(57)【要約】【課題】  待機時における消費電力を低減し、かつ送信時における送信回路の電力効率を改善し、電源寿命の長い無線送信機を提供する。【解決手段】  電源と、送信データを無線信号に変換して送信アンテナから送信する送信回路と、所定の間欠比率で電源から供給される電圧を送信回路に出力する電源回路とを備えた無線送信機において、電源回路は、入力端子に接続される第１のスイッチと、出力端子に接続される第２のスイッチと、スイッチ間に接続され、第１のスイッチがオン、第２のスイッチがオフのときに電源から供給されるエネルギーを蓄積し、第１のスイッチがオフ、第２のスイッチがオンのときに蓄積したエネルギーを出力端子に出力するエネルギー蓄積部と、エネルギー蓄積部のエネルギー蓄積・出力により変動する出力電圧に応じて、第１および第２のスイッチを相補的にオンオフするスイッチ制御部とを備える。【選択図】        図１
2008017459.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源と、
外部からの電圧入力に応じて動作し、送信データを無線信号に変換して送信アンテナから送信する送信回路と、
入力端子が前記電源に接続され、出力端子が前記送信回路に接続され、所定の間欠比率で前記電源から供給される電圧を前記送信回路に出力する電源回路と
を備えた無線送信機において、
前記電源回路は、
前記入力端子に接続される第１のスイッチと、
前記出力端子に接続される第２のスイッチと、
前記第１のスイッチと前記第２のスイッチとの間に接続され、前記第１のスイッチがオン、前記第２のスイッチがオフのときに前記電源から供給されるエネルギーを蓄積し、前記第１のスイッチがオフ、前記第２のスイッチがオンのときに蓄積したエネルギーを前記出力端子に出力するエネルギー蓄積部と、
前記エネルギー蓄積部のエネルギー蓄積・出力により変動する出力電圧に応じて、前記第１のスイッチおよび前記第２のスイッチを相補的にオンオフするスイッチ制御部と
を備えたことを特徴とする無線送信機。
【請求項２】
請求項１に記載の無線送信機において、
前記エネルギー蓄積部は、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチとの接続点と接地との間に接続されるキャパシタとし、
前記スイッチ制御部は、前記キャパシタの端子間電圧を入力電圧とし、当該入力電圧と基準電圧とを比較し、当該入力電圧が基準電圧を超えたことを検知したときに前記第１のスイッチをオフ、前記第２のスイッチをオンとして、前記キャパシタの端子間電圧を前記第２のスイッチを介して前記送信回路に出力するとともに、当該入力電圧が基準電圧を下回ったことを検知したときに前記第１のスイッチをオン、前記第２のスイッチをオフとして前記出力端子への出力を停止する構成である
ことを特徴とする無線送信機。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の無線送信機において、
前記第１のスイッチに代えて、前記電源からの電流を制限する抵抗を配置した構成である
ことを特徴とする無線送信機。
【請求項４】
請求項１に記載の無線送信機において、
前記電源回路は、前記出力端子と接地との間に第３のスイッチを接続し、前記スイッチ制御部により前記第２のスイッチと相補的なタイミングでオンオフする構成である
ことを特徴とする無線送信機。
【請求項５】
請求項２に記載の無線送信機において、
前記スイッチ制御部は、電源と接地間に接続されたトランジスタにより一定の基準電圧を発生する基準電圧発生回路を構成し、前記基準電圧と比較する入力電圧を差動トランジスタ対の一方のトランジスタのゲート端子に接続し、前記基準電圧を前記差動トランジスタ対の他方のトランジスタのゲート端子に接続し、前記差動トランジスタ対にクロスカップル接続のトランジスタ対とダイオード接続のトランジスタ対を負荷として接続し、前記入力電圧と前記基準電圧の比較結果出力を前記クロスカップル接続のトランジスタ対とダイオード接続のトランジスタ対の各一方のトランジスタのゲート端子からバッファ回路を介して取り出す構成であり、
前記クロスカップル接続のトランジスタ対とダイオード接続のトランジスタ対のサイズ比（ゲート幅比）を調整することにより、前記スイッチ制御部で前記基準電圧と比較する前記入力電圧に対するヒステリシス電圧を設定する構成である
ことを特徴とする無線送信機。
【請求項６】
請求項１に記載の無線送信機において、
前記送信回路は、
前記電源回路から出力される電圧に応じてデータクロックを出力するデータクロック生成部と、
前記データクロックに同期して送信データを出力する送信データ生成部と、
前記送信データおよび前記データクロックを入力し、データクロックでラッチされる送信データのタイミングで発振動作を開始し、出力されるパルス信号を前記送信アンテナに供給するとともに、パルス信号のパルス数が所定数になったときに発振動作を停止する送信信号生成部と
を備え、前記パルス信号の周波数を前記送信アンテナの中心周波数に等しく設定し、前記送信アンテナから前記パルス信号に対応する高周波パルス信号を放射させる構成であることを特徴とする無線送信機。
【請求項７】
請求項６に記載の無線送信機において、
前記送信信号生成部は、
前記データクロック生成部および前記送信データ生成部からデータクロックおよび送信データを入力し、送信データをデータクロックでラッチする送信データラッチ部と、
前記送信データラッチ部のラッチ出力のタイミングで発振し、前記送信アンテナの中心周波数に等しい周波数のパルス信号を出力するパルス信号生成部と、
前記パルス信号のパルス数をカウントし、カウント値が所定値になったときに前記送信データラッチ部にラッチ出力を停止するリセット信号を出力するカウンタと、
前記送信データを前記データクロックでラッチして前記リセット信号が入力されるまでの間に出力される前記パルス信号をバッファリングし、前記送信アンテナに出力するバッファ回路と
を備えたことを特徴とする無線送信機。
【請求項８】
請求項７に記載の無線送信機において、
前記パルス信号生成部は、前記送信アンテナの中心周波数の２倍の周波数で発振する発振回路と、該発振回路から出力されるパルス信号を２分周する分周回路とを備え、該分周回路から前記送信アンテナの中心周波数に等しい周波数のパルス信号を出力する構成である
ことを特徴とする無線送信機。
【請求項９】
請求項１に記載の無線送信機において、
前記電源回路を第１の電源回路とし、前記電源から該第１の電源回路への入力電流が小さく、該第１の電源回路のスイッチ制御部を低電流で動作する構成とし、
前記第１の電源回路と前記送信回路との間に、前記電源回路の第１のスイッチ、第２のスイッチ、エネルギー蓄積部および通常電流で動作するスイッチ制御部と同様の構成である第２の電源回路を挿入した
ことを特徴とする無線送信機。
【請求項１０】
請求項９に記載の無線送信機において、
前記第２の電源回路の第１のスイッチを取り除き、前記第１の電源回路の第２のスイッチと前記第２の電源回路のエネルギー蓄積部を直結した構成である
ことを特徴とする無線送信機。
【請求項１１】
請求項１０に記載の無線送信機において、
前記第２の電源回路のスイッチ制御部は、前記エネルギー蓄積部の出力電圧が基準電圧を超えたことを検知したときに前記第２の電源回路の第２のスイッチをオンにするとともに、前記第１の電源回路の第２のスイッチをオフとし、当該出力電圧が基準電圧を下回ったことを検知したときに前記第２の電源回路の第２のスイッチをオフとするとともに、前記第１の電源回路の第２のスイッチをオフのまま維持する構成である
ことを特徴とする無線送信機。
【請求項１２】
請求項６に記載の無線送信機において、
前記送信データ生成部が生成する送信データフォーマットは、前記無線送信機の送信信号を受信する無線受信機が同期処理を行うための複数のプリアンブル部と、データを格納するデータ部とを有し、少なくとも１つのプリアンブル部は該データ部を分割してその間に挿入される構成である
ことを特徴とする無線送信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば物品管理等に使われるアクティブタグ（無線端末）に適用される無線送信機に関する。
【背景技術】
【０００２】
図２４は、アクティブタグに用いられている無線送信機の構成例を示す（非特許文献１）。図において、無線送信機は、電源１１０、電源回路１２０および送信アンテナ１３４を含む送信回路１３０を有し、電源回路１２０のオンオフ制御により電源１１０が送信回路１３０に接続され、所要の電源電圧が供給される構成である。
【０００３】
電源回路１２０は、水晶発振器１２１の出力をカウンタ１２２でカウントし、一定のカウント数に達するごとに、電源１１０に接続されるスイッチ１２３を閉じ、送信回路１３０と電源１１０を接続する構成である。電源回路１２０の構成は様々であるが、例えば物品管理等に用いるアクティブタグの場合、一定の時間間隔でデータを送信するシーケンスで動作するので、時間を計測するために基準となる発振器およびカウンタを備えるのが一般的である。
【０００４】
送信回路１３０は、電源回路１２０を介して電源電圧が供給されると立ち上がり、発振器１３１から出力されたキャリア信号が、データ信号でオンオフするスイッチ１３２を介してオンオフキーイング変調され、その変調信号がパワーアンプ１３３で増幅して送信アンテナ１３４に入力され、無線信号として送信される構成である。送信回路１３０の構成は様々であるが、キャリア信号をデータ信号で変調するために、キャリア信号を出力する発振器１３１およびキャリア信号を変調するための変調回路（ここではスイッチ１３２）を備えるのが一般的である。
【非特許文献１】堤坂秀樹、「無線通信機器」、日本理工出版会、pp.123-124、ISBN4-89019-136-4
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
アクティブタグは、一定の時間間隔でデータを送信するシーケンスで動作するものが多く、送信回路は送信時にのみ間欠的に動作するのが一般的である。これは、データを送信しない待機時における送信回路への電源供給を停止し、タグ全体の消費電力を抑えて電源の長寿命化を図るためである。
【０００６】
ところで、図２４に示す電源回路１２０の場合、時間を計測する水晶発振器１２１およびカウンタ１２２は、待機時であってもタグのシーケンス維持のために動作を停止することはできない。したがって、待機時には、送信回路１３０を停止することで消費電力の低減は可能であるものの、水晶発振器１２１およびカウンタ１２２を動作せる必要があるため消費電力の低減には限界があった。
【０００７】
また、送信回路は、電源回路から電源が供給されると、送信回路を構成する各回路が立ち上がって所定の処理が実行される。一方、送信回路を構成する回路群は基本的にアナログ回路であるので、電源供給からデータが送信可能になるまでにある程度の時間を要する。特に、キャリア信号を出力する発振器は、出力が安定するまでに要する時間が他のアナログ回路よりも長い。こうしたアナログ回路の立ち上がりに要する時間は、データ信号を送信するまでの待ち時間となるため、送信時の送信回路の電力効率を低下させる要因になる。
以上の理由から、アクティブタグの電源寿命を長期化するには限界があった。
【０００８】
本発明は、アクティブタグに適用される無線送信機として、待機時における消費電力を低減し、かつ送信時における送信回路の電力効率を改善し、電源寿命の長い無線送信機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】
【０００９】
本発明は、電源と、外部からの電圧入力に応じて動作し、送信データを無線信号に変換して送信アンテナから送信する送信回路と、入力端子が電源に接続され、出力端子が送信回路に接続され、所定の間欠比率で電源から供給される電圧を送信回路に出力する電源回路とを備えた無線送信機において、電源回路は、入力端子に接続される第１のスイッチと、出力端子に接続される第２のスイッチと、第１のスイッチと第２のスイッチとの間に接続され、第１のスイッチがオン、第２のスイッチがオフのときに電源から供給されるエネルギーを蓄積し、第１のスイッチがオフ、第２のスイッチがオンのときに蓄積したエネルギーを出力端子に出力するエネルギー蓄積部と、エネルギー蓄積部のエネルギー蓄積・出力により変動する出力電圧に応じて、第１のスイッチおよび第２のスイッチを相補的にオンオフするスイッチ制御部とを備える。
【００１０】
電源回路のエネルギー蓄積部は、第１のスイッチと第２のスイッチとの接続点と接地との間に接続されるキャパシタとし、スイッチ制御部は、キャパシタの端子間電圧を入力電圧とし、当該入力電圧と基準電圧とを比較し、当該入力電圧が基準電圧を超えたことを検知したときに第１のスイッチをオフ、第２のスイッチをオンとして、キャパシタの端子間電圧を第２のスイッチを介して送信回路に出力するとともに、当該入力電圧が基準電圧を下回ったことを検知したときに第１のスイッチをオン、第２のスイッチをオフとして出力端子への出力を停止する構成としてもよい。
【００１１】
また、第１のスイッチに代えて、電源からの電流を制限する抵抗を配置した構成としてもよい。
【００１２】
電源回路は、出力端子と接地との間に第３のスイッチを接続し、スイッチ制御部により第２のスイッチと相補的なタイミングでオンオフする構成としてもよい。
【００１３】
スイッチ制御部は、電源と接地間に接続されたトランジスタにより一定の基準電圧を発生する基準電圧発生回路を構成し、基準電圧と比較する入力電圧を差動トランジスタ対の一方のトランジスタのゲート端子に接続し、基準電圧を差動トランジスタ対の他方のトランジスタのゲート端子に接続し、差動トランジスタ対にクロスカップル接続のトランジスタ対とダイオード接続のトランジスタ対を負荷として接続し、入力電圧と基準電圧の比較結果出力をクロスカップル接続のトランジスタ対とダイオード接続のトランジスタ対の各一方のトランジスタのゲート端子からバッファ回路を介して取り出す構成であり、
クロスカップル接続のトランジスタ対とダイオード接続のトランジスタ対のサイズ比（ゲート幅比）を調整することにより、スイッチ制御部で基準電圧と比較する入力電圧に対するヒステリシス電圧を設定する構成としてもよい。
【００１４】
送信回路は、電源回路から出力される電圧に応じてデータクロックを出力するデータクロック生成部と、データクロックに同期して送信データを出力する送信データ生成部と、送信データおよびデータクロックを入力し、データクロックでラッチされる送信データのタイミングで発振動作を開始し、出力されるパルス信号を送信アンテナに供給するとともに、パルス信号のパルス数が所定数になったときに発振動作を停止する送信信号生成部とを備え、パルス信号の周波数を送信アンテナの中心周波数に等しく設定し、送信アンテナからパルス信号に対応する高周波パルス信号を放射させる構成としてもよい。
【００１５】
送信信号生成部は、データクロック生成部および送信データ生成部からデータクロックおよび送信データを入力し、送信データをデータクロックでラッチする送信データラッチ部と、送信データラッチ部のラッチ出力のタイミングで発振し、送信アンテナの中心周波数に等しい周波数のパルス信号を出力するパルス信号生成部と、パルス信号のパルス数をカウントし、カウント値が所定値になったときに送信データラッチ部にラッチ出力を停止するリセット信号を出力するカウンタと、送信データをデータクロックでラッチしてリセット信号が入力されるまでの間に出力されるパルス信号をバッファリングし、送信アンテナに出力するバッファ回路とを備えてもよい。
【００１６】
パルス信号生成部は、送信アンテナの中心周波数の２倍の周波数で発振する発振回路と、該発振回路から出力されるパルス信号を２分周する分周回路とを備え、該分周回路から送信アンテナの中心周波数に等しい周波数のパルス信号を出力する構成としてもよい。
【００１７】
また、上記の電源回路を第１の電源回路とし、電源から該第１の電源回路への入力電流が小さく、該第１の電源回路のスイッチ制御部を低電流で動作する構成とし、第１の電源回路と送信回路との間に、上記の電源回路の第１のスイッチ、第２のスイッチ、エネルギー蓄積部および通常電流で動作するスイッチ制御部と同様の構成である第２の電源回路を挿入する構成としてもよい。
【００１８】
さらに、第２の電源回路の第１のスイッチを取り除き、第１の電源回路の第２のスイッチと第２の電源回路のエネルギー蓄積部を直結した構成としてもよい。
【００１９】
また、第２の電源回路のスイッチ制御部は、エネルギー蓄積部の出力電圧が基準電圧を超えたことを検知したときに第２の電源回路の第２のスイッチをオンにするとともに、第１の電源回路の第２のスイッチをオフとし、当該出力電圧が基準電圧を下回ったことを検知したときに第２の電源回路の第２のスイッチをオフとするとともに、第１の電源回路の第２のスイッチをオフのまま維持する構成としてもよい。
【００２０】
また、上記の送信データ生成部が生成する送信データフォーマットは、無線送信機の送信信号を受信する無線受信機が同期処理を行うための複数のプリアンブル部と、データを格納するデータ部とを有し、少なくとも１つのプリアンブル部は該データ部を分割してその間に挿入される構成としてもよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の無線送信機は、電源から送信回路に電源電圧を間欠供給する電源回路として、電源から供給される電荷を蓄積するエネルギー蓄積部（キャパシタ）を備え、このエネルギー蓄積部と電源または送信回路との接続を、エネルギー蓄積部の出力電圧に応じて相補的に切り替える構成とすることにより、水晶発振器とカウンタを用いた間欠動作制御が不要となり、電源回路における消費電力の低減が可能になる。
【００２２】
また、本発明の無線送信機は、送信回路として、電源回路からの間欠電源供給を受けて、データ信号に対応するタイミングで送信アンテナの中心周波数に等しい周波数のパルス信号を生成し、このパルス信号を送信アンテナに供給することにより、アナログのキャリア信号を用いずに送信アンテナから高周波パルス信号を送信することができる。これにより、データ信号の送信時以外は送信回路のすべての動作を停止させることができ、電力消費を抑えることができる。さらに、送信回路が高速に立ち上がり動作することから、電源回路からの電源供給時間を短くすることができる。この結果、間欠比率を高めることができる。
【００２３】
また、無線送信機動作の間欠比率が大きくなったり電源自体の出力電流が小さい場合に、電源回路を２段構成とし、第１の電源回路を低電流入力に対応する構成とし、第２の電源回路を通常電流入力に対応する構成とすることにより、電源から電源回路への入力電流が小さくても第２の電源回路により俊敏なスイッチングが可能となり、無線送信機としての所定の動作を実現することができる。
【００２４】
また、送信データフォーマットとして複数のプリアンブル部を設け、データ部内に挿入することにより、受信側でサンプリングタイミングを逐次抽出しながらデータ部の復調が可能になり、復調効率を向上させることができる。
【００２５】
以上により、待機時における消費電力を低減し、かつ送信時における送信回路の電力効率を改善することができ、より長寿命な無線送信機を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
（無線送信機の実施形態）
図１は、本発明の無線送信機の実施形態を示す。図において、本実施形態の無線送信機は、電源１０、電源回路２０および送信アンテナ３８を含む送信回路３０を有し、電源回路２０の制御により送信回路３０に所要の電圧が供給され、送信回路３０が電圧入力のタイミングで送信データを生成し、高周波パルス信号（ＲＦパルス信号）として送信する動作を開始する構成である。
【００２７】
本実施形態の特徴は、電源回路２０および送信回路３０の構成にある。電源回路２０は、入力端子（電源１０）に接続される第１のスイッチ２１、出力端子（送信回路３０）に接続される第２のスイッチ２２、第１のスイッチ２１と第２のスイッチ２２間に接続されて電源１０から供給されるエネルギーを蓄積するエネルギー蓄積部２３、エネルギー蓄積部２３の出力電圧に応じて第１のスイッチ２１および第２のスイッチ２２を相補的にオンオフするスイッチ制御部２４により構成される。
【００２８】
（電源回路２０の第１の構成例）
図２は、電源回路２０の第１の構成例を示す。図１の電源回路２０を構成する各部と図２に示す電源回路２０を構成する各部は、次のような対応関係になる。第１のスイッチ２１および第２のスイッチ２２はそのまま対応する。エネルギー蓄積部２３は、第１のスイッチ２１と第２のスイッチ２２と接地との間に接続されるキャパシタＣにより構成される。スイッチ制御部２４は、キャパシタＣの端子間電圧を取り出す抵抗Ｒ１，Ｒ２と、基準電圧発生回路２５と、キャパシタＣの端子間電圧と基準電圧Ｖref とを比較するコンパレータ２６により構成され、コンパレータ２６の出力により第１のスイッチ２１および第２のスイッチ２２のオンオフが相補的に制御される。
【００２９】
図２および図３を参照して電源回路２０の動作例について説明する。まず、第１のスイッチ２１がオン、第２のスイッチ２２がオフとなり、電源１０（一般的には電池）から電源回路２０のキャパシタＣに電荷が蓄積される。キャパシタＣの端子間電圧は、抵抗Ｒ１，Ｒ２を介してコンパレータ２６の入力電圧となり、基準電圧発生回路２５の基準電圧Ｖref と比較される。コンパレータ２６の入力電圧が基準電圧Ｖref を超え、コンパレータ２６がこれを検知すると、第１のスイッチ２１をオフ、第２のスイッチ２２をオンにする制御信号を出力する。これにより、キャパシタＣに蓄積された電荷が第２のスイッチ２２を介して出力され、送信回路３０に電源電圧が供給される。
【００３０】
送信回路３０は電源電圧が供給されると所定の動作を開始し、電源回路２０のキャパシタＣに蓄えられた電荷が消費され、キャパシタＣの端子間電圧が低下する。キャパシタＣの端子間電圧が低下してコンパレータ２６の入力電圧が基準電圧Ｖref を下回り、コンパレータ２６がこれを検知すると、第１のスイッチ２１をオン、第２のスイッチ２２をオフにする制御信号を出力する。これにより、電源回路２０から送信回路３０への電源供給は停止し、キャパシタＣは再び電源１０から供給される電荷を蓄積する動作を繰り返す。
【００３１】
送信回路３０へ電源電圧が供給される時間（ＴPON ）と、供給が停止する時間（ＴPOFF）は、キャパシタＣの容量やコンパレータ２６で比較する基準電圧Ｖref を変えることにより調整可能である。なお、コンパレータ２６の入力電圧が基準電圧Ｖref を超えたことをコンパレータ２６が検知するときの入力電圧と、基準電圧Ｖref を下回ったことをコンパレータ２６が検知するときの入力電圧との間には、所定のヒステリシスが存在する。
【００３２】
ここで、コンパレータ２６のヒステリシス電圧は、第２のスイッチ２２をオンにする入力電圧ＶH とオフにする入力電圧ＶL との差とし、キャパシタＣの容量値をＣ、電源側からキャパシタに入力する平均電流をＩIN、送信回路３０の動作時の出力電流をＩOUT とすると、次の関係式が成り立つ。
ＩIN  ＝ｄＱ／ｄＴ＝Ｃ（ＶH−ＶL）／ＴPOFF
ＩOUT ＝ｄＱ／ｄＴ＝Ｃ（ＶH−ＶL）／ＴPON 
【００３３】
送信回路３０の動作時の電流および動作時間は、アプリケーションなどによって予め決まっているので、上式から容量値Ｃとヒステリシス電圧の差を決めればよい。ヒステリシス電圧の差があまり大きいと送信回路３０の動作にも影響がでるため、ヒステリシス電圧の差を小さくし、容量値Ｃを大きくする方がよい。さらに、上式からＴPON とＴPOFFの間欠比率は、ＩINとＩOUT の比率に等しいのがわかる。ＩINについては、電源１０からの入力電流を制限することにより小さくすることができるが、電源１０と電源回路２０との間に直列に抵抗を挿入するなどによりＩINを制御することも可能である。
【００３４】
図４は、基準電圧発生回路２５およびコンパレータ２６の回路構成例を示す。図において、電源と接地間に縦に接続された４つのトランジスタ(mmr11,mpr11,mpr12,mpr13) により、温度・電源電圧にほとんど依存しない基準電圧を発生する基準電圧発生回路２５が構成される。ここに示すその他の回路によりコンパレータ２６が構成される。コンパレータ２６の入力電圧は、差動トランジスタ対(mn11,mn12) の一方のトランジスタmn11のゲート端子を接続される。基準電圧発生回路２５で得られる基準電圧は、差動トランジスタ対(mn11,mn12) の他方のトランジスタmn12のゲート端子に接続される。また、差動トランジスタ対(mn11,mn12) には、クロスカップル接続のトランジスタ対(mp11,mp12) とダイオード接続のトランジスタ対(mp21,mp22) が負荷として接続される。コンパレータ２６の入力電圧と基準電圧との比較結果出力は、トランジスタmp11,mp22 のゲート端子からバッファ回路を構成するトランジスタmp3,mn3 を介して取り出される。これらのクロスカップル接続トランジスタ対(mp11,mp12) とダイオード接続トランジスタ対(mp21,mp22) のサイズ比（ゲート幅比）を調整することにより、コンパレータ２６のヒステリシス電圧（図３：ＶH 、ＶL ）を調整することができる。
【００３５】
以上の構成により、電源回路２０では従来構成のような水晶発振器やカウンタといった時間計測のための回路が不要となる。また、コンパレータ２６や基準電圧発生回路２５は、水晶発振器やカウンタよりも低消費電力で動作させることが可能であり、その分だけ待機時の消費電力を低減することができる。また、水晶発振器が不要になることから、電源回路２０と送信回路３０を含めて１つの集積回路上に集積することが可能となり、実装部品数の削減および低コスト化が可能になる。
【００３６】
なお、図１および図２の電源回路２０における入力端子側の第１のスイッチ２１は、必要に応じて設ければよい。例えば、電源回路２０の入力端子に電源１０として電池が直接接続された場合、電池の内部抵抗によって電源回路２０への電流は制限されるので、第１のスイッチ２１がなくても図３に示す間欠動作は可能となる。一方、電源１０の出力インピーダンスが低い場合は、第１のスイッチ２１がなくて第２のスイッチ２２をオンとしたとき、キャパシタＣからの電荷の供給よりも、電源１０側からの直接的な電荷の供給が支配的になり、図３の動作が期待できない場合がある。この場合には、第１のスイッチ２１を備えるか、または電源１０からの電流を制限する抵抗を第１のスイッチ２１の代わりに備える必要がある。
【００３７】
（電源回路２０の第２の構成例）
図５は、電源回路２０の第２の構成例を示す。図２に示す第１の構成例との違いは、電源回路２０の出力端子と接地間に、コンパレータ２６によりオンオフ制御される第３のスイッチ２７を接続したところにある。第３のスイッチ２７は、第１のスイッチ２１と同じタイミングでオンオフし、第２のスイッチ２２とは相補的にオンオフする。したがって、第２のスイッチ２２をオフにするタイミングで第３のスイッチ２７がオンとなり、電源回路２０の出力端子から電荷を引き抜き、送信回路３０の動作を高速に停止させることができる。
【００３８】
この第３のスイッチ２７がない場合には、送信回路３０は電源電圧が徐々に低下して送信停止状態になる。詳しくは後述するが、この間も送信回路３０はある程度の電源電圧まで動作し続け、その際に出力される送信信号は、本来の送信信号と比べてキャリア周波数、データの周波数が大きく異なることになる。こうした信号は、想定していた帯域外への不要波になる場合があり、好ましくない。第３のスイッチ２７は、このような不要波が送信回路３０から送信されることを防ぐ効果がある。
【００３９】
（電源回路２０の第３，第４の構成例）
ところで、図１に示す構成の無線送信機をさらに長寿命にしたい場合は、間欠動作比率を大きくすることが有効であるが、これは電源１０から電源回路２０に入力する電流が小さくなることを意味する。図２または図５において、電源１０からの電流は、キャパシタＣへの充電電流とコンパレータ２６の動作電流の和であるので、間欠動作比率を大きくして超寿命化を図るために電源回路２０への入力電流が小さくなる場合には、低電流で動作するコンパレータ２６が必要になる。一方、超小型の太陽電池やＭＥＭＳ発電機のように出力電流が小さい電源を用いる場合にも、無線送信機を動作させるためには低電流で動作するコンパレータ２６が必要になる。
【００４０】
しかし、低電流で動作するコンパレータの出力電圧は、入力電圧が閾値ＶH を超えてから、図６に破線で示す通常のコンパレータの出力電圧（図３のコンパレータ２６の出力）に比べてゆっくり立ち上がる。そのため、図１の送信回路３０へエネルギーを供給するスイッチ２２の開閉動作も遅くなり、電源回路２０の出力電圧（送信回路３０の入力電圧）が所定電圧まで立ち上がりきる前にエネルギーを消費してしまい、送信回路３０が所定の動作を完了できない問題があった。この問題を解決するための電源回路の構成例を以下に示す。
【００４１】
図７は、電源回路２０の第３の構成例を示す。本構成例の特徴は、低電流で動作する第１の電源回路２０−１と、通常電流で動作する第２の電源回路２０−２を縦属に接続した構成である。各電源回路は、図１と同様に２つのスイッチ、エネルギー蓄積部、スイッチ制御部により構成される。
【００４２】
すなわち、第１の電源回路２０−１は、入力端子（電源１０）に接続される第１のスイッチ２１−１、第２の電源回路２０−２に接続される第２のスイッチ２２−１、第１のスイッチ２１−１と第２のスイッチ２２−１間に接続されて電源１０から供給されるエネルギーを蓄積するエネルギー蓄積部２３−１、エネルギー蓄積部２３−１の出力電圧に応じて第１のスイッチ２１−１および第２のスイッチ２２−１を相補的にオンオフするスイッチ制御部２４−１により構成される。
【００４３】
第２の電源回路２０−２は、第１の電源回路２０−１に接続される第３のスイッチ２１−２、出力端子（送信回路３０）に接続される第４のスイッチ２２−２、第３のスイッチ２１−２と第４のスイッチ２２−２間に接続されて第１の電源回路２０−１から供給されるエネルギーを蓄積するエネルギー蓄積部２３−２、エネルギー蓄積部２３−２の出力電圧に応じて第３のスイッチ２１−２および第４のスイッチ２２−２を相補的にオンオフするスイッチ制御部２４−２により構成される。
【００４４】
図８は、電源回路２０の第４の構成例を示す。本構成例の特徴は、第１の電源回路２０−１の第２のスイッチ２２−１と、第２の電源回路２０−２の第３のスイッチ２１−２を共通化するところにある。この共通化に伴い、第２の電源回路２０−２のスイッチ制御部２４−２の制御シーケンスも変更になるが、詳しくは後述する。
【００４５】
（電源回路２０の第３の構成例の動作例）
図７および図９を参照して電源回路２０の第３の構成例の動作例について説明する。図９の横軸は時間である。
【００４６】
まず、第１の電源回路２０−１の第１のスイッチ２１−１がオン、第２のスイッチ２２−１がオフ、第２の電源回路２０−２の第３のスイッチ２１−２がオン、第４のスイッチ２２−２がオフの状態で、電源１０（一般的には電池）から第１の電源回路２０−１のエネルギー蓄積部２３−１に電荷が蓄積される（図９の区間Ａ）。エネルギー蓄積部２３−１の充電電圧（キャパシタの端子間電圧）は、所定の分圧によりスイッチ制御部２４−１を構成するコンパレータの入力電圧となる。スイッチ制御部２４−１の入力電圧が閾値電圧ＶH1に達すると、スイッチ制御部２４−１の出力により第１のスイッチ２１−１をオフ、第２のスイッチ２２−１をオンに制御する（図９の区間Ａの終点）。これにより、第１の電源回路２０−１のエネルギー蓄積部２３−１に蓄積された電荷が第２のスイッチ２２−１を介して、第２の電源回路２０−２のエネルギー蓄積部２３−２へ供給開始となり、スイッチ制御部２４−１の入力電圧も閾値電圧ＶH1から下がり始める。
【００４７】
ここで、第１の電源回路２０−１は低電流で動作する構成であり、第１のスイッチ制御部２４−１の出力電圧は徐々に立ち上がり、第１のスイッチ２１−１はオンからオフへ、第２のスイッチ２２−１はオフからオンへ徐々に移行する（図９の区間Ｂ）。すなわち、第１の電源回路２０−１から第２の電源回路２０−２へのエネルギー供給は、第２のスイッチ２２−１のオン抵抗と第２の電源回路２０−２のエネルギー蓄積部２３−２の容量で決まる時定数に従う。なお、第２のスイッチ２２−１のオン抵抗によるエネルギーロスが生じるがわずかである。
【００４８】
第２の電源回路２０−２のエネルギー蓄積部２３−２の充電電圧（キャパシタの端子間電圧）は、所定の分圧によりスイッチ制御部２４−２を構成するコンパレータの入力電圧となる。スイッチ制御部２４−２の入力電圧が閾値電圧ＶH2に達すると、スイッチ制御部２４−２の出力により第３のスイッチ２１−２をオフ、第４のスイッチ２２−２をオンに相補的に制御する（図９の区間Ｂの終点）。これにより、第２の電源回路２０−２の出力電圧は、第４のスイッチ２２−２を介して送信回路３０に電源電圧として供給される（図９の区間Ｃ）。
【００４９】
送信回路３０は電源電圧が供給されると所定の動作を開始し、第２の電源回路２０−２のエネルギー蓄積部２３−２に蓄えられた電荷が消費され、第２の電源回路２０−２の出力電圧が低下する。この出力電圧が低下してスイッチ制御部２４−２の入力電圧が閾値電圧ＶL2に達すると、第３のスイッチ２１−２をオン、第４のスイッチ２２−２をオフに相補的に制御する（図９の区間Ｃの終点）。これにより、第２の電源回路２０−２から送信回路３０への電源供給は停止する（図９の区間Ｄ）。
【００５０】
一方、図９の区間Ｂにおいて、第１の電源回路２０−１から第２の電源回路２０−２へのエネルギー供給により、第１の電源回路２０−１のスイッチ制御部２４−１の入力電圧も下がって閾値電圧ＶL1に達すると、スイッチ制御部２４−１は第１のスイッチ２１−１をオフからオン、第２のスイッチ２２−１をオンからオフに相補的に制御する（図９の区間Ｃ，Ｄ）。なお、第１のスイッチ２１−１がオフになるための時間（区間Ｂ）と、オンになるための時間（区間Ｃ＋区間Ｄ）は基本的に同じである。第２のスイッチ２２−１も同様である。第１の電源回路２０−１の第１のスイッチ２１−１が完全にオンになり、第２のスイッチ２２−１が完全にオフになると、図９の区間Ａに戻ってエネルギー蓄積部２３−１のキャパシタは再び電源１０から供給される電荷を蓄積する動作を繰り返す。
【００５１】
また、図９では、第２の電源回路２０−２のスイッチ制御部２４−２の入力電圧が閾値電圧ＶH2に達して第３のスイッチ２１−２をオフにするタイミングと、第１の電源回路２０−１のスイッチ制御部２４−１の入力電圧が閾値電圧ＶL1に達して第２のスイッチ２２−１をオンからオフにするタイミングを一致させているが、これらは非同期であり、前者のタイミングが先になるように閾値電圧ＶH2、ＶL1を設定してもよい。この場合、図９の区間Ｂの終点で、第１の電源回路２０−１のスイッチ制御部２４−１の出力が完全にハイになっておらず、スイッチ制御部２４−１の入力電圧が閾値電圧ＶL1に達するまで上昇を続けることになる。
【００５２】
なお、区間Ｄでは、第２の電源回路２０−２の第４のスイッチ２２−２はオフになっているものの、第１の電源回路２０−１の第２のスイッチ２２−１はオンからオフに移行中で完全にオフになっていない。そのため、第１の電源回路２０−１のエネルギー蓄積部２３−１から第２の電源回路２０−２のエネルギー蓄積部２３−２へわずかながら電流が流れ、第２の電源回路２０−２のエネルギー蓄積部２３−２の充電電圧（スイッチ制御部２４−２の入力電圧）がわずかに上昇する場合がある。ただし、第２の電源回路２０−２のスイッチ制御部２４−２は電流を消費するので、その流入電流と消費電流が釣り合えばこの区間Ｄにおける第２の電源回路２０−２のエネルギー蓄積部２３−２の充電電圧（スイッチ制御部２４−２の入力電圧）は一定になる。
【００５３】
同様に、区間Ａでは、第１の電源回路２０−１の第２のスイッチ２２−１および第２の電源回路２０−２の第４のスイッチ２２−２はともに完全にオフになっているため、第２の電源回路２０−２ではスイッチ制御部２４−２の消費電力によりエネルギー蓄積部２３−２の充電電圧が徐々に低下する。ただし、この第２の電源回路２０−２におけるエネルギー蓄積部２３−２の充電電圧の低下は、区間Ｂ、Ｃの第２の電源回路２０−２の動作にはさほど影響を与えない。
【００５４】
（電源回路２０の第４の構成例の動作例）
図８および図１０を参照して電源回路２０の第４の構成例の動作例について説明する。図１０の横軸は時間である。
【００５５】
電源回路２０の第４の構成例は、図７に示す第２の電源回路２０−２の第３のスイッチ２１−２が常にオンになっている場合と等価である。したがって、図１０の区間Ｃでは、第１の電源回路２０−１の第２のスイッチ２２−１がオンからオフへ徐々に移行しているときに、第２の電源回路２０−２の第４のスイッチ２２−２がオンになり、第２の電源回路２０−２から第４のスイッチ２２−２を介して送信回路３０に電源電圧が供給される。
【００５６】
ここで、第２の電源回路２０−２のスイッチ制御部２４−２は、第４のスイッチ２２−２をオンにするタイミングで第１の電源回路２０−１の第２のスイッチ２２−１をオフに制御してもよい（図１０に破線で示す）。ただし、第２の電源回路２０−２の出力電圧が低下してスイッチ制御部２４−２の入力電圧が閾値電圧ＶL2に達したときに、第４のスイッチ２２−２をオフに制御しても、第３のスイッチ２１−２はオフに制御したままとする（相補的な制御はしない）。すなわち、第１の電源回路２０−１の第２のスイッチ２２−１は、第１の電源回路２０−１のスイッチ制御部２４−１によりオンからオフに制御されるか、第２の電源回路２０−２のスイッチ制御部２４−２によりオンからオフに制御されることになる。
【００５７】
以上説明した電源回路２０の第３の構成例または第４の構成例を用いた無線送信機は、電源１０から第１の電源回路２０−１へのエネルギー供給が低電流で行われ、さらに通常電流で動作する第２の電源回路２０−２を備え、送信回路３０に接続される第４のスイッチ２２−２を瞬時に切り替えることにより、送信回路３０が動作可能な電源電位まで瞬時に立ち上げることができる。したがって、無線送信機の間欠比率を高めたい場合や、電源の出力電流が大きくない場合でも、送信回路３０を瞬時に立ち上げることが可能となり、無線送信機全体として所定の送信動作を行うことが可能となる。
【００５８】
なお、第１の電源回路２０−１に蓄積したエネルギーが第２の電源回路２０−２以降の各回路に供給され、第２の電源回路２０−２に蓄積したエネルギーが送信回路３０で消費されることになるので、充電容量は第１の電源回路２０−１が第２の電源回路２０−２よりも大きくなる。
【００５９】
（送信回路３０の構成例）
図１１は、送信回路３０の構成例を示す。図において、送信回路３０は、図１の電源回路２０または図７，８の第２の電源回路２０−２から供給される電圧により動作するデータクロック生成部３１、送信データ生成部３２および送信信号生成部３３により構成されるが、電源回路２０または第２の電源回路２０−２の出力端子に接続される電源線は省略している。データクロック生成部３１の出力が送信データ生成部３２および送信信号生成部３３に入力され、送信データ生成部３２の出力が送信信号生成部３３に入力され、送信信号生成部３３から出力される送信信号が送信アンテナ３８を駆動する。
【００６０】
図１２は、送信信号生成部３３の構成例を示す。図において、送信信号生成部３３は、送信データラッチ部３４、パルス信号生成部３５、バッファ回路３６およびカウンタ３７により構成される。送信データラッチ部３４は、データクロック生成部３１および送信データ生成部３２からデータクロックおよび送信データを入力し、そのラッチ出力をパルス信号生成部３５に送出する。パルス信号生成部３５の出力は、バッファ回路３６を介して送信信号として出力されるとともにカウンタ３７に入力され、カウンタ３７の出力が送信データラッチ部３４にリセット信号として入力される。
【００６１】
図１３は、パルス信号生成部３５の構成例を示す。図において、パルス信号生成部３５は、送信データラッチ部３４の出力に応じて発振する発振回路であり、ＮＡＮＤ回路３５１、インバータ３５２、抵抗３５３、インバータ３５４の順にループ接続するとともに、ＮＡＮＤ回路３５１の出力をキャパシタ３５５を介してインバータ３５４に接続する。ＮＡＮＤ回路３５１の一方の入力を入力端子とし、ＮＡＮＤ回路３５１の他方の入力に接続されるインバータ３５４の出力が分岐され、その発振信号がＤフリップフロップで構成される分周回路３５６を介して２分周して出力される。
【００６２】
図１および図１１において、電源回路２０（第２の電源回路２０−２）からの電源供給により、送信回路３０の電源電圧が立ち上がる。電源電圧が立ち上がると、データクロック生成部３１からデータクロックが出力される。送信データ生成部３２は、このデータクロックに同期して送信データを発生し、送信信号生成部３３に出力する。なお、送信データ生成部３２は、例えば予め所定のデータ（例えばＩＤ）を記録したメモリを備え、データクロックに同期してメモリからデータを読み出して出力する構成、あるいは外部情報をモニタするセンサを備え、データクロックをトリガとしてセンサを駆動し、そのセンサ情報をＡ／Ｄ変換して出力する構成である。
【００６３】
図１４は、送信信号生成部３３の動作例を示す。横軸は時間である。なお、送信データラッチ部３４の出力は、時間スケールを変えて２つ記載している。図１２および図１４において、送信信号生成部３３の送信データラッチ部３４は、データクロックの立ち上がりで送信データをラッチし、パルス信号生成部３５に出力する。パルス信号生成部３５では、送信データラッチ部３４の出力が「ハイ」になると発振を開始する。この発振周波数は、図１３に示すパルス信号生成部３５のＲＣの時定数で決まる。このパルス信号は図１３に示す分周回路３５６で２分周され、バッファ回路３６に入力される。バッファ回路３６は、大電流を駆動できるインバータ型のバッファ回路になっており、入力したパルス信号で送信アンテナ３８を駆動する。一方、カウンタ３７は、パルス信号をカウントし、パルス数が所定数になったときにリセット信号を送信データラッチ部３４に与える。また、それと同時に自身のカウント値をクリアする。送信データラッチ部３４は、カウンタ３７からのリセット信号の入力により出力信号をクリアする。送信データラッチ部３４の出力がクリアされると、パルス信号生成部３５の発振が停止する。
【００６４】
以上の動作により、送信データが「ハイ」になるタイミングで、パルス信号生成部３５から複数のパルス信号が出力され、オンオフキーイング変調される。ここで、図１３に示す回路の発振周波数（ＲＣの時定数）は、送信アンテナ３８の中心周波数の２倍に設定している。この発振出力は分周回路３５６で分周されるため、送信アンテナ３８の中心周波数に一致したパルス信号がパルス信号生成部３５から出力される。送信アンテナ３８は、アンテナの帯域で帯域制限された高周波パルス信号（ＲＦパルス信号）を放射する。なお、カウンタ３７でカウントするパルス数は任意に設定可能である。このパルス数を制御することにより、空中線に放射される信号電力が変わり、送信信号電力を制御することができる。
【００６５】
また、図１３に示すように、パルス信号生成部３５の出力段に分周回路３５６を備えることにより、デューティ比が50％のパルス信号が生成される。デューティ比が50％のパルス信号は、送信アンテナ３８の中心周波数に一致した周波数成分を多く含むので、このパルス信号を送信アンテナ３８に供給すれば効率よく駆動することが可能である。一方、パルス信号生成部３５の発振周波数（ＲＣの時定数）を送信アンテナ３８の中心周波数に一致するように設定し、分周回路３５６を用いずに発振回路の出力をそのまま取り出すと、デューティ比が50％でないパルス信号で送信アンテナ３８を駆動することになり、バッファの電力効率が低下する。
【００６６】
以下、送信アンテナにパルス信号（矩形波信号）を入力してＲＦパルス信号が送信される原理について説明する。
【００６７】
図１５は、パルス信号およびパルス信号に含まれる高調波信号成分を示す。パルス信号は、パルス信号と同じ周波数の正弦波信号成分（基本波、１次高調波）、３倍の周波数の正弦波信号成分（３次高調波）、５倍の周波数の正弦波信号成分（５次高調波）などの奇数次の高調波信号成分からなる。したがって、パルス幅Ｔのパルス信号には、２Ｔを１周期とした正弦波信号およびその高次高調波信号が含まれることになる。具体的には、パルス信号のパルス幅Ｔを５ｎｓとすると、パルス信号の基本波成分の周波数は 100ＭHz（１周期は10ｎｓ）となり、高次高調波成分の周波数は 300ＭHz、 500ＭHz、…となる。
【００６８】
このようなパルス信号の基本波成分または高次高調波成分を送信アンテナから送信するには、送信アンテナの中心周波数が（２ｋ＋１）／（２Ｔ）（ｋ＝０，１，２，…）になるようにすればよい。図１６に、パルス信号のスペクトルと、アンテナ帯域との関係の一例を示す。ここでは、パルス信号の３次高調波成分の周波数は３／（２Ｔ）に相当するので、３次高調波成分を送信アンテナから送信する場合には、図１６に示すように３／（２Ｔ）を含むアンテナ帯域の送信アンテナを用意すればよい。例えば、パルス信号のパルス幅Ｔが５ｎｓの場合には、中心周波数が 100ＭHz、 300ＭHz、 500ＭHz、…といった送信アンテナを用い、この送信アンテナにパルス信号を供給することにより、パルス信号の基本波成分または高次高調波成分に対応するＲＦパルス信号を送信することが可能となる。
【００６９】
なお、２ｋ＋１（ｋ＝０，１，２，…）次高調波成分の信号振幅は、図１５に示すようにパルス信号の信号振幅に比べて１／（２ｋ＋１）になる。例えば、パルス信号の振幅を１とすると、３次高調波成分の振幅は１／３、５次高調波成分の振幅は１／５となる。したがって、アンテナからパルス信号の高次高調波成分を送信する場合ほど送信信号電力は小さくなる。
【００７０】
図１７は、パルス信号の３次高調波成分を送信する場合の信号波形を示す。図１７(1) に示すように、パルス信号のパルス幅Ｔを５ｎｓとすると、図１７(2) に示すパルス信号の３次高調波成分の信号周波数は 300ＭHzとなる。したがって、このパルス信号を中心周波数 300ＭHzの送信アンテナに供給すると、送信アンテナからは 300ＭHzの周波数で振動する図１７(3) に示すようなＲＦパルス信号が出力される。このＲＦパルス信号のパルス幅は、送信アンテナのインパルス応答およびアンテナ帯域で決まる。アンテナ帯域が広い場合にはこのパルス幅を短くなり、アンテナ帯域が狭い場合にはこのパルス幅は長くなる。
【００７１】
以上により、送信回路３０はアナログ回路を用いずにディジタル回路のみで構成することができる。すなわち、アナログのキャリア信号を用いずにＲＦパルス信号を送信アンテナから送信することができる。これにより、高速に送信回路３０が立ち上がり、送信データを無線送信することが可能になることから、一般的な送信回路を用いる構成に比べて電源回路２０からの電源供給期間を短くすることができる。
【００７２】
また、本実施形態の送信回路３０の送信信号生成部３３は、電源供給により生成される送信データが「ハイ」になるタイミングで発振してパルス信号を出力し、所定数のパルス信号を出力した後にカウンタ３７からのリセット信号によって発振が停止する。一方、アナログ回路の発振器から出力されるキャリア信号を用いた従来構成では、送信データの「ハイ」、「ロー」に拘らず送信期間中は発振を停止することができない。このように、本実施形態の送信回路３０では発振動作の停止が可能であるため、従来構成に比べて送信期間中の消費電力低減に効果がある。
【００７３】
図１８は、電源回路２０の出力電圧の変化例を示す。図において、送信データの「ハイ」のタイミングでパルス信号が生成され、送信アンテナ３８からＲＦパルス信号として送信される。電源回路２０の出力電圧は、送信回路３０が動作している間に緩やかに低下するが、特にＲＦパルス信号が出力されるときに多くの電荷が消費されるので、図１８に示すようにほぼ階段状に変化する。また、電源電圧が徐々にではあるが低下することから、送信回路３０における信号周波数もわずかに変化する。
【００７４】
一方、本発明の無線送信機の送信回路３０は、図１６に示すように、ＤＣ成分から高周波成分まで含む非常に広帯域なパルス信号を出力し、送信アンテナ３８からアンテナ帯域に対応するＲＦパルス信号を送信する方式である。したがって、送信回路３０から出力されるパルス信号の高周波成分のメインローブの中心周波数が送信アンテナ３８の中心周波数からずれたとしても、実際に送信アンテナ３８から送信されるＲＦパルス信号に変化はほとんどなく、受信機側の復調動作に影響は与えない。
【００７５】
ここで、図１１に示す送信回路３０の送信データ生成部３２で生成される送信データフォーマットおよび受信機の構成について説明する。
【００７６】
送信データは、図１９に示すように、受信機が送信データに同期するためのプリアンブル部とデータが格納されるデータ部から構成される。受信機は、送信データを復調する際に、プリアンブル部で相関演算処理を行い、送信データに同期するようにサンプリングタイミングを抽出してデータ部の読み込みを行う構成である。
【００７７】
図２０は、受信機の構成例を示す。図２０(1) は受信機の全体構成を示し、図２０(2),(3),(4) は受信機の各部を構成例を示す。アンテナ５１の受信信号はアナログフロントエンド部５２で検波され、ベースバンド信号がアナログ／ディジタル変換器（ＡＤＣ）５３を介してベースバンド処理部５４に入力される。アナログフロントエンド部５２は、図２０(2),(3) に示すように、通常のＡＭ復調器と同様に増幅器５２１、ダイオードまたは乗算器が用いた二乗検波器５２２、ＩＦ増幅器５２３により構成される。ベースバンド処理部５４は、相関演算処理部５４１、ピーク検出部５４２、データ読み取り部５４３により構成される。
【００７８】
相関演算処理部５４１は、受信信号のプリアンブル部の各パルスをサンプリングし、既知のデータレート間隔で相関演算（積和演算）を行う。なお、積分区間はプリアンブル区間の全てである。図２１に示すように、タイミング１の間隔でプリアンブルパターンを積和した結果は、タイミング２の間隔で積和した結果よりも大きな値を示すので、ピーク検出部５４２で相関演算結果のピーク値を検出することにより、プリアンブル全体における平均的なサンプリングタイミングを検出することができる。データ読み取り部５４３は、このサンプリングタイミングでプリアンブル部に続くデータ部の読み取りを行う。
【００７９】
ところで、送信回路３０の電源電圧が少しずつ低下し、データクロック周波数も電源電圧の低下に伴って低下すると、図２２に示すように、受信シンボルのピーク値に少しずつズレが生じる。したがって、プリアンブル部から得られる平均的なサンプリングタイミングでデータ部をサンプリングすると、データ部の後半部分になるほど、サンプリングタイミングとデータクロック周波数の差が大きくなり、データ部のサンプリングポイントが最適値からずれてしまう。すなわち、受信信号のＳＮ比によっては後半のデータ部を復調できなくなる問題があった。
【００８０】
そこで、この問題を解決する手段として、送信データに複数のプリアンブル部を設け、少なくとも１つのプリアンブル部をデータ部内に挿入する構成をとる。受信機は、この複数のプリアンブル部で逐次サンプリングタイミングを抽出しながらデータ部の復調を行う構成とする。
【００８１】
図２３は、本発明による送信データフォーマットの例を示す。図２３(1) において、送信データおよび各プリアンブル部の長さは、図１９に示す従来のフォーマットと同じである。したがって、分割されるデータ部の合計長は従来のデータ部より相対的に短くなる。図２３(2) において、送信データの全長および分割される各データ部の合計長は、図１９に示す従来のフォーマットと同じである。したがって、各プリアンブル部の長さは、従来のプリアンブル部より相対的に短くなる。いずれの構成においても、プリアンブル部を複数設けることにより、送信側のデータクロック周波数が低下してサンプリングタイミングがずれた場合でも、データ部を復調しながら次のプリアンブル部でサンプリングタイミングを新たに取り直し、次のデータ部の復調を行うことができる。
【００８２】
なお、図２３(1) の送信データフォーマットの場合は、１つの送信データで伝送できるデータ量は低下する。図２３(2) の送信データフォーマットの場合は、データ量の低下はないものの、プリアンブル部が短くなることにより復調感度は相対的に低下する。
【００８３】
このように、データクロック周波数はわずかに変化しても、受信機側でＲＦパルス信号を検波してベースバンド信号に復調すれば、このベースバンド信号からサンプリングタイミングを抽出することが可能であり、送信データの復調は可能である。一方、一般的な送信機構成の場合、アナログのキャリア信号を用いた狭帯域の無線システムであるため、電源電圧の変動によるキャリア信号の中心周波数のずれの影響は大きい。さらに、一般的な狭帯域の無線システムの場合、復調器では送信側と同じ周波数のキャリア信号を用いて検波するため、送信側でキャリア信号の周波数がずれた場合には、信号を検波することが非常に困難になる。
【００８４】
以上説明したように、本発明の無線送信機では、待機時の消費電力および送信時の消費電力を低減することが可能である。さらに、送信回路が高速に立ち上がって動作することから、電源回路からの電源の供給期間を短くすることができる。この結果、間欠比率をより高くすることが可能となり、長寿命な無線送信機を実現することができる。
【００８５】
なお、本実施形態における無線送信機の送信回路は、ほとんどすべてをディジタル回路で構成でき、無線送信機全体を１つの集積回路に集積できることから、製造バラツキにも強く、歩留りを高め特性のバラツキも最小限に抑えることができる。また、集積化した場合の実装面積も従来の無線送信機に比べて大幅に低減可能である。また、実装に必要なトランジスタも少ないことから、シリコン基板上に製造されるトランジスタ以外の半導体、例えば有機半導体などを用いて無線送信機を製造することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の無線送信機の実施形態を示す図。
【図２】電源回路２０の第１の構成例を示す図。
【図３】電源回路２０の動作例を示すタイムチャート。
【図４】基準電圧発生回路２５およびコンパレータ２６の回路構成例を示す図。
【図５】電源回路２０の第２の構成例を示す図。
【図６】低電流で動作する電源回路の動作例を示すタイムチャート。
【図７】電源回路２０の第３の構成例を示す図。
【図８】電源回路２０の第４の構成例を示す図。
【図９】電源回路２０の第３の構成例の動作例を示すタイムチャート。
【図１０】電源回路２０の第４の構成例の動作例を示すタイムチャート。
【図１１】送信回路３０の構成例を示す図。
【図１２】送信信号生成部３３の構成例を示す図。
【図１３】パルス信号生成部３５の構成例を示す図。
【図１４】送信信号生成部３３の動作例を示すタイムチャート。
【図１５】パルス信号およびパルス信号に含まれる高周波信号成分を示す図。
【図１６】パルス信号のスペクトルおよびアンテナ帯域を示す図。
【図１７】パルス信号の３次高調波成分を送信する場合の信号波形を示すタイムチャート。
【図１８】電源回路２０の出力電圧の変化例を示すタイムチャート。
【図１９】送信データのフォーマットを示す図。
【図２０】受信機の構成例を示す図。
【図２１】相関演算処理部５４１の動作を説明する図。
【図２２】データクロック周波数の低下による問題点を説明する図。
【図２３】本発明による送信データフォーマットの例を示す図。
【図２４】従来の無線送信機の構成例を示す図。
【符号の説明】
【００８７】
１０  電源
２０  電源回路
２１，２２，２７  スイッチ
２３  エネルギー蓄積部
２４  スイッチ制御部
２５  基準電圧発生回路（Ｖref ）
２６  コンパレータ
３０  送信回路
３１  データクロック生成部
３２  送信データ生成部
３３  送信信号生成部
３４  送信データラッチ部
３５  パルス信号生成部
３５１  ＮＡＮＤ回路
３５２，３５４  インバータ
３５３  抵抗（Ｒ）
３５５  キャパシタ（Ｃ）
３５６  分周回路
３６  バッファ回路
３７  カウンタ
３８  送信アンテナ
５１  アンテナ
５２  アナログフロントエンド部
５２１  増幅器
５２２  二乗検波器
５２３  ＩＦ増幅器
５３  アナログ／ディジタル変換器（ＡＤＣ）
５４  ベースバンド処理部
５４１  相関演算処理部
５４２  ピーク検出部
５４３  データ読み取り部
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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