![[PukiWiki]](image/logo_pub.png "[PukiWiki]"){kind=logo}
&size(24){&color(darkgreen){''KS2100でFDTXを作る''};}; #navi(Proposal) ~''CONTENTS'' #contents ---- ~''REFERENCES'' -http://www.hitachi.co.jp/wirelessinfo/ -http://www.c-guys.jp/ -http://www.aeroscout.co.jp/ ---- **はじめに [#sf7d3302] -FDTX(Field Data Transmitter)と呼ぶことにしよう。 -FDAU(Field Data Aquision Unit)はNTT-ATとTechnolinikが取組んでいるヤツ -要するにKS2100にTCP/IPを搭載して、センターに接点情報、アナログ情報を送信する装置。 -主題は、KS2100にTCP/IPを搭載すること。 -どっかのISPにデータベースはおまかせ。 -ウチでデータベースの試作は必要かも。 -MySQLあたりで、ネットワークからのデータ受信で簡単な方法は何だろう? **日立ワイヤレスインフォベンチャーカンパニー [#ub94fb65] -最初の要求仕様。&ref(spec0721.pdf); -内容が無いよう ***要求仕様 2005-07-28 [#vc30dd07] -M仕様は納期厳守 --法務省 --山口県みねの刑務所 --囚人監視 -汎用は今後の展開。安く大量に。 -AS仕様はM仕様のコンペティター -サイズはカードサイズ -リチウムイオン電池1,000mAh -probe発信 -温度-10-50 -ON/OFFスイッチはなし -生活防水 -電源電圧を監視して，ある閾値より落ちたら通知 -IP電話もつく --IP電話のロケーションを特定したい。 -11b完全準拠に固執してはいないので端末側で電力制御したい。 -秋田電子とhitachiAkibaの執行役員がいっしょらしい。 --1,000/lotの場合，秋田電子は少しは無理がきくらしい。 --hitachiAkibaの方で秋田電子に連絡。 --秋田電子が受注してデザインすることはできないと思われる。 --ウチの名前はまだ出していない。 ***課題 [#ne76af0e] -MAC部分に無線タグ機能を搭載 -connectしてUDP送信はイヤ。 --時間がかかるし消費電力があがる。 -消費電力 --タグが複数あった場合，probeリクエストが絶え間なく発生するためにスリープしない --前の案件はそれが引っかかった --プロプラにするとAPの汎用性が落ちる。 --電源系制御回路を分離しないと，電源の切断とかが大変 -エアロスタカウト？AS --NECが担いでるんだけど，汎用端末 --消費電力でうそをついているか，11bに準拠していない ***量産体制 [#c499b7cf] -1000/lot --500個とか300個とかはどうでしょう？ --工場と打ち合わせ --日立側で部品調達もあり -製造精度の条件が厳しい案件 --国の仕事で，絶対に失敗できないもの --日立グループに取りまとめてもらって，その代わり筐体作成もあり --日立グループが責任を持つため。 --人間が40〜50人が最大 --あるエリアに300〜400集まる場合がある -TELECはOK -箱はわれわれ経由で -相積をとりますが技術力が優先 ***検討項目 [#lfb2d195] -CPUを使用するかどうか --R8C 8MHz -ソースの公開 --CPUをおいた場合はソース公開するが，firmwareだと公開しない。 --11bの上の部分はソース公開の可能性。 -非接触の充電が厳しい。 --アンテナが大きい。 --効率が悪い。充電時間8時間の解はあるか？ -24時間充電して10分使用とかならOK -生活防水 --(4) 水を外部からかけても壊れないレベル。 --携帯電話レベルよりひとつ上。 -量産時の検査項目 -グリーン調達 --hitachiのcriteriaではどこも受注できないぐらい厳しい。 -謎用語 --てもどり --まてこん ***質問事項 [#obbac8e8] -TCP/IPプロトコルスタック搭載が必要か?→必要なし -位置検出のためのTAG側の処理は?→なし -送信内容はProbe Requestのみ?→その通り -設定内容は?(SSID, 周波数など)→出荷時設定 -ユーザ設定用ポートの要不要→ユーザ設定は無し -KSCの最新チップセットが低消費電力と考えられる。->外付け回路無し→協議の上、決定する。 -外部I/Oの消費電力→無いことが前提 -充電回路→WiViComにおまかせ -一次試作、二次試作でTELECは必要か?→必要 -仕様決まり次第、外注先を紹介する。 -MACアドレスは何を使う? ***要求仕様 2005-8-18 [#neb19a5e] -開発設計スコープ --一次試作は大きめ、二次試作で500円玉サイズ、量産は二次試作ベース ---充電回路内蔵で500円玉サイズは無理。 ---すなわち、M仕様で500円玉サイズは無理。 --期間厳守 -一次試作 --基板サイズ45x60mm --無線仕様IEEE802.11b。Probe Requestを定期送信 --連続動作168時間以上 --電池容量1000mAh --電池寿命500回。5年 --電池電圧低下フラグ。Probe Requestパケット内に含める --データ送信用パケット ---Probe Requestの構造を調べる --タイマー機能。曜日、時分秒(RTCが必要) ---M仕様では不要 ---一次試作に含めるか? --充電方式は非接触充電。不可の場合はデータを添えて端子充電 --筐体仕様。一次試作は持ち運べるサイズ。二次試作では名刺サイズ --動作温度。-10〜60℃、湿度95%、海抜3000m --保管温度。-20〜70℃、電池別 -量産前二次試作(量産直前の試作) --量産化時基板サイズ。500円硬貨相当 --筐体仕様。防水、防塵、落下 --消費電力目標。AS社タグ仕様。第一次目標はM仕様 --外部I/F。保留 --量産時はグリーン調達対応 --QA項目。一次試作に準ずる ---一次試作時のQA項目が不明 -検収物品(一次試作、二次試作、量産) -契約条件 **消費電力の検討 [#yfd19de5] ***RF LSI (KS2030)の消費電流 [#v14ec234] |~ITEM|~MIN|~TYP|~MAX|~UNIT|~REMARK| |TX||123||mA|+15dBm| |RX||69||mA|| |Standby||37||mA|| |Shutdown||5|10|uA|| ***BB+MAC LSI (KS2101)の消費電流 [#y6230301] |~ITEM|~MIN|~TYP|~MAX|~UNIT|~REMARK| ***KSCチップセットの消費電流 [#nc38227b] |~ITEM|~TYP|~UNIT|~REMARK| |TX|165|mA|+15dBm| |RX|117|mA|| |Standby|0.304|mA|| |Sleep Mode|0.0607|mA|| -2秒に1回、Probe Requestパケットを送出する。→1ms(11Mbps時) -送信時200mAとして、2秒間隔で1ms送信したときの平均電流は0.1mA。 -Sleep Modeの電流は0.061mA。 -従って、無線タグの平均消費電流は0.161mAとなる。 -1000mAhのバッテリを利用すると、1000/0.161 = 6211時間。すなわち259日間となる。 -反対に、1週間(168時間)もたせるには、168*0.161 = 28mAhのバッテリが必要となる。 -他に、バッテリ充電回路、フラッシュROMなどが必要。 ***フラッシュROMの消費電流 [#ve729acd] -WLAN部が2秒間隔で1msだけ動作するためには、上位からファームウエアをダウンロードできない。 -MAC用のフラッシュROMが必要。 -MBM29LV800で試算。 |~ITEM|~TYP|~UNIT|~REMARK| |ACTIVE|27.3|mA|| |STANDBY|0.00546mA|mA|| -2秒間隔で1msを平均すると、0.0192mA ***充電回路の消費電流 [#xb5b7667] -バッテリはリチウムイオンか?入手性は? -非接触 -トラ技2004/2 -例として、MAX8808リチウムイオン充電IC -動作時はBAT端子の入力漏れ電流になる。TYP=1uA、MAX=10uA。 ***水晶発振器の消費電流 [#s96137a6] -KYOCERA K2520で試算。 |~ITEM|~TYP|~UNIT|~REMARK| |ACTIVE|8|mA|| |STANDBY|0.02|mA|| -発振イネーブルに3ms必要 -チップセットの消費電流に含まれている。 ***外付けCPUの消費電流 [#n406552a] #ref(tab_r8c.JPG) -R8C/15のシステムクロックはMAX20MHzなので、KS2101のクロック44MHzは直結できない。 -R8C/15の高速オンチップオシレータモードは低消費電力。ただし、8MHz。 -2秒間隔で高速オンチップオシレータモードになるとして、その他は75uAとすると、平均で0.0774mA。 ***まとめ [#aea60341] |~構成|~発信時間|~平均消費電流|~1000mAhでの持続時間| |RF+BB+MAC+ROM+BAT+OSC|1ms|0.1812mA|5518時間(7ヶ月)| |RF+BB+MAC+ROM+BAT+OSC|4ms|0.40206mA|2487時間(3ヶ月)| |RF+BB+MAC+ROM+CPU+BAT+OSC|1ms|0.2587mA|3865時間(5ヶ月)| |RF+BB+MAC+ROM+CPU+BAT+OSC|4ms|0.44206mA|2262時間(3ヶ月)| **基板サイズの検討 [#j56ef29d] -各LSIのサイズ |~ITEM|~MANI.|~PARTS|~SIZE|~REMARK| |RF LSI|KSC|KS2030|6x6x0.203mm|| |BB+MAC LSI|KSC|KS2101|12x12x1.11mm|| |Flash ROM|SPANSION|MBM29LV800|20x12x1.1mm|| |BATTERY|MAXIM|MAX8808|2x2x0.8mm|| |OSC|KYOCERA|KC2520|2.5x2x0.8mm|| |ANT|TSS|AT-DE024|6.7x9.8x1.0mm|| --KS2030はPA内蔵、SAW内蔵 -CPUのサイズ |~ITEM|~MANI.|~PARTS|~SIZE|~REMARK| |CPU|Renesas|R8C/1554|6.5x6.4x1.45mm|| **到達距離の検討 [#vefb1484] -通信可能距離の式(SHF帯用) #mimetex(5$, d = \sqrt{\frac{G_t P_t G_r \lambda^2}{16 \pi^2 P_r}}); > &mimetex(4$, P_r); : 受信機の感度[W] &br; &mimetex(4$, G_r); : 受信アンテナの相対利得(ダイポール比)[倍] &br; &mimetex(4$, P_t); : 送信電力[W] &br; &mimetex(4$, G_t); : 送信アンテナの相対利得(ダイポール比)[倍] &br; &mimetex(4$, \lambda); : 波長[m] &br; &mimetex(4$, d); : 距離[m] -IEEE802.11bの受信機の感度は、11Mbps時-80dBm程度である。すなわち、&mimetex(4$, P_r = 10 \times 10^{-12});[W]となる。 -受信アンテナは、一般的なAP用のコーリニアアンテナとすると、2.14[dBi]程度ある。 従って、1/2λダイポールとの相対利得だと、2.14 - 2.15 = 0.01[dB]となり、 &mimetex(4$, G_r = 1.002);[倍]となる。 -送信電力は、KS2030の仕様書より、15dBmである。すなわち、&mimetex(4$, P_t = 0.03162);[W]である。 -送信アンテナは、誘電体アンテナとすると、1.34[dBi]程度である。 従って、1/2λダイポールとの相対利得だと、1.34 - 2.15 = -0.81[dB]となり、 &mimetex(4$, G_t = 0.8299);[倍]となる。 -波長は、2450[MHz]のとき&mimetex(4$, \lambda = 0.1224);[m]である。 -以上より、&mimetex(4$, d = 499);[m]となる。 **非接触充電 [#d014764f] -相互インダクタンス #mimetex(6$, e_2 = M \frac{\Delta I_1}{\Delta t_1}) > &mimetex(4$, e_2); : 2次コイルの起電電圧[V]&br; &mimetex(4$, M); : 相互インダクタンス[H]&br; &mimetex(4$, \frac{\Delta I_1}{\Delta t_1}); : 1次コイルの電流変化[A/s] -結合係数 #mimetex(6$, M = \kappa \sqrt{L_1 L_2}) > &mimetex(4$, M); : 相互インダクタンス[H]&br; &mimetex(4$, \kappa); : 結合係数(漏れ磁束のないとき&mimetex(4$, \kappa = 1);&br; &mimetex(4$, L_1, L_2); : 1次コイル、2次コイルのインダクタンス[H] -代入すると #mimetex(6$, e_2 = \kappa \sqrt{L_1 L_2}\frac{\Delta I_1}{\Delta t_1}) -つまり、2次側の電圧を高くするには、 --周波数を高くする --インダクタンスを大きくする --結合係数を大きくする -プリントコイルの計算式 --正方形コイル #mimetex(6$, L = 0.141 a n^{\frac{5}{3}} log 8 \frac{a}{c}); &br; > &mimetex(4$, L); インダクタンス[uH] &br; &mimetex(4$, n); 巻数 &br; &mimetex(4$, a = \frac{D_i + D_o}{4}); &br; &mimetex(4$, c = \frac{D_o - D_i}{4}); &br; &mimetex(4$, D_o); コイルの外形寸法[インチ] &br; &mimetex(4$, D_i); コイルパターンの間隔[インチ] &br; < --線幅を0.5mm、間隔&mimetex(4$, D_i = 0.5);[mm]とする。 --巻数&mimetex(4$, n = 10);とすると、コイルの外形寸法&mimetex(4$, D_o = 20);[mm]となる。 -- &mimetex(6$, a = \frac{D_i + D_o}{4} = \frac{0.01969 + 0.7874}{4} = 0.2018); -- &mimetex(6$, c = \frac{D_o - D_i}{2} = \frac{0.7874 - 0.01969}{2} = 0.3839); -- &mimetex(6$, L = 0.824);[uH] -具体的に検討する --入力電流を5MHz, 120mAとすると、電流の変化量&mimetex(4$, \frac{\Delta I}{\Delta t} = \frac{240mA}{100ns} = 2.4\times 10^6); --出力電圧は、&mimetex(6$, e = \kappa \sqrt{L_1 L_2} 2.4\times 10^6); --2次側インダクタをプリント基板上に構成して、&mimetex(6$, L_2 = 0.824);[uH]とする。 --2次側で取り出したい電圧を5Vとする。 --結合係数は0.1とする。 #mimetex(6$, L_1 = \frac{e^2}{L_2 \kappa^2 (2.4\times 10^6)^2} = 0.5267[mH]); --すなわち、0.5267mH以上のコイルに、5MHzの交流を120mA流せばよいことになる。 --0.5267mHのコイルの5MHzでのインピーダンスは16.55kΩ。 --インピーダンス16.55kΩに120mA流すには、2kVが必要→非現実的 --再検討 --一次側インダクタンス10uH, 二次側インダクタンス100uHあたりがよさそう -Li-ion充電LSIの入力電圧は4.25V〜15V ***まとめ [#db405682] -1000mAhの二次電池を8時間で充電するためには、125mAで充電する必要がある。 -充電電圧5Vとすると、非接触充電の二次コイル側の電力は0.625Wが必要になる。 -一般的に、非接触充電の効率が20%だとすると、一次コイル側に3.125Wが必要になる。 ***コイルの検討 [#ebe0786d] -コイルの最大電圧 #mimetex(6$, E_{rms} = 4.44 f N A_e B_{max} \times 10^{-8}) > &mimetex(4$, E_{rms});:最大電圧[V]&br; &mimetex(4$, f);:印加電圧の周波数[Hz]&br; &mimetex(4$, N);:巻数&br; &mimetex(4$, A_e);:コアの実効断面積[cm^2]&br; &mimetex(4$, B_{max});:限界磁束密度[Gauss]&br; **基礎実験 [#u0b74edb] -コイルの試作 #ref(core.jpg) -ギャップ0mmの入力波形、出力波形 #ref(wav-0mm.jpg) -ギャップ3mmの入力波形、出力波形 #ref(wav-3mm.jpg)
