(57)【要約】【課題】小容量低負荷用電池使用を可能にし電池寿命を延ばす。【解決手段】外部の１次電池ＰＵから供給される電源電圧ＶＤＤを昇圧し電源電圧ＶＤＤよりも高い電圧である昇圧電圧ＰＶを生成する昇圧回路１００と、昇圧電圧ＰＶを充電する２次電池Ｃ４と、パルスＰＳを発生するパルス回路２００と、２次電池Ｃ４とパルス回路２００との間に接続されたスイッチ素子ＳＷ８と、充電期間に昇圧回路１００を動作状態かつスイッチ素子ＳＷ８を非導通状態にし、放電期間に昇圧回路１００を非動作状態かつスイッチ素子ＳＷ８を導通状態にする制御回路３００と、を含むパルス発生回路１。【選択図】図１
2009147908.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部の１次電池から供給される電源電圧を昇圧し前記電源電圧よりも高い電圧である昇圧電圧を生成する昇圧回路と、
前記昇圧電圧を充電する２次電池と、
パルスを発生するパルス回路と、
前記２次電池と前記パルス回路との間に接続されたスイッチ素子と、
前記２次電池に前記昇圧電圧を充電する充電期間に前記昇圧回路を動作状態かつ前記スイッチ素子を非導通状態にし、前記２次電池に充電された前記昇圧電圧を放電する放電期間に前記昇圧回路を非動作状態かつ前記スイッチ素子を導通状態にする制御回路と、
を含む、
ことを特徴とするパルス発生回路。
【請求項２】
請求項１に記載のパルス発生回路において、前記昇圧回路は、チャージポンプ回路である、ことを特徴とするパルス発生回路。
【請求項３】
請求項１または２に記載のパルス発生回路と、前記パルス回路が発生した前記パルスを送出するアンテナを含むことを特徴とする送信器。
【請求項４】
請求項１または２に記載のパルス発生回路を含む、ことを特徴とする電子機器。
【請求項５】
外部の１次電池から供給される電源電圧を昇圧し前記電源電圧よりも高い電圧である昇圧電圧を生成する昇圧回路と、
前記昇圧電圧を充電する２次電池と、
パルスを発生するパルス回路と、
前記２次電池と前記パルス回路との間に接続されたスイッチ素子と、
を含むパルス発生回路の制御方法であって、
前記２次電池に前記昇圧電圧を充電する充電期間に前記昇圧回路を動作状態かつ前記スイッチ素子を非導通状態にし前記２次電池に前記昇圧電圧を充電する昇圧工程と、
前記２次電池に充電された前記昇圧電圧を放電する放電期間に前記昇圧回路を非動作状態かつ前記スイッチ素子を導通状態にし前記２次電池に蓄電された前記昇圧電圧を放電しながら前記パルス回路に供給し前記パルスを発生させるパルス発生工程と、
を含む、
ことを特徴とするパルス発生回路の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単一パルスまたは複数パルスからなるパルス列を使いデータの変化点或いはデータのシンボル点の時刻に対応してパルス列を発生するパルス発生回路、パルス発生回路の制御方法、送信器及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の無線通信システムにおいては、より低消費電力化するための手段として従来の様に連続した搬送波（Carrier）の送信或いは受信を行うのでは無く、必要な時だけ電源をＯＮにして送信或いは受信動作を行う所謂「間歇送信」或いは「間歇受信」を行う様になってきた。
【０００３】
例えば特許文献１には、低電圧動作及び低消費電力を実現できる間歇送信の方法が記載されている。図３（Ａ）に特許文献１のパルス発生装置の回路図、図３（Ｂ）に特許文献１のパルス発生装置のタイミング図を示す。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−５０３５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の方法では、間歇的にパルスＰＳを発生させて通信を行う場合、パルスＰＳを発生させる瞬間に大電流（大電力）が必要となり、過大負荷に耐えられる出力容量の大きい１次電池ＰＵが必要である。また、過大負荷による電源電圧変動を抑えるためには、大容量のコンデンサまたは２次電池Ｃ１４の併設が必要である。さらに、上記パルスＰＳ発生時に、同時に他のアプリケーションが動作する場合はさらに電力が必要となり、さらに大きい出力容量の１次電池ＰＵ及びさらに大容量の２次電池Ｃ１４が必要となるという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］
外部の１次電池から供給される電源電圧を昇圧し前記電源電圧よりも高い電圧である昇圧電圧を生成する昇圧回路と、前記昇圧電圧を充電する２次電池と、パルスを発生するパルス回路と、前記２次電池と前記パルス回路との間に接続されたスイッチ素子と、前記２次電池に前記昇圧電圧を充電する充電期間に前記昇圧回路を動作状態かつ前記スイッチ素子を非導通状態にし、前記２次電池に充電された前記昇圧電圧を放電する放電期間に前記昇圧回路を非動作状態かつ前記スイッチ素子を導通状態にする制御回路と、を含む、ことを特徴とするパルス発生回路。
【０００８】
この構成によれば、２次電池に昇圧電圧を充電する充電期間に僅かな電流で昇圧し２次電池に充電した昇圧電圧の電荷を一気に放電させてパルスを発生させることで、小容量低負荷な１次電池の使用を可能にし１次電池の寿命を延ばすことができる。さらに、２次電池の容量が小さくても電源電圧よりも高い昇圧電圧を蓄えれば高い電荷を放出できるので、小型かつ小容量の２次電池を使えばよく、部品コストと実装面積の低減ができる。また、他のアプリケーション動作の合間にパルスを発生させることで、瞬時ピーク電力値を下げられるため、小型小容量の１次電池で済む。
【０００９】
［適用例２］
上記に記載のパルス発生回路において、前記昇圧回路は、チャージポンプ回路である、ことを特徴とするパルス発生回路。
【００１０】
この構成によれば、２次電池に昇圧電圧を充電する充電期間に僅かな電流で昇圧し２次電池に充電した昇圧電圧の電荷を一気に放電させてパルスを発生させることで、小容量低負荷な１次電池の使用を可能にし１次電池の寿命を延ばすことができる。さらに、２次電池の容量が小さくても電源電圧よりも高い昇圧電圧を蓄えれば高い電荷を放出できるので、小型かつ小容量の２次電池を使えばよく、部品コストと実装面積の低減ができる。また、他のアプリケーション動作の合間にパルスを発生させることで、瞬時ピーク電力値を下げられるため、小型小容量の１次電池で済む。
【００１１】
［適用例３］
上記に記載のパルス発生回路と、前記パルス回路が発生した前記パルスを送出するアンテナを含むことを特徴とする送信器。
【００１２】
この構成によれば、２次電池に昇圧電圧を充電する充電期間に僅かな電流で昇圧し２次電池に充電した昇圧電圧の電荷を一気に放電させてパルスを発生させることで、小容量低負荷な１次電池の使用を可能にし１次電池の寿命を延ばすことができる送信器を提供できる。さらに、２次電池の容量が小さくても電源電圧よりも高い昇圧電圧を蓄えれば高い電荷を放出できるので、小型かつ小容量の２次電池を使えばよく、部品コストと実装面積の低減ができる。また、他のアプリケーション動作の合間にパルスを発生させることで、瞬時ピーク電力値を下げられるため、小型小容量の１次電池で済む。
【００１３】
［適用例４］
上記に記載のパルス発生回路を含む、ことを特徴とする電子機器。
【００１４】
この構成によれば、２次電池に昇圧電圧を充電する充電期間に僅かな電流で昇圧し２次電池に充電した昇圧電圧の電荷を一気に放電させてパルスを発生させることで、小容量低負荷な１次電池の使用を可能にし１次電池の寿命を延ばすことができる電子機器を提供できる。さらに、２次電池の容量が小さくても電源電圧よりも高い昇圧電圧を蓄えれば高い電荷を放出できるので、小型かつ小容量の２次電池を使えばよく、部品コストと実装面積の低減ができる。また、他のアプリケーション動作の合間にパルスを発生させることで、瞬時ピーク電力値を下げられるため、小型小容量の１次電池で済む。
【００１５】
［適用例５］
外部の１次電池から供給される電源電圧を昇圧し前記電源電圧よりも高い電圧である昇圧電圧を生成する昇圧回路と、前記昇圧電圧を充電する２次電池と、パルスを発生するパルス回路と、前記２次電池と前記パルス回路との間に接続されたスイッチ素子と、を含むパルス発生回路の制御方法であって、前記２次電池に前記昇圧電圧を充電する充電期間に前記昇圧回路を動作状態かつ前記スイッチ素子を非導通状態にし前記２次電池に前記昇圧電圧を充電する昇圧工程と、前記２次電池に充電された前記昇圧電圧を放電する放電期間に前記昇圧回路を非動作状態かつ前記スイッチ素子を導通状態にし前記２次電池に蓄電された前記昇圧電圧を放電しながら前記パルス回路に供給し前記パルスを発生させるパルス発生工程と、を含む、ことを特徴とするパルス発生回路の制御方法。
【００１６】
この方法によれば、２次電池に昇圧電圧を充電する充電期間に僅かな電流で昇圧し２次電池に充電した昇圧電圧の電荷を一気に放電させてパルスを発生させることで、小容量低負荷な１次電池の使用を可能にし１次電池の寿命を延ばすことができる。さらに、２次電池の容量が小さくても電源電圧よりも高い昇圧電圧を蓄えれば高い電荷を放出できるので、小型かつ小容量の２次電池を使えばよく、部品コストと実装面積の低減ができる。また、他のアプリケーション動作の合間にパルスを発生させることで、瞬時ピーク電力値を下げられるため、小型小容量の１次電池で済む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、パルス発生回路の実施形態について図面に従って説明する。
【００１８】
（第１実施形態）
＜パルス発生回路の構成＞
先ず、第１実施形態に係るパルス発生回路の構成について、図１を参照して説明する。図１は、第１実施形態に係るパルス発生回路の構成を示す回路図である。
【００１９】
図１に示すように、パルス発生回路１は、外部の１次電池ＰＵから供給される電源電圧ＶＤＤを昇圧し電源電圧ＶＤＤよりも高い電圧である昇圧電圧ＰＶを生成する昇圧回路１００と、昇圧電圧ＰＶを充電する２次電池Ｃ４（または大容量コンデンサなど）と、パルスＰＳを発生するパルス回路２００と、２次電池Ｃ４とパルス回路２００との間に接続されたスイッチ素子ＳＷ８と、２次電池Ｃ４に昇圧電圧ＰＶを充電する充電期間に昇圧回路１００を動作状態かつスイッチ素子ＳＷ８を非導通状態にし、２次電池Ｃ４に充電された昇圧電圧ＰＶを放電する放電期間に昇圧回路１００を非動作状態かつスイッチ素子ＳＷ８を導通状態にする制御回路３００と、さらに、パルス回路２００とパルス出力端子ＰＴとの間に接続されたコンデンサＣ６と、から構成されている。
【００２０】
本実施形態では、昇圧回路１００として電源電圧ＶＤＤを３倍に昇圧するチャージポンプ回路を例示しているが、何倍に昇圧するかは用途に応じて設定すればよい。
【００２１】
昇圧回路１００は、電源電圧ＶＤＤと接地線ＧＮＤとの間に直列に接続されたスイッチ素子ＳＷ１と抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１と、電源電圧ＶＤＤと接地線ＧＮＤとの間に直列に接続されたスイッチ素子ＳＷ４と抵抗Ｒ２とコンデンサＣ２とスイッチ素子ＳＷ２と、電源電圧ＶＤＤと接地線ＧＮＤとの間に直列に接続されたスイッチ素子ＳＷ７と抵抗Ｒ３とコンデンサＣ３とスイッチ素子ＳＷ５と、抵抗Ｒ１及びコンデンサＣ１の接続点とコンデンサＣ２及びスイッチ素子ＳＷ２の接続点との間に接続されたスイッチ素子ＳＷ３と、抵抗Ｒ２及びコンデンサＣ２の接続点とコンデンサＣ３及びスイッチ素子ＳＷ５の接続点との間に接続されたスイッチ素子ＳＷ６と、抵抗Ｒ３及びコンデンサＣ３の接続点に接続され昇圧電圧ＰＶを出力するダイオードＤ１と、から構成されている。
【００２２】
パルス回路２００は、スイッチ素子ＳＷ８及びコンデンサＣ６の接続点と接地線ＧＮＤとの間に直列に接続されたインダクタＬ１とコンデンサＣ５とから構成されるＬＣ直列共振回路である。
【００２３】
制御回路３００は、外部から入力されたデータ信号ＤＡＴＡに基づきチャージ信号ＣＳとイネーブル信号ＥＳとを出力する信号発生器３１０と、チャージ信号ＣＳとイネーブル信号ＥＳとを入力し切替信号Ｘを出力するアンド回路ＡＮＤと、切替信号Ｘを反転し反転切替信号ＸＢを出力するインバータＩＮ２と、イネーブル信号ＥＳを反転し放電信号Ｙ１を出力するインバータＩＮ１と、から構成されている。切替信号Ｘは、昇圧回路１００のスイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ４，ＳＷ５，ＳＷ７のゲート端子に入力される。反転切替信号ＸＢは、昇圧回路１００のスイッチ素子ＳＷ３，ＳＷ６のゲート端子に入力される。放電信号Ｙ１は、スイッチ素子ＳＷ８のゲート端子に入力される。
【００２４】
＜パルス発生回路の動作＞
次に、パルス発生回路の動作について図２を参照して説明する。図２は、パルス発生回路の動作を示すタイミング図である。なお、スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ８は、ゲート端子の電位がＨレベルの時に導通状態、Ｌレベルの時に非導通状態となるＮｃｈ型ＭＯＳＦＥＴなどで構成されているものとする。
【００２５】
図２に示すように、制御回路３００の信号発生器３１０は、チャージ信号ＣＳとイネーブル信号ＥＳとを出力する。チャージ信号ＣＳは、時点ｔ０でＨレベルに遷移し、時点ｔ１でＬレベルに遷移し、時点ｔ２でＨレベルに遷移し、以降同様に繰り返し遷移する。イネーブル信号ＥＳは、時点ｔ０〜ｔ７の期間はＨレベルを維持し、時点ｔ７でＬレベルに遷移し、時点ｔ８でＨレベルに遷移し、時点ｔ８〜ｔ１５までＨレベルを維持し、時点ｔ１５でＬレベルに遷移し、時点ｔ１６でＨレベルに遷移し、以降同様に繰り返し遷移する。
【００２６】
切替信号Ｘは、イネーブル信号ＥＳがＨレベルを維持している時点ｔ０〜ｔ７の期間と時点ｔ８〜ｔ１５の期間（以降同様）においてチャージ信号ＣＳと同様の動作をし、イネーブル信号ＥＳがＬレベルを維持している時点ｔ７〜ｔ８の期間と時点ｔ１５〜ｔ１６の期間（以降同様）においてＬレベルに遷移する。反転切替信号ＸＢは、切替信号Ｘを反転した動作をする。放電信号Ｙ１は、イネーブル信号ＥＳを反転した動作をする。すなわち、時点ｔ０〜ｔ７の期間はＬレベル、時点ｔ７〜ｔ８の期間はＨレベル、以降同様に動作する。
【００２７】
昇圧回路１００は、上述した切替信号Ｘ、反転切替信号ＸＢに基づき動作する。先ず、時点ｔ０〜ｔ１の期間では切替信号ＸがＨレベルかつ反転切替信号ＸＢがＬレベルなので、昇圧回路１００のスイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ４，ＳＷ５，ＳＷ７が導通状態となり、スイッチ素子ＳＷ３，ＳＷ６は非導通状態となる。この期間にコンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３は、充電される。
【００２８】
次に、時点ｔ１〜ｔ２の期間では切替信号ＸがＬレベルかつ反転切替信号ＸＢがＨレベルなので、昇圧回路１００のスイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ４，ＳＷ５，ＳＷ７が非導通状態となり、スイッチ素子ＳＷ３，ＳＷ６は導通状態となる。この期間にダイオードＤ１の入力端子と接地線ＧＮＤとの間にコンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３が直列に接続された状態となるので、ダイオードＤ１の出力端子からコンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３に蓄電された合計電圧により２次電池Ｃ４が図２の昇圧電圧ＰＶに示すように充電される。
【００２９】
次に、時点ｔ２〜ｔ４の期間に上述した時点ｔ０〜ｔ２の期間の動作が繰り返されると、ダイオードＤ１の出力端子からコンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３に蓄電された合計電圧により２次電池Ｃ４が図２の昇圧電圧ＰＶに示すように充電される。
【００３０】
以下同様に、時点ｔ７まで繰り返される。時点ｔ０〜ｔ７まで（昇圧工程）は、２次電池Ｃ４へ昇圧電圧ＰＶを充電する充電期間となる。時点ｔ８〜ｔ１５までも同様である。
【００３１】
次に、時点ｔ７〜ｔ８の放電期間では放電信号Ｙ１がＨレベルとなるのでスイッチ素子ＳＷ８が導通状態となり、２次電池Ｃ４とパルス回路２００が導通状態となる。この期間に２次電池Ｃ４に充電された昇圧電圧ＰＶがパルス回路２００に放電されるので、パルスＰＳが発生する（パルス発生工程）。時点ｔ８までに２次電池Ｃ４の昇圧電圧ＰＶが０Ｖまで放電されるとパルスＰＳは停止する。また、切替信号ＸがＬレベルかつ反転切替信号ＸＢがＨレベルなので、コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３に蓄電された電圧も放電される。
【００３２】
以降、時点ｔ０〜ｔ８までの期間の動作が時点ｔ８〜ｔ１６の期間も繰り返され、間歇的にパルスＰＳを発生する。
【００３３】
以上に述べた本実施形態によれば、以下の効果が得られる。
【００３４】
本実施形態では、２次電池Ｃ４に昇圧電圧ＰＶを充電する充電期間に僅かな電流で昇圧し２次電池Ｃ４に充電した昇圧電圧ＰＶの電荷を一気に放電させてパルスを発生させることで、小容量低負荷な１次電池の使用を可能にし１次電池の寿命を延ばすことができ、２次電池Ｃ４の容量が小さくても電源電圧よりも高い昇圧電圧ＰＶを蓄えれば高い電荷を放出できるので小型で小容量の２次電池を使えばよく、部品コストと実装面積の低減ができる。また、他のアプリケーション動作の合間に、パルスを発生させることで、瞬時ピーク電力値を下げられるため、小型小容量の１次電池で済む。
【００３５】
以上、パルス発生回路の実施形態を説明したが、こうした実施の形態に何ら限定されるものではなく、趣旨を逸脱しない範囲内において様々な形態で実施し得ることができる。以下、変形例を挙げて説明する。
【００３６】
（変形例１）パルス発生回路の変形例１について説明する。パルス発生回路１を組み込んだ電子機器の例として、図４に示す小容量で低負荷な１次電池ＰＵであるコイン電池１００１を使用した生体情報を発信する機能を組み込んだ電子腕時計１０００があげられる。電子腕時計１０００は、時計用回路１００２と生体情報取得部１００３とを含み、生体情報取得部１００３からのデータ信号ＤＡＴＡをパルス発生回路１を介してアンテナ１００４により外部に送信する構成となっている。また、超小型の環境センサーや生体センサーにも小容量低負荷用の超小型電池を使用しており、センサー情報を外部に送信する場合にも、パルス発生回路１は有用である。さらに、携帯電話、ゲーム機、オーディオプレーヤーなどの携帯機器は、部品実装の省スペース化や低消費電力化が課題であり、外部との通信用にパルス発生回路１を使用することは非常に有用である。
【００３７】
（変形例２）パルス発生回路の変形例２について説明する。図５は、変形例２に係るパルス発生回路の構成を示す回路図である。図５に示すパルス発生回路２０００は、図１に示すパルス回路２００のインダクタＬ１をアンテナであるループアンテナとして使用した例を示す。パルス回路１２００は、スイッチ素子ＳＷ８と接地線ＧＮＤとの間に直列に接続されたコンデンサＣ５とインダクタＬ１とから構成されている。インダクタＬ１から送出されたパルスＰＳは、受信回路４００に設けられたインダクタＬ２により受信される。
【００３８】
（変形例３）パルス発生回路の変形例３について説明する。図６は、変形例３に係るパルス発生回路の構成を示す回路図である。図６に示すパルス発生回路３０００は、パルス出力端子ＰＴにアンテナであるモノポールアンテナ５００を接続して送信器を実現している。
【００３９】
（変形例４）パルス発生回路の変形例４について説明する。図７は、変形例４に係るパルス発生回路の構成を示す回路図である。図７に示すパルス発生回路４０００は、図１の制御回路３００の替わりに制御回路１３００を用いている。制御回路１３００は、図１の制御回路３００のインバータＩＮ１の替わりにノア回路ＮＯＲを用いており、信号発生器１３１０が出力するデータバー信号ＤＢにより放電信号Ｙ１を出力するか否かを制御できる。図８は、変形例４に係るパルス発生回路の動作を示すタイミング図である。図８の期間ｔ７〜ｔ８は、データバー信号ＤＢがＬレベルなので放電信号Ｙ１がＨレベルとなり２次電池Ｃ４の放電が行われる。一方、期間ｔ１５〜ｔ１６は、データバー信号ＤＢがＨレベルなので放電信号Ｙ１はＬレベルを保ち２次電池Ｃ４の放電は行われない。期間ｔ１９〜ｔ２０は、データバー信号ＤＢがＬレベルなので放電信号Ｙ１がＨレベルとなり２次電池Ｃ４の放電が行われる。
【００４０】
図９は、変形例４に係るパルス発生回路の応用例を示す概略図である。図９は、アナログ波形ＡＷを３ビットデータでＰＣＭ（Pulse Code Modulation）化したパルスＰＳを出力する場合を示す。データバー信号ＤＢを制御することにより、例えば、３ビットデータが「００１」ならば、上位１ビット目の波形を出力する時はデータバー信号ＤＢをＨレベルに制御し、２ビット目の波形を出力する時はデータバー信号ＤＢをＨレベルに制御し、３ビット目の波形を出力する時はデータバー信号ＤＢをＬレベルに制御する。図４の生体情報取得部１００３が脈拍センサーの場合、脈拍データをアンテナ１００４により３ビットデータで送出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】第１実施形態に係るパルス発生回路の構成を示す回路図。
【図２】パルス発生回路の動作を示すタイミング図。
【図３】従来のパルス発生回路の構成を示す回路図。
【図４】変形例１に係る電子機器の例を示す構成図。
【図５】変形例２に係るパルス発生回路の構成を示す回路図。
【図６】変形例３に係るパルス発生回路の構成を示す回路図。
【図７】変形例４に係るパルス発生回路の構成を示す回路図。
【図８】変形例４に係るパルス発生回路の動作を示すタイミング図。
【図９】変形例４に係るパルス発生回路の応用例を示す概略図。
【符号の説明】
【００４２】
１，２０００，３０００，４０００…パルス発生回路、１００…昇圧回路、２００，１２００…パルス回路、３００，１３００…制御回路、３１０…信号発生器、１０００…電子腕時計、１００１…コイン電池。
【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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