンサーの共振周波数にロックされるまで調整することによって、センサーの共振周波数を決定するものである。このシステムは、所定の周波数または周波数セットと所定の振幅とを有する、無線周波エネルギーの低デューティーサイクルのゲートバーストを用いてセンサーを励起する。この信号は、センサーの共振周波数を突き止めるために使用することができる電流をセンサー内に誘発する。このシステムは、センサーのリングダウン応答を受信し、センサーの共振周波数を決定するが、その共振周波数は、測定された身体的パラメータを計算するために使用される。このシステムは、センサーの共振周波数を突き止めるために、一対の位相ロックループ（「ＰＬＬ」）を使用して励起信号の位相および周波数を調整する。
【００２１】
例示的システム
図１は、体内に埋め込まれた無線センサーと通信する例示的システムを示す。このシステムは、カップリングループ１００と、基本ユニット１０２と、ディスプレイ装置１０４と、キーボードなどの入力装置１０６とを有している。
【００２２】
カップリングループは、帯状の銅で形成されている。一実施形態において、ループは直径が８インチ（２０．３２センチメートル）である。カップリングループは、シールドされたボックス１０１に封じ込められたスイッチングおよびフィルタリング回路を有している。ループは、センサーをチャージし、次いでセンサーからの信号を受信機へカップリングする。アンテナは、帯域内ノイズおよび電磁放射を減衰させるようにシールドすることができる。
【００２３】
カップリングループに対する別の可能な実施形態を図７に示し、この図７は、別個の励起用のループ７０２および受信用のループ７０４を示しているが、単一のループを双方の機能のために使用することもできる。ループアセンブリ内部でスイッチングするＰＩＮダイオードは、励起期間の間にはＲＸパスピンダイオードを開き、カップリング期間の間には励起パスピンダイオードを開くことによって、励起位相と受信位相との間に分離をもたらすために使用されている。複数の励起ループは、伝送コイルと伝送回路との間により広帯域なマッチングを達成するように、互い違いに同調させることができる。
【００２４】
基本ユニットは、ＲＦ増幅器と、受信機と、信号処理回路とを有している。回路のさらなる詳細については、図３と関連して以下で説明する。
【００２５】
ディスプレイ１０４および入力装置１０６は、システム用のユーザーインターフェースと共に使用される。図１に示す実施形態において、ディスプレイ装置および入力装置は、基本ユニットに接続されている。この実施形態において、基本ユニットはまた、通常の計算機能も提供する。他の実施形態において、基本ユニットは、ＲＳ−２３２リンクなどの通信リンクを介して、ラップトップなどの通常のコンピュータに接続することができる。別個のコンピュータを使用する場合、そのコンピュータに関連付けられたディスプレイ装置および入力装置を使用して、ユーザーインターフェースを提供することができる。一実施形態において、ＬＡＢＶＩＥＷソフトウェアを使用してユーザーインターフェースが提供され、さらには、グラフィックスが提供され、データが記憶および整理され、較正および正規化のための計算が実施される。ユーザーインターフェースは、患者のデータを記録および表示し、外科手術および経過観察の手続きを通じてユーザーを案内する。
【００２６】
任意に選択可能なプリンタ１０８は基本ユニットに接続され、患者のデータまたは他の種類の情報をプリントアウトするために使用することができる。当業者には明らかであるが、システムの他の構成、ならびに付加的なまたはより少数の構成要素を本発明と共に利用することができる。
【００２７】
患者およびシステムの情報は、可搬式のＵＳＢ記憶装置、フロッピー(登録商標)ディスク、スマートカード、または他の任意の類似デバイスなど、取外し可能なデータ記憶ユニット内に記憶することができる。患者の情報は、解析、検討、または記憶のために、医師のパーソナルコンピュータへ転送することができる。記憶またはデータ転送を自動化するために、任意に選択可能なネットワーク接続を設けることができる。いったんデータをシステムから取り出すと、データの解析または記憶に関して、特注のまたは第三者のソースを用いて医師を支援することができる。
【００２８】
図１は、患者に埋め込まれたセンサー１２０と通信するシステムを示す。このシステムは、１）埋込みの間の手術室と、２）追跡検査の間の診療室という、２つの環境において使用される。埋込みの間、システムは、少なくとも２つの測定値を記録するために使用される。第１の測定値は、較正のためにセンサーを導入する間に取得され、第２の測定値は、ステントグラフトの機能検証のために配置した後に取得される。腹部大動脈瘤に関連する特性を測定するセンサーの場合、患者の背もしくは患者の胃の上にカップリングループを配置することによって、または患者の背もしくは患者の胃に隣接してカップリングループを配置することによって、測定値を取得することができる。他の種類の測定値に対しては、カップリングループを他の場所に配置してもよい。例えば、心臓に関連する特性を測定するために、カップリングループを患者の背または患者の胸に配置することができる。
【００２９】
このシステムは、埋込み型センサーと通信してセンサーの共振周波数を決定する。背景技術の節で参照した特許文書により詳細に記載されているように、センサーは典型的に可変コンデンサーを有するインダクタンス・キャパシタンス（「ＬＣ」）共振回路を備えている。周囲の圧力が変化すると、可変コンデンサーの平板間の距離が変化する。このように、回路の共振周波数は、圧力を決定するために用いることができる。
【００３０】
システムは、ＲＦバーストでセンサーを励起する。励起信号は、所定の周波数または周波数セットと所定の振幅とを有する無線周波エネルギーの低デューティーサイクルのゲートバーストである。典型的には、励起信号のデューティーサイクルは、０．１％から５０％の範囲に及ぶ。一実施形態において、システムは、３０〜３７．５ＭＨｚの基本信号を用いて、１００ｋＨｚのパルス繰返し率において２０％のデューティーサイクルでセンサーを励起する。励起信号は、磁気ループを介してセンサーにカップリングされる。この信号は、センサーの共振周波数において最大振幅の電流をセンサー内に誘発する。この間、センサーは、定常状態の振幅へ指数関数的にチャージしており、この定常状態の振幅はカップリング効率、センサーとループとの間の距離、およびＲＦ電力に比例している。図８は、典型的なＬＣ回路の荷電応答を示しており、その共振周波数におけるＲＦエネルギーのバーストに対する荷電応答を示している。センサーがチャージする速度は、センサーのＱ（品質係数）に直接関連している。したがって、パルス繰返しデューティーサイクルの「オン時間」は、センサーのＱに対して最適化される。このシステムは、磁気カップリングを通じてセンサーのリングダウン応答を受信し、センサーの共振周波数を決定する。図２（ａ）は典型的な励起信号を示し、図２（ｂ）、２（ｃ）および２（ｄ）は、センサーのＱ（品質係数）の様々な値に対する典型的なカップリング信号を示す。主ユニットが、センサーの共振周波数で、またはセンサーの共振周波数の付近でエネルギーをカップリングしているとき、センサーリターンの振幅は最大となり、また、センサーリターンの位相は、励起位相に対してゼロ度に接近する。センサーリターン信号は、位相ロックループを通じて処理され、次の励起パルスの周波数および位相が操作される。
【００３１】
基本ユニットの動作
図３は、例示的な基本ユニット内における信号処理の構成要素を示す構成図である。基本ユニットは、励起信号の周波数がセンサーの共振周波数に合致するように励起信号を調整することによって、センサーの共振周波数を決定する。図３に示す実施形態において、２つの別個のプロセッサ３０２、３２２と、２つの別個のカップリングループ３４０、３４２とを示している。一実施形態において、プロセッサ３０２は基本ユニットと関連づけられ、プロセッサ３２２は基本ユニットに接続されたコンピュータと関連づけられる。他の実施形態において、２つの別個のプロセッサと同じ機能を提供する単一のプロセッサが使用される。他の実施形態において、励起するために、またセンサーエネルギーを再び受信機にカップリングするために、単一のループが使用される。当業者には明らかであるが、異なる構成要素を使用する基本ユニットの他の構成が可能である。
【００３２】
図３に示す実施形態は、一対の位相ロックループ（「ＰＬＬ」）を有している。そのＰＬＬの一方は、励起信号の位相を調整するために使用され、本明細書では高速ＰＬＬと呼ばれる。他方のＰＬＬは、励起信号の周波数を調整するために使用され、本明細書では低速ＰＬＬと呼ばれる。基本ユニットは、２つのサイクル、すなわち較正サイクルと測定サイクルを提供する。一実施形態において、第１のサイクルは、システムを較正するための１０マイクロ秒の励起期間であり、この励起期間を本明細書では較正サイクルと呼び、また、第２のサイクルは、センサーを励起してセンサーからのリターン信号をカップリングするための１マイクロ秒の励起／カップリング期間であり、この励起／カップリング期間を本明細書では測定サイクルと呼ぶ。較正サイクルの間、システムは、システムと環境の位相較正のために較正信号を生成し、また、測定サイクルの間には、システムは、リターン信号、すなわちセンサーのリングダウンの送信と聴取の両方を行う。別の方法として、当業者には明らかであるが、較正サイクルおよび測定サイクルは、同じパルス繰り返し周期内で実施することができる。
【００３３】
励起信号の位相は、較正サイクルの間に高速ＰＬＬによって調整され、励起信号の周波数は、測定サイクルの間に低速ＰＬＬによって調整される。ＰＬＬの動作についての以下の説明は、簡単にするため、順次的に示してある。しかしながら、実際にはＰＬＬは同時に動作することが当業者には理解されよう。
【００３４】
初期には、励起信号の周波数は、センサーの較正パラメータによって決定された既定値に設定されている。各センサーは、周波数、オフセット、および傾きなど、複数の較正パラメータに関連付けられている。システムの操作者は、ユーザーインターフェースを介してセンサー較正パラメータをシステムに入力し、システムは、特定のセンサーに基づいて励起信号の初期周波数を決定する。別の方法として、センサー較正情報は、可搬式の記憶装置、バーコードに記憶するか、または、センサーから返信される信号に組み込むことができる。励起信号の初期位相は任意である。
【００３５】
初期周波数および初期位相は、プロセッサ３０２からＤＤＳ（直接デジタルシンセサイザ）３０４、３０６に通信される。ＤＤＳ１  ３０４の出力は、初期周波数および初期位相に設定されており、ＤＤＳ２  ３０６（局部発振器１とも呼ばれる）の出力は、初期周波数に局部発振器２の周波数を加えたものに設定されている。ＤＤＳ２の位相は、固定された定数である。一実施形態において、局部発振器２の周波数は４．７２５ＭＨｚである。ＤＤＳ１の出力はフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）３０８によってゲート制御され、あるパルス繰返し周波数（「ＰＲＦ」）を有するパルス伝送信号を生成するように制御されている。ＦＰＧＡは的確なゲート制御を提供し、基本ユニットが、較正サイクルの始まりまたは終わりに対して、特定の時間間隔内で受信信号をサンプリングできるようにしている。
【００３６】
較正サイクルの間、受信機３１０に入る較正信号は、受信区間３１１およびＩＦ区間３１２を通じて処理され、サンプリングされる。一実施形態において、較正信号は、受信機内にリークしている励起信号（本明細書では励起リーク信号と呼ぶ）の部分である。その信号は、励起信号のオン時間の間にサンプルホールド回路３１４によってサンプリングされ、信号と局部発振器２との間の位相差が決定される。図３は回路３１４で２つの縦続サンプルホールドを示しており、この回路３１４は高速なサンプリングと長いホールド時間の双方をもたらすためのものである。別の方法として、単一のサンプルホールドを回路３１４において使用することができる。較正信号が受信機内にリークする励起信号の部分であるような実施形態では、信号は励起信号パルスの開始から約１００ｎｓ後にサンプリングされる。励起信号はカップリング信号よりも数桁の規模で大きいので、リークした信号に関連付けられる位相情報は励起信号によるものであると仮定され、また位相遅延はカップリングループ内の回路素子や受信機内の回路素子、および反射性物体の近辺などの環境条件によるものと仮定される。
【００３７】
位相差は、ループフィルター３１６に送られる。ループフィルターは、高速ＰＬＬの動的応答に対して設定されている。一実施形態において、ＰＬＬ帯域幅は１０００Ｈｚであり、減衰比は０．７である。正負の変更が可能となるように、ＤＣオフセットが追加されている。プロセッサ３０２は、アナログ−デジタル変換器（Ａ／Ｏ）ポートを読み出して位相差情報を受信し、直接デジタルシンセサイザ１（ＤＤＳ１）に送られる位相を調整して位相差をゼロにしている。この処理は、位相差がゼロになるかまたは別の基準位相になるまで、交互に繰り返される。
【００３８】
励起期間の間になされる位相調整は、局部発振器２に対する励起信号の位相をゼロにする働きをする。アンテナの周囲の変化または受信チェーンのインピーダンスの変化、ならびにサンプリング前における回路内の位相遅延の変化は、位相差の読みに影響を与えるものであり、位相調整によって調節される。
【００３９】
測定サイクルの間において、励起信号のオン時間中に、励起信号は受信機から遮断されることができる。励起信号のオフ時間の間には、受信機は遮断されず、センサーからのカップリング信号（本明細書においてはカップリング信号またはセンサー信号と呼ぶ）は受信される。カップリング信号は、受信区間３１１を通じて増幅されてフィルター処理される。信号は低い周波数に変換され（ダウンコンバートされ）、付加的な増幅およびフィルター処理が、ＩＦ区間３１２で行われる。一実施形態において、信号は４．７２５ＭＨｚにダウンコンバートされる。ＩＦ区間を通じて処理された後、信号は局部発振器２でミックスされ、サンプルホールド回路３１５でサンプリングされて、カップリング信号と励起信号との間の位相差が決定される。図３は回路３１５における２つの縦続サンプルホールドを示しており、これは高速なサンプリングと長いホールド時間の双方をもたらすためのものである。別の方法として、単一のサンプルホールドを回路３１５において使用することができる。一実施形態において、サンプリングは、励起信号がオフにされてから約３０ｎｓ後に発生する。
【００４０】
他の実施形態において、群遅延または信号振幅を使用してセンサーの共振周波数が決定される。二次系の位相曲線は、共振周波数においてゼロを通過する。群遅延（すなわち位相曲線の導関数）は共振周波数で最大に達するので、群遅延を用いて共振周波数を決定することができる。別の方法として、センサー信号の振幅を用いて共振周波数を決定することができる。センサーは帯域フィルターのように作用し、その結果、センサー信号は共振周波数において最大に達する。
【００４１】
サンプリングされた信号は、ループフィルター３２０内に蓄積される。ループフィルターは、低速ＰＬＬによるロックの取得を支援するように、低速ＰＬＬの動的な応答のために設定される。ＰＬＬは、Ａ／Ｄ入力をマイクロコントローラ３０２および３２２に供給するオペアンプ低域フィルターに実装されているが、そのマイクロコントローラ３０２および３２２は、ＤＤＳ３０４および３０６にトークし、そのＤＤＳ３０４および３０６が、励起信号および局部発振器１を提供している。また、励起しているＤＤＳ３０４を制御するマイクロコントローラは、ディスプレイとの通信も処理している。低速ＰＬＬの応答は、ループがロックされているかどうかに依存する。ループがアンロックされると、帯域幅が増加し、その結果ループは迅速にロックする。一実施形態において、低速ＰＬＬは、ロックされたときに、０．７の減衰比および１２０Ｈｚ（血圧波形のナイキスト周波数）の帯域幅を有するが、この周波数は高速ＰＬＬよりも約１０倍低速である。
【００４２】
また、ＤＣオフセットが信号に加えられて、正と負の双方のスイングが可能となっている。ループフィルターの出力は、プロセッサ３２２のＡ／Ｄ入力へ入力される。プロセッサは、新たな周波数を決定し、その新たな周波数をＤＳＳに送る。プロセッサは励起信号の現在の周波数値をオフセットしており、このオフセットでは低速ＰＬＬループフィルターの出力を事前設定値に駆動するために必要な量に比例した量だけオフセットしている。一実施形態において、事前設定値は２．５Ｖであり、位相はゼロである。比例量は、ＰＬＬの全体的な伝達関数によって決まる。
【００４３】
励起信号の周波数は、低速ＰＬＬがロックされているときに、センサーの共振周波数に合致すると考えられる。共振周波数が決定すると、センサーに関連付けられた較正パラメータを使用して、圧力などの身体的パラメータが計算され、その結果、測定した圧力に比例した異なる周波数が得られる。
【００４４】
低速ＰＬＬの操作は、信号強度に基づいて制限される。基本ユニットは、信号強度検出回路を有している。受信した信号が所定の信号強度しきい値を満たさない場合には、低速ＰＬＬはロックすることを許可されず、また、ＰＬＬの帯域幅および探索ウィンドウが拡大される。いったん受信した信号が所定の信号強度しきい値を満たすと、低速ＰＬＬの帯域幅および探索ウィンドウは縮められ、ＰＬＬはロックすることができる。好ましい実施形態において、位相検出と信号強度の決定は、直角位相ミキサー回路の「Ｉ」（同相）および「Ｑ」（直角位相）チャネルを介して提供される。「Ｉ」チャネルは、信号強度情報を処理回路に供給するように、低域フィルター処理されてサンプリングされる。「Ｑ」チャネルは、位相誤差情報を低速ＰＬＬに供給するように、低域フィルター処理されてサンプリング（ＴＨＳＳ、ＴＨＳＳ２）される。
【００４５】
基本ユニットは、２つのスイッチ、すなわちＲＸブロッキングスイッチ３５０および３５２を有しており、これらのＲＸブロッキングスイッチ３５０および３５２は、センサー信号の検出を支援する。ＲＸブロッキングスイッチの一方は、受信区間３１１においてプリセレクタに先行しており、他方のＲＸブロッキングスイッチは、ＩＦ区間３１２においてミキサーに続いている。ＦＰＧＡは、ＲＸブロッキングスイッチのタイミングを制御する（制御信号は不図示）。ＲＸブロッキングスイッチは、較正サイクルにおいて励起信号のオン時間中に閉じられ、また一般に、測定サイクルにおいて励起信号のオフ時間中に閉じられる。測定サイクルの間、ＲＸブロッキングスイッチのタイミングは、測定サイクル中に受信機へ入る励起信号を制御するためのスイッチのタイミングに類似しているが、ＲＸブロッキングスイッチは、システムにおける信号の移動遅延に対処するために、わずかに後に閉じられる。測定サイクルの間に（具体的には励起信号のオン時間の間に）、ＲＸブロッキングスイッチは受信機内にリークする励起信号がＩＦ区間に入ることを防止する。リーク信号がＩＦ区間に入ると、そのリーク信号はＩＦ区間をチャージし、ＩＦ区間はセンサー信号が到達する前に安定化できないことがある。例えば、ある場合には、ＩＦ区間は、励起信号のオン時間の後に、数百ナノ秒にわたってチャージされた。リーク信号をＩＦ区間から遮断すると、この問題は解決し、センサー信号の検出が改善される。
【００４６】
複数のサンプリング点を実装する基本ユニット
基本ユニットの他の実施形態は、図３に関連して上述した単一のサンプリング点ではなく、複数のサンプリング点を使用する。単一のサンプリング点を使用し、かつそのサンプリング点が位相検出器の平均ＤＣ電圧がゼロとなるような点と一致する場合に、システムは周波数が正しい周波数でなくてもロックすることがある。この状況が生じうるのは、ループ積分器内のＤＣオフセットや他の何らかの外乱など、システムのストレスが存在するときである。複数のサンプリング点を使用すると、これらの状況下での誤クロックを防止するのに役立つ。
【００４７】
図９は、２つのサンプリング点Ｓ１、Ｓ２を使用する実施形態における基本ユニットの一部分を示す。図９に示す構成要素は、図３で使用したサンプルホールド構成要素３１４、３１５の代わりに使用されている。図３に関連して上述したように、この実施形態は一対のＰＬＬを使用している。励起信号の位相は高速ＰＬＬによって調整され、励起信号の周波数は低速ＰＬＬによって調整されている。しかしながら、この実施形態では、励起信号の位相および周波数を調整するために、単一のサイクルのみが必要とされており、すなわち、別個の較正サイクルと測定サイクルは不要である。単一のサイクルのみが使用されるので、ＲＸブロッキングスイッチのタイミングは、図３に関連して上述したタイミングとは、わずかに異なっている。この実施形態において、ＲＸブロッキングスイッチは一般に、励起信号のオフ時間の間には閉じられている。ＲＸブロッキングスイッチを閉じる具体的なタイミングは、システム固有のものであってもよく、また、システムにおける信号の移動遅延に対処するように調整することもできる。
【００４８】
励起信号の初期の周波数および位相は、図３に関連して上述したように設定されている。励起信号は、励起信号のオン時間の間、受信機から遮断されてもよい。励起信号のオフ時間の間、受信機は遮断されており、センサーからのカップリング信号は受信される。カップリング信号は、受信区間３１１を通じて増幅され、フィルター処理される。信号は低い周波数に変換され（ダウンコンバートされ）、付加的な増幅およびフィルター処理が、ＩＦ区間３１２で行われる。一実施形態において、信号は４．７２５ＭＨｚにダウンコンバートされる。ＩＦ区間を通じて処理された後、信号は局部発振器２でミックスされ、２つのサンプルホールド回路９１５ａおよび９１５ｂによってサンプリングされて、カップリング信号と励起信号との間の位相差が決定される。
【００４９】
２つのサンプリング点が、第１の差動増幅器９５０および第２の差動増幅器９５２に加えられている。第１の差動増幅器は、２つのサンプリング点の間の差（Ｓ２−Ｓ１）を表す信号を出力し、その信号はループフィルター３２０へ供給され、励起信号の周波数を調整するために使用される。第２の差動増幅器９５２は、２つのサンプリング点の合計（Ｓ２＋Ｓ１）を表す信号を出力し、その信号はループフィルター３１６へ供給され、励起信号の位相を調整するために使用される。
【００５０】
ＦＰＧＡは、２つのサンプルホールド回路のタイミングを制御する。一実施形態において、第１のサンプル点は励起信号がオフにされてから約３０ｎｓ後に生じ、第２のサンプル点は励起信号がオフにされてから約１００ｎｓから１５０ｎｓ後に生じる。第１のサンプリング点のタイミングは、スイッチングおよびフィルターの過渡応答が安定した直後に第１のサンプリング点が生じるように、選択されている。第２のサンプリング点のタイミングは、第１のサンプリング点と第２のサンプリング点との間で傾きを検出するための十分な時間が存在するように選択されているが、ただし信号のノイズが過度に多くなる以前となるように選択されている。
【００５１】
励起信号の周波数は、低速ＰＬＬがロックされているときに、センサーの共振周波数に合致すると考えられる。共振周波数が決定すると、センサーに関連付けられた較正パラメータを使用して、圧力などの身体的パラメータが計算され、その結果、測定した圧力に比例する異なる周波数が得られる。
【００５２】
連続的な信号処理を実施する基本ユニット
基本ユニットのさらに他の実施形態は、図３および図９に関連して上述したサンプル処理技法の代わりに、連続的な信号処理技法を使用する。この実施形態では、パルス較正信号およびパルスセンサー信号から連続波信号を導き出し、その連続波信号を使用して励起信号の位相および周波数を調整する。
【００５３】
図１０は、連続的な信号処理を使用する実施形態における基本ユニットの一部分を示す。図１０に示すように、この実施形態では、共通のＩＦ区間３１２の代わりに別個の較正区間１０１２ａおよび測定区間１０１２ｂを使用し、図３で使用されている別個のサンプルホールド回路３１４および３１５を使用している。信号が、受信機区間３１１と、ミキサーと、ＲＸブロッキングスイッチのうちの１つとを通過した後に、その信号は一対のスイッチ、すなわちＴＸ  ＩＦスイッチ１０５０とＲＸ  ＩＦスイッチ１０５２とに分けられる。ＦＰＧＡは、較正サイクルの間にはＴＸ  ＩＦスイッチ１０５０が閉じ、ＲＸ  ＩＦスイッチ１０５２が開くようにスイッチを制御し、測定サイクルの間にはＴＸ  ＩＦスイッチが開き、ＲＸ  ＩＦスイッチが閉じるようにスイッチ（制御信号は不図示）を制御する。較正区間１０１２ａおよび測定区間１０１２ｂはそれぞれ、前述のスイッチと、低域フィルターと、狭帯域フィルターと、増幅器と、位相検出器とを有している。図３の共通のＩＦ区間では、典型的には２ＭＨ〜３ＭＨｚ程度の帯域フィルターを使用しており、一方で、図１０の較正区間および測定区間では、典型的には６０ｋＨｚ〜１２０ｋＨｚ程度の狭帯域フィルターを使用している。
【００５４】
図１０に示す実施形態についての以下の説明では、交互に切り換わる較正サイクルと測定サイクルを使用している。しかしながら、他の実施形態において、較正サイクルおよび測定サイクルは、同じパルス繰返し期間内に実施することができる。
【００５５】
較正サイクルの間では、受信機３１０に入る較正信号は受信区間３１１および較正区間１０１２ａを通じて処理される。較正区間からの位相差出力は、ループフィルター３１６に送られ、励起信号の位相の調整が図３に関連して説明したように進行する。
【００５６】
測定サイクルの間では、励起信号のオン時間中、励起信号を受信機から遮断することができる。励起信号のオフ時間の間には、受信機は遮断されておらず、センサー信号は受信される。カップリング信号は、受信区間３１１を通じて増幅されてフィルター処理され、次いで、測定区間１０１２ｂに転送される。測定区間からの位相差出力は、ループフィルター３２０に送られ、励起信号の周波数の調整が、図３に関連して説明したように進行する。
【００５７】
一実施形態において、ＲＸブロッキングスイッチは、図３に関連して上述したように閉じるが、測定サイクルの間ではより早期に開く。励起信号のオフ時間の終わりまで閉じられている代わりに、ＲＸブロッキングスイッチは、オフ時間が終わる前に開く。ＲＸブロッキングスイッチが開くタイミングは、センサーの特性に基づいており、センサー信号がノイズレベル未満に低下した後にスイッチが開くように選択されている。
【００５８】
ＱをセンサーのＱとし、ｆｏをセンサーの中心周波数とすると、センサー信号からのエネルギーの大部分はＱ／ｆｏの期間内に受信されるので、ＲＸブロッキングスイッチは約Ｑ／ｆｏ後に開くことができる。例えば、センサーのＱが４０であり、ｆｏが３２ＭＨｚである場合、ＲＸブロッキングスイッチは、測定サイクルの間に約１．２５マイクロ秒後に開かれる。センサーのＱおよびセンサーのおおよそのｆｏは、通常は既知であり、ＲＸブロッキングスイッチのタイミングを制御するために用いることができる。
【００５９】
サンプルホールド技法を用いる実施形態においては、サンプリングされた情報のみが用いられ、サンプル点以降のノイズは無視される。しかしながら、この連続的な信号の実施形態においては、他の調整がなされない限り、ノイズのすべてが確認される。センサー信号がノイズレベル未満に弱まった後にＲＸブロッキングスイッチを開くことによって、システムの残りで確認されるノイズが減少し、センサー信号の検出が改善する。
【００６０】
センサー信号の周波数スペクトルは、パルス繰返し周波数に対応する複数のスペクトル成分を含んでおり、そのスペクトル成分には、励起信号の中心周波数（ｆｏ）に対応する強い成分が含まれている。センサーの共振周波数を決定するために必要な情報は、ｆｏに対応するスペクトル成分の位相を調べることによって得ることができる。測定区間はスペクトル成分をｆｏにおいて分離し、結果として生じる時間領域信号は連続波信号となる。
【００６１】
ある実施形態において、システムは、ランダムフレーム幅または疑似ランダムフレーム幅を有する励起信号を生成する。例えば、パルス幅は、各フレームに対して２マイクロ秒であるが、フレームサイズは、取りうる４つのフレームサイズ、すなわち、６．２２マイクロ秒、８．７６マイクロ秒、１１．３０マイクロ秒および１３．８４マイクロ秒の中から１つが疑似ランダムに選択される。４つのフレームサイズを使用するということは、例示的なものである。任意の数のフレームサイズを使用することができるが、ある時点で、取りうるフレームサイズの数を増加すると、システムの複雑性が増加し、改良点が徐々に増えるのみとなる。
【００６２】
最小のフレームサイズは、十分な受信ウィンドウを提供し、かつ典型的にパルス幅に対応する最小のフレームサイズに対応している。例えば、パルス幅が２マイクロ秒である場合、最小受信ウィンドウもまた２マイクロ秒であり、最小フレームサイズは４マイクロ秒となる。しかしながら、スイッチング時間および構成要素に関する他の実際的な検討事項によって、フレームサイズがわずかに大きくなることがある。最大フレームサイズは典型的には、所望の平均パルス繰返し率に基づいている。この例において、平均パルス繰返し率が１０マイクロ秒に選択されている場合、最大フレームサイズは１４マイクロ秒である。
【００６３】
ランダムのフレーム幅または疑似ランダムのフレーム幅を使用する場合、そのフレーム幅は、較正サイクルと測定サイクルとの間で変化することができ、また、共通のフレーム幅を、較正サイクルおよびそれに続く測定サイクルで使用することもできる。ランダムのフレーム幅または疑似ランダムのフレーム幅を使用すると、センサーの共振周波数を決定するために必要なスペクトル成分を分離するのに役立ち、また、受信区間で使用する狭帯域フィルターの要件が緩和される。また、ランダムのフレーム幅または疑似ランダムのフレーム幅すなわちＰＲＦの使用については、「誤ロックの回避」と題されたセクションで周波数ディザリングに関連して論じている。
【００６４】
図１０に示す実施形態に代わるものとして、ＲＸブロッキングスイッチ３５２が、ＴＸ  ＩＦスイッチ１０５０およびＲＸ  ＩＦスイッチ１０５２と結合されているものがあり、ＴＸ  ＩＦおよびＲＸ  ＩＦスイッチの制御は、その結合に対応するように修正されている。
【００６５】
誤ロックの回避
このシステムは、誤ロックの問題に対して独特な解決策を提供している。誤ロックは、センサーの共振周波数に対応しない周波数にシステムがロックした場合に発生する。複数のタイプの誤ロックがある。誤ロックの第１のタイプは、システムのパルス化された性質によって生じるものである。励起信号はパルス信号であるので、周波数のグループを有している。誤ロックに対応する周波数は、パルス繰返し周波数、センサーのＱ、およびＲＦバーストのデューティーサイクルによって影響を受ける。例えば、パルス繰返し周波数が一定であると、センサーの共振周波数の周りにおいて調和的な間隔でリターン信号にスペクトル成分が追加され、それによって誤ロックが生じることがある。一実施形態において、誤ロックは、センサーの共振周波数の上下約６００ｋＨｚで発生する。誤ロックを決定するために、信号の特徴が調べられる。例えば、パルス繰返し周波数のディザリングおよび／またはベースバンド信号の観測は、誤ロックを決定するための取りうる２つの方針である。システムが側波帯周波数でロックする一実施形態において、信号の特徴は、心拍または血圧の波形に対応する。
【００６６】
誤ロックの第２のタイプは、システムの近傍における別の物体の反射または共振によって生じる。このタイプの誤ロックは、一般には心拍または血圧の波形に対応しないため、識別が困難になることがある。周波数変調を行わないことによって、このタイプの誤ロックを区別することができる。また、磁気ループの向きを変化させることによっても、このタイプの誤ロックに変化をもたらすことができるが、これは反射した誤ロックは入射角に敏感であるからである。
【００６７】
第３のタイプの誤ロックは、ＰＦパスにおけるＰＩＮダイオードおよびアナログスイッチをスイッチングすることによって生じたスイッチングの過渡応答によるものである。これらの過渡応答は、受信チェーンにおけるフィルター内での共振の減衰を生じるが、その共振は、センサー信号と類似して見えることがある。典型的には、これらのタイプの誤ロックは、一定の周波数のものであるため、心拍または血圧の波形とは対応しない。また、これらのタイプの誤ロックは磁気ループの向きに鈍感である。
【００６８】
第１のタイプの誤ロックを回避するために、本発明は、ベースバンド信号の傾き（点３３０における位相差信号）を決定する。一実施形態において、傾きが正である場合、そのロックは真ロックであるとみなされる。しかしながら、傾きが負である場合には、そのロックは誤ロックであるとみなされる。別の実施形態においては、負の傾きが真ロックと見なされ、正の傾きが誤ロックとみなされる。傾きは、位相差信号がゼロとなる前および後の点を見ることによって決定される。傾きは、限定はしないが、アナログ微分器または多回サンプリングを用いることを含めて、多くの異なる方針で決定することができる。図４（ａ）および４（ｂ）は、正の傾きが真ロックを示す場合における真ロックおよび誤ロックをそれぞれ示す。一実施形態において、誤ロックが検出された場合、プロセッサ３２２に現れる信号強度がしきい値未満となり、かつシステムが引き続き中心周波数を探索するように、信号強度は抑制される。他の実施形態において、ゼロでない傾きは誤ロックであると解釈され、結果として信号強度がゼロとなることがある。
【００６９】
また、システムは周波数ディザリングを用いて、第１のタイプの誤ロックを回避することもできる。一定のパルス繰返し周波数に関連付けられたスペクトル成分は、誤ロックを生じることがあるので、パルス繰返し周波数をディザリングすると、誤ロックの回避に役立つ。パルス繰返し周波数をディザリングすることによって、取りうる誤ロック周波数におけるスペクトルエネルギーは、平均化されたサンプリング間隔にわたって減少する。図５に示すように、励起信号は、オン時間ｔ１およびオフ時間ｔ２を有している。システムはオン時間またはオフ時間を変化させて、ＰＲＦ（ＰＲＦ＝１／（ｔ１＋ｔ２））を変化させることができる。図５は、異なるオン時間（ｔ１，ｔ１’）および異なるオフ時間（ｔ２，ｔ２’）を示す。ＰＲＦを変化させることによって、側波帯は前後に移動し、側波帯の平均値は減少する。したがって、システムは、側波帯ではなく中心周波数でロックする。ＰＲＦは、所定のＰＲＦのシーケンスの間で変化させることができ、また、ランダムに変化させることもできる。
【００７０】
スイッチングの過渡応答の減少
カップリングループは、励起モードとカップリングモードとの間でスイッチングを行う。このスイッチングによって過渡応答信号が生成されるが、それによって第３のタイプの誤ロックが生じることがある。位相ディザリングは、スイッチングの過渡応答を減少させるために用いられる１つの方法である。図６に示すように、システムは、励起信号６０２の終わりとカップリング信号６０４の始まりとの間でスイッチング過渡応答６０３を受信する。その過渡応答を最小にするために、励起信号の位相はランダムに変化させてもよい。しかしながら、励起信号の位相を変化させるには、システムがシステムの零位相を再定義することが必要である。システムの零位相を再定義するために、ＤＤＳ２の位相は、励起信号の位相の変化に適合するように変更される。したがって、励起信号６０２’とカップリング信号６０４’の位相は変更されるが、過渡信号６０３’の位相は変更されない。システムが位相を変更すると、過渡信号の平均値は減少する。
【００７１】
また、励起モードからカップリングモードへスイッチされるときに、アンテナの共振周波数を変化させると、スイッチングの過渡応答を除去するのに役立つ。スイッチングの過渡応答を除去することは、カップリング信号の特徴により、本発明において特に重要である。カップリング信号は、励起信号のオン期間の後に非常に迅速に現れ、また非常に迅速に消失する。一実施形態において、本発明は、低電力環境でパッシブセンサーと共に動作し、したがって、カップリング信号の大きさは小さい。しかしながら、本発明は、パッシブセンサーと共に作動することに限定されない。
【００７２】
カップリングループは、センサーパラメータに基づいた共振周波数に同調される。コンデンサーまたはカップリングループに接続されたコンデンサー回路網を変更すると、アンテナの共振周波数が変化する。共振周波数は典型的には、励起モードとカップリングモードとの間で約１／１０％から２％へ変化する。ある実施形態において、カップリングループは同調されない。
【００７３】
本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、本発明に関する付加的な別の実施形態が、当業者には明らかとなろう。例えば、システムは、伝送周波数以外の周波数において情報を伝送する非線形センサー、または後方散乱変調を用いるセンサーなど、異なるタイプのセンサーで動作することができる。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって記載され、上記の説明によって支持される。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る無線センサーと通信する例示的システムの構成図である。
【図２（ａ）】図２（ａ）は、本発明の実施形態に係る例示的な励起信号を示すグラフである。
【図２（ｂ）】図２（ｂ）は、本発明の実施形態に係る例示的なカップリング信号を示すグラフである。
【図２（ｃ）】図２（ｃ）は、本発明の実施形態に係る例示的なカップリング信号を示すグラフである。
【図２（ｄ）】図２（ｄ）は、本発明の実施形態に係る例示的なカップリング信号を示すグラフである。
【図３】図３は、本発明の実施形態に係る例示的な基本ユニットの構成図である。
【図４】図４（ａ）及び図４（ｂ）は、本発明の実施形態に係る例示的な位相差信号を示すグラフである。
【図５】図５は、本発明の実施形態に係る周波数ディザリングを示す。
【図６】図６は、本発明の実施形態に係る位相ディザリングを示す。
【図７】図７は、本発明の実施形態に係るカップリングループを示す。
【図８】図８は、本発明の実施形態に係るＬＣ回路の例示的な荷電応答を示すグラフである。
【図９】図９は、本発明の実施形態に係る例示的な基本ユニットの一部分の構成図である。
【図１０】図１０は、本発明の別の実施形態に係る例示的な基本ユニットの一部分の構成図である。
【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】
2008532590.tif 000011
【図１０】
2008532590.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成19年11月6日(2007.11.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１７】
請求項１６に記載のシステムであって、前記較正ＩＦ区間は、連続波信号を比較して、前記励起信号と前記較正信号との間の位相差を決定するシステム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１８】
請求項１６に記載のシステムであって、前記測定ＩＦ区間は、連続波信号を比較して、前記励起信号と前記センサー信号との間の位相差を決定するシステム。
【国際調査報告】
2008532590.tif 000013
2008532590.tif 000014
2008532590.tif 000015