(57)【要約】【課題】電磁波エネルギーから電気エネルギーへの変換効率を高めたパッシブ電源回路及びそのモジュール素子、並びに整流回路及びその半導体ＩＣチップとモジュール素子を提供する。【解決手段】チップアンテナ１２によって受波した電磁波のエネルギーを整流回路１３Ａによって電気エネルギーに変換して蓄電用コンデンサ１６に蓄電し、これを上位装置に供給するパッシブ電源回路１０において、チップアンテナ１２の共振周波数の電磁波をチップアンテナ１２で受波し、チップアンテナ１２の給電点１２ｃに接続され、チップアンテナ１２の給電点１２ｃに誘起した高周波電流を整流して脈流電流を出力する整流回路１３Ａとを備え、整流回路１３Ａ全体におてチップアンテナ１２で受波する周波数にほぼ共振するように回路を構成する電子素子の定数を設定する。【選択図】　図３
2004104960.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受波した電磁波のエネルギーを電気エネルギーに変換して、該電気エネルギーを蓄電器或いは蓄電池に蓄電し、該蓄電された電気エネルギーを上位装置に供給するパッシブ電源回路であって、
所定周波数に共振して該周波数の電磁波を受波するアンテナと、
前記アンテナの給電点に接続されていると共に回路全体が前記アンテナで受波する周波数にほぼ共振するように回路を構成する電子素子の定数が設定され、前記アンテナに誘起した高周波電流を整流して脈流電流を出力する整流回路とを備えている
ことを特徴とするパッシブ電源回路。
【請求項２】
前記整流回路の正極出力端と負極出力端との間に接続された所定値以上の容量を有する蓄電用コンデンサを備え、
前記蓄電用コンデンサに蓄積された電気エネルギーを前記上位装置に供給する
ことを特徴とする請求項１に記載のパッシブ電源回路。
【請求項３】
前記整流回路は、
前記アンテナの給電点の正極に一端が接続された第１インダクタと、
前記アンテナの給電点の正極に一端が接続されると共に他端が接地端子に接続された第２インダクタと、
入力側の正極が前記第１インダクタの他端に接続され、入力側の負極が前記接地端子に接続されている整流回路本体とを含む
ことを特徴とする請求項１に記載のパッシブ電源回路。
【請求項４】
前記整流回路本体は、倍電圧整流回路を含むことを特徴とする請求項３に記載のパッシブ電源回路。
【請求項５】
前記整流回路は、
前記アンテナの給電点の正極に一端が接続された第１インダクタと、
前記アンテナの給電点の正極に一端が接続されると共に他端が接地端子に接続された第２インダクタと、
前記第１インダクタの他端と前記接地端子とに入力側が接続されている倍電圧整流回路とを含む
ことを特徴とする請求項１に記載のパッシブ電源回路。
【請求項６】
前記倍電圧整流回路は、
前記第１インダクタの他端に一端が接続された第１コンデンサと、
前記接地端子にアノードが接続されると共に前記第１コンデンサの他端にカソードが接続された第１ダイオードと、
前記第１ダイオードのカソードにアノードが接続された第２ダイオードと、
一端が前記第２ダイオードのカソードに接続されると共に他端が前記接地端子に接続された第２コンデンサと、
前記第２ダイオードのカソードにアノードが接続された第３ダイオードと、
一端が前記第１インダクタの他端に接続されると共に他端が前記前記第３ダイオードのカソードに接続された第３コンデンサと、
前記第３ダイオードのカソードにアノードが接続された第４ダイオードと、
一端が前記第４ダイオードのカソードに接続されると共に他端が前記接地端子に接続された第４コンデンサとからなる
ことを特徴とする請求項５に記載のパッシブ電源回路。
【請求項７】
前記整流回路から出力された脈流電流を直流電流に変換して前記蓄電器或いは蓄電池へ出力する平滑回路を備えている
ことを特徴とする請求項１に記載のパッシブ電源回路。
【請求項８】
前記平滑回路の正極出力端に一端が接続されると共に他端が前記接地端子に接続された抵抗器と、
前記平滑回路の正極出力端にアノードが接続され、カソードから出力された直流電流を前記蓄電器或いは蓄電池へ出力する逆流防止用ダイオードとを備えている
ことを特徴とする請求項７に記載のパッシブ電源回路。
【請求項９】
前記アンテナは、アンテナエレメントの一端が前記接地端子に結合されると共に他端が開放され、前記アンテナエレメントの一端と他端との間に接続された正極給電点を有する
ことを特徴とする請求項１に記載のパッシブ電源回路。
【請求項１０】
前記アンテナエレメントの一端が前記接地端子に容量結合されている
ことを特徴とする請求項９に記載のパッシブ電源回路。
【請求項１１】
前記蓄電器或いは蓄電池への充電電圧が所定値以上になったときに、前記蓄電された電気エネルギーを前記上位装置に供給するスイッチ手段を備えている
ことを特徴とする請求項１に記載のパッシブ電源回路。
【請求項１２】
前記請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載のパッシブ電源回路が配線基板に形成されてなり、
前記配線基板には、上位装置と接続可能な電力出力端子と接地端子が設けられている
ことを特徴とするパッシブ電源回路モジュール素子。
【請求項１３】
前記配線基板の配線パターンによって形成されるキャパシタンスとインダクタンス及び電気抵抗の成分の定数を含む回路定数によって設定される少なくとも前記整流回路の共振周波数が前記アンテナの共振周波数にほぼ一致するように前記回路定数が設定されている
ことを特徴とする請求項１２に記載のパッシブ電源回路モジュール素子。
【請求項１４】
所定の共振周波数を有するアンテナによって受波した電磁波のエネルギーを電気エネルギーに変換して出力する整流回路であって、
前記アンテナの給電点から出力される高周波電流を入力するための入力端子と、
整流して得られた電気エネルギーを出力する出力端子と、
接地端子とを備え、
回路全体が前記アンテナの共振周波数にほぼ共振するように回路を構成する電子素子の定数が設定されている
ことを特徴とする整流回路。
【請求項１５】
倍電圧整流回路を含むことを特徴とする請求項１４に記載の整流回路。
【請求項１６】
前記入力端子に一端が接続された第１インダクタと、
前記入力端子に一端が接続されると共に他端が前記接地端子に接続された第２インダクタと、
前記第１インダクタの他端と前記接地端子とに入力側が接続されている倍電圧整流回路とを含む
ことを特徴とする請求項１４に記載の整流回路。
【請求項１７】
前記倍電圧整流回路は、
前記第１インダクタの他端に一端が接続された第１コンデンサと、
前記接地端子にアノードが接続されると共に前記第１コンデンサの他端にカソードが接続された第１ダイオードと、
前記第１ダイオードのカソードにアノードが接続された第２ダイオードと、
一端が前記第２ダイオードのカソードに接続されると共に他端が前記接地端子に接続された第２コンデンサと、
前記第２ダイオードのカソードにアノードが接続された第３ダイオードと、
一端が前記第１インダクタの他端に接続されると共に他端が前記前記第３ダイオードのカソードに接続された第３コンデンサと、
前記第３ダイオードのカソードにアノードが接続された第４ダイオードと、
一端が前記第４ダイオードのカソードに接続されると共に他端が前記接地端子に接続された第４コンデンサとからなる
ことを特徴とする請求項１６に記載の整流回路。
【請求項１８】
前記請求項１４乃至請求項１７のいずれかに記載の整流回路が配線基板に形成されてなる
ことを特徴とする整流回路モジュール素子。
【請求項１９】
前記配線基板の配線パターンによって形成されるキャパシタンスと、インダクタンス及び電気抵抗の成分の定数を含み、整流回路の共振周波数が前記アンテナの共振周波数にほぼ一致するように回路定数が設定されている
ことを特徴とする請求項１８に記載の整流回路モジュール素子。
【請求項２０】
前記請求項１４乃至請求項１７のいずれかに記載の整流回路が形成されてなる
ことを特徴とする半導体ＩＣチップ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アンテナによって受波した電磁波のエネルギーを電気エネルギーに変換する整流回路及びその半導体ＩＣチップとモジュール素子並びにこれを用いたパッシブ電源回路及びそのモジュール素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＣＰＵなどの集積回路（以下、単にＩＣと称する）の小型化が急速に進み、これに伴い電子機器の小型化も進んでいる。小型化された電子機器の代表的な一具体例としては、携帯型電話機や、一般的にＩＣカードと称されるカード型の電子機器が知られている。
【０００３】
しかし、電子機器の小型化において障壁となっているのは、電子回路を駆動する電力を供給するための電源である。
【０００４】
近年では、ニッケルカドミウム電池や、ニッケル水素電池、リチウム電池などの小型の蓄電池を用いることにより、電子機器の小型化を図っている。さらに、単独で用いる場合に電源を必要とするＩＣカード、例えば特開２００１−６７４４６号公報（以下、特許公報１と称する）に開示されるような非接触型ＩＣカードには、上記のような蓄電池を用いることなく、受波した電磁波のエネルギーを電気エネルギーに変換して電子回路を駆動することにより、蓄電池を交換する手間を省くと共にカードの厚みを薄くする工夫がなされている。
【０００５】
上記特許公報１に開示される非接触型ＩＣカードは、従来知られている受動トランスポンダの技術が利用されている。
【０００６】
上記受動トランスポンダは、未知の対象物を非接触で識別することを目的として開発されたもので、基地局から輻射された電磁波のエネルギーをトランスポンダの動作に必要な電力を供給する電圧に変換する手段を備えたものである。
【０００７】
この様なトランスポンダの一例としては、特開２０００−１５１４６０号公報（以下、特許公報２と称する）に開示される充電式能動トランスポンダが知られている。このトランスポンダは、受波したエネルギーを蓄電する機能を有し、受波したエネルギーのみで動作する受動トランスポンダとしても、また、蓄電されているエネルギーで動作する能動トランスポンダとしても動作可能なものである。
【０００８】
一方、上記のＩＣカードやトランスポンダに用いられ、受波した電磁波のエネルギーを電気エネルギーに変換する装置の一例としては、特開平１０−２９５０４３号公報（以下、特許公報３と称する）に開示される携帯型電子機器用電源装置が知られている。
【０００９】
この電源装置は、図１１に示すように、電子機器２１の駆動用電源となる蓄電池２２と、コンデンサ２３とアンテナ２４に付設された巻線コイル２５とを有してこれらの回路定数で決まる共振周波数の電波を捕捉する共振回路２６と、この共振回路２６から出力される共振電圧を整流して蓄電池２２を充電する整流回路２７とから構成されている。
【００１０】
【特許公報１】特開２００１−６７４４６号公報
【特許公報２】特開２０００−１５１４６０号公報
【特許公報３】特開平１０−２９５０４３号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例の電源装置では、電磁波エネルギーを電気エネルギーに変換する効率を高めることが非常に困難であった（例えば、上記特許公報２の第１７段落の記載）。
【００１２】
本発明の目的は上記の問題点に鑑み、電磁波エネルギーから電気エネルギーへの変換効率を高めたパッシブ電源回路及びそのモジュール素子、並びに整流回路及びそのモジュール素子と半導体ＩＣチップを提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するために、受波した電磁波のエネルギーを電気エネルギーに変換して、該電気エネルギーを蓄電器或いは蓄電池に蓄電し、該蓄電された電気エネルギーを上位装置に供給するパッシブ電源回路であって、所定周波数に共振して該周波数の電磁波を受波するアンテナと、前記アンテナの給電点に接続されていると共に回路全体が前記アンテナで受波する周波数にほぼ共振するように回路を構成する電子素子の定数が設定され、前記アンテナに誘起した高周波電流を整流して脈流電流を出力する整流回路とを備えているパッシブ電源回路を提案する。
【００１４】
本発明のパッシブ電源回路は、アンテナは所定周波数に共振し、この共振周波数に等しい周波数の電磁波を最も効率よく受波して給電点から高周波電流として出力する。この高周波電流も上記アンテナの共振周波数と同じ周波数を有する交流電流である。
【００１５】
さらに、本発明における整流回路は、回路全体が前記アンテナで受波する周波数にほぼ共振するように、回路を構成する電子素子の定数が設定されている。このため、アンテナの給電点から出力された高周波電流の周波数に共振した状態で、交流電流である前記高周波電流を脈流電流に変換することができる。
【００１６】
従って、整流回路において発生する損失を最も低減した状態で整流することができる。尚、ここで言う脈流電流とは完全な直流電流に対して少しでも脈流成分（交流成分）を含むものを言う。
【００１７】
また、本発明は、上記パッシブ電源回路において、前記整流回路の正極出力端と負極出力端との間に接続された所定値以上の容量を有する蓄電用コンデンサを備え、前記蓄電用コンデンサに蓄積された電気エネルギーを前記上位装置に供給するようにした。
【００１８】
本発明は、上記パッシブ電源回路において、前記アンテナの給電点の正極に一端が接続された第１インダクタと、前記アンテナの給電点の正極に一端が接続されると共に他端が接地端子に接続された第２インダクタと、入力側の正極が前記第１インダクタの他端に接続され、入力側の負極が前記接地端子に接続されている整流回路本体とを含む整流回路を備えた。
【００１９】
本発明によれば、整流回路本体の共振周波数を第１インダクタ及び第２インダクタによって補正し、整流回路全体の共振周波数を前記受波する電磁波の周波数に一致させることができる。
【００２０】
本発明は、上記パッシブ電源回路において、倍電圧整流回路を含む整流回路本体を備えた。この倍電圧整流回路は、入力電圧を整数倍した電圧を得ることができるため、アンテナの給電点に出力される電圧が小さい場合にも、上位装置の電子回路を駆動するための電圧を容易に得ることができる。
【００２１】
本発明は、上記パッシブ電源回路において、前記アンテナの給電点の正極に一端が接続された第１インダクタと、前記アンテナの給電点の正極に一端が接続されると共に他端が接地端子に接続された第２インダクタと、前記第１インダクタの他端と前記接地端子とに入力側が接続されている倍電圧整流回路とを含む整流回路を備えた。
【００２２】
本発明によれば、整流回路本体の共振周波数を第１インダクタ及び第２インダクタによって補正し、整流回路全体の共振周波数を前記受波する電磁波の周波数に一致させることができると共に、倍電圧整流回路によって入力電圧を整数倍した電圧を得ることができるため、アンテナの給電点に出力される電圧が小さい場合にも、上位装置の電子回路を駆動するための電圧を容易に得ることができる。
【００２３】
本発明は、上記パッシブ電源回路において、前記倍電圧整流回路を、前記第１インダクタの他端に一端が接続された第１コンデンサと、前記接地端子にアノードが接続されると共に前記第１コンデンサの他端にカソードが接続された第１ダイオードと、前記第１ダイオードのカソードにアノードが接続された第２ダイオードと、一端が前記第２ダイオードのカソードに接続されると共に他端が前記接地端子に接続された第２コンデンサと、前記第２ダイオードのカソードにアノードが接続された第３ダイオードと、一端が前記第１インダクタの他端に接続されると共に他端が前記前記第３ダイオードのカソードに接続された第３コンデンサと、前記第３ダイオードのカソードにアノードが接続された第４ダイオードと、一端が前記第４ダイオードのカソードに接続されると共に他端が前記接地端子に接続された第４コンデンサとから構成した。
【００２４】
本発明は、上記パッシブ電源回路において、前記整流回路から出力された脈流電流を直流電流に変換して前記蓄電器或いは蓄電池へ出力する平滑回路を備えた。
【００２５】
また、本発明は、上記パッシブ電源回路において、前記平滑回路の正極出力端に一端が接続されると共に他端が前記接地端子に接続された抵抗器と、前記平滑回路の正極出力端にアノードが接続され、カソードから出力された直流電流を前記蓄電器或いは蓄電池へ出力する逆流防止用ダイオードとを備えた。
【００２６】
本発明によれば、上記抵抗器によって脈流電流から交流成分が除去された直流を得ることができる。さらに、前記逆流防止用ダイオードによって、蓄電器或いは蓄電池に蓄電された電力が前記抵抗器によって消費されることを防止できる。
【００２７】
本発明は、上記パッシブ電源回路において、アンテナエレメントの一端が前記接地端子に結合されると共に他端が開放され、アンテナエレメントの一端と他端との間に正極給電点を有するアンテナを用いた。例えば一般的に逆Ｆ型アンテナと称されているアンテナや、携帯型電話機などに内蔵されている一般的にチップアンテナと称されているものを用いることができる。
【００２８】
本発明は、上記パッシブ電源回路において、前記アンテナエレメントの一端が前記接地端子に容量結合されているアンテナを用いた。これにより、一般的に波長短縮と称される効果を得ることができ、アンテナ形状を小型にすることができる。
【００２９】
本発明は、上記パッシブ電源回路において、前記蓄電器或いは蓄電池への充電電圧が所定値以上になったときに、前記蓄電された電気エネルギーを前記上位装置に供給するスイッチ手段を備えた。これにより、前記蓄電電圧が前記所定値に満たない間は、上位装置によって前記蓄電器或いは蓄電池に蓄電された電力を無駄に消費することがない。
【００３０】
また、本発明は、上記のパッシブ電源回路が配線基板に形成されてなり、前記配線基板には、上位装置と接続可能な電力出力端子と接地端子が設けられているパッシブ電源回路モジュール素子を構成した。
【００３１】
本発明のパッシブ電源回路モジュール素子によれば、該モジュール素子を上位装置に設けることにより、容易に電源回路を構成することができる。
【００３２】
本発明は、上記パッシブ電源回路モジュール素子において、前記配線基板の配線パターンによって形成されるキャパシタンスとインダクタンス及び電気抵抗の成分の定数を含む回路定数によって設定される少なくとも前記整流回路の共振周波数が前記アンテナの共振周波数にほぼ一致するように前記回路定数を設定した。従って、前記配線基板のパターンを含む整流回路全体が前記アンテナで受波する周波数にほぼ共振するように回路定数が設定されているので、アンテナの給電点から出力された高周波電流の周波数に共振した状態で、交流電流である前記高周波電流を脈流電流に変換することができる。
【００３３】
また、本発明は、上記整流回路、及び上記整流回路を配線基板上に形成したモジュール素子、並びに上記整流回路が形成されてなる半導体ＩＣチップを提案する。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて、本発明の一実施形態を説明する。
【００３５】
図１は本発明の第１実施形態におけるパッシブ電源回路モジュール素子を示す斜視図、図２は本発明の第１実施形態におけるパッシブ電源回路モジュール素子を示す平面図、図３本発明の第１実施形態におけるパッシブ電源回路を示す構成図である。
【００３６】
図において、１０はパッシブ電源回路モジュールで、配線基板１１にチップアンテナ１２と、整流回路モジュール素子１３、チップコンデンサ１４ａ、チップ抵抗器１４ｂ、逆流防止用ダイオード１５、蓄電用コンデンサ１６、電子スイッチ１７、開閉制御回路素子１８が搭載されて構成されている。
【００３７】
配線基板１１は、周知の印刷配線基板であり、基板の表面及び内層或いは裏面には、搭載されている上記各素子の間を接続する接続導体が形成されている。
【００３８】
チップアンテナ１２は、基板上に或いは基板の内層にアンテナエレメントを構成する導電体パターンが形成されたもので、共振周波数が２．４５ＧＨｚ帯の周波数に設定された一般的に逆Ｆ型アンテナと称されるものである。本実施形態では、図３に示すように、アンテナエレメント１２ａとアンテナエレメント１２ｂとの接続点１２ｃから導電体パターン１２ｄによって給電点となる端子１２ｅに接続されている。一方のアンテナエレメント１２ａの長さは、他方のアンテナエレメント１２ｂの長さよりも大きく設定されており、他方のアンテナエレメント１２ｂの他端は配線基板１１に設けられている接地用導電体パターン（図示せず）との間で容量性結合されている。
【００３９】
整流回路モジュール素子１３は、後述する整流回路半導体ＩＣチップを配線基板上に載置して樹脂やセラミックスによってモールドしてパッケージすると共にパッケージ接続用端子を設けたもので、直方体形状を有し、チップアンテナ１２の給電端子１２ｅに接続された入力端子１３ａと、出力端子１３ｂ、接地用端子１３ｃとを備えている。
【００４０】
整流回路モジュール素子１３の電気系回路（整流回路１３Ａ）は、図４に示すように、第１及び第２インダクタ１３１，１３２と、コンデンサ１３３，１３６，１３７，１４０、ダイオード１３４，１３５，１３８，１３９とからなり、これらのコンデンサ１３３，１３６，１３７，１４０とダイオード１３４，１３５，１３８，１３９によって周知の半波倍電圧整流回路が構成されている。
【００４１】
第１インダクタ１３１の一端は入力端子１３ａに接続され、他端はコンデンサ１３３の一端及びコンデンサ１３７の一端に接続されている。
【００４２】
第２インダクタ１３２の一端は入力端子１３ａに接続され、他端は接地用端子１３ｃに接続されている。
【００４３】
コンデンサ１３３の他端はダイオード１３４のカソードとダイオード１３５のアノードに接続され、ダイオード１３４のアノードは接地用端子１３ｃに接続されている。また、ダイオード１３５のカソードはコンデンサ１３６の一端とダイオード１３８のアノードに接続され、コンデンサ１３６の他端は接地用端子１３ｃに接続されている。
【００４４】
ダイオード１３８のカソードはダイオード１３９のアノードとコンデンサ１３７の他端に接続され、ダイオード１３９のカソードは出力端子１３ｂに接続されている。また、出力端子１３ｂと接地用端子１３ｃとの間にコンデンサ１４０が接続されている。
【００４５】
ここで、上記整流回路１３Ａを構成する各素子の定数及び配線基板１１の配線導体によるキャパシタンスやインダクタンス及び抵抗値は、これらによって形成される整流回路全体を一種の分布定数回路と考えて、整流回路全体の共振周波数がチップアンテナ１２で受波する電磁波の周波数（受波対象となる電磁波の周波数）、たとえばチップアンテナ１２の共振周波数に一致するように設定されている。即ち、整流回路全体における通過電流の減衰が最小になるように上記整流回路１３Ａを構成する各素子の定数及び配線基板１１の配線導体によるキャパシタンスやインダクタンス及び抵抗値が設定されている。
【００４６】
尚、チップアンテナ１２の共振周波数は、チップアンテナ１２の配線基板１１への搭載状態などによっても変化するので、チップアンテナ１２による受波対象となる電磁波の周波数に、上記整流回路全体の共振周波数がほぼ一致するように上記整流回路全体の各素子の定数が設定されていればよい。
【００４７】
一方、整流回路１３Ａの出力端子１３ｂは、平滑回路１４を介して逆流防止用ダイオード１５のアノードに接続されている。
【００４８】
平滑回路１４は、整流回路１３Ａの出力端子１３ｂと逆流防止用ダイオード１５のアノードに一端が接続されると共に他端が接地用端子１１ｂに接続されたチップコンデンサ１４ａとチップ抵抗器１４ｂとから構成されている。また、本実施形態では抵抗器１４ｂとしては１００Ｋオームの抵抗値を有するものを使用している。抵抗器１４ｂに微弱な電流を流すことによって整流して得られた脈流から交流成分を除去した直流を得られることは周知のことである。
【００４９】
尚、チップコンデンサ１４ａは、整流回路１３Ａのコンデンサ１４０と並列接続されるものであるので、コンデンサ１４０の容量に応じて設けなくとも良い。
【００５０】
逆流防止用ダイオード１５は、蓄電用コンデンサ１６に蓄電された電力が抵抗器１４ｂによって消費されることを防止すると共に、チップアンテナ１２の給電端子１２ｅから出力される高周波電流と蓄電用コンデンサ１６から流出する電流とが整流回路１３Ａにおいて衝突し、これにより整流回路１３Ａが破壊されることを防止するために設けられている。
【００５１】
逆流防止用ダイオード１５のカソードは蓄電用コンデンサ１６の一端と電子スイッチ１７の接片に接続され、蓄電用コンデンサ１６の他端は接地用端子１１ｂに接続されている。また、電子スイッチ１７の接点は出力端子１１ａに接続されている。
【００５２】
蓄電用コンデンサ１６は、一般的にスーパーキャパシタと称される大容量のコンデンサであり、本実施形態では０．０３Ｆ（ファラド）の容量を有するコンデンサを用いている。
【００５３】
電子スイッチ１７は開閉制御回路１８Ａによって開閉制御され、開閉制御回路１８Ａは蓄電用コンデンサ１６の一端の電圧が所定値以上のときに電子スイッチ１７をオン状態に設定する。尚、開閉制御回路１８Ａにおいて、電子スイッチ１７のオン・オフ切替制御にヒステリシス制御を行っていることは言うまでもない。また、上位装置からの制御信号を入力して電子スイッチ１７のオン・オフ状態を切り換えるような開閉制御回路１８Ａを設けても良い。
【００５４】
上記整流回路１３Ａを形成した半導体ＩＣチップの一例を図５乃至図７に示す。図５は整流回路半導体ＩＣチップを示す平面透視図、図６は整流回路半導体ＩＣチップを示す表層パターン図、図７は整流回路半導体ＩＣチップを示す内層パターン図である。尚、これらの図中に描かれている黒点は表層の導電体パターンと内層の導電体パターンとを接続するビアホールを表している。
【００５５】
これらの図において、４０は整流回路半導体ＩＣチップ（以下、単にＩＣチップと称する）で、縦横の寸法がそれぞれ１ｍｍである。ＩＣチップ４０の表層４１ａには、入力端子１３ａに接続される入力用ランドパターン４１１が左中央部に形成され、左下部には第１インダクタ１３１を構成する渦巻き状のパターン４１２が形成されている。
【００５６】
また、表層４１ａの右上部には第２インダクタ１３２を構成する渦巻き状のパターン４１３と接地用端子１３ｃに接続される接地用ランドパターン４１５が形成され、右中央部には接地パターン４２３が形成され、右下部には出力端子１３ｂに接続される出力用ランドパターン４１４が形成されている。
【００５７】
また、表層４１ａの中央部から中央下部にかけて、コンデンサ１３７を構成する導電体パターン４２０と、コンデンサ１３３を構成する導電体パターン４１９が形成されている。
【００５８】
さらに、表層４１ａの所定位置には接続用導電体パターン４１６，４１７，４１８，４２４，４２５，４２６，４２７，４２８が形成されている。
【００５９】
また、接地用導電体パターン４２３と接続用導電体パターン４２６との間には接地用導電体パターン４２３側をアノードとしてダイオード１３４（Ｄ１）が形成され、導電体パターン４２０とランドパターン４１４との間には導電体パターン４２０側をアノードとしてダイオード１３９（Ｄ２）が形成されている。
【００６０】
さらに、導電体パターン４１９と接続用導電体パターン４２５との間には導電体パターン４１９側をアノードとしてダイオード１３５（Ｄ３）が形成され、接続用導電体パターン４２５と接続用導電体パターン４２４との間には接続用導電体パターン４２５側をアノードとしてダイオード１３８（Ｄ４）が形成されている。
【００６１】
一方、内層４１ｂには表層４１ａの導電体パターン４１８，４１９，４２０に対向するように接地導体パターン４３１が形成されていると共に、表層４１ａの接地導体パターン４２３に対向するようにコンデンサ１３６を構成する導電体パターン４３４とコンデンサ１４０を構成する導電体パターン４３５が形成されている。
【００６２】
また、表層４１ａの導電体パターン４２１に対向する位置に接地導体パターン４３２が形成されていると共に、その他の接続用導電体パターン４３３，４３６，４３７，４３８が形成されている。
【００６３】
尚、ｎ倍電圧整流回路（ｎは２以上の整数）の倍数ｎは、電力供給対象となる上位装置の仕様に応じて適宜設定することが好ましい。
【００６４】
図８は上記構成からなるパッシブ電源回路モジュール１０を試作して実際に測定した出力電圧の周波数特性を示す図である。図において、縦軸は蓄電用コンデンサ１６からの出力電圧を表し、横軸は周波数を表している。また、図におけるＶ１は整流回路１３Ａへの入力電力が０ｄＢｍのときの出力電圧を表し、Ｖ２は整流回路１３Ａへの入力電力が−３ｄＢｍのときの出力電圧を表している。
【００６５】
整流回路１３Ａへの入力電力が０ｄＢｍのときは、チップアンテナ１２によって受波される電磁波の周波数が２．０ＧＨｚのとき出力電圧が約０．３Ｖであり、チップアンテナ１２によって受波される電磁波の周波数が上昇するにつれて出力電圧も上昇し、周波数が２．６４ＧＨｚ近辺で最大値の３．７２Ｖの出力電圧が得られ、さらに周波数が上昇すると出力電圧は徐々に減少し３．１ＧＨｚのとき約０．３Ｖを示した。
【００６６】
また、整流回路１３Ａへの入力電力が−３ｄＢｍのときは、チップアンテナ１２によって受波される電磁波の周波数が２．３ＧＨｚのとき約０．６Ｖであり、チップアンテナ１２によって受波される電磁波の周波数が上昇するにつれて出力電圧も上昇し、周波数が２．６４ＧＨｚ近辺で最大値の２．０５Ｖを示し、さらに周波数が上昇すると出力電圧は徐々に減少し２．９ＧＨｚのとき約０．５Ｖを示した。
【００６７】
第１実施形態において試作したモジュール素子１０の実測値では、２．６４ＧＨｚ近辺の周波数の電磁波を受波することにより最も効率よく電磁波エネルギーを電気エネルギーに変換できることが判ったが、上記のようにチップアンテナ１２の搭載状態によってチップアンテナ１２自体の共振周波数も変化するので、チップアンテナ１２の搭載状態や整流回路１３Ａなどの回路定数の設定値の調整によって、所望の周波数にて最も効率良く電磁波エネルギーを電気エネルギーに変換できるように設定できることは言うまでもない。
【００６８】
前述したように第１実施形態のパッシブ電源回路モジュール素子１０のように、整流回路１３Ａの回路全体が、チップアンテナ１２で受波する周波数にほぼ共振するように、整流回路１３Ａを構成する素子の定数が設定されていため、チップアンテナ１２の給電点１２ｅから出力された高周波電流の周波数に共振した状態で、交流電流である高周波電流を脈流電流に変換することができるので、整流回路１３Ａにおいて発生する損失を最も低減した状態で整流して、蓄電用コンデンサ１６に蓄電することができる。
【００６９】
さらに、逆流防止用ダイオード１５を備えたので、蓄電用コンデンサ１６に蓄電された電力がチップ抵抗器１４ｂによって消費されることがなく、また、電子スイッチ１７を設けているので、蓄電電圧が所定値に満たない間は、蓄電用コンデンサ１６に蓄電された電力を上位装置によって無駄に消費することがない。
【００７０】
尚、上記第１実施形態では、チップアンテナ１２として逆Ｆ型アンテナを用い、整流回路を半波倍電圧整流回路を用いたが、これらに限定されないことは言うまでもないことである。例えば、半波倍電圧整流回路に代えて全波倍電圧整流回路を用いても良い。
【００７１】
また、上記第１実施形態では大容量の蓄電用コンデンサ１６に蓄電するようにしたが、これに代えて蓄電池として二次電池を用いてもよい。
【００７２】
次に、本発明の第２実施形態を説明する。
【００７３】
図９は本発明の第２実施形態における整流回路モジュール素子を示す平面図、図１０は図９の平面図における一部拡大図である。
【００７４】
第２実施形態では、第１実施形態において説明したＩＣチップ４０と複数の接続用コネクタとを備えた整流回路モジュール素子を構成した。
【００７５】
図９において、５０は整流回路モジュール素子で、正方形の配線基板５１の表面中央部にＩＣチップ４０が固定して搭載され、図示せぬ樹脂によって覆われている。
【００７６】
また、配線基板５１の第１側面には第１コネクタ５３１が設けられ、第１側面に対向する第２側面には第２コネクタ５３２が設けられている。さらに、配線基板５１の第３側面には第３コネクタ５３３が設けられている。
【００７７】
ここで、第１コネクタ５３１は第１実施形態における入力端子１３ａに対応し、第２コネクタ５３２は第１実施形態における出力端子１３ｂに対応し、第３コネクタ５３３は第１実施形態における接地用端子１３ｃに対応している。
【００７８】
配線基板５１の表面には、第１コネクタ５３１に接続された導電体パターン５１１がＩＣチップ４０に向けて延びるように形成され、第２コネクタ５３２に接続された導電体パターン５１２がＩＣチップ４０に向けて延びるように形成されている。さらに、配線基板５１の表面には、第３コネクタ５３３に接続された導電体パターン５１３がＩＣチップ４０に向けて延びるように形成されている。
【００７９】
また、導電体パターン５１２に対して所定の間隔をあけて平行になるように配置された接地用導電体パターン５１４が形成されている。この接地用導電体パターン５１４によって導電体パターン５１２が所定インピーダンスを有するストリップラインを形成する。
【００８０】
さらに、導電体パターン５１２と接地用導電体パターン５１４との間にチップ抵抗器５２１が接続されている。このチップ抵抗器５２１は第１実施形態における平滑回路１４のチップ抵抗器１４ａに対応するものであり、１００Ｋオームの抵抗値を有する。
【００８１】
尚、配線基板５１の裏面には、図示していないが接地用導電体パターンが形成されており、第１コネクタ５３１の接地端子と導電体パターン５１３及び接地用導電体パターン５１４が裏面側の接地用導電体パターンに接続されている。
【００８２】
さらに、図１０に示すように、ＩＣチップ４０の搭載位置には、裏面側の接地用導電体パターンに接続された接地用導電体パターン５４０が設けられている。
【００８３】
ＩＣチップ４０のランドパターン４１１，４１４，４１５は、ボンディングワイヤ５４１によって導電体パターン５１１，５１２，５４０に接続されている。
【００８４】
上記第２実施形態の整流回路モジュール素子５０においても、上記第１実施形態と同様に、上記ＩＣチップ４０の整流回路１３Ａを構成する各素子の定数及び配線基板５１の導電体パターンのキャパシタンスやインダクタンス及び抵抗値は、これらによって形成される整流回路モジュール素子５０全体を一種の分布定数回路と考え、モジュール素子５０全体の共振周波数が第１コネクタ５１１に入力される高周波電流、すなわち第１コネクタ５１１に接続されるアンテナによって受波される電磁波の周波数、たとえばアンテナの共振周波数に一致するように設定されており、整流回路モジュール素子５０全体における電力消費量すなわち通過電流の減衰が最小になるように設定されている。
【００８５】
上記整流回路モジュール素子５０は、第１乃至第３コネクタ５１１〜５１３を用いてアンテナと上位装置に接続可能になっているので、任意のアンテナ及び上位装置に適用可能である。
【００８６】
また、前述した第１実施形態と同様に、電磁波エネルギーを電気エネルギーに効率よく変換することができる。
【００８７】
尚、前述した第１及び第２実施形態は本発明の一具体例にすぎず、本発明が上記第１及び第２実施形態のみに限定されないことは言うまでもないことである。
【００８８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のパッシブ電源回路によれば、整流回路の回路全体が、アンテナで受波する周波数にほぼ共振するように回路を構成する電子素子の定数が設定されていため、アンテナの給電点から出力された高周波電流の周波数に共振した状態で交流電流である高周波電流を脈流電流に変換することができるので、整流回路において発生する損失を最も低減した状態で整流することができる。
【００８９】
さらに、整流回路から出力された脈流電流を直流電流に変換して前記蓄電器或いは蓄電池へ出力する平滑回路の正極出力端に一端が接続されると共に他端が前記接地端子に接続された抵抗器と、平滑回路の正極出力端にアノードが接続され、カソードから出力された直流電流を蓄電器或いは蓄電池へ出力する逆流防止用ダイオードとを備えたので、上記抵抗器によって脈流電流から交流成分が除去された直流を得ることができ、逆流防止用ダイオードによって、蓄電器或いは蓄電池に蓄電された電力が前記抵抗器によって消費されることを防止できる。
【００９０】
さらにまた、蓄電された電気エネルギーを上位装置に供給するスイッチ手段を備えたことにより、蓄電電圧が所定値に満たない間は、蓄電器或いは蓄電池に蓄電された電力を上位装置によって無駄に消費することがない。
【００９１】
また、本発明のパッシブ電源回路モジュール素子によれば、配線基板のパターンを含む整流回路全体がアンテナで受波する周波数にほぼ共振するように回路定数が設定されているので、アンテナの給電点から出力された高周波電流の周波数に共振した状態で、交流電流である高周波電流を脈流電流に変換することができるので、整流回路において発生する損失を最も低減した状態で整流することができる。
【００９２】
さらに、整流回路から出力された脈流電流を直流電流に変換して前記蓄電器或いは蓄電池へ出力する平滑回路の正極出力端に一端が接続されると共に他端が前記接地端子に接続された抵抗器と、平滑回路の正極出力端にアノードが接続され、カソードから出力された直流電流を蓄電器或いは蓄電池へ出力する逆流防止用ダイオードとを備えたので、上記抵抗器によって脈流電流から交流成分が除去された直流を得ることができ、逆流防止用ダイオードによって、蓄電器或いは蓄電池に蓄電された電力が前記抵抗器によって消費されることを防止できる。
【００９３】
さらにまた、蓄電された電気エネルギーを上位装置に供給するスイッチ手段を備えたことにより、蓄電電圧が所定値に満たない間は、蓄電器或いは蓄電池に蓄電された電力を上位装置によって無駄に消費することがない。
【００９４】
また、本発明の整流回路及びその半導体ＩＣチップとモジュール素子によれば、回路全体が、アンテナで受波する周波数にほぼ共振するように回路を構成する電子素子の定数が設定されていため、アンテナの給電点から出力された高周波電流の周波数に共振した状態で交流電流である高周波電流を脈流電流に変換することができるので、整流回路において発生する損失を最も低減した状態で整流することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態におけるパッシブ電源回路モジュール素子を示す斜視図
【図２】本発明の第１実施形態におけるパッシブ電源回路モジュール素子を示す平面図
【図３】本発明の第１実施形態におけるパッシブ電源回路を示す構成図
【図４】本発明の第１実施形態における整流回路を示す構成図
【図５】本発明の第１実施形態における整流回路半導体ＩＣチップを示す平面透視図
【図６】本発明の第１実施形態における整流回路半導体ＩＣチップを示す表層パターン図
【図７】本発明の第１実施形態における整流回路半導体ＩＣチップを示す内層パターン図
【図８】本発明の第１実施形態におけるパッシブ電源回路モジュール素子の出力電圧と周波数との関係を示す特性図
【図９】本発明の第２実施形態における整流回路モジュール素子を示す平面図
【図１０】本発明の第２実施形態における整流回路モジュール素子の平面図における一部拡大図
【図１１】従来例の電子機器用電源装置を示す回路図
【符号の説明】
１０…パッシブ電源回路モジュール素子、１１…配線基板、１１ａ…正極出力端子、１１ｂ…接地用端子、１２…チップアンテナ、１３…整流回路モジュール素子、１３Ａ…整流回路、１３ａ…入力端子、１３ｂ，１３ｃ…出力端子、１３１…第１インダクタ、１３２…第２インダクタ、１３３，１３６，１３７，１４０…コンデンサ、１３４，１３５，１３８，１３９…ダイオード、１４…平滑回路、１４ａ…コンデンサ、１４ｂ…抵抗器、１５…逆流防止用ダイオード、１６…蓄電用コンデンサ、１７…電子スイッチ、１８…開閉制御回路素子、１８Ａ…開閉制御回路、４０…整流回路ＩＣチップ、４１１…入力用ランドパターン、４１２…第１インダクタパターン、４１３…第２インダクタパターン、４１４…出力用ランドパターン、４１５…接地用ランドパターン、Ｄ１〜Ｄ４…ダイオード、５０…整流回路モジュール素子、５１…配線基板、５１１〜５１３…接続用導電体パターン、５１４，．５４０…接地用導電体パターン、５２１…チップ抵抗器、５３１〜５３３…コネクタ、５４１…ボンディングワイヤー。
【図１】
2004104960.tif 000003
【図２】
2004104960.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2004104960.tif 000008
【図７】
2004104960.tif 000009
【図８】
2004104960.tif 000010
【図９】
2004104960.tif 000011
【図１０】
2004104960.tif 000012
【図１１】
2004104960.tif 000013