JP2010045645A - 制御装置、制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】リモコン装置からの信号を受ける感度を高めつつ、消費電力を抑えることのできる制御装置、制御方法を提供すること。
【解決手段】この制御装置は、受信信号を整流する整流部と、整流部が整流した信号を増幅する増幅素子と、該増幅素子と接続され増幅素子を補助する補助素子とを有する増幅部と、増幅部が増幅した信号の有無を判定する判定部と、所定のタイミングで補助素子の増幅素子との接続を制御する制御部とを具備している。
【選択図】図1
【解決手段】この制御装置は、受信信号を整流する整流部と、整流部が整流した信号を増幅する増幅素子と、該増幅素子と接続され増幅素子を補助する補助素子とを有する増幅部と、増幅部が増幅した信号の有無を判定する判定部と、所定のタイミングで補助素子の増幅素子との接続を制御する制御部とを具備している。
【選択図】図1
Description
本発明は、例えば微弱信号に基づいて制御信号を生成する制御装置、制御方法に関する。
テレビなどの家電製品を制御するリモコン装置および制御装置は、一般に一方向通信の光通信技術を用いている。すなわち、リモコン装置が光信号等を発射し、テレビに内蔵した制御装置がその光信号を受信して電気信号に変えて制御信号を得ている。
このようなリモコン装置および制御装置では、制御装置の受光部を常時動作させる必要があるため、いわゆる待機電力を消費してしまう。また、受光部を駆動するため、制御装置に電源電圧を変換する回路を設けた場合には、減圧回路での電力ロスが受光部自体の消費電力より大きくなり、制御装置全体として消費電力が大きくなってしまうこともあり得る。
そこで、制御装置を電池により駆動し、受信波を整流して得られた信号をそのまま制御信号の生成に利用することが提案されている(たとえば特許文献1)。しかし、受信波を整流する整流器は一般に感度が低く、整流器の感度を補うためには増幅器が必要となる。増幅器は電力を消費するから、制御装置の電池に負担をかけることになる。
特開2005−295289号公報
このように、リモコン装置からの指示信号に基づいて制御信号を生成する制御装置においては、リモコン装置からの光等を受ける感度を高めようとすると、制御装置全体(特に増幅器を含む受信フロントエンド)の消費電力が増大するという問題がある。
本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、リモコン装置からの信号を受ける感度を高めつつ、消費電力を抑えることのできる制御装置、制御方法を提供することを目的としている。
上記した目的を達成するために、本発明の一つの態様に係る制御装置は、受信信号を整流する整流部と、整流部が整流した信号を増幅する増幅素子と、該増幅素子と接続され増幅素子を補助する補助素子とを有する増幅部と、増幅部が増幅した信号の有無を判定する判定部と、所定のタイミングで補助素子の増幅素子との接続を制御する制御部とを具備している。
また、本発明の他の態様に係る制御方法は、受信信号を整流する整流部と、整流部が整流した信号を増幅する増幅素子と、該増幅素子と接続され増幅素子を補助する補助素子とを有する増幅部と、増幅部が増幅した信号の有無を判定する判定部と、所定のタイミングで補助素子の増幅素子との接続を制御する制御部とを具備した制御装置の制御方法であって、制御部が、増幅部の感度を高くするため、補助素子の増幅素子との最適な第1の接続数を探索し、制御部が、補助素子の増幅素子との接続数を、所定のタイミングで第1の接続数に制御し、制御部が、補助素子の増幅素子との接続数を、第1の接続数以外の第2の接続数に制御することを特徴とする。
本発明によれば、リモコン装置からの信号を受ける感度を高めつつ消費電力を抑えることのできる制御装置、制御方法を提供することができる。
本発明の実施形態に係る制御装置では、リモコン装置が電波により指示信号を送信し、制御装置が当該指示信号を受信してテレビなどの制御対象を制御する制御信号を生成する。指示信号を伝送する媒体は電波に限定されず、たとえば赤外線などの光信号を用いてもよい。制御装置は、電池などにより駆動され、受信した指示信号を整流し、指示信号の有無を判定し、指示信号があると判定された場合に制御信号を出力する。
通常、指示信号は微弱であり、単に整流しただけでは判定に足りる大きさの信号を得ることが難しい。そこで、この実施形態の制御装置は、指示信号を整流した整流信号を、増幅器を用いて増幅し、増幅した信号の大きさに基づいて指示信号の有無を判定する。しかし、増幅器を常に高感度状態とすると、制御装置を駆動する電池の負担が大きくなり、制御装置自体の連続稼働時間が短くなってしまう。そこで、本発明の実施形態に係る制御装置では、増幅器の状態を制御して制御装置全体の消費電力を抑えることで、高感度かつ低消費電力の制御を可能としている。
具体的には、増幅器の感度を時分割で変えるシステムを実現する。すなわち、感度の高い時間と感度の低い時間に分割する。増幅器が高感度で動作する時間は消費電力が高いが、低感度で動作する時間は貫通電流が少なくなるように構成されるため消費電力が下がる。以下に説明する実施形態では、高感度と低感度を認識する時間(補正動作の時間)TCを電源投入後の初期設定時に設け、認識を行なったのち、高感度時間TH、低感度時間TLの2つの状態に時分割して、周期的に動作させるようにしている。
(第1の実施形態)
以下、本発明の一つの実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。図1は、本発明に係る一つの実施形態の制御装置の構成を示す図、図2は、図1に示す制御装置の具体例を示す回路図である。図1に示すように、この実施形態に係る制御装置1は、リモコン装置2からの信号を受けるアンテナ部10と、アンテナ部10が受けた信号を整流する整流部20と、整流された信号を増幅する増幅部40と、増幅された信号の大きさに基づいて指示信号の有無を判定する判定部50と、判定部50の判定結果に基づいて制御信号を生成する制御部60とを備えている。また、整流部20の出力と増幅部40の入力との間には、制御部60からの指示に基づいて開閉動作するスイッチ部30が備えられている。
以下、本発明の一つの実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。図1は、本発明に係る一つの実施形態の制御装置の構成を示す図、図2は、図1に示す制御装置の具体例を示す回路図である。図1に示すように、この実施形態に係る制御装置1は、リモコン装置2からの信号を受けるアンテナ部10と、アンテナ部10が受けた信号を整流する整流部20と、整流された信号を増幅する増幅部40と、増幅された信号の大きさに基づいて指示信号の有無を判定する判定部50と、判定部50の判定結果に基づいて制御信号を生成する制御部60とを備えている。また、整流部20の出力と増幅部40の入力との間には、制御部60からの指示に基づいて開閉動作するスイッチ部30が備えられている。
リモコン装置2は、指示信号を生成する指示信号生成部70と、生成された指示信号を制御装置1へ送信する送信部80およびアンテナ部90とを備えている。
アンテナ部10は、リモコン装置2からの指示信号を受信する。アンテナ部10は、リモコン装置2が指示信号を伝送する媒体に合わせたものを用いることができる。たとえば、リモコン装置2が電波により指示信号を送信するものであれば、アンテナ部10は電波を受けるアンテナとなり、リモコン装置2が赤外線などの光により指示信号を送信するものであれば、アンテナ部10は受光素子などにより実現することができる。
整流部20は、整流作用をもつ機能素子であり、たとえばダイオードやトランジスタなどの半導体素子を用いることができる。整流部20は、アンテナ部が受けた微弱信号を整流するから、低損失のものが望ましい。
図2に示す例では、整流部20は、直列に接続したn型MOSFET(以下「M00」「M01」)を備え、当該MOSFETの整流作用を用いている。M00とM01の接続点には、キャパシタを介してアンテナ部10の出力が接続され、M00のドレインからキャパシタC1を介して整流信号が出力される。キャパシタC1は、整流部10の出力の変化分を取り出す作用をする。
増幅部40は、整流部が整流した信号を増幅する。増幅部40は、リモコン装置2からの指示信号の強弱を補正(ばらつきを補正)して判定部50による判定精度を高める(=判定感度を高める)機能を有する。ばらつきの補正のタイミングは、制御部60により制御される。
図2に示すように、増幅部40は、互いにドレイン同士が接続されたp型MOSFET(以下「M4」と称する。)およびn型MOSFET(同「M1」)と、互いにドレイン同士が接続されたp型MOSFET(同「M3」)およびn型MOSFET(同「M2」)とを備えている。M4およびM3のソースとM1およびM2のソースとは、それぞれ電源VDDとグラウンドとに接続されている。M1のゲートには、電流源I1が接続されている。M2のゲートには、電流源I2が接続されている。M1のゲートには、ソースが接地されたn型MOSFET(M02)のゲートおよびドレインが接続され、M02およびM1は協働してカレントミラー回路を構成している。M2のゲートには、ソースが接地されたn型MOSFET(MX2)のドレインおよびゲートが接続されている。
電流源I1を備えることにより、M1が動作するために必要なしきい値電圧がM1に印加される。このため、感度が高くなる。並列接続されたMOSFET回路で調整されるのはVo1の電圧であり、M10およびM11からなるインバータに流れる電流が最も大きいから、M02、M2、M1に流れる電流はそれに比べて無視できるものである。したがって、本回路により感度の時分割操作を行うことで、消費電力を大幅に低減できる。
整流部20の整流出力は、M02およびM1からなるカレントミラー回路の入力(M1のゲート)に入力され、M1のドレインから電流として出力される。M4のゲートはM3のゲートに接続されている。M2のゲートにはバイアスがかけられている。その結果、M4およびM1の接続点には増幅出力電圧V01が発生する。なお、一端が接地されたキャパシタCは、M02の入出力特性により発生する電圧VM1を安定化させる作用をする。キャパシタCの他端には、ソースが接地されたn型MOSFET(M03)のドレインおよびゲートが接続されている。
アンテナ部10に入力がないと、原理的にはM1のゲート電圧VM1は、しきい値電圧になる。カレントミラーMX2−M2およびM3−M4により電流I2がM4へコピーされる。カレントミラーを構成するトランジスタに素子ばらつきがないと、M1に流れる電流とM4に流れる電流とがほぼ等しくなり、V01はVDD/2程度の電圧になる。電流源I1、I2がない場合、M1のゲート電圧VM1はグラウンド電位になるが、微細CMOSの場合ドレインソース間に電圧がかかるとリーク電流が流れる。この電流が結果的に入力オフセットになるため、感度を高めるにはリーク電流を相殺する仕組みを導入する必要がある。M2は、アンテナ部10での無信号入力時にM1に流れるリーク電流を模擬したリーク電流を発生する作用をする。M3およびM4はカレントミラー回路を構成しており、M1のリーク電流を補償する電流がM4から出力される。これによりV01は無信号入力時にVDD/2程度の電圧となる。
この実施形態では、増幅部40は、M1ないしM4の素子特性のばらつきに起因するオフセットを微調整する回路をさらに備えている。すなわち、図2に示すように、増幅部40は、M3と並列接続されたp型MOSFET・M3C−1…M3C−2と、M2を並列接続されたn型MOSFET・M2b−1…M2b−2とをさらに備えている。M3C−1…M3C−2およびM2b−1…M2b−2は、それぞれスイッチSWc1…SWc2およびSWb1…SWb2によりソースが切断可能とされており、制御部60が並列接続数を制御できるように構成されている。なお、図2ではM3C−1…M3C−2およびM2b−1…M2b−2の並列接続数は最大2つとなっているが、これには限定されない。オフセット調整量に応じて増減することができる。最終的な調整完了状態では、出力VoはH(VDD)とL(GND)の中間(VDD/2)となる。
判定部50は、増幅部40の出力信号に基づき指示信号の有無を判定する。図2に示す例では、判定部50は、互いにドレイン同士が接続されたp型MOSFET(同「M11」)およびn型MOSFET(同「M10」)を備えたインバータを有している。M11およびM10のソースは、それぞれ電源VDDおよびグラウンドに接続されている。増幅部40の出力、すなわち、図2に示す電圧V01は、M11およびM10のゲートに接続されている。アンテナ部10が無信号入力状態の場合、M1のゲートはしきい値電圧近傍となる。MX2−M2・M2b−1・M2b−2のカレントミラーおよびM3・M3c−1・M3c−2−M4のカレントミラーの設定によりM1に流れる電流よりもM4に流れる電流が小さくなるように設定すると、V01はVDD近傍となる。このとき、M11およびM10からなる判定部50は、VDDを反転したLを出力する。一方、アンテナ部10に信号が入力されると、M1のゲートはしきい値電圧より高くなり、Vo1がグラウンド電位となる。結果として判定部50の出力VoはHとなる。I1=I2=0の場合は、無信号入力状態の場合、M1のゲートはグラウンドとなってM1がオフとなる。M4からのリーク電流がM1のものよりも大きく設定するように寸法を決めたと仮定すると、この場合V01はVDDとなり、M11およびM10からなる判定部50はVDDを反転したLを出力する。一方、アンテナ部10に信号が入力されると、M1はオンとなり、V01がグラウンド電位となる。結果として判定部50の出力VoはHとなる。
スイッチ部30は、整流部20および増幅部40の間に介挿されている。スイッチ部30は、整流部20から増幅部40へ入力される信号を遮断して、増幅部40のオフセット調整を可能にする。前述の通り増幅部40は、素子のばらつきに起因するオフセットを調整する回路を有しているが、この調整は入力信号がある状態では正確に調整することができない。スイッチ部30は、かかるオフセット調整(キャリブレーション)の際に増幅部40の入力を遮断する。なお、スイッチ部30の開閉動作は、制御部60により制御される。
制御部60は、増幅部40のオフセット調整を制御するとともに、増幅部40の利得調整を制御する機能を有する。制御部60は、判定部50の判定結果に基づいて制御信号を生成する制御信号生成部61と、制御タイミングを与えるクロック62と、増幅部40のオフセット調整を制御するキャリブレーション制御部63(CAL制御部)と、増幅部40の利得調整を制御する増幅器制御部64と、オフセット調整および利得調整のタイミング等を記憶するメモリ65とを備えている。制御部60は、CPUやメモリなどにより実現される。なお、メモリ65は、CAL制御部63や増幅器制御部64の動作手順のほか、図2に示すスイッチSWb1…SWb2およびSWc1…SWc2の状態をも記憶することができる。
リモコン装置2は、指示信号生成部70と、送信部80と、アンテナ90とを備えている。指示信号生成部70は、図示しない入力部と接続され、ユーザの指示に基づいて所定の指示信号を生成する。送信部80は、生成された指示信号により高周波信号を変調する等により送信信号を生成する。アンテナ部90は、送信部80が生成した送信信号を送信する。送信部80やアンテナ部90は、指示信号を伝送する媒体に応じて変更することができる。たとえば、赤外線を利用する場合は、赤外線発光ダイオードなどと組み合わせて実現することができる。
リモコン装置2は、制御装置に対応するID信号を指示信号として送信する。指示信号として送信されたリモコン装置2からのID信号が、制御装置のIDと同じであり、かつ、被制御機器5の電源が遮断されていた場合、制御装置1は電源の遮断を解除する制御信号を生成し、被制御機器5に電源を供給する。一方、送信されたID信号が制御装置のIDと同じであり、被制御機器5がすでに動作していた場合、制御装置1は被制御機器5の電源をオフにすると同時に電源を遮断する制御信号を生成する。
次に、この実施形態に係る制御装置の動作例を説明する。図3は、この実施形態に係る制御装置の動作を示すフローチャート、図4は、図2に示す制御装置の変形例を示す回路図、図5は、この実施形態に係る増幅部の動作を示す図、図6は、この実施形態に係る増幅部の補正動作を示す図、図7ないし図9は、この実施形態に係るリモコン装置が送信する指示信号の例を示す図である。
この実施形態に係る制御装置は、(1)補正動作(キャリブレーション動作)、(2)高感度動作、および(3)低感度動作の3つの動作状態を繰り返し、リモコン装置2からの指示信号の受信を待機する。すなわち、感度が高く消費電力の大きい高感度動作と、感度は劣るものの消費電力を抑えた低感度動作とを繰り返すことにより、全体としての消費電力を抑えている。
図3に示すように、CAL制御部63は、メモリ65を初期化する(ステップ100。以下「S100」のように称する)。初期状態では、増幅部40の感度が低い状態(低感度状態)とされる。たとえば、スイッチSWb1…SWb2がすべてオンとされてM2と並列接続されたM2b−1…M2b−2の接続数が最大数とされ(ここでは並列数をMとする)、スイッチSWc1…SWc2がすべてオフとされてM3と並列接続されたM3c−1…M3c−2の接続数がゼロ(すなわちM3だけの状態)とされる。初期化されたメモリ65は、図2に示す増幅部40の各スイッチの初期状態を記憶する。この例では、スイッチSWb1…SWb2の接続数mがM、スイッチSWc1…SWc2の接続数nがゼロとして、変数xの初期値ゼロに対応づけられて記憶される。
メモリ65が初期化されると、CAL制御部63は、スイッチ部30をオフにする(S105)。スイッチ部30をオフにすることで、増幅部40を無信号入力状態とする。この状態は、M1ないしM4のばらつきに起因するオフセットの補正に適した状態である。なお、図2に示す例ではスイッチSWa1が整流部20および増幅部40の間に直列接続されているが、スイッチ部30を増幅部40の入力を短絡する、もしくは、整流部内のM03のドレイン・ソース間電圧(整流部の出力)を短絡するように接続してもよい。この場合、スイッチ部をオンにすれば増幅部40の入力を無信号入力状態とすることができる。図4は、整流部出力にスイッチ部30に替えて、スイッチ部31を備えた変形例を示している。かかる変形例においても、増幅部40を無信号入力状態とすることができる。
スイッチ部30がオフになると、CAL制御部63は、判定部50の判定結果を検出する(S110)。検出の結果、判定部50の出力VoがHでない場合(S115のNo)、CAL制御部63は、変数xに1を追加し(S120)、スイッチSWb1…SWb2の接続数mがゼロか否か判定する(S125)。mがゼロでなければ(S125のNo)、スイッチSWb1…SWb2を一つオフとしてM2b−1…M2b−2の接続数mを1つを減らし、mがゼロであれば(S125のYes)、M3c−1…M3c−2の接続数nに1を追加する(S135)。すなわち、判定部50の判定結果がHではない場合、増幅部40の感度は最大とはなっていないから、初期状態で並列接続数が最大となっているM2b−1…M2b−2の接続数mを1つ減らすことになる。一方、M2b−1…M2b−2の接続数mがゼロになっていたら、これはM2のみとなっている状態であるから、今度はM3c−1…M3c−2の接続数を1つずつ加算していく。このように、判定部50の出力VoがHとなるまで、M2b−1…M2b−2の接続数mを減らし、mがゼロになった後はM3c−1…M3c−2の接続数nを追加していく処理を行う。
M2b−1…M2b−2の接続数mおよび/またはM3c−1…M3c−2の接続数nを増減した後、CAL制御部63は再度判定部50の判定結果を検出する(S110)。判定部50の出力VoがHでなければ、ステップ120〜135を繰り返す(S115のNo)。
判定部50の出力VoがHである場合(S115のYes)、CAL制御部63は、変数xを1つ減じた状態に対応するM2b−1…M2b−2の接続数mおよびM3c−1…M3c−2の接続数nを、高感度状態であるとしてメモリ65に記憶する。すなわち、判定部50の出力VoがHとなる直前の状態を高感度状態として、対応するM2b−1…M2b−2の接続数mおよびM3c−1…M3c−2の接続数nを記憶する(S140)。
併せて、CAL制御部63は、高感度状態をなすM2b−1…M2b−2の接続数mおよびM3c−1…M3c−2の接続数nよりも感度の低い状態を低感度状態として、対応するM2b−1…M2b−2の接続数およびM3c−1…M3c−2の接続数を記憶する。図2および図3に示す例では、高感度状態の変数の値がxであるとすると、変数の値がx−N(Nは整数)となるM2b−1…M2b−2の接続数およびM3c−1…M3c−2の接続数を低感度状態として記憶する。具体的には、接続数nがゼロのままであれば、接続数mをNだけ加算した接続数とした状態、接続数mがゼロであれば、接続数nからNだけ減じた接続数とした状態が相当する。
この状態を示すのが図5である。図5は、図2に示す増幅部40の感度調整の様子を示す特性図である。M2およびM3にMOSFETの並列接続数を増減していくと、それにつれてバイアスが増減されるから、増幅部40の入出力特性が変化する(図5中上段実線)。ここで、図2に示す増幅部40の感度が最大となるのは、入力と出力が等しい電圧の状態である(図5中上段グラフの右上がり波線)。このとき電流Iは最大となる。そこで、上記補正動作では、M2b−1…M2b−2の接続数およびM3c−1…M3c−2の接続数を増減して、当該右上がり波線と入出力特性との交点に近づける作業を行っていることになる。その結果、図5の下段グラフの波線に示すように、感度が高い状態(ピークの状態)が探索され、そのときの変数xと、対応する接続数m、nが高感度状態の組み合わせとしてメモリ65に記憶される。低感度状態を作り出すには、高感度状態のピークを外した状態を作り出せばよい。従って、図5に示すように高感度状態の変数xの値から所定数Nを差し引いた状態に対応する接続数m、nをメモリ65に記憶しておき、この組み合わせを用いることで低感度状態が実現できる。
S105からS140までの動作は、前述の補正動作に対応する。この補正動作により、M1ないしM4の素子間のばらつきに起因するオフセットを除去した高感度状態とそれよりも感度を落として消費電力を抑えた低感度状態のスイッチSWbおよびSWcの組み合わせをメモリに記憶することができる。
続いて、CAL制御部63は、スイッチ部30をオンとする(S145)。これにより、整流部20と増幅部40とが接続されて制御装置1が受信状態となる。
CAL制御部63がスイッチ部30をオンにすると、増幅器制御部64は、メモリ65から高感度状態の接続数m、nを呼び出し、対応する増幅部40のスイッチSWb1…SWb2およびSWc1…SWc2を制御して、所定期間THだけその状態を維持する(S150)。所定期間THは、増幅器制御部64がクロック62からの時刻信号に基づいて決定することができる。
次に、増幅器制御部64は、メモリ65から低感度状態の接続数m、nを呼び出し、対応する増幅部40のスイッチSWb1…SWb2およびSWc1…SWc2を制御して、所定期間TLだけその状態を維持する(S155)。所定期間TLも、増幅器制御部64がクロック62からの時刻信号に基づいて決定することができる。
所定期間TLが経過すると、増幅器制御部64は、CAL制御部63が補正動作を終了してからどれくらい時間が経過したか(CAL制御部63から処理を受け取ってからどれくらい時間が経過したか)を判定する(S160)。判定の結果、所定時間TDEFを経過していなければ(S160のNo)、メモリ65から高感度状態の接続数m、nを読み出して所定時間THの間その状態を維持する(S150)。すなわち、所定時間TDEFを経過するまで高感度状態と低感度状態とが交互に繰り返される(S150〜S160)。
所定時間TDEFが経過すると(S160のYes)、増幅器制御部64は処理をCAL制御部63に返し、補正動作を再開する(S105)。
この例では、所定時間TDEFを経過するごとに補正動作を繰り返すので、周囲の温度変化により素子M1〜M4間のばらつきが大きい場合でも高感度状態を維持できる。周囲の状況が安定していて、たとえば電源投入時にのみ補正動作を行えば足りる状況であれば、ステップ160を省略して、ステップ105〜145の補正動作を行った後ステップ150および155のみを繰り返してもよい。
図6は、図3に示す制御装置1の動作を示している。すなわち、最初に期間TCの間補正動作が実行され、その後期間THの高感度動作、期間TLの低感度動作が繰り返されている。
このように、この実施形態の制御装置によれば、高感度状態と低感度状態とを交互に繰り返すので、実質的に高感度状態を含めつつ消費電力を抑えることができる。また、高感度状態の動作に先だって補正動作を行うので、より高感度かつ適切な消費電力の状態を高感度状態として設定することができる。
ここで、リモコン装置2が送信する指示信号と、制御装置1の高感度状態・低感度状態それぞれの動作との関係について説明する。この実施形態に係る制御装置では、高感度状態と低感度状態の二つの動作状態を有しているから、リモコン装置と制御装置との間の距離に応じて、リモコン装置側においても消費電力を抑えることが可能である。
たとえば、リモコン装置と制御装置との間の距離が比較的長い場合、制御装置が高感度状態で受信しなければ指示信号を正確に受信できないおそれがある。一方、前述の通り、高感度状態と低感度状態とは交互に動作するから、伝送距離が長い場合には高感度状態の期間THに指示信号が到達する必要がある。すなわち、低感度状態の期間TLよりも長い時間指示信号が送られる必要がある。図7は、かかる伝達距離が長い場合の例を示している。指示信号の一単位の送信時間をTIDTとし、TIDT≦TH/2とすると、制御信号送信時間TCTL(=M・TIDT)は、高感度状態と低感度状態の1周期(TH+TL)に相当する時間分必要になる。
一方、リモコン装置と制御装置との間の距離が短い場合は、制御装置が必ずしも高感度状態である必要がない。すなわち、図8に示すように、指示信号の一単位の送信時間をTIDTの長さだけ指示信号が送信されれば、制御信号は指示信号を受信できることになる。
そこで、リモコン装置側の消費電力を低減させるため、指示信号生成部70にタイマを設けて、指示信号の送信時間を切り替え可能とすればよい。たとえば、リモコン装置2に「感度切り替えスイッチ」を設け、高感度とすると指示信号をTH+TLの期間送信し、低感度とすると指示信号をTIDTの期間送信するように構成する。かかる構成により、リモコン装置による指示信号送信時間を最低限とすることができ、リモコン装置側の消費電力をも低減することができる。
リモコン装置側の消費電力を抑える他の方法として、ユーザがボタン等を押している時間に応じて指示信号送信時間を制御することもできる。たとえば、リモコン装置の指示信号生成部70にカウンタを設け、ユーザがボタン等を押している時間を計測する。そして、得られた時間に応じて、指示信号送信時間を決定すればよい。図9に示すのはかかる構成により送信される指示信号の例を示している。ボタンを押下する時間TPUSHが短い場合(上段)、カウンタCNは少ない数を与え、TPUSHが長い場合(下段)、カウンタCNは大きい数を与える。そして、与えられたカウント値が所定の閾値以下の場合は低感度・閾値以上は高感度となるように構成すれば、指示信号送信時間を最低限としつつ利便性の高いリモコン装置を提供できる。
ここで、リモコン装置2が送信する指示信号の条件と消費電力についてより詳細に説明する。リモコン装置が指示信号としてIDを送信する期間をTIDTとすると、ID信号を必ず高感度の時間THで受ける条件は、TIDT<TH/2を満たすことと、TIDTを周期とする信号を低利得と高利得の時間を合わせた一周期分(TCTL)送信することである。図7および図8はかかるTIDT、TH、TCTLの条件をも示している。TCTL/TIDT=M(Mは整数)である。
仮にリモコンの送信電力を10dBm、制御装置1の消費電力が低感度時に0.1μW、高感度時に0.5μWとし、TCTLを1ms、THを0.1msとするシステムを想定すると、制御装置1は、時分割感度制御により1m・sあたり0.9m・s×0.4μW=0.36nWsのエネルギーの削減になる。すなわち、0.36μWの消費電力削減になる。
一方、リモコンの送信機の効率を33%と仮定すると、1回当たりの送信において10mW×3(効率)×0.9m・s=27μWsのエネルギー増加がある。このエネルギー増加と制御装置のエネルギー削減が同じになるのに要する時間TEQは27μWs=0.36μW×TEQより、TEQ=75sとなる。すなわち、75sでリモコン1回の消費電力を補えることになる。一日は86400sなので1152回分の送信があると消費電力は相殺されることになる。通常、一日あたり数10回の制御を考えると、本システムにより消費電力の効果はリモコンの消費電力を含めても大きいことになる。
続いて、図10ないし図12を参照して、この実施形態に係る制御装置の他の動作例について説明する。図10は、この実施形態に係る制御装置の増幅部の動作例を示す図、図11は、この実施形態に係るメモリ65に記憶されるデータの例を示す図、図12は、この実施形態に係る制御装置の他の動作例を示すフローチャートである。図3および図6に示す動作例では、増幅部40の高感度状態に先立って補正動作によりキャリブレーションを行っていたが、図10ないし図12に示す動作例では、高感度状態・低感度状態のサイクルに先立って必ず補正動作が行われる。すなわち、補正動作・高感度状態・低感度状態を一つのサイクルとして繰り返す例である。周囲の環境により、制御装置をなす素子のばらつきが大きくなり、たとえば1ないし数時間単位で高感度状態の補正を要する場合が考えられる。この動作例はかかる環境に対応するものである。なお、制御装置1およびリモコン装置2の構成そのものは、図1および図2に示す構成と共通するから、重複する説明は省略する。
この動作例では、メモリ65は、図11に示すデータをあらかじめ記憶しておく。すなわち、変数xの値と、それに対応するM2b−1…M2b−2の接続数mおよびM3c−1…M3c−2の接続数nを、あらかじめテーブルとして備えておく。補正頻度が高くなるため、動作を高速化するためである。メモリ65に記憶される変数x、接続数mおよびnの関係は、図3にて説明した対応関係と共通する。すなわち、初期状態たる変数xがゼロの時、M2b−1…M2b−2の接続数mは最大値であるMとし、M3c−1…M3c−2の接続数nをゼロとする。そして、変数xが1ずつ増える度に接続数mが1ずつ減らされ、接続数mがゼロとなった後は接続数nが1ずつ加算されるように、値が組み合わされている。これにより、CAL制御部63は、補正動作の際にメモリ65から接続数の値を読み出すだけで補正動作を実行することが可能になり、動作が高速化する。
図12に示すように、CAL制御部63は、内部的に保持する変数xの値を初期化する(S100)。初期状態では、増幅部40の感度が低い状態とされる。すなわち、スイッチSWb1…SWb2がすべてオンとされてM2と並列接続されたM2b−1…M2b−2の接続数が最大数とされ(ここでは並列数をMとする)、スイッチSWc1…SWc2がすべてオフとされてM3と並列接続されたM3c−1…M3c−2の接続数がゼロ(すなわちM3だけの状態)とされる。かかる内容は、図11に示すようにメモリ65にあらかじめ記憶されている。従って、CAL制御部63は、単に内部変数xを初期化するだけで接続数mおよびnを併せて初期化することになる。
変数xが初期化されると、CAL制御部63は、スイッチ部30をオフにする(S105)。スイッチ部30をオフにすることで、増幅部40を無信号入力状態とする。なお、スイッチ部30を増幅部40の入力を短絡するように接続してもよいのは図3に示す動作例と同様である。
スイッチ部30がオフになると、CAL制御部63は、判定部50の判定結果を検出する(S110)。
検出の結果、判定部50の出力VoがLでない場合(S215のNo)、CAL制御部63は、変数xから2を減じる(S220)。2を減じた結果、変数xが負となる場合は、変数xがゼロであるものとして処理を続行する。この動作例では、高感度状態・低感度状態のサイクルに補正動作が組み込まれているから、補正動作の結果、変数xが高感度状態に設定された後も、高感度状態・低感度状態を経た後に再び補正動作が行われる。このとき、初期状態から補正動作を行うのは効率が悪いため、現時点の状態よりもM2b−1…M2b−2およびM3c−1…M3c−2の接続数を2つだけ増減して低感度状態に戻した状態を初期状態とするものである。後述するが、xを2減じる処理は、最終的にはxを1減じる処理を意味することになる。
検出の結果、判定部50の出力VoがLの場合(S215のYes)、および、ステップ120において変数xの値が変更された場合(S220)、CAL制御部63は、スイッチ部30をオンとする(S145)。これにより、整流部20と増幅部40とが接続されて制御装置1が受信状態となる。
CAL制御部63がスイッチ部30をオンにすると、増幅器制御部64は、メモリ65から現時点での変数xに対応する接続数m、nを呼び出し、対応する増幅部40のスイッチSWb1…SWb2およびSWc1…SWc2を制御して、所定期間THだけその状態を維持する(S250)。所定期間THは、増幅器制御部64がクロック62からの時刻信号に基づいて決定することができる。
次に、増幅器制御部64は、メモリ65から現時点での変数xから所定数Nを減じた値に対応する接続数m、nを呼び出し、対応する増幅部40のスイッチSWb1…SWb2およびSWc1…SWc2を制御して、所定期間TLだけその状態を維持する(S255)。所定期間TLも、増幅器制御部64がクロック62からの時刻信号に基づいて決定することができる。
所定期間TLが経過すると、増幅器制御部64は、変数xに1を加算して、処理をCAL制御部63に渡す。CAL制御部63は、補正動作を再開する(S105)。
この動作例では、増幅部40が高感度状態となるまで変数xが1ずつ加算され、その間補正動作・高感度状態・低感度状態が繰り返される。そして、増幅部40が高感度状態となると、変数xから2を減じて、再び高感度状態・低感度状態・補正動作…のように動作を繰り返す。すなわち、増幅部40は、常に高感度状態をなす接続数m、nを探索しており、最終的に高感度状態が常に最良の状態前後に維持される。従って、周囲の環境が変わりやすい状態でも、常に高感度を維持しつつ、併せて消費電力の抑制を図ることができる。
補正動作・高感度状態・低感度状態の順番の指定の違いにより特性が大幅に変わることはないが、判定基準により都合のよい順番が存在する。例えば、判定後の設定を前回との比較において高感度側とする場合は、補正動作の後に高感度の時間帯、次に低感度の時間帯を設けたほうが設定の変化が少なくなるので、設定変更による遷移が少なくなり低消費電力化に好都合である。この動作例による消費電力の低下を考えると、補正動作時間をTC、高感度の設定の時間をTH、低感度の設定の時間をTLとすると、消費電力は常に高感度の状態に設定した場合に比べ(TC+TH)/(TC+TH+TL)に低減することができる。
続いて、図13・図14および図10を参照して、この実施形態に係る制御装置のさらに他の動作例について説明する。図13は、この実施形態に係る制御装置の増幅部の動作例を示すフローチャート、図14は、この実施形態に係る増幅部の動作例を示す図である。
図3および図5に示す動作例では、増幅部40の高感度状態に先立って補正動作によりキャリブレーションを行っており、図10ないし図12に示す動作例では、高感度状態・低感度状態のサイクルに先立って必ず補正動作が行われていた。図10ないし図12に示す動作例では、TCがTHとほぼ同じ時間とした場合、等価的にTH期間が2倍になるので、図5に示す動作例に比べて消費電力が約2倍になってしまう。
そこで、以下に説明する動作例では、キャリブレーション、高感度状態および低感度状態の3状態を1周期とするモードと、高感度状態および低感度状態の2状態を1周期とするモードを切り替えることで、TH期間を相対的に抑制する。具体的には、電源立ち上げ時は図10に示す3状態を1周期とするモードを用い、補正動作をかけて高感度点を求める。高感度点に達した後、変数xを2つ減少させ、1つ増加するステップを2回実行するシーケンスを繰り返す。この繰り返しが所定回数に達した場合、周囲の環境が変化しないと判定し、図14に示した高感度状態および低感度状態の2状態を1周期とするモードへ切り替える。切り替えた後、この状態を所定の時間継続したのち、再び、補正動作・高感度状態・低感度状態の3状態を1周期とするモードへ戻るようにする。
すなわち、図13に示す動作例は、補正動作・高感度状態・低感度状態を1サイクルとするモードと、高感度状態・低感度状態を1サイクルとするモードとを用意し、両者を切り替えながら動作させる。なお、制御装置1およびリモコン装置2の構成そのものは、図1および図2に示す構成と共通するから、重複する説明は省略する。
図13に示す例においても、メモリ65は、図11に示すようにアドレスとして利用可能な変数x、M2b−1…M2b−2の接続数m、および、M3c−1…M3c−2の接続数nが対応付けられて記憶されている。また、図13に示す例では、CAL制御部63および増幅器制御部64は、内部変数としてxに加えてCnum、CNnum、およびncpathを有している。変数xはメモリ65におけるアドレス、同Cnumは高感度点の遷移の有無を判定する変数、ncpathは高感度点が遷移した場合にCnumをリセットするために用いる変数、CNnumは、2つの状態の動作をカウントする変数である。
図13に示すように、CAL制御部63は、内部変数x、Cnum、CNnum、およびncpathを初期化する(S300)。初期状態では、増幅部40の感度が低い状態とされる。たとえば、スイッチSWb1…SWb2がすべてオンとされてM2と並列接続されたM2b−1…M2b−2の接続数が最大数とされ(ここでは並列数をMとする)、スイッチSWc1…SWc2がすべてオフとされてM3と並列接続されたM3c−1…M3c−2の接続数がゼロ(すなわちM3だけの状態)とされる。
内部変数が初期化されると、CAL制御部63は、スイッチ部30をオフにする(S305)。スイッチ部30をオフにすることで、増幅部40を無信号入力状態とする。
スイッチ部30がオフになると、CAL制御部63は、内部変数ncpathに1を加算し(S310)、判定部50の判定結果を検出する(S315)。
検出の結果、判定部50の出力VoがLの場合(S320のYes)、CAL制御部63は、変数ncpathが2以上であるか否か判定する(S320)。変数ncpathが2以上の場合(S325のYes)、変数Cnumおよびncpathを初期化する(S335)。
検出の結果、判定部50の出力VoがLでない場合(S320のNo)、CAL制御部63は、変数xから2を減じ(S360)、変数Cnumに1を加算し(S365)、変数ncpathを初期化する(S370)。
変数ncpathが2未満の場合(S325のNo)、および変数Cnumおよびncpathが初期化された場合(S335、S370)、CAL制御部63は、スイッチ部30をオンとする(S330)。これにより、整流部20と増幅部40とが接続されて制御装置1が受信状態となる。最初のシーケンスでは、出力VoがLであり、かつ変数ncpathがゼロであるから、そのままスイッチ部30がオンとなる。
スイッチ部30がオンとなると、CAL制御部63は、変数Cnumが最大値CMAXを超えているか否か判定する(S340)。変数Cnumが最大値CMAXを超えていない場合(S340のYes)、増幅器制御部64は、メモリ65から高感度状態の接続数m、n(変数xに対応する値)を呼び出し、対応する増幅部40のスイッチSWb1…SWb2およびSWc1…SWc2を制御して、所定期間THだけその状態を維持する(S345)。
次に、増幅器制御部64は、メモリ65から低感度状態の接続数m、n(変数x−Nに対応する値)を呼び出し、対応する増幅部40のスイッチSWb1…SWb2およびSWc1…SWc2を制御して、所定期間TLだけその状態を維持する(S350)。
所定期間TLが経過すると、増幅器制御部64は、変数xに1を加算して(S355)、増幅器制御部64は処理をCAL制御部63に返し、補正動作を再開する(S305)。
一方、変数Cnumが最大値CMAXを超えている場合(S340のNo)、増幅器制御部64は、メモリ65から高感度状態の接続数m、n(変数xに対応する値)を呼び出し、対応する増幅部40のスイッチSWb1…SWb2およびSWc1…SWc2を制御して、所定期間THだけその状態を維持する(S375)。
次に、増幅器制御部64は、メモリ65から低感度状態の接続数m、n(変数x−Nに対応する値)を呼び出し、対応する増幅部40のスイッチSWb1…SWb2およびSWc1…SWc2を制御して、所定期間TLだけその状態を維持する(S380)。
所定期間TLが経過すると、CAL制御部63は、変数Cnumが最大値CMAX以上か否かを判定する(S390)。変数Cnumが最大値CMAX未満の場合、増幅器制御部64は、メモリ65から高感度状態の接続数m、n(変数xに対応する値)を呼び出し、高感度状態・低感度状態の動作とCNumの加算処理を実行する(S375〜S385)。変数CNnumが最大値CNMAX以上の場合、CAL制御部63は変数CnumおよびCNnumを初期化して(S395)、補正動作を再開する(S305)。ここで、CNnumは、高感度状態・低感度状態を1サイクルとするモードを連続して実行させる最大の回数を意味する。この値はあらかじめ設定しておくことになる。
この実施形態に係る制御装置では、図10に示す補正動作・高感度状態・低感度状態を1サイクルとする動作と、図14に示す高感度状態・低感度状態を1サイクルとする動作とを切り替えて動作する。たとえば、周囲の環境によりM1ないしM4の素子のばらつきまたは変動が大きいような場合は、補正動作の頻度を高めるべく図10に示す動作が実行される。一方、高感度状態が安定しているような場合、補正動作を省略した図14に示す動作が実行される。補正動作が省略されれば消費電力を抑えることができるから、図10に示す動作と図14に示す動作とを組み合わせることで、消費電力をより抑えることが可能になる。
ここで、リモコン装置2が送信する指示信号と、制御装置1の補正動作・高感度状態・低感度状態それぞれの動作との関係について説明する。図15および図16は、この動作例における指示信号および補正動作・高感度状態・低感度状態の関係について示す図である。
この動作例においても、図7ないし図9に示したリモコン装置の例と同様に、高感度状態と低感度状態の二つの動作状態を有しているから、リモコン装置と制御装置との間の距離に応じて、リモコン装置側においても消費電力を抑えることが可能である。ただし、補正動作・高感度状態・低感度状態を1サイクルとして動作している場合において、リモコン装置と制御装置との間の距離が比較的長い場合、制御装置1は補正動作期間中は受信ができないから、必ず高感度状態において受信できるような長さの指示信号を送信する必要がある。そこで、図15に示すように、補正動作期間TC+高感度状態TH+低感度状態TLの合計期間を制御信号送信時間TCTLとすればよい。
一方、リモコン装置と制御装置との間の距離が短い場合は、補正動作期間TCよりも長い時間指示信号を送信すれば、制御装置は必ず指示信号を受信することができる。
(第2の実施形態)
次に、図17および図18を参照して、他の実施形態に係る制御装置について詳細に説明する。図17は、他の実施形態に係る制御装置の具体例を示す回路図、図18は、図17に示す電荷転送制御部(CTC)の回路例を示す図である。この実施形態に係る制御装置は、第1の実施形態に係る制御装置のうち電流源を電荷転送制御部(CTC)に置き換えたものであるから、共通する要素について同一の符号を付して示し、重複する説明を省略する。
次に、図17および図18を参照して、他の実施形態に係る制御装置について詳細に説明する。図17は、他の実施形態に係る制御装置の具体例を示す回路図、図18は、図17に示す電荷転送制御部(CTC)の回路例を示す図である。この実施形態に係る制御装置は、第1の実施形態に係る制御装置のうち電流源を電荷転送制御部(CTC)に置き換えたものであるから、共通する要素について同一の符号を付して示し、重複する説明を省略する。
図2に示す制御装置1では、電流源I1およびI2を用いてM1のしきい値電圧を上げて高感度化を図っていたが、この実施形態に係る制御装置では、電荷転送制御(CTC)によりM1のしきい値電圧を設定している。
CTCは、自身がもつキャパシタに貯めた電荷を転送する機能を有しており、等価的に抵抗と同一の作用をするから、抵抗器と置き換え可能である。図18に示すように、CTCは、一対のトランスファートランジスタおよびキャパシタを備えている。これにより、定常的に電流を流す必要がなくなり、入力があった時のみ電流を供給するから、第1の実施形態に係る制御装置と比較して消費電力を抑えることができる。なお、第1の実施形態の動作例(図3・図6・図10・図12・図13)は、第2の実施形態に係る制御装置およびリモコン装置にも適用することができる。
なお、本発明は上記実施形態およびその動作例のみに限定されるものではない。たとえば、上記実施形態の説明において、図3に示す動作例では高感度状態および低感度状態の接続数についてメモリに記憶し、図12・図13に示す動作例では、並列接続するMOSFETのすべての組み合わせをメモリに記憶するものとして説明しているが、これには限定されない。すなわち、図3に示す動作例において図11に示すテーブルをメモリに記憶させてもよいし、図12・図13に示す動作例において、図3に示す動作例と同様の内容をメモリに記憶するものとしてもよい。いずれも同様の効果を得ることができる。同様に、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
本発明は、遠隔制御する電子機器に適用することができる。
1…制御装置、2…リモコン装置、10…アンテナ部、20…整流部、30…スイッチ部、40…増幅部、50…判定部、60…制御部、70…指示信号生成部、80…送信部、90…アンテナ部。
Claims (7)
- 受信信号を整流する整流部と、
整流部が整流した信号を増幅する増幅素子と、該増幅素子と接続され前記増幅素子を補助する補助素子とを有する増幅部と、
前記増幅部が増幅した信号の有無を判定する判定部と、
所定のタイミングで前記補助素子の前記増幅素子との接続を制御する制御部と
を具備したことを特徴とする制御装置。 - 前記増幅部が前記補助素子を複数有し、
前記制御部が前記所定のタイミングで前記補助素子の前記増幅素子との接続数を制御すること
を特徴とする請求項1記載の制御装置。 - 前記増幅部が前記補助素子を複数有し、
前記制御部は、前記増幅部の感度を高くするため、前記補助素子の前記増幅素子との最適な第1の接続数を探索する補正制御をさらに行い、前記補助素子の前記増幅素子との接続数を、前記所定のタイミングで前記第1の接続数および前記第1の接続数以外の第2の接続数のいずれか一方に制御すること
を特徴とする請求項1記載の制御装置。 - 前記整流部の出力と前記増幅部の増幅素子との間に接続されたスイッチ部をさらに備え、
前記制御部は、前記探索を行う間、前記スイッチ部をオフとすること
を特徴とする請求項3記載の制御装置。 - 前記制御部は、前記補助素子の前記増幅素子との接続数として、前記第1の接続数および前記第2の接続数をいずれか一方を交互に選択して設定することを特徴とする請求項3記載の制御装置。
- 前記制御部は、前記補正制御、前記第1の接続数とする制御および前記第2の接続数とする制御をサイクルとして実行することを特徴とする請求項3記載の制御装置。
- 受信信号を整流する整流部と、整流部が整流した信号を増幅する増幅素子と、該増幅素子と接続され前記増幅素子を補助する補助素子とを有する増幅部と、前記増幅部が増幅した信号の有無を判定する判定部と、所定のタイミングで前記補助素子の前記増幅素子との接続を制御する制御部とを具備した制御装置の制御方法であって、
前記制御部が、前記増幅部の感度を高くするため、前記補助素子の前記増幅素子との最適な第1の接続数を探索し、
前記制御部が、前記補助素子の前記増幅素子との接続数を、前記所定のタイミングで前記第1の接続数に制御し、
前記制御部が、前記補助素子の前記増幅素子との接続数を、前記第1の接続数以外の第2の接続数に制御すること
を特徴とする制御方法。
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