(57)【要約】【課題】超小形なＦＳＫ送受信装置を提供すること。【解決手段】デジタルデータをシリアル信号列に変調するエンコーダ回路と前記シリアル信号列により２値の周波数をＦＳＫ変調させＳＡＷ共振素子を発振させる増幅器と、２値の発振周波数状態を切り替えるＳＷ回路を含むＦＳＫ変調回路と、前記ＦＳＫ変調回路からの出力をアンテナに接続するアンテナＳＷ回路とを備える送信系と、前記アンテナからの受信信号は前記アンテナＳＷ回路から２者択一的に選択されてＳＡＷフィルタ素子に入力され、ｆＬ成分とｆＨ成分に分離された後、２チャンネルで構成されているローノイズアンプと検波回路、差動増幅器で構成された周波数弁別回路を経てベースバンド信号として再生され、デコーダ回路により復調されてデジタルデータとする復調系とを備えていることを特徴とするＦＳＫ送受信装置。【選択図】図１
2007228013.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２値の周波数信号を送信あるいは受信可能なＦＳＫ送受信装置であって、
前記ＦＳＫ送受信装置は、
少なくとも送信すべきデジタルデータをシリアルな信号列に変調するエンコーダ回路と、前記シリアルな信号列により２値の周波数をＦＳＫ変調させる２モード発振回路と、前記２モード発振回路はＳＡＷ共振素子を発振させるための増幅器と、２値の発振周波数状態を切り替えるためのＳＷ回路を含むＦＳＫ変調回路と、前記ＦＳＫ変調回路からの出力をアンテナに接続するためのアンテナＳＷ回路とを備えてなる送信系と、
前記アンテナからの受信信号は、前記アンテナＳＷ回路から２者択一的に選択されてＳＡＷフィルタ素子に入力され、ｆＬ成分とｆＨ成分に分離された後、２チャンネルで構成されているＬＮＡ（ローノイズアンプ）と検波回路、さらに差動増幅器で構成された周波数弁別回路を経てベースバンド信号として再生された後、さらにデコーダ回路により復調されてデジタルデータとする復調系とを備えていることを特徴とするＦＳＫ送受信装置。
【請求項２】
１個の圧電体平板上に前記ＳＡＷ共振素子と前記ＳＡＷフィルタ素子とを一体に形成してなる１個のＳＡＷチップを備えていることを特徴とする請求項１に記載のＦＳＫ送受信装置。
【請求項３】
前記ＦＳＫ変調回路の増幅回路と、前記ＳＷ回路と、前記アンテナＳＷ回路と、前記周波数弁別回路と、前記デコーダ回路と、前記エンコーダ回路とを同一ＩＣ内に一体に形成してなることを特徴とする請求項１に記載のＦＳＫ送受信装置。
【請求項４】
前記ＳＡＷ共振素子が有する２個の振動状態が、縦の対称モードＳ０と縦の斜対称モードＡ０とであることを特徴とする請求項２に記載のＦＳＫ送受信装置。
【請求項５】
前記ＳＡＷフィルタは縦二重モード型ＳＡＷフィルタを２個並列に形成してなることを特徴とする請求項２に記載のＦＳＫ送受信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水晶等の安定な周波数を発生できる圧電体ＳＡＷ共振子を使用したＦＳＫ変調器を含む送受信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧電気を有する水晶ＳＴカット基板（圧電体平板の一例）を用いて構成するＳＡＷ共振子は、その周波数温度特性が零温度係数をもち精度が良くかつ、所望の周波数を直接発振が可能であるために、各種無線系の圧電発振器に使用されているが、これはジッタが無く位相ノイズに優れた信号が高信頼性かつ低コストに容易に得られるという長所があるためである。
【０００３】
この理由から近年、乗用車のドアの自動開閉にはＳＡＷ共振子を用いた微弱無線機（キーレスエントリー装置）が多数使用されるに至っている。この微弱無線機には周波数可変できるＳＡＷ発振器を構成したＦＳＫ変調器が使われている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前述の従来技術を使用したものはいずれもＦＳＫ変調器のみからなる送信装置のみであるが（例えば、特許文献１）、近年のセンサーネットワーク社会の到来により、送受信の両機能を備えたますます超小形な装置が求められるに至っている。
【０００５】
本発明はかかる課題を解決するものでその目的とするところは、ＳＡＷ共振素子とＳＡＷフィルタ素子を圧電基板上に一体に形成して１個のＳＡＷチップとし、また他の回路機能をＩＣ（半導体集積回路）内に集積化して１チップとして、前記の両チップを一体として１個のセラミックパッケジ等に収納することにより超小形な送受信装置を製作して今後発展が期待されるセンサーネットワーク市場に提供することにある。
【０００６】
【特許文献１】特開平２−１０５７０５号公報
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明のＦＳＫ送受信装置は、２値の周波数信号を送信あるいは受信可能なＦＳＫ送受信装置であって、前記ＦＳＫ送受信装置は、少なくとも送信すべきデジタルデータをシリアルな信号列に変調するエンコーダ回路と、前記シリアルな信号列により２値の周波数をＦＳＫ変調させる２モード発振回路と、前記２モード発振回路はＳＡＷ共振素子を発振させるための増幅器と、２値の発振周波数状態を切り替えるためのＳＷ回路を含むＦＳＫ変調回路と、前記ＦＳＫ変調回路からの出力をアンテナに接続するためのアンテナＳＷ回路とを備えてなる送信系と、前記アンテナからの受信信号は、前記アンテナＳＷ回路から２者択一的に選択されてＳＡＷフィルタ素子に入力され、ｆＬ成分とｆＨ成分に分離された後、２チャンネルで構成されているＬＮＡ（ローノイズアンプ）と検波回路、さらに差動増幅器で構成された周波数弁別回路を経てベースバンド信号として再生された後、さらにデコーダ回路により復調されてデジタルデータとする復調系とを備えていることを特徴とする。
【０００８】
上記（１）の構成によれば、ベースバンド信号を使って直接変調を行う２モード発振器と、ＲＦ信号から直接にベースバンド信号に復調できる構成をとる結果、中間周波数への信号処理に必要なミキサーとかロ−カル発振器等の構成部品が必要なく小形低コスト化が実現できるという効果がある。
【０００９】
（２）本発明のＦＳＫ送受信装置は、１個の圧電体平板上に前記ＳＡＷ共振素子と前記ＳＡＷフィルタ素子とを一体に形成してなる１個のＳＡＷチップを備えていることを特徴とする。
【００１０】
上記（２）の構成であれば、１個の圧電基板上にＳＡＷ共振素子とＳＡＷフィルタ素子
を集積化して一体に形成するために小形化できるという効果がある。
【００１１】
（３）本発明のＦＳＫ送受信装置は、前記ＦＳＫ変調回路の増幅回路と、前記ＳＷ回路と、前記アンテナＳＷ回路と、前記周波数弁別回路と、前記デコーダ回路と、前記エンコーダ回路とを同一ＩＣ内に一体に形成してなることを特徴とする。
【００１２】
上記（３）の構成であれば、全ての回路機能が回路素子として集積化できるために小形かできるという効果がある。
【００１３】
（４）本発明のＦＳＫ送受信装置は、前記ＳＡＷ共振素子が有する２個の振動状態が、縦の対称モードＳ０と縦の斜対称モードＡ０とであることを特徴とする。
【００１４】
上記（４）の構成であれば、ＳＡＷ共振素子とＳＡＷフィルタ素子が同一形式の電極パターン構成を取れるために素子相互の周波数配置精度を向上できるという効果がある。
【００１５】
（５）本発明のＦＳＫ変調器は、前記ＳＡＷフィルタは縦二重モード型ＳＡＷフィルタを２個並列に形成してなることを特徴とする。
【００１６】
上記（５）の構成であれば、ＳＡＷ共振素子とＳＡＷフィルタ素子が同一形式の電極パターン構成を取れるために素子相互の周波数配置精度を向上できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下本発明のＦＳＫ送受信装置の実施形態について、まず理解を容易ならしめるために、図１と図２によって具体的回路の実施例をブロック図にて説明した後、図３で本発明で使用される２個の振動状態が実現できる２モード型ＳＡＷ共振素子の具体的な電極パターンの構成を図により説明し、図５で本発明のＦＳＫ送受信装置に使用されるＳＡＷフィルタ素子の具体的な電極パターンの構成を、さらに図４と図６図７をもちいてその動作状態を詳細に解説する。
【実施例１】
【００１８】
図１は、本発明に係わるＦＳＫ送受信装置１の一実施例について、その構成をブロック図にて図示したものである。
図１中の各部位は、アンテナ１００、アンテナSW回路１０１、圧電基板上の形成されたＳＡＷチップ１０２、ＩＣチップ１０３、２モード型ＳＡＷ共振子１０４、ＳＡＷフィルタ素子１０５、２モード発振回路１０６、周波数弁別回路１０７、ベースバンド回路部１０８、エンコーダ回路１０９、デコーダ回路１１０である。さらに、周波数弁別回路１０７の内部は、２チャンネルのローノイズアンプ１０７１，１０７２と、検波回路１０７３，１０７４があり、さらに作動増幅回路１０７５である。
【００１９】
図１のＦＳＫ送受信装置１につきさらに詳しく説明すると、ＦＳＫ送受信装置１は、少なくとも送信すべきデジタルデータ１１１をシリアルなデジタル入力データ信号７０１に変調するエンコーダ回路１０９と、シリアルなデジタル入力データ信号７０１により２値の周波数でＦＳＫ変調させる２モード発振回路１０６を備え、２モード発振回路１０６は２モード型ＳＡＷ共振素子１０４を発振させるための増幅器と、２値の発振周波数状態を切り替えるためのＳＷ回路によってＦＳＫ変調機能を内蔵しているＦＳＫ変調回路と、さらに前述したＦＳＫ変調回路からのＲＦ出力信号７０２をアンテナ１００に接続するためのアンテナSW回路１０１を有して送信系を構成し、またアンテナ１００からの受信信号１１３は、アンテナSW回路１０１から２者択一的に選択されてＳＡＷフィルタ素子１０５に入力され、ｆＬ成分とｆＨ成分に分離された後、２チャンネルで構成されているローノイズアンプ１０７１、１０７２と、検波回路１０７３、１０７４と、さらに作動増幅回路１０７５とで構成された周波数弁別回路１０７を経てベースバンド信号１１４として再生された後、さらにデコーダ回路により復調されてデジタルデータ１１５とする復調系とを備えている。
【００２０】
つぎに図２は、ＦＳＫ変調回路機能を説明するために図１の２モード型ＳＡＷ共振素子１０４と２モード発振回路１０６の全体をブロック図にて図示したものである。図２は、増幅回路２００、バイポーラあるいはＭＯＳトランジスタで構成されているＳＷ（スイッチ）回路２０４、２０５、ＦＳＫ変調器へのデジタル入力データ信号２０６、ＦＳＫ変調器のＲＦ出力信号２０７である。
【００２１】
つぎに、図３と図５にＳＡＷチップ１０２（図１参照）上に形成された２モード型ＳＡＷ共振素子３０１（図３）とＳＡＷフィルタ素子１０５（図５）を示す。
まず図３の２モード型ＳＡＷ共振素子３０１から説明する。図３中の各部位は、圧電体平板３００、反射器３０２、３１０、主ＩＤＴ３０３、副ＩＤＴ３０５、ゲイト３０４、主ＩＤＴへの正負極性の入力端子３０６、３０７、副ＩＤＴ３０５への入力端子３０８、３０９である。反射器３０２、３１０、主ＩＤＴ３０３、ゲイトＩＤＴ３０４、副ＩＤＴ３０５の全体で１個の２モード型ＳＡＷ共振素子３０１を構成している。
【００２２】
また圧電体平板３００は、例えば面内回転したＳＴカット水晶板でありレイリー型表面波で動作するもので、水晶結晶の基本軸である電気軸Ｘと光軸Ｚの２軸が作る面を主面とするＹ板を電気軸Ｘの回りに反時計方向にθ度（特に零温度係数が得られるθ＝３１度から４２度）回転した基板において、さらに前記基板の法線軸の回りにＸ軸からの面内の回転角Ψが±（４０〜４６）度である方位を弾性表面波の位相伝播方位軸としたものであってもよい。あるいはまた、圧電体平板３００はＳＨ型表面波で動作する水晶基板であってもよい。
【００２３】
つぎに前記圧電体平板の表面を鏡面研磨した後、レイリー型あるいはＳＨ型等の弾性表面波の位相伝搬方向軸に対して直交して、例えば金属アルミニウム等の多数の平行導体の電極指を周期的に配置した少なくとも１個のすだれ状電極（以下、省略してＩＤＴ（Inter Digital Transduser）と呼ぶ）を構成し、その両側に一対の反射器を形成して１個のＳＡＷ共振子を構成する。
【００２４】
さらに説明すると、前記の１個のＳＡＷ共振子は表面波にて動作して２つの定常振動を形つくるが、両者は１個のＳＡＷ共振子内において相互に弾性的に結合するように設計することが必要である。この状態を効果的に形成するために、ゲイトＩＤＴ３０４が必要である。ＳＴカットの場合においては、このゲイトＩＤＴ３０４の電極周期長を、左右の主ＩＤＴ３０３及び副ＩＤＴ３０５の電極周期長ＰＴ０に対して、大きく設定することにより振動の変位状態を制御して、対称モードＳ０と斜対称モードＡ０を効果的に発生させることができる。また、入力端子３０６、３０７に接続する主ＩＤＴ３０３は常にＦＳＫ変調器の増幅回路に接続されて、対称モードＳ０および斜対称モードＡ０の振動変位の片側部分を励振する。
【００２５】
一方、副ＩＤＴ３０５は、対称モードＳ０と斜対称モードＡ０を選択して励振できるように、ＩＤＴに加える駆動電圧の極性を設定するように制御する。たとえば一例として、対称モードＳ０を選択する場合には、主ＩＤＴ３０３と副ＩＤＴ３０５の電極指の極性を同一符号（＋）とし、斜対称モードＡ０の選択の場合には、主ＩＤＴ３０３と副ＩＤＴ３０５の電極指の極性を逆符号（＋／−）の関係に設定する。この３個のＩＤＴ（主ＩＤＴ３０３、副ＩＤＴ３０５、ゲイトＩＤＴ３０４）は、ひとつのＩＤＴを３つに分割して形成することができる。
【００２６】
本発明における図３の２モード型ＳＡＷ共振素子３０１の構成条件の１例を示すと前述のＳＴカット水晶板あるいは面内回転したＳＴカット水晶板において、アルミニウム電極の膜厚みｈに対して、利用する弾性表面波の波長λとの比ｈ／λが０．０２から０．０３であり、ＩＤＴの総対数Ｍ＝１６０対，主ＩＤＴ３０３の対数が８０対，副ＩＤＴ３０５の対数が３０から８０対，浮き電極が０から５０対、ゲイトＩＤＴ３０４の対数は２０から４０対で電極周期比が１．０２から１．０４，ＩＤＴの交叉幅が４０波長，反射器３０２、３０１は９０本である。
【００２７】
つぎに図４は本発明による図３の構成にて実現する２モード型ＳＡＷ共振素子３０１のアドミタンス特性Ｙ（ｆ）の場合であり、同図縦軸は２０ｌｏｇ１０（Ｙ（ｆ））（ｄＢ）かつ単位はシーメンスにて表示し、横軸は周波数変化率ｄｆ／ｆ０、単位は１０−６により表示した場合である。図中の４０１が対称モードＳ０、４０２が斜対称モードＡ０である。共振周波数ｆＬに対する、共振周波数ｆＬと共振周波数ｆＨとの差との比としての（ｆＨ−ｆＬ）／ｆＬは１００〜２００ｐｐｍと近接させることが可能である。
【００２８】
つぎに、図５においてＳＡＷフィルタ素子１０５の構成と機能につき説明する。図中の各部位は、圧電体平板５００、第一の縦二重型ＳＡＷフィルタ素子５０１、第二の縦二重型ＳＡＷフィルタ素子５０２、入力側ＩＤＴ５０３、出力側ＩＤＴ５０４、制御用電極領域５０５である。
【００２９】
アンテナ１００からのＲＦ信号は同時に入力端子５０６，５０７に送られて、高い側の周波数信号成分のｆＨと低い側の周波数信号成分のｆＬに分解されて、各々出力端子５０８、５０９から出力される。この目的のために、２つの第一の縦二重型ＳＡＷフィルタ素子５０１と第二の縦二重型ＳＡＷフィルタ素子５０２とは極めて近接する中心周波数を有するように設計されている。これらの周波数特性を図６に示した。
【００３０】
図６（ａ）において、第一の縦二重型ＳＡＷフィルタ素子５０１と第二の縦二重型ＳＡＷフィルタ素子５０２が有するフィルタ特性６０１、６０２であり、各々の中心周波数は共振周波数ｆＬと共振周波数ｆＨから成っている。また図６（ｂ）は、ＳＡＷフィルタ素子１０５を通過した信号が図１の周波数弁別回路１０７によって得られる周波数特性である。フィルタ特性６０１、６０２は図１の作動増幅回路１０７５によって除算されて図６（ｂ）のような特性が実現する。中心周波数ｆ０は共振周波数ｆＬと共振周波数ｆＨの和の半分である。
【００３１】
以上において各構成要素について説明した。最後に図７（ａ）〜（ｄ）において、送信系と受信系にて得られる信号波形について説明する。図７（ａ）で示す信号は、ＦＳＫ変調器へのデジタル入力データ信号７０１（図１参照）、デジタル入力データ信号２０６（図２参照）である。図７（ｂ）で示す信号は、ＦＳＫ変調器からのＲＦ出力信号７０２，２０７であり、図７（ｃ）で示す信号は、ＲＦ出力信号７０３が周波数弁別回路１０７（図１参照）の検波回路１０７３、１０７４を通過して得られた微弱なアナログ信号間の差をとったものであり、ベースバンド信号１１４（図１参照）は差動増幅回路１０７５（図１参照）による増幅後の再生信号７０４である。図２と図３の状態では入力信号データのＨ（＋１）に対応して対称モードＳ０（ｆＨ成分）が、０に対応して斜対称モードＡ０（ｆＬ成分）が動作する。
【００３２】
以上説明したように本発明のＦＳＫ送受信装置１はＳＡＷデバイス技術とＩＣ技術を融合してコンパクトに集積可能であり、今後、ＦＳＫ送受信装置１を利用したセンサーシステム分野におおいに貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明のＦＳＫ送受信装置の一実施例を示すブロック図。
【図２】本発明のＦＳＫ変調器の回路構成の一実施例を示すブロック図。
【図３】本発明のＦＳＫ送受信装置に使用する２モード型のＳＡＷ共振素子の電極パターンの一実施例が示す平面図。
【図４】本発明に係わる２モード型ＳＡＷ共振素子のアドミタンス特性図。
【図５】本発明に係わるＳＡＷフィルタ素子の電極パターンの平面図。
【図６】本発明に係わる、（ａ）は、ＳＡＷフィルタ素子の周波数特性図、（ｂ）は、周波数弁別回路が有する周波数特性図。
【図７】（ａ）〜（ｄ）は、本発明のＦＳＫ送受信装置が有する信号波形を示す特性図。
【符号の説明】
【００３４】
１…ＦＳＫ送受信装置、１００…アンテナ、１０１…アンテナＳＷ回路、１０２…ＳＡＷチップ、１０３…ＩＣチップ、１０４，３０１…２モード型ＳＡＷ共振素子、１０５…ＳＡＷフィルタ素子、１０６…２モード発振回路、１０７…周波数弁別回路、１０８…ベースバンド回路部、１０９…エンコーダ回路、１１０…デコーダ回路、１１１，１１５…デジタルデータ、１１３…受信信号、１１４…ベースバンド信号、２００…増幅器、２０４，２０５…ＳＷ（スイッチ）回路、２０６，７０１…デジタル入力データ信号、２０７，７０２，７０３…ＲＦ出力信号、３００，５００…圧電体平板、３０２，３１０…反射器、３０３…主ＩＤＴ（主すだれ状電極）、３０４…ゲイトＩＤＴ、３０５…副ＩＤＴ（副すだれ状電極）、３０６，３０７，３０８，３０９，５０６，５０７…入力端子、５０１…第１の縦二重モード型ＳＡＷフィルタ素子、５０２…第２の縦二重モード型ＳＡＷフィルタ素子、５０３…入力側ＩＤＴ、５０４…出力側ＩＤＴ、５０５…制御用電極領域、５０８，５０９…出力端子、６０１，６０２…フィルタ特性、７０４…再生信号、１０７１，１０７２…ＬＮＡ（ローノイズアンプ）、１０７３，１０７４…検波回路、１０７５…ＬＮＡ（差動増幅回路）、Ａ０…斜対称モード、ｆ０…中心周波数、ｆＨ，ｆＬ…共振周波数、ｈ…膜厚み、ＰＴ０…電極周期長、Ｓ０…対称モード、Ｘ…電気軸、Ｙ（ｆ）…アドミタンス特性、Ｚ…光軸、λ…波長、Ψ…回転角。
【図１】
2007228013.tif 000003
【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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