図面 (/)

技術 送信装置

出願人 国立大学法人名古屋大学
発明者 新津葵一林賢哉小林敦希
出願日 2019年3月28日 (1年10ヶ月経過) 出願番号 2019-062180
公開日 2020年10月1日 (4ヶ月経過) 公開番号 2020-162072
状態 未査定
技術分野 送信機
主要キーワード 電圧ダブラ キャリア生成器 パルス間隔変調 クロスカップル回路 信号器 自己発振 単安定 インバータ素子
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2020年10月1日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (6)

課題

キャリア信号周波数よりも低い周波数を使用しながら消費電力を低減する技術を提供する。

解決手段

信号器216は、第1状態において第1周波数の信号を送信し、第2状態において送信を停止する。スイッチ回路224は、信号器216における第1状態と第2状態とを切りかえる。発振回路212は、受けつけた電圧に含まれた情報に応じた発振信号250を生成する。制御回路226は、発振信号250をもとに、第1状態と第2状態のいずれかを選択するための制御信号252を生成し、制御信号252をスイッチ回路224に供給する。コンデンサ220は、配線218と、固定電位222との間に設けられる。信号器216が第1状態から第2状態に切りかえられた場合の第1周波数の信号の包絡線は、第1周波数よりも低い第2周波数を有し、コンデンサ220の容量に応じて第2周波数が定められる。

概要

背景

パルスを用いた短時間の通信は、低消費電力であるので、コイン型バッテリエナジーハーベスタのような限られたエネルギー源により動作するセンサノードでの使用に適する。このような通信では、キャリア生成器によって生成されるキャリア信号が、送信データに応じて生成されたエンベロープ信号によって変調される(例えば、特許文献1参照)。

概要

キャリア信号の周波数よりも低い周波数を使用しながら消費電力を低減する技術を提供する。信号器216は、第1状態において第1周波数の信号を送信し、第2状態において送信を停止する。スイッチ回路224は、信号器216における第1状態と第2状態とを切りかえる。発振回路212は、受けつけた電圧に含まれた情報に応じた発振信号250を生成する。制御回路226は、発振信号250をもとに、第1状態と第2状態のいずれかを選択するための制御信号252を生成し、制御信号252をスイッチ回路224に供給する。コンデンサ220は、配線218と、固定電位222との間に設けられる。信号器216が第1状態から第2状態に切りかえられた場合の第1周波数の信号の包絡線は、第1周波数よりも低い第2周波数を有し、コンデンサ220の容量に応じて第2周波数が定められる。

目的

本開示はこうした状況に鑑みてなされており、その目的とするところの1つは、キャリア信号の周波数よりも低い周波数を使用しながら消費電力を低減する技術を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

送信すべき情報が含まれた電圧を受けつける入力回路と、前記入回路において受けつけた電圧を昇圧する昇圧回路と、前記昇圧回路によって昇圧された電圧が供給され、第1状態において第1周波数の信号を送信し、第2状態において送信を停止する信号器と、前記信号器における第1状態と第2状態とを切りかえるスイッチ回路と、前記入力回路において受けつけた電圧に含まれた情報に応じた発振信号を生成する発振回路と、前記発振回路において生成された発振信号をもとに、第1状態と第2状態のいずれかを選択するための制御信号を生成し、制御信号を前記スイッチ回路に供給する制御回路と、前記昇圧回路と前記信号器とを接続する配線と、固定電位との間に設けられるコンデンサとを備え、前記信号器が第1状態から第2状態に切りかえられた場合の第1周波数の信号の包絡線は、第1周波数よりも低い第2周波数を有し、前記コンデンサの容量に応じて第2周波数が定められることを特徴とする送信装置

請求項2

前記コンデンサの容量Cは、前記信号器での電流I、前記昇圧回路によって昇圧された電圧V、第2周波数fをもとに、C=I/(V・f)にされることを特徴とする請求項1に記載の送信装置。

請求項3

前記入力回路において受けつける電圧の大きさは情報に応じて変動することを特徴とする請求項1または2に記載の送信装置。

請求項4

前記発振回路において生成される発振信号の周波数は、前記入力回路において受けつける電圧の大きさが大きくなると高くなり、前記制御回路において生成される制御信号は、第1値あるいは第2値によって示されるパルス信号であり、前記発振回路において生成される発振信号の周波数が高くなると、第1値の間隔を短くし、前記スイッチ回路は、前記制御回路からの制御信号が第1値を示す場合に、前記信号器を第1状態にさせ、前記制御回路からの制御信号が第2値を示す場合に、前記信号器を第2状態にさせることを特徴とする請求項3に記載の送信装置。

技術分野

0001

本開示は、送信技術に関し、特に信号を送信する送信装置に関する。

背景技術

0002

パルスを用いた短時間の通信は、低消費電力であるので、コイン型バッテリエナジーハーベスタのような限られたエネルギー源により動作するセンサノードでの使用に適する。このような通信では、キャリア生成器によって生成されるキャリア信号が、送信データに応じて生成されたエンベロープ信号によって変調される(例えば、特許文献1参照)。

先行技術

0003

特開2018−67820号公報

発明が解決しようとする課題

0004

キャリア信号に使用される周波数は、回路サイズ等を考慮すると、例えば、数百MHzからGHzにされる。しかしながら、それよりも低い周波数の使用が望まれる場合もある。その場合においても低消費電力化が求められる。

0005

本開示はこうした状況に鑑みてなされており、その目的とするところの1つは、キャリア信号の周波数よりも低い周波数を使用しながら消費電力を低減する技術を提供することにある。

課題を解決するための手段

0006

上記課題を解決するために、本開示のある態様の送信装置は、送信すべき情報が含まれた電圧を受けつける入力回路と、入力回路において受けつけた電圧を昇圧する昇圧回路と、昇圧回路によって昇圧された電圧が供給され、第1状態において第1周波数の信号を送信し、第2状態において送信を停止する信号器と、信号器における第1状態と第2状態とを切りかえるスイッチ回路と、入力回路において受けつけた電圧に含まれた情報に応じた発振信号を生成する発振回路と、発振回路において生成された発振信号をもとに、第1状態と第2状態のいずれかを選択するための制御信号を生成し、制御信号をスイッチ回路に供給する制御回路と、昇圧回路と信号器とを接続する配線と、固定電位との間に設けられるコンデンサとを備える。信号器が第1状態から第2状態に切りかえられた場合の第1周波数の信号の包絡線は、第1周波数よりも低い第2周波数を有する。コンデンサの容量に応じて第2周波数が定められる。

0007

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本開示の表現を方法、装置、システム記録媒体コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本開示の態様として有効である。

発明の効果

0008

本開示によれば、キャリア信号の周波数よりも低い周波数を使用しながら消費電力を低減できる。

図面の簡単な説明

0009

本実施例に係る情報収集システムの構成を示す図である。
図1の送信部の構成を示す図である。
図3(a)−(b)は、図2における信号を示す図である。
図4(a)−(b)は、図2の送信部から送信される信号を示す図である。
図2の送信部から送信される信号のスペクトルを示す図である。

実施例

0010

本開示の実施例を具体的に説明する前に、基礎となった知見を説明する。本実施例は、生体の状態の観察、あるいは研究に有用なデータの取得等を目的として、生体から生体情報計測しながら、得られた生体情報を送信する送信装置に関する。このような送信装置は、受信装置サーバとともに情報収集システムに含まれる。例えば、送信装置は、血糖値センサ機能を備え、装着者の血液中の血糖値濃度を取得し、血糖値濃度の情報を受信装置に送信する。受信装置はサーバに接続されて、サーバは血糖値を収集する。装着者に取り付けられる送信装置には、小型・軽量化が望まれる。そのため、送信装置は、バッテリから供給される電力により駆動するのではなく、グルコースバイオ燃料電池により発電された電力により駆動する。つまり、センサ機能とグルコースバイオ燃料電池とが一体化されるので小型・軽量化が可能になるが、グルコースバイオ燃料電池により発電される電力は大きくないので、送信装置には低消費電力化が求められる。

0011

送信装置の低消費電力化を実現するために、前述のような、パルスを用いた短時間の通信が実行される。一方、送信装置のようなウエアラブデバイスにおける通信方式は、国際標準規格IEEE802.15.6により標準化されており、例えば、21MHzの周波数の使用が求められる。しかしながら、パルスを用いた短時間の通信におけるキャリア生成器において21MHzのキャリア信号を生成させる場合、キャリア生成器のサイズが大きくなってしまい、実現性が低くなる。そのため、送信装置には、21MHzのような低い周波数を使用しながら、消費電力を低減することが求められる。

0012

図1は、情報収集システム1000の構成を示す。情報収集システム1000は、送信装置100、受信装置500、サーバ600を含み、送信装置100には生体液接触部10が接続され、送信装置100は糖発電部20、送信部200を含む。送信装置100は、生体分子検出装置であり、装着者に取り付けられる。装着者に取り付けられる送信装置100の数は「1」より多くてもよい。

0013

生体液接触部10は、例えば針であり、装着者に挿入され、装着者の血液を吸引する。糖発電部20は、生体液接触部10からの血液を受けつける。糖発電部20は、前述のグルコースバイオ燃料電池であり、受けつけた血液に対して、白金触媒による血糖値分解反応を起こさせる。この血糖値分解反応によって発電がなされる。ここで、血糖値濃度により、白金触媒が接する血糖値の量が変化するので、糖発電の発電量は、血糖値濃度に応じて変化する。つまり、血糖値濃度が高くなるほど、電子伝達効率が高くなるので、発電量が多くなる。糖発電部20は、発電した電力を送信部200に供給する。送信部200に供給される電力は血糖値濃度に応じて変化するので、電力は、血糖値濃度の情報を含むといえる。

0014

送信部200は、電圧に含まれた血糖値濃度の情報をパルス信号頻度コード化して受信装置500に送信する。例えば、送信部200は、検出可能な血糖値濃度の範囲、または着目する血糖値濃度の範囲内において、血糖値濃度に応じてパルス信号の頻度を変化させる。例えば、血糖値濃度が高い場合は、低い場合と比べて、より高い頻度でパルス信号が送信される。また、血糖値濃度に応じてパルス信号の頻度が変化するものであれば、パルス列に生体情報をコード化する方法は限定されない。さらに、パルス信号の形状や無線送信信号の周波数等に生体情報がコード化されてもよい。

0015

受信装置500は、例えば、スマートフォン等の携帯端末であり、送信部200からのパルス信号を受信する。受信装置500は、受信したパルス信号から血糖値濃度の情報を抽出する。受信装置500は、血糖値濃度の情報が含まれた信号をサーバ600に送信する。また、受信装置500は、ディスプレイを備え、ディスプレイに血糖値濃度の情報を表示してもよい。

0016

サーバ600は、受信装置500からの信号を受信することによって、送信装置100の装着者の血糖値濃度の情報を取得する。サーバ600は、血糖値濃度を解析し、解析結果あるいは生活上のアドバイス等が含まれた信号を受信装置500に送信する。受信装置500のディスプレイは、サーバ600からの解析結果、あるいは生活上のアドバイス等を表示する。

0017

この構成は、ハードウエア的には、任意のコンピュータのCPU、メモリ、その他のLSIで実現でき、ソフトウエア的にはメモリにロードされたプログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックがハードウエアのみ、ハードウエアとソフトウエアの組合せによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。

0018

図2は、送信部200の構成を示す。送信部200は、入力回路210、発振回路212、昇圧回路214、信号器216、配線218、コンデンサ220、固定電位222、スイッチ回路224、制御回路226を含む。入力回路210は、図1の糖発電部20に接続され、糖発電部20から電圧(VIN)を受けつける。前述のごとく、電圧には、送信すべき情報、つまり血糖値濃度の情報が含まれており、血糖値濃度に応じて電圧の大きさが変動する。図3(a)−(b)は、信号を示す。図3(a)は、入力回路210に入力される電圧の時間変化の一例を示す。これは、血糖値濃度の時間変化ともいえる。図3(b)は後述し、図2に戻る。

0019

入力回路210には発振回路212が接続されるとともに、入力回路210と発振回路212との配線と、固定電位222、例えば接地電位との間には、コンデンサ228が接続される。発振回路212は、第1ループ230と第2ループ232とが並列に配置された自己発振電圧ダブラ(Self−Oscillating Voltage Doubler)であり、第1ループ230と第2ループ232は複数のコンデンサ244により接続される。第1ループ230と第2ループ232は、1より大きい奇数のNOTゲート240と1より大きい奇数の遅延素子242とが環状に接続されるリング発振器である。第1ループ230は、発振回路212に入力した電圧の2倍の電圧(V2X)を生成し、生成した電圧を昇圧回路214に供給する。

0020

第2ループ232は、入力回路210において受けつけた電圧に含まれた情報に応じた発振信号250を生成する。具体的に説明すると、各NOTゲート240を構成するインバータ素子は、糖発電部20からの電圧を電源電圧として動作する。第2ループ232は、一定の時間間隔で、その時の糖発電による電圧に応じた周波数で発振する。インバータ素子は、電源電圧が高ければ高い程高速に動作する。そのため、糖発電量が大きい、つまり糖発電部20が接する血糖値濃度が高ければ、一定の時間間隔で検出される糖発電部20からの電圧が大きくなるので、第2ループ232において生成される発振信号250の周波数は高くなる。第2ループ232において生成された発振信号250は昇圧回路214と制御回路226に出力される。

0021

昇圧回路214は、発振信号250において2倍にされた電圧(V2X)を受けつける。昇圧回路214には、複数のMOSFET(Metal−Oxide−Semiconductor Field−Effect Transistor)260が直列に接続され、発振信号250をもとに、受けつけた電圧を段階的に昇圧する。昇圧回路214は、昇圧した電圧(VOUT)を信号器216に供給する。

0022

信号器216は、MOSFET260、コイル280を含み、単安定クロスカップル回路として、パワーアンプ、またはパワーオシレータ等の増幅回路、発振回路として動作する。このような信号器216は、昇圧回路214によって昇圧された電圧を受け、第1状態において第1周波数の信号を送信し、第2状態において送信を停止する。ここで、第1状態は、信号器216が動作する状態を示し、第2状態は、信号器216が動作しない状態を示す。第1状態と第2状態は、スイッチ回路224と制御回路226とによって制御されるので後述する。また、第1周波数の信号は、例えば、2.4GHz帯〜数十GHz周波数帯マイクロ波であり、ここでは約10GHzであるとする。また、信号器216と昇圧回路214とを接続する配線218と、固定電位222との間には、コンデンサ220が設けられる。コンデンサ220については後述する。

0023

制御回路226は、分周器270、パルス発生回路272、レベルシフタ274、NOTゲート240を含む。分周器270は、発振回路212からの発振信号250を受けつけ、発振信号250の周波数を整数分の1に低下させる。パルス発生回路272は、分周器270において分周された発振信号250を受けつけ、低オンオフ比のパルス列を生成する。レベルシフタ274は、パルス発生回路272において生成されたパルス列のレベルを変換する。NOTゲート240は、レベルシフタ274においてレベルが変換されたパルス列を制御信号252としてスイッチ回路224に供給する。

0024

図3(b)は、図3(a)の電圧の時間変化、つまり血糖値濃度の時間変化に対応した制御信号252の時間変化を示す。制御信号252は、「Hi」レベルと「Low」レベルによって示されるパルス信号であり、血糖値濃度が高くなるほど、つまり発振信号250の周波数が高くなるほど、「Hi」レベルを有するパルス信号の間隔を短くする。図示のごとく、血糖値濃度に応じて、「Hi」レベルを有するパルス信号の間隔が、「T1」、「T2」、「T3」のように変えられる。「T1」<「T2」<「T3」である。ここで、「Hi」レベルを第1値と呼ぶ場合、「Low」レベルは第2値と呼ばれる。第1値が前述の第1状態に対応し、第2値が前述の第2状態に対応する。そのため、制御信号252は、第1状態と第2状態のいずれかを選択するための信号であるといえる。図2に戻る。

0025

スイッチ回路224は、信号器216と固定電位222との間に配置される。スイッチ回路224は、MOSFET260を含み、MOSFET260のゲート端子には、制御回路226からの制御信号252が入力される。スイッチ回路224におけるMOSFET260は、制御回路226からの制御信号252が第1値を示す場合にオン状態になるので、信号器216を第1状態にさせる。その結果、信号器216から第1周波数の信号が発振される。一方、スイッチ回路224におけるMOSFET260は、制御回路226からの制御信号252が第2値を示す場合にオフ状態になるので、信号器216を第2状態にさせる。その結果、信号器216における発振が停止される。つまり、制御信号252によって、信号器216における第1状態と第2状態とが切りかえられる。このように制御回路226は、血糖値濃度等の情報に応じてパルス間隔変調を実行することによって、第1周波数の信号を生成する。

0026

図4(a)−(b)は、送信部200から送信される信号を示す。図4(a)は、図3(b)に対応した第1周波数の信号の時間変化を示す。図示のごとく、第1周波数のパルス信号の間隔が、「T1」、「T2」、「T3」のように変えられる。ここでも、「T1」<「T2」<「T3」である。図4(b)は、図4(a)に示される第1周波数の信号に含まれる1つのパルス信号を示す図である。制御信号252が第1値から第2値に切りかえられることによって、スイッチ回路224がオン状態からオフ状態に切りかえられると、信号器216が第1状態から第2状態に切りかえられる。このような状態遷移によって、パルス信号に対する包絡線254が、第1周波数よりも低い第2周波数を示す。第2周波数は、図2のコンデンサ220の容量に応じて定められる。具体的に説明すると、信号器216での電流を「I」と示し、第2周波数を「f」とすると、コンデンサ220の容量Cは、C=I/(VOUT・f)のように示される。ここでは、第2周波数「f」が「21MHz」となるようにコンデンサ220の容量Cが定められる。

0027

図5は、送信部200から送信される信号のスペクトルを示す。スペクトルは、10GHzと21MHzにピークを有する。10GHzのピークは、信号器216から送信される第1周波数の信号に対応し、21MHzのピークは、包絡線254に対応する。つまり、前述のごとくコンデンサ220の容量Cを設定することによって、送信部200から送信される信号には、21MHzのような低い周波数が含まれる。

0028

本実施例によれば、第1周波数の信号の包絡線が、第1周波数よりも低い第2周波数を有し、かつコンデンサの容量に応じて第2周波数が定められるので、キャリア信号の周波数よりも低い周波数を使用できる。また、制御信号によって第2状態にされる場合には信号器からの送信が停止されるので、消費電力を低減できる。また、信号器は、2.4GHz帯〜数十GHz周波数帯のマイクロ波を発振するので、回路のサイズの増加を抑制できる。また、コンデンサの容量Cは、第2周波数fを使用して定められるので、所望の第2周波数fとなるようにコンデンサの容量Cを設定できる。また、供給されると電圧と、送信すべき情報とが兼用されるので、構成を簡易にできる。また、電圧の大きさに応じて、発振信号の周波数、制御信号の第1値の間隔が調節されるので、第1状態あるいは第2状態になるように信号器を制御できる。

0029

本開示の一態様の概要は、次の通りである。本開示のある態様の送信装置は、送信すべき情報が含まれた電圧を受けつける入力回路と、入力回路において受けつけた電圧を昇圧する昇圧回路と、昇圧回路によって昇圧された電圧が供給され、第1状態において第1周波数の信号を送信し、第2状態において送信を停止する信号器と、信号器における第1状態と第2状態とを切りかえるスイッチ回路と、入力回路において受けつけた電圧に含まれた情報に応じた発振信号を生成する発振回路と、発振回路において生成された発振信号をもとに、第1状態と第2状態のいずれかを選択するための制御信号を生成し、制御信号をスイッチ回路に供給する制御回路と、昇圧回路と信号器とを接続する配線と、固定電位との間に設けられるコンデンサとを備える。信号器が第1状態から第2状態に切りかえられた場合の第1周波数の信号の包絡線は、第1周波数よりも低い第2周波数を有する。コンデンサの容量に応じて第2周波数が定められる。

0030

この態様によると、第1周波数の信号の包絡線が、第1周波数よりも低い第2周波数を有し、かつコンデンサの容量に応じて第2周波数が定められるので、キャリア信号の周波数よりも低い周波数を使用しながら消費電力を低減できる。

0031

コンデンサの容量Cは、信号器での電流I、昇圧回路によって昇圧された電圧V、第2周波数fをもとに、C=I/(V・f)にされてもよい。この場合、コンデンサの容量Cは、第2周波数fを使用して定められるので、所望の第2周波数fとなるようにコンデンサの容量Cを設定できる。

0032

入力回路において受けつける電圧の大きさは情報に応じて変動してもよい。この場合、供給されると電圧と、送信すべき情報とが兼用されるので、構成を簡易にできる。

0033

発振回路において生成される発振信号の周波数は、入力回路において受けつける電圧の大きさが大きくなると高くなり、制御回路において生成される制御信号は、第1値あるいは第2値によって示されるパルス信号であり、発振回路において生成される発振信号の周波数が高くなると、第1値の間隔を短くし、スイッチ回路は、制御回路からの制御信号が第1値を示す場合に、信号器を第1状態にさせ、制御回路からの制御信号が第2値を示す場合に、信号器を第2状態にさせてもよい。この場合、電圧の大きさに応じて、発振信号の周波数、制御信号の第1値の間隔が調節されるので、第1状態あるいは第2状態になるように信号器を制御できる。

0034

以上、本開示を実施例をもとに説明した。この実施例は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本開示の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

0035

本実施例において、糖発電部20は、血液中の血糖値濃度をもとに発電を実行している。しかしながらこれに限らず例えば、糖発電部20は、中の血糖値濃度をもとに発電を実行してもよい。本変形例によれば、構成の自由度を向上できる。

0036

本実施例において、送信装置100は、血糖値濃度のセンサ機能を有する。しかしながらこれに限らず例えば、送信装置100は、照度センサ機能を有してもよい。その際、送信装置100では、フォトダイオードによる光検出がなされるとともに、光による発電もなされる。本変形例によれば、本開示の適用範囲を拡大できる。

0037

10生体液接触部、 20 糖発電部、 100送信装置、 200 送信部、 210入力回路、 212発振回路、 214昇圧回路、 216信号器、 218配線、 220コンデンサ、 222固定電位、 224スイッチ回路、 226制御回路、 228 コンデンサ、 230 第1ループ、 232 第2ループ、 240 NOTゲート、 242遅延素子、 244 コンデンサ、 250発振信号、 252制御信号、 254包絡線、 260MOSFET、 270分周器、 272パルス発生回路、 274レベルシフタ、 280コイル、 500受信装置、 600サーバ、 1000情報収集システム。

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

該当するデータがありません

関連する公募課題

該当するデータがありません

ページトップへ

技術視点だけで見ていませんか?

この技術の活用可能性がある分野

分野別動向を把握したい方- 事業化視点で見る -

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

該当するデータがありません

この 技術と関連する公募課題

該当するデータがありません

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ