非接触接收器、谐振电路以及可变电容元件的制作方法

专利名称：非接触接收器、谐振电路以及可变电容元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及非接触接收器、谐振电路以及可变电容元件，更具体地 涉及适用于如非接触IC卡等从读/写器接收电波的器件的非接触接收 器、谐振电路以及可变电容元件。
背景技术：
从外部接收偏置信号以改变其电容，从而控制频率、时间等的可变 电容元件已得到应用。市场已出售的所述可变电容元件例如包括可变电 容二极管(变容二极管)和MEMS(微机电系统)。
图11 A和11B表示可变电容元件的电路配置和特性示例。图11 A表示 围绕可变电容元件160的电路配置，且图11B表示可变电容元件160的电容 Cv对控制电压的依存关系。可变电容元件160通常具有两个端子，且没有 用于接收偏置信号以控制电容的专用端子。因此，在如图11A所示的实际 电路上，可变电容元件160配置为具有四个端子。更具体地，可变电容元 件160(可变电容器)的一个端子经由偏置消除电容器161连接于用于交流 信号的一个输入输出端子，并还经由限流电阻器162连接于用于控制电压 信号的输入端子。此外，可变电容元件160的另一端子连接于用于交流信 号的另一输入输出端子，并还连接于用于控制电压信号的输出端子。
在如上所述的可变电容元件160的电路配置中，信号电流(交流信号) 流经偏置消除电容器161和可变电容器160，且控制电流(DC偏置电流)经 由限流电阻器162仅流经可变电容器160。如图11B所示，在该过程中，通过改变控制电压改变了可变电容器160的电容Cv，从而导致信号电流的变 化。
使用如上所述的可变电容元件作为非接触IC卡中的保护电路的技术 已经提出(例如，参照2008-7059号日本未审査专利申请公报)。在 2008-7059号日本未审査专利申请公报中，可变电容元件用作保护电路， 以避免当非接触IC卡靠近读/写器(以下称为R/W)时，由过强的接收信号 造成包括低耐压性半导体器件在内的控制电路的毁坏。
图12是2008-7059号日本未审査专利申请公报中提出的非接触IC卡 的框图。在2008-7059号日本未审查专利申请公报中，以可变电容二极管 103d作为可变电容元件。此外，包括偏置消除电容器103c和可变电容二 极管103d的串联电路并联于包括线圈103a和电容器103b的谐振电路。
在2008-7059号日本未审查专利申请公报中，通过在检波电路113处 检测接收信号所得到的直流电压Vout由电阻器114a和114b分压。分压后 的直流电压(施加于电阻器114b的直流电压)经由用于消除其波动的线圈 115施加于可变电容二极管103d，以便调节可变电容二极管103d的电容。 即，分压后的直流电压用作可变电容二极管103d的控制电压。
根据2008-7059号日本未审查专利申请公报，当存在过强的接收信号 时，可变电容二极管103d的电容随着控制电压变小，使得接收天线103的 谐振频率变高。图13表示谐振频率的特性。在图13所示的特性中，横轴 表示频率，且纵轴表示信号响应。当存在过强的接收信号时，可变电容 二极管103d的电容变小(即，接收天线103的合成电容变小)，且接收天线 103的谐振频率以频率A够动到频率更高的区域(如图13中的虚线所示)， 所述频率A树应于电容减少的量。这导致接收信号在频率fo处的响应低于 电容减少前的响应，从而实现了对接收信号的电平的控制。2008-7059号 日本未审査专利申请公报中提出的技术通过如上所述的可变电容元件来 保护控制电路120。
本发明人还提出了以使用铁电材料的元件作为可变电容元件(例 如，参照2007-287996号日本未审查专利申请公报)。在2007-287996号日 本未审查专利申请公报中，提出了具有如图14A和14B所示的电极结构的可变电容元件200，以实现更高的可靠性和生产率。图14A是表示可变电 容元件200的外形的立体图，且图14B是表示可变电容元件200的配置的剖 面图。根据2007-287996号日本未审查专利申请公报，可变电容元件200 在立方体形的介电的铁电层204的四个表面的每个表面处设有端子。四个 端子中的彼此面对的两个端子是连接于信号电源203的信号端子203a和 203b，且彼此面对的另两个端子是连接于控制电源202的控制端子202a和 202b。
在可变电容元件200内部，如图14B所示，在铁电层204内依次层叠有 多个控制电极202c 202g以及多个信号电极203c 203f。在图14B的例子 中，最底层的控制电极202g、从底部起第五层的控制电极202e以及顶层 的控制电极202c连接于位于一侧的控制端子202a。从底部起第三层的控 制电极202f以及从底部起第七层的控制电极202d连接于位于另一侧的控 制端子202b。此外，从底部起第二层的信号电极203f以及从底部起第六 层的信号电极203d连接于位于一侧的信号端子203a。而且，从底部起第 四层的信号电极203e以及从底部起第八层的信号电极203c连接于另一侧 的信号端子203b。
在2007-287996号日本未审查专利申请公报中公开的可变电容元件 200具有以下优点通过在内部层叠信号电极层和控制电极层，能够对控 制端和信号端单独施加电压，且能够以低成本增加电容。此外，具有如 2007-287996号日本未审查专利申请公报中公开的结构的可变电容元件 200易于制造且成本低。而且，根据2007-287996号日本未审查专利申请 公报的可变电容元件200不需要图11A所示的偏置消除电容器161。
当诸如上述非接触IC卡的非接触接收器过于靠近R/W时，非接触接 收器不利地承受过高的接收电压，且半导体集成电路器件(IC)因而毁坏。 在2008-7059号日本未审查专利申请公报中，以可变电容二极管作为保护 电路来解决该问题。在一些相关技术中，包括诸如FET(场效应晶体管) 等半导体器件的开关电路用作IC输入端处的保护电路，以解决上述问题。
然而，如2008-7059号日本未审查专利申请公报中公开的，当以可变 电容元件用作保护电路时，用于阻止直流的偏置消除电容器需要连接于可变电容元件，以避免控制信号(直流电压)影响谐振电路。此外，需要另 外的电路产生用于可变电容元件的控制信号。
而且，当诸如根据2008-7059号日本未审査专利申请公报的可变电容 二极管或FET的元件用作如上所述的保护电路时，由于以半导体形成的 元件的介电强度低，故保护电路自身的耐压性低。
此外，在2007-287996号日本未审查专利申请公报中提出的可变电容 元件200包括四个端子，这导致元件尺寸较大且成本较高。根据 2007-287996号日本未审查专利申请公报的可变电容元件200需要周边电 路，用于以与图11和12所示的相关技术的例子相同的方式产生控制信号。

发明内容
本发明旨在解决上述问题。希望提供结构更简单且对接收电压具有 更好的耐压性的非接触接收器、谐振电路以及可变电容元件。
用于解决上述问题的手段
根据本发明的实施例，提供了一种非接触接收器，其包括接收部和 整流部，且各部具有下述结构和功能。接收部包括谐振电路，谐振电路 包括谐振电容器和连接于谐振电容器的谐振线圈，谐振电容器包括由铁 电材料形成的可变电容元件，可变电容元件的电容随着预定频率的接收 电压而变化。整流部将从接收部输出的交流电压转换成直流电压。
此外，根据本发明的实施例，提供了一种谐振电路，其包括谐振电 容器和连接于谐振电容器的谐振线圈，谐振电容器包括由铁电材料形成 的可变电容元件，可变电容元件的电容根据输入的交流电压变化。
而且，根据本发明的实施例，提供了一种可变电容元件，其包括由 铁电材料形成的铁电层和夹着铁电层的两个电极。铁电层具有电容根据 输入的交流电压改变且当交流电压在预定电压范围内变高时电容变小的 特性，交流电压在所述预定电压范围内改变。
在此使用的术语"接收电压"和"交流电压"例如指由可变电容元 件接收的预定频率的交流电压的有效值、最大值或每半周期的平均值， 且当设计可变电容元件时，可基于可变电容元件确定该电压。在本发明的实施例中，电容根据接收的交流电压而改变的可变电容 元件用作如上所述的非接触接收器的接收部的可变电容元件。因此，不 必具有用于改变可变电容元件的电容的控制信号以及用于产生控制信号 的电路。在本发明的实施例中，可变电容元件由耐压值高于诸如半导体 的材料的铁电材料形成。因此，根据本发明的实施例提供了更简单的结 构和对接收电压更高的耐压性。


图l是根据本发明的实施例的非接触接收器的例子的框图2是表示可变电容器的外形的框图3是铁电层的横截面图4表示可变电容器的电容相对于交流电压的变化的例子；
图5A是围绕可变电容器的电路原理图5B表示可变电容器的电容相对于交流电压的变化；
图6A表示当收到具有LSI的最小工作电压的信号时的工作原理；
图6B表示当收到具有最大电压的信号时的工作原理；
图7表示具体例子的去谐特性；
图8表示具体例子中去谐频率与电压压縮比之间的关系；
图9是解释具体例子中可变电容器的设计概要的图10A是变化例子1的接收部的电路原理图10B是变化例子2的接收部的电路原理图11A是围绕相关技术的可变电容器的电路的电路原理图11B表示相关技术的可变电容器的电容相对于控制电压的变化；
图12是相关技术的非接触IC卡的框图13表示以可变电容元件控制接收信号的电平的原理；
图14A是表示相关技术的可变电容元件的外形的立体图；以及图14B是表示相关技术的可变电容元件的配置的剖面图。
具体实施例方式
下面参照附图描述根据本发明的实施例的非接触接收器的例子。下 面以如下顺序描述本发明的实施方式。然而，本发明并不限于以下例子。
1. 非接触接收器的结构
2. 可变电容器的结构
3. 可变电容器的设计概要
4. 具体例子
5. 变化例子
1.非接触接收器的结构
在该实施例中，以非接触IC卡作为非接触接收器的例子。图l是该实 施例的非接触IC卡的接收系统(解调系统)电路部的框图。在图1中，为了 简洁，省略了信号的发射系统(调制系统)电路部。发射系统电路部的结构 与相关技术的非接触IC卡等的发射系统电路部结构相同。
如图1所示，非接触IC卡10包括接收部1(天线)、整流部2以及信号处 理部3。
接收部l包括谐振电路，谐振电路包括谐振线圈4和谐振电容器5，且 由谐振电路接收从非接触IC卡10的R/W(未图示)发射的信号。在图1中， 谐振线圈4由电感元件4a(L)和电阻元件4b(r:大约为几ohm)构成。
谐振电容器5包括并联的电容器5a和可变电容器5b(可变电容元件)， 电容器5a的电容为Co，可变电容器5b的电容Cv随着接收信号的电压(接收 电压)而改变。即，在该实施例中，可变电容器5b与相关技术的天线(包括 谐振线圈4和电容器5a的谐振电路)并联。后面将详细描述可变电容器5b。
电容器5a是以与相关技术的天线相同的方式由顺电性(paraelectric) 材料形成的电容器。由顺电性材料形成的电容器5a具有低的相对介电常 数，且其电容几乎不因输入电压的类型(交流或直流)或其电压的大小而改 变。因此，电容器5a对于输入信号非常稳定。相关技术的天线使用对于所述输入信号具有稳定顺电性的材料形成的电容器，以避免天线的谐振 频率偏移。
在实际电路中，接收部l的电容的波动(大约为几pF)例如由谐振线圈4 的电感元件L的变化或信号处理部3中的集成电路输入端的寄生电容的变 化造成，且对于每个非接触IC卡IO，所述波动的量不同。因此，在该实 施例中，电容器5a的电极图案被修整以适当地调节电容Co，从而抑制(校 正)由波动造成的影响。
整流部2包括半波整流器电路，该半波整流器电路包括整流二极管6 和整流电容器7，且整流部2将接收部1处接收的交流电压整流成直流电压 并输出。
信号处理部3主要包括半导体器件的集成电路(LSI:大规模集成电 路)，并用于解调接收部l处接收的交流信号。信号处理部3中的LSI由整 流部2提供的直流电压驱动。LSI可以是用于相关技术的非接触IC卡(例如 参照图12)的LSI。
2.可变电容器的结构
接下来，将参照图2到4描述可变电容器5b。图2是表示可变电容器5b 的外形的框图。
可变电容器5b包括由铁电材料形成的铁电层51以及夹着铁电层51的 两个电极52和53。
电极52和53分别经由引线54和55连接至整流部2以及信号处理部3。 电极52和53由诸如镍的金属材料形成。如果电极52和53由镍形成，电极 使用镀镍方法等形成。
铁电层51通过烘烤包括铁电材料的材料制成，所述铁电材料中添加 有稀土金属等。在该过程中，根据下述的必要的电容对交流电压的依存 关系，适当地调整铁电层51的形成条件、膜厚等。
用作铁电层51的铁电材料例如可以是其中发生离子极化的铁电材 料。其中发生离子极化的铁电材料包括离子晶体材料，并且是通过阳离 子和阴离子的原子被移位而电极化的铁电材料。其中发生离子极化的铁电材料通常由化学式AB03(0为氧元素)表示并具有钙钛矿(perovskite)结构，其中两种预定的元素为A和B。所述铁电材料例如包括钛酸钡(BaTi03)、铌酸钾(KNb03)以及钛酸铅(PbTi03)等。用作铁电层51的铁电材料可以是包括混有锆酸铅(PbZr03)的钛酸铅(PbTi03)的PZT(锆钛酸铅)。
当形成铁电层51时，如果烘烤如上所述的添加有诸如稀土金属的顺电性材料的铁电材料时，则铁电层51形成为具有称为核壳结构的结构的粒子聚集体(粒子直径在大约lpm以下)。图3表示形成于铁电层51中的粒子(图3的例子中，粒子直径大约为0.3jam)的核壳结构。图3表示以BaTi03(钛酸钡诉作铁电材料的粒子结构。形成于铁电层51中的粒子包括由铁电物质(在图3的右图中呈现为条纹)制成的核部56和形成为包围核部56的具有顺电性的壳(外皮)部57。
图4表示包括铁电层51的可变电容器5b的电容对交流电压的依存关系(该特性以下也称为电容特性)，所述铁电层51形成为具有核壳结构的粒子的聚集体。图4中横轴为施加于谐振线圈4的两端的交流电压的有效值Vrms。纵轴为当施加频率为lkHz、电压为1V的交流电压时的以可变电容器5b的电容作为基准的电容比。
供参考，图4还表示了由非接触IC卡接收的接收信号(交流信号)的电压(交流电压)的范围的例子。图4所示，例如当电压处于大约为1.4到10V的正常使用范围的非接触IC卡靠近R/W时，由非接触IC卡接收的交流电压的电压(有效值)可能超过15V且最大时可达到大约30V。这种情况下，非接触IC卡中的LSI可能毁坏。
如图4所示，当施加的交流电压小时，可变电容器5b的电容Cv随着电压变大而变大。可变电容器5b的电容在某一电压(峰值电压)处达到最大，且该峰值点以后，电容随着电压增加而减少。电容随着电压变大而减少的区域称为电容下降区域。
图4所示的可变电容器5b的电容特性可通过改变核壳结构的壳部厚度加以调节。壳的厚度可通过改变铁电材料的成分、烧结条件、添加元素的类型以及各元素的量加以调节。可变电容器5b的电容特性也可通过改变铁电层51的厚度加以调节。例如，可通过使铁电层51的厚度变小而使施加于可变电容器5b的交流电压减小。如上所述，可通过调节铁电层51的形成条件及膜厚，可以适当地调节可变电容器5b的电容达到最大时的峰值电压，还可以适当地调节电容下降区域的电容的变化速率(特性线的斜率)等。
在该实施例中，例如，其中发生离子极化的铁电材料被用作可变电容器5b的铁电层51的形成材料；然而本发明不限于此。可以使用任何材料，只要该材料是具有如图4所示的电容特性的铁电材料，所述电容特性具有电容随着交流电压变大而减少的区域(电容下降区域)。铁电层51可以包括具有各向异性的铁电材料。
此外，铁电层51的形成材料可以是其中发生电极化的铁电材料。在该铁电材料中，正电荷和负电荷的分离产生电偶极矩，并发生极化。已经有所报道的是，将稀土铁氧化物作为所述材料，该稀土铁氧化物通过形成Fe^的电荷表面和F^+的电荷表面，从而形成极化来表示铁电物质的特性。据报道，在该系统中，在稀土元素为RE且铁族元素为TM的情况下，以分子式(REHTMV04(0:氧元素)表示的材料具有高介电常数。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)，且铁族元素例如包括Fe、 Co以及Ni(通常使用Fe)。 (RE)'(TM)2'04的例子包括ErFe204、LuFe204以及YFe204。
3.可变电容器的设计概要
接下来，参照图5和6，描述根据本实施例的可变电容器5b的电容特性的设计概要。图5A是包括可变电容器5b的电路的电路原理图，且图5B表示可变电容器5b的电容Cv对交流电压的依存关系(电容特性)。
在该实施例中，首先，调节铁电层51的形成条件和膜厚，使得对应于可变电容器5b的最大电容的接收信号的电压(峰值电压)约为信号处理部3的LSI的最小工作电压。此外，调节铁电层51的形成条件和膜厚，使得可变电容器5b的电容特性的电容下降区域的斜率很大。200910168122.0 收信号的最大电压的范围(实际接收电压范围)内，可变电容器5b的电容Cv相对于接收信号的交流电压单调减少。
对应于可变电容器5b的最大电容的峰值电压可以小于信号处理部3的LSI的最小工作电压。从图4可清楚地看出，当对应于可变电容器5b的最大电容的峰值电压等于或小于信号处理部3的LSI的最小工作电压时，从LSI的最小工作电压到接收信号的最大电压的范围为电容下降区域。因此，即使当对应于可变电容器5b的最大电容的峰值电压小于信号处理部3的LSI的最小工作电压时，仍可得到类似于图5B的特性线60的电容特性。
此外，在该实施例中，调节可变电容器5b的电容特性，使得当收到具有最大电压Vmax的信号时，在接收信号(输出电压)频率处的接收部l的接收电平等于或小于VLmax。后面在具体例子中详细描述当收到具有最大电压Vmax的信号时，在接收部l处得到等于或小于VLmax的接收电平的设计条件。
图6表示具有己根据上述设计概要调节过电容特性的可变电容器5b的接收部l的工作原理。图6A表示接收在频率&处与LSI的最小工作电压VLmin具有几乎相同的电压的接收信号的工作原理。图6B表示接收在频率&处具有最大电压Vmax(〉LSI的最大工作电压VLmax)的接收信号的工作原理。
如上所述，在该实施例中，调节可变电容器5a的电容特性，使得对应于可变电容器5b的最大电容的峰值电压几乎与信号处理部3的LSI的最小工作电压相同。因此，当收到在频率fl处具有LSI的最小工作电平VLmin的接收信号时，包括谐振电容器5和谐振线圈4的谐振电路的谐振频率几乎与接收信号的频率f,相同。因此，这种情况下，如图6A所示，与接收信号具有相同电压的交流信号Vout从接收部l输出。当对应于可变电容器5b的最大电容的峰值电压调节为小于信号处理部3的LSI的最小工作电压时，从接收部1输出的交流信号的电压小于LSI的最小工作电压。
另一方面，调节铁电层51的电容特性，使得当收到如上所述的在频率fl处具有最大电压Vmax(〉LSI的最大工作电压VLmax)的接收信号时，从接收部l输出小于LSI的最大工作电压VLmax的交流信号。因此，这时，如图6B所示，从接收部l输出具有等于或小于LSI的最大工作电压VLmax的电压的交流信号Vout。
在该实施例中，调节可变电容器5b的电容特性，使得接收部l处的输出信号的电压(在接收信号的频率处在接收部l处的接收电平)落入如上所述的信号处理部3的LSI的工作的容许范围内。因此，即使当非接触IC卡10过于靠近R/W并接收具有过电压的信号时，信号处理部3的LSI仍不会损坏。
此外，在该实施例中，电容随着接收信号的电压而改变的可变电容器5b用作非接触IC卡10的保护电路。因此，与图11A和12中相关技术的例子不同，电容不需要使用控制电压(直流电压)而改变，这导致电路配置更简单。而且，由于不必设置偏置消除电容器或用于产生控制电压的附加电路，可以以更低的成本制造非接触IC卡。此外，可节省空间(可提供更小的器件)。
在图11A和12所示的相关技术的例子的电路配置中，可变电容元件具有四个端子；然而，从控制电压源流出的DC偏置电流和交流信号彼此干扰。相比之下，在该实施例中，如图5A所示，由于未使用控制电压源，所以可解决上述问题。
而且，在该实施例中，由于可变电容器5b由铁电材料形成，还可得到更高的耐电压性。
在该实施例中，电容随着接收信号的电压增加而减少的电容下降区域，即等于或高于电容特性的峰值电压的区域用作可变电容器5b的电容特性的例子；然而，本发明不限于此。可变电容器5b可以设计为通过适当地调节电容特性的峰值电压(例如通过将峰值电压设置为更高)，使得接收信号的电压变化的范围等于或小于峰值电压。这时，随着接收电压增加，可变电容器5b的电容单调增加。因此，谐振电路的谐振频率偏移到接收信号的频率的较低区域，且可以控制在接收信号的频率处的电压。
在该实施例中，首先，调节铁电层51的形成条件和膜厚，使得对应于可变电容器5b的最大电容的接收信号的电压(峰值电压)约为信号处理部3的LSI的最小工作电压。而且，调节铁电层51的形成条件和膜厚，使 得可变电容器5b的电容特性的电容下降区域的斜率很大。
4.具体例子
接下来，将描述实施方式的具体例子。在具体例子中，以BaTi03(钛 酸钡)用作铁电层51的形成材料。
图7表示当接收部1的合成电容改变时，接收部1处的阻抗的绝对值IZI 的频率特性(以下所述特性也称为去谐特性)。图7中，横轴表示当接收部l 的合成电容为70pF时与谐振频率(以下也称为基准频率)的频率差，且纵轴 表示接收部1的阻抗IZI。在该具体例子中，当接收部l的合成电容为70pF 时，接收部l的谐振频率(基准频率)基本上与接收信号的频率相同。
图7表示当接收部l的谐振电容器5的合成电容C一Co+Cv)为70pF(由 带圈的线表示的特性)、60pF(由带方块的线表示的特性)或50pF(由带三角 的线表示的特性)时的特性。合成电容C的变化量是由于可变电容器5b的 电容Cv的变化。在具体例子中，电容器5a的电容Co大约为20pF到30pF。 可变电容器5b的电容Cv的变化宽度根据电容器5a的电容Co适当地变化。
从图7的去谐特性可看到，当合成电容C变小时，即当可变电容器5b 的电容Cv变小时，接收部1的谐振频率(当阻抗IZI最大时的频率)偏移到更 高区域。因此，例如，如果合成电容C从70pF减少到60pF,在基准频率(接 收信号的频率)处的阻抗IZI降低到偏移前的值的大约0.55倍的值(在图7中 由粗箭头表示)。SP，由于接收部1的接收电平与阻抗IZI成比例，故当合 成电容C从70pF减少到60pF时，接收部l的接收电平被控制到(压縮到)大 约0.55倍。
图8表示接收部1的谐振频率相对于基准频率(接收信号的频率)的相 对值(谐振频率/基准频率)与在基准频率处的接收部l的接收电平(输出电 压)之间的关系。接收部l的谐振频率相对于基准频率(接收信号的频率) 的相对值称为去谐值Afd(或去谐频率)。去谐值Afd是对应于接收部l的谐 振频率从接收信号的频率的偏移量的参数。
图8对应于图7，图8的横轴为去谐值Afd，且纵轴为接收部l的接收电 压相对于基准电压的相对值(电压压縮比)。图8的纵轴的基准电压是当合成电容C为70pF时接收部l的接收电压(有效值)。图8中的圈表示当接收部 l的合成电容为70pF时的数据点，方块表示当合成电容为60pF时的数据 点，且三角表示当合成电容为50pF时的数据点。
从图8可看到，随着接收部l的去谐值Afd变大(随着合成电容C变小)， 在基准频率处的接收部l处的接收电压变小。S卩，当接收部l的去谐值Afd 变大时，电压压縮比变小(电压压縮的程度变大)。
下面使用上述的图8所示的特性以及图9所示的特性，描述具体例子 中所述的可变电容器5b的设计示例。图9表示接收部1处的接收信号的电 压的压縮特性。图9中，横轴表示接收信号的电压(有效值)，且纵轴表示 在接收信号的频率处的接收部l处的接收电压(有效值)。
图9中，点划线表示当未设有保护电路时的特性，且实线表示具体例 子(当设有保护电路时)的特性。图9还表示可变电容器5b的电容特性(由虚 线表示)。在具体例子中，接收信号的最大电压Vmax为10.6(Vrms)，且信 号处理部3的LSI工作且不损坏的可接受的电压范围(VLmin到VLmax)为 1.4到5.3(Vrms)。
在具体例子中，对应于可变电容器5b的最大电容(图9中的Cvl)的峰 值电压设计为约等于信号处理部3的最小工作电压(VLmh^l.4Vrms)。因 此，在接收信号的电压变化的范围(VLmin到Vmax)中，得到的电容特性 为可变电容器5b的电容Cv(谐振电容器5的合成电容C)随着电压增加而减 少(该特性由图9中的虚线表示)。
此外，在具体例子中，可变电容器5b的电容特性设计为，当具有最 大电压Vmax的接收信号输入到接收部l时，使得接收部l处的接收电平约 为信号处理部3的最大工作电压VLmax。具体设计如下。
有必要使接收部1处的电压压縮比为大约0.5，以便当具有最大电压 Vmax的接收信号输入到接收部l时，将最大电压Vmax^l0.6Vrms)降低到 LSI的最大工作电压VLmax(-5.3Vrms)。从图8可知，为得到该电压压縮比， 接收部l处的去谐值Afd必须大约为l.lO。
这里，当去谐值Afd为l时(当接收部l的谐振频率与接收信号的频率 相同时)的谐振电容器5的合成电容C为d，当去谐值Afd大约为1.10时的谐振电容器5的合成电容c为C2。由于接收部1处的谐振频率与1/<:1/2成比例，
故得到d与C2之间的关系为QrCV1.102。因此，如果可变电容器5b的电 容特性设计为满足该关系式，当具有最大电压(10.6Vrms)的接收信号输入 到接收部1时，最大电压可被压縮到接收部1处的LSI的最大工作电压 (5.3Vrms)。
凭借如上所述的设计，如图9中的实线所示，当输入具有LSI的最小 工作电压VLmin的接收信号^1.4Vrms)时，接收部l的接收电压(输出电压) 为1.4Vrms，且电压压縮比为l。另一方面，当具有最大电压 Vmax(-10.6Vrms)的接收信号输入到接收部l时，电压被压縮到接收部l 处的1/2，且接收部l的接收电压为5.3Vrms，这与LSI的最大工作电压 VLmax相同。
当谐振电容器5设计为满足C,d/l.l(^的关系时，当具有最大电压 Vmax的接收信号输入到接收部l时，从接收部l输出的交流信号的电压小 于LSI的最大工作电压VLmax。即，在具体例子中，通过使谐振电容器5 设计为满足C-d/l.l(^的关系，从接收部l输出的交流信号的电压落入信 号处理部3的LSI的工作容限范围内，因此LSI不会损坏。
谐振电容器5的合成电容的上述关系式概括为C-d/Afd2。其中去谐 值AFd是接收部l处(谐振电路)的对应于信号处理部3的最大工作电压 VLmax相对于接收信号的最大电压Vmax的相对值(VLmax/Vmax:最小必 要电压压縮比)的去谐值。
当实际设计接收部1处的谐振电容器5时，需要考虑电容不相对于电 压而改变的电容器5a、谐振线圈4的电容以及LSI的输入端的寄生电容的 变化等的影响。因此，考虑这些影响，电容特性优选地设置为，当收到 LSI的最小工作电压VLmin的信号时的可变电容器5b的电容Cvl大于当收 到最大电压Vmax的信号时的电容Cv2的大约四倍。
在上述具体例子中，当设置可变电容器5b的电容特性时，以有效值 作为与电容对应的接收信号的电压的例子；然而本发明不限于此。相反，
例如可以使用接收信号的电压的最大值或接收信号的每半周期的平均 值。 '5.变化例子
在上述实施例中，虽然以包括设有并联的电容器5a和可变电容器5b 的谐振电容器5的接收部1(天线)作为例子进行了说明，电容器5a的电容相 对于电压几乎保持不变；然而本发明不限于此。例如，谐振电容器5可仅 包括可变电容器5b，或谐振电容器5可包括串联的电容器5a和可变电容器 5b。
图10A表示谐振电容器5仅包括可变电容器5b(变化例子l)的情况下 的接收部l的结构。此外，图10B表示谐振电容器5设有串联的电容器5a 和可变电容器5b(变化例子2)的情况下的接收部l的结构。在每个情况中， 通过以与上述实施例中描述的设计概要相同的方式调节接收部l的谐振 电容器5的合成电容C(在变化例子1中C-Cv)，得到与上述实施例相同的效 果。
在上述实施例中，以非接触IC卡作为非接触接收器为例进行了说明； 然而本发明不限于此。本发明可应用于使用包括谐振线圈和谐振电容器 的谐振电路以非接触方式接收信息和/或电能的任何器件，且与所述器件 能得到相同的效果。本发明也可应用于例如移动电话和无线功率传输装 置等。由于无线功率传输装置设计为以非接触形式传输功率，故与非接 触IC卡不同，所述装置通常不必包括用于解调接收信号的信号处理部。
本领域的技术人员应当明白，只要在所附权利要求书及其等同物的 范围内，根据设计需要和其它因素，可以出现各种变化、组合、次组合 以及替代。
权利要求
1.一种非接触接收器，其包括具有谐振电路的接收部，该谐振电路包括具有由铁电材料形成的可变电容元件的谐振电容器和连接于所述谐振电容器的谐振线圈，所述可变电容元件的电容随着预定频率的接收电压而变化；以及整流部，其用于将从所述接收部输出的交流电压转换为直流电压。
2. 如权利要求1所述的非接触接收器，还包括信号处理部，其被从所述整流部输出的所述直流电压驱动并用于解调接收信号。
3. 如权利要求1所述的非接触接收器，其中，在所述接收电压变化的预定电压范围内，所述可变电容元件具有当所述接收电压变高时所述可变电容元件的电容变小或变大的特性。
4. 如权利要求1所述的非接触接收器，其中，对应于所述可变电容元件的最大电容的所述接收电压等于或小于所述信号处理部的最小工作电压。
5. 如权利要求1所述的非接触接收器，其中，满足C^d/(Afd)2的关系，其中，当所述谐振电路的谐振频率与所述预定频率基本上相同时的所述谐振电容器的电容为Cp且当接收到最大的所述接收电压时的所述谐振电容器的电容为C2，且对应于所述信号处理部的最大工作电压相对于所述最大接收电压的相对值的所述谐振电路的去谐值为Afd。
6. 如权利要求1所述的非接触接收器，其中，所述谐振电容器仅包括所述可变电容元件。
7. 如权利要求1所述的非接触接收器，其中，所述铁电材料是其中发生离子极化的铁电材料。
8. —种谐振电路，其包括谐振电容器，其包括由铁电材料形成的可变电容元件，所述可变电容元件的电容随着输入的交流电压而变化；以及谐振线圈，其连接于所述谐振电容器。
9. 一种可变电容元件，其包括由铁电材料形成的铁电层，所述铁电层的电容随着输入的交流电压而变化，且在所述交流电压变化的预定电压范围内，当所述交流电压变高时所述电容变小或变大；以及两个电极，其夹着所述铁电层。
全文摘要
本发明提供了一种设有接收部和整流部的非接触接收器以及用于所述非接触接收器的谐振电路以及可变电容元件。接收部具有谐振电路，谐振电路包括具有由铁电材料形成的可变电容元件的谐振电容器和连接于谐振电容器的谐振线圈，可变电容元件的电容随着预定频率的接收电压而变化。整流部将从接收部输出的交流电压转换成直流电压。本发明提供了更简单的结构和对接收电压更高的耐压性。
文档编号H02J17/00GK101662171SQ20091016812
公开日2010年3月3日 申请日期2009年8月28日 优先权日2008年8月29日
发明者横田敏昭, 渡边诚, 管野正喜, 羽生和隆 申请人:索尼株式会社