(57)【要約】【課題】  カップリングコンデンサCbboを急速に充電することにより無駄な消費電流を減らし、電池寿命を大きく延ばすことができる回路構成を有する無線装置を得る。【解決手段】  パワーダウンモードに入っているときには抵抗を介してカップリングコンデンサCbboの一端をGNDレベルにプルダウンしておき、パワーダウンモードが解除され受信モードに入るとそのGNDレベルを解除する。【選択図】  図１
2009017399.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パワーダウンモード時にカップリングコンデンサCbboの一端を抵抗を介してまたは直接、受信モード時でかつ無信号状態のCbboの前記一端の電圧より低いレベルの電圧に固定することを特徴とした無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサデータを送信するノードと、そのノードからセンサデータを受信するベース、ならびにノードとベースから構成されるセンサネットワークシステム利用される無線通信装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、センサに無線通信機能を有する小型の電子回路を付加して、現実世界の様々な情報をリアルタイムに情報処理装置に取り込むセンサネットワークシステムが検討されている。センサネットワークシステムには幅広い応用が考えられており、例えば、無線回路、プロセッサ、センサ、電池を集積した指輪型の小型電子回路により、脈拍等を常時モニタし、モニタ結果は無線通信により診断装置に送信され、モニタ結果に基づいて健康状態を判定するといったような医療応用も考えられている（非特許文献１）。
【０００３】
センサネットワークシステムを広く実用化するためには、無線通信機能、センサ、および、電池等の電源を搭載する電子回路（以下、ノードという）を、長時間に渡ってメンテナンスフリー、かつセンサデータを送信し続けられるものとし、かつ外形も小型化することが重要になる。このため、超小型でどこにでも設置できるノードの開発が進められている。現段階では、実用上、１年程度の期間、電池交換をせずに使用可能であることが、メンテナンスコストおよび使い勝手の両面から必要と考えられている。
【０００４】
例えば、非特許文献２には、「Ｍｉｃａ２Ｄｏｔ」と呼ばれる、直径３ｃｍ程度の小型のノードのプロトタイプが紹介されている。このＭｉｃａ２Ｄｏｔは、無線通信に必要な機能を集積したＲＦチップと、低消費電力なプロセッサチップから構成される。このプロトタイプにおいては、９９％の時間は待機状態で、残りの１％の時間のみを間欠的に起動してセンサを動かして結果を無線通信するという間欠動作により、小型電池にて１年程度の動作が可能としている。
【０００５】
センサネットワークシステムには、上記のような小型で無線通信を行うノードと、センシングされたデータを無線で収集して、インターネットなどの有線ネットワークに接続するデバイス（以下、ベースと呼ぶ）の２種のデバイスが必要である。ノードは、小型かつ移動性を加味して電池で駆動されることが多いのに対し、ベースは据え置きでＡＣ電源駆動されるケースが多い。
【非特許文献１】Sokwoo Rhee他、「Artifact-Resistant Power-Efficient Design of Finger-Ring Plethysmographic Sensors」、 IEEE Transactions On Biomedical Engineering、Vol.48, No.7、 July 2001、 pp.795-805
【非特許文献２】Crossbow 「Smarter Sensors In Silicon」[online]  ［２００４年２月１６日検索］、インターネット  〈URL :  http://www.xbow.com/Support/Support_pdf_files/   Motetraining/Hardware.pdf〉
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
センサネットワークシステムを構成する無線通信装置であるノードをビル等の施設の温湿度管理システムに利用しようとすると以下のような課題が発生する。前述したようにノードは敷設のやりやすさから電池駆動が強く求められている。しかし、電池駆動ではその寿命に制限が発生する。
【０００７】
温湿度センサが稼働し信号がノードから送出されると、この信号は他のノードを経由してベースに伝達される。しかし、その途中にあるノードの電池が消耗されているとそのノードは信号伝達機能がない。これでは温湿度管理システムが機能しない。したがって、頻繁に電池を交換する作業をしなくてはならない。この結果、温湿度管理システムを維持するために維持管理費用が増大するという課題がある。
【０００８】
電池寿命を長くするためには、無線通信装置であるノードを構成している主要部品である無線ICおよびそれをコントロールしているマイコンの消費電流が小さいICを採用する必要がある。それと同時に、送受信していない時には、無線ICおよびマイコンをパワーダウン状態にして無用な消費電流を極力削減する必要がある。米国RFM社のTR3001等の無線ICを使用すると受信時の消費電流が他社に比較して小さいことから、上記の目的を実現するのに適した無線ICである。しかし、RFM社の無線ICであるTR3001は、一度パワーダウンモードにしてから、再び受信モードになるまでにカップリングコンデンサCbboを充電しなければならず、その充電に時間がかかる。その間、TR3001は受信状態に入れず、受信はできない。しかしTR3001自体は電流を消費しており、この時間が長いと無駄に電池を消費していることになり電池寿命に大きく影響してくるという課題がある。
【０００９】
そこでこの発明は、この様な事情を考慮してなされたもので、その目的は、カップリングコンデンサCbboを充電せずに無駄な消費電流を減らし、電池寿命を大きく延ばすことができる回路構成を有する無線装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために本発明の無線装置は、カップリングコンデンサCbboを充電せずに迅速に受信状態に入れる方法として、TR3001がパワーダウンモードに入っているときには抵抗を介してまたは直接カップリングコンデンサCbboの一端をGNDレベルにプルダウンしておき、TR3001のパワーダウンモードが解除され受信モードに入るとそのGNDレベルを解除する回路構成を有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、センサネットワークシステム上に配置された無線通信装置であるノードのパワーダウンモードから受信モードへ切り替わる時間が大幅に短縮されるために、消費電流が減り電池交換の頻度が少ないセンサネットワークシステムを構築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】
【００１２】
無線通信装置の構成要素である米国RFM社のTR3001  ハイブリッドトランシーバICは、特に近距離のワイヤレスデータ通信に適している。このトランシーバは、広い範囲のデータレートおよびプロトコル要求をカバーできる。さらにトランシーバは、送信機の高調波の抑制に優れており、近距離の無線規格に適合している。
【００１３】
図１にTR3001の回路ブロック図を示す。まずTR3001のアンプの動作について説明する。トランシーバの核となるのはアンプ部で、これによりシールディングやデカップリング処理することなく、90dB以上の安定したRFとディテクタゲインが得られる。安定度は、適切にRFゲインを分配することで達成されている。RFアンプである、RFA1 20およびRFA2 21のバイアスは、パルスジェネレータ3によって別々にコントロールされ、この２つのアンプは、通常0.5μsのディレイを持つSAWディレイライン2によって結合されている。
【００１４】
アンテナから入力されたRF信号は、まずSAWフィルタを通過しRFA1 20に加えられる。RFA1 20は、パルスジェネレータ3によって0.5μsの間ONになる。RFA1 20で増幅された信号は、SAWディレイライン2を通過して、RFA2 21の入力に加えられる。この時点でRFA1 20はOFFされ、RFA2 21が0.55μsの間ONになる。すなわち、RFA1 20とRFA2 21は同時にはONしない。これにより、優れた受信安定度を得ることができる。SAWフィルタ1は、受信帯域外の不要な周波数を除去する。SAWフィルタ1とSAWディレイライン2はともに受信機の選択度を決定する。アンプ部のRFアンプは、瞬時にといってよいほど速いタイミングでON/OFFができる。したがって、パワーダウン（スリープ）からのウェイクアップ時間を非常に早くすることができる。
【００１５】
SAWフィルタ1の出力は、RFA1アンプ20により増幅される。このアンプは、飽和の開始点を検出し、ゲインを5dB〜35dB間でスイッチする機能がある。「AGC Set」はAGCコントロール4への入力である。「ゲインセレクト」は、AGCコントロール機能の出力となる。RFA1 20（およびRFA2 21）のON/OFFは、パルスジェネレータ&RFアンプバイアス3によってコントロールされる。RFA1 20の出力は、通常0.5μsのディレイを持つSAWディレイライン2に入力される。２段目のアンプ、RFA2 21では、飽和点以下で51dBのゲインがあり、RFA2 21の出力は、19dBのスレショールドゲインを持つ全波整流型の検波回路をドライブする。RFA2 22の各セクションの飽和点を検出、加算して対数特性として出力される。これが全波整流型の検波回路の出力に加えられ、低レベルでは、２乗則でコントロールし、高レベルでは対数値でコントロールされる。この組み合わせにより、安定したスレショールド感度と、70dBを超える検波感度とダイナミックレンジが得られる。またRFA1 20の30dBのAGCレンジとの組み合わせにより100dBを超える受信ダイナミックレンジが達成できる。
【００１６】
ディテクタ出力は、ローパスフィルタ６をドライブし、このローパスフィルタ６は、平坦な群遅延特性と最小パルスリンギングを持つ、３次のローパスフィルタである。このフィルタの3dB帯域幅は4.5kHz〜1.8MHzで、外部抵抗で設定できる。このフィルタの次には、検波シグナルをBBOUT端子9へ出力するベースバンドアンプ７がある。受信機のRFアンプが50％-50％のデューティサイクルで動作している場合、BBOUT端子9の信号は約10mv/dBで変化し685mvまでのP-P値レベルとなる。検波信号は無信号状態で1.1VDCレベルにありそれは電源電圧、温度によって多少変化する。BBOUT端子9は、直列コンデンサCbbo8によって、CMPIN10と結合される。直列コンデンサ（カップリングコンデンサ）Cbbo8の最適値は、データレート、データの同一信号の長さ、その他の要素によって変化する。
【００１７】
また、BBOUT端子9は抵抗16とコンデンサ17で構成されるローパスフィルタを介して外部のCPU19の入力モードであるA/Dコンバータ端子18に入力される。このA/Dコンバータ値がRSSI（受信感度強度）となる。トランシーバがパワーダウン（スリープ）モードまたは送信モードに設定されている場合、BBOUT端子9の出力はハイインピーダンスになる。このパワーダウン（スリープ）モードまたは送信モードのとき外部に接続されたCPU19のADコンバータ端子18を入力モードから出力モードに切り替える。このときの出力はGNDレベルにする。パワーダウン（スリープ）モードまたは送信モードが解除され受信モードに移行した時には、該A/Dコンバータ端子18を入力モードに切り替えてRSSIの値をCPU19に取り込む。この動作を行うことによって、パワーダウン（スリープ）モードまたは送信モードから受信モードに切り替わる時間を短くすることができる。その様子を図２，３に示す。図２は本発明のパワーダウン（スリープ）モードまたは送信モードから受信モードに切り替えた時に、A/Dコンバータ端子18を出力モードから入力モードに切り替え、TR3001が受信状態なるまでの時間を示している。また図３はパワーダウン（スリープ）モード、送信モード、受信モードにかかわらずA/Dコンバータ端子を入力モードにしておいた場合のTR3001が受信状態になるまでの時間である。図２では0.012mSであり、図３では0.828mSである。したがって図２の方が1/800ほど受信モードになる時間が短くなっている。この受信モードになる間は受信できないのはもちろんのこと、消費電流も受信モードのときの電流が流れる。したがって無駄な電流であり、無線モジュールの電池寿命を著しく短くしてしまう。特に頻繁にパワーダウン（スリープ）モードから受信モードに切り替えるようなアプリケーションでは、切り替えのたびに、切り替え時間だけ電流が流れるために電池寿命を延ばすことができなくなる。しかし、図２のようにすることにより、切り替え時に流れる無駄な電流を1/800にすることができ、電池寿命を延ばすことができる。
【００１８】
前記説明ではパワーダウン（スリープ）モードまたは送信モード時にA/Dコンバータの出力をGNDレベルにすると説明したが、実際には前記したように受信モード時のBBOUT端子9の検波信号は無信号状態で1.1VDCレベルであるために、この電圧を超えない電圧レベルにA/Dコンバータ端子18の出力電圧を設定する。
【００１９】
次にデータスライサの部分について説明する。CMPIN10は二つのデータスライサ11,12をドライブしBBOUT端子9からのアナログ信号をデジタルデータに変換する。データスライサ11は、スレショールドレベルが可変可能な積分型コンパレータである。スレショールドは、0〜90mvでコンパレータのスライスレベルをオフセットし、スレショールドレベルにより受信感度と、RFが無信号時のノイズ出力の設定ができる。データスライサ12は、「dB-below-peak」スライサで、パルス波形を中心点でスライスし信号幅を復元するために用いられる。RXDATAはデータスライサ11とデータスライサ12のANDにより出力されるため、データスライサ12を使用しているときは、データスライサ11もアクティブになる。RXDATA出力にHiを発生させるには、データスライサ11とデータスライサ12はともにHiにする必要がある。
【００２０】
次にAGCコントロール部分について説明する。ピークディテクタの出力は、AGCコンパレータ22を経由して、AGCコントロール回路4にAGC Reset信号を供給する。AGCの目的は、受信機のダイナミックレンジを広げることである。これによって、ASKや高速データ変調を行っている場合に、２つの受信機を至近距離で動作させることが可能になる。RFA1  21の出力段での飽和点が検出できると、AGCコントロール回路４へのAGC Set信号が発生する。AGCコントロール回路は、RFA1を5dBのゲインモードに設定する。AGCコンパレータ22は、ピークディテクタ出力（0.8の倍数）がデータスライサ11のスレショールド電圧以下になると、リセット信号を送る。
【００２１】
次に受信機のパルスジェネレータとアンプバイアスについて説明する。受信機のアンプ制御は、パルスジェネレータ＆RFアンプバイアスモジュール3によりコントロールされる。このモジュールは、PRATEとPWIDTH入力ピン、および変調＆バイアスコントロール回路13からのパワーダウン（スリープ）コントロール信号によってコントロールされる。
【００２２】
次に送信部分について説明する。送信系統は、SAWディレイラインオシレータ2と、それに続く変調器13とバッフアアンプ15で構成されている。SAWフィルタ1は、アンテナ23ヘの送信機の高調波を低減する。送信モードでは、アンプ部で使用したSAWデバイス（SAWディレイライン2）を再利用している。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】TR3001の回路ブロック図である。
【図２】本発明の受信モードへの遅延時間を示す図である。
【図３】従来の受信モードへの遅延時間を示す図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  SAWフィルタ
２  SAWディレイライン
３  パルスジェネレータ＆RFアンプバイアス
８  カップリングコンデンサCbbo
９  BBOUT端子
１０  CMPIN
１６  抵抗
１７  コンデンサ
１８  CPUのA/D端子
１９  CPU
２０  RFAアンプRFA１
２１  EFAアンプRFA２
２２  AGCコンパレータ
２３  アンテナ
【図１】
2009017399.tif 000003
【図２】
2009017399.tif 000004
【図３】
2009017399.tif 000005