JP2016100702A - 半導体装置及び送受信システム - Google Patents

Abstract

【課題】設計工数を抑制しつつ、受信に適した波形を送信すること。
【解決手段】送受信装置２は、仮想接地点側で終端素子２１３により終端されたアンテナ素子２１と、アンテナ素子２１を囲む、予め定められた電位の導体プレーン２３と、アンテナ素子２１の両端部に対し、差動信号を出力する送信回路２５とを有する。アンテナ素子２１の第１の外縁部分２１４と導体プレーン２３との間隔は、アンテナ素子２１の第２の外縁部分２１５と導体プレーン２３との間隔より短い。
【選択図】図３

Description

本発明は半導体装置及び送受信システムに関し、例えば、近接して配置されたアンテナ間で電磁界結合を用いて伝送を行う半導体装置及び送受信システムに関する。

アンテナ間の電磁界結合を利用して、非接触でアンテナに接続された半導体チップ間のベースバンド伝送を行う「非接触コネクタ」と呼ばれる技術が知られている。この技術は、近接して配置されたアンテナ間で無線変調を用いずにベースバンド伝送を行うため、伝送距離が限られるものの高速性に優れている。また、変調回路が不要なことから低消費電力化にも有効である。非接触コネクタにおけるアンテナとして、ループアンテナを用いる構成が知られている（特許文献１）。また、非特許文献１では、抵抗素子により終端した伝送線路間の電磁界によるベースバンド伝送について開示している。また、コモンモードノイズを低減する技術として、抵抗素子及び容量素子を用いて伝送線路を終端する技術が知られている（特許文献２〜５）。

特開２０１３−１６１９０５号公報 特開２００６−１１５３３７号公報 特許第３１６６５７１号公報 特開２００３−１８２２４号公報 特開平１１−２０５１１８号公報

T. Takeya et al., "A 12Gb/s Non-Contact Interface with Coupled Transmission Lines", IEEE International Solid-State Circuits Conference, Digest of Technical Papers, 2011, pp. 492-494

発明者は以下の問題を見出した。
受信に適した波形を送信するためには、アンテナの間に発生する電磁界により複雑に変化する周波数応答を考慮したアンテナ設計が求められ、設計工数が増大してしまう。

その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

一実施の形態によれば、半導体装置は、仮想接地点側で終端されたアンテナ素子と、アンテナ素子を囲む導体とを有し、アンテナ素子の第１の外縁部分と導体との間隔は、アンテナ素子の第２の外縁部分と導体との間隔より短い。

前記一実施の形態によれば、設計工数を抑制しつつ、受信に適した波形を送信することができる。

実施の形態１にかかる送受信システムの構成を示すブロック図である。 実施の形態１にかかる送受信システムに含まれる、一対の送受信装置の配置について模式的に示した斜視図である。 実施の形態１にかかる送受信装置について模式的に表した平面図である。 図３のＡ−Ａ’に沿った断面図である。 図３のＢ−Ｂ’に沿った断面図である。 実施の形態１にかかる送受信装置の回路構成の一例を示す回路図である。 実施の形態１にかかる送受信システムにおける送受信結果を示すグラフであり、（ａ）はアンテナ間の伝送線路における周波数特性を示し、（ｂ）は受信波形のアイパターンを示している。 比較例にかかる送受信システムにおける送受信結果を示すグラフであり、（ａ）はアンテナ間の伝送線路における周波数特性を示し、（ｂ）は受信波形のアイパターンを示している。 比較例にかかる送受信装置について模式的に表した平面図である。 実施の形態１にかかる送受信システムにおける送受信結果を示すグラフであり、（ａ）はアンテナ間の伝送線路における周波数特性を示し、（ｂ）は受信波形のアイパターンを示している。ただし、間隔Ｄｌ及びＤｒは７ｍｍに設定されている。 実施の形態１にかかる送受信システムにおける送受信結果を示すグラフであり、（ａ）はアンテナ間の伝送線路における周波数特性を示し、（ｂ）は受信波形のアイパターンを示している。ただし、間隔Ｄｌ及びＤｒは６ｍｍに設定されている。 実施の形態１にかかる送受信システムにおける送受信結果を示すグラフであり、（ａ）はアンテナ間の伝送線路における周波数特性を示し、（ｂ）は受信波形のアイパターンを示している。ただし、間隔Ｄｌ及びＤｒは４ｍｍに設定されている。 実施の形態１にかかる送受信システムにおける送受信結果を示すグラフであり、（ａ）はアンテナ間の伝送線路における周波数特性を示し、（ｂ）は受信波形のアイパターンを示している。ただし、間隔Ｄｌ及びＤｒは３ｍｍに設定されている。 実施の形態１にかかる送受信システムにおける送受信結果を示すグラフであり、（ａ）はアンテナ間の伝送線路における周波数特性を示し、（ｂ）は受信波形のアイパターンを示している。ただし、間隔Ｄｌ及びＤｒは２ｍｍに設定されている。 実施の形態２にかかる送受信装置について模式的に表した平面図である。 図１５のＡ−Ａ’に沿った断面図である。 図１５のＢ−Ｂ’に沿った断面図である。 実施の形態２にかかる送受信システムに含まれる送受信装置の回路構成の一例を示す回路図である。 実施の形態２にかかる送受信システムに含まれる送受信装置において可変抵抗素子及び可変容量素子を用いた場合の回路構成の一例を示す回路図である。 実施の形態３にかかるアンテナ素子について模式的に表した平面図である。 実施の形態３にかかる送受信システムの構成について模式的に示した斜視図である。 実施の形態３にかかる送受信システムにおいて、一対多の伝送を行う場合の構成について模式的に示した斜視図である。 受信側のアンテナ素子の一例を模式的に示す平面図である。

以下では、具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図面において、同一又は対応する要素には同一の符号が付されており、説明の明確化のため、必要に応じて重複説明は省略される。

＜実施の形態１＞
図１は、本実施の形態にかかる送受信システム１の構成を示すブロック図である。送受信システム１は、２つの情報処理装置１０を含む。情報処理装置１０は、送受信装置２と、プロセッサ１１を含む。なお、本実施の形態では、送受信システム１は、送信装置及び受信装置として機能する１対の送受信装置２を含み、双方向の送受信が可能な構成としているが、一方の情報処理装置１０が送信装置を含み受信装置を含まず、他方の情報処理装置１０が受信装置を含み送信装置を含まないよう構成してもよい。なお、本実施の形態及び後述する実施の形態において、送受信装置は、半導体装置の一例である。

プロセッサ１１は、情報処理装置１０が送信側として機能する場合、ベースバンド信号を送受信装置２に対し出力する。なお、ベースバンド信号に適用される伝送符号方式は例えばＮＲＺ（Non Return to Zero）符号が用いられるが、他の伝送符号方式であってもよい。送受信装置２は、送受信回路２０とアンテナ素子２１とを含み、情報処理装置１０が送信側として機能する場合、プロセッサ１１から出力されたベースバンド信号を増幅し、アンテナ素子２１により受信側の情報処理装置１０に送信する。また、送受信装置２は、情報処理装置１０が受信側として機能する場合、送信側の情報処理装置１０から送信された信号をアンテナ素子２１により受信し、プロセッサ１１に出力する。プロセッサ１１は、情報処理装置１０が受信側として機能する場合、受信したベースバンド信号について所定の処理を実行する。

例えば、情報処理装置１０が送信側として機能する場合、プロセッサ１１は、カメラなどの図示しない入力装置からのデータに対し、加工処理、デジタル変調処理といった処理を行い、ベースバンド信号として送受信装置２に出力してもよい。また、情報処理装置１０が受信側として機能する場合、プロセッサ１１は、ディスプレイなどの図示しない出力装置に、受信したデータを出力してもよい。

図２は、本実施形態にかかる送受信システム１に含まれる、一対の送受信装置２の配置について模式的に示した斜視図である。なお、図２に示した送受信装置２では、アンテナ素子２１を囲む後述する導体プレーン２３については、図示を省略している。

送受信システム１では、図２に示されるように、一対の送受信装置２が、互いに対向しあうように近接して配置されており、一方の送受信装置２のアンテナ素子２１と、他方の送受信装置２のアンテナ素子２１との間で、電磁界結合を用いて伝送を行う。本実施の形態では、より具体的には、アンテナ素子２１及び送受信回路２０が設けられた送受信装置２の基板２２が、略平行に対向している。これにより、一方のアンテナ素子２１と他方のアンテナ素子２１とが、予め定められた間隔を隔てて重なるよう位置している。

次に、送受信装置２について説明する。図３は、送受信装置２について模式的に表した平面図である。また、図４は図３のＡ−Ａ’に沿った断面図であり、図５は図３のＢ−Ｂ’に沿った断面図である。

図３〜５に示されるように、送受信装置２は、送受信回路２０、アンテナ素子２１、基板２２、導体プレーン２３を含む。
アンテナ素子２１は、一部に不連続部分２１０を有する環状の導体により構成されたアンテナであり、ＦＲ４（Flame Retardant Type 4）などのプリント基板である基板２２上に形成されている。アンテナ素子２１は、例えば、図３に示されるように、線対称に形成されている。アンテナ素子２１は、不連続部分２１０を形成する導体の両端部が環状の外側に屈折している。この両端部は、基板２２上に設けられた送受信回路２０にそれぞれ接続されている。アンテナ素子２１へは、送受信回路２０から差動信号が出力される。

ここで、アンテナ素子２１は、アンテナ素子２１の仮想接地点側で終端素子２１３により終端されている。より具体的には、アンテナ素子２１を構成する導体は、第１のアンテナ部２１１と、第２のアンテナ部２１２とを含んでおり、それぞれ、次のように接続されている。

第１のアンテナ部２１１の一端は、送受信回路２０に電気的に接続され、第１のアンテナ部２１１の他端は、終端素子２１３に電気的に接続されている。また、第２のアンテナ部２１２の一端は、送受信回路２０に電気的に接続され、第２のアンテナ部２１２の他端は、終端素子２１３に電気的に接続されている。すなわち、アンテナ素子２１は、第１のアンテナ部２１１、終端素子２１３、及び第２のアンテナ部２１２が連なり、環状の形状を構成している。このような構成により、アンテナ素子２１は、アンテナ素子２１を差動線路として捉えた場合の仮想接地点に相当するノードにおいて終端されている。なお、本実施の形態では、終端素子２１３は、抵抗素子である。

このようなアンテナ素子２１は、例えば、第１のアンテナ部２１１及び第２のアンテナ部２１２を構成する銅配線を基板２２に形成後、終端素子２１３を実装することで生成される。

送受信回路２０は、送信側として機能する場合、アンテナ素子２１に差動信号を送信する。また、送受信回路２０は、受信側として機能する場合、アンテナ素子２１が受信した差動信号を取得する。

図６は、２つの送受信装置２の回路構成の一例を示す回路図である。図６に示されるように、送受信回路２０は、送信回路２５及び受信回路２６を含む。送受信装置２において、アンテナ素子２１の両端部は、送信回路２５の差動信号出力端子対、及び受信回路２６の差動入力端子対に接続されている。

送信回路２５は、ドライバ群２５０により、入力された送信信号であるベースバンド信号（例えば、ＮＲＺ信号）を増幅し、差動信号としてアンテナ素子２１の両端部に出力する。これにより、アンテナ素子２１の両端部には、送信回路２５に入力された送信信号に応じた電圧信号が励振される。その結果、一方のアンテナ素子２１と電磁界結合した他方のアンテナ素子２１には、一方のアンテナ素子２１に励振された電圧に応じて、受信パルスが励起されることとなる。なお、図示しないが、送信回路２５は、一般に「イコライズ回路」と呼称される波形等価回路を備えていてもよい。

受信回路２６は、アンテナ素子２１の両端部からの差動信号が入力される回路であり、例えば、ＡＣ（alternating current）カップリングキャパシタＣＣ１、ＣＣ２、ドライバ２６１、２６３、ヒステリシスアンプ２６２を有する。アンテナ素子２１の両端部は、ＡＣカップリングキャパシタＣＣ１、ＣＣ２を介してドライバ２６１に接続されている。ドライバ２６１は、入力された信号を増幅し、ヒステリシスアンプ２６２に出力する。ヒステリシスアンプ２６２は、アンテナ素子２１により受信されたパルス信号を予め定められた伝送路符号方式（例えば、ＮＲＺ符号）の信号に変換する。ドライバ２６３は、ヒステリシスアンプ２６２から入力された信号を増幅し、出力する。また、上述の通り、アンテナ素子２１は、第１のアンテナ部２１１と、第２のアンテナ部２１２と、終端素子２１３としての抵抗ＴＲ３とを有している。このような構成により、アンテナ素子２１は、送信回路２５及び受信回路２６とともにベースバンド伝送を実現する。なお、図示しないが、受信回路２６は、一般に「イコライズ回路」と呼称される波形等価回路を備えていてもよい。

再び、図３に戻り、送受信装置２の構成の説明を続ける。
導体プレーン２３は、基板２２の表面に設けられた予め定められた電位の導体である。本実施の形態では、導体プレーン２３は、接地導体として構成されているが、導体プレーン２３の電位は固定電位であればよく、例えば、電源電圧であってもよい。導体プレーン２３は、アンテナ素子２１の環状の外側で、アンテナ素子２１と間隔をあけて、アンテナ素子２１を囲むように設けられている。より具体的には、図３に示されるように、導体プレーン２３は、アンテナ素子２１を矩形に囲んでいる。アンテナ素子２１を導体プレーン２３により囲むことで、導体プレーン２３がシールドとして機能する。このため、アンテナ素子２１による電磁界が周辺の他の機器に与える影響を低減することができる。なお、アンテナ素子２１の送受信特性に影響を与えないよう、アンテナ素子２１と導体プレーン２３との間には他の電子部品等を配置しないことが好ましい。

ここで、特に、アンテナ素子２１と導体プレーン２３との間隔は次のようになっている。すなわち、第１の間隔が、第２の間隔より短くなるようアンテナ素子２１及び導体プレーン２３は配置されている。ここで、第１の間隔は、不連続部分２１０が存在する側とは逆側のアンテナ素子２１の第１の外縁部分２１４と導体プレーン２３との間隔（Ｄｕ）である。また、第２の間隔は、不連続部分２１０と第１の外縁部分２１４とを結ぶ方向（図３における上下方向）と略直交する方向（図３における左右方向）におけるアンテナ素子２１の第２の外縁部分２１５及び第３の外縁部分２１６と導体プレーン２３との間隔（Ｄｌ、Ｄｒ）である。なお、図３によりさらに説明すると、第１の外縁部分２１４は、図３における上側の外縁部分であり、より具体的には、アンテナ中心を挟んで不連続部分２１０と対向する位置の外縁部分である。また、第２の外縁部分２１５及び第３の外縁部分２１６は、図３により説明すると、図３における左右方向において、アンテナ素子２１を形成する導体のうち、最も外側に位置する外縁部分である。また、第２の外縁部分２１５と導体プレーン２３との間隔と、第３の外縁部分２１６と導体プレーン２３との間隔は、等しい（Ｄｌ＝Ｄｒ）。なお、不連続部分２１０が存在する側のアンテナ素子２１の第４の外縁部分２１７と導体プレーン２３との間隔（Ｄｄ）は、予め定められた間隔であり、例えば、第１の外縁部分２１４と導体プレーン２３との間隔（Ｄｕ）以下の間隔となっている。

ここで、アンテナ素子２１及び導体プレーン２３の配置に関し、発明者による検討事項を示す。送信側のアンテナについて設計する場合、受信側のアンテナで信号受信に十分な振幅を確保するために、アンテナ素子２１と導体プレーン２３との間には間隔をあける必要がある。また、パルス信号の受信に適した応答波形を受信側で得るためには、送受信アンテナ間の伝送に不要な高周波帯域における利得を抑制する必要がある。このため、アンテナ間に発生する電磁界により複雑に変化する周波数応答を考慮したアンテナ設計が求められる。このような事情により、設計工数の増大を招いている。

これに対し、発明者は、上述のようにアンテナ素子２１を構成し、かつ、間隔Ｄｕが、間隔Ｄｌ、Ｄｒより短くなるようアンテナ素子２１及び導体プレーン２３を配置することで、高周波ピークに起因する波形歪み（リンギング）が抑制されることを見出した。

図７は、本実施の形態にかかる送受信システム１における送受信結果を示すグラフである。図７（ａ）は、アンテナ間の伝送線路における周波数特性を示し、図７（ｂ）は、受信波形のアイパターンを示している。図７及び後述の図において、周波数特性のグラフの横軸は周波数、縦軸はＳパラメータ値の絶対値であり、アイパターンの横軸は時間、縦軸は電圧である。一方、図８は、比較例にかかる送受信システムにおける送受信結果を示すグラフである（なお、図８に示されるグラフの縦軸のスケールは図に示されるように、図７と異なっているので注意されたい）。比較例にかかる送受信システムは、図９に示されるように、送信を行うアンテナ素子９１が終端素子を含まないループアンテナにより構成され、かつ、アンテナ素子９１と導体プレーン９３との間隔が次のようになっている点を除き、本実施形態にかかる送受信システム１と同様の構成となっている。すなわち、比較例にかかるアンテナ素子９１及び導体プレーン９３は、第１の間隔が、第２の間隔以上となるよう配置されている。ここで、第１の間隔は、不連続部分９１０が存在する側とは逆側のアンテナ素子９１の第１の外縁部分９１１と導体プレーン９３との間隔（Ｄｕ）である。また、第２の間隔は、不連続部分９１０と第１の外縁部分９１１とを結ぶ方向（図９における上下方向）と略直交する方向（図９における左右方向）におけるアンテナ素子９１の第２の外縁部分９１２及び第３の外縁部分９１３と導体プレーン９３との間隔（Ｄｌ、Ｄｒ）である。

なお、図７では、具体的には、本実施形態のアンテナ素子２１及び導体プレーン２３に関し次のような条件を採用した場合の結果を示している。
＜実施の形態１の一例（図７）の条件＞
間隔Ｄｕ：１ｍｍ
間隔Ｄｌ，Ｄｒ：５ｍｍ
間隔Ｄｄ：０．５ｍｍ
アンテナ素子２１の内径Ｄｉ：５ｍｍ
アンテナ素子２１を構成する導体の太さ：１ｍｍ

また、図８では、具体的には、比較例のアンテナ素子９１及び導体プレーン９３に関し次のような条件を採用した場合の結果を示している。
＜比較例（図８）の条件＞
間隔Ｄｕ：５ｍｍ
間隔Ｄｌ，Ｄｒ：５ｍｍ
間隔Ｄｄ：０．５ｍｍ
アンテナ素子９１の内径Ｄｉ：５ｍｍ
アンテナ素子９１を構成する導体の太さ：１ｍｍ

図７及び図８からもわかるように、アンテナ素子を仮想接地点側で終端し、間隔Ｄｕを間隔Ｄｌ及び間隔Ｄｒよりも短くすることにより、結果的に、受信側の受信波形が改善される。このように構成することにより、アンテナ素子により発生する電磁界が不均一に分布しないことがわかっている。例えば、比較例のアンテナ構成の場合、一対の送受信アンテナ間の中点を通る平面であって、アンテナ素子がなす平面と平行な平面上における電磁界の分布は、この平面に投影したアンテナ素子９１の環状の内側又は外側に不均一に存在することとなる。これに対し、本実施の形態にかかるアンテナ構成の場合、この平面上に投影されたアンテナ素子２１の環状内側に一つの電磁界強度のピークが存在する電磁界分布となる。このようなことから、図７（ａ）及び図８（ａ）の比較により示されるように、高周波利得が抑えられるものと考えられる。高周波利得が抑えられることにより、高周波成分のリンギングのために受信波形が乱れることが抑制される。したがって、受信に適した応答波形を受信側で得ることができる。よって、本実施形態にかかる送受信装置によれば、間隔Ｄｕを間隔Ｄｌ及び間隔Ｄｒよりも短くするという条件を課さずにアンテナを設計する場合に比較して、設計工数を低減しつつ受信に適した波形を得ることができる。すなわち、従来は、間隔Ｄｕ及び間隔Ｄｌ、Ｄｒといった２次元の調整を行って、設計を行う必要があったが、本実施形態によれば、間隔Ｄｕを間隔Ｄｌ及び間隔Ｄｒよりも短くするという条件のもと、間隔Ｄｕを固定し、間隔Ｄｌ、Ｄｒを変動させる１次元の調整を行うことで、間隔の調整を行うことができる。

以上、実施の形態１について説明したが、間隔Ｄｌ、Ｄｒは、アンテナ素子の内径に相当する長さであることが好ましい。図１０〜図１４は、本実施形態のアンテナ素子２１及び導体プレーン２３に関し、間隔Ｄｌ及びＤｒを７ｍｍ、６ｍｍ、４ｍｍ、３ｍｍ、２ｍｍとした場合の結果を示している。なお、間隔Ｄｌ及びＤｒをアンテナ素子２１の内径と同じ長さの５ｍｍにした場合の結果については、上述の図７を参照されたい。また、図１０〜図１４において、間隔Ｄｌ、Ｄｒ以外の条件は、上述の図７の条件と同じである。

図７及び図１０〜図１４に示されるように、間隔Ｄｌ、Ｄｒをアンテナ素子２１の内径Ｄｉよりも小さくしていくと、不要な高周波応答が増加し、その結果、リンギングが増加している。また、間隔Ｄｌ、Ｄｒをアンテナ素子２１の内径Ｄｉよりも大きくしていくと、周囲の導体プレーン２３によるエネルギー損失が減ることにより、アンテナ素子間のゲインが大きくなる。しかしながら、間隔Ｄｌ、Ｄｒを大きくすることは、実装面積を増加させることとなる。なお、アンテナ素子２１の周辺に導体プレーン２３を設けない場合、設ける場合に比較してゲインは増加するものの、周囲への放射電界が大きくなってしまうとともに外部からアンテナ素子２１へのノイズをシールドできなくなってしまうため、導体プレーン２３を設けることが好ましい。以上のことから、間隔Ｄｌ、Ｄｒは、アンテナ素子の内径に相当する長さであることが好ましい。

＜実施の形態２＞
次に、実施の形態２について説明する。本実施の形態の送受信装置３では、アンテナ素子２１に代えてアンテナ素子３１が用いられる点で実施の形態１と異なる。なお、本実施形態にかかる送受信システムは、アンテナ素子２１が下記のアンテナ素子３１に変わる点を除き、実施の形態１と同様の構成であるため、重複する説明を省略する。以下、アンテナ素子３１について説明する。

図１５は、実施の形態２にかかる送受信装置３について模式的に表した平面図である。また、図１６は図１５のＡ−Ａ’に沿った断面図であり、図１７は図１５のＢ−Ｂ’に沿った断面図である。

図１５〜図１７に示されるように、アンテナ素子３１は、一部に不連続部分３１０を有する環状の導体により構成されたアンテナであり、基板２２上に形成されている。なお、アンテナ素子３１は、例えば、図１５に示されるように、線対称に形成されている。アンテナ素子３１は、不連続部分３１０を形成する導体の両端部が環状の外側に屈折している。この両端部は、基板２２上に設けられた送受信回路２０にそれぞれ接続されている。アンテナ素子３１へは、送受信回路２０から差動信号が出力される。

ここで、アンテナ素子３１は、上述のアンテナ素子２１と同様、アンテナ素子３１の仮想接地点側で終端素子により終端されている。ただし、終端素子として、直列に接続された第１の終端素子３１４及び第２の終端素子３１５が用いられている。また、第１の終端素子３１４及び第２の終端素子３１５の間の中間ノードは、導体プレーン２３に対し第３の終端素子３１６により終端されている。すなわち、本実施の形態は、コモンモード終端されている点で、実施の形態１と異なっている。

より具体的には、アンテナ素子３１を構成する導体は、第１のアンテナ部３１１と、第２のアンテナ部３１２と、第３のアンテナ部３１３とを含んでおり、それぞれ、次のように接続されている。

第１のアンテナ部３１１の一端は、送受信回路２０に電気的に接続され、第１のアンテナ部３１１の他端は、第１の終端素子３１４に電気的に接続されている。また、第２のアンテナ部３１２の一端は、送受信回路２０に電気的に接続され、第２のアンテナ部３１２の他端は、第２の終端素子３１５に電気的に接続されている。第３のアンテナ部３１３は、アンテナ素子３１を差動線路として捉えた場合の仮想接地点に相当するノードに配置されており、両端がそれぞれ第１の終端素子３１４及び第２の終端素子３１５に電気的に接続されている。また、第３のアンテナ部３１３は、第１の終端素子３１４及び第２の終端素子３１５の中間ノードに相当する部分が、第３の終端素子３１６に電気的に接続されている。すなわち、アンテナ素子３１は、第１のアンテナ部３１１、第１の終端素子３１４、第３のアンテナ部３１３、第２の終端素子３１５及び第２のアンテナ部３１２が連なり、環状の形状を構成している。第３の終端素子３１６は、第３のアンテナ部３１３及び導体プレーン２３に電気的に接続されている。具体的には、第３の終端素子３１６は、最寄りの導体プレーン２３と接続されている。より詳細には、第３の終端素子３１６は、例えば、第３のアンテナ部３１３の外側方向に存在する導体プレーン２３の内縁部分のうち、アンテナ素子３１の中心と不連続部分３１０とを通る軸上に位置する部分と接続されている。

本実施形態では、第１の終端素子３１４及び第２の終端素子３１５は、抵抗素子であり、第３の終端素子３１６は、容量素子である。ただし、第３の終端素子３１６は、抵抗素子であってもよいが、直流電流による電力消費を抑えるために、容量素子であることが好ましい。このようなアンテナ素子３１は、例えば、第１のアンテナ部３１１、第２のアンテナ部３１２及び第３のアンテナ部３１３を構成する銅配線を基板２２に形成後、第１の終端素子３１４、第２の終端素子３１５及び第３の終端素子３１６を実装することで生成される。

なお、アンテナ素子３１と導体プレーン２３との間隔は、実施の形態１におけるアンテナ素子２１と導体プレーン２３との間隔と同様である。すなわち、第１の間隔が、第２の間隔より短くなるようアンテナ素子３１及び導体プレーン２３は配置されている。ここで、第１の間隔は、不連続部分３１０が存在する側とは逆側のアンテナ素子３１の第１の外縁部分である第３のアンテナ部３１３と導体プレーン２３との間隔（Ｄｕ）である。また、第２の間隔は、不連続部分３１０と第１の外縁部分（第３のアンテナ部３１３）とを結ぶ方向（図１５における上下方向）と略直交する方向（図１５における左右方向）におけるアンテナ素子３１の第２及び第３の外縁部分である第１のアンテナ部３１１及び第２のアンテナ部３１２と導体プレーン２３との間隔（Ｄｌ、Ｄｒ）である。ここで、上記間隔Ｄｕは、例えば、第３の終端素子３１６の大きさに相当する。第３の終端素子３１６として、一般にチップコンデンサと称される電子部品を採用する場合、間隔Ｄｕは０．５ｍｍ〜２ｍｍ程度となる。なお、不連続部分３１０が存在する側のアンテナ素子３１の外縁部分と導体プレーン２３との間隔（Ｄｄ）は、予め定められた間隔であり、例えば、間隔（Ｄｕ）以下の間隔となっている。

次に、アンテナ素子３１を用いた送受信装置３について説明する。図１８は、実施の形態２にかかる送受信システムに含まれる２つの送受信装置３の回路構成の一例を示す回路図である。送受信装置３において、アンテナ素子３１の両端部は、送信回路２５の差動信号出力端子対、及び受信回路２６の差動入力端子対に接続されている。このような構成により、送信回路２５は、アンテナ素子３１の両端部、すなわち第１のアンテナ部３１１の端部及び第２のアンテナ部３１２の端部に対して差動信号を出力する。また、受信回路２６は、アンテナ素子３１により受信された差動信号が入力され、パルス信号を予め定められた伝送路符号方式（例えば、ＮＲＺ符号）の信号に変換する。

図１８に示した例では、上述の通り、アンテナ素子３１は、第１のアンテナ部３１１と、第２のアンテナ部３１２と、第３のアンテナ部３１３と、第１の終端素子３１４としての抵抗ＴＲ４と、第２の終端素子３１５として抵抗ＴＲ４と同じ抵抗値を有する抵抗ＴＲ５と、第３の終端素子３１６としてキャパシタＣ１とを有している。ここで、第１のアンテナ部３１１と、第２のアンテナ部３１２とは、抵抗ＴＲ４及びＴＲ５により線間が終端されている。また、さらに、抵抗ＴＲ４及びＴＲ５の間の中間ノードは、キャパシタＣ１によりグランド終端されている。

送信回路２５は差動対により構成されているため、理想的には完全な差動信号をアンテナ素子３１に対して出力するが、実際には、差動対間のわずかな不釣り合いなどにより、差動信号に加えて、ノイズである同相信号を同時に出力してしまう。これは、一般にコモンノードノイズと称され、ＥＭＩ（Electro-Magnetic Interference）の要因となっている。本実施の形態では、差動信号で駆動されるアンテナ素子３１の仮想接地点が第１の終端素子３１４及び第２の終端素子３１５により終端されている。また、これら２つの終端素子の中間ノードと、導体プレーン２３との間が、第３の終端素子３１６によりグランド終端されている。このため、コモンモードノイズが低減されることとなり、ＥＭＩノイズを低減することができる。また、さらに、第３の終端素子３１６として容量素子を用いた場合、第３のアンテナ部３１３と導体プレーン２３とを容量素子でコモンモード終端することとなり、送信回路２５から導体プレーン２３に直流電流を流さずに終端することができるため、消費電力を抑えることができる。このように、本実施の形態によれば、受信に適した波形を送信するとともに、ＥＭＩノイズを低減することができる。

以上、実施の形態２について説明したが、図１９に示されるように、抵抗ＴＲ４及び抵抗ＴＲ５に代えて、抵抗値を変更することが可能な可変抵抗素子である抵抗ＴＲ６及び抵抗ＴＲ７を用い、キャパシタＣ１に代えて容量を変更することが可能な可変容量素子であるキャパシタＣ２を用いてもよい。

非接触コネクタ技術では、アンテナ素子の大きさ（アンテナ素子の内径）が大型のものと小型のものを比較すると、小型のものは、高速信号伝送が可能であるが伝送距離が短くなり、大型のものは伝送可能なデータレートは制限されるものの伝送距離を長くすることができる。また、伝送距離が長くなるにつれ、すなわちアンテナ素子が大型になるにつれ、アンテナ素子の共振周波数は小型のものに比べて低くなる。このため、大型のアンテナ素子を用いた場合、信号の立ち上がり時間が小さすぎる（周波数ドメインで、信号伝送に不要な高周波帯域で高いゲインを持つ）と、アンテナ素子の持つ不要な高周波応答成分により、受信信号にリンギングが発生してしまう場合がある。図１９に示される構成では、アンテナ素子に付加された抵抗及び容量が可変であるため、共振点を調整することができる。このため、リンギングを抑制し、ベースバンド信号の送受信に好適な波形を得ることができる。

＜実施の形態３＞
次に、実施の形態３について説明する。上記の実施の形態で示したアンテナ素子２１及びアンテナ素子３１については、縦の長さと横の長さの比が同じでなくてもよい。例えば、図２０に示されるように、アンテナ素子３１を、不連続部分３１０と第３のアンテナ部３１３とを結ぶ方向（図２０における上下方向）に延伸して構成してもよい。なお、図２０では、アンテナ素子３１について示しているが、アンテナ素子２１についても同様に延伸して構成してもよい。

また、送受信システムにおいて、送信側のアンテナ素子と受信側のアンテナ素子のうち一方について、図２０に示すような延伸された構成としてもよい。すなわち、送信側のアンテナ素子と受信側のアンテナ素子のうち、一方のアンテナ素子の全長が他方のアンテナ素子の全長よりも長くなるよう構成してもよい。なお、ここでいう、全長とは、環状のアンテナ素子の周方向の長さではなく、縦方向又は横方向の長さをいう。

例えば、図２１のように、送受信システムを構成してもよい。図２１は、実施の形態３にかかる送受信システム５の構成について模式的に示した斜視図である。送受信システム５は、送受信装置６と、送受信装置７と、可動機構８とを有する。

送受信装置６及び送受信装置７は、上述の送受信装置２又は送受信装置３と同じ構成である。ただし、送受信装置６に含まれるアンテナ素子６１の全長は、送受信装置７のアンテナ素子７１の全長よりも長い。送受信装置６、７は、互いに対向しあうように配置されており、送受信装置６のアンテナ素子６１と、送受信装置７のアンテナ素子７１との間で、電磁界結合を用いて伝送を行う。なお、アンテナ素子６１とアンテナ素子７１とは、予め定められた間隔を隔てて重なるよう位置している。

可動機構８は、送受信装置７を移動させることにより、アンテナ素子７１を送受信装置６のアンテナ素子６１上で移動させる。可動機構８は、ガイドレール８１と、可動部８２と、連結具８３を有する。ガイドレール８１は、アンテナ素子６１の延伸方向に平行するよう配置されている。可動部８２は、例えば図示しないモータなどを備え、ガイドレール８１に沿って移動する。また、連結具８３は、可動部８２と送受信装置７とを連結する。このような構成により、可動部８２の移動に伴い、送受信装置７は、送受信装置６上を移動する。

本構成によれば、一方のアンテナ素子が、他方のアンテナ素子よりも長いため、他方のアンテナ素子は、一方のアンテナ素子上の任意の位置で、電磁界結合を用いて伝送を行うことができるため、設計の自由度が向上する。また、可動機構８が設けられることにより、送受信装置の配置を可変とすることができる。このため、例えば、インクジェットプリンタにおいて、プリンタヘッドがガイドレールに沿って移動する場合であっても、プリンタヘッドに対しデータを送信し、又はプリンタヘッドからデータを受信することができる。

なお、図２１では、送受信装置７が一つの場合の構成例について示したが、図２２に示されるように、複数の送受信装置７が設けられてもよい。なお、この場合において、アンテナ素子６１の全長は複数のアンテナ素子７１の全長の総和よりも長い。複数の送受信装置７は、図２２に示されるように、それぞれが、異なる可動部８２に連結されていてもよいが、一つの可動部８２に複数の送受信装置７が連結されていてもよい。このように、送受信装置７を複数設けることにより、一対多の伝送を実現することができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は既に述べた実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることはいうまでもない。

例えば、各実施の形態で示した送受信システムでは、送信機能と受信機能を有した送受信装置を２つ設ける構成としたが、送信装置のアンテナ素子から送信し、受信装置のアンテナ素子で受信する構成としてもよい。すなわち、一方のアンテナ素子に必ずしも送信回路及び受信回路が接続されなくてもよく送信回路のみでもよい。また、他方のアンテナ素子に必ずしも送信回路及び受信回路が接続されなくてもよく受信回路のみでもよい。また、上述のアンテナ素子の構成は、送信回路に接続されたアンテナ素子だけに適用されればよく、受信回路に接続されるアンテア素子は、図９に示されるように終端素子を含まないループアンテナにより構成されてもよい。さらに、受信回路に接続されるアンテア素子は、図２３に示されるように、導体プレーンを設けずに構成されてもよい。導体プレーンを設けないことにより、受信装置の構成を小型化することができる。

また、導体プレーン２３は、アンテナ素子が配置された面と同一面上でなくてもよく、基板２２の逆側の面に形成されてもよい。また、基板２２が多層基板である場合には、基板２２の内部の層に導体プレーン２３が配置されていてもよい。

１、５ 送受信システム
２、３、６、７ 送受信装置
８ 可動機構
１０ 情報処理装置
１１ プロセッサ
２０ 送受信回路
２１、３１、６１、７１、９１ アンテナ素子
２２ 基板
２３、９３ 導体プレーン
２５ 送信回路
２６ 受信回路
８１ ガイドレール
８２ 可動部
８３ 連結具
２１０、３１０、９１０ 不連続部分
２１１、３１１ 第１のアンテナ部
２１２，３１２ 第２のアンテナ部
２１３ 終端素子
２１４、９１１ 第１の外縁部分
２１５、９１２ 第２の外縁部分
２１６、９１３ 第３の外縁部分
２１７ 第４の外縁部分
２５０ ドライバ群
２６１、２６３ ドライバ
２６２ ヒステリシスアンプ
３１３ 第３のアンテナ部
３１４ 第１の終端素子
３１５ 第２の終端素子
３１６ 第３の終端素子

Claims (15)

1. 一部に不連続部分を有する環状のアンテナ素子と、
   前記環状の外側で前記アンテナ素子を囲む、予め定められた電位の導体と、
   前記不連続部分を形成する前記アンテナ素子の両端部に対し、差動信号を出力する送信回路と
   を有し、
   前記アンテナ素子は、前記アンテナ素子の仮想接地点側で終端素子により終端され、
   前記不連続部分が存在する側とは逆側の前記アンテナ素子の第１の外縁部分と前記導体との間隔は、前記不連続部分と前記第１の外縁部分とを結ぶ方向と略直交する方向における前記アンテナ素子の第２の外縁部分と前記導体との間隔より短い
   半導体装置。
2. 前記アンテナ素子は、前記アンテナ素子の仮想接地点側で第１の終端素子及び第２の終端素子により終端され、前記第１の終端素子及び前記第２の終端素子の間の中間ノードは、前記導体に対し第３の終端素子により終端されている
   請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記第２の外縁部分と前記導体との間隔は、前記アンテナ素子の内径に相当する長さある
   請求項１に記載の半導体装置。
4. 前記第１の終端素子及び前記第２の終端素子は、抵抗素子であり、
   前記第３の終端素子は、容量素子である
   請求項２に記載の半導体装置。
5. 前記第１の終端素子及び前記第２の終端素子は、可変抵抗素子であり、
   前記第３の終端素子は、可変容量素子である
   請求項４に記載の半導体装置。
6. 前記両端部からの差動信号が入力される受信回路
   をさらに有する請求項１に記載の半導体装置。
7. 送信装置と受信装置とを備え、
   前記送信装置は、
   一部に不連続部分を有する環状の第１のアンテナ素子と、
   前記環状の外側で前記第１のアンテナ素子を囲む、予め定められた電位の導体と、
   前記不連続部分を形成する前記第１のアンテナ素子の両端部に対し、差動信号を出力する送信回路と
   を有し、
   前記第１のアンテナ素子は、前記第１のアンテナ素子の仮想接地点側で終端素子により終端され、
   前記不連続部分が存在する側とは逆側の前記第１のアンテナ素子の第１の外縁部分と前記導体との間隔は、前記不連続部分と前記第１の外縁部分とを結ぶ方向と略直交する方向における前記第１のアンテナ素子の第２の外縁部分と前記導体との間隔より短く、
   前記受信装置は、
   前記第１のアンテナ素子と対向して配置された、一部に不連続部分を有する環状の第２のアンテナ素子と、
   前記不連続部分を形成する前記第２のアンテナ素子の両端部からの差動信号が入力される受信回路と
   を有する
   送受信システム。
8. 前記第１のアンテナ素子は、前記第１のアンテナ素子の仮想接地点側で第１の終端素子及び第２の終端素子により終端され、前記第１の終端素子及び前記第２の終端素子の間の中間ノードは、前記導体に対し第３の終端素子により終端されている
   請求項７に記載の送受信システム。
9. 前記第１のアンテナ素子又は前記第２のアンテナ素子のうち一方の全長は他方の全長よりも長い
   請求項７に記載の送受信システム。
10. 前記他方のアンテナ素子を前記一方のアンテナ素子上で移動させる可動機構
    をさらに有する
    請求項９に記載の送受信システム。
11. 前記第１のアンテナ素子又は前記第２のアンテナ素子のうち一方のアンテナ素子は一つであり、他方のアンテナ素子は複数であり、前記一方のアンテナ素子の全長は前記他方の複数のアンテナ素子の全長の総和よりも長い
    請求項７に記載の送受信システム。
12. 前記第２の外縁部分と前記導体との間隔は、前記第１のアンテナ素子の内径に相当する長さである
    請求項７に記載の送受信システム。
13. 前記第１の終端素子及び前記第２の終端素子は、抵抗素子であり、
    前記第３の終端素子は、容量素子である
    請求項８に記載の送受信システム。
14. 前記第１の終端素子及び前記第２の終端素子は、可変抵抗素子であり、
    前記第３の終端素子は、可変容量素子である
    請求項１３に記載の送受信システム。
15. 第１の送受信装置と第２の送受信装置とを備え、
    前記第１の送受信装置及び前記第２の送受信装置は、それぞれ、
    一部に不連続部分を有する環状のアンテナ素子と、
    前記環状の外側で前記アンテナ素子を囲む、予め定められた電位の導体と、
    前記不連続部分を形成する前記アンテナ素子の両端部に対し、差動信号を出力する送信回路と、
    前記両端部からの差動信号が入力される受信回路と
    を有し、
    前記アンテナ素子は、前記アンテナ素子の仮想接地点側で終端素子により終端され、
    前記不連続部分が存在する側とは逆側の前記アンテナ素子の第１の外縁部分と前記導体との間隔は、前記不連続部分と前記第１の外縁部分とを結ぶ方向と略直交する方向における前記アンテナ素子の第２の外縁部分と前記導体との間隔より短い
    送受信システム。