CN1501566A - 电磁耦合特性调整方法、供电装置和非接触型供电系统 - Google Patents

电磁耦合特性调整方法、供电装置和非接触型供电系统 Download PDF

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Abstract

电磁耦合特性调整方法是在通过电磁耦合在读写装置上设置的供电用天线线圈和在IC卡上设置的接收用天线线圈将功率以非接触方式从读写装置供给IC卡的非接触型通信系统中，调整读写装置和IC卡之间的电磁耦合特性的方法。供电装置还包括串联连接和并联连接于供电用天线线圈的调整用阻抗元件。决定调整用阻抗元件的阻抗，使得从供电用天线线圈到接收用天线线圈的通信距离为大于0的规定值时，半导体器件接受的接收功率最大。由此，可提供用简单结构就能够减轻由于接收功率的功率差引起的发热的非接触型通信系统。

Description

电磁耦合特性调整方法、供电装置和非接触型供电系统
技术领域
本发明涉及包括IC卡等的半导体器件和通过电磁耦合该半导体器件以非接触方式向上述半导体器件供电的供电装置的非接触型供电系统和其中使用的供电装置、以及该非接触型供电系统的电磁耦合特性调整方法。
背景技术
近年来，在塑料制造的卡中，埋入了由非易失性存储器、CPU(中央处理单元)等构成的IC芯片等的IC卡得到普及。上述IC卡与目前广泛利用的磁卡相比，由于具有可处理更大量的数据、安全性优越的优点，作为下一代卡备受关注。
IC卡不仅能实现目前由磁卡进行的种种应用，还可广泛应用于由于技术上的限制不能利用磁卡的应用中，因此迅速得到普及。期待利用1张卡内可装载多个应用的多功能IC卡。
对IC卡的供电和读写信息由读写装置进行。IC卡和读写装置根据二者的接口分为接触型和非接触型。
接触型的情况下，IC卡和读写装置上分别设置金属制造的连接端子。通过使IC卡的连接端子和读写装置的连接端子接触，读写装置对IC卡供电，同时可发送接收数据。
另一方面，非接触型的情况下，IC卡和读写装置上分别设置天线线圈。读写装置的天线线圈产生变动磁场，通过使IC卡的天线线圈进入产生的变动磁场中，借助电磁感应技术，读写装置对IC卡供电，同时可发送接收数据。
非接触型IC卡用二极管将天线线圈产生的感应电压整流后供给各功能块。作为从非接触型读写装置的天线线圈传播到非接触型IC卡的天线线圈的电磁波，可举出例如载波频率为数MHz～数10MHZ左右的电波。
非接触型IC卡由于不带与外部装置的连接端子，不用担心产生连接端子的连接点破损等，仅通过靠近非接触型读写装置就可进行供电和数据的发送接收。因此，非接触型IC卡具有维持成本降低、安装容易、处理高速等优点。
另外，非接触型读写装置大致分为具有和不具有固定非接触型IC卡的结构。前者称为密闭型(闭合型)，后者称为开放型(打开型)。
密闭型读写装置和IC卡的通信距离约在5mm以下，在约1mm处频繁使用。这样，密闭型读写装置和IC卡的通信距离非常短，在重视信息安全的金融领域的利用受到关注。因此，原来密闭型比开放型更频繁地被利用。
近年来，随着非接触型IC卡的应用扩展到交通领域、进出门管理系统中，其也转移到比密闭型更方便的开放型。例如，考虑下面的利用方法：将IC卡用于铁道、公交车等车票的同时，将开放型读写装置配置在打卡车门处，或IC卡插入打卡车门进行数据处理、或使之瞬间接触打卡车门进行数据处理(接触并通过处理)。
但是，开放型的情况下，引起读写装置和IC卡的通信距离不固定，在从读写装置向IC卡供电方面产生问题。图8表示来自开放型读写装置的供电功率一定时的开放型读写装置到IC卡的通信距离与IC卡的接收功率的关系。参考该图，可以理解通信距离为0时，接收功率最大，随着通信距离加长，接收功率减少。
因此，在假定使用的通信距离的范围内，近距离存在的IC卡与远距离存在的IC卡相比，接收功率更大。该功率差变换为热，因此产生IC卡近距离长期放置时会发热的问题。
如上所述，期待利用多功能IC卡，但多功能IC卡中需要1MB以上的非易失性存储器，此时消耗功率增大。因此多功能IC卡与原来的IC卡相比，由于可动作的最低电压增大，需要增加来自读写装置的接收功率。
图9表示增加上述接收功率时的上述通信距离和上述接收功率的关系。参考该图可以理解，为了在通信距离相同的情况下使接收功率增大，可增加供电功率。
但是，供电功率增加时，不同通信距离的接收功率的功率差也增加。供电功率过度增加时，恐怕对其他设备产生不良影响。因此，为利用多功能IC卡，要求减轻接收功率的功率差引起的发热。
近来，为了更方便，要求延长IC卡可动作的通信距离。但是，为延长通信距离，如图9所示，需要增加供电功率，产生上述同样的问题。
针对上述发热问题，有对应从读写装置到IC卡的通信距离调整来自读写装置的供电功率的方法，例如日本国公开专利公报特开平11-338983号公报(公开日为1999年12月10日)所示。图7表示上述公报公开的读写装置和IC卡的构成例子。图中的虚线左侧是读写装置100的结构，右侧是IC卡101的结构例子。
读写装置100是包括振荡器110、功率控制电路111、放大器112、匹配电路113、电压检测电路114、读写器用IC115、调谐电容器116和天线线圈117。的结构。从振荡器110输出的高频由放大器112放大，经匹配电路113供给天线线圈117。天线线圈117中为提高传输效率，直接连接调谐电容器116。图7的电路图中，天线线圈117分为电感成分L1和电阻成分R1来描述。
IC卡101是包括天线线圈120、调谐电容器121、整流电路122和IC卡逻辑部123的结构。与读写装置100同样，在天线线圈120上也并联连接调谐电容器121，与天线线圈120的自身电感L2共振来提高传输效率。IC卡101的天线线圈120与读写装置100的天线线圈17电磁耦合时，产生感应电压，产生的感应电压由整流电路122整流，同时调整为规定电压，供给IC卡逻辑部123。
上述构成的读写装置100的特征是包括控制对天线线圈117的供给功率的功率控制电路111、检测出对本身装置的天线线圈117的输入电压的电压检测电路114和存储在读写器用C115中的第一表和第二表。
这里，第一表用于从来自功率控制电路111的输出电压Vs和电压检测电路114检测出的对天线线圈的输入电压V导出耦合系数k。其根据关系式V＝Vs·f(k)(f为某函数)。
第二表用于从上述耦合系数k和最佳的接收功率P导出对耦合系数k最佳的(不产生多余热的)电压Vs。其根据关系式p＝g(Vs，k)(g是某函数)。
上述结构中，电压检测电路114按某控制定时检测出放大器112的输出电压V(对本身装置的天线线圈1的输入电压)。检测出的输出电压V的值送到读写器用IC115。读写器用IC115由于控制功率控制电路111的输出电压Vs而已经取得了该输出电压Vs。
接着读写器用IC115使用放大器112的输出电压V和功率控制电路111的输出电压Vs通过参照第一表取得耦合系数k。接着读写器用IC115使用取得的耦合系数k和对于IC卡接收最佳的接收功率P，通过参照第二表取得对耦合系数k最佳的(不产生多余热的)功率控制电路111的输出电压Vs。
然后，读写器用IC115控制功率控制电路111，以将取得的输出电压Vs输出。由此，消除多余的功率供给，可防止功率差引起的发热。
但是，上述构成的IC卡101和读写装置100在防止接收功率的功率差引起的发热方面有效，但读写装置100需要包括功率控制电路111和电压检测电路114，电路规模扩大，同时消耗功率增大。
IC卡101和读写装置100为延长通信距离依然要增加供电功率。因此，供电功率增加带来的对其他设备的不良影响的问题仍然存在。
发明内容
本发明为解决上述问题而作出，其目的是提供用简单结构就能够减轻由于接收功率的功率差引起的发热的非接触型供电系统。本发明的另一目的是提供不增大供电功率而能够延长半导体器件可动作的离开供电装置的距离的非接触型供电系统。
为达到上述目的，本发明的非接触型供电系统的电磁耦合特性调整方法是在该系统中，通过电磁耦合在供电装置上设置的供电用天线线圈和在半导体器件上设置的接收用天线线圈，将功率以非接触方式从上述供电装置供给上述半导体器件，该方法中，调整上述供电装置和上述半导体器件之间的电磁耦合特性，上述供电装置还包括串联连接上述供电用天线线圈的第一调整用阻抗元件和并联连接于上述供电用天线线圈的第二调整用阻抗元件，其特征在于包括如下步骤：决定上述第一调整用阻抗元件和第二调整用阻抗元件的阻抗，以使得作为从上述供电用天线线圈到上述接收用天线线圈的距离的供电距离为大于0的规定值时，上述半导体器件接受的接收功率最大。
这里，希望供电距离的规定值在假定利用的供电距离的附近。例如，半导体器件为IC卡、供电装置为读写装置的非接触型通信系统的情况下，对应IC卡和读写装置间的通信距离分为紧接型、近接型和附近型，分别在IS010536、ISO/IEC14443和IS0/IEC15693中进行标准化。紧接型、近接型和附近型中假定利用的通信距离分别为约1mm(毫米)、约100mm和约700mm。因此，非接触型通信系统的情况下，希望上述供电距离的规定值在紧接型中约为1mm、在近接型中约为100mm、在附近型中约为700mm。上述供电距离的规定值最好在作为近接型IC卡最经常使用的通信距离的30mm附近，具体说最好是20～40mm的范围内。
根据上述方法，供电距离的规定值中，决定供电装置的第一和第二调整用阻抗元件的阻抗，以使接收功率为最大。但是，通过一般函数y＝f(x)，在极大值或极小值附近，因变量y的变化量小。其间夹有极大值或极小值的情况下，随着因变量y增加和减少，因变量y的差减小。即，一般地，在规定范围内，与单调减少或单调增加的函数相比，存在极大值或极小值的函数使得因变量的范围狭窄。
那么，本发明的非接触型供电系统的电磁耦合特性调整方法与供电距离为0时接收功率最大、随着供电距离加长接收功率单调减少的原来情况相比，可减小不同的供电距离的接收功率的功率差。其结果是用设置第一和第二调整用阻抗元件的简单结构可减轻由于接收功率的功率差引起的发热。
延长半导体器件可动作的离开供电装置的供电距离时，由于延长的供电距离与接收功率为最大的供电距离的差比原来小，可使延长的供电距离的接收功率比原来大。因此，可不增加供电功率而能够延长上述供电距离。
本发明的非接触型供电系统的电磁耦合特性调整方法是在该系统中，通过电磁耦合在供电装置上设置的供电用天线线圈和在半导体器件上设置的接收用天线线圈，将功率以非接触方式从上述供电装置供给上述半导体器件，该方法中，调整上述供电装置和上述半导体器件之间的电磁耦合特性，上述供电装置还包括串联连接上述供电用天线线圈的第一调整用阻抗元件和并联连接于上述供电用天线线圈的第二调整用阻抗元件，其特征在于包括如下步骤：决定上述第一调整用阻抗元件和第二调整用阻抗元件的阻抗，以使得作为从上述供电用天线线圈到上述接收用天线线圈的距离的供电距离在规定范围内时，上述接收功率大于上述半导体器件可动作的最低功率。
根据上述方法，决定第一和第二调整用阻抗元件的阻抗，以使供电功率的规定范围内接收功率大于最低功率。这种情况下，如上所述，与原来的情况相比，由于可减小不同的供电距离的接收功率的功率差，可用设置第一和第二调整用阻抗元件的简单结构减轻由于接收功率的功率差引起的发热。
本发明的供电装置通过包括与半导体器件上设置的接收用天线线圈电磁耦合的供电用天线线圈，以非接触方式向上述半导体器件供电，其特征在于：还包括串联连接上述供电用天线线圈的第一调整用阻抗元件和并联连接于上述供电用天线线圈的第二调整用阻抗元件，关于作为从上述供电用天线线圈到上述接收用天线线圈的距离的供电距离，上述第一调整用阻抗元件和第二调整用阻抗元件具有这样的阻抗：使上述半导体器件所接受的接收功率为最大的供电距离的下限在大于0的规定范围内。
根据上述结构，通过第一和第二调整用阻抗元件，接收功率为最大的供电距离大于0。因此，如上所述，与原来的情况相比，可减小不同的供电距离的接收功率的功率差，从而可用设置第一和第二调整用阻抗元件这样的简单结构减轻由于接收功率的功率差引起的发热。
延长半导体器件可动作的离开供电装置的供电距离时，由于延长的供电距离与接收功率为最大的供电距离的差比原来小，可使延长的供电距离的接收功率比原来大。因此，可不增加供电功率而能够延长上述供电距离。
本发明的非接触型供电系统，其特征在于包括上述结构的供电装置、带有与该供电装置的供电用天线线圈电磁耦合的接收用天线线圈的半导体器件。
上述结构的非接触型供电系统由于包括上述结构的供电装置，可得到与上述同样的效果。
本发明的其他目的、特征和优点通过如下所示的记载可得到充分理解。本发明的优点通过参考附图的下面说明而得以理解。
附图说明：
图1是表示非接触型通信系统的IC卡的接收功率特性的曲线，曲线a作为比较例表示原来的接收功率特性，曲线b表示作为本发明的一个实施例的非接触型通信系统的接收功率特性，曲线c表示不能保证紧接状态下的IC卡的动作时的接收功率特性；
图2是表示在本实施例的读写装置中，固定串联连接天线线圈的调整用电容器的电容、将并联连接天线线圈的调整用电容器的电容分别变更为CB1，CB2，CB3(CB1∶CB2∶CB3＝8∶13∶9)时的接收功率特性；
图3是表示本实施例的非接触型通信系统的简要结构的框图；
图4是图3所示的非接触型通信系统的等效电路图；
图5是与图4同样的等效电路图，表示从IC卡的内部电阻到各地点的阻抗；
图6是表示图3所示的非接触型通信系统中耦合系数与通信距离的对应关系的曲线；
图7是表示原来的非接触型通信系统的简要结构的框图；
图8是表示图7所示的非接触型通信系统中接收功率与通信距离的关系的曲线；
图9是与图8所示的曲线相同的曲线，表示增加供电功率时的接收功率与通信距离的关系。
发明的具体实施方式
根据图1到图6说明本发明的一个实施例，如下所示。图3表示本实施例使用的非接触型IC卡系统的电路结构图。图中的虚线部左侧是读写装置1(供电装置)的构成例子，右侧是IC卡2(半导体器件)的构成例子。
读写装置1是包括振荡器(供电部)10、放大器(供电部)11、调整用电容器12，13和天线线圈14的结构。从振荡器10输出的高频由放大器11放大并供给天线线圈14。本实施例中，读写装置1中包括串联连接天线线圈14的调整用电容器(第一调整用阻抗元件)12和并联连接天线线圈14的调整用电容器(第二调整用阻抗元件)13。
另一方面，IC卡2是包括天线线圈20、同谐电容器21、整流电路部22和IC卡逻辑部23的结构。天线线圈20上并联连接同谐电容器22，与天线线圈20的自身电感L2共振来提高传输效率。IC卡2的天线线圈20与读写装置1的天线线圈14电磁耦合时，产生感应电压，产生的感应电压由整流电路部22整流的同时被调整到规定电压，供给IC卡逻辑部23。
本实施例的非接触型IC卡系统是通信距离为0mm-50mm的近接型。下面说明计算在上述通信距离内读写装置1的天线线圈14和IC卡2的天线线圈20的电磁耦合特性的方法。电磁耦合特性通过天线线圈14，20的形状而变化，因此下面设天线线圈14，20的形状固定。
本实施例中，沿用以上顺序将通信距离从0mm扩大到50mm。
(1)求出对应通信距离的耦合系数k。
(2)求出调整用电容器12，13的电容CA，CB，以使得接收功率最大的通信距离存在于规定的通信距离内。
(3)决定读写装置1的输出电压V0，使得接收功率在规定通信距离内可一直供给IC卡可动作的最小消耗功率。
如上所述，耦合系数k由天线线圈14，20之间的几何学配置决定，因此可通过模拟等来计算。由于天线线圈14，20为固定形状，耦合系数k依赖于通信距离1。
耦合系数k和通信距离1的关系如图6所示。参考该图，偶合系数k是相对于通信距离1单调减少的函数，可以理解为相对于通信距离1单值对应，即如果确定了通信距离1的范围，那么偶合系数k的范围就唯一地确定了。
在同图的情况下，假设通信距离1为0mm-50mm，那么耦合系数k为0.05～0.27.求出调整用电容器12，13的电容CA，CB，以使得在该耦合系数k的范围内，接收功率最大。该计算中，利用图4所示的对应本系统的电磁耦合等效电路。
图4和图5表示读出装置1和IC卡2的电磁耦合等效电路。下面说明电路的各构成要素。电阻RL是IC卡2上配备的半导体器件的最大负载电阻，从用于IC卡2的半导体器件的动作电流值算出。电阻RL两端上施加的电压VB由通过与读写装置1的电磁耦合供给的接收功率生成。
电容C2是并联连接天线线圈20的调谐电容器21的电容，电容C3是芯片内置的电容器的电容。电容C 3有时不内置。本实施例中，IC卡2的天线线圈20的线圈常数不变更，因此从IC卡2上安装的线圈常数对电容C2设定适当的值。
电阻R2是天线线圈20的损耗电阻，电感L2是天线线圈20的自身电感。电阻R2和电感L2-M由于和上述相同的理由，从线圈常数将值固定。
电感M是天线线圈14，20的互感，耦合系数k与互感M之间一般有下面的关系式成立。
k＝M/(L1×L2)1/2    ………(a)
即M＝k(L1*L2)1/2    ………(a’)
电感L1是读写装置1的天线线圈14的自身电感，电阻R1是天线线圈14的损耗电阻。电阻R1和电感L1-M由于和上述相同的理由，从线圈常数将值固定。
因此，本实施例中，对供给电阻RL的功率PB，即IC卡2的接收功率PB的变动参数为调整用电容器12，13的电容CA，CB和耦合系数k。
读写装置1的放大器11的输出电阻R0设定为50Ω。但是，即便输出电阻R0是具有虚数部分的阻抗(R+jX)，可同样进行计算。
图5中，简要图如下所示。电路框分为A点、G点、E点、C点、B点，从各个点观察IC卡侧的阻抗分别为ZA、ZG、ZE、ZC、ZB。
如果决定线圈常数(L1，L2，R1，R2，C2)、IC卡侧常数RL，C3，从A点看到的IC卡侧的阻抗ZA如下式所示，为将CA，CB，作为变量(参数)的函数。
ZA＝fA(CA，CB，k)……………………(式0)
因此，向线圈常数(L1，L2，R1，R2，C2)、IC卡侧常数RL，C3代入某数值可求出函数fA。显然ZB，ZC是常数，ZE是以k为变量的函数，ZG是以CB，k为变量的函数。
接着由于A点的电位VA是由R0和ZA分割电动势V0的电压，因此如下式所示。
VA＝V0(ZA/(R0+ZA))………………(式1)
接着由于G点(F点)的电位VG是用CA的阻抗和ZG分割A点的电位VA的电压，因此如下式所示。
VG＝VA(ZG/((1/jwCA)+ZG)  …………(式2)
接着由于E点的电压VE是用(L1-M)的阻抗和ZE分割G点(F点)的电压VG的电压，因此如下式所示。
VE＝VG(ZE/R1+jw(L1-M)+ZE)  ………(式3)
接着由于C点的电压VC是用R2、(L2-M)的阻抗和ZC分割E点(D点)的电压VE的电压，因此如下式所示。
VC＝VE(ZC/R2+jw(L2-M)+ZC)  ………(式4)
接着由于B点的电压VB是用C3的阻抗(1/jwC3)和RL分割C点的电压VC的电压，因此如下式所示。
VB＝VC(RL/((1/jwC3)+RL))  …………(式5)
并且B点的功率PB如下式所示
PB＝VB2/RL    ……………(式6)
虽然省略了详细说明，但采用线圈常数(L1，L2，R1，R2，C2)、卡侧常数RL，C3，通过变形(式0)～(式6)以及(a’)，(式6)如下所示，为以CA，CB，k为变量的函数f2。
PB＝f2(CA，CB，k)…………(式7)
通过以上调整，读写器侧和IC卡侧线圈常数设定为某数值时的通信距离和接收功率的关系如图1所示。该图中，纵轴表示IC卡2的接收功率，接收功率A1表示IC卡用的半导体器件消耗的功率。即，接收功率A1表示非接触型IC卡可动作的最低功率，接收功率小于A1时，IC卡2不动作。
横轴表示耦合系数k。如上所述，耦合系数k是相对通信距离1单调减少的函数，因此随着耦合系数k的增加，通信距离1减少。例如，某天线形状下，k＝0.05时，1＝50mm左右，k＝0.10时，1＝30mm左右，k＝0.27时，1＝0mm左右。
图1中，曲线a表示原来的接收功率特性。曲线a中，通信距离1＝0mm处，接收功率最大，随着通信距离1加长接收功率减小时，在通信距离15mm处低于半导体器件的消耗功率。因此，通信距离的最大值为15mm左右。
为使通信距离的最大值为50mm左右时，可显著增加供电功率，但通信距离1＝0mm处的最大接收功率与接收功率A1的差明显增大，因此产生上述的发热问题。
接着变更变量CA，CB，画出接收功率特性，通过反复求出最佳的接收功率特性。电容CA＝10pF(皮法)、电容CB＝60pF时的接收功率特性在图1的曲线b中表示。
曲线b中，k＝0.10，即通信距离1＝30mm左右，接收功率最大。因此，通信距离在30mm左右可很频繁使用IC卡。此时，多余的功率(A2-A1)用于发热，但该发热量不会引起IC卡2故障，在可动作的许可范围内。
如上所述，变更读写装置1的输出电压V0时，接收功率特性在纵向上变化。图1的曲线b的设定中，通信距离为0mm和50mm处，为确保接收功率A1，设定读写装置1的输出电压V0。即，设定从振荡器10和放大器11向天线线圈14供给的供电功率，使得在通信距离为0～50mm的范围内时，接收功率大于IC卡2可动作的最低功率。
通过该调整，在通信距离1＝0mm的密接状态下，也可使IC卡2动作。这表示可适用于上述的密闭型读写装置。
通信距离1＝0mm的接收功率设置为稍稍超出IC卡的半导体器件的消耗功率的数值，因此具有防止多余的功率产生的发热或发热产生的麻烦的效果。
另外，通信距离1＝30mm附近，接收功率达到A2左右，作为此时的动作功率由于确保充分的裕度，可用作使用频度多的通信距离。
超出通信距离1＝50mm附近时，小于最低动作电压。因此，该距离认为是该调整条件下的最大通信距离。
这样，要求增大IC卡2的接收功率、扩大通信距离的效果的非接触型卡系统中，确立近接型IC卡最经常使用的通信距离(约30mm)处，接收功率最大，同时在非接触型的读写装置1和IC卡2密接的状态(通信距离1＝0)下，可产生超出IC卡2的最低动作电压的接收功率的阻抗调整方法。由此，解决通信距离扩大和发热问题。
另外，不能保证密接状态下的IC卡2的动作的情况下，如图1中曲线c所示的接收功率特性所示，通过调整阻抗，可实现具有特定通信距离的IC卡规格。
此时，通信距离1＝0处，设定为小于接收功率A1，通信距离的上限约为45mm。
另外，图2中表示将电容CA固定在某数值、将电容CB分别变更为CB1，CB2和CB3(CB1∶CB2∶CB3＝8∶13∶9)时的接收功率特性。
参考图2，可以理解通过电容CB，接收功率最大时的耦合系数k，即通信距离变化。
设定为CB＝CB1时，k＝0.15，取得平缓的最大值。该特性是比较好的特性，但由于不能确保功率的裕度，是对于噪声等的外部干扰抵抗力弱的系统。
设定为CB＝CB2时，k＝0.25(通信距离1＝10mm附近)，接收功率为最大，但该特性是IC卡2和读写装置1附近得到接收功率的最大值的特性，虽然可以可观地扩大通信距离，但是该通信距离的扩大有限。
设定为CB＝CB3时，k＝0.08(通信距离1＝40mm附近)，接收功率最大。该特性中，在直到通信距离50mm附近都确保足够动作的功率，IC卡2最多使用的距离下，接收功率为最大，调整成良好的特性。
如上所述，通过设定CA，CB，可提供对应各种动作通信距离规格的IC卡。
本发明不限定在上述实施例，在权利要求所示的范围中可进行种种变更。
例如图1和图2所示的接收功率特性的峰值的设定等由IC卡2中使用的半导体器件的消耗电流的规格和非接触型IC卡系统的通信距离的规格决定。
图2的情况下，通过固定调整用电容器12的电容CA并使调整用电容器13的电容CB变化进行阻抗的调整，但可通过固定电容CB而变化电容CA来进行，或通过将两个电容CA，CB均作改变来进行。
也考虑设置自动调整电容CA，CB的电路，通过非接触通信的初始响应时的信息自动调整阻抗等的应用。通过些自动调整，容易应对使用模式不同的IC卡。
上述实施例中，说明了使用包括调整用电容器12和调整用电容器13的读写装置1的非接触型IC卡系统，但可在包括用其他阻抗元件，例如线圈等替代调整用电容器12和调整用电容器13的读写装置1的非接触型IC卡系统中使用本发明。
上述实施例中，说明了使用IC卡2和读写装置1的非接触型IC卡系统，但在非接触标签等的利用电磁感应的RF通信中都一样可利用本发明。
上述实施例中，在供电的读写装置和接收功率的IC卡之间进行通信，但在仅从供电装置向半导体器件供电而不进行通信的系统中也可使用本发明。
如上所述，本发明的非接触型供电系统的电磁耦合特性调整方法是调整供电装置和半导体器件之间的电磁耦合特性的非接触型供电系统的电磁耦合特性调整方法，上述供电装置还具有串联连接和并联连接供电用天线线圈的调整用阻抗元件，决定上述调整用阻抗元件的阻抗，使得作为从上述供电用天线线圈到上述半导体器件的接收用天线线圈的距离的供电距离为大于0的规定值时，上述半导体器件接受的接收功率为最大。
由此，与原来情况相比，不同的供电距离的接收功率的功率差可减小，因此用设置调整用阻抗元件的简单结构就可实现减轻由接收功率的功率差引起的发热的效果。延长半导体器件可动作的从供电装置开始的供电距离时，延长的供电距离的接收功率比原来大，因此可实现不增加供电功率就能够延长上述供电距离的效果。
另外，本发明的非接触型供电系统的电磁耦合特性调整方法如上所述，在上述方法中，决定上述阻抗通过决定上述供电用天线线圈和上述接收用天线线圈的电磁耦合系数与上述供电距离的对应关系、决定上述调整用阻抗元件的阻抗以使得对应上述供电距离的规定值的电磁耦合系数中上述接收功率为最大来进行。
电磁耦合系数由天线线圈之间的几何学配置决定。因此供电距离可对应电磁耦合系数。电磁耦合系数与接收功率的关系容易从等效电路图求出。
因此，根据上述方法，通过求出电磁耦合系数与接收功率的对应关系，能够容易地决定调整用阻抗元件的阻抗。
此外，本发明的非接触型供电系统的电磁耦合特性调整方法如上所述，在上述方法中，决定从上述供电装置供给的供电功率，使得上述供电距离在规定范围内时，上述接收功率大于上述半导体器件可动作的最低功率。
这里，供电距离的规定范围内希望是在假定利用的供电距离的范围内。例如，半导体器件为IC卡、供电装置为读写装置的非接触型通信系统中，密接型中为约5mm以下、近接型中为约100mm以下，附近型中为约700mm以下。
原来，供电距离的下限固定(0)，因此即便增大供电功率也仅增加供电距离的范围的上限。与此相反，本发明中，供电距离的上限增加，同时下限降低。因此，根据上述方法，仅稍稍增加供电功率就可将供电距离扩大得大于原来的，因此容易决定供电距离在规定范围内时接收功率大于最低功率的供电功率。
本发明的非接触型供电系统的电磁耦合特性调整方法如上所述，上述供电装置还包括串联连接和并联连接上述供电用天线线圈的调整原阻抗元件，决定上述调整用阻抗元件的阻抗，使得作为从上述供电用天线线圈到上述接收用天线线圈的距离的供电距离在规定范围内时，上述接收功率大于上述半导体器件可动作的最低功率。
由此，与原来情况相比，不同的供电距离的接收功率的功率差可减小，因此用设置调整用阻抗元件的简单结构就可实现减轻由接收功率的功率差引起的发热的效果。
此外，本发明的非接触型供电系统的电磁耦合特性调整方法如上所述，在上述方法中，决定上述阻抗通过决定上述供电用天线线圈和上述接收用天线线圈的电磁耦合系数与上述供电距离的对应关系、决定上述调整用阻抗元件的阻抗以使得对应上述供电距离的规定范围的电磁耦合系数中上述接收功率大于上述半导体器件可动作的最低功率来进行。
根据上述方法，如上所述，通过求出供电距离和电磁耦合系数的对应关系，能够容易地决定调整用阻抗元件的阻抗。
希望上述调整用阻抗元件是电容器。
本发明的供电装置如上所述，包括串联连接和并联连接供电用天线线圈的调整原阻抗元件，上述调整用阻抗元件是上述半导体器件接受的接收功率为最大的供电距离的下限在大于0的规定范围内的阻抗的结构。
由此，与原来情况相比，不同的供电距离的接收功率的功率差可减小，因此用设置调整用阻抗元件的简单结构就可实现减轻由接收功率的功率差引起的发热的效果。延长半导体器件可动作的从供电装置开始的供电距离时，延长的供电距离的接收功率比原来大，因此可实现不增加供电功率就能够延长上述供电距离的效果。
本发明的的供电装置如上所述，在上述结构中，上述供电距离在上述规定范围内的情况下，将上述接收功率大于上述半导体器件(2)可动作的最低功率的供电功率供给上述供电用天线线圈(14)。
此外，本发明的供电装置如上所述，仅稍稍增加供电功率就可将供电距离扩大得大于原来的，因此容易决定供电距离在规定范围内时接收功率大于最低功率的供电功率。
希望上述调整用阻抗元件是电容器。
本发明的非接触型供电系统如上所述，是包括上述结构的供电装置、包括电磁耦合该供电装置的供电用天线线圈的接收用天线线圈的半导体器件的结构。
由此，上述结构的非接触型供电系统中也实现与上述相同的效果。
发明的详细说明中给出的具体实施例和实施形式至多是为了理解本发明的技术内容，不应狭义地解释为仅限定于这种具体例子，在本发明的精神和下面记载的权利要求的范围内，可实施各种变更。

Claims (21)

1.一种非接触型供电系统的电磁耦合特性调整方法，在该系统中，通过电磁耦合在供电装置(1)上设置的供电用天线线圈(14)和在半导体器件(2)上设置的接收用天线线圈(20)，将功率以非接触方式从上述供电装置(1)供给上述半导体器件(2)，该方法中，调整上述供电装置(1)和上述半导体器件(2)之间的电磁耦合特性，
上述供电装置(1)还包括串联连接上述供电用天线线圈(14)的第一调整用阻抗元件(12)和并联连接于上述供电用天线线圈(14)的第二调整用阻抗元件(13)，
其特征在于包括如下步骤：
决定上述第一调整用阻抗元件(12)和第二调整用阻抗元件(13)的阻抗，以使得作为从上述供电用天线线圈(14)到上述接收用天线线圈(20)的距离的供电距离为大于0的规定值时，上述半导体器件(2)接受的接收功率最大。
2.根据权利要求1所述的非接触型供电系统的电磁耦合特性调整方法，决定上述阻抗的步骤包含：
决定上述供电用天线线圈(14)和上述接收用天线线圈(20)的电磁耦合系数与上述供电距离的对应关系的步骤；
决定上述第一调整用阻抗元件(12)和第二调整用阻抗元件(13)的阻抗以使得对应上述供电距离的规定值的电磁耦合系数中上述接收功率最大。
3.根据权利要求1所述的非接触型供电系统的电磁耦合特性调整方法，还包含决定从上述供电装置(1)供给的供电功率以使得上述供电距离在规定范围内时，上述接收功率大于上述半导体器件(2)可动作的最低功率。
4.根据权利要求1到3之一所述的非接触型供电系统的电磁耦合特性调整方法，上述第一调整用阻抗元件(12)和第二调整用阻抗元件(13)是电容器(12，13)。
5.根据权利要求4所述的非接触型供电系统的电磁耦合特性调整方法，决定上述阻抗的步骤是决定上述第一调整用阻抗元件(12)和第二调整用阻抗元件(13)的电容，使得作为从上述供电用天线线圈(14)到上述接收用天线线圈(20)的距离的供电距离为大于0的规定值时，上述半导体器件(2)接受的接收功率最大。
6.根据权利要求1所述的非接触型供电系统的电磁耦合特性调整方法，上述规定值在20～40mm的范围内。
7.一种非接触型供电系统的电磁耦合特性调整方法，在该系统中，通过电磁耦合在供电装置(1)上设置的供电用天线线圈(14)和在半导体器件(2)上设置的接收用天线线圈(20)，将功率以非接触方式从上述供电装置(1)供给上述半导体器件(2)，该方法中，调整上述供电装置(1)和上述半导体器件(2)之间的电磁耦合特性，
上述供电装置(1)还包括串联连接上述供电用天线线圈(14)的第一调整用阻抗元件(12)和并联连接于上述供电用天线线圈(14)的第二调整用阻抗元件(13)，
其特征在于包括如下步骤：
决定上述第一调整用阻抗元件(12)和第二调整用阻抗元件(13)的阻抗，以使得作为从上述供电用天线线圈(14)到上述接收用天线线圈(20)的距离的供电距离在规定范围内时，上述接收功率大于上述半导体器件(2)可动作的最低功率。
8.根据权利要求7所述的非接触型供电系统的电磁耦合特性调整方法，决定上述阻抗的步骤包含：
决定上述供电用天线线圈(14)和上述接收用天线线圈(20)的电磁耦合系数与上述供电距离的对应关系的步骤；
决定上述调整用阻抗元件的阻抗以使得对应上述供电距离的规定值的电磁耦合系数中上述接收功率大于上述半导体器件(2)可动作的最低功率。
9.根据权利要求7或8所述的非接触型供电系统的电磁耦合特性调整方法，上述第一调整用阻抗元件(12)和第二调整用阻抗元件(13)是电容器(12，13)。
10.根据权利要求9所述的非接触型供电系统的电磁耦合特性调整方法，决定上述阻抗的步骤是决定上述第一调整用阻抗元件(12)和第二调整用阻抗元件(13)的电容，使得作为从上述供电用天线线圈(14)到上述接收用天线线圈(20)的距离的供电距离在规定范围内时，上述接收功率大于上述半导体器件(2)可动作的最低功率。
11.根据权利要求7所述的非接触型供电系统的电磁耦合特性调整方法，上述规定范围的下限是0。
12.根据权利要求7所述的非接触型供电系统的电磁耦合特性调整方法，上述规定范围的下限大于0。
13.根据权利要求1或7所述的非接触型供电系统的电磁耦合特性调整方法，上述半导体器件(2)是IC卡(2)。
14.一种供电装置，通过包括与半导体器件(2)上设置的接收用天线线圈(20)电磁耦合的供电用天线线圈(14)，以非接触方式向上述半导体器件(2)供电，其特征在于：
还包括串联连接上述供电用天线线圈(14)的第一调整用阻抗元件(12)和并联连接于上述供电用天线线圈(14)的第二调整用阻抗元件(13)，
关于作为从上述供电用天线线圈(14)到上述接收用天线线圈(20)的距离的供电距离，上述第一调整用阻抗元件(12)和第二调整用阻抗元件(13)具有这样的阻抗：使上述半导体器件(2)所接受的接收功率为最大的供电距离的下限在大于0的规定范围内。
15.根据权利要求14的供电装置，还包含供电部(10，11)，上述供电距离在上述规定范围内的情况下，将上述接收功率大于上述半导体器件(2)可动作的最低功率的供电功率供给上述供电用天线线圈(14)。
16.根据权利要求14或15的供电装置，上述第一调整用阻抗元件(12)和第二调整用阻抗元件(13)是电容器(12，13)。
17.根据权利要求16的供电装置，关于作为从上述供电用天线线圈(14)到上述接收用天线线圈(20)的距离的供电距离，上述第一调整用阻抗元件(12)和第二调整用阻抗元件(13)具有这样的电容：使上述半导体器件(2)所接受的接收功率为最大的供电距离的下限在大于0的规定范围内。
18.一种非接触型供电系统，包括供电装置(1)、带有与该供电装置(1)的供电用天线线圈(14)电磁耦合的接收用天线线圈(20)的半导体器件(2)，上述供电装置(1)将功率以非接触方式供给上述半导体器件(2)，
上述供电装置(1)还包括串联连接上述供电用天线线圈(14)的第一调整用阻抗元件(12)和并联连接于上述供电用天线线圈(14)的第二调整用阻抗元件(13)，
关于作为从上述供电用天线线圈(14)到上述接收用天线线圈(20)的距离的供电距离，上述第一调整用阻抗元件(12)和第二调整用阻抗元件(13)具有这样的阻抗：使上述半导体器件(2)所接受的接收功率为最大的供电距离的下限在大于0的规定范围内。
19.根据权利要求18所述的非接触型供电系统，上述第一调整用阻抗元件(12)和第二调整用阻抗元件(13)是电容器(12，13)。
20.根据权利要求19所述的非接触型供电系统，关于作为从上述供电用天线线圈(14)到上述接收用天线线圈(20)的距离的供电距离，上述第一调整用阻抗元件(12)和第二调整用阻抗元件(13)具有这样的电容：使上述半导体器件(2)所接受的接收功率为最大的供电距离的下限在大于0的规定范围内。
21.根据权利要求18所述的非接触型供电系统，上述半导体器件(2)是IC卡(2)。
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