JP2008277332A - 通信基板および半導体集積回路 - Google Patents

Abstract

【課題】正確なデータを受信する。
【解決手段】受信側基板７１は、受信用IC７２およびアンテナ７３とを備えており、アンテナ７３は、送信側基板において発生する磁界の変化により、誘導起電力を発生する。受信用IC７２は、外部の電源から供給される電力により駆動し、アンテナ７３が発生した誘導起電力に応じて、送信側基板から送信される信号を出力するバッファ７５を有している。そして、バッファ７５の電源端子に接続されるICピン８３と、バッファ７５の接地端子に接続されるICピン８５と、バッファ７５の出力端子に接続されるICピン８４とが、隣り合わされている。本発明は、例えば、非接触で通信を行う通信装置に適用できる。
【選択図】図７

Description

本発明は、通信基板および半導体集積回路に関し、特に、データを正確に受信することができるようにした通信基板および半導体集積回路に関する。

近年、自動改札システム、入退室管理システム、物流システム、交通システムなどにおいて、IC（Integrated Circuit）カードとリーダライタとの間で非接触で通信を行うICカード通信システムが普及している。

ICカード通信システムにおいて、ICカードとリーダライタとは、例えば、13.56MHzの周波数帯域の電磁波を利用して通信を行う。リーダライタは、電磁波を出力してICカードに電力を供給するとともに、電磁波を変調することでICカードにデータを送信し、ICカードは、リーダライタから出力される電磁波を負荷変調することで、リーダライタにデータを送信する。ICカードとリーダライタとの間でのデータ転送レートは、比較的に低速であり、例えば、１Mbps程度である。

ICカードは、例えば、樹脂製の薄い板に、電気的に接続されたICチップとアンテナとが組み込まれて構成されており、電源の供給を受けるため、またはデータを送受信するためのインタフェース（端子）を必要としない。

また、ICチップとアンテナとが組み込まれた基板を用いて、機器間または基板間で、非接触で通信を行う通信システムが提案されている。

例えば、図１は、ICチップとアンテナとが組み込まれた基板を用いた通信システムの一例の構成を示すブロック図である。

図１において、通信システムは、送信側基板１１および受信側基板２１から構成されている。

送信側基板１１は、コネクタ１２、送信用IC１３、およびアンテナ１４から構成されており、送信用IC１３は、入力バッファ１５および送信回路１６から構成される。

コネクタ１２は、送信用IC１３と、受信側基板２１に送信すべきデータを供給する他の基板（図示せず）や、送信用IC１３の駆動に必要な電力を供給する電源（図示せず）などとを接続する。

送信用IC１３の入力バッファ１５の入力端子は、コネクタ１２に接続されており、入力バッファ１５の出力端子は、送信回路１６に接続されている。送信回路１６の出力端子は、コイル状のアンテナ１４の両端に接続されている。

受信側基板２１は、コネクタ２２、受信用IC２３、およびアンテナ２４から構成されており、受信用IC２３は、出力バッファ２５および受信回路２６から構成される。

コネクタ２２は、受信用IC２３と、送信側基板１１から送信されてきたデータが供給される他の基板（図示せず）や、受信用IC２３の駆動に必要な電力を供給する電源（図示せず）などとを接続する。

受信用IC２３の出力バッファ２５の入力端子は、受信回路２６の出力端子に接続されており、出力バッファ２５の出力端子は、コネクタ２２に接続されている。受信回路２６の入力端子は、コイル状のアンテナ２４の両端に接続されている。

次に、図２を参照して、送信側基板１１から受信側基板２１へのデータの送信について説明する。

図２の上から１番目には、送信側基板１１に入力されるデータが示されており、図２の上から２番目には、このデータを受信側基板２１に送信するためにアンテナ１４に流れる電流が示されている。

即ち、送信用IC１３は、コネクタ１２を介して供給されるデータがＨレベル（例えば、１）であれば、アンテナ１４に電流を供給し、アンテナ１４には電流が流れる。また、送信用IC１３は、コネクタ１２を介して供給されるデータがＬレベル（例えば、０）であれば、アンテナ１４への電流の供給を停止し、アンテナ１４には電流が流れない。従って、データが、ＬレベルからＨレベルに遷移するときには、アンテナ１４に流れる電流が増加し、一方、ＨレベルからＬレベルに遷移するときには、アンテナ１４に流れる電流が減少する。アンテナ１４に電流が流れることにより、磁界が発生し、その磁界は、アンテナ１４に流れる電流が変化することにより変化する。

さらに、磁界が変化することにより、電磁誘導による誘導起電力が発生する。

図２の上から３番目には、アンテナ１４に発生する磁界の変化により、アンテナ２４に発生する誘導起電力が示されている。アンテナ１４に流れる電流の増加または減少に応じて、アンテナ２４には、それぞれ異なる向き（極性）の誘導起電力が発生し、図２においては、アンテナ１４に流れる電流が増加したときにアンテナ２４にマイナスの誘導起電力が発生し、アンテナ１４に流れる電流が減少したときにアンテナ２４にプラスの誘導起電力が発生している。

図２の上から４番目（一番下）には、アンテナ２４に発生する誘導起電力に応じて、受信側基板２１から出力されるデータが示されている。即ち、受信側基板２１の受信用IC２３は、アンテナ２４に発生した誘導起電力がマイナスである場合、ＬレベルからＨレベルに遷移するデータを出力し、一方、アンテナ２４に発生した誘導起電力がプラスである場合、ＨレベルからＬレベルに遷移するデータを出力する。

このように、受信側基板２１は、送信側基板１１が送信したデータと、ほぼ同一のデータを出力する。

ところで、受信側基板２１のレイアウトが適正でない場合には、受信側基板２１が、送信側基板１１が送信したデータと異なるデータを出力することがある。即ち、レイアウトが適正でない受信側基板２１は、データを正確に受信することができないことがある。

図３は、レイアウトが適正でない受信側基板の一例の構成を示す回路図である。

図３において、受信側基板２１’は、図１の受信側基板２１と同様に、受信用IC２３、およびアンテナ２４から構成され、受信用IC２３は、出力バッファ２５および受信回路２６から構成されており、その説明は、適宜省略する。

図３において、受信回路２６は、アンプ２７およびコンパレータ２８から構成されており、受信用IC２３には、５つのICピン３１乃至３５が、この順番で一列に設けられている。

受信側基板２１’では、ICピン３１は、出力バッファ２５の電源端子と、電圧VCCの電力を供給する電源（図示せず）に接続された電源線VCCとに接続されている。ICピン３２は、受信回路２６のアンプ２７の２つの入力端子のうちの一方の入力端子と、アンテナ２４の一端とに接続されており、ICピン３３は、受信回路２６のアンプ２７の２つの入力端子のうちの他方の入力端子と、アンテナ２４の他端とに接続されている。また、ICピン３４は、出力バッファ２５の接地端子と、GNDレベルとされているGND線とに接続されており、ICピン３５は、出力バッファ２５の出力端子と、データの供給先となる他の基板（図示せず）に接続された信号線SIGとに接続されている。

そして、受信側基板２１’では、出力バッファ２５から出力されるデータが、ＬレベルからＨレベルに遷移する際に、電流ｉ₁が、ICピン３１に接続された電源線VCCから、出力バッファ２５を介して、ICピン３５に接続された信号線SIGに流れる。また、出力バッファ２５から出力されるデータが、ＨレベルからＬレベルに遷移する際に、電流ｉ₀が、ICピン３５に接続された信号線SIGから、出力バッファ２５を介して、ICピン３４に接続されたGND線に流れる。

ここで、電流ｉ₁は、アンテナ２４を囲うように流れるが、電流ｉ₁が流れることにより、図中の手前側から奥側に向かって、アンテナ２４を貫通する磁界が発生する。そして、この磁界（の発生）によりアンテナ２４に発生する誘導起電力によって、受信側基板２１’が出力するデータが、ＨレベルからＬレベルに遷移することがある。即ち、送信側基板１１が送信するデータが、ＨレベルからＬレベルに遷移していないにも関わらず、受信側基板２１’が出力するデータが、ＨレベルからＬレベルに遷移することがある。

このように、電源線VCCに接続されたICピン３１と、信号線SIGに接続されたICピン３５との間に、アンテナ２４の両端が接続されたICピン３２および３３が配置された受信側基板２１’は、アンテナ２４を囲うように流れる電流ｉ₁により、送信側基板１１が送信するデータと異なるデータを出力することがある。

次に、図４は、レイアウトが適正でない受信側基板の他の一例の構成を示す回路図である。

図４において、受信側基板２１’’は、図３の受信側基板２１’と同様に、受信用IC２３、アンテナ２４、出力バッファ２５、受信回路２６、アンプ２７、コンパレータ２８、および５つのICピン３１乃至３５から構成されており、その説明は、適宜省略する。但し、受信側基板２１’’においては、ICピン３１，３４、および３５の接続が、図３の受信側基板２１’と異なっている。

即ち、受信側基板２１’’では、ICピン３１は、出力バッファ２５の接地端子と、GNDレベルとされているGND線とに接続されており、ICピン３４は、出力バッファ２５の出力端子と、データの供給先となる他の基板（図示せず）に接続された信号線SIGとに接続されており、ICピン３５は、出力バッファ２５の電源端子と、電圧VCCの電力を供給する電源（図示せず）に接続された電源線VCCとに接続されている。

そして、受信側基板２１’’では、出力バッファ２５から出力されるデータが、ＬレベルからＨレベルに遷移する際に、電流ｉ₁が、ICピン３５に接続された電源線VCCから、出力バッファ２５を介して、ICピン３４に接続された信号線SIGに流れる。また、出力バッファ２５から出力されるデータが、ＨレベルからＬレベルに遷移する際に、電流ｉ₀が、ICピン３４に接続された信号線SIGから、出力バッファ２５を介して、ICピン３１に接続されたGND線に流れる。

ここで、電流ｉ₀は、アンテナ２４を囲うように流れるが、電流ｉ₀が流れることにより、図中の奥側から手前側に向かって、アンテナ２４を貫通する磁界が発生する。そして、この磁界（の発生）によりアンテナ２４に発生する誘導起電力によって、受信側基板２１’’が出力するデータが、ＬレベルからＨレベルに遷移することがあり、受信側基板２１’’は、図３の受信側基板２１’と同様に、送信側基板１１が送信するデータと異なるデータを出力することがある。

さらに、例えば、送信側基板１１から送信されてくるデータが、ＬレベルからＨレベルに遷移するときと、ＨレベルからＬレベルに遷移するときとの両方で、アンテナ２４に誘導起電力を発生させる電流が流れるように、受信側基板２１がレイアウトされている場合には、いわゆるチャタリングが発生する。

図５を参照して、受信側基板２１に発生するチャタリングについて説明する。

図５の上から１番目には、図２の上から１番目と同様に、送信側基板１１が送信するデータが示されており、図５の上から２番目には、図２の上から２番目と同様に、アンテナ１４に流れる電流が示されている。

そして、図５の上から３番目および４番目に示すように、受信側基板２１から出力されるデータが、ＬレベルからＨレベルに遷移する際に、例えば、図３の電流ｉ₁のようにアンテナ２４を囲うような電流が流れると、プラスの誘導起電力（ノイズ）がアンテナに発生し、この誘導起電力により、受信側基板２１が出力するデータが、ＨレベルからＬレベルに遷移する。そして、データが、ＨレベルからＬレベルへ遷移する際に、図４の電流ｉ₀のようにアンテナ２４を囲うような電流が流れると、マイナスの誘導起電力（ノイズ）がアンテナ２４に発生し、この誘導起電力により、受信側基板２１が出力するデータが、ＬレベルからＨレベルに遷移して、以下、同様のことが繰り返され、チャタリングが発生する。

ここで、特許文献１および非特許文献１には、広域帯の周波数を使用したパルス変調技術を利用することにより、自己共振周波数の高い小径のアンテナコイル間において、数１０Mbpsから１Gbpsを超えるような速度でのデータ転送が可能になる技術を、マルチチップモジュールやSIP(Silicon In Package)などのチップ間無線通信に適用した例が開示されている。

特開２００５−２０３６５７号公報 慶応大学、東京大学、2004 Symposium on VLSI Circuits Digest of Technical Papers, pp.246-249

上述したように、受信側基板が、正確なデータを受信することが困難なことがある。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、正確なデータを受信することができるようにするものである。

本発明の一側面の通信基板は、他の基板と非接触で通信を行う通信基板であって、前記他の基板で発生する磁界により誘導起電力を発生するアンテナと、前記アンテナに接続された半導体集積回路とを備え、前記半導体集積回路は、外部の電源から供給される電力により駆動し、前記アンテナが発生した誘導起電力に応じて、前記他の基板から送信される信号を出力するバッファと、前記バッファの出力端子に接続され、前記信号を出力する信号ピンと、前記バッファの電源端子に接続され、前記外部の電源からの電力を前記バッファに供給する電源ピンと、前記バッファの接地端子に接続され、接地レベルとされる接地ピンとを有し、前記電源ピンと、前記接地ピンと、前記信号ピンとが、隣り合わされている。

本発明の一側面の半導体集積回路は、他の基板で発生する磁界により誘導起電力を発生するアンテナに接続され、前記他の基板と非接触で通信を行う通信基板の半導体集積回路であって、外部の電源から供給される電力により駆動し、前記アンテナが発生した誘導起電力に応じて、前記他の基板から送信される信号を出力するバッファと、前記バッファの出力端子に接続され、前記信号を出力する信号ピンと、前記バッファの電源端子に接続され、前記外部の電源からの電力を前記バッファに供給する電源ピンと、前記バッファの接地端子に接続され、接地レベルとされる接地ピンとを備え、前記電源ピンと、前記接地ピンと、前記信号ピンとが、隣り合わされている。

本発明の一側面においては、バッファは、外部の電源から供給される電力により駆動し、アンテナが発生した誘導起電力に応じて、他の基板から送信される信号を出力する。また、バッファの出力端子に接続され、信号を出力する信号ピンと、バッファの電源端子に接続され、外部の電源からの電力をバッファに供給する電源ピンと、バッファの接地端子に接続され、接地レベルとされる接地ピンとが、隣り合わされている。

本発明の一側面によれば、データを正確に受信することができる。

以下に本発明の実施の形態を説明するが、本発明の構成要件と、明細書又は図面に記載の実施の形態との対応関係を例示すると、次のようになる。この記載は、本発明をサポートする実施の形態が、明細書又は図面に記載されていることを確認するためのものである。従って、明細書又は図面中には記載されているが、本発明の構成要件に対応する実施の形態として、ここには記載されていない実施の形態があったとしても、そのことは、その実施の形態が、その構成要件に対応するものではないことを意味するものではない。逆に、実施の形態が構成要件に対応するものとしてここに記載されていたとしても、そのことは、その実施の形態が、その構成要件以外の構成要件には対応しないものであることを意味するものでもない。

本発明の一側面の通信基板は、他の基板と非接触で通信を行う通信基板であって、
前記他の基板で発生する磁界により誘導起電力を発生するアンテナ（例えば、図７のアンテナ７３）と、
前記アンテナに接続された半導体集積回路（例えば、図７の受信用IC７２）と
を備え、
前記半導体集積回路は、
外部の電源から供給される電力により駆動し、前記アンテナが発生した誘導起電力に応じて、前記他の基板から送信される信号を出力するバッファ（例えば、図７のバッファ７５）と、
前記バッファの出力端子に接続され、前記信号を出力する信号ピン（例えば、図７のICピン８４）と、
前記バッファの電源端子に接続され、前記外部の電源からの電力を前記バッファに供給する電源ピン（例えば、図７のICピン８３）と、
前記バッファの接地端子に接続され、接地レベルとされる接地ピン（例えば、図７のICピン８５）と
を有し、
前記電源ピンと、前記接地ピンと、前記信号ピンとが、隣り合わされている。

本発明の一側面の半導体集積回路は、
他の基板で発生する磁界により誘導起電力を発生するアンテナに接続され、前記他の基板と非接触で通信を行う通信基板の半導体集積回路であって、
外部の電源から供給される電力により駆動し、前記アンテナが発生した誘導起電力に応じて、前記他の基板から送信される信号を出力するバッファ（例えば、図７のバッファ７５）と、
前記バッファの出力端子に接続され、前記信号を出力する信号ピン（例えば、図７のICピン８４）と、
前記バッファの電源端子に接続され、前記外部の電源からの電力を前記バッファに供給する電源ピン（例えば、図７のICピン８３）と、
前記バッファの接地端子に接続され、接地レベルとされる接地ピン（例えば、図７のICピン８５）と
を備え、
前記電源ピンと、前記接地ピンと、前記信号ピンとが、隣り合わされている。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図６は、本発明を適用した通信システムの一実施の形態の構成例を示す斜視図である。

図６において、通信システムは、通信装置４１および４２から構成されている。通信装置４１と４２とは、同様に構成されているが、以下では、通信装置４１から通信装置４２にデータを送信する場合について、即ち、通信装置４１を、データを送信する送信側とし、通信装置４２を、データを受信する受信側として説明する。

通信装置４１は、送信側基板５１を備え、送信側基板５１は、コネクタ５２、送信用IC５３、および４つのコイル状のアンテナ５４₁乃至５４₄から構成される。

コネクタ５２には、送信側基板５１と、通信装置４１が備える電源や他の基板など（いずれも図示せず）とを接続するためのケーブルが接続され、コネクタ５２を介して、送信用IC５３に電力やデータが供給される。

送信用IC５３は、コネクタ５２を介して、図示しない電源から供給される電力により駆動する。また、送信用IC５３は、通信装置４２に送信すべきデータに応じて、アンテナ５４₁乃至５４₄に電流を供給する（流す）。

アンテナ５４₁乃至５４₄には、送信用IC５３から供給された電流が流れることにより、アンテナ５４₁乃至５４₄を貫通するような磁界（図６に示されている白抜きの矢印）が発生する。この磁界は、アンテナ５４₁乃至５４₄に流れる電流が変化することにより変化する。

通信装置４２は、受信側基板６１を備え、受信側基板６１は、コネクタ６２、受信用IC６３、および４つのコイル状のアンテナ６４₁乃至６４₄から構成される。

コネクタ６２には、受信側基板６１と、通信装置４２が備える電源や他の基板など（いずれも図示せず）とを接続するためのケーブルが接続され、コネクタ６２を介して、受信用IC６３に電力が供給される。

受信用IC６３は、コネクタ６２を介して、図示しない電源から供給される電力により駆動する。受信用IC６３は、アンテナ６４₁乃至６４₄に発生する誘導起電力により、送信側基板５１から送信されてくるデータを受信し、そのデータを、コネクタ６２を介して、図示しない他の基板に供給する。

アンテナ６４₁乃至６４₄には、送信側基板５１のアンテナ５４₁乃至５４₄が発生する磁界の変化により、電磁誘導による誘導起電力が発生する。

このように、送信側基板５１と受信側基板６１とは、４つのアンテナ５４₁乃至５４₄と４つのアンテナ６４₁乃至６４₄とをそれぞれ備えており、これらのアンテナを利用することで、送信側基板５１と受信側基板６１との間で、４回線（チャンネル）の通信を並列的に行うことができる。なお、送信側基板５１と受信側基板６１とが、それぞれ、たとえば、１つのアンテナ５４₁と６４₁とを備えている場合には、１回線での通信が行われる。

次に、図７は、１つのアンテナを備えた受信側基板の一実施の形態の構成例を示す回路図である。

図７において、受信側基板７１は、受信用IC７２およびアンテナ７３から構成される。

受信用IC７２は、受信回路７４およびバッファ７５から構成され、受信回路７４は、アンプ７６およびコンパレータ７７から構成される。また、受信用IC７２には、５つのICピン８１乃至８５が、この順番で一列に設けられている。

受信側基板７１では、ICピン８１は、受信回路７４のアンプ７６の２つの入力端子のうちの一方の入力端子と、アンテナ７３の一端とに接続されており、ICピン８２は、受信回路７４のアンプ７６の２つの入力端子のうちの他方の入力端子と、アンテナ７３の他端とに接続されている。また、ICピン８３は、バッファ７５の電源端子と、電圧VCCの電力を供給する電源（図示せず）に接続された電源線VCCとに接続されており、ICピン８４は、バッファ７５の出力端子と、データの供給先となる他の基板（図示せず）に接続された信号線SIGとに接続されており、ICピン８５は、バッファ７５の接地端子と、GNDレベルとされているGND線とに接続されている。

アンテナ７３には、例えば、図１の送信側基板１１のアンテナ１４に流れる電流により発生した磁界が貫通し、その磁界が変化すると、電磁誘導による誘導起電力が発生する。アンテナ７３に発生した誘導起電力は、ICピン８１および８２を介して、アンプ７６の２つの入力端子に供給され、アンプ７６の２つの入力端子には電位差が発生する。

アンプ７６は、その２つの入力端子に発生した電位差、即ち、２つの入力端子間の電圧を、所定の増幅率で増幅して出力する。

コンパレータ７７の入力端子には、アンプ７６が出力する電圧が供給される。コンパレータ７７は、アンプ７６から供給される電圧が、所定のマイナスの閾値以下であった場合には、マイナスの電圧を出力し、一方、アンプ７６から供給される電圧が、所定のプラスの閾値以上であった場合には、プラスの電圧を出力する。

ここで、図２を参照して説明したように、送信側基板１１が送信したデータが、ＬレベルからＨレベルに遷移するときに、アンテナ７３にマイナスの誘導起電力が発生し、この誘導起電力に応じて、コンパレータ７７は、マイナスの電圧を出力する。また、送信側基板１１が送信したデータが、ＨレベルからＬレベルに遷移するときに、アンテナ７３にプラスの誘導起電力が発生し、この誘導起電力に応じて、コンパレータ７７は、プラスの電圧を出力する。

バッファ７５は、その入力端子に、コンパレータ７７が出力したマイナスの電圧が供給されると、その出力端子から出力する信号を、ＬレベルからＨレベルに遷移させる。一方、バッファ７５は、その入力端子に、コンパレータ７７が出力したプラスの電圧が供給されると、その出力端子から出力する信号を、ＨレベルからＬレベルに遷移に遷移させる。

以上のように構成される受信側基板７１において、バッファ７５から出力されるデータが、ＬレベルからＨレベルに遷移する際には、電流ｉ₁が、ICピン８３に接続された電源線VCCから、バッファ７５を介して、ICピン８４に接続された信号線SIGに流れる。この電流ｉ₁により、ICピン８３に接続された電源線VCCと、ICピン８４に接続された信号線SIGとの間に、図中の手前側から奥側に向かって、磁界が発生する。

また、出力バッファ２５から出力されるデータが、ＨレベルからＬレベルに遷移する際には、電流ｉ₀が、ICピン８４に接続された信号線SIGから、バッファ７５を介して、ICピン８５に接続されたGND線に流れる。この電流ｉ₀により、ICピン８４に接続された信号線SIGと、ICピン８５に接続されたGND線との間に、図中の手前側から奥側に向かって、磁界が発生する。

しかしながら、受信用IC７２では、電源線VCCに接続されるICピン８３と、GND線に接続されるICピン８５とが、信号線SIGに接続されるICピン８４の両側に隣接して設けられているので、電源線VCCと信号線SIGとの間、および信号線SIGとGND線との間にアンテナ７３が配置されることはない。

従って、バッファ７５から出力されるデータが、ＬレベルからＨレベルに遷移する際に流れる電流ｉ₁、および、出力バッファ２５から出力されるデータが、ＨレベルからＬレベルに遷移する際に流れる電流ｉ₀により発生する磁界が、アンテナ７３を貫通することはないので、アンテナ７３が、それらの磁界の変化（磁界の発生または消滅）によって、誘導起電力を発生することはなく、例えば、図５を参照して説明したようなチャタリングが発生することがないので、受信側基板７１は、データを正確に受信することができる。

次に、図８は、１つのアンテナを備えた受信側基板の他の実施の形態の構成例を示す回路図である。

図８において、受信側基板７１’は、図７の受信側基板７１と同様に、受信用IC７２、アンテナ７３、受信回路７４、バッファ７５、アンプ７６、コンパレータ７７、および５つのICピン８１乃至８５から構成されており、その説明は、適宜省略する。但し、受信側基板７１’においては、ICピン８３および８５の接続が、図７の受信側基板７１と異なっている。

即ち、受信側基板７１’では、ICピン８３は、バッファ７５の接地端子と、GNDレベルとされているGND線とに接続されており、ICピン８５は、バッファ７５の電源端子と、電圧VCCの電力を供給する電源（図示せず）に接続される電源線VCCとに接続されている。

以上のように構成される受信側基板７１’において、バッファ７５から出力されるデータが、ＬレベルからＨレベルに遷移する際には、電流ｉ₁が、ICピン８５に接続された電源線VCCから、バッファ７５を介して、ICピン８４に接続された信号線SIGに流れる。また、バッファ７５から出力されるデータが、ＨレベルからＬレベルに遷移する際には、電流ｉ₀が、ICピン８４に接続された信号線SIGから、バッファ７５を介して、ICピン８３に接続されたGND線に流れる。

受信側基板７１’においても、図７の受信側基板７１と同様に、バッファ７５から出力されるデータが、ＬレベルからＨレベルに遷移する際に流れる電流ｉ₁、および、出力バッファ２５から出力されるデータが、ＨレベルからＬレベルに遷移する際に流れる電流ｉ₀により発生する磁界が、アンテナ７３を貫通することはないので、アンテナ７３が、それらの磁界の変化によって、誘導起電力を発生することはなく、受信側基板７１’は、データを正確に受信することができる。

次に、図９は、２つのアンテナを備えた受信側基板の一実施の形態の構成例を示す回路図である。

図９において、受信側基板１０１は、受信用IC１０２、および２つのアンテナ１０３₁および１０３₂から構成される。

受信用IC１０２は、２つの受信回路１０４₁および１０４₂、２つのバッファ１０５₁および１０５₂、２つのアンプ１０６₁および１０６₂、２つのコンパレータ１０７₁および１０７₂、並びに９つのICピン１１１乃至１１９から構成される。

ここで、受信回路１０４₁或いは１０４₂、バッファ１０５₁或いは１０５₂、アンプ１０６₁或いは１０６₂、またはコンパレータ１０７₁或いは１０７₂は、図７の受信側基板７１の受信回路７４、バッファ７５、アンプ７６、またはコンパレータ７７と、それぞれ同様に構成されており、その説明は、適宜省略する。

受信側基板１０１では、ICピン１１１は、受信回路１０４₁のアンプ１０６₁の２つの入力端子のうちの一方の入力端子と、アンテナ１０３₁の一端とに接続されており、ICピン１１２は、受信回路１０４₁のアンプ１０６₁の２つの入力端子のうちの他方の入力端子と、アンテナ１０３₁の他端とに接続されている。また、ICピン１１３は、バッファ１０５₁の接地端子と、GNDレベルとされているGND線とに接続されており、ICピン１１４は、バッファ１０５₁の出力端子と、データの供給先となる他の基板（図示せず）に接続される信号線SIGとに接続されている。

また、ICピン１１５は、バッファ１０５₁の電源端子、およびバッファ１０５₂の電源端子と、電圧VCCの電力を供給する電源（図示せず）に接続される電源線VCCとに接続されている。即ち、受信側基板１０１では、ICピン１１５が、バッファ１０５₁とバッファ１０５₂とにより共用されている。

また、ICピン１１６は、バッファ１０５₂の出力端子と、データの供給先となる他の基板（図示せず）に接続される信号線SIGとに接続されており、ICピン１１７は、バッファ１０５₂の接地端子と、GNDレベルとされているGND線とに接続されている。また、ICピン１１８は、受信回路１０４₂のアンプ１０６₂の２つの入力端子のうちの一方の入力端子と、アンテナ１０３₂の一端とに接続されており、ICピン１１９は、受信回路１０４₂のアンプ１０６₂の２つの入力端子のうちの他方の入力端子と、アンテナ１０３₂の他端とに接続されている。

以上のように構成されている受信側基板１０１では、図７の受信側基板７１と同様に、バッファ１０５₁または１０５₂から出力されるデータが、ＬレベルからＨレベルに遷移する際に流れる電流ｉ₁により発生する磁界が、アンテナ１０３₁または１０３₂を貫通することはない。また、バッファ１０５₁または１０５₂から出力されるデータが、ＨレベルからＬレベルに遷移する際に流れる電流ｉ₀により発生する磁界も、アンテナ１０３₁または１０３₂を貫通することはない。従って、受信側基板１０１は、データを正確に受信することができる。

また、受信用IC１０２では、バッファ１０５₁とバッファ１０５₂とが、ICピン１１５を共用することにより、受信用IC１０２に設けられるICピンの数を減らすことができ、これにより、例えば、受信用IC１０２を小面積で製作することができる。

なお、バッファ１０５₁とバッファ１０５₂は、電源端子に接続されるICピンを共用する他、接地端子に接続されるICピンを共用してもよい。

次に、図１０は、４つのアンテナを備えた受信側基板の一実施の形態の構成例を示す回路図である。

図１０において、受信側基板１２１は、受信用IC１２２、および４つのアンテナ１２３₁乃至１２３₄から構成される。

受信用IC１２２は、４つの受信回路１２４₁乃至１２４₄、４つのバッファ１２５₁乃至１２５₄、４つのアンプ１２６₁乃至１２６₄、４つのコンパレータ１２７₁乃至１２７₄、並びに１８つのICピン１３１乃至１４８から構成される。

ここで、受信回路１２４₁乃至１２４₄、バッファ１２５₁乃至１２５₄、アンプ１２６₁乃至１２６₄、またはコンパレータ１２７₁乃至１２７₄は、図７の受信側基板７１の受信回路７４、バッファ７５、アンプ７６、またはコンパレータ７７と、それぞれ同様に構成されており、その説明は、適宜省略する。

また、受信側基板１２１では、図９の受信側基板１０１と同様に、バッファ１２５₁と１２５₂とが、電源線VCCに接続されるICピン１３５を共用しており、バッファ１２５₃と１２５₄とが、電源線VCCに接続されるICピン１４４を共用している。

このように構成されている受信側基板１２１では、図７の受信側基板７１と同様に、データを正確に受信することができる。

次に、図１１は、４つのアンテナを備えた受信側基板の他の実施の形態の構成例を示す回路図である。

図１１において、受信側基板１５１は、受信用IC１５２、および４つのアンテナ１５３₁乃至１５３₄から構成される。

受信用IC１５２は、４つの受信回路１５４₁乃至１５４₄、４つのバッファ１５５₁乃至１５５₄、４つのアンプ１５６₁乃至１５６₄、４つのコンパレータ１５７₁乃至１５７₄、並びに２０のICピン１６１乃至１８０から構成される。

ここで、受信回路１５４₁乃至１５４₄、バッファ１５５₁乃至１５５₄、アンプ１５６₁乃至１５６₄、またはコンパレータ１５７₁乃至１５７₄は、図７の受信側基板７１の受信回路７４、バッファ７５、アンプ７６、またはコンパレータ７７と、それぞれ同様に構成されており、その説明は、適宜省略する。

また、受信側基板１５１では、バッファ１５５₁乃至１５５₄が、ICピンを共有するようには構成されていない。

即ち、バッファ１５５₁の接地端子は、ICピン１６３を介して、GND線に接続されており、バッファ１５５₁の出力端子は、ICピン１６４を介して、信号線SIGに接続されており、バッファ１５５₁の電源端子は、ICピン１６５を介して、電源線VCCに接続されている。また、バッファ１５５₂の接地端子は、ICピン１６８を介して、GND線に接続されており、バッファ１５５₂の出力端子は、ICピン１６９を介して、信号線SIGに接続されており、バッファ１５５₂の電源端子は、ICピン１７０を介して、電源線VCCに接続されている。

また、バッファ１５５₃の接地端子は、ICピン１７３を介して、GND線に接続されており、バッファ１５５₃の出力端子は、ICピン１７４を介して、信号線SIGに接続されており、バッファ１５５₃の電源端子は、ICピン１７５を介して、電源線VCCに接続されている。また、バッファ１５５₄の接地端子は、ICピン１７８を介して、GND線に接続されており、バッファ１５５₄の出力端子は、ICピン１７９を介して、信号線SIGに接続されており、バッファ１５５₄の電源端子は、ICピン１８０を介して、電源線VCCに接続されている。

ここで、図１０の受信側基板１２１や、図１１の受信側基板１５１に用いられるプリント基板としては、片面もしくは両面フレキシブル基板、または、リジット多層基板などが用いられる。

図１２は、図１０の受信側基板１２１に用いられるプリント基板の三面図である。

図１２において、プリント基板１９１は、表面に導体層１９２が設けられ、裏面に導体層１９３が設けられ、導体層１９２と導体層１９３との間に、絶縁層１９４が設けられている。

プリント基板１９１の表面において、斜線で囲われた領域が、導体層１９２を表している。プリント基板１９１の表面の中央の白抜きの領域には、図１０の受信用IC１２２が実装され、その四隅に、略四角形に形成された導体層１９２の領域が、アンテナ１２３₁乃至１２３₄に対応する。

プリント基板１９１の表面において、矢印GNDが指している導体層１９２の領域が、図１０のICピン１３３，１３７，１４２、または１４６に接続されるGND線に対応する。また、矢印SIGが指している導体層１９２の領域が、図１０のICピン１３４，１３６，１４３、または１４５に接続される信号線SIGに対応し、矢印VCCが指している導体層１９２の領域が、図１０のICピン１３５、または１４４に接続される電源線VCCに対応する。

また、プリント基板１９１の表面において、矢印AVCCが指している導体層１９２の領域は、例えば、受信用IC１２２を構成する素子のうちの、バッファ１２５₁乃至１２５₄以外の素子の駆動のための電力を供給するための電力線である。

また、プリント基板１９１の裏面の導体層１９３には、プリント基板１９１の表面のアンテナ１２３₁乃至１２３₄が設けられている位置に対応する４箇所の位置に、アンテナ１２３₁乃至１２３₄を貫通する磁界の妨げとならないように、開口部が設けられている。

このように、受信側基板１２１に用いられるプリント基板１９１は構成される。

なお、プリント基板１９１では、導体層１９２に、GND線に対応する領域が設けられているが、GND線に対応する領域を設けずに、例えば、図１３のプリント基板１９１’のように、導体層１９２の、アンテナ１２３₁乃至１２３₄に対応する領域、信号線SIGに対応する領域、および、電源線VCCに対応する領域以外の導体層１９２の領域を、GNDレベルとしてもよい。

プリント基板１９１’では、GNDレベルとされる導体層１９２の領域を広くし、GNDレベルでアンテナ１２３₁乃至１２３₄を囲うことにより、外来ノイズからのシールド効果を得ることができる。

ここで、受信用IC１２２のプリント基板１９１への実装は、例えば、受信用IC１２２が、パッケージに封印されているチップである場合には、リフローなどを用いた半田付けで行うことができる。

また、例えば、受信用IC１２２が、ベアチップまたはCPS（Chip Size Package）である場合には、図１４に示すように、ボンディングワイヤまたはバンプを用いたCOF（Chip On Film）で行うことができる。

次に、図１５は、３層の導体層を有する多層基板による受信側基板の一実施の形態の構成例を示す斜視図である。

図１５において、受信側基板２０１は、多層基板２０２、受信用IC２０３、アンテナ２０４、および信号線２０５から構成される。

多層基板２０２は、受信用IC２０３が実装される面に、アンテナ２０４および信号線２０５を形成する導体層２１１が設けられている。導体層２１１と、GNDレベルとされる導体層２１３との間に、絶縁層２１２が設けられており、導体層２１３と、電圧VCCの電力を供給する電源（図示せず）に接続される導体層２１５との間に、絶縁層２１４が設けられている。

また、導体層２１３には、アンテナ２０４が設けられている位置に対応する位置に、アンテナ２０４を貫通する磁界の妨げとならないように、開口部２１３ａが設けられている。導体層２１５にも、導体層２１３と同様に、開口部２１５ａが設けられている。

受信用IC２０３に設けられているICピンのうち、ICピン２２１および２２２は、アンテナ２０４の両端にそれぞれ接続されている。また、ICピン２２３は、導体層２１１に設けられたスルーホールと、導体層２１３に設けられたスルーホールを通って、導体層２１５に接続されている。また、ICピン２２４は、信号線２０５に接続されており、ICピン２２５は、導体層２１１に設けられたスルーホールを通って、導体層２１３に接続されている。

図１５に示すように、電圧VCCレベルとされる導体層２１５に接続されるICピン２２３と、信号線２０５に接続されるICピン２２４と、GNDレベルとされる導体層２１３に接続されるICピン２２５とが、隣り合うように、受信用IC２０３に設けられている。

このように構成されている受信側基板２０１では、受信用IC２０３が内蔵するバッファ（図示せず）から出力されるデータが、ＬレベルからＨレベルに遷移する際に流れる電流ｉ₁は、導体層２１５からICピン２２３を介して、受信用IC２０３の内部を通り、ICピン２２４を介して、信号線２０５に流れる。また、受信用IC２０３が内蔵するバッファ（図示せず）から出力されるデータが、ＨレベルからＬレベルに遷移する際に流れる電流ｉ₀は、信号線２０５からICピン２２４を介して、受信用IC２０３の内部を通り、ICピン２２５を介して、導体層２１３に流れる。

図１５に示すように、電流ｉ₁および電流ｉ₀は、アンテナ２０４を囲うように流れることはなく、電流ｉ₁または電流ｉ₀により発生する磁界が、アンテナ２０４を貫通することはない。従って、それらの磁界が変化しても、誘導起電力がアンテナ２０４に発生することはなく、受信側基板２０１は、データを正確に受信することができる。

即ち、例えば、図１６に示す受信側基板２０１’のように、電圧VCCレベルとされる導体層２１５に接続されるICピン２２３、およびGNDレベルとされる導体層２１３に接続されるICピン２２５と、信号線２０５に接続されるICピン２２４との間に、アンテナ２０４の両端にそれぞれ接続されるICピン２２１および２２２が設けられていると、電流ｉ₁および電流ｉ₀が、アンテナ２０４を囲うように流れてしまうので、電流ｉ₁および電流ｉ₀により発生する磁界が、アンテナ２０４を貫通する。従って、それらの磁界の変化により、誘導起電力がアンテナ２０４に発生し、例えば、図５を参照して説明したようなチャタリングが発生するので、受信側基板２０１’は、正確なデータを受信することができない。

これに対し、受信側基板２０１では、電流ｉ₁および電流ｉ₀が、アンテナ２０４を囲うように流れることはないので、上述したように、受信側基板２０１は、データを正確に受信することができる。

なお、受信側基板としては、多層基板２０２の他、例えば、片面リジット基板や片面フレキシブル基板などを用いてもより。一般に、片面リジット基板や片面フレキシブル基板は、多層基板よりもノイズ耐性が劣化するが、電流が、アンテナを囲わずに流れる構成とすることにより、通信の品質が劣化することを防止することができる。

また、一般に、通信レートを高速化すると、バッファのスルーレートを上げる必要があるため、バッファが出力するデータの遷移による磁界の変化が増加する傾向があるが、このような場合でも、通信の品質が劣化することを防止することができる。

ところで、受信側基板のバッファが、２つの信号端子を備え、例えば、LVDS（Low Voltage Differential Signaling）のような差動信号を出力するとき、対をなす２つの信号にスキュー（タイミングのずれ）が生じると、コモンモード電流が発生する。そして、コモンモード電流が、アンテナを囲うように流れる場合においては、コモンモード電流により発生した磁界がアンテナを貫通し、コモンモード電流の変化に応じて、アンテナに誘導起電力が発生するので、受信側基板がデータを正確に受信することができないことがあった。

これに対し、差動信号を出力する信号線に接続される２本のICピンを一対とし、電源線に接続されるICピンと、GND線に接続されるICピンとが、信号線に接続される２本のICピンに隣り合うように受信側基板を構成することにより、コモンモード電流により発生した磁界がアンテナを貫通することがないので、受信側基板がデータを正確に受信することができる。

なお、本明細書において、システムとは、複数の装置により構成される装置全体を表すものである。

また、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明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。

ICチップとアンテナとが組み込まれた基板を用いた通信システムの一例の構成を示すブロック図である。 受信側基板２１によるデータの受信を説明する図である。 レイアウトが適正でない受信側基板の一例の構成を示す回路図である。 レイアウトが適正でない受信側基板の他の一例の構成を示す回路図である。 受信側基板に発生するチャタリングについて説明する図である。 本発明を適用した通信システムの一実施の形態の構成例を示す斜視図である。 １つのアンテナを備えた受信側基板の一実施の形態の構成例を示す回路図である。 １つのアンテナを備えた受信側基板の他の実施の形態の構成例を示す回路図である。 ２つのアンテナを備えた受信側基板の一実施の形態の構成例を示す回路図である。 ４つのアンテナを備えた受信側基板の一実施の形態の構成例を示す回路図である。 ４つのアンテナを備えた受信側基板の他の実施の形態の構成例を示す回路図である。 プリント基板の三面図である。 プリント基板の三面図である。 ボンディングワイヤまたはバンプを用いたチップの実装を説明する図である。 多層基板による受信側基板の一実施の形態の構成例を示す斜視図である。 多層基板による受信側基板の一例の構成を示す斜視図である。

符号の説明

４１ 通信装置， ４２ 通信装置， ５１ 送信側基板， ５２ コネクタ， ５３ 送信用IC， ５４₁乃至５４₄ アンテナ， ６１ 受信側基板， ６２ コネクタ， ６３ 受信用IC， ６４₁乃至６４₄ アンテナ， ７１ 受信側基板， ７２ 受信用IC， ７３ アンテナ， ７４ 受信回路， ７５ バッファ， ７６ アンプ， ７７ コンパレータ， ８１乃至８５ ICピン

Claims (6)

1. 他の基板と非接触で通信を行う通信基板において、
   前記他の基板で発生する磁界により誘導起電力を発生するアンテナと、
   前記アンテナに接続された半導体集積回路と
   を備え、
   前記半導体集積回路は、
   外部の電源から供給される電力により駆動し、前記アンテナが発生した誘導起電力に応じて、前記他の基板から送信される信号を出力するバッファと、
   前記バッファの出力端子に接続され、前記信号を出力する信号ピンと、
   前記バッファの電源端子に接続され、前記外部の電源からの電力を前記バッファに供給する電源ピンと、
   前記バッファの接地端子に接続され、接地レベルとされる接地ピンと
   を有し、
   前記電源ピンと、前記接地ピンと、前記信号ピンとが、隣り合わされている
   通信基板。
2. 前記半導体集積回路には、複数の前記アンテナが接続され、
   前記半導体集積回路は、前記アンテナのそれぞれに対応した複数の前記バッファを有しており、
   複数の前記バッファは、前記電源ピンまたは前記接地ピンを共用する
   請求項１に記載の通信基板。
3. 前記半導体集積回路は、複数の導体層を有する多層基板に実装され、
   前記多層基板は、
   前記信号ピンが接続される信号線を有する第１の導体層と、
   前記接地ピンが接続される第２の導体層と、
   前記電源ピンが接続される第３の導体層と
   を有する
   請求項１に記載の通信基板。
4. 前記半導体集積回路には、４つの前記アンテナが接続され、
   前記半導体集積回路は、前記アンテナのそれぞれに対応した４つの前記バッファを有しており、
   前記他の基板と、４回線の通信を並列的に行う
   請求項１に記載の通信基板。
5. 前記バッファは差動信号を出力し、前記信号ピンは２本一対で構成される
   請求項１に記載の通信基板。
6. 他の基板で発生する磁界により誘導起電力を発生するアンテナに接続され、前記他の基板と非接触で通信を行う通信基板の半導体集積回路において、
   外部の電源から供給される電力により駆動し、前記アンテナが発生した誘導起電力に応じて、前記他の基板から送信される信号を出力するバッファと、
   前記バッファの出力端子に接続され、前記信号を出力する信号ピンと、
   前記バッファの電源端子に接続され、前記外部の電源からの電力を前記バッファに供給する電源ピンと、
   前記バッファの接地端子に接続され、接地レベルとされる接地ピンと
   を備え、
   前記電源ピンと、前記接地ピンと、前記信号ピンとが、隣り合わされている
   半導体集積回路。

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