JP2000004189A - 電磁誘導結合で作動する遠隔交信装置 - Google Patents
電磁誘導結合で作動する遠隔交信装置Info
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Abstract
より作動する遠隔交信装置において、変調機能が遠隔電
源機能との整合性を維持しつつ、携帯装置のアンテナに
作用するものであって、固定装置のアンテナで検出可能
な信号を発生する装置を提供する。 【解決手段】 携帯装置に関するデータを処理および記
憶する手段と、アンテナから供給されるAC電流を、電
線を経て該処理および記憶する手段へ伝達されるDC電
流に変換する整流器と、整流器が出力するDC電流の電
圧を調整する電圧調整器と、送信すべき信号を変調する
手段とを備え、該変調手段が、その入力と出力との間に
電圧差を生じる電子双極子とそれに接続されるトランジ
スタとを有し、該変調手段がアンテナの電流を変調する
ために該アンテナの端子に印加される電圧を制御するよ
うに電圧調整器の入力に接続される。
Description
ベルリーダや質問機等の固定装置と電磁誘導により接続
されるカード、切符、ラベル等の携帯装置用の遠隔交信
装置に関する。さらに本発明は、携帯装置と固定装置と
の間で物理的に接触せずに電磁誘導によってデータ交換
を行う分野、特に品物や物体の認識、例えばITサービ
スへのアクセスやカードによる料金の支払いを管理する
場合に適用することができる。
おいては、従来から携帯装置と固定装置との間でデータ
を交換する片方向または双方向のシステムが知られてい
る。
己の電源装置を有する比較的大型の質問機、リーダ、ま
たは、あらゆる種類の受信機を意味する。
るための、小さな独立電源を有するチップカード、ラベ
ルまたはあらゆる種類の小型応答機を意味する。このよ
うな携帯装置は通常小型であり、例えばクレジットカー
ド程度の大きさである。携帯装置は能動的、すなわち電
池等、自己の電源を有するものであっても、受動的、す
なわち遠隔電源を使用するものであっても良い。遠隔電
源を有する携帯装置はその電力を固定装置との誘導結合
により得る。これらのシステムでは、遠隔電源を有する
携帯装置は、回路内のコイル型アンテナを使用して、固
定装置との間の電磁誘導結合によって電力を受け取る。
その結果、携帯装置は固定装置の電磁界の外に出ると、
すなわち最低の結合条件が満たされなくなった瞬間に電
力が切れる。
一般的なシステムを示す。このデータ交換システムは固
定装置1と携帯装置10を含む。固定装置1は2つのア
ンテナコイル3、4に接続される電子回路2を有する。
一方のアンテナコイル(コイル4)は携帯装置10宛に
データを送信するために交流磁界を発生する。他方のア
ンテナコイル3は、携帯装置のアンテナに誘導される電
流に起因する二次発信信号を受信する。
と受信用のアンテナが個別に設けてあるが、これらの両
機能を有する単一のアンテナを使用することもできる。
に接続される電子回路11を有する。図1の形態におい
ては、アンテナ12の端子間に並列にキャパシタ13が
並列に接続され、共振回路を形成している。
間内に強力な交流磁界を発生する。レンツの法則に従
い、この磁界が携帯装置のアンテナに作用し、アンテナ
に接続される回路のインピーダンスに依存する二次磁界
を発生する。さらに、この二次磁界は固定装置のアンテ
ナに検出可能な電圧を引き起こす。
−A−3299424等に記述がある。この特許は特に
携帯装置が遠隔電源を有し、単一のアンテナコイルを有
するデータ交換システムに関する。この特許において
は、携帯装置から固定装置にデータを送信する手段は、
アンテナの端子に接続される、回路遮断機と直列接続さ
れるインピーダを有する。このようにして、アンテナコ
イルに接続される回路のインピーダンスが変調され、二
次磁界も同様に変調され、固定装置のアンテナにおいて
それに連動して電圧が引き起こされる。
ルにキャパシタを組合せることによって、コイルの起電
力(emf)に対して過度の電圧を発生させ、携帯装置
の存在により固定装置のコイルアンテナに誘導される作
用を増加させることによってアンテナの端子の電圧を増
加させるように並列インダクタンス・キャパシタンス共
振回路を形成することも記述する。
は、このシステムでダイオードトンネルからなるデータ
伝達手段に密接に関連する。
96418とFR−A−2623311は、アンテナの
端子から得られる誘導電圧を電源とする遠隔電源の携帯
装置を記述する。このようにしてアンテナの端子の位置
で得られる交流電圧は、アンテナの一方の端子に接続さ
れるツインダイオード倍電器からなる整流器によりDC
電圧に変換される。アンテナの他方の端子はこの整流電
圧を蓄積する2個の蓄電キャパシタの間に接続される。
イオードを用いて電圧の整流を実現する手段を有し、ア
ンテナコイルの中間点が構成のゼロ点に接続されるシス
テムを記載する。
ばグレッツ(Graetz)ブリッジ等の4ダイオード
ブリッジ、またはダイオードとしてワイヤリングされた
(すなわち、ゲートがドレインに接続された)MOSト
ランジスタにより実現する。これらの整流手段について
はUS−A−5479172およびWO96/3880
5に記述がある。
ンテナに作用する変調機能を有する3倍整流器を有する
データ交換システムの記述があり、アンテナ自体はキャ
パシタと並列接続され、共振回路を形成している。
623311に記載されたシステムは、上記の遠隔電源
機能に付加された整流電圧の安定化機能を有する。この
整流電圧の安定化機能は、例えばツェナダイオード等の
簡単な電気部品を使用することで実現することができ
る。携帯装置のアンテナコイルに誘導される起電力はコ
イルと固定装置のアンテナとの間の相互結合係数に比例
する。この結合係数の値は非接触動作の必要な柔軟性を
得るためで広範囲に変動する。携帯装置の端子の電圧
は、アンテナの起電力と内在性インピーダンスおよびそ
れに接続された負荷により決定される。ツェナダイオー
ドの非線型の電圧−電流特性により、整流電圧を簡単に
安定化させることができる。
幅器およびトランジスタ等の制御抵抗を含む電子構造を
利用して実施することができる。通常分巻調整器と呼ば
れるこの電子構造は、電圧発生器に接続される負荷を無
視できない程度の内在インピーダンスで調整し、発生器
の出力電圧が特定の値となるようにする。例えば、電圧
発生器は整流器に接続されるアンテナであっても良い。
用したものを記述する文献は数多く存在し、例えば、U
S−A−5302954、US−A−5479172お
よびEP−A2−0706151等を挙げることができ
る。
端に無調整の電圧を与えると出力端に特定値の調整電圧
を供給する直列調整器を利用して電圧を調整することが
できる。しかし、この種の調整器は入力される電圧が制
御されないため、この電圧が非常に高くなる可能性があ
るという欠点を持つ。電子回路が全て単一の電子チップ
上に集積できる携帯装置では、アンテナコイルを含む回
路の全部分に一定以上の電圧を印加しないという条件が
課せられる。そのため、このような直列調整器は携帯装
置には不向きである。
は、変調機能がアンテナを短絡する回路遮断機またはキ
ャパシタに直列接続される回路遮断機がさらにアンテナ
の端子に接続され、共振周波数を変調することにより変
調機能が実現される。
数を変調せずにアンテナ品質係数を制御するために使用
できる抵抗と直列接続される回路遮断機により実現され
る。この種の変調機能は、例えばEP−A2−0204
542およびWO97/05504等に記述がある。他
の種類の変調機能はダイオード、ツェナダイオードまた
はインダクタを使用して実現することができる。
あるいはアンテナの端子または整流電圧に単に並列接続
される回路遮断機により変調を行う場合、共振アンテナ
品質係数も変更され、それにより携帯装置の状態も変化
する。このアンテナ品質係数の変化は固定装置より供給
される電力消費の変化として現れる。これにより固定装
置でこの変調を検出できる理由を説明することができ
る。
荷を変化させるため、アンテナの端子間の電圧と整流電
圧が変化し、分巻調整器が負荷変更を補償し、必要な変
調効果を相殺する。そのため、この種の変調機能は分巻
調整機能とは併用することができない。
それがアンテナの端子に並列接続されてアンテナの共振
周波数を変調させる構造により変調を行う場合、この変
調は分巻調整機能と併用することができる。その反面、
EP−A−0198642に記載のとおり、アンテナの
端子間の電圧の変化を補償するように反応し、共振周波
数変調のエスカーションが固定装置が発生する磁界の周
波数に対して対称でない限り、負荷変調を起こす。この
場合、変調の2進状態のいずれにおいても携帯装置の消
費電力は同等である。より一般的に云えば、共振周波数
の変調と、不可避的に起きる品質係数の変化が、固定装
置によるこの変調の検出を困難にする。
隔送信装置を構成する調整手段および変調手段の例を示
すが、この構成は実際には実用性がない。この装置は、
上記の図1の携帯装置の構成部、すなわちキャパシタ1
3に並列接続されるアンテナ12と電子回路11の構造
体を含む。これらの電子回路は、例えばグレッツブリッ
ジのような電圧調整器15、変調手段18、電圧調整器
16および電子回路全てに調整電圧Vddを供給する蓄
積キャパシタ17を含む。
たように分巻調整器であり、トランジスタ16a、差動
増幅器16bおよび基準電圧16cを有するものであ
る。
aに直列接続されるインピーダ18bからなり、これは
アンテナ12の端子に接続される。回路遮断機18aは
トランジスタのゲートを介して電圧線18cにより伝送
されるディジタル信号で制御される。このディジタル信
号は、送信するべきメッセージを2進データのシリーズ
として表す。
おいて、携帯装置から固定装置へのデータの送信とはイ
ンダクタ・キャパシタ・抵抗型の共振回路の1つ以上の
パラメータの変調として見なすことができる。これらパ
ラメータとは、共振周波数および構造体、すなわち電子
回路11により作動する構造体12、13により形成さ
れる共振アンテナの品質係数である。携帯装置が消費す
る電力は、磁界を発生するように固定装置のアンテナに
供給される電力に由来する。そのため、携帯装置の品質
係数の変化は固定装置における電力変化として現れ、携
帯装置の共振周波数の変化は固定装置のコイルが発生す
る磁界に対するアンテナコイルの二次発生の磁界の位相
変化を引き起こす。
6は変調器18による負荷変調を補償して、望まれる効
果を相殺するため、分巻調整器は変調との併用は不可能
である。
法の課題を解決することである。具体的には、この課題
は、携帯装置と固定装置との間の誘導結合により作動す
る遠隔交信装置において、変調機能が、携帯装置のアン
テナに作用すると同時に遠隔電源機能との整合性を維持
し、固定装置のアンテナで検出可能な信号を発生する装
置を提供することにより解決する。すなわち、本発明の
遠隔交信装置はアンテナの負荷を変調するために使用さ
れる、すなわち、上記の分巻調整機能と併用可能であり
ながら、携帯装置の品質係数を変調する。この装置は、
さらに、携帯装置の電子回路の構成要素が決定される際
に調整または設定できる負荷変調率を得るために使用で
きる。
生するとともに携帯装置からの信号を受信する少なくと
も一つのアンテナおよび少なくとも一つの電源を有する
固定装置と、電磁誘導結合により信号交換を行うアンテ
ナを有する携帯装置のための遠隔交信装置において、該
携帯装置に関するデータを処理および記憶する手段と、
アンテナから供給されるAC電流を、電線を経て該処理
および記憶する手段へ伝達されるDC電流に変換する整
流器と、整流器が出力するDC電流の電圧を調整する電
圧調整器と、送信すべき信号を変調する手段とを備え、
該変調手段が、その入力と出力との間に電圧差を生じる
電子双極子とそれに接続されるトランジスタとを有し、
該変調手段がアンテナの電流を変調するために該アンテ
ナの端子に印加される電圧を制御するように電圧調整器
の入力に接続されることを特徴とする遠隔交信装置に関
するものである。
調整電圧と変調手段に設定された値により決定される変
調電圧との和である。
ンジスタと双極子が並列接続され、このトランジスタ/
双極子構成がさらに該整流器の出力と該電圧調整器の入
力との間の電圧供給線に直列接続される。
ランジスタと双極子が直列接続され、このトランジスタ
/双極子構成がさらに電圧調整器の入力に接続された分
割ブリッジに接続される。
ド、ツェナダイオードまたはゲートがドレインに接続さ
れたMOSトランジスタであっても良い。
レインとソースが整流器の出力に接続されたトランジス
タと、出力がトランジスタのゲートに接続され、入力が
基準電圧および電力供給線の電圧を受ける差動増幅器と
を有する。
がアンテナの端子に並列接続されたトランジスタと、出
力がトランジスタのゲートに接続され、入力が基準電圧
および電力供給線の電圧を受ける差動増幅器とを有す
る。
整器が、アンテナの端子に並列接続された第一のトラン
ジスタと、該整流器の出力に接続された第二のトランジ
スタと、入力が基準電圧および電力供給線の電圧を受
け、出力が配電回路に接続された差動増幅器とを有し、
該配電回路がさらに該第一および第二のトランジスタの
ゲートに接続される。
置用の遠隔交信装置に関する。この装置は、分巻調整器
に接続される整流器および携帯装置の遠隔電源機能(整
流器+分巻調整器)との併用が可能なように携帯装置の
アンテナに作用し、固定装置のアンテナに検出可能な信
号を発生する変調手段を含む。
の間に電圧差を生じる電子双極子に接続されるトランジ
スタを有し、このトランジスタ・双極子構造体は、アン
テナの端子の電圧を制御するように電圧調整器の入力に
接続される。変調手段と整流器と分巻調整器との間の接
続は様々な実施形態により実現することができる。
態を示す。図1および2に示した例と同様、携帯装置は
端子がキャパシタ13に接続され、共振回路を形成する
導電回路コイルからなるアンテナ12を有する。整流器
15はアンテナ12の端子に並列接続され、アンテナ1
2が受信するAC電圧を、電力供給線Vddを経て処理
/記憶手段14に送られるDC電圧に変換する。発明の
一実施形態において、整流器15は接点15aおよび1
5cでコイル12の両端子に接続されるグレッツブリッ
ジであっても良い。
18の入力端に接続される。変調器18は回路遮断トラ
ンジスタに並列接続される電子双極子18bを有する。
この回路遮断機18aと双極子18bからなる構成はさ
らに整流器15の出力点Vrと差動増幅器16bの入力
点Veの間の電力供給線Vddに直列接続される。この
入力Veに印加される電圧は、接地電圧Vssを基準
に、調整電圧Vddである。
ジスタ18aが開放状態のとき、変調器の点18cと1
8dとの間に電圧差Vr−Vddが生じるように設定し
てある。トランジスタ18aが閉鎖状態のとき、変調器
18による電圧は低く、好ましくは無視できるほど小さ
い。
圧差を無視すると、携帯装置の品質係数の相対的変化が
このようにして整流器の出力電圧の相対的変化と等しい
ことが分かる。例えば、調整電圧Vddが4Vと設定さ
れ、変調回路18がトランジスタ18aが開状態のとき
1Vの、閉状態のとき0Vの直列電圧をもたらす場合、
値偏差と最高値との比率、すなわち品質係数変調深度
は、約20%である。
の電圧が実質的に一定となるような非線型電流−電圧特
性を有する素子であり、これにより携帯装置の品質係数
変調深度を実質的に一定の値に維持することができる。
抗、ダイオード、ツェナダイオードまたはゲートがドレ
インに接続されたトランジスタである。電子双極子18
bは直列接続される複数のダイオードを有するものであ
っても良い。電子双極子18bが抵抗であれば、点18
cと点18d間の電圧差は電力供給線Vddを流れる電
流による。
定した電圧Vddを供給するように電力供給線Vddと
出力線Vssとの間に接続されるキャパシタ17に調整
器16が接続される。
れる差動増幅器16bを有する。このトランジスタ16
のドレインとソースはそれぞれ装置の電力供給線Vdd
と出力電圧線Vssに接続される。トランジスタ16a
のゲートは、差動増幅器16bの出力に接続され、この
マイナスの入力16cは基準電圧Vrefを受け、プラ
スの入力は電力供給線Vddが運ぶ調整電圧である点V
eにおける電圧を受ける。
の実施形態において、調整器16はアンテナ12および
キャパシタ13が形成する共振回路の出力に接続され
る。上記に実施形態と同様に、調整器16はドレインと
ソースが共振回路12、13に接続されるトランジスタ
16aを有する。トランジスタ16aのゲートは調整回
路16の差動増幅器16bの出力に接続される。調整回
路16のプラス端子は電力供給線Vddが運ぶ電流を受
け、マイナス端子は電圧発生器16cから供給される基
準電圧Vrefを受ける。トランジスタ16aのゲート
は復調回路に属する増幅器19の入力に接続される。こ
の復調回路は、従来の携帯装置において標準的に使用さ
れる復調器と同様のものであるため、詳細な説明は省略
する。
整器15の出力15dと接点Veとの間に直列接続され
る回路遮断トランジスタ18aに並列接続される電子双
極子18bを有する。すなわち変調器は装置の電力供給
線Vddと直列接続される。
へ送信されるデータは基地局のアンテナが発生する磁界
の変調により伝送する。この磁界の変調は携帯装置のア
ンテナコイル12に誘導される電磁力を変調させる。分
巻調整器16はこの変調に反応して遠隔電力供給電圧V
ddを調整する。そのため、トランジスタ16aの制御
信号を用いて固定装置から送信されるデータを検出し、
復調することが有効である。
概念図である。この形態において、調整器16のトラン
ジスタ16aは図4に示す回路のように接続される。す
なわち、トランジスタ16aは共振回路12、13の端
子間に接続され、整流器15はその端子15a、15c
によりキャパシタ13と並列接続され、端子15dによ
り変調器18と直列接続される。
路遮断トランジスタ18aと並列接続される電子双極子
18bからなり、この構造はさらに整流器15の出力1
5dと接続ブリッジVeとの間の電力供給線Vddと直
列接続される。
12、13と並列接続されるトランジスタ16aのほか
に、調整器15の出力15bと15dと並列接続される
第二のトランジスタ16dをも有する。すなわち、電力
供給線Vddと装置の出力線Vssとの間にトランジス
タ16dが設けられている。各トランジスタ16a、1
6dのゲートは、トランジスタ16a、16d間に差動
増幅器16bが供給する制御電圧を分配する目的の配電
回路16eに接続される。
流の大部分を供給するために使用され、第二トランジス
タ16bはより速く電流の小さな変動を供給するために
使用される。この種の分巻調整器は、例えば高いスルー
プットレートでデータを交換する際に必要となる高速反
応を可能とする。
の変調器18のために調整器15による電圧出力の変調
を得る本発明の第四実施形態を示す。この実施形態にお
いて、調整器16は、ドレインとソースが共振回路1
2、13に接続され、ゲートが差動増幅器16bに接続
されるトランジスタ16aを有する。この差動増幅器の
マイナス端子は基準電圧Vrefを受け、プラス端子は
変調器18から供給される電圧を受ける。
接続されるトランジスタ18aおよび電子双極子18b
からなり、それらは分割ブリッジ20a、20bを介し
て差動増幅器16bのマイナスウ端子に接続される。こ
れにより、変調器18は差動増幅器16bの入力のうち
一方に作用し、電力供給線Vddが供給する整流電圧に
より駆動される分割ブリッジ20a、20bの分割比率
を変調する。差動増幅器16bのマイナス端子における
基準電圧Vrefに変調電圧を付加することで変調を行
うこともできる。
調することを可能とする。しかし、調整器16の調整機
能が失われる。そのため、装置の電力供給線Vddと出
力線Vssとの間に並列接続される2個のキャパシタ1
7aおよび17bの接点である点VaおよびVbの間
に、第二の調整器21が電力供給線Vddに接続され
る。並列接続されるキャパシタ17a、17bは図3、
4および5の蓄積キャパシタ17と同様な役目を果た
す。
成する抵抗20a、20bの値を設定することで変調深
度を調整できる利点がある。
ステムを示した概念図である。
る。
Claims (10)
- 【請求項1】 交流磁界を発生するとともに携帯装置か
らの信号を受信する少なくとも一つのアンテナおよび電
源を有する固定装置と、誘導結合により信号交換を行う
アンテナを有する携帯装置を有する遠隔交信装置におい
て、該携帯装置に関するデータを処理および記憶する手
段と、アンテナから供給されるAC電流を、電線を経て
該処理および記憶する手段へ伝達されるDC電流に変換
する整流器と、整流器が出力するDC電流の電圧を調整
する電圧調整器と、送信すべき信号を変調する手段とを
備え、該変調手段が、その入力と出力との間に電圧差を
生じる電子双極子とそれに接続されるトランジスタとを
有し、該変調手段がアンテナの電流を変調するために該
アンテナの端子に印加される電圧を制御するように電圧
調整器の入力に接続されたことを特徴とする遠隔交信装
置。 - 【請求項2】 該変調手段のトランジスタと双極子が並
列接続され、このトランジスタ/双極子構成がさらに該
整流器の出力と該電圧調整器の入力との間の電圧供給線
に直列接続されたことを特徴とする請求項1に記載の装
置。 - 【請求項3】 該変調手段のトランジスタと双極子が直
列接続され、このトランジスタ/双極子構成がさらに電
圧調整器の入力に接続された分割ブリッジに接続された
ことを特徴とする請求項1に記載の装置。 - 【請求項4】 該電子双極子がツェナダイオードである
ことを特徴とする請求項1に記載の装置。 - 【請求項5】 該電子双極子がダイオードであることを
特徴とする請求項1に記載の装置。 - 【請求項6】 該電子双極子が、ゲートがドレインに接
続されたMOSトランジスタであることを特徴とする請
求項1に記載の装置。 - 【請求項7】 該電圧調整器が、ドレインとソースが該
整流器の出力に接続されたトランジスタと、出力がトラ
ンジスタのゲートに接続され、入力が基準電圧および電
力供給線の電圧を受ける差動増幅器とを有することを特
徴とする請求項1に記載の装置。 - 【請求項8】 該電圧調整器が、アンテナの端子に並列
接続されたトランジスタと、出力がトランジスタのゲー
トに接続され、入力が基準電圧および電力供給線の電圧
を受ける差動増幅器とを有することを特徴とする請求項
1に記載の装置。 - 【請求項9】 該電圧調整器が、アンテナの端子に並列
接続された第一のトランジスタと、該整流器の出力に接
続された第二のトランジスタと、入力が基準電圧および
電力供給線の電圧を受け、出力が配電回路に接続された
差動増幅器とを有し、該配電回路がさらに該第一および
第二のトランジスタのゲートに接続されることを特徴と
する請求項1に記載の装置。 - 【請求項10】 該固定装置から受信した信号を復調す
るための復調手段を設けたことを特徴とする請求項1に
記載の装置。
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