信号処理回路および信号処理方法
【課題】 検出性能の悪化を抑制できるＳＡＷセンサ用の信号処理回路を提供する。
【解決手段】 発振回路１１は、所定周波数の信号を出力する。その出力信号は、搬送波分周器１３、第１分周器２５、および第２分周器２９に入力される。搬送波分周器１３は入力信号を分周比Ｎで分周し搬送波を生成する。アンテナ２１はＳＡＷセンサ３から送信された受信信号を受信する。このとき、搬送波分周器１３は動作を停止する。第１分周器２５は入力信号を分周比Ｎ1で分周し第１基準信号を生成する。また、第２分周器２９は入力信号を分周比Ｎ2で分周し第２基準信号を生成する。このとき、分周比は、Ｎ≠１、Ｎ≠Ｎ1、Ｎ≠Ｎ2、１／Ｎ2＝｜１／Ｎ−１／Ｎ1｜という条件を満たす。
【解決手段】 発振回路１１は、所定周波数の信号を出力する。その出力信号は、搬送波分周器１３、第１分周器２５、および第２分周器２９に入力される。搬送波分周器１３は入力信号を分周比Ｎで分周し搬送波を生成する。アンテナ２１はＳＡＷセンサ３から送信された受信信号を受信する。このとき、搬送波分周器１３は動作を停止する。第１分周器２５は入力信号を分周比Ｎ1で分周し第１基準信号を生成する。また、第２分周器２９は入力信号を分周比Ｎ2で分周し第２基準信号を生成する。このとき、分周比は、Ｎ≠１、Ｎ≠Ｎ1、Ｎ≠Ｎ2、１／Ｎ2＝｜１／Ｎ−１／Ｎ1｜という条件を満たす。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳＡＷセンサ用の信号処理回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＳＡＷデバイスの共振周波数または遅延時間の変化を検出することにより、圧力センサ、歪センサ、温度センサなどとして機能するＳＡＷセンサ（表面弾性波センサ）が用いられている。
【０００３】
ＳＡＷセンサとセンシング用の信号処理回路との通信を無線で行うように構成することで、ＳＡＷセンサの小型化が可能となり、設置が容易になり様々な場面で使用しやすくなる。
【０００４】
このように通信を無線で行う無線遠隔センシングシステムが特許文献１に記載されている。特許文献１のシステム構成を図８に示す。
このシステムにおいて、センシング装置１３（信号処理回路）は、搬送波発生手段１４とパルス発生手段１５との出力信号をミキサ１６によってミキシングしてパルス変調された信号を作り、アンプ１７で増幅した後にアンテナ１２で信号を送信し、ＳＡＷセンサ１に送る。ＳＡＷセンサ１のアンテナ４は信号を受信し、ＳＡＷデバイス２に入力する。ＳＡＷデバイス固有の遅延時間Ｔ秒後に反射波または透過波がアンテナ４に伝わり、ＳＡＷセンサ１からセンシング装置１３に信号を伝える。
【０００５】
ＳＡＷセンサ１は温度または歪により遅延時間Ｔが変化するため、センシング装置１３で温度または歪の非接触計測ができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−９２４９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１のセンシング装置１３は、ＳＡＷセンサ１から帰ってくる信号（通常−６０ｄＢ以下）と、ミキサ１６から搬送波が漏れた信号と、が合成され、センサ信号の検出性能（検出精度、分解能）が悪化する虞がある。
【０００８】
特に、センシング装置１３を高度に集積化し、シリコン基板の１チップにしようとする場合、ミキサ１６の漏れ信号による検出性能の悪化を、複数のスイッチや増幅器１７のゲイン調整などで抑制することが困難である。シリコン基板は導電性のため約３０ｄＢのアイソレーションしかなく、検出性能が悪化しやすい。
【０００９】
本発明の目的は、検出性能の悪化を抑制できるＳＡＷセンサ用の信号処理回路および信号処理方法を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した問題を解決するためになされた請求項１に記載の発明は、搬送波をＳＡＷセンサに送信するとともに、ＳＡＷセンサから返信された信号を受信して、当該受信信号に同期検波または直交検波を行って検出信号を出力する信号処理回路であり、発振回路、搬送波生成部、基準信号生成部などを含んでいる。
【００１１】
発振回路は、所定の周波数の信号を出力する。搬送波生成部は、発振回路の信号を分周または逓倍して搬送波を生成する。基準信号生成部は複数設けられており、発振回路の信号を分周または逓倍して所定の基準信号を生成する。また複数の基準信号生成部それぞれに対応して設けられる混合器が基準信号とＳＡＷセンサからの受信信号とを混合する。
【００１２】
搬送波生成部により生成される搬送波の周波数、および複数の基準信号生成部により生成される複数の基準信号の周波数それぞれは、搬送波に対して複数の基準信号を順次混合したときに搬送波の周波数が直流に変換される周波数である。そのため、例えばローパスフィルタを通過させることでＳＡＷセンサからの受信信号の位相を直流の出力信号として出力できる。この位相がＳＡＷセンサによる遅延時間Ｔを表し、温度や歪などの非接触計測ができる。
【００１３】
そして搬送波生成部により生成される搬送波の周波数は、複数の基準信号生成部により生成される複数の基準信号の周波数それぞれとは異なる周波数である。また、搬送波生成部は、受信信号を受信して同期検波または直交検波を行う際には、搬送波の生成を停止する。
【００１４】
このように構成された信号処理回路では、搬送波生成部によって生成される搬送波（ＳＡＷセンサからの受信信号）が、発振回路で生成される信号、および複数の基準信号生成部とで生成される基準信号と異なる周波数であるため、ＳＡＷセンサからの受信信号を受信して同期検波または直交検波を行う際に搬送波生成部による搬送波の生成を停止することで、ＳＡＷセンサからの受信信号と同じ周波数の信号が存在しなくなり、受信信号に漏れた信号が合成されて検出性能が悪化してしまうことを抑制できる。
【００１５】
なお、搬送波生成部および基準信号生成部は、分周器あるいは逓倍器を１つ以上用いて構成することができる。また、複数の基準信号生成部が、分周器あるいは逓倍器を１つ以上用いた共通の構成によりなるものであってもよい。例えば１つの分周器により生成される基準信号を２つに分配して、２つの基準信号とすることができる。その場合、上記分周器は２つの基準信号生成部を兼ねることとなる。
【００１６】
上述した信号処理回路には適宜増幅器を配置することができるが、受信した受信信号がいずれかの混合器に入力される前に当該受信信号を増幅するように増幅器を配置してもよい。このように構成することで、受信信号の信号レベルを向上させ、検出信号の品質低下を抑制できる。
【００１７】
搬送波および基準信号の周波数は、上述した条件を満たす範囲で様々な値とすることができる。例えば、搬送波生成部が、発振回路の信号を分周比Ｎで分周し、基準信号生成部はｎ個設けられていて、発振回路の信号を分周比Ｎｘ（ｘ＝１，２…ｎ）で分周するものであり、ＮｘはＮの整数倍を除く値であるように構成してもよい。
【００１８】
このように構成された信号処理回路では、生成された基準信号の周波数を整数倍しても搬送波の周波数とならない。即ち、基準信号の高調波がＳＡＷセンサからの受信信号と同一にならないため、基準信号の受信信号への影響が低減され検出信号の品質低下をさらに抑制できる。
【００１９】
高次の分周器は、次数の約数を分周比とする分周器の縦列接続で作成されることが多い。上述した分周比の条件は、縦列接続点でＳＡＷセンサからの信号と同じ周波数成分が生じないための条件でもある。
【００２０】
また、検出信号の品質低下をさらに抑制するため、信号処理回路を以下に示す（ｉ）、（ｉｉ）のいずれかのように構成してもよい。
（ｉ）複数の基準信号生成部は、発振回路の信号を分周比Ｎ1で分周する第１基準信号生成部と、発振回路の信号を分周比Ｎ2で分周する第２基準信号生成部と、からなる。第１基準信号生成部で生成した基準信号は、第２基準信号生成部で生成した基準信号よりも上流でＳＡＷセンサからの受信信号に混合される。搬送波生成部は、発振回路の信号を分周比Ｎで分周する。そして、１／Ｎ≠２／Ｎ1−１／Ｎ2という条件を満たす。
【００２１】
（ｉｉ）複数の基準信号生成部は、発振回路の信号を逓倍率Ｍ1で逓倍する第１基準信号生成部と、発振回路の信号を逓倍率Ｍ2で逓倍する第２基準信号生成部と、からなる。第１基準信号生成部で生成した基準信号は、第２基準信号生成部で生成した基準信号よりも上流でＳＡＷセンサからの受信信号に混合される。搬送波生成部は、発振回路の信号を逓倍率Ｍで逓倍する。そして以下の（ａ）、（ｂ）の条件を満たす。
【００２２】
（ａ）Ｍ≠２Ｍ1−Ｍ2
（ｂ）Ｍ＞Ｍ1の場合には Ｍ1≠（Ｍ＋１）／２
上述した構成の信号処理回路では、検出信号の品質低下を抑制できる。図３に、ＳＡＷセンサからの受信信号（Ａ）、第１基準信号生成部で生成された基準信号（Ｂ）、および受信信号（Ａ）に対するイメージ信号（Ｃ）の周波数を説明する図を示す。第２基準信号生成部にて生成される基準信号がイメージ信号の周波数と同一である場合、当該基準信号が漏れて第１混合器（第１基準信号生成部にて生成される基準信号と受信信号とを混合する混合器）に入力されると、その差の出力周波数が、受信信号（Ａ）と基準信号（Ｂ）との差の周波数と等しくなるため、漏れた信号が受信信号に影響を与えてしまう。しかしながら、上記（ｉ）、（ｉｉ）の条件を満たせば第２の基準信号がイメージ信号の周波数と同一になることは無く、検出信号の品質低下を抑制できる。
【００２３】
ところで、搬送波生成部および基準信号生成部の少なくとも１つは、複数の分周器あるいは逓倍器の縦列接続により構成されていてもよい。この場合、１つの分周器または逓倍器が、搬送波生成部および２つ以上の基準信号生成部の構成要素となっていてもよい。
【００２４】
また、上述した問題を解決するためになされた請求項７に記載の発明は、発振回路より出力された所定の信号周波数の出力信号を分周または逓倍して搬送波を生成するステップと、搬送波をパルス変調し、ＳＡＷセンサに送信するステップと、搬送波の生成を停止した状態で、ＳＡＷセンサから返信された受信信号を受信するステップと、搬送波の生成を停止した状態で、上記出力信号を分周または逓倍して複数の基準信号を生成し、当該複数の基準信号を受信信号と混合して同期検波または直交検波を行うステップと、を備える信号処理方法であり、搬送波の周波数が、複数の基準信号の周波数それぞれとは異なる周波数であり、かつ、搬送波の周波数、および複数の基準信号の周波数それぞれは、搬送波に対して複数の基準信号を順次混合したときに搬送波の周波数が直流に変換される周波数であることを特徴とする。
【００２５】
このような信号処理方法であれば、請求項１の信号処理回路と同様に、検出性能が悪化してしまうことを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施例１の信号処理回路とＳＡＷセンサとから構成されるセンシングシステム全体の概念図である。
【図２】実施例２の信号処理回路を説明する図である。
【図３】ＳＡＷセンサからの受信信号、第１基準信号、およびそれらの信号を混合する混合器から出力されるイメージ信号を説明する図である。
【図４】実施例３の信号処理回路を説明する図である。
【図５】実施例４の信号処理回路を説明する図である。
【図６】実施例５の信号処理回路を説明する図である。
【図７】変形例の信号処理回路を説明する図である。
【図８】従来の信号処理回路とＳＡＷセンサとから構成されるセンシングシステム全体の概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
［実施例１］
（１）全体構成
本実施例の信号処理回路１は、無給電ＳＡＷセンサ３と協同して無線遠隔センシングを行うものである。センシングシステム全体の概念図を図１に示す。なお、本実施例において、周波数に小数点以下の値がある場合には、小数点以下第一位で四捨五入した値を記載している。後述する他の実施例でも同様である。
【００２８】
ＳＡＷデバイス２は、圧電基板上に表面弾性波を励振するための櫛歯電極と表面弾性波を反射する反射電極を形成してなるセンシングデバイスであって、櫛歯電極が入出力共用である構成を例示している。もちろん、入力側と出力側と別々の櫛歯電極を有するものを用いてもよく、測定対象などに応じて適宜変更して用いることができる。
【００２９】
信号処理回路１は、発振回路１１、搬送波分周器１３、第１増幅器１５、スイッチ素子１７、パルス発生器１９、アンテナ２１、第２増幅器２３、第１分周器２５、第１混合器２７、第２分周器２９、第２混合器３１、ローパスフィルタ３３を有し、図示しない基板上に図１に示すように接続されている。
【００３０】
各構成要素の動作を信号の流れに沿って説明する。
発振回路１１は、周波数４００ＭＨｚの信号を出力する。その出力信号は、搬送波分周器１３、第１分周器２５、および第２分周器２９に入力される。
【００３１】
搬送波分周器１３は入力信号を分周比２で分周し、２００ＭＨｚの搬送波を生成する。生成された搬送波は第１増幅器１５で増幅され、スイッチ素子１７に入力される。また搬送波分周器１３は動作のＯＮ／ＯＦＦを切替可能となっている。
【００３２】
パルス発生器１９はパルス信号を発生するものであって、スイッチ素子１７において搬送波をパルス変調する。パルス変調された搬送波は、アンテナ２１を介してＳＡＷセンサ３に無線送信される。
【００３３】
ＳＡＷセンサ３はアンテナ５を介して搬送波を受信する。その信号はＳＡＷデバイス２の櫛歯電極により表面弾性波に変換され、遅延時間経過後に櫛歯電極に到達してアンテナ５から送信される。
【００３４】
アンテナ２１はＳＡＷセンサ３のアンテナ５から送信された受信信号を受信する。このとき、搬送波分周器１３は動作を停止して、２００ＭＨｚの搬送波の生成を停止する。受信した受信信号は第２増幅器２３により増幅され、第１混合器２７に入力される。搬送波分周器１３が、本発明の搬送波生成部の一例である。
【００３５】
第１分周器２５は入力信号を分周比３で分周し、１３３ＭＨｚの第１基準信号を生成する。また、第２分周器２９は入力信号を分周比６で分周し、６７ＭＨｚの第２基準信号を生成する。第１分周器２５および第２分周器２９それぞれが、本発明の基準信号生成部の一例である。
【００３６】
第１混合器２７には、第１分周器２５にて生成された第１基準信号と、第２増幅器２３により増幅されたＳＡＷセンサ３からの受信信号と、が入力され、その差の周波数６７ＭＨｚの信号が出力される。なお、和の周波数の信号は後述するローパスフィルタ３３により除去されるため説明を割愛する。以下の説明においても同様とする。
【００３７】
第１混合器２７から出力された信号は第２混合器３１に入力される。つまり、第１混合器２７は第２混合器３１よりも上流に配置される。第２混合器３１には、第２分周器２９にて生成された第２の基準信号が入力され、その差の周波数の信号が出力される。この信号は搬送波の周波数が直流に変換されている。その信号はローパスフィルタ３３を通過し、ＳＡＷセンサ３からの受信信号の位相が直流の出力信号として出力される。
【００３８】
（２）効果
上述した信号処理回路１では、搬送波（ＳＡＷセンサ３からの受信信号）の周波数が、発振回路１１で生成される信号、第１基準信号、および第２基準信号の周波数と異なる周波数である。そして、ＳＡＷセンサ３からの受信信号を検波する際に搬送波分周器１３の動作を停止して搬送波の生成を停止する。
【００３９】
そのため、ＳＡＷセンサ３からの受信信号と同じ周波数の信号が存在しなくなり、受信信号に発振回路１１などから漏れた信号が合成されて、同期検波による検出性能が悪化してしまうことを抑制できる。
【００４０】
なお、同様の効果は、搬送波分周器１３の分周比が、第１分周器２５および第２分周器２９の分周比と異なる値であること、即ち、搬送波が各基準信号と異なる周波数であること、および、受信信号に各基準信号を順次混合することで搬送波の周波数が直流に変換される周波数であること、を満たすように周波数を設定することで得ることができる。
【００４１】
上述したように、発振回路１１の信号から２つの基準信号を生成して同期検波を行う場合、搬送波分周器１３の分周比をＮ、第１分周器２５の分周比をＮ1、第２分周器２９の分周比をＮ2とすると、以下の条件を全て満たすように分周比を設定するとよい。
【００４２】
Ｎ≠１、Ｎ≠Ｎ1、Ｎ≠Ｎ2、１／Ｎ2＝｜１／Ｎ−１／Ｎ1｜
上記の分周比にて信号を生成するために用いる分周器は上記実施例のようにそれぞれ１つであってもよいが、複数の分周器を接続して所望の分周比を得るように構成されていてもよい。
【００４３】
なお、分周比および後述する実施例で用いる逓倍率は、正の整数である。
［実施例２］
（１）全体構成
実施例２の信号処理回路４１は、基本的に実施例１と同様の構成を有しているが、発振回路の出力周波数や分周器の分周比が相違するため、その相違点を説明し、実施例１と同様の点については説明を割愛する。
【００４４】
本実施例の信号処理回路４１を図２に示す。発振回路４３は、１２００ＭＨｚの信号を出力する。搬送波分周器４５は分周比Ｎ＝６、第１分周器４７は分周比Ｎ1＝２、第２分周器４９は分周比Ｎ2＝３である。
【００４５】
発振回路４３の出力信号は、搬送波分周器４５、第１分周器４７、および第２分周器４９に入力される。搬送波分周器４５は入力信号を分周し、２００ＭＨｚの搬送波を生成する。第１分周器４７は入力信号を分周し、６００ＭＨｚの第１基準信号を生成する。第２分周器４９は入力信号を分周し、４００ＭＨｚの第２基準信号を生成する。
【００４６】
アンテナ２１が受信したＳＡＷセンサ３からの受信信号は、第２増幅器２３にて増幅された後、第１混合器２７にて第１基準信号と混合され、その出力は第２混合器３１によって第２基準信号と混合される。そしてローパスフィルタ３３を通過することで、搬送波成分は直流に変換され、同期検波が可能となる。
【００４７】
（２）効果
上述した信号処理回路４１では、実施例１の信号処理回路１と同様の効果を得ることができる。
【００４８】
さらに上述した信号処理回路４１では、生成された第１、第２基準信号の周波数を整数倍しても搬送波の周波数とならない。つまり、基準信号の高調波がＳＡＷセンサ３からの受信信号と同一にならないため、基準信号の受信信号への影響が低減され検出信号の品質低下を抑制できる。
【００４９】
またＳＡＷセンサ３からの受信信号、第１基準信号、および受信信号に対するイメージ信号の周波数を説明する図を図３に示す。第２基準信号の周波数がイメージ信号の周波数と同一である場合、第２基準信号が漏れ、第１混合器２７に入力されると、その差の出力周波数が、受信信号と第１基準信号との差の周波数と等しくなるため、漏れた信号が受信信号に影響を与えてしまう。
【００５０】
しかしながら本実施例の構成では、第２基準信号がイメージ信号の周波数と同一になることは無く、検出信号の品質低下を抑制できる。なお、このような効果は、次に示す分周比の条件 １／Ｎ≠２／Ｎ1−１／Ｎ2 を満たす場合にその効果を奏するものとなる。
【００５１】
［実施例３］
（１）全体構成
本実施例の信号処理回路５１は、無給電ＳＡＷセンサ３と協同して無線遠隔センシングを行う点では実施例１の信号処理回路１と同様であるが、分周器の配置などが相違するため、その相違点を説明し、実施例１と同様の点については説明を割愛する。
【００５２】
本実施例の信号処理回路５１を図４に示す。発振回路５３は、１２００ＭＨｚの信号を出力する。第１搬送波分周器５５は分周比Ｎａ＝３、第２搬送波分周器５７は分周比Ｎｂ＝２、基準分周器５９は分周比Ｎ1＝２である。
【００５３】
発振回路５３の出力信号は、第１搬送波分周器５５、および基準分周器５９に入力される。第１搬送波分周器５５は入力信号を分周し、４００ＭＨｚの信号を生成する。この信号は、第２搬送波分周器５７、および第２混合器３１に入力される。第２混合器３１には第２基準信号として入力される。
【００５４】
第２搬送波分周器５７は入力信号を分周し、２００ＭＨｚの搬送波を生成する。基準分周器５９は入力信号を分周し、６００ＭＨｚの第１基準信号を生成する。
アンテナ２１が受信したＳＡＷセンサ３からの受信信号は、第２増幅器２３にて増幅された後、第１混合器２７にて第１基準信号と混合され、その出力は第２混合器３１によって第２基準生成した信号と混合される。
【００５５】
即ち本実施例では、発振回路５３の出力信号に基づき、第１搬送波分周器５５と第２搬送波分周器５７によって搬送波を生成し、基準分周器５９によって第１基準信号を生成し、第１搬送波分周器５５によって第２基準信号を生成する。またＳＡＷセンサ３からの受信信号を受信する際には、第２搬送波分周器５７が停止する。
【００５６】
（２）効果
上述した信号処理回路５１では、実施例１の信号処理回路１と同様の効果を得ることができる。この構成は、実施例２の信号処理回路と実質的に同一周波数の搬送波および基準信号を生成するものであって、実施例２のように各分周器の分周比が１以外の公約数を持っている場合に可能である。具体的には、実施例２において搬送波分周器４５の分周比Ｎは６であり、第２分周器４９の分周比Ｎ2は３であるため、３が公約数となる。そこで、搬送波分周器４５を分周比３、２の２つの分周器に分け、一方を基準信号生成用の分周器としても用いることができる。これにより、回路構成を簡素化できる。
【００５７】
本実施例においては、第１搬送波分周器５５および第２搬送波分周器５７が、本発明の搬送波生成部の一例であり、基準分周器５９および第１搬送波分周器５５それぞれが、本発明の基準信号生成部の一例である。
【００５８】
［実施例４］
（１）全体構成
実施例４の信号処理回路６１は、基本的に実施例１と同様の構成を有しているが、分周器に変えて逓倍器を用いている点などが相違するため、その相違点を説明し、実施例１と同様の点については説明を割愛する。
【００５９】
本実施例の信号処理回路６１を図５に示す。発振回路６３は、３３（３３．３…）ＭＨｚの信号を出力する。搬送波逓倍器６５は逓倍率Ｍ＝６、第１逓倍器６７は逓倍率Ｍ1＝４、第２逓倍器６９は逓倍率Ｍ2＝２である。
【００６０】
発振回路６３の出力信号は、搬送波逓倍器６５、第１逓倍器６７および第２逓倍器６９に入力される。搬送波逓倍器６５は３３ＭＨｚの入力信号を逓倍し、２００ＭＨｚの搬送波を生成する。第１逓倍器６７は入力信号を逓倍し、１３３ＭＨｚの第１基準信号を生成する。第２逓倍器６９は入力信号を逓倍し、６７ＭＨｚの第２基準信号を生成する。
【００６１】
アンテナ２１が受信したＳＡＷセンサ３からの受信信号は、第２増幅器２３にて増幅された後、第１混合器２７にて第１逓倍器６７が生成した信号と混合され、その出力は第２混合器３１によって第２逓倍器６９が生成した信号と混合される。
【００６２】
（２）効果
上述した信号処理回路５１では、実施例１の信号処理回路１と同様の効果を得ることができる。また、信号処理回路内の最高周波数を低減できる。
【００６３】
なお、同様の効果は、搬送波逓倍器６５の逓倍率が、第１逓倍器６７および第２逓倍器６９の逓倍率と異なる値であること、即ち、搬送波が各基準信号と異なる周波数であること、および、受信信号に各基準信号を順次混合することで搬送波の周波数が直流に変換される周波数であること、を満たすように周波数を設定することで得ることができる。
【００６４】
上述したように、発振回路６３の信号から２つの基準信号を生成して同期検波を行う場合、以下の条件を全て満たすように逓倍率を設定するとよい。
Ｍ≠１、Ｍ≠Ｎ1、Ｍ≠Ｎ2、Ｍ2＝｜Ｍ−Ｍ1｜
なお本実施例において、図５の括弧内に示す周波数のように、第１逓倍器６７と第２逓倍器６９の逓倍率を入れ替えることで、ＳＡＷセンサ３からの受信信号と第１基準信号とを混合する第１混合器２７から出力されるイメージ信号と、第２基準信号が同一になることが無くなり、実施例２の信号処理回路５１と同様に検出信号の品質低下を抑制できる。
【００６５】
このような効果は、次に示す逓倍率の条件を満たす場合にその効果を奏するものとなる。
（ａ）Ｍ≠２Ｍ1−Ｍ2
（ｂ）Ｍ＞Ｍ1の場合には Ｍ1≠（Ｍ＋１）／２
［実施例５］
（１）全体構成
本実施例の信号処理回路５１は、無給電ＳＡＷセンサ３と協同して無線遠隔センシングを行う点では実施例１の信号処理回路１と同様であるが、分周器に変えて逓倍器を用いている点などが相違するため、その相違点を説明し、実施例１と同様の点については説明を割愛する。
【００６６】
本実施例の信号処理回路７１を図６に示す。発振回路７３は、３３ＭＨｚの信号を出力する。第１搬送波逓倍器７５は逓倍率Ｍａ＝２、第２搬送波逓倍器７７は逓倍率Ｍｂ＝３、基準逓倍器７９は逓倍率Ｍ1＝２である。
【００６７】
発振回路７３の出力信号は、第１搬送波逓倍器７５に入力される。第１搬送波逓倍器７５は３３ＭＨｚの入力信号を逓倍し、６７ＭＨｚの信号を生成する。この信号は、第２搬送波逓倍器７７、および第１混合器２７に入力される。第１混合器２７には第１基準信号として入力される。
【００６８】
第２搬送波逓倍器７７は第１搬送波逓倍器７５の出力信号を逓倍し、２００ＭＨｚの搬送波を生成する。基準逓倍器７９は第１搬送波逓倍器７５の出力信号を逓倍し、１３３ＭＨｚの第２基準信号を生成する。
【００６９】
アンテナ２１が受信したＳＡＷセンサ３からの受信信号は、第２増幅器２３にて増幅された後、第１混合器２７にて第１基準信号と混合され、その出力は第２混合器３１によって第２基準信号と混合される。
【００７０】
即ち本実施例では、発振回路７３の出力信号に基づき、第１搬送波逓倍器７５と第２搬送波逓倍器７７によって搬送波を生成し、基準逓倍器７９によって第２基準信号を生成し、第１搬送波逓倍器７５によって第１基準信号を生成する。またＳＡＷセンサ３からの受信信号を受信する際には、第２搬送波逓倍器７７が停止する。
【００７１】
（２）効果
上述した信号処理回路７１では、実施例１の信号処理回路１と同様の効果を得ることができる。この構成は、実施例４の変形例に示した信号処理回路（図５の括弧内に示す周波数の構成）と実質的に同一周波数の搬送波および基準信号を生成するものであって、逓倍器の逓倍率が１以外の公約数を持っている場合に可能である。具体的には、実施例４の変形例において搬送波逓倍器６５の逓倍率Ｍは６であり、第１逓倍器６７の逓倍率Ｍ1は２であり、第２逓倍器６９の逓倍率Ｍ2は４であるため、２が公約数となる。そこで、発振回路７３の信号を逓倍率２で逓倍して、その信号を適宜逓倍して用いることができる。これにより、回路構成を簡素化できる。
【００７２】
本実施例においては、第１搬送波逓倍器７５および第２搬送波逓倍器７７が、本発明の搬送波生成部の一例であり、基準逓倍器７９および第１搬送波逓倍器７５それぞれが、本発明の基準信号生成部の一例である。
【００７３】
［変形例］
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は、上記実施例に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態をとり得ることはいうまでもない。
【００７４】
例えば、上記各実施例においては２つの混合器を用いて同期検波を行う構成を例示したが、３つ以上の混合器を用いてもよく、その場合には搬送波の周波数および複数の基準信号の周波数それぞれを、搬送波に対して複数の基準信号を順次混合したときに搬送波の周波数が直流に変換される周波数とするとよい。
【００７５】
また、上記各実施例においては、複数の基準信号がそれぞれ異なる周波数である構成を例示したが、周波数の条件を満たすならば、同一の周波数であってもよい。
その場合には、共通の分周器、逓倍器、およびそれらを縦列接続したもの、のうちいずれかを用いて、発振回路からの入力信号を分周または逓倍し、その信号を分配して複数の基準信号を生成するように構成してもよい。この例において、上記分周器、逓倍器、およびそれらを縦列接続したもの、のうちのいずれかが、本発明における基準信号生成部の一例であって、かつ複数の基準信号生成部を兼ねるものとなる。
【００７６】
また上記実施例においては、同期検波による検波を行う構成を例示したが、直交検波により検波を行う構成であってもよい。実施例１の信号処理回路を直交検波に変更した信号処理回路８１を図７に示す。
【００７７】
信号処理回路８１において、ＳＡＷセンサ３から受信した受信信号の一部は、第２増幅器２３により増幅された後、位相シフタ８３により位相がπ／２シフトされた第１基準信号と混合器８５により混合され、また位相シフタ８３により位相がπ／２シフトされた第２基準信号と混合器８７により混合され、ローパスフィルタ８９を通過する。このようにして、直交検波に必要な信号が出力される。
【符号の説明】
【００７８】
１…信号処理回路、２…ＳＡＷデバイス、３…ＳＡＷセンサ、５…アンテナ、１１…発振回路、１３…搬送波分周器、１５…第１増幅器、１７…スイッチ素子、１９…パルス発生器、２１…アンテナ、２３…第２増幅器、２５…第１分周器、２７…第１混合器、２９…第２分周器、３１…第２混合器、３３…ローパスフィルタ、４１…信号処理回路、４３…発振回路、４５…搬送波分周器、４７…第１分周器、４９…第２分周器、５１…信号処理回路、５３…発振回路、５５…第１搬送波分周器、５７…第２搬送波分周器、５９…基準分周器、６１…信号処理回路、６３…発振回路、６５…搬送波逓倍器、６７…第１逓倍器、６９…第２逓倍器、７１…信号処理回路、７３…発振回路、７５…第１搬送波逓倍器、７７…第２搬送波逓倍器、７９…基準逓倍器、８１…信号処理回路、８３…位相シフタ、８５…混合器、８７…混合器、８９…ローパスフィルタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳＡＷセンサ用の信号処理回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＳＡＷデバイスの共振周波数または遅延時間の変化を検出することにより、圧力センサ、歪センサ、温度センサなどとして機能するＳＡＷセンサ（表面弾性波センサ）が用いられている。
【０００３】
ＳＡＷセンサとセンシング用の信号処理回路との通信を無線で行うように構成することで、ＳＡＷセンサの小型化が可能となり、設置が容易になり様々な場面で使用しやすくなる。
【０００４】
このように通信を無線で行う無線遠隔センシングシステムが特許文献１に記載されている。特許文献１のシステム構成を図８に示す。
このシステムにおいて、センシング装置１３（信号処理回路）は、搬送波発生手段１４とパルス発生手段１５との出力信号をミキサ１６によってミキシングしてパルス変調された信号を作り、アンプ１７で増幅した後にアンテナ１２で信号を送信し、ＳＡＷセンサ１に送る。ＳＡＷセンサ１のアンテナ４は信号を受信し、ＳＡＷデバイス２に入力する。ＳＡＷデバイス固有の遅延時間Ｔ秒後に反射波または透過波がアンテナ４に伝わり、ＳＡＷセンサ１からセンシング装置１３に信号を伝える。
【０００５】
ＳＡＷセンサ１は温度または歪により遅延時間Ｔが変化するため、センシング装置１３で温度または歪の非接触計測ができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−９２４９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１のセンシング装置１３は、ＳＡＷセンサ１から帰ってくる信号（通常−６０ｄＢ以下）と、ミキサ１６から搬送波が漏れた信号と、が合成され、センサ信号の検出性能（検出精度、分解能）が悪化する虞がある。
【０００８】
特に、センシング装置１３を高度に集積化し、シリコン基板の１チップにしようとする場合、ミキサ１６の漏れ信号による検出性能の悪化を、複数のスイッチや増幅器１７のゲイン調整などで抑制することが困難である。シリコン基板は導電性のため約３０ｄＢのアイソレーションしかなく、検出性能が悪化しやすい。
【０００９】
本発明の目的は、検出性能の悪化を抑制できるＳＡＷセンサ用の信号処理回路および信号処理方法を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した問題を解決するためになされた請求項１に記載の発明は、搬送波をＳＡＷセンサに送信するとともに、ＳＡＷセンサから返信された信号を受信して、当該受信信号に同期検波または直交検波を行って検出信号を出力する信号処理回路であり、発振回路、搬送波生成部、基準信号生成部などを含んでいる。
【００１１】
発振回路は、所定の周波数の信号を出力する。搬送波生成部は、発振回路の信号を分周または逓倍して搬送波を生成する。基準信号生成部は複数設けられており、発振回路の信号を分周または逓倍して所定の基準信号を生成する。また複数の基準信号生成部それぞれに対応して設けられる混合器が基準信号とＳＡＷセンサからの受信信号とを混合する。
【００１２】
搬送波生成部により生成される搬送波の周波数、および複数の基準信号生成部により生成される複数の基準信号の周波数それぞれは、搬送波に対して複数の基準信号を順次混合したときに搬送波の周波数が直流に変換される周波数である。そのため、例えばローパスフィルタを通過させることでＳＡＷセンサからの受信信号の位相を直流の出力信号として出力できる。この位相がＳＡＷセンサによる遅延時間Ｔを表し、温度や歪などの非接触計測ができる。
【００１３】
そして搬送波生成部により生成される搬送波の周波数は、複数の基準信号生成部により生成される複数の基準信号の周波数それぞれとは異なる周波数である。また、搬送波生成部は、受信信号を受信して同期検波または直交検波を行う際には、搬送波の生成を停止する。
【００１４】
このように構成された信号処理回路では、搬送波生成部によって生成される搬送波（ＳＡＷセンサからの受信信号）が、発振回路で生成される信号、および複数の基準信号生成部とで生成される基準信号と異なる周波数であるため、ＳＡＷセンサからの受信信号を受信して同期検波または直交検波を行う際に搬送波生成部による搬送波の生成を停止することで、ＳＡＷセンサからの受信信号と同じ周波数の信号が存在しなくなり、受信信号に漏れた信号が合成されて検出性能が悪化してしまうことを抑制できる。
【００１５】
なお、搬送波生成部および基準信号生成部は、分周器あるいは逓倍器を１つ以上用いて構成することができる。また、複数の基準信号生成部が、分周器あるいは逓倍器を１つ以上用いた共通の構成によりなるものであってもよい。例えば１つの分周器により生成される基準信号を２つに分配して、２つの基準信号とすることができる。その場合、上記分周器は２つの基準信号生成部を兼ねることとなる。
【００１６】
上述した信号処理回路には適宜増幅器を配置することができるが、受信した受信信号がいずれかの混合器に入力される前に当該受信信号を増幅するように増幅器を配置してもよい。このように構成することで、受信信号の信号レベルを向上させ、検出信号の品質低下を抑制できる。
【００１７】
搬送波および基準信号の周波数は、上述した条件を満たす範囲で様々な値とすることができる。例えば、搬送波生成部が、発振回路の信号を分周比Ｎで分周し、基準信号生成部はｎ個設けられていて、発振回路の信号を分周比Ｎｘ（ｘ＝１，２…ｎ）で分周するものであり、ＮｘはＮの整数倍を除く値であるように構成してもよい。
【００１８】
このように構成された信号処理回路では、生成された基準信号の周波数を整数倍しても搬送波の周波数とならない。即ち、基準信号の高調波がＳＡＷセンサからの受信信号と同一にならないため、基準信号の受信信号への影響が低減され検出信号の品質低下をさらに抑制できる。
【００１９】
高次の分周器は、次数の約数を分周比とする分周器の縦列接続で作成されることが多い。上述した分周比の条件は、縦列接続点でＳＡＷセンサからの信号と同じ周波数成分が生じないための条件でもある。
【００２０】
また、検出信号の品質低下をさらに抑制するため、信号処理回路を以下に示す（ｉ）、（ｉｉ）のいずれかのように構成してもよい。
（ｉ）複数の基準信号生成部は、発振回路の信号を分周比Ｎ1で分周する第１基準信号生成部と、発振回路の信号を分周比Ｎ2で分周する第２基準信号生成部と、からなる。第１基準信号生成部で生成した基準信号は、第２基準信号生成部で生成した基準信号よりも上流でＳＡＷセンサからの受信信号に混合される。搬送波生成部は、発振回路の信号を分周比Ｎで分周する。そして、１／Ｎ≠２／Ｎ1−１／Ｎ2という条件を満たす。
【００２１】
（ｉｉ）複数の基準信号生成部は、発振回路の信号を逓倍率Ｍ1で逓倍する第１基準信号生成部と、発振回路の信号を逓倍率Ｍ2で逓倍する第２基準信号生成部と、からなる。第１基準信号生成部で生成した基準信号は、第２基準信号生成部で生成した基準信号よりも上流でＳＡＷセンサからの受信信号に混合される。搬送波生成部は、発振回路の信号を逓倍率Ｍで逓倍する。そして以下の（ａ）、（ｂ）の条件を満たす。
【００２２】
（ａ）Ｍ≠２Ｍ1−Ｍ2
（ｂ）Ｍ＞Ｍ1の場合には Ｍ1≠（Ｍ＋１）／２
上述した構成の信号処理回路では、検出信号の品質低下を抑制できる。図３に、ＳＡＷセンサからの受信信号（Ａ）、第１基準信号生成部で生成された基準信号（Ｂ）、および受信信号（Ａ）に対するイメージ信号（Ｃ）の周波数を説明する図を示す。第２基準信号生成部にて生成される基準信号がイメージ信号の周波数と同一である場合、当該基準信号が漏れて第１混合器（第１基準信号生成部にて生成される基準信号と受信信号とを混合する混合器）に入力されると、その差の出力周波数が、受信信号（Ａ）と基準信号（Ｂ）との差の周波数と等しくなるため、漏れた信号が受信信号に影響を与えてしまう。しかしながら、上記（ｉ）、（ｉｉ）の条件を満たせば第２の基準信号がイメージ信号の周波数と同一になることは無く、検出信号の品質低下を抑制できる。
【００２３】
ところで、搬送波生成部および基準信号生成部の少なくとも１つは、複数の分周器あるいは逓倍器の縦列接続により構成されていてもよい。この場合、１つの分周器または逓倍器が、搬送波生成部および２つ以上の基準信号生成部の構成要素となっていてもよい。
【００２４】
また、上述した問題を解決するためになされた請求項７に記載の発明は、発振回路より出力された所定の信号周波数の出力信号を分周または逓倍して搬送波を生成するステップと、搬送波をパルス変調し、ＳＡＷセンサに送信するステップと、搬送波の生成を停止した状態で、ＳＡＷセンサから返信された受信信号を受信するステップと、搬送波の生成を停止した状態で、上記出力信号を分周または逓倍して複数の基準信号を生成し、当該複数の基準信号を受信信号と混合して同期検波または直交検波を行うステップと、を備える信号処理方法であり、搬送波の周波数が、複数の基準信号の周波数それぞれとは異なる周波数であり、かつ、搬送波の周波数、および複数の基準信号の周波数それぞれは、搬送波に対して複数の基準信号を順次混合したときに搬送波の周波数が直流に変換される周波数であることを特徴とする。
【００２５】
このような信号処理方法であれば、請求項１の信号処理回路と同様に、検出性能が悪化してしまうことを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施例１の信号処理回路とＳＡＷセンサとから構成されるセンシングシステム全体の概念図である。
【図２】実施例２の信号処理回路を説明する図である。
【図３】ＳＡＷセンサからの受信信号、第１基準信号、およびそれらの信号を混合する混合器から出力されるイメージ信号を説明する図である。
【図４】実施例３の信号処理回路を説明する図である。
【図５】実施例４の信号処理回路を説明する図である。
【図６】実施例５の信号処理回路を説明する図である。
【図７】変形例の信号処理回路を説明する図である。
【図８】従来の信号処理回路とＳＡＷセンサとから構成されるセンシングシステム全体の概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
［実施例１］
（１）全体構成
本実施例の信号処理回路１は、無給電ＳＡＷセンサ３と協同して無線遠隔センシングを行うものである。センシングシステム全体の概念図を図１に示す。なお、本実施例において、周波数に小数点以下の値がある場合には、小数点以下第一位で四捨五入した値を記載している。後述する他の実施例でも同様である。
【００２８】
ＳＡＷデバイス２は、圧電基板上に表面弾性波を励振するための櫛歯電極と表面弾性波を反射する反射電極を形成してなるセンシングデバイスであって、櫛歯電極が入出力共用である構成を例示している。もちろん、入力側と出力側と別々の櫛歯電極を有するものを用いてもよく、測定対象などに応じて適宜変更して用いることができる。
【００２９】
信号処理回路１は、発振回路１１、搬送波分周器１３、第１増幅器１５、スイッチ素子１７、パルス発生器１９、アンテナ２１、第２増幅器２３、第１分周器２５、第１混合器２７、第２分周器２９、第２混合器３１、ローパスフィルタ３３を有し、図示しない基板上に図１に示すように接続されている。
【００３０】
各構成要素の動作を信号の流れに沿って説明する。
発振回路１１は、周波数４００ＭＨｚの信号を出力する。その出力信号は、搬送波分周器１３、第１分周器２５、および第２分周器２９に入力される。
【００３１】
搬送波分周器１３は入力信号を分周比２で分周し、２００ＭＨｚの搬送波を生成する。生成された搬送波は第１増幅器１５で増幅され、スイッチ素子１７に入力される。また搬送波分周器１３は動作のＯＮ／ＯＦＦを切替可能となっている。
【００３２】
パルス発生器１９はパルス信号を発生するものであって、スイッチ素子１７において搬送波をパルス変調する。パルス変調された搬送波は、アンテナ２１を介してＳＡＷセンサ３に無線送信される。
【００３３】
ＳＡＷセンサ３はアンテナ５を介して搬送波を受信する。その信号はＳＡＷデバイス２の櫛歯電極により表面弾性波に変換され、遅延時間経過後に櫛歯電極に到達してアンテナ５から送信される。
【００３４】
アンテナ２１はＳＡＷセンサ３のアンテナ５から送信された受信信号を受信する。このとき、搬送波分周器１３は動作を停止して、２００ＭＨｚの搬送波の生成を停止する。受信した受信信号は第２増幅器２３により増幅され、第１混合器２７に入力される。搬送波分周器１３が、本発明の搬送波生成部の一例である。
【００３５】
第１分周器２５は入力信号を分周比３で分周し、１３３ＭＨｚの第１基準信号を生成する。また、第２分周器２９は入力信号を分周比６で分周し、６７ＭＨｚの第２基準信号を生成する。第１分周器２５および第２分周器２９それぞれが、本発明の基準信号生成部の一例である。
【００３６】
第１混合器２７には、第１分周器２５にて生成された第１基準信号と、第２増幅器２３により増幅されたＳＡＷセンサ３からの受信信号と、が入力され、その差の周波数６７ＭＨｚの信号が出力される。なお、和の周波数の信号は後述するローパスフィルタ３３により除去されるため説明を割愛する。以下の説明においても同様とする。
【００３７】
第１混合器２７から出力された信号は第２混合器３１に入力される。つまり、第１混合器２７は第２混合器３１よりも上流に配置される。第２混合器３１には、第２分周器２９にて生成された第２の基準信号が入力され、その差の周波数の信号が出力される。この信号は搬送波の周波数が直流に変換されている。その信号はローパスフィルタ３３を通過し、ＳＡＷセンサ３からの受信信号の位相が直流の出力信号として出力される。
【００３８】
（２）効果
上述した信号処理回路１では、搬送波（ＳＡＷセンサ３からの受信信号）の周波数が、発振回路１１で生成される信号、第１基準信号、および第２基準信号の周波数と異なる周波数である。そして、ＳＡＷセンサ３からの受信信号を検波する際に搬送波分周器１３の動作を停止して搬送波の生成を停止する。
【００３９】
そのため、ＳＡＷセンサ３からの受信信号と同じ周波数の信号が存在しなくなり、受信信号に発振回路１１などから漏れた信号が合成されて、同期検波による検出性能が悪化してしまうことを抑制できる。
【００４０】
なお、同様の効果は、搬送波分周器１３の分周比が、第１分周器２５および第２分周器２９の分周比と異なる値であること、即ち、搬送波が各基準信号と異なる周波数であること、および、受信信号に各基準信号を順次混合することで搬送波の周波数が直流に変換される周波数であること、を満たすように周波数を設定することで得ることができる。
【００４１】
上述したように、発振回路１１の信号から２つの基準信号を生成して同期検波を行う場合、搬送波分周器１３の分周比をＮ、第１分周器２５の分周比をＮ1、第２分周器２９の分周比をＮ2とすると、以下の条件を全て満たすように分周比を設定するとよい。
【００４２】
Ｎ≠１、Ｎ≠Ｎ1、Ｎ≠Ｎ2、１／Ｎ2＝｜１／Ｎ−１／Ｎ1｜
上記の分周比にて信号を生成するために用いる分周器は上記実施例のようにそれぞれ１つであってもよいが、複数の分周器を接続して所望の分周比を得るように構成されていてもよい。
【００４３】
なお、分周比および後述する実施例で用いる逓倍率は、正の整数である。
［実施例２］
（１）全体構成
実施例２の信号処理回路４１は、基本的に実施例１と同様の構成を有しているが、発振回路の出力周波数や分周器の分周比が相違するため、その相違点を説明し、実施例１と同様の点については説明を割愛する。
【００４４】
本実施例の信号処理回路４１を図２に示す。発振回路４３は、１２００ＭＨｚの信号を出力する。搬送波分周器４５は分周比Ｎ＝６、第１分周器４７は分周比Ｎ1＝２、第２分周器４９は分周比Ｎ2＝３である。
【００４５】
発振回路４３の出力信号は、搬送波分周器４５、第１分周器４７、および第２分周器４９に入力される。搬送波分周器４５は入力信号を分周し、２００ＭＨｚの搬送波を生成する。第１分周器４７は入力信号を分周し、６００ＭＨｚの第１基準信号を生成する。第２分周器４９は入力信号を分周し、４００ＭＨｚの第２基準信号を生成する。
【００４６】
アンテナ２１が受信したＳＡＷセンサ３からの受信信号は、第２増幅器２３にて増幅された後、第１混合器２７にて第１基準信号と混合され、その出力は第２混合器３１によって第２基準信号と混合される。そしてローパスフィルタ３３を通過することで、搬送波成分は直流に変換され、同期検波が可能となる。
【００４７】
（２）効果
上述した信号処理回路４１では、実施例１の信号処理回路１と同様の効果を得ることができる。
【００４８】
さらに上述した信号処理回路４１では、生成された第１、第２基準信号の周波数を整数倍しても搬送波の周波数とならない。つまり、基準信号の高調波がＳＡＷセンサ３からの受信信号と同一にならないため、基準信号の受信信号への影響が低減され検出信号の品質低下を抑制できる。
【００４９】
またＳＡＷセンサ３からの受信信号、第１基準信号、および受信信号に対するイメージ信号の周波数を説明する図を図３に示す。第２基準信号の周波数がイメージ信号の周波数と同一である場合、第２基準信号が漏れ、第１混合器２７に入力されると、その差の出力周波数が、受信信号と第１基準信号との差の周波数と等しくなるため、漏れた信号が受信信号に影響を与えてしまう。
【００５０】
しかしながら本実施例の構成では、第２基準信号がイメージ信号の周波数と同一になることは無く、検出信号の品質低下を抑制できる。なお、このような効果は、次に示す分周比の条件 １／Ｎ≠２／Ｎ1−１／Ｎ2 を満たす場合にその効果を奏するものとなる。
【００５１】
［実施例３］
（１）全体構成
本実施例の信号処理回路５１は、無給電ＳＡＷセンサ３と協同して無線遠隔センシングを行う点では実施例１の信号処理回路１と同様であるが、分周器の配置などが相違するため、その相違点を説明し、実施例１と同様の点については説明を割愛する。
【００５２】
本実施例の信号処理回路５１を図４に示す。発振回路５３は、１２００ＭＨｚの信号を出力する。第１搬送波分周器５５は分周比Ｎａ＝３、第２搬送波分周器５７は分周比Ｎｂ＝２、基準分周器５９は分周比Ｎ1＝２である。
【００５３】
発振回路５３の出力信号は、第１搬送波分周器５５、および基準分周器５９に入力される。第１搬送波分周器５５は入力信号を分周し、４００ＭＨｚの信号を生成する。この信号は、第２搬送波分周器５７、および第２混合器３１に入力される。第２混合器３１には第２基準信号として入力される。
【００５４】
第２搬送波分周器５７は入力信号を分周し、２００ＭＨｚの搬送波を生成する。基準分周器５９は入力信号を分周し、６００ＭＨｚの第１基準信号を生成する。
アンテナ２１が受信したＳＡＷセンサ３からの受信信号は、第２増幅器２３にて増幅された後、第１混合器２７にて第１基準信号と混合され、その出力は第２混合器３１によって第２基準生成した信号と混合される。
【００５５】
即ち本実施例では、発振回路５３の出力信号に基づき、第１搬送波分周器５５と第２搬送波分周器５７によって搬送波を生成し、基準分周器５９によって第１基準信号を生成し、第１搬送波分周器５５によって第２基準信号を生成する。またＳＡＷセンサ３からの受信信号を受信する際には、第２搬送波分周器５７が停止する。
【００５６】
（２）効果
上述した信号処理回路５１では、実施例１の信号処理回路１と同様の効果を得ることができる。この構成は、実施例２の信号処理回路と実質的に同一周波数の搬送波および基準信号を生成するものであって、実施例２のように各分周器の分周比が１以外の公約数を持っている場合に可能である。具体的には、実施例２において搬送波分周器４５の分周比Ｎは６であり、第２分周器４９の分周比Ｎ2は３であるため、３が公約数となる。そこで、搬送波分周器４５を分周比３、２の２つの分周器に分け、一方を基準信号生成用の分周器としても用いることができる。これにより、回路構成を簡素化できる。
【００５７】
本実施例においては、第１搬送波分周器５５および第２搬送波分周器５７が、本発明の搬送波生成部の一例であり、基準分周器５９および第１搬送波分周器５５それぞれが、本発明の基準信号生成部の一例である。
【００５８】
［実施例４］
（１）全体構成
実施例４の信号処理回路６１は、基本的に実施例１と同様の構成を有しているが、分周器に変えて逓倍器を用いている点などが相違するため、その相違点を説明し、実施例１と同様の点については説明を割愛する。
【００５９】
本実施例の信号処理回路６１を図５に示す。発振回路６３は、３３（３３．３…）ＭＨｚの信号を出力する。搬送波逓倍器６５は逓倍率Ｍ＝６、第１逓倍器６７は逓倍率Ｍ1＝４、第２逓倍器６９は逓倍率Ｍ2＝２である。
【００６０】
発振回路６３の出力信号は、搬送波逓倍器６５、第１逓倍器６７および第２逓倍器６９に入力される。搬送波逓倍器６５は３３ＭＨｚの入力信号を逓倍し、２００ＭＨｚの搬送波を生成する。第１逓倍器６７は入力信号を逓倍し、１３３ＭＨｚの第１基準信号を生成する。第２逓倍器６９は入力信号を逓倍し、６７ＭＨｚの第２基準信号を生成する。
【００６１】
アンテナ２１が受信したＳＡＷセンサ３からの受信信号は、第２増幅器２３にて増幅された後、第１混合器２７にて第１逓倍器６７が生成した信号と混合され、その出力は第２混合器３１によって第２逓倍器６９が生成した信号と混合される。
【００６２】
（２）効果
上述した信号処理回路５１では、実施例１の信号処理回路１と同様の効果を得ることができる。また、信号処理回路内の最高周波数を低減できる。
【００６３】
なお、同様の効果は、搬送波逓倍器６５の逓倍率が、第１逓倍器６７および第２逓倍器６９の逓倍率と異なる値であること、即ち、搬送波が各基準信号と異なる周波数であること、および、受信信号に各基準信号を順次混合することで搬送波の周波数が直流に変換される周波数であること、を満たすように周波数を設定することで得ることができる。
【００６４】
上述したように、発振回路６３の信号から２つの基準信号を生成して同期検波を行う場合、以下の条件を全て満たすように逓倍率を設定するとよい。
Ｍ≠１、Ｍ≠Ｎ1、Ｍ≠Ｎ2、Ｍ2＝｜Ｍ−Ｍ1｜
なお本実施例において、図５の括弧内に示す周波数のように、第１逓倍器６７と第２逓倍器６９の逓倍率を入れ替えることで、ＳＡＷセンサ３からの受信信号と第１基準信号とを混合する第１混合器２７から出力されるイメージ信号と、第２基準信号が同一になることが無くなり、実施例２の信号処理回路５１と同様に検出信号の品質低下を抑制できる。
【００６５】
このような効果は、次に示す逓倍率の条件を満たす場合にその効果を奏するものとなる。
（ａ）Ｍ≠２Ｍ1−Ｍ2
（ｂ）Ｍ＞Ｍ1の場合には Ｍ1≠（Ｍ＋１）／２
［実施例５］
（１）全体構成
本実施例の信号処理回路５１は、無給電ＳＡＷセンサ３と協同して無線遠隔センシングを行う点では実施例１の信号処理回路１と同様であるが、分周器に変えて逓倍器を用いている点などが相違するため、その相違点を説明し、実施例１と同様の点については説明を割愛する。
【００６６】
本実施例の信号処理回路７１を図６に示す。発振回路７３は、３３ＭＨｚの信号を出力する。第１搬送波逓倍器７５は逓倍率Ｍａ＝２、第２搬送波逓倍器７７は逓倍率Ｍｂ＝３、基準逓倍器７９は逓倍率Ｍ1＝２である。
【００６７】
発振回路７３の出力信号は、第１搬送波逓倍器７５に入力される。第１搬送波逓倍器７５は３３ＭＨｚの入力信号を逓倍し、６７ＭＨｚの信号を生成する。この信号は、第２搬送波逓倍器７７、および第１混合器２７に入力される。第１混合器２７には第１基準信号として入力される。
【００６８】
第２搬送波逓倍器７７は第１搬送波逓倍器７５の出力信号を逓倍し、２００ＭＨｚの搬送波を生成する。基準逓倍器７９は第１搬送波逓倍器７５の出力信号を逓倍し、１３３ＭＨｚの第２基準信号を生成する。
【００６９】
アンテナ２１が受信したＳＡＷセンサ３からの受信信号は、第２増幅器２３にて増幅された後、第１混合器２７にて第１基準信号と混合され、その出力は第２混合器３１によって第２基準信号と混合される。
【００７０】
即ち本実施例では、発振回路７３の出力信号に基づき、第１搬送波逓倍器７５と第２搬送波逓倍器７７によって搬送波を生成し、基準逓倍器７９によって第２基準信号を生成し、第１搬送波逓倍器７５によって第１基準信号を生成する。またＳＡＷセンサ３からの受信信号を受信する際には、第２搬送波逓倍器７７が停止する。
【００７１】
（２）効果
上述した信号処理回路７１では、実施例１の信号処理回路１と同様の効果を得ることができる。この構成は、実施例４の変形例に示した信号処理回路（図５の括弧内に示す周波数の構成）と実質的に同一周波数の搬送波および基準信号を生成するものであって、逓倍器の逓倍率が１以外の公約数を持っている場合に可能である。具体的には、実施例４の変形例において搬送波逓倍器６５の逓倍率Ｍは６であり、第１逓倍器６７の逓倍率Ｍ1は２であり、第２逓倍器６９の逓倍率Ｍ2は４であるため、２が公約数となる。そこで、発振回路７３の信号を逓倍率２で逓倍して、その信号を適宜逓倍して用いることができる。これにより、回路構成を簡素化できる。
【００７２】
本実施例においては、第１搬送波逓倍器７５および第２搬送波逓倍器７７が、本発明の搬送波生成部の一例であり、基準逓倍器７９および第１搬送波逓倍器７５それぞれが、本発明の基準信号生成部の一例である。
【００７３】
［変形例］
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は、上記実施例に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態をとり得ることはいうまでもない。
【００７４】
例えば、上記各実施例においては２つの混合器を用いて同期検波を行う構成を例示したが、３つ以上の混合器を用いてもよく、その場合には搬送波の周波数および複数の基準信号の周波数それぞれを、搬送波に対して複数の基準信号を順次混合したときに搬送波の周波数が直流に変換される周波数とするとよい。
【００７５】
また、上記各実施例においては、複数の基準信号がそれぞれ異なる周波数である構成を例示したが、周波数の条件を満たすならば、同一の周波数であってもよい。
その場合には、共通の分周器、逓倍器、およびそれらを縦列接続したもの、のうちいずれかを用いて、発振回路からの入力信号を分周または逓倍し、その信号を分配して複数の基準信号を生成するように構成してもよい。この例において、上記分周器、逓倍器、およびそれらを縦列接続したもの、のうちのいずれかが、本発明における基準信号生成部の一例であって、かつ複数の基準信号生成部を兼ねるものとなる。
【００７６】
また上記実施例においては、同期検波による検波を行う構成を例示したが、直交検波により検波を行う構成であってもよい。実施例１の信号処理回路を直交検波に変更した信号処理回路８１を図７に示す。
【００７７】
信号処理回路８１において、ＳＡＷセンサ３から受信した受信信号の一部は、第２増幅器２３により増幅された後、位相シフタ８３により位相がπ／２シフトされた第１基準信号と混合器８５により混合され、また位相シフタ８３により位相がπ／２シフトされた第２基準信号と混合器８７により混合され、ローパスフィルタ８９を通過する。このようにして、直交検波に必要な信号が出力される。
【符号の説明】
【００７８】
１…信号処理回路、２…ＳＡＷデバイス、３…ＳＡＷセンサ、５…アンテナ、１１…発振回路、１３…搬送波分周器、１５…第１増幅器、１７…スイッチ素子、１９…パルス発生器、２１…アンテナ、２３…第２増幅器、２５…第１分周器、２７…第１混合器、２９…第２分周器、３１…第２混合器、３３…ローパスフィルタ、４１…信号処理回路、４３…発振回路、４５…搬送波分周器、４７…第１分周器、４９…第２分周器、５１…信号処理回路、５３…発振回路、５５…第１搬送波分周器、５７…第２搬送波分周器、５９…基準分周器、６１…信号処理回路、６３…発振回路、６５…搬送波逓倍器、６７…第１逓倍器、６９…第２逓倍器、７１…信号処理回路、７３…発振回路、７５…第１搬送波逓倍器、７７…第２搬送波逓倍器、７９…基準逓倍器、８１…信号処理回路、８３…位相シフタ、８５…混合器、８７…混合器、８９…ローパスフィルタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
搬送波をＳＡＷセンサに送信するとともに、前記ＳＡＷセンサから返信された信号を受信し、当該受信信号に同期検波または直交検波を行う信号処理回路であって、
所定の周波数の信号を出力する発振回路と、
前記発振回路の信号を分周または逓倍して搬送波を生成する搬送波生成部と、
前記発振回路の信号を分周または逓倍して所定の基準信号を生成する複数の基準信号生成部と、
前記複数の基準信号生成部それぞれに対応して設けられ、前記基準信号と前記ＳＡＷセンサからの受信信号とを混合する複数の混合器と、を備え、
前記搬送波生成部により生成される前記搬送波の周波数は、前記複数の基準信号生成部により生成される前記複数の基準信号の周波数それぞれとは異なる周波数であり、
前記搬送波の周波数、および前記複数の基準信号の周波数それぞれは、前記搬送波に対して前記複数の基準信号を順次混合したときに前記搬送波の周波数が直流に変換される周波数であり、
前記搬送波生成部は、前記受信信号を受信して前記同期検波または前記直交検波を行う際には、前記搬送波の生成を停止する
ことを特徴とする信号処理回路。
【請求項２】
前記受信信号がいずれかの前記混合器に入力される前に前記受信信号を増幅する増幅器を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の信号処理回路。
【請求項３】
前記搬送波生成部は、前記発振回路の信号を分周比Ｎで分周するものであり、
前記基準信号生成部はｎ個設けられ、前記発振回路の信号を分周比Ｎｘ（ｘ＝１，２…ｎ）で分周するものであり、ＮｘはＮの整数倍を除く値である
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の信号処理回路。
【請求項４】
前記複数の基準信号生成部は、前記発振回路の信号を分周比Ｎ1で分周する第１基準信号生成部と、前記発振回路の信号を分周比Ｎ2で分周する第２基準信号生成部と、からなり、
前記第１基準信号生成部で生成された基準信号は、前記第２基準信号生成部で生成された基準信号よりも上流で前記受信信号に混合され、
前記搬送波生成部は、前記発振回路の信号を分周比Ｎで分周するものであり、
１／Ｎ≠２／Ｎ1−１／Ｎ2 である
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の信号処理回路。
【請求項５】
前記複数の基準信号生成部は、前記発振回路の信号を逓倍率Ｍ1で逓倍する第１基準信号生成部と、前記発振回路の信号を逓倍率Ｍ2で逓倍する第２基準信号生成部と、からなり、
前記第１基準信号生成部で生成された基準信号は、前記第２基準信号生成部で生成された基準信号よりも上流で前記受信信号に混合され、
前記搬送波生成部は、前記発振回路の信号を逓倍率Ｍで逓倍するものであり、
以下の（ａ）、（ｂ）の条件を満たすことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の信号処理回路。
（ａ）Ｍ≠２Ｍ1−Ｍ2
（ｂ）Ｍ＞Ｍ1の場合には Ｍ1≠（Ｍ＋１）／２
【請求項６】
前記搬送波生成部および前記基準信号生成部の少なくとも１つは、複数の分周器あるいは逓倍器の縦列接続より構成される
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の信号処理回路。
【請求項７】
発振回路より出力された所定の周波数の出力信号を分周または逓倍して搬送波を生成するステップと、
前記搬送波をパルス変調し、ＳＡＷセンサに送信するステップと、
前記搬送波の生成を停止した状態で、前記ＳＡＷセンサから返信された受信信号を受信するステップと、
前記搬送波の生成を停止した状態で、前記出力信号を分周または逓倍して複数の基準信号を生成し、当該複数の基準信号を前記受信信号と混合して同期検波または直交検波を行うステップと、を備え、
前記搬送波の周波数は、前記複数の基準信号の周波数それぞれとは異なる周波数であり、かつ、前記搬送波の周波数、および前記複数の基準信号の周波数それぞれは、前記搬送波に対して前記複数の基準信号を順次混合したときに前記搬送波の周波数が直流に変換される周波数である
ことを特徴とする信号処理方法。
【請求項１】
搬送波をＳＡＷセンサに送信するとともに、前記ＳＡＷセンサから返信された信号を受信し、当該受信信号に同期検波または直交検波を行う信号処理回路であって、
所定の周波数の信号を出力する発振回路と、
前記発振回路の信号を分周または逓倍して搬送波を生成する搬送波生成部と、
前記発振回路の信号を分周または逓倍して所定の基準信号を生成する複数の基準信号生成部と、
前記複数の基準信号生成部それぞれに対応して設けられ、前記基準信号と前記ＳＡＷセンサからの受信信号とを混合する複数の混合器と、を備え、
前記搬送波生成部により生成される前記搬送波の周波数は、前記複数の基準信号生成部により生成される前記複数の基準信号の周波数それぞれとは異なる周波数であり、
前記搬送波の周波数、および前記複数の基準信号の周波数それぞれは、前記搬送波に対して前記複数の基準信号を順次混合したときに前記搬送波の周波数が直流に変換される周波数であり、
前記搬送波生成部は、前記受信信号を受信して前記同期検波または前記直交検波を行う際には、前記搬送波の生成を停止する
ことを特徴とする信号処理回路。
【請求項２】
前記受信信号がいずれかの前記混合器に入力される前に前記受信信号を増幅する増幅器を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の信号処理回路。
【請求項３】
前記搬送波生成部は、前記発振回路の信号を分周比Ｎで分周するものであり、
前記基準信号生成部はｎ個設けられ、前記発振回路の信号を分周比Ｎｘ（ｘ＝１，２…ｎ）で分周するものであり、ＮｘはＮの整数倍を除く値である
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の信号処理回路。
【請求項４】
前記複数の基準信号生成部は、前記発振回路の信号を分周比Ｎ1で分周する第１基準信号生成部と、前記発振回路の信号を分周比Ｎ2で分周する第２基準信号生成部と、からなり、
前記第１基準信号生成部で生成された基準信号は、前記第２基準信号生成部で生成された基準信号よりも上流で前記受信信号に混合され、
前記搬送波生成部は、前記発振回路の信号を分周比Ｎで分周するものであり、
１／Ｎ≠２／Ｎ1−１／Ｎ2 である
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の信号処理回路。
【請求項５】
前記複数の基準信号生成部は、前記発振回路の信号を逓倍率Ｍ1で逓倍する第１基準信号生成部と、前記発振回路の信号を逓倍率Ｍ2で逓倍する第２基準信号生成部と、からなり、
前記第１基準信号生成部で生成された基準信号は、前記第２基準信号生成部で生成された基準信号よりも上流で前記受信信号に混合され、
前記搬送波生成部は、前記発振回路の信号を逓倍率Ｍで逓倍するものであり、
以下の（ａ）、（ｂ）の条件を満たすことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の信号処理回路。
（ａ）Ｍ≠２Ｍ1−Ｍ2
（ｂ）Ｍ＞Ｍ1の場合には Ｍ1≠（Ｍ＋１）／２
【請求項６】
前記搬送波生成部および前記基準信号生成部の少なくとも１つは、複数の分周器あるいは逓倍器の縦列接続より構成される
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の信号処理回路。
【請求項７】
発振回路より出力された所定の周波数の出力信号を分周または逓倍して搬送波を生成するステップと、
前記搬送波をパルス変調し、ＳＡＷセンサに送信するステップと、
前記搬送波の生成を停止した状態で、前記ＳＡＷセンサから返信された受信信号を受信するステップと、
前記搬送波の生成を停止した状態で、前記出力信号を分周または逓倍して複数の基準信号を生成し、当該複数の基準信号を前記受信信号と混合して同期検波または直交検波を行うステップと、を備え、
前記搬送波の周波数は、前記複数の基準信号の周波数それぞれとは異なる周波数であり、かつ、前記搬送波の周波数、および前記複数の基準信号の周波数それぞれは、前記搬送波に対して前記複数の基準信号を順次混合したときに前記搬送波の周波数が直流に変換される周波数である
ことを特徴とする信号処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−９６９０４（Ｐ２０１３−９６９０４Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４１３７８（Ｐ２０１１−２４１３７８）
【出願日】平成２３年１１月２日（２０１１．１１．２）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２日（２０１１．１１．２）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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