专利名称：电场通信用电子设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于经由人体或空间这样的传输介质收发电场信号的系统的电 子设备。
背景技术：
对于经由传输介质(主要是人体)进行收发的通信系统，专利文献1等中公开了 一种利用电场进行通信的方法。在该专利文献1公开的系统中，发送机以及接收机分别具 有一对电极对，即与人体紧密接触进行电容耦合的人体侧(内部)电极、和以对室内接地的 耦合比人体侧(内部)电极大的方式进行定向的外侧(外部)电极所组成的电极对。如上所述，根据各自的作用，如图9所示那样，电极对92在电子设备91的表面或 其近旁对置，例如多数情况下若一个在上面则另一个配置在下面。作为用于这种通信系统 的电子设备，除了便携式电话和便携式游戏机以外，还有以汽车用的无钥匙进入系统所代 表的电子钥匙、IC卡等，这些电子设备都有薄型化的要求。专利文献1 JP特表平11-509380号公报在假定了卡型钥匙这种应用的研究中，如图10所示可知，由于静电而带电的人 102，拿起放在导电性桌子101上的钥匙时，手指触碰外侧电极103或人体侧电极104，在卡 内的电路中附加了大的电压从而动作产生不良状况，或在因情况发生静电击穿105。在对应 用人体通信的便携式设备进行充电之后，从充电机拿下便携式设备的情况下，由于静电而 带电的人拿起便携式设备时会发生上述这种问题。在卡应用中，为了增大人体和电极之间的耦合，使得即便放入衣兜等中也可稳定 地进行通信，尽量将电极配置在表面大幅增大电极面积，为了可以不区别表面背面而使电 极面积大致相等，为了使厚度变薄而缩短人体侧电极与外侧电极的间隔等，在以上情况下 上述的问题变得更加显著，因此急需解决。
发明内容
本发明是鉴于这点而进行的，其目的在于提供一种电场通信用电子设备，即使由 于静电而带电状态下，也能够难以受到静电带来的影响并且维持充足的性能。本发明的电场通信用电子设备用作经由传输介质进行电场通信的系统中的发送 机以及/或者接收机，其特征在于，所述电子设备至少具有传输介质侧电极以及外侧电极， 所述传输介质侧电极与所述外侧电极之间的阻抗在所述电场通信中使用的频率下大致为 极大值。根据该结构，在电场通信中使用的频率以外的频率中，传输介质侧电极与外侧电 极之间的阻抗变小，即便因静电而带电的状态下触碰电极，也能够释放掉其电荷，能够防止 由静电对电子设备带来的影响。电子设备用于发送机的情况下、以及用于接收机的情况下， 该效果都是有效的。另一方面，在电场通信中使用的频带中，由于传输介质侧电极与外侧电 极之间的阻抗为极大值，因此经由传输介质侧电极与外侧电极之间的电容的损耗降低，在电子设备作为发送机使用的情况下发送效率得到提高，在作为接收机使用的情况下接收灵 敏度得到提高。因此，作为系统的通信质量得到改善。此外，将通信质量抑制在相同程度， 能够减小发送机的消耗功率，延长电池寿命。在本发明的电场通信用电子设备中，优选在所述传输介质侧电极与所述外侧电 极之间，配置电场通信用的电路基板，所述电路基板与所述传输介质侧电极以及所述外侧 电极的一个电极连接，另一个电极与所述电路基板的接地进行电容耦合。在本发明的电场通信用电子设备中，优选具有电感器，该电感器与所述传输介质 侧电极与所述外侧电极之间的静电电容构成并联谐振电路，所述并联谐振电路的谐振频率 与所述电场通信中使用的频率大致相同。根据该结构，因为由传输介质侧电极与外侧电极之间的电容以及电感构成并联谐 振电路，因此谐振电路的Q值较高，能够在电场通信中使用的频率以外的频率中显著减小 阻抗，增大应对静电的效果。此外，在电场通信中使用的频带中，由于阻抗较大，因此发送效 率得到提高，接收灵敏度得到提高，通信质量也进一步提高。在本发明的电场通信用电子设备中，优选在所述传输介质侧电极与所述外侧电 极之间存在电容耦合部件，对于经由所述电容耦合部件的静电电容，阻抗在所述电场通信 中使用的频率中大致为极大值。在传输介质侧电极与外侧电极之间存在基板或部件等电容耦合部件的情况下，考 虑到在经由这些基板和部件的静电电容中意外地产生电压，会发生静电击穿等。根据该结 构，在各个电容耦合部件之间的静电电容中，使阻抗在电场通信中使用的频带处极大，使其 在此外的频率处减小，因此，能够可靠地获得上述效果。在本发明的电场通信用电子设备中，优选所述电子设备具有可获取多个姿态的 多个壳体，还具有控制单元，所述控制单元控制电容以及/或者电感，使得各姿态中的所述 传输介质侧电极与所述外侧电极之间的阻抗在所述电场通信中使用的频率中大致为极大 值。根据该结构，例如即便是折叠式便携电话这种电子设备中，无论是打开状态、折叠状态 的多个姿态中任意一个，都能充分地应对静电，能够获得良好的通信质量。本发明的电场通信用电子设备，用作经由传输介质进行电场通信的系统中发送机 以及/或者接收机，所述电子设备至少具有传输介质侧电极以及外侧电极，由于所述传输 介质侧电极与所述外侧电极之间的阻抗在所述电场通信中使用的频率处大致为极大值，因 此即使因静电而带电的状态下也难以受到静电带来的影响，并且能够维持充足的性能。
图1是表示使用本发明的实施方式所涉及的电子设备的电场通信系统的概略结 构图。图2(a)、(b)是表示本发明的实施方式所涉及的电场通信用电子设备的基本结构 的概略图。图3是用于说明本发明的实施方式所涉及的电场通信用电子设备中的阻抗的图。图4(a)、(b)是表示本发明的实施方式所涉及电场通信用电子设备的概略图。图5是用于说明在人体侧电极与外侧电极之间导入的电感晶体管的图。图6是用于说明在人体侧电极与外侧电极之间导入的短截线的图。
图7是用于说明电场通信用电子设备中的电容耦合部件的图。图8(a) (C)是表示电场通信用电子设备即折叠式便携电话的壳体间的姿态的 图。图9是表示电场通信用电子设备的一例的图。图10是用于说明图9中的电场通信用电子设备中的课题的图。
具体实施例方式当电场通信系统中使用的电子设备如IC卡或各种钥匙那样进行小型化时，多数 情况下如上述那样使传输介质侧电极与外侧电极对置，而不能减小传输介质侧电极与外侧 电极之间的电容(信号电极-基准电极间电容Csg)，因此假设经由该电容Csg电场信号被 损耗。本发明的发明者着眼于这一点，发现通过在传输介质侧电极与外侧电极之间导入 电感L，使其与传输介质侧电极和外侧电极之间的电容Csg进行并联谐振，能够抑制经由电 容Csg的电场信号的损耗，本发明致力于该点而进行的。也就是说，本发明的要点在于经由传输介质进行电场通信的系统中，作为发送机 以及/或者接收机使用的电子设备至少具有传输介质侧电极及外侧电极，使所述传输介质 侧电极与所述外侧电极之间的阻抗在所述电场通信中使用的频率处大致为极大值，即便由 于静电而带电的状态下，也难以受到静电带来的影响，并且维持充足的性能。以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。图1是用于说明使用本发明的实施方式所涉及的电子设备的电场通信系统的图。如上所述，在经由传输介质(主要是人)2进行收发的电场通信系统中，发送机1 以及接收机3各自具有一对电极对，该电极对是与人体2紧密接触进行电容耦合的人体侧 (内部)电极、和以对接地4的耦合大于人体侧(内部)电极的方式进行定向的外侧(外 部)电极组成的。此外，在使用了电场的人体通信中，需要经由发送机-人体-接收机的 电容耦合而流过信号的去路(图1中的路径A)、经由接收机-空气等的电介质或接地等导 体_接收机的电容耦合而流过信号的归路(图1中的路径B)。在这种电场通信系统中，发送机中例如将信息信号以人体表示导电性的频率(几 百kHz 几十MHz)的载波进行调制，从而得到调制信号。该调制信号被放大并以电压变化 进行变换，成为对应调制信号的电磁场信号。然后，将该电场信号赋予作为传输介质2的人 体。此外，对于发送1中的调制方式没有特别限制。赋予人体的电场信号由接收机3的信 号电极接收。施加于信号电极的电场信号被放大，利用发送机1中使用的载波进行解调之 后，作为信息信号输出。图2(a)是表示图1所示的系统中作为发送机1使用的电子设备的概略图，图2 (b) 是表示图1所示的系统中作为接收机3使用的电子设备的概略图。作为电子设备的发送机 1或接收机3各自至少具有传输介质侧电极(在此为人体侧电极)11、31以及外侧电极12、 32。此外，在传输介质侧电极(在此为人体侧电极)11、31与外侧电极12、32之间，各自分 别配置有电场通信用电路基板13、33。在该结构中，尽管该人体侧电极11、31与外侧电极 12、32由阻抗元件Z连接，但如图3所示，在电场通信中使用的频率f0处大致为极大值。此 外，通常优选从峰值下降至_3dB的频带覆盖电场通信中使用的频率。另外，电场通信用电
5路基板13、33与一个电极(在此为外侧电极12、32)连接，另一个电极(在此为人体侧电极
11、31)与电场通信用电路基板13、33的接地电容耦合。通过这样构成，在电场通信中使用的频率以外的频率处，人体侧电极11、31与外 侧电极12、32之间的阻抗变小，即便因静电而带电的状态下触碰电极，静电也不会流至电 场通信用电路基板13、33侧，由于流至阻抗元件Z侧，因此能够放掉该电荷，能够防止由静 电对电子设备带来的影响。另一方面，由于在电场通信中使用的频带中，人体侧电极11、31 与外侧电极12、32之间的阻抗为极大值，因此可降低经由人体侧电极11、31与外侧电极12、 32之间的电容的损耗，从而在电子设备作为发送机使用的情况下可提高发送效率，作为接 收机使用的情况下可提高接收灵敏度。因此，作为系统的通信质量得到改善。此外，能以相 同程度来抑制通信质量，从而减小发送机的消耗功率，延长电池寿命。这样，为了使人体侧电极11、13与外侧电极12、32之间的阻抗Z在电场通信中使 用的频率f0处大致为极大值，例如图4(a)、(b)所示，设有与人体侧电极11、31和外侧电极
12、32之间的静电电容构成并列谐振电路的电感L，使该并联谐振电路的谐振频率与电场 通信中使用的频率大致相同。在该情况下，作为电感L通过使用Q值较大的空芯线圈等，使 得提高电场通信系统中的发送效率、提高接收敏感度的效果更加明显。此外，在该情况下， 优选电感L设定为以作为电子设备的发送机/接收机分别安装于人体时的Csg进行谐振的 值。在该情况下，在传输介质侧电极(在此为人体侧电极)11、31与外侧电极12、32之 间，各自分别配置电场通信用电路基板13、33，电场通信用电路基板13、33与一个电极(在 此为外侧电极12、32)连接，另一个电极(在此为人体侧电极11、31)与电场通信用电路基 板13、33的接地电容耦合。由此，在电场通信中使用的频率以外的频率中，人体侧电极11、 31与外侧电极12、32之间的阻抗变小，即便以因静电而带电的状态触碰电极，静电也不会 流至电场通信用电路基板13、33，由于静电流至阻抗元件Z侧，因此能够释放掉该电荷，能 够防止由静电对电子设备带来的影响。另一方面，由于在电场通信中使用的频带中，人体 侧电极11、31与外侧电极12、32之间的阻抗成为极大值，因此可降低经由人体侧电极11、 31与外侧电极12、32之间的电容的损耗，从而在电子设备作为发送机使用的情况下可提高 发送效率，作为接收机使用的情况下可提高接收灵敏度。因此，作为系统的通信质量得到改 善。此外，能以相同程度来抑制通信质量，从而减小发送机的消耗功率，延长电池寿命。此外，除了图4的结构以外，还可以如图5所示那样使用电感晶体管与上述同样地 构成并联谐振电路。在电子设备是IC卡和各种钥匙的情况下，由于进一步要求薄型、小型 化，因此优选将构成部件制作装入半导体芯片中，不过，线圈在半导体工序中难以制作，即 使强制形成线圈也会较大，成本也增加。但是，如图5所示，并不使用线圈，而通过采用作为 电感发挥作用的晶体管电路，由此能够容易制作并装入半导体芯片中，元件也会变小，同时 成本也能降低。此外，为了使该晶体管电路作为电感发挥作用，其条件是CR时间常数足够 大,满足coCR >> 1。虽然图5中表示了电感晶体管的基本结构例，但是除此之外实施了用于提高Q值 的工序的晶体管等作为电感发挥作用的晶体管电路都能够使用。此外，由于该电感晶体管 可控制电感值，因此还可以构成为即使静电电容变化也将电感自动控制在极大值。此外，如图6所示，相对于电场通信中使用的频率下的波长λ，即使将具有λ/4、3 λ /4、5 λ /4的短路短截线(short stab) 41设置在人体侧电极11、31与外侧电极12、32之 间，也能够使电感为极大值。特别在电场通信中使用的频率较高的情况下，由于波长较短， 可以减小短截线的尺寸，因此使用短截线41的结构是有效的。此外，可以将短截线41作为 电感使用来构成并联谐振电路，在该情况下也可以使用开路短截线而不限于短路短截线。 再有，也可以使用陷波滤波器(notch filter)(或者带除滤波器)。即使使用这种滤波器， 也能够在电场通信所使用的频率下增大输入阻抗，在其他频率下显著减小输入阻抗，能够 发挥本发明的效果。这样，通过人体侧电极11、31与外侧电极12、32之间的电容以及电感器构成并联 谐振电路，谐振电路的Q值较高，能够在电场通信中使用的频率以外的频率下显著减小阻 抗，能够发挥出应对静电的效果。此外，在电场通信所使用的频带中，由于阻抗进一步增大， 因此发送效率得到提高，接收灵敏度得到提高，从而通信质量进一步提高。如图7所示，在电子设备内高密度安装电场通信用的人体侧电极11、31、外侧电极 12、32、和作为电容耦合部件的电场通信用电路基板43、其他的电路基板42、电池44等，它 们的间隔非常小。在以往较大的电子设备中，各个间隔较大，不怎么需要考虑由静电带来的 不良影响。但是，在需要高密度安装的小型、薄型电子设备(IC卡或各种钥匙)中，各自的 间隔非常小，如本发明那样使阻抗最优化是很重要的。因此，在人体侧电极11、31与外侧电极12、32之间存在电容耦合部件，对于经由电 容耦合部件的静电电容Cl C5，优选阻抗在电场通信中使用的频率下大致为极大值。也就 是说，在电场通信所使用的频带中，使人体侧电极11、31与外侧电极12、32之间的阻抗极大 化，在此外的频率下减小阻抗时导入电感L等的部分也需要考虑图7所示的静电电容C2 C5的合成电容。在该情况下，可以考虑静电电容C2 C5的合成电容之后在一处导入电感 L，也可以根据各个电容分散地导入电感L，以上都是有效果的。由此，因为即便在各个电容 耦合部件间的静电电容中，使阻抗在电场通信所使用的频带中极大，使其在此外的频率下 变小，所以能够可靠地获得本发明的效果。这样，考虑各个电容耦合部件在电场通信中使用的频率下使阻抗为极大值，这在 提高通信质量的观点上来看很重要。特别在IC卡这种的用途中，除了外侧电极与人体侧电 极之间的直接耦合之外，还需要考虑经由电池的耦合，在这种情况下该结构是非常有效的。接下来，对电子设备是图8 (a) 图8(c)所示的折叠式便携电话的情况进行说明。 图8(a)表示2个壳体打开的状态，图8 (c)表示2个壳体闭合的状态，图8(b)表示其中间 的状态。在将外侧电极设置于LCD侧壳体51，将人体侧电极设置于输入部侧的壳体52的情 况下，人体侧电极与外侧电极之间的静电电容各有不同，打开的状态(图8(a)) <中间状态 (图8(b)) <闭合的状态(图8(c))。在具有可出现这种多个姿态的多个壳体(在此为2个)的电子设备中，优选控制 电容以及/或者电感，使得各姿态下的人体侧电极与外侧电极之间的阻抗在电场通信所使 用的频率中大致为极大值。根据该结构，无论在打开状态、折叠状态的多个姿态的任意姿态 下，都能够充分地应对静电，能够常时获得良好的通信质量。也就是说，由于壳体间的各种姿态从而人体侧电极与外侧电极之间的静电电容不 同时，用于使阻抗为极大值的电感值也各不相同。因此，优选设有控制部(并未图示)，该 控制部预先掌握各个姿态下的静电电容值，根据姿态切换至最合适的电感值，由此来进行
7控制。在该情况下，由开闭传感器等检测壳体间的各姿态。或者，也可以使电子设备具有在 各姿态中检测静电电容的功能，由控制部自动控制对应检测出的静电电容的最合适的电感 值。该情况下，作为电感器优选采用能够控制电感值的电感晶体管。此外，也可以采用可变 电容来抵消人体侧电极与外侧电极之间的静电电容的变化，从而使阻抗为极大值。另外，在便携式电话的例子中，以折叠的状态放入衣兜中，由于假定在该状态下进 行电场通信，因此无论人体侧电极与外侧电极中的哪一个位于人体侧，通过使人体与电极 之间的静电电容大致相等，从而也能够与便携式电话的朝向无关地进行稳定的通信。具体 而言优选使人体侧电极的面积与外侧电极的面积相同，或者在人体侧电极的面积与外侧 电极的面积不同的情况下，由壳体的厚度或介电常数等进行调整，使得静电电容相等。本发明并不限于上述实施方式，可以进行各种变更来实施。例如，上述实施方式中 的电路结构、部件数目、数值等仅是一例，本发明并不限于此，能够进行适当变更来实施。此 外，在不脱离本发明的范围的情况下能够适当进行变更来实施。
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权利要求
一种电场通信用电子设备，用作经由传输介质进行电场通信的系统中的发送机以及/或者接收机，其特征在于，所述电子设备至少具有传输介质侧电极以及外侧电极，所述传输介质侧电极与所述外侧电极之间的阻抗在所述电场通信中使用的频率下大致为极大值。
2.根据权利要求1所述的电场通信用电子设备，其特征在于，在所述传输介质侧电极与所述外侧电极之间，配置有电场通信用的电路基板，所述电 路基板与所述传输介质侧电极以及所述外侧电极中的一个电极连接，另一个电极与所述电 路基板的接地进行电容耦合。
3.根据权利要求1或者权利要求2所述的电场通信用电子设备，其特征在于， 具有电感器，该电感器与所述传输介质侧电极和所述外侧电极之间的静电电容构成并联谐振电路，所述并联谐振电路的谐振频率与所述电场通信中使用的频率大致相同。
4.根据权利要求1至权利要求3的任意一项所述的电场通信用电子设备，其特征在于， 在所述传输介质侧电极与所述外侧电极之间存在电容耦合部件，对于经由所述电容耦合部件的静电电容，阻抗在所述电场通信中使用的频率下大致为极大值。
5.根据权利要求1至权利要求4的任意一项所述的电场通信用电子设备，其特征在于， 所述电子设备具有取多种姿态的多个壳体，还具有控制单元，所述控制单元控制电容以及/或者电感，使得各种姿态下的所述传输介质侧电极与所述外侧电极之间的阻抗在所 述电场通信中使用的频率下大致为极大值。全文摘要
本发明提供一种电场通信用电子设备，即使因静电而带电的状态下也难以受到静电所带来的影响，并且能够维持充足的性能。本发明的电场通信用电子设备是作为经由人体(2)进行电场通信的系统中的发送机(1)以及接收机(3)的至少一方而使用的电子设备，该电子设备特征在于至少具有人体侧电极(11、31)以及外侧电极(12、32)，人体侧电极(11、31)与外侧电极(12、32)之间的阻抗在电场通信中使用的频率(f0)处大致为极大值。
文档编号H04B13/00GK101981835SQ200980110568
公开日2011年2月23日 申请日期2009年3月30日 优先权日2008年4月2日
发明者中村雅仁, 井上大地, 佐佐木真, 蛇口广行 申请人:阿尔卑斯电气株式会社