非接觸接收器、諧振電路以及可變電容元件的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種設(shè)有接收部和整流部的非接觸接收器以及用于所述非接觸接收器的諧振電路以及可變電容元件。接收部具有諧振電路,諧振電路包括具有由鐵電材料形成的可變電容元件的諧振電容器和連接于諧振電容器的諧振線圈，可變電容元件的電容隨著預(yù)定頻率的接收電壓而變化。整流部將從接收部輸出的交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓。本發(fā)明提供了更簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)和對(duì)接收電壓更高的耐壓性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】非接觸接收器、諧振電路以及可變電容元件
[0001]本申請(qǐng)是母案為如下申請(qǐng)的分案申請(qǐng):
申請(qǐng)?zhí)?200910168122.0
申請(qǐng)日:2009年8月28日
發(fā)明名稱(chēng):非接觸接收器、諧振電路以及可變電容元件。
[0002]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
本申請(qǐng)包含與2008年8月29日向日本專(zhuān)利局提交的日本專(zhuān)利申請(qǐng)JP2008-222812相關(guān)的主題并要求該專(zhuān)利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，將其全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用并入此處。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明涉及非接觸接收器、諧振電路以及可變電容元件，更具體地涉及適用于如非接觸IC卡等從讀/寫(xiě)器接收電波的器件的非接觸接收器、諧振電路以及可變電容元件。

【背景技術(shù)】
[0004]從外部接收偏置信號(hào)以改變其電容，從而控制頻率、時(shí)間等的可變電容元件已得到應(yīng)用。市場(chǎng)已出售的所述可變電容元件例如包括可變電容二極管(變?nèi)荻O管)和MEMS (微機(jī)電系統(tǒng))。
[0005]圖1IA和IlB表示可變電容元件的電路配置和特性示例。圖1lA表示圍繞可變電容元件160的電路配置，且圖1lB表示可變電容元件160的電容Cv對(duì)控制電壓的依存關(guān)系?？勺冸娙菰?60通常具有兩個(gè)端子，且沒(méi)有用于接收偏置信號(hào)以控制電容的專(zhuān)用端子。因此，在如圖1lA所示的實(shí)際電路上，可變電容元件160配置為具有四個(gè)端子。更具體地，可變電容元件160(可變電容器)的一個(gè)端子經(jīng)由偏置消除電容器161連接于用于交流信號(hào)的一個(gè)輸入輸出端子，并還經(jīng)由限流電阻器162連接于用于控制電壓信號(hào)的輸入端子。此外，可變電容元件160的另一端子連接于用于交流信號(hào)的另一輸入輸出端子，并還連接于用于控制電壓信號(hào)的輸出端子。
[0006]在如上所述的可變電容元件160的電路配置中，信號(hào)電流(交流信號(hào))流經(jīng)偏置消除電容器161和可變電容器160，且控制電流(DC偏置電流)經(jīng)由限流電阻器162僅流經(jīng)可變電容器160。如圖1lB所示，在該過(guò)程中，通過(guò)改變控制電壓改變了可變電容器160的電容Cv，從而導(dǎo)致信號(hào)電流的變化。
[0007]使用如上所述的可變電容元件作為非接觸IC卡中的保護(hù)電路的技術(shù)已經(jīng)提出(例如，參照2008-7059號(hào)日本未審查專(zhuān)利申請(qǐng)公報(bào))。在2008-7059號(hào)日本未審查專(zhuān)利申請(qǐng)公報(bào)中，可變電容元件用作保護(hù)電路，以避免當(dāng)非接觸IC卡靠近讀/寫(xiě)器(以下稱(chēng)為R/W)時(shí)，由過(guò)強(qiáng)的接收信號(hào)造成包括低耐壓性半導(dǎo)體器件在內(nèi)的控制電路的毀壞。
[0008]圖12是2008-7059號(hào)日本未審查專(zhuān)利申請(qǐng)公報(bào)中提出的非接觸IC卡的框圖。在2008-7059號(hào)日本未審查專(zhuān)利申請(qǐng)公報(bào)中，以可變電容二極管103d作為可變電容元件。此夕卜，包括偏置消除電容器103c和可變電容二極管103d的串聯(lián)電路并聯(lián)于包括線圈103a和電容器103b的諧振電路。
[0009]在2008-7059號(hào)日本未審查專(zhuān)利申請(qǐng)公報(bào)中，通過(guò)在檢波電路113處檢測(cè)接收信號(hào)所得到的直流電壓Vout由電阻器114a和114b分壓。分壓后的直流電壓(施加于電阻器114b的直流電壓)經(jīng)由用于消除其波動(dòng)的線圈115施加于可變電容二極管103d，以便調(diào)節(jié)可變電容二極管103d的電容。即，分壓后的直流電壓用作可變電容二極管103d的控制電壓。
[0010]根據(jù)2008-7059號(hào)日本未審查專(zhuān)利申請(qǐng)公報(bào)，當(dāng)存在過(guò)強(qiáng)的接收信號(hào)時(shí)，可變電容二極管103d的電容隨著控制電壓變小，使得接收天線103的諧振頻率變高。圖13表示諧振頻率的特性。在圖13所示的特性中，橫軸表示頻率，且縱軸表示信號(hào)響應(yīng)。當(dāng)存在過(guò)強(qiáng)的接收信號(hào)時(shí)，可變電容二極管103d的電容變小(即，接收天線103的合成電容變小)，且接收天線103的諧振頻率以頻率△ f移動(dòng)到頻率更高的區(qū)域(如圖13中的虛線所示)，所述頻率Af對(duì)應(yīng)于電容減少的量。這導(dǎo)致接收信號(hào)在頻率&處的響應(yīng)低于電容減少前的響應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)接收信號(hào)的電平的控制。2008-7059號(hào)日本未審查專(zhuān)利申請(qǐng)公報(bào)中提出的技術(shù)通過(guò)如上所述的可變電容元件來(lái)保護(hù)控制電路120。
[0011]本發(fā)明人還提出了以使用鐵電材料的元件作為可變電容元件(例如，參照2007-287996號(hào)日本未審查專(zhuān)利申請(qǐng)公報(bào))。在2007-287996號(hào)日本未審查專(zhuān)利申請(qǐng)公報(bào)中，提出了具有如圖14A和14B所示的電極結(jié)構(gòu)的可變電容元件200，以實(shí)現(xiàn)更高的可靠性和生產(chǎn)率。圖14A是表示可變電容元件200的外形的立體圖，且圖14B是表示可變電容元件200的配置的剖面圖。根據(jù)2007-287996號(hào)日本未審查專(zhuān)利申請(qǐng)公報(bào)，可變電容元件200在立方體形的介電的鐵電層204的四個(gè)表面的每個(gè)表面處設(shè)有端子。四個(gè)端子中的彼此面對(duì)的兩個(gè)端子是連接于信號(hào)電源203的信號(hào)端子203a和203b，且彼此面對(duì)的另兩個(gè)端子是連接于控制電源202的控制端子202a和202b。
[0012]在可變電容元件200內(nèi)部，如圖14B所示，在鐵電層204內(nèi)依次層疊有多個(gè)控制電極202c~202g以及多個(gè)信號(hào)電極203c~203f。在圖14B的例子中，最底層的控制電極202g、從底部起第五層的控制電極202e以及頂層的控制電極202c連接于位于一側(cè)的控制端子202a。從底部起第三層的控制電極202f以及從底部起第七層的控制電極202d連接于位于另一側(cè)的控制端子202b。此外，從底部起第二層的信號(hào)電極203f以及從底部起第六層的信號(hào)電極203d連接于位于一側(cè)的信號(hào)端子203a。而且，從底部起第四層的信號(hào)電極203e以及從底部起第八層的信號(hào)電極203c連接于另一側(cè)的信號(hào)端子203b。
[0013]在2007-287996號(hào)日本未審查專(zhuān)利申請(qǐng)公報(bào)中公開(kāi)的可變電容元件200具有以下優(yōu)點(diǎn):通過(guò)在內(nèi)部層疊信號(hào)電極層和控制電極層，能夠?qū)刂贫撕托盘?hào)端單獨(dú)施加電壓，且能夠以低成本增加電容。此外，具有如2007-287996號(hào)日本未審查專(zhuān)利申請(qǐng)公報(bào)中公開(kāi)的結(jié)構(gòu)的可變電容元件200易于制造且成本低。而且，根據(jù)2007-287996號(hào)日本未審查專(zhuān)利申請(qǐng)公報(bào)的可變電容元件200不需要圖1lA所示的偏置消除電容器161。
[0014]當(dāng)諸如上述非接觸IC卡的非接觸接收器過(guò)于靠近R/W時(shí)，非接觸接收器不利地承受過(guò)高的接收電壓，且半導(dǎo)體集成電路器件(IC)因而毀壞。在2008-7059號(hào)日本未審查專(zhuān)利申請(qǐng)公報(bào)中，以可變電容二極管作為保護(hù)電路來(lái)解決該問(wèn)題。在一些相關(guān)技術(shù)中，包括諸如FET(場(chǎng)效應(yīng)晶體管)等半導(dǎo)體器件的開(kāi)關(guān)電路用作IC輸入端處的保護(hù)電路，以解決上述問(wèn)題。
[0015]然而，如2008-7059號(hào)日本未審查專(zhuān)利申請(qǐng)公報(bào)中公開(kāi)的，當(dāng)以可變電容元件用作保護(hù)電路時(shí)，用于阻止直流的偏置消除電容器需要連接于可變電容元件，以避免控制信號(hào)(直流電壓)影響諧振電路。此外，需要另外的電路產(chǎn)生用于可變電容元件的控制信號(hào)。
[0016]而且，當(dāng)諸如根據(jù)2008-7059號(hào)日本未審查專(zhuān)利申請(qǐng)公報(bào)的可變電容二極管或FET的元件用作如上所述的保護(hù)電路時(shí)，由于以半導(dǎo)體形成的元件的介電強(qiáng)度低，故保護(hù)電路自身的耐壓性低。
[0017]此外，在2007-287996號(hào)日本未審查專(zhuān)利申請(qǐng)公報(bào)中提出的可變電容元件200包括四個(gè)端子，這導(dǎo)致元件尺寸較大且成本較高。根據(jù)2007-287996號(hào)日本未審查專(zhuān)利申請(qǐng)公報(bào)的可變電容元件200需要周邊電路，用于以與圖11和12所示的相關(guān)技術(shù)的例子相同的方式產(chǎn)生控制信號(hào)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0018]本發(fā)明旨在解決上述問(wèn)題。希望提供結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單且對(duì)接收電壓具有更好的耐壓性的非接觸接收器、諧振電路以及可變電容元件。
[0019]用于解決i:述問(wèn)題的手段
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了一種非接觸接收器，其包括接收部和整流部，且各部具有下述結(jié)構(gòu)和功能。接收部包括諧振電路，諧振電路包括諧振電容器和連接于諧振電容器的諧振線圈，諧振電容器包括由鐵電材料形成的可變電容元件，可變電容元件的電容隨著預(yù)定頻率的接收電壓而變化。整流部將從接收部輸出的交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓。
[0020]此外，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了一種諧振電路，其包括諧振電容器和連接于諧振電容器的諧振線圈，諧振電容器包括由鐵電材料形成的可變電容元件，可變電容元件的電容根據(jù)輸入的交流電壓變化。
[0021]而且，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了一種可變電容元件，其包括由鐵電材料形成的鐵電層和夾著鐵電層的兩個(gè)電極。鐵電層具有電容根據(jù)輸入的交流電壓改變且當(dāng)交流電壓在預(yù)定電壓范圍內(nèi)變高時(shí)電容變小的特性，交流電壓在所述預(yù)定電壓范圍內(nèi)改變。
[0022]在此使用的術(shù)語(yǔ)“接收電壓”和“交流電壓”例如指由可變電容元件接收的預(yù)定頻率的交流電壓的有效值、最大值或每半周期的平均值，且當(dāng)設(shè)計(jì)可變電容元件時(shí)，可基于可變電容元件確定該電壓。
[0023]在本發(fā)明的實(shí)施例中，電容根據(jù)接收的交流電壓而改變的可變電容元件用作如上所述的非接觸接收器的接收部的可變電容元件。因此，不必具有用于改變可變電容元件的電容的控制信號(hào)以及用于產(chǎn)生控制信號(hào)的電路。在本發(fā)明的實(shí)施例中，可變電容元件由耐壓值高于諸如半導(dǎo)體的材料的鐵電材料形成。因此，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例提供了更簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)和對(duì)接收電壓更高的耐壓性。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的非接觸接收器的例子的框圖；
圖2是表示可變電容器的外形的框圖；
圖3是鐵電層的橫截面圖；
圖4表示可變電容器的電容相對(duì)于交流電壓的變化的例子；
圖5A是圍繞可變電容器的電路原理圖； 圖5B表示可變電容器的電容相對(duì)于交流電壓的變化；
圖6A表示當(dāng)收到具有LSI的最小工作電壓的信號(hào)時(shí)的工作原理；
圖6B表示當(dāng)收到具有最大電壓的信號(hào)時(shí)的工作原理；
圖7表示具體例子的去諧特性；
圖8表示具體例子中去諧頻率與電壓壓縮比之間的關(guān)系；
圖9是解釋具體例子中可變電容器的設(shè)計(jì)概要的圖；
圖1OA是變化例子I的接收部的電路原理圖；
圖1OB是變化例子2的接收部的電路原理圖；
圖1lA是圍繞相關(guān)技術(shù)的可變電容器的電路的電路原理圖；
圖1lB表示相關(guān)技術(shù)的可變電容器的電容相對(duì)于控制電壓的變化；
圖12是相關(guān)技術(shù)的非接觸IC卡的框圖；
圖13表示以可變電容元件控制接收信號(hào)的電平的原理；
圖14A是表示相關(guān)技術(shù)的可變電容元件的外形的立體圖；以及圖14B是表示相關(guān)技術(shù)的可變電容元件的配置的剖面圖。

【具體實(shí)施方式】
[0025]下面參照附圖描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的非接觸接收器的例子。下面以如下順序描述本發(fā)明的實(shí)施方式。然而，本發(fā)明并不限于以下例子。
1.非接觸接收器的結(jié)構(gòu)
2.可變電容器的結(jié)構(gòu)
3.可變電容器的設(shè)計(jì)概要
4.具體例子
5.變化例子。
[0026]1.非接觸接收器的結(jié)構(gòu)
在該實(shí)施例中，以非接觸IC卡作為非接觸接收器的例子。圖1是該實(shí)施例的非接觸IC卡的接收系統(tǒng)(解調(diào)系統(tǒng))電路部的框圖。在圖1中，為了簡(jiǎn)潔，省略了信號(hào)的發(fā)射系統(tǒng)(調(diào)制系統(tǒng))電路部。發(fā)射系統(tǒng)電路部的結(jié)構(gòu)與相關(guān)技術(shù)的非接觸IC卡等的發(fā)射系統(tǒng)電路部結(jié)構(gòu)相同。
[0027]如圖1所示，非接觸IC卡10包括接收部I (天線)、整流部2以及信號(hào)處理部3。
[0028]接收部I包括諧振電路，諧振電路包括諧振線圈4和諧振電容器5，且由諧振電路接收從非接觸IC卡10的R/W(未圖示)發(fā)射的信號(hào)。在圖1中，諧振線圈4由電感元件4a (L)和電阻元件4b (r:大約為幾o(hù)hm)構(gòu)成。
[0029]諧振電容器5包括并聯(lián)的電容器5a和可變電容器5b (可變電容元件)，電容器5a的電容為Co，可變電容器5b的電容Cv隨著接收信號(hào)的電壓(接收電壓)而改變。即，在該實(shí)施例中，可變電容器5b與相關(guān)技術(shù)的天線(包括諧振線圈4和電容器5a的諧振電路)并聯(lián)。后面將詳細(xì)描述可變電容器5b。
[0030]電容器5a是以與相關(guān)技術(shù)的天線相同的方式由順電性(paraelectric)材料形成的電容器。由順電性材料形成的電容器5a具有低的相對(duì)介電常數(shù)，且其電容幾乎不因輸入電壓的類(lèi)型(交流或直流)或其電壓的大小而改變。因此，電容器5a對(duì)于輸入信號(hào)非常穩(wěn)定。相關(guān)技術(shù)的天線使用對(duì)于所述輸入信號(hào)具有穩(wěn)定順電性的材料形成的電容器，以避免天線的諧振頻率偏移。
[0031]在實(shí)際電路中，接收部I的電容的波動(dòng)(大約為幾pF)例如由諧振線圈4的電感元件L的變化或信號(hào)處理部3中的集成電路輸入端的寄生電容的變化造成，且對(duì)于每個(gè)非接觸IC卡10，所述波動(dòng)的量不同。因此，在該實(shí)施例中，電容器5a的電極圖案被修整以適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)電容Co，從而抑制(校正)由波動(dòng)造成的影響。
[0032]整流部2包括半波整流器電路，該半波整流器電路包括整流二極管6和整流電容器7，且整流部2將接收部I處接收的交流電壓整流成直流電壓并輸出。
[0033]信號(hào)處理部3主要包括半導(dǎo)體器件的集成電路((LS1:大規(guī)模集成電路)，并用于解調(diào)接收部I處接收的交流信號(hào)。信號(hào)處理部3中的LSI由整流部2提供的直流電壓驅(qū)動(dòng)。LSI可以是用于相關(guān)技術(shù)的非接觸IC卡(例如參照?qǐng)D12)的LSI。
[0034]2.可變電容器的結(jié)構(gòu)接下來(lái)，將參照?qǐng)D2到4描述可變電容器5b。圖2是表示可變電容器5b的外形的框圖。
[0035]可變電容器5b包括由鐵電材料形成的鐵電層51以及夾著鐵電層51的兩個(gè)電極52 和 53。
[0036]電極52和53分別經(jīng)由引線54和55連接至整流部2以及信號(hào)處理部3。電極52和53由諸如鎳的金屬材料形成。如果電極52和53由鎳形成，電極使用鍍鎳方法等形成。
[0037]鐵電層51通過(guò)烘烤包括鐵電材料的材料制成，所述鐵電材料中添加有稀土金屬等。在該過(guò)程中，根據(jù)下述的必要的電容對(duì)交流電壓的依存關(guān)系，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整鐵電層51的形成條件、膜厚等。
[0038]用作鐵電層51的鐵電材料例如可以是其中發(fā)生離子極化的鐵電材料。其中發(fā)生離子極化的鐵電材料包括離子晶體材料，并且是通過(guò)陽(yáng)離子和陰離子的原子被移位而電極化的鐵電材料。其中發(fā)生離子極化的鐵電材料通常由化學(xué)式AB03(0為氧元素)表示并具有媽欽礦(perovskite)結(jié)構(gòu)，其中兩種預(yù)定的元素為A和B。所述鐵電材料例如包括鈦酸鋇(BaT13)、鈮酸鉀(KNbO3)以及鈦酸鉛(PbT13)等。用作鐵電層51的鐵電材料可以是包括混有鋯酸鉛(PbZrO3)的鈦酸鉛(PbT13)的PZT (鋯鈦酸鉛)。
[0039]當(dāng)形成鐵電層51時(shí)，如果烘烤如上所述的添加有諸如稀土金屬的順電性材料的鐵電材料時(shí)，則鐵電層51形成為具有稱(chēng)為核殼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的粒子聚集體(粒子直徑在大約I μ m以下)。圖3表示形成于鐵電層51中的粒子(圖3的例子中，粒子直徑大約為0.3 μ m)的核殼結(jié)構(gòu)。圖3表示以BaT13 (鈦酸鋇)用作鐵電材料的粒子結(jié)構(gòu)。形成于鐵電層51中的粒子包括由鐵電物質(zhì)(在圖3的右圖中呈現(xiàn)為條紋)制成的核部56和形成為包圍核部56的具有順電性的殼(外皮)部57。
[0040]圖4表示包括鐵電層51的可變電容器5b的電容對(duì)交流電壓的依存關(guān)系(該特性以下也稱(chēng)為電容特性)，所述鐵電層51形成為具有核殼結(jié)構(gòu)的粒子的聚集體。圖4中橫軸為施加于諧振線圈4的兩端的交流電壓的有效值Vrms。縱軸為當(dāng)施加頻率為1kHz、電壓為IV的交流電壓時(shí)的以可變電容器5b的電容作為基準(zhǔn)的電容比。
[0041]供參考，圖4還表示了由非接觸IC卡接收的接收信號(hào)(交流信號(hào))的電壓(交流電壓)的范圍的例子。圖4所示，例如當(dāng)電壓處于大約為1.4到1V的正常使用范圍的非接觸IC卡靠近R/W時(shí)，由非接觸IC卡接收的交流電壓的電壓(有效值)可能超過(guò)15V且最大時(shí)可達(dá)到大約30V。這種情況下，非接觸IC卡中的LSI可能毀壞。
[0042]如圖4所示，當(dāng)施加的交流電壓小時(shí)，可變電容器5b的電容Cv隨著電壓變大而變大。可變電容器5b的電容在某一電壓(峰值電壓)處達(dá)到最大，且該峰值點(diǎn)以后，電容隨著電壓增加而減少。電容隨著電壓變大而減少的區(qū)域稱(chēng)為電容下降區(qū)域。
[0043]圖4所示的可變電容器5b的電容特性可通過(guò)改變核殼結(jié)構(gòu)的殼部厚度加以調(diào)節(jié)。殼的厚度可通過(guò)改變鐵電材料的成分、燒結(jié)條件、添加元素的類(lèi)型以及各元素的量加以調(diào)節(jié)。可變電容器5b的電容特性也可通過(guò)改變鐵電層51的厚度加以調(diào)節(jié)。例如，可通過(guò)使鐵電層51的厚度變小而使施加于可變電容器5b的交流電壓減小。如上所述，可通過(guò)調(diào)節(jié)鐵電層51的形成條件及膜厚，可以適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)可變電容器5b的電容達(dá)到最大時(shí)的峰值電壓，還可以適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)電容下降區(qū)域的電容的變化速率(特性線的斜率)等。
[0044]在該實(shí)施例中，例如，其中發(fā)生離子極化的鐵電材料被用作可變電容器5b的鐵電層51的形成材料；然而本發(fā)明不限于此?？梢允褂萌魏尾牧希灰摬牧鲜蔷哂腥鐖D4所示的電容特性的鐵電材料，所述電容特性具有電容隨著交流電壓變大而減少的區(qū)域(電容下降區(qū)域)。鐵電層51可以包括具有各向異性的鐵電材料。
[0045]此外，鐵電層51的形成材料可以是其中發(fā)生電極化的鐵電材料。在該鐵電材料中，正電荷和負(fù)電荷的分離產(chǎn)生電偶極矩，并發(fā)生極化。己經(jīng)有所報(bào)道的是，將稀土鐵氧化物作為所述材料，該稀土鐵氧化物通過(guò)形成Fe2+的電荷表面和Fe3+的電荷表面，從而形成極化來(lái)表示鐵電物質(zhì)的特性。據(jù)報(bào)道，在該系統(tǒng)中，在稀土元素為RE且鐵族元素為T(mén)M的情況下，以分子式(RE) ■ (TM)2 ■ O4 (O:氧元素)表示的材料具有高介電常數(shù)。稀土元素例如包括Y、Er、Yb以及Lu (通常使用Y和重稀土元素)，且鐵族元素例如包括Fe、Co以及Ni (通常使用 Fe) ο (RE).(TM)2 ■ O4的例子包括 ErFe 204、LuFe2O4 以及 YFe 204。
[0046]3.可變電容器的設(shè)計(jì)概要
接下來(lái)，參照?qǐng)D5和6，描述根據(jù)本實(shí)施例的可變電容器5b的電容特性的設(shè)計(jì)概要。圖5A是包括可變電容器5b的電路的電路原理圖，且圖5B表示可變電容器5b的電容Cv對(duì)交流電壓的依存關(guān)系(電容特性)。
[0047]在該實(shí)施例中，首先，調(diào)節(jié)鐵電層51的形成條件和膜厚，使得對(duì)應(yīng)于可變電容器5b的最大電容的接收信號(hào)的電壓(峰值電壓)約為信號(hào)處理部3的LSI的最小工作電壓。此外，調(diào)節(jié)鐵電層51的形成條件和膜厚，使得可變電容器5b的電容特性的電容下降區(qū)域的斜率很大。
[0048]通過(guò)如上所述的調(diào)節(jié)，得到如圖5B的特性線60所示的電容特性，其中，在LSI的最小工作電壓到接收信號(hào)的最大電壓的范圍(實(shí)際接收電壓范圍)內(nèi)，可變電容器5b的電容Cv相對(duì)于接收信號(hào)的交流電壓?jiǎn)握{(diào)減少。
[0049]對(duì)應(yīng)于可變電容器5b的最大電容的峰值電壓可以小于信號(hào)處理部3的LSI的最小工作電壓。從圖4可清楚地看出，當(dāng)對(duì)應(yīng)于可變電容器5b的最大電容的峰值電壓等于或小于信號(hào)處理部3的LSI的最小工作電壓時(shí)，從LSI的最小工作電壓到接收信號(hào)的最大電壓的范圍為電容下降區(qū)域。因此，即使當(dāng)對(duì)應(yīng)于可變電容器5b的最大電容的峰值電壓小于信號(hào)處理部3的LSI的最小工作電壓時(shí)，仍可得到類(lèi)似于圖5B的特性線60的電容特性。
[0050]此外，在該實(shí)施例中，調(diào)節(jié)可變電容器5b的電容特性，使得當(dāng)收到具有最大電壓Vmax的信號(hào)時(shí)，在接收信號(hào)(輸出電壓)頻率處的接收部I的接收電平等于或小于VLmax。后面在具體例子中詳細(xì)描述當(dāng)收到具有最大電壓Vmax的信號(hào)時(shí)，在接收部I處得到等于或小于VLmax的接收電平的設(shè)計(jì)條件。
[0051]圖6表示具有己根據(jù)上述設(shè)計(jì)概要調(diào)節(jié)過(guò)電容特性的可變電容器5b的接收部I的工作原理。圖6A表示接收在頻率處與LSI的最小工作電壓VLmin具有幾乎相同的電壓的接收信號(hào)的工作原理。圖6B表示接收在頻率4處具有最大電壓VmaxOLSI的最大工作電壓VLmax)的接收信號(hào)的工作原理。
[0052]如上所述，在該實(shí)施例中，調(diào)節(jié)可變電容器5a的電容特性，使得對(duì)應(yīng)于可變電容器5b的最大電容的峰值電壓幾乎與信號(hào)處理部3的LSI的最小工作電壓相同。因此，當(dāng)收到在頻率fl處具有LSI的最小工作電平VLmin的接收信號(hào)時(shí)，包括諧振電容器5和諧振線圈4的諧振電路的諧振頻率幾乎與接收信號(hào)的頻率相同。因此，這種情況下，如圖6A所示，與接收信號(hào)具有相同電壓的交流信號(hào)Vout從接收部I輸出。當(dāng)對(duì)應(yīng)于可變電容器5b的最大電容的峰值電壓調(diào)節(jié)為小于信號(hào)處理部3的LSI的最小工作電壓時(shí)，從接收部I輸出的交流信號(hào)的電壓小于LSI的最小工作電壓。
[0053]另一方面，調(diào)節(jié)鐵電層51的電容特性，使得當(dāng)收到如上所述的在頻率fl處具有最大電壓VmaxOLSI的最大工作電壓VLmax)的接收信號(hào)時(shí)，從接收部I輸出小于LSI的最大工作電壓VLmax的交流信號(hào)。因此，這時(shí)，如圖6B所示，從接收部I輸出具有等于或小于LSI的最大工作電壓VLmax的電壓的交流信號(hào)Vout。
[0054]在該實(shí)施例中，調(diào)節(jié)可變電容器5b的電容特性，使得接收部I處的輸出信號(hào)的電壓(在接收信號(hào)的頻率處在接收部I處的接收電平)落入如上所述的信號(hào)處理部3的LSI的工作的容許范圍內(nèi)。因此，即使當(dāng)非接觸IC卡10過(guò)于靠近側(cè)R/W并接收具有過(guò)電壓的信號(hào)時(shí)，信號(hào)處理部3的LSI仍不會(huì)損壞。
[0055]此外，在該實(shí)施例中，電容隨著接收信號(hào)的電壓而改變的可變電容器5b用作非接觸IC卡10的保護(hù)電路。因此，與圖1lA和12中相關(guān)技術(shù)的例子不同，電容不需要使用控制電壓(直流電壓)而改變，這導(dǎo)致電路配置更簡(jiǎn)單。而且，由于不必設(shè)置偏置消除電容器或用于產(chǎn)生控制電壓的附加電路，可以以更低的成本制造非接觸IC卡。此外，可節(jié)省空間(可提供更小的器件)。
[0056]在圖1lA和12所示的相關(guān)技術(shù)的例子的電路配置中，可變電容元件具有四個(gè)端子；然而，從控制電壓源流出的DC偏置電流和交流信號(hào)彼此干擾。相比之下，在該實(shí)施例中，如圖5A所示，由于未使用控制電壓源，所以可解決上述問(wèn)題。
[0057]而且，在該實(shí)施例中，由于可變電容器5b由鐵電材料形成，還可得到更高的耐電壓性。
[0058]在該實(shí)施例中，電容隨著接收信號(hào)的電壓增加而減少的電容下降區(qū)域，即等于或高于電容特性的峰值電壓的區(qū)域用作可變電容器5b的電容特性的例子；然而，本發(fā)明不限于此?？勺冸娙萜?b可以設(shè)計(jì)為通過(guò)適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)電容特性的峰值電壓(例如通過(guò)將峰值電壓設(shè)置為更高)，使得接收信號(hào)的電壓變化的范圍等于或小于峰值電壓。這時(shí)，隨著接收電壓增加，可變電容器5b的電容單調(diào)增加。因此，諧振電路的諧振頻率偏移到接收信號(hào)的頻率的較低區(qū)域，且可以控制在接收信號(hào)的頻率處的電壓。
[0059]在該實(shí)施例中，首先，調(diào)節(jié)鐵電層51的形成條件和膜厚，使得對(duì)應(yīng)于可變電容器5b的最大電容的接收信號(hào)的電壓(峰值電壓)約為信號(hào)處理部3的LSI的最小工作電壓。而且，調(diào)節(jié)鐵電層51的形成條件和膜厚，使得可變電容器5b的電容特性的電容下降區(qū)域的斜率很大。
[0060]4.具體例子
接下來(lái)，將描述實(shí)施方式的具體例子。在具體例子中，以BaT13(鈦酸鋇)用作鐵電層51的形成材料。
[0061]圖7表示當(dāng)接收部I的合成電容改變時(shí)，接收部I處的阻抗的絕對(duì)值I Z I的頻率特性(以下所述特性也稱(chēng)為去諧特性)。圖7中，橫軸表示當(dāng)接收部I的合成電容為70pF時(shí)與諧振頻率(以下也稱(chēng)為基準(zhǔn)頻率)的頻率差，且縱軸表示接收部I的阻抗|Z|。在該具體例子中，當(dāng)接收部I的合成電容為70pF時(shí)，接收部I的諧振頻率(基準(zhǔn)頻率)基本上與接收信號(hào)的頻率相同。
[0062]圖7表示當(dāng)接收部I的諧振電容器5的合成電容C(=Co+Cv)為70pF(由帶圈的線表示的特性)、60pF(由帶方塊的線表示的特性)或50pF(由帶三角的線表示的特性)時(shí)的特性。合成電容C的變化量是由于可變電容器5b的電容Cv的變化。在具體例子中，電容器5a的電容Co大約為20pF到30pF。可變電容器5b的電容Cv的變化寬度根據(jù)電容器5a的電容Co適當(dāng)?shù)刈兓?br> [0063]從圖7的去諧特性可看到，當(dāng)合成電容C變小時(shí)，即當(dāng)可變電容器5b的電容Cv變小時(shí)，接收部I的諧振頻率(當(dāng)阻抗|z|最大時(shí)的頻率)偏移到更高區(qū)域。因此，例如，如果合成電容C從70pF減少到60pF，在基準(zhǔn)頻率(接收信號(hào)的頻率)處的阻抗I Z |降低到偏移前的值的大約0.55倍的值(在圖7中由粗箭頭表示)。即，由于接收部I的接收電平與阻抗I Z I成比例，故當(dāng)合成電容C從70pF減少到60pF時(shí)，接收部I的接收電平被控制到(壓縮到)大約0.55倍。
[0064]圖8表示接收部I的諧振頻率相對(duì)于基準(zhǔn)頻率(接收信號(hào)的頻率)的相對(duì)值(諧振頻率/基準(zhǔn)頻率)與在基準(zhǔn)頻率處的接收部I的接收電平(輸出電壓)之間的關(guān)系。接收部I的諧振頻率相對(duì)于基準(zhǔn)頻率(接收信號(hào)的頻率)的相對(duì)值稱(chēng)為去諧值A(chǔ)fcK或去諧頻率)。去諧值A(chǔ)fd是對(duì)應(yīng)于接收部I的諧振頻率從接收信號(hào)的頻率的偏移量的參數(shù)。
[0065]圖8對(duì)應(yīng)于圖7，圖8的橫軸為去諧值Δfd，且縱軸為接收部I的接收電壓相對(duì)于基準(zhǔn)電壓的相對(duì)值(電壓壓縮比)。圖8的縱軸的基準(zhǔn)電壓是當(dāng)合成電容C為70pF時(shí)接收部I的接收電壓(有效值)。圖8中的圈表示當(dāng)接收部I的合成電容為70pF時(shí)的數(shù)據(jù)點(diǎn)，方塊表示當(dāng)合成電容為60pF時(shí)的數(shù)據(jù)點(diǎn)，且三角表示當(dāng)合成電容為50pF時(shí)的數(shù)據(jù)點(diǎn)。
[0066]從圖8可看到，隨著接收部I的去諧值Δ fd變大(隨著合成電容C變小)，在基準(zhǔn)頻率處的接收部I處的接收電壓變小。S卩，當(dāng)接收部I的去諧值△ fd變大時(shí)，電壓壓縮比變小(電壓壓縮的程度變大)。
[0067]下面使用上述的圖8所示的特性以及圖9所示的特性，描述具體例子中所述的可變電容器5b的設(shè)計(jì)示例。圖9表示接收部I處的接收信號(hào)的電壓的壓縮特性。圖9中，橫軸表示接收信號(hào)的電壓(有效值)，且縱軸表示在接收信號(hào)的頻率處的接收部I處的接收電壓(有效值)。
[0068]圖9中，點(diǎn)劃線表示當(dāng)未設(shè)有保護(hù)電路時(shí)的特性，且實(shí)線表示具體例子(當(dāng)設(shè)有保護(hù)電路時(shí))的特性。圖9還表示可變電容器5b的電容特性(由虛線表示)。在具體例子中，接收信號(hào)的最大電壓Vmax為10.6 (Vrms)，且信號(hào)處理部3的LSI工作且不損壞的可接受的電壓范圍(VLmin到VLmax)為1.4到5.3 (Vrms)。
[0069]在具體例子中，對(duì)應(yīng)于可變電容器5b的最大電容(圖9中的Cvl)的峰值電壓設(shè)計(jì)為約等于信號(hào)處理部3的最小工作電壓(VLmin=L 4Vrms)。因此，在接收信號(hào)的電壓變化的范圍(VLmin到Vmax)中，得到的電容特性為可變電容器5b的電容Cv (諧振電容器5的合成電容C)隨著電壓增加而減少(該特性由圖9中的虛線表示)。
[0070]此外，在具體例子中，可變電容器5b的電容特性設(shè)計(jì)為，當(dāng)具有最大電壓Vmax的接收信號(hào)輸入到接收部I時(shí)，使得接收部I處的接收電平約為信號(hào)處理部3的最大工作電壓VLmax。具體設(shè)計(jì)如下。
[0071]有必要使接收部I處的電壓壓縮比為大約0.5，以便當(dāng)具有最大電壓Vmax的接收信號(hào)輸入到接收部I時(shí)，將最大電壓Vmax(=10.6Vrms)降低到LSI的最大工作電壓VLmax (=5.3Vrms)。從圖8可知，為得到該電壓壓縮比，接收部I處的去諧值A(chǔ)fd必須大約為 1.10。
[0072]這里，當(dāng)去諧值Λ fd為I時(shí)(當(dāng)接收部I的諧振頻率與接收信號(hào)的頻率相同時(shí))的諧振電容器5的合成電容C為C1,當(dāng)去諧值Δ fd大約為1.10時(shí)的諧振電容器5的合成電容C為C2。由于接收部I處的諧振頻率與1/C1/2成比例，故得到C占C2之間的關(guān)系為C2=C1/!.1O20因此，如果可變電容器5b的電容特性設(shè)計(jì)為滿(mǎn)足該關(guān)系式，當(dāng)具有最大電壓(10.6Vrms)的接收信號(hào)輸入到接收部I時(shí)，最大電壓可被壓縮到接收部I處的LSI的最大工作電壓(5.3Vrms)。
[0073]憑借如上所述的設(shè)計(jì)，如圖9中的實(shí)線所示，當(dāng)輸入具有LSI的最小工作電壓VLmin的接收信號(hào)(=1.4Vrms)時(shí)，接收部I的接收電壓(輸出電壓)為1.4Vrms，且電壓壓縮比為I。另一方面，當(dāng)具有最大電壓Vmax(=10.6Vrms)的接收信號(hào)輸入到接收部I時(shí)，電壓被壓縮到接收部I處的1/2，且接收部I的接收電壓為5.3Vrms，這與LSI的最大工作電壓VLmax相同。
[0074]當(dāng)諧振電容器5設(shè)計(jì)為滿(mǎn)足CytVl.1O2的關(guān)系時(shí)，當(dāng)具有最大電壓Vmax的接收信號(hào)輸入到接收部I時(shí)，從接收部I輸出的交流信號(hào)的電壓小于LSI的最大工作電壓VLmax。即，在具體例子中，通過(guò)使諧振電容器5設(shè)計(jì)為滿(mǎn)足C2S C ,/1.1O2的關(guān)系，從接收部I輸出的交流信號(hào)的電壓落入信號(hào)處理部3的LSI的工作容限范圍內(nèi)，因此LSI不會(huì)損壞。
[0075]諧振電容器5的合成電容的上述關(guān)系式概括為C2S Ci/Afd2。其中去諧值A(chǔ)Fd是接收部I處(諧振電路)的對(duì)應(yīng)于信號(hào)處理部3的最大工作電壓VLmax相對(duì)于接收信號(hào)的最大電壓Vmax的相對(duì)值(VLmax/Vmax:最小必要電壓壓縮比)的去諧值。
[0076]當(dāng)實(shí)際設(shè)計(jì)接收部I處的諧振電容器5時(shí)，需要考慮電容不相對(duì)于電壓而改變的電容器5a、諧振線圈4的電容以及LSI的輸入端的寄生電容的變化等的影響。因此，考慮這些影響，電容特性?xún)?yōu)選地設(shè)置為，當(dāng)收到LSI的最小工作電壓VLmin的信號(hào)時(shí)的可變電容器5b的電容Cvl大于當(dāng)收到最大電壓Vmax的信號(hào)時(shí)的電容Cv2的大約四倍。
[0077]在上述具體例子中，當(dāng)設(shè)置可變電容器5b的電容特性時(shí)，以有效值作為與電容對(duì)應(yīng)的接收信號(hào)的電壓的例子；然而本發(fā)明不限于此。相反，例如可以使用接收信號(hào)的電壓的最大值或接收信號(hào)的每半周期的平均值。
[0078]5.奪化例子在上述實(shí)施例中，雖然以包括設(shè)有并聯(lián)的電容器5a和可變電容器5b的諧振電容器5的接收部I (天線)作為例子進(jìn)行了說(shuō)明，電容器5a的電容相對(duì)于電壓幾乎保持不變；然而本發(fā)明不限于此。例如，諧振電容器5可僅包括可變電容器5b，或諧振電容器5可包括串聯(lián)的電容器5a和可變電容器5b。
[0079]圖1OA表示諧振電容器5僅包括可變電容器5b (變化例子I)的情況下的接收部I的結(jié)構(gòu)。此外，圖1OB表示諧振電容器5設(shè)有串聯(lián)的電容器5a和可變電容器5b (變化例子2)的情況下的接收部I的結(jié)構(gòu)。在每個(gè)情況中，通過(guò)以與上述實(shí)施例中描述的設(shè)計(jì)概要相同的方式調(diào)節(jié)接收部I的諧振電容器5的合成電容C(在變化例子I中C=Cv)，得到與上述實(shí)施例相同的效果。
[0080]在上述實(shí)施例中，以非接觸IC卡作為非接觸接收器為例進(jìn)行了說(shuō)明；然而本發(fā)明不限于此。本發(fā)明可應(yīng)用于使用包括諧振線圈和諧振電容器的諧振電路以非接觸方式接收信息和/或電能的任何器件，且與所述器件能得到相同的效果。本發(fā)明也可應(yīng)用于例如移動(dòng)電話和無(wú)線功率傳輸裝置等。由于無(wú)線功率傳輸裝置設(shè)計(jì)為以非接觸形式傳輸功率，故與非接觸IC卡不同，所述裝置通常不必包括用于解調(diào)接收信號(hào)的信號(hào)處理部。
[0081]本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白，只要在所附權(quán)利要求書(shū)及其等同物的范圍內(nèi)，根據(jù)設(shè)計(jì)需要和其它因素，可以出現(xiàn)各種變化、組合、次組合以及替代。
【權(quán)利要求】
1.一種非接觸接收器，其包括: 具有諧振電路的接收部，該諧振電路包括具有由鐵電材料形成的可變電容元件的諧振電容器和連接于所述諧振電容器的諧振線圈，所述可變電容元件的電容隨著預(yù)定頻率的接收電壓而變化；以及 整流部，其用于將從所述接收部輸出的交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的非接觸接收器，還包括: 信號(hào)處理部，其被從所述整流部輸出的所述直流電壓驅(qū)動(dòng)并用于解調(diào)接收信號(hào)。
3.如權(quán)利要求1所述的非接觸接收器，其中，在所述接收電壓變化的預(yù)定電壓范圍內(nèi)，所述可變電容元件具有當(dāng)所述接收電壓變高時(shí)所述可變電容元件的電容變小或變大的特性。
4.如權(quán)利要求1所述的非接觸接收器，其中，對(duì)應(yīng)于所述可變電容元件的最大電容的所述接收電壓等于或小于所述信號(hào)處理部的最小工作電壓。
5.如權(quán)利要求1所述的非接觸接收器，其中， 滿(mǎn)足(:2<(:1/(八€(1)2的關(guān)系， 其中，當(dāng)所述諧振電路的諧振頻率與所述預(yù)定頻率基本上相同時(shí)的所述諧振電容器的電容為Q，且當(dāng)接收到最大的所述接收電壓時(shí)的所述諧振電容器的電容為C2，且對(duì)應(yīng)于所述信號(hào)處理部的最大工作電壓相對(duì)于所述最大接收電壓的相對(duì)值的所述諧振電路的去諧值為Afdo
6.如權(quán)利要求1所述的非接觸接收器，其中，所述諧振電容器僅包括所述可變電容元件。
7.如權(quán)利要求1所述的非接觸接收器， 其中，所述鐵電材料是其中發(fā)生離子極化的鐵電材料。
8.—種諧振電路，其包括: 諧振電容器，其包括由鐵電材料形成的可變電容元件，所述可變電容元件的電容隨著輸入的交流電壓而變化；以及 諧振線圈，其連接于所述諧振電容器。
9.一種可變電容元件，其包括: 由鐵電材料形成的鐵電層，所述鐵電層的電容隨著輸入的交流電壓而變化，且在所述交流電壓變化的預(yù)定電壓范圍內(nèi)，當(dāng)所述交流電壓變高時(shí)所述電容變小或變大；以及兩個(gè)電極，其夾著所述鐵電層。
【文檔編號(hào)】H01G7/06GK104485758SQ201410823441
【公開(kāi)日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2009年8月28日 優(yōu)先權(quán)日:2008年8月29日
【發(fā)明者】管野正喜, 羽生和隆, 渡邊誠(chéng), 橫田敏昭 申請(qǐng)人:迪睿合電子材料有限公司