JP2011120216A - アンテナ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】消費電力の増大や発熱による信頼性低下を抑えつつ、高調波ノイズを低減することが可能なアンテナ駆動装置を提供する。
【解決手段】第１差動増幅回路４０では、オペアンプ４１の非反転入力端（＋）に反転台形波信号Ｓ１Ｂが入力され、オペアンプ４１の反転入力端（−）に台形波信号Ｓ１が入力される。第２差動増幅回路５０では、オペアンプ５１の非反転入力端（＋）に台形波信号Ｓ１が入力され、オペアンプ５１の反転入力端（−）に反転台形波信号Ｓ１Ｂが入力される。従って、第１差動増幅回路４０で生成される正相出力信号ＯＵＴＰと、第２差動増幅回路５０で生成される逆相出力信号ＯＵＴＮとは、互いに位相が反転の状態となる。この差動出力により、一方の出力信号のみを用いてアンテナ負荷２を駆動する構成に比べて、アンテナ負荷２の両端間に印加される電圧を２倍に高めることができるので、アンテナ負荷２の出力能力が増強が可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＦ［Low Frequency］帯域（例えば１２５ｋＨｚ）のアンテナを搭載したシステム（スマートエントリシステムやタイヤ空気圧監視システムなど）などに用いられるアンテナ駆動装置に関するものである。

図３は、アンテナ駆動装置の一従来例を示す回路図であり、図４は、矩形波信号によるアンテナ駆動の一例を示す波形図である。

本従来例のアンテナ駆動装置１００は、Ｐチャネル型ＭＯＳ電界効果トランジスタ１０１及び１０２と、Ｎチャネル型ＭＯＳ電界効果トランジスタ１０３及び１０４と、から成るＨブリッジ出力回路を有して成り、アンテナ負荷２００の両端には、互いの位相が反転された正相出力信号ＯＵＴＰと逆相出力信号ＯＵＴＮ（例えば１２５ｋＨｚ）がそれぞれ供給される。このとき、コイルＬとコンデンサＣを有するアンテナ負荷２００は、所定の共振周波数ｆ（＝１／（２π√ＬＣ）、ただし、数式中の符号ＬはコイルＬのインダクタンス値、符号ＣはコンデンサＣのキャパシタンス値）で共振駆動され、正弦波形状の出力電流Ｉｏが流れる。

なお、上記に関連する従来技術の一例として、特許文献１には、正弦波信号によってアンテナ負荷を駆動する車用ＬＦアンテナ駆動装置が開示・提案されている。

特開２００６−２７９２３８号公報

しかしながら、図３で示した従来例のアンテナ駆動装置１００では、アンテナ負荷２００に矩形波形状の正相出力信号ＯＵＴＰと逆相出力信号ＯＵＴＮが供給されていたため、出力論理レベルの急峻な切り替わりにより、駆動周波数１２５ｋＨｚの高調波ノイズが発生するという問題があった。

なお、特許文献１の従来技術であれば、正弦波信号を用いてアンテナ負荷を駆動することにより、上記の高調波ノイズを低減することが可能である。しかしながら、正弦波信号を用いてアンテナ負荷を駆動する従来構成では、消費電力の増大や出力効率の低下、発熱による信頼性低下などを生じるという別の問題があった。

本発明は、上記の問題点に鑑み、消費電力の増大や発熱による信頼性低下を抑えつつ、高調波ノイズを低減することが可能なアンテナ駆動装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係るアンテナ駆動装置は、所定周波数の矩形波信号から台形波信号を生成する台形波信号生成回路と、前記台形波信号を増幅してアンテナ負荷に供給する台形波信号増幅回路と、を有して成る構成（第１の構成）とされている。

なお、上記第１の構成から成るアンテナ駆動装置は、前記台形波信号のスロープを可変的に設定する台形波スロープ設定回路を有して成る構成（第２の構成）にするとよい。

また、上記第２の構成から成るアンテナ駆動装置にて、前記台形波信号生成回路は、前記矩形波信号に応じてコンデンサの充放電を行うことで前記台形波信号を生成し、前記台形波スロープ設定回路は、前記コンデンサの充放電電流を可変的に設定する構成（第３の構成）にするとよい。

また、上記第１〜第３いずれかの構成から成るアンテナ駆動装置において、前記台形波信号増幅回路は、互いの位相が反転された正相出力信号と逆相出力信号を前記アンテナ負荷の両端にそれぞれ供給する構成（第４の構成）にするとよい。

また、上記第３の構成から成るアンテナ駆動装置において、前記台形波スロープ設定回路は、スロープ設定電流に応じて第１ミラー電流を生成する第１カレントミラーと、前記スロープ設定電流に応じて第２ミラー電流を生成する第２カレントミラーと、を含んでおり、前記台形波信号生成回路は、前記コンデンサと、前記コンデンサに前記第１ミラー電流を流し込む第１直流電流源と、前記コンデンサから前記第２ミラー電流を引き抜く第２直流電流源と、前記矩形波信号に応じて前記第２カレントミラーのオン／オフを制御するスイッチと、を含んでいる構成（第５の構成）にするとよい。

また、本発明に係るアンテナ駆動装置は、入力電圧から所望の出力電圧を生成する電源回路と；前記出力電圧の供給を受けてアンテナ負荷を駆動するアンテナ駆動回路と；を有して成り、前記アンテナ駆動回路は、所定周波数の矩形波信号から台形波信号を生成する台形波信号生成回路と、前記台形波信号を増幅して前記アンテナ負荷に供給する台形波信号増幅回路と、を含んでいる構成（第６の構成）とされている。

なお、上記第６の構成から成るアンテナ駆動装置において、前記電源回路は、過電流保護回路を含んでいる構成（第７の構成）にするとよい。

また、上記第６または第７の構成から成るアンテナ駆動装置は、前記矩形波信号を生成する発振回路をさらに有する構成（第８の構成）にするとよい。

また、上記第６〜第８いずれかの構成から成るアンテナ駆動装置は、前記電源回路の誤動作を防止する電源保護回路をさらに有する構成（第９の構成）にするとよい。

また、上記第６〜第９いずれかの構成から成るアンテナ駆動装置において、前記アンテナ駆動回路は、所定の制御信号に応じてＨブリッジ駆動方式とハーフブリッジ駆動方式を切り替える構成（第１０の構成）にするとよい。

また、上記第６〜第１０いずれかの構成から成るアンテナ駆動装置において、前記電源回路は、出力帰還ループの位相補償を行う位相補償回路を含む構成（第１１の構成）にするとよい。

また、上記第６〜第１１いずれかの構成から成るアンテナ駆動装置において、前記電源回路は、前記入力電圧が投入されてから所定時間が経過した後に出力動作を許可され、前記アンテナ駆動回路は、前記出力電圧が安定となってから出力動作を許可され、かつ、その出力動作が許可されるまでに駆動方式と駆動チャンネルが確定される構成（第１２の構成）にするとよい。

また、上記第６〜第１２いずれかの構成から成るアンテナ駆動装置において、前記アンテナ駆動回路は、外付け抵抗に基づいて前記台形波信号のスロープを可変的に設定する構成（第１３の構成）にするとよい。

また、上記第６〜第１３いずれかの構成から成るアンテナ駆動装置において、前記電源回路は、出力段のコイルに流れる電流のリップル成分をΔＩＬ、定格電流をＩＬＲ、入力電流最大値をＩＩＮＭＡＸとしたときに、ＩＩＮＭＡＸ＋ΔＩＬ／２＜ＩＬＲを満たすように、前記コイルの定数が設定されている構成（第１４の構成）にするとよい。

また、上記第６〜第１４いずれかの構成から成るアンテナ駆動装置において、前記電源回路は、前記出力電圧を抵抗分圧して得られる帰還電圧と所定の基準電圧が一致するように前記出力電圧を生成する構成（第１５の構成）にするとよい。

また、上記第６〜第１５いずれかの構成から成るアンテナ駆動装置において、前記電源回路は、ゲインが０ｄＢのときの位相遅れが１５０°以下、かつ、ゲインが０ｄＢのときの周波数がスイッチング周波数の１／１０以下となるように設計されている構成（第１６の構成）にするとよい。

本発明に係るアンテナ駆動装置であれば、消費電力の増大や発熱による信頼性低下を抑えつつ、高調波ノイズを低減することが可能となる。

本発明に係るアンテナ駆動装置の第１実施形態を示す回路図 台形波信号によるアンテナ駆動の一例を示す波形図 アンテナ駆動装置の一従来例を示す回路図 矩形波信号によるアンテナ駆動の一例を示す波形図 充放電電流部７４と台形波生成回路１０の具体的な構成を示す回路図 本発明に係るアンテナ駆動装置の第２実施形態を示す回路図 アンテナ駆動装置Ｘの端子説明図 アンテナ駆動装置Ｘの入出力論理表 アンテナ駆動装置Ｘの入出力タイミングチャート スイッチングコントローラ部の起動／停止タイミングチャート ドライバ部の起動／停止／出力論理切り替えタイミングチャート ＩＳＥＴ抵抗とスルーレートとの相関図 コイルＬ定数の設定方法を説明するためのコイル電流波形図 電源回路Ｘ２０の出力段の一例を示す回路図 帰還抵抗の設定方法を説明するための回路図 一般的な積分器（ローパスフィルタ）を示す回路図 積分器のオープンループ特性図 エラーアンプの位相補償方法を説明するための回路図

＜第１実施形態＞
図１は、本発明に係るアンテナ駆動装置の第１実施形態を示す回路図である。本実施形態のアンテナ駆動装置１は、台形波信号生成回路１０と、バッファアンプ２０と、位相反転回路３０と、第１差動増幅回路４０と、第２差動増幅回路５０と、バイアス電圧生成回路６０と、台形波スロープ設定回路７０と、を集積化して成り、互いの位相が反転された正相出力信号ＯＵＴＰと逆相出力信号ＯＵＴＮをアンテナ負荷２の両端にそれぞれ供給する半導体装置である。アンテナ負荷２は、コイルＬとコンデンサＣから成るＬＣ直列回路であり、抵抗Ｒは主として配線抵抗成分を示している。

台形波生成回路１０は、所定周波数（例えば１２５ｋＨｚ）の矩形波信号ＣＬＫから台形波信号Ｓ１を生成する回路であり、コンデンサ１１と、直流電流源１２及び１３と、セレクタ１４と、を有して成る。コンデンサ１１の一端は、セレクタ１４の共通端に接続されている。コンデンサ１１の他端は、バイアス電圧生成回路６０の出力端に接続されている。セレクタ１４の第１選択端は、直流電流源１２を介して電源端に接続されている。セレクタ１４の第２選択端は、直流電流源１３を介して接地端に接続されている。セレクタ１４の制御端は、矩形波信号ＣＬＫの入力端に接続されている。

バッファアンプ２０は、台形波生成回路１０から入力される台形波信号Ｓ１を緩衝増幅して後段に出力する。

位相反転回路３０は、台形波生成回路１０からバッファアンプ２０を介して入力される台形波信号Ｓ１の位相を反転させて反転台形波信号Ｓ１Ｂを生成する回路であり、オペアンプ３１と、抵抗３２及び３３と、を有して成る。オペアンプ３１の非反転入力端（＋）は、バイアス電圧生成回路６０の出力端に接続されている。オペアンプ３１の反転入力端（−）は、抵抗３２を介してバッファアンプ２０の出力端に接続される一方、抵抗３３を介してオペアンプ３１の出力端にも接続されている。

第１差動増幅回路４０は、台形波信号Ｓ１と反転台形波信号Ｓ１Ｂとを差動増幅して正相出力信号ＯＵＴＰを生成する回路であり、オペアンプ４１と、抵抗４２〜４５と、を有して成る。オペアンプ４１に非反転入力端（＋）は、抵抗４４を介して位相反転回路３０の出力端に接続される一方、抵抗４５を介して接地端にも接続されている。オペアンプ４１の反転入力端（−）は、抵抗４２を介してバッファアンプ２０の出力端に接続される一方、抵抗４３を介してオペアンプ４１の出力端にも接続されている。オペアンプ４１の出力端は、アンテナ負荷２の一端に接続されている。

第２差動増幅回路５０は、台形波信号Ｓ１と反転台形波信号Ｓ１Ｂとを差動増幅して逆相出力信号ＯＵＴＮを生成する回路であり、オペアンプ５１と、抵抗５２〜５５と、を有して成る。オペアンプ５１に非反転入力端（＋）は、抵抗５４を介してバッファアンプ２０の出力端に接続される一方、抵抗５５を介して接地端にも接続されている。オペアンプ５１の反転入力端（−）は、抵抗５２を介して位相反転回路３０の出力端に接続される一方、抵抗５３を介してオペアンプ５１の出力端にも接続されている。オペアンプ５１の出力端は、アンテナ負荷２の他端に接続されている。

なお、上記したバッファアンプ２０、位相反転回路３０、第１差動増幅回路４０、並びに、第２差動増幅回路５０は、台形波生成回路１０から入力される台形波信号Ｓ１を増幅して、互いの位相が反転された正相出力信号ＯＵＴＰと逆相出力信号ＯＵＴＮを生成し、これらをアンテナ負荷２の両端に各々供給する台形波信号増幅回路として機能する。

バイアス電圧生成回路６０は、台形波信号Ｓ１のバイアス電圧ＶＢを生成する回路であり、バッファアンプ６１と、抵抗６２及び６３と、を有して成る。抵抗６２及び６３は、電源電圧ＶＳの印加端と接地端との間に直列接続されており、その接続ノードから引き出されるバイアス電圧ＶＢは、バッファアンプ６１を介してコンデンサ１１の他端とオペアンプ３１の非反転入力端（＋）に各々出力される。なお、抵抗６２及び６３の抵抗値が同値に設定されている場合、バイアス電圧ＶＢの電圧値はＶＳ／２となる。

台形波スロープ設定回路７０は、台形波生成回路１０で生成される台形波信号Ｓ１のスロープ（立上がり速度及び立下がり速度）を可変的に設定する回路であり、オペアンプ７１と、ｎｐｎ型バイポーラトランジスタ７２と、直流電圧源７３（起電圧：Ｖｒ）と、充放電電流設定部７４と、外付け抵抗７５（抵抗値：Ｒ_ＩＳＥＴ）と、を有して成る。オペアンプ７１の非反転入力端（＋）は、直流電圧源７３の正極端（基準電圧Ｖｒの印加端）に接続されている。直流電圧源７３の負極端は、接地端に接続されている。オペアンプ７１の反転入力端（−）は、トランジスタ７２のエミッタに接続されている。オペアンプ７１の出力端は、トランジスタ７２のベースに接続されている。トランジスタ７２のエミッタは、外付け抵抗７５を介して接地端に接続されている。トランジスタ７２のコレクタは、充放電電流設定部７４の基準電流入力端に接続されている。充放電電流設定部７４は、外付け抵抗７５に流れるスロープ設定電流ＩＳＥＴ（＝Ｖｒ／Ｒ_ＩＳＥＴ）に基づいて、コンデンサ１１の充放電電流を可変的に設定する。

次に、上記構成から成るアンテナ駆動装置１の動作について、図２を参照しながら詳細に説明する。

図２は、台形波信号によるアンテナ駆動の一例を示す波形図であり、上から順に、矩形波信号ＣＬＫ、正相出力信号ＯＵＴＰ、反転出力信号ＯＵＴＮ、及び、出力電流Ｉｏが描写されている。

台形波生成回路１０において、セレクタ１４は、矩形波信号ＣＬＫがハイレベルであるときに、第１選択端と共通端とを導通し、矩形波信号ＣＬＫがローレベルであるときに、第２選択端と共通端とを導通する。すなわち、矩形波信号ＣＬＫがハイレベルであるときには、直流電流源１２からコンデンサ１１に対して充電電流が流し込まれる。その結果、台形波信号Ｓ１は、充電電流の大きさによって決まるスロープで、所定の電圧レベル（＝ＶＢ＋α）まで上昇する。一方、矩形波信号ＣＬＫがローレベルであるときには、直流電流源１３によりコンデンサ１１から放電電流が引き抜かれる。その結果、台形波信号Ｓ１は、放電電流の大きさによって決まるスロープで、所定の電圧レベル（＝ＶＢ−α）まで低下する。すなわち、台形波信号Ｓ１は、バイアス電圧ＶＢを基準として、所定の振幅α（例えば±１．５Ｖ）で駆動される。このように、台形波生成回路１０は、矩形波信号ＣＬＫに応じてコンデンサ１１の充放電を行うことにより、台形波信号Ｓ１を生成する。

バッファアンプ２０は、台形波生成回路１０から入力される台形波信号Ｓ１を緩衝増幅して後段に出力し、位相反転回路３０は、台形波生成回路１０からバッファアンプ２０を介して入力される台形波信号Ｓ１の位相を反転させて反転台形波信号Ｓ１Ｂを生成する。なお、位相反転回路３０で生成される反転台形波信号Ｓ１Ｂは、台形波信号生成回路１０で生成される台形波信号Ｓ１と同様、バイアス電圧ＶＢを基準として、所定の振幅α（例えば±１．５Ｖ）で駆動される。

第１差動増幅回路４０及び第２差動増幅回路５０は、台形波信号Ｓ１と反転台形波信号Ｓ１Ｂを各々差動増幅して、正相出力信号ＯＵＴＰ及び逆相出力信号ＯＵＴＮを生成し、これらをアンテナ負荷２の両端に各々供給する。このとき、コイルＬとコンデンサＣを有するアンテナ負荷２は、所定の共振周波数ｆ（＝１／（２π√ＬＣ）、ただし、数式中の符号ＬはコイルＬのインダクタンス値、符号ＣはコンデンサＣのキャパシタンス値）で共振駆動され、正弦波形状の出力電流Ｉｏが流れる。

このように、本実施形態のアンテナ駆動装置１であれば、アンテナ負荷２に矩形波形状の正相出力信号ＯＵＴＰと逆相出力信号ＯＵＴＮが供給されるので、出力論理レベルの急峻な切り替わりをなくすことが可能となり、高調波ノイズを低減することが可能となる。

また、本実施形態のアンテナ駆動装置１であれば、正弦波信号を用いてアンテナ負荷を駆動する従来構成と比べて、消費電力の増大や出力効率の低下、発熱による信頼性低下などを抑えることが可能となる。

さらに、本実施形態のアンテナ駆動装置１であれば、正弦波信号を用いてアンテナ負荷を駆動する従来構成と比べて、出力効率の低下を考慮せずに済むので、台形波信号Ｓ１のバイアス電圧ＶＢを不要に高める必要がなくなる。

なお、本実施形態のアンテナ駆動装置１において、第１差動増幅回路４０では、オペアンプ４１の非反転入力端（＋）に反転台形波信号Ｓ１Ｂが入力され、オペアンプ４１の反転入力端（−）に台形波信号Ｓ１が入力される。一方、第２差動増幅回路５０では、オペアンプ５１の非反転入力端（＋）に台形波信号Ｓ１が入力され、オペアンプ５１の反転入力端（−）に反転台形波信号Ｓ１Ｂが入力される。従って、第１差動増幅回路４０で生成される正相出力信号ＯＵＴＰと、第２差動増幅回路５０で生成される逆相出力信号ＯＵＴＮとは、互いに位相が反転された状態となる。このような差動出力形式を採用することにより、一方の出力信号のみを用いてアンテナ負荷２を駆動する構成に比べて、アンテナ負荷２の両端間に印加される電圧を２倍に高めることができるので、アンテナ負荷２の出力能力を増強することが可能となる。

次に、台形波スロープ設定回路７０の動作について、詳細な説明を行う。

台形波スロープ設定回路７０において、オペアンプ７１は、外付け抵抗７５の一端電圧が直流電圧７３の起電圧Ｖｒと一致するように、トランジスタ７２の導通度を制御する。従って、外付け抵抗７５には、所定のスロープ設定電流ＩＳＥＴ（＝Ｖｒ／Ｒ_ＩＳＥＴ）が流される。充放電電流設定部７４は、このスロープ設定電流ＩＳＥＴに基づいて、コンデンサ１１の充放電電流を設定する。すなわち、ユーザは、外付け抵抗７５の抵抗値を任意に調整することにより、台形波信号Ｓ１のスロープを可変的に設定することができる。このような構成とすることにより、ユーザは、アンテナ駆動装置１の用途やこれを搭載したシステムの規格に応じて、ノイズ特性と消費電力特性とのバランスを考慮しながら、両特性を最適化することが可能となる。

次に、充放電電流部７４と台形波生成回路１０の具体的な回路構成について、図５を参照しながら詳細に説明する。図５には、充放電電流部７４と台形波生成回路１０を形成する回路要素として、ｐｎｐ型バイポーラトランジスタＱ１〜Ｑ３と、ｎｐｎ型バイポーラトランジスタＱ４及びＱ５と、Ｎチャネル型ＭＯＳ電界効果トランジスタＮ１と、が描写されている。また、図５には、バイアス電圧ＶＢを基準として、台形波信号Ｓ１の上限値（＝ＶＢ＋α）と下限値（＝ＶＢ−α）を設定する上下クランプ１５が描写されている。

トランジスタＱ１〜Ｑ３のエミッタは、いずれも電源電圧ＶＣＣの印加端に接続されている。トランジスタＱ１〜Ｑ３のベースは、いずれもトランジスタＱ１のコレクタに接続されている。トランジスタＱ１のコレクタは、スロープ設定電流ＩＳＥＴの入力端に接続されている。トランジスタＱ２のコレクタは、トランジスタＱ４のコレクタに接続されている。トランジスタＱ３及びＱ５のコレクタは、いずれも台形波信号Ｓ１の出力端に接続されている。トランジスタＱ４及びＱ５のベースは、いずれもトランジスタＱ４のコレクタに接続されている。トランジスタＱ４及びＱ５のドレインは、いずれも接地端に接続されている。トランジスタＮ１のドレインは、トランジスタＱ４のコレクタに接続されている。トランジスタＮ１のソース及びバックゲートは、いずれも接地端に接続されている。トランジスタＮ１のゲートは、矩形波信号ＣＬＫの入力端に接続されている。

トランジスタＱ１〜Ｑ３は、第１カレントミラーを形成しており、トランジスタＱ２に流れるミラー電流Ｉ２、及び、トランジスタＱ３に流れるミラー電流Ｉ３は、それぞれトランジスタＱ１に流れるスロープ設定電流ＩＳＥＴに応じて変化する。また、トランジスタＱ４及びＱ５は、第２カレントミラーを形成しており、トランジスタＱ５に流れるミラー電流Ｉ５は、トランジスタＱ２からトランジスタＱ４に流れるミラー電流Ｉ２（延いては、トランジスタＱ１に流れるスロープ設定電流ＩＳＥＴ）に応じて変化する。

なお、ミラー電流Ｉ３は、コンデンサ１１の充電電流に相当し、ミラー電流Ｉ５からミラー電流Ｉ３を差し引いた差分電流（＝Ｉ５−Ｉ３）は、コンデンサ１１の放電電流に相当する。すなわち、トランジスタＱ１３は、図１の直流電流源１２として機能し、トランジスタＱ５は、図１の直流電流源１３として機能する。また、トランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ４は、図１の充放電電流設定部７４として機能する。

また、矩形波信号ＣＬＫがハイレベルであるとき、トランジスタＮ１はオンとなり、ミラー電流Ｉ２はトランジスタＮ１を介して接地端に流れるので、トランジスタＱ４に電流が流れ込まなくなり、延いては、トランジスタＱ５にも電流が流れなくなる。このとき、コンデンサ１１には、トランジスタＱ３からミラー電流Ｉ３が充電電流として流し込まれる。一方、矩形波信号ＣＬＫがローレベルであるとき、トランジスタＮ１はオフとなり、ミラー電流Ｉ２がトランジスタＱ４に流れ込むので、トランジスタＱ５にも電流が流れるようになる。このとき、トランジスタＱ５に流れるミラー電流Ｉ５は、トランジスタＱ３に流れるミラー電流Ｉ３よりも大きい値（例えば２倍）に設定されている。従って、コンデンサ１１からは、ミラー電流Ｉ５からミラー電流Ｉ３を差し引いた差分電流（＝Ｉ５−Ｉ３）が放電電流として引き抜かれる。このように、トランジスタＮ１は、図１のセレクタ１４として機能する。

＜第２実施形態＞
図６は、本発明に係るアンテナ駆動装置の第２実施形態を示す回路図である。本実施形態のアンテナ駆動装置Ｘは、アンテナ駆動回路Ｘ１０と、電源回路Ｘ２０と、発振回路Ｘ３０と、電源保護回路Ｘ４０と、を有する半導体装置である。

アンテナ駆動回路Ｘ１０は、電源回路Ｘ２０から出力電圧Ｖｏの供給を受けてアンテナ負荷を駆動する回路ブロックであり、所定周波数の矩形波信号から台形波信号を生成する台形波信号生成回路と、前記台形波信号を増幅してアンテナ負荷に供給する台形波信号増幅回路と、を含んでいる点については、先述の第１実施形態と同様である。

電源回路Ｘ２０は、ＩＧ端子から入力される入力電圧ＶＣＣから所望の出力電圧Ｖｏを生成する回路ブロックであり、図６の例では、昇圧型のスイッチングＤＣ／ＤＣコンバータが採用されている。なお、電源回路Ｘ２０に含まれる出力帰還ループについては、エラーアンプ、ＰＷＭ［Pulse Width Modulation］コンパレータ、スロープ電圧生成部（ＳＬＰ）、ＲＳフリップフロップ、スイッチロジック部、及び、ドライバなどを用いた一般的な回路構成であるため、詳細な説明は割愛する。

また、電源回路Ｘ２０は、過電流保護回路Ｘ２１と位相補償回路Ｘ２２を含んでいる。

過電流保護回路Ｘ２１は、出力段の外付けＦＥＴに流れる電流を検知するＣＳ端子（２２ピン）を有しており、ＣＳ端子電圧が所定値（例えば１００ｍＶ）以上になると、スイッチング出力のデューティを小さくして出力電圧Ｖｏを低下させる。また、出力電圧Ｖｏが設定電圧の７０％以下になると、スイッチング出力をオフラッチ状態とる。このオフラッチ状態を解除するためには、スタンバイ信号ＳＴＢＹを一旦ローレベルとすればよい。

位相補償回路Ｘ２２は、出力帰還ループの位相補償を行うものであり、位相補償用の抵抗とコンデンサを含んでいる。なお、エラーアンプの位相補償方法については、後ほど詳細に説明する。

発振回路Ｘ３０は、外付けの水晶振動子を用いて矩形波信号ＣＬＫを生成する。

電源保護回路Ｘ４０は、内部電源電圧ＶＲＥＧが低いときに、電源回路Ｘ２０の誤動作を防止するための回路ブロックである。内部電源電圧ＶＲＥＧが通常よりも低い電圧まで低下すると、ＯＵＴＧ端子（２３ピン）に接続されたＮＭＯＳがオフとなり、その結果、入力電圧ＶＣＣの印加端と電源回路Ｘ２０の出力段を形成するコイルとの間に接続されたＰＭＯＳがオフとなって、入力電圧ＶＣＣが電源回路Ｘ２０に供給されなくなる。

また、アンテナ駆動装置Ｘには、上記したアンテナ駆動回路Ｘ１０、電源回路Ｘ２０、発振回路Ｘ３０、電源保護回路Ｘ４０のほかにも、チャージポンプ回路、内部電源電圧生成回路（ＶＲＥＧ）、基準電圧生成回路（ＶＲＥＦ）、カウンタ回路、ドライブロジック回路、温度保護回路（ＴＳＤ［Thermal Shut Down］）、過電流保護回路（ＯＣＰ［Over Current Protection］）、過電圧保護回路（ＯＶＰ［Over Voltage Protection］）、減電圧保護回路（ＵＶＬＯ［Under VoltageLocked Out］）、及び、異常信号出力回路（ＤＩＡＧ）などが集積化されている。

温度保護回路は、アンテナ駆動装置Ｘの熱破壊を防ぐための回路ブロックである。アンテナ駆動装置Ｘは、許容損失範囲内で使用することが望ましいが、万が一許容損失を超えた状態が継続すると、接合部温度（Ｔｊ）が上昇し、温度保護回路が動作して出力パワー素子をオフする。その後、接合部温度（Ｔｊ）が低下すると、回路は自動で復帰する。なお、温度保護回路は、絶対最大定格を超えた状態での動作となるため、温度保護回路を使用したセット設計等は避けるべきである。

過電流保護回路は、出力間ショートなどに起因して出力に過電流が流れた場合の破壊を防ぐための回路ブロックである。ドライバ出力端子（ＯＵＴ１Ｐ、ＯＵＴ１Ｎ、ＯＵＴ２Ｐ、ＯＵＴ２Ｎ）については、所定値（例えば２．７Ａ）の電流が所定時間（例えば１μｓｅｃ）にわたって流れるとオフラッチとなり、出力がハイインピーダンス状態に固定される。上記のオフラッチは、スタンバイ信号ＳＴＢＹを一旦ローレベルにすることによって解除される。

過電圧保護回路は、電源回路Ｘ２０の出力電圧Ｖｏが設定電圧以上に上昇するなど、ドライバ部電源端子ＶＳ（２１ピン）に過電圧が印加された場合の内部素子破壊を防ぐための回路ブロックである。具体的には、ＶＳ端子電圧が所定の保護レベル（例えば２５Ｖ）以上になると、ＯＵＴＧ端子（２４ピン）の出力論理がローレベルとなり、電源回路Ｘ２０が停止される。一方、ＶＳ端子（２１ピン）に現れる電圧が所定の保護解除レベル（例えば２４Ｖ）以下になると、電源回路Ｘ２０は通常動作に戻る。

減電圧保護回路は、電源電圧ＶＣＣ低下時における誤動作を防止するための回路ブロックである。電源電圧ＶＣＣから生成される内部電源電圧ＶＲＥＧが所定の保護レベル（例えば２．７Ｖ）以下になると、ＯＵＴＧ端子（２４ピン）をローレベルに固定し、出力ハイインピーダンス状態にする。一方、内部電源電圧ＶＲＥＧが所定の保護解除レベル（例えば２．８１Ｖ）以上になると通常動作に戻る。

異常信号出力回路（ＤＩＡＧ）は、通常動作時にはハイレベルを出力しており、温度保護回路、過電流保護回路、過電圧保護回路、及び、減電圧保護回路のいずれかが働いた場合に、ローレベルを出力する。

内部電源電圧生成回路は、電源電圧ＶＣＣから内部電源電圧ＶＲＥＧ（例えば５Ｖ）を生成する回路ブロックである。電源回路Ｘ２０のスイッチング動作時には、内部電源電圧ＶＲＥＧが振れる場合があるので、ＶＲＥＧ端子とＧＮＤ端子との間に０．１μＦ以上のコンデンサを接続することが望ましい。また、過電流保護回路が働いた場合には、内部電源電圧ＶＲＥＧがローレベル出力とされるので、これを過電流検出信号として流用することが可能である。ただし、内部電源電圧生成回路には、スタンバイ時（ＶＲＥＧ＝Ｌ）に電流引き込み能力がないため、ＶＲＥＧ端子に接続する回路を電流が流入するような構成にすると、内部電源電圧ＶＲＥＧが上昇してしまうおそれがあるので留意すべきである。

ドライブロジック回路は、ＳＥＬ＿ＳＷ端子、ＳＥＬ＿ＣＨ１端子、及び、ＳＥＬ＿ＣＨ２端子からの各入力信号に応じて、アンテナ駆動回路Ｘ１０の駆動チャンネル、及び、駆動方式の設定を行う。アンテナ駆動回路Ｘ１０の駆動方式としては、Ｈブリッジ駆動方式（ＳＥＬ＿ＳＷ＝Ｈ）とハーフブリッジ駆動方式（ＳＥＬ＿ＳＷ＝Ｌ）を任意に切り替えることが可能である。

図７は、アンテナ駆動装置Ｘの端子説明図であり、ピン番号、端子名、及び、機能が記載されている。１ピン（ＢＳＴ）、２ピン（ＣＰ４）、３ピン（ＣＰ３）、４ピン（ＣＰ２）、及び、５ピン（ＣＰ１）は、いずれも昇圧回路（チャージポンプ）用の容量接続端子である。６ピン（ＸＯＵＴ）と７ピン（ＸＩＮ）は、いずれも水晶振動子接続端子である。８ピン（ＧＮＤ）は、信号部用のＧＮＤ端子である。９ピン（ＯＵＴ１Ｐ）及び１０ピン（ＯＵＴ１Ｎ）は、第１チャンネルのドライバ出力端子である。１１ピン（ＥＮ＿ＤＲＶ）は、ドライバ出力オン／オフ端子（Ｌ：停止、Ｈ：駆動）である。１２ピン（ＳＴＢＹ）は、スタンバイオン／オフ端子（Ｌ：スタンバイ、Ｈ：イネーブル）である。１３ピン（ＩＳＥＴ）は、スロープ設定用の抵抗接続端子である。１４ピン（ＰＧＮＤ）は、ドライバ出力部用のＧＮＤ端子である。１５ピン（ＤＩＡＧ）は、保護機能検出出力端子（Ｌ：検出、Ｈ：未検出）である。１６ピン（ＳＥＬ＿ＣＨ１）及び１７ピン（ＳＥＬ＿ＣＨ２）は、いずれも駆動チャンネル切り替え端子である。１８ピン（ＳＥＬ＿ＳＷ）はＨブリッジ、ハーフブリッジ切り替え端子（Ｌ：ハーフブリッジ、Ｈ：Ｈブリッジ）である。１９ピン（ＯＵＴ２Ｐ）及び２０ピン（ＯＵＴ２Ｎ）は、いずれも第２チャンネルのドライバ出力端子である。２１ピン（ＶＳ）は、ドライバ部の電源端子である。２２ピン（ＣＳ）は、外部接続ＦＥＴ電流検出端子である。２３ピン（ＶＲＥＧ）は、ＦＥＴ駆動用５ＶＲＥＧ出力端子である。２４ピン（ＯＵＴＧ）は、ＦＥＴゲートドライブ端子である。２５ピン（ＣＯＭＰ）は、エラーアンプ出力端子である。２６ピン（ＦＢ）は、エラーアンプ入力端子である。２７ピン（ＶＣＣ）は、電源端子である。２８ピン（ＳＳ）はソフトスタート時間設定端子である。

図８は、アンテナ駆動装置Ｘの入出力論理表であり、パターン番号（１）〜（８）、入力論理（ＳＴＢＹ、ＥＮ＿ＤＥＶ、ＳＥＬ＿ＳＷ、ＳＥＬ＿ＣＨ１、ＳＥＬ＿ＣＨ２）、及び、出力論理（ＯＵＴ１Ｐ、ＯＵＴ１Ｎ、ＯＵＴ２Ｐ、ＯＵＴ２Ｎ）が示されている。

図９は、アンテナ駆動装置Ｘの入出力タイミングチャートであり、上から順に、ＳＴＢＹ、内部ＣＬＫ、ＥＮ＿ＤＲＶ、ＳＥＬ＿ＳＷ、ＳＥＬ＿ＣＨ１、ＳＥＬ＿ＣＨ２、ＯＵＴ１Ｐ、ＯＵＴ１Ｎ、ＯＵＴ２Ｐ、及び、ＯＵＴ２Ｎが描写されている。なお、図９中の符号（１）〜（８）は、図８のパターン（１）〜（８）に相当する。

図１０は、電源回路Ｘ２０におけるスイッチングコントローラ部の起動／停止タイミングチャートであり、上から順番に、ＳＴＢＹ、ＶＲＥＧ、ＳＳ、ＸＩＮ／ＸＯＵＴ、ＢＳＴ、ＯＵＴＧ、及び、ＶＳが描写されている。

図１１は、アンテナ駆動回路Ｘ１０におけるドライバ部の起動／停止／出力論理切り替えタイミングチャートであり、上から順に、ＶＣＣ、ＳＴＢＹ、ＥＮ＿ＤＲＶ、ＳＥＬ＿ＳＷ、ＳＥＬ＿ＣＨ１、及び、ＳＥＬ＿ＣＨ２が描写されている。ＶＣＣ投入後、所定時間（例えば５０μｓｅｃ）以上でＳＴＢＹ端子がハイレベルとされ、電源回路Ｘ２０の出力動作が許可される。その後、出力電圧Ｖｏ（＝ＶＳ端子電圧）が安定した後に、ＥＮ＿ＤＥＶがハイレベルとされる。すなわち、アンテナ駆動回路Ｘ１０は、出力電圧Ｖｏが安定となってから出力動作を許可される。なお、ＳＥＬ＿ＳＷ、ＳＥＬ＿ＣＨ１、及び、ＳＥＬ＿ＣＨ２は、ＥＮ＿ＤＲＶのハイレベル期間中には、図８のパターン（３）〜（８）の任意のパターンに固定されているべきであり、望ましくは、図１１に示したように、ＥＮ＿ＤＲＶのハイレベル期間前後に所定のマージン期間を設けて、ＳＥＬ＿ＳＷ、ＳＥＬ＿ＣＨ１、及び、ＳＥＬ＿ＣＨ２の切り替え可能タイミングを制限するとよい。このように、アンテナ駆動回路Ｘ１０は、その出力動作が許可されるまでに、その駆動方式と駆動チャンネルを確定しておくことが望ましい。

図１２は、ＩＳＥＴ端子に接続される外付け抵抗［ｋΩ］と、台形波信号のスルーレート［Ｖ／μｓｅｃ］との相関図である。このように、アンテナ駆動回路Ｘ１０は、ＩＳＥＴ端子に接続される外付け抵抗に基づいて台形波信号のスロープを可変的に設定することが可能である。

図１３は、コイルＬ定数の設定方法を説明するためのコイル電流波形図であり、図１４は、電源回路Ｘ２０の出力段の一例を示す回路図である。電源回路Ｘ２０は、出力段のコイルに流れる電流のリップル成分をΔＩＬ（＝（１／Ｌ）×ＶＣＣ×（Ｖｏ−ＶＣＣ）／Ｖｏ×（１／ｆ）、ただし、ｆはスイッチング周波数）、定格電流をＩＬＲ、入力電流最大値をＩＩＮＭＡＸとしたときに、ＩＩＮＭＡＸ＋ΔＩＬ／２＜ＩＬＲを満たすように、コイルの定数を設定することが望ましい。

図１５は、電源回路Ｘ２０のエラーアンプに接続される帰還抵抗の設定方法を説明するための回路図である。帰還抵抗の抵抗値Ｒ１、Ｒ２は、Ｖｏ＝（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ２×ＶＲＥＦとなるように設定すればよい。このような設定を行うことにより、電源回路Ｘ２０では、出力電圧Ｖｏを抵抗分圧して得られる帰還電圧ＦＢ（＝｛Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）｝×Ｖｏ）と所定の基準電圧（＝ＶＲＥＦ）が一致するように出力電圧Ｖｏが生成される。

次に、電源回路Ｘ２０の出力帰還ループにおける位相補償の設定方法について詳細な説明を行う。出力帰還ループの安定条件は、ゲインが１（０ｄＢ）のときの位相遅れが１５０°以下（すなわち位相マージン３０°以上）となる。また、電源回路Ｘ２０は、スイッチング周波数によりサンプリングされているので、系全体のＧＢＷは、スイッチング周波数の１／１０以下に設定することが望ましい。まとめると、電源回路Ｘ２０が目標とする特性は、（１）ゲインが１（０ｄＢ）のときの位相遅れが１５０°以下（すなわち位相マージン３０°以上）であって、かつ、（２）そのときのＧＢＷ（すなわちゲイン０ｄＢの周波数）がスイッチング周波数の１／１０以下となる。

電源回路Ｘ２０では、ＧＢＷの制限により応答性が決定されるので、応答性を上げるためには、スイッチング周波数の高周波化が必要となる。位相補償により安定性を確保するには、ＬＣ共振によって生じる２次の位相遅れ（−１８０°）を２次の位相進み（すなわち位相進みを２つ入れる）によりキャンセルしてやることが必要となる。

また、電源回路Ｘ２０のＧＢＷ（ゲイン０ｄＢのときの周波数）は、エラーアンプに付ける位相補償容量によって決定されるので、ＧＢＷを下げたい場合は位相補償容量を大きくすればよい。

図１６は、一般的な積分器（ローパスフィルタ）を示す回路図であり、図１７は、積分器のオープンループ特性図である。図１７の（ａ）点では、周波数ｆａ＝１／２πＲＣＡ［Ｈｚ］となり、（ｂ）点では、周波数ｆｂ＝ＧＢＷ＝１／２πＲＣ［Ｈｚ］となる。エラーアンプには、このような位相補償が施されるため、ローパスフィルタと等価となる。なお、電源回路Ｘ２０では、図１６の符号Ｒは、帰還抵抗の並列となる。

図１８は、エラーアンプの位相補償方法を説明するための回路図である。先にも述べた通り、ＬＣ共振（共振周波数ｆｐ＝１／２π√ＬＣ［Ｈｚ］）によって生じる２次の位相遅れをキャンセルするためには、２つの位相進み（ｆｚ１＝１／２πＣ１Ｒ１［Ｈｚ］、ｆｚ２＝１／２πＣ２Ｒ３）を挿入する必要がある。

＜その他の変形例＞
なお、本発明の構成は、上記実施形態のほか、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。

本発明に係るアンテナ駆動装置は、スマートエントリシステムやタイヤ空気圧監視システムなど、ＬＦ帯域のアンテナを搭載したシステムに利用することが可能である。

１ アンテナ駆動装置
２ アンテナ負荷
１０ 台形波信号生成回路
１１ コンデンサ
１２、１３ 直流電流源
１４ セレクタ
１５ 上下クランプ
２０ バッファアンプ
３０ 位相反転回路
３１ オペアンプ
３２、３３ 抵抗
４０ 第１差動増幅回路
４１ オペアンプ
４２、４３、４４、４５ 抵抗
５０ 第２差動増幅回路
５１ オペアンプ
５２、５３、５４、５５ 抵抗
６０ バイアス電圧生成回路
６１ バッファアンプ
６２、６３ 抵抗
７０ 台形波スロープ設定回路
７１ オペアンプ
７２ ｎｐｎ型バイポーラトランジスタ
７３ 直流電圧源
７４ 充放電電流設定部
７５ 外付け抵抗
Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３ ｐｎｐ型バイポーラトランジスタ
Ｑ４、Ｑ５ ｎｐｎ型バイポーラトランジスタ
Ｎ１ Ｎチャネル型ＭＯＳ電界効果トランジスタ
Ｘ アンテナ駆動装置
Ｘ１０ アンテナ駆動回路
Ｘ２０ 電源回路
Ｘ２１ 過電流保護回路（電源回路用）
Ｘ２２ 位相補償回路（電源回路用）
Ｘ３０ 発振回路
Ｘ４０ 電源保護回路

Claims (16)

1. 所定周波数の矩形波信号から台形波信号を生成する台形波信号生成回路と、
   前記台形波信号を増幅してアンテナ負荷に供給する台形波信号増幅回路と、
   を有して成ることを特徴とするアンテナ駆動装置。
2. 前記台形波信号のスロープを可変的に設定する台形波スロープ設定回路を有して成ることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ駆動装置。
3. 前記台形波信号生成回路は、前記矩形波信号に応じてコンデンサの充放電を行うことで前記台形波信号を生成し、
   前記台形波スロープ設定回路は、前記コンデンサの充放電電流を可変的に設定することを特徴とする請求項２に記載のアンテナ駆動装置。
4. 前記台形波信号増幅回路は、互いの位相が反転された正相出力信号と逆相出力信号を前記アンテナ負荷の両端にそれぞれ供給することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のアンテナ駆動装置。
5. 前記台形波スロープ設定回路は、
   スロープ設定電流に応じて第１ミラー電流を生成する第１カレントミラーと、
   前記スロープ設定電流に応じて第２ミラー電流を生成する第２カレントミラーと、
   を含んでおり、
   前記台形波信号生成回路は、
   前記コンデンサと、
   前記コンデンサに前記第１ミラー電流を流し込む第１直流電流源と、
   前記コンデンサから前記第２ミラー電流を引き抜く第２直流電流源と、
   前記矩形波信号に応じて前記第２カレントミラーのオン／オフを制御するスイッチと、
   を含んでいることを特徴とする請求項３に記載のアンテナ駆動装置。
6. 入力電圧から所望の出力電圧を生成する電源回路と；
   前記出力電圧の供給を受けてアンテナ負荷を駆動するアンテナ駆動回路と；
   を有し、
   前記アンテナ駆動回路は、
   所定周波数の矩形波信号から台形波信号を生成する台形波信号生成回路と、
   前記台形波信号を増幅して前記アンテナ負荷に供給する台形波信号増幅回路と、を含んでいることを特徴とするアンテナ駆動装置。
7. 前記電源回路は、過電流保護回路を含んでいることを特徴とする請求項６に記載のアンテナ駆動装置。
8. 前記矩形波信号を生成する発振回路をさらに有することを特徴とする請求項６または請求項７に記載のアンテナ駆動装置。
9. 前記電源回路の誤動作を防止する電源保護回路をさらに有することを特徴とする請求項６〜請求項８のいずれか１項に記載のアンテナ駆動装置。
10. 前記アンテナ駆動回路は、所定の制御信号に応じてＨブリッジ駆動方式とハーフブリッジ駆動方式を切り替えることを特徴とする請求項６〜請求項９のいずれか１項に記載のアンテナ駆動装置。
11. 前記電源回路は、出力帰還ループの位相補償を行う位相補償回路を含んでいることを特徴とする請求項６〜請求項１０のいずれか１項に記載のアンテナ駆動装置。
12. 前記電源回路は、前記入力電圧が投入されてから所定時間が経過した後に出力動作を許可され、
    前記アンテナ駆動回路は、前記出力電圧が安定となってから出力動作を許可され、かつその出力動作が許可されるまでに駆動方式と駆動チャンネルが確定されることを特徴とする請求項６〜請求項１１のいずれか１項に記載のアンテナ駆動装置。
13. 前記アンテナ駆動回路は、外付け抵抗に基づいて前記台形波信号のスロープを可変的に設定することを特徴とする請求項６〜請求項１２のいずれか１項に記載のアンテナ駆動装置。
14. 前記電源回路は、出力段のコイルに流れる電流のリップル成分をΔＩＬ、定格電流をＩＬＲ、入力電流最大値をＩＩＮＭＡＸとしたときに、ＩＩＮＭＡＸ＋ΔＩＬ／２＜ＩＬＲを満たすように、前記コイルの定数が設定されていることを特徴とする請求項６〜請求項１３のいずれか１項に記載のアンテナ駆動装置。
15. 前記電源回路は、前記出力電圧を抵抗分圧して得られる帰還電圧と所定の基準電圧が一致するように前記出力電圧を生成することを特徴とする請求項６〜請求項１４のいずれか１項に記載のアンテナ駆動装置。
16. 前記電源回路は、ゲインが０ｄＢのときの位相遅れが１５０°以下、かつ、ゲインが０ｄＢのときの周波数がスイッチング周波数の１／１０以下となるように設計されていることを特徴とする請求項６〜請求項１５のいずれか１項に記載のアンテナ駆動装置。

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