JP2000115037A - 無線データキャリアの読取り書込み装置 - Google Patents

無線データキャリアの読取り書込み装置

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JP2000115037A
JP2000115037A JP10278675A JP27867598A JP2000115037A JP 2000115037 A JP2000115037 A JP 2000115037A JP 10278675 A JP10278675 A JP 10278675A JP 27867598 A JP27867598 A JP 27867598A JP 2000115037 A JP2000115037 A JP 2000115037A
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JP
Japan
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carrier
transmission
wireless data
power
data carrier
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JP10278675A
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English (en)
Inventor
Yuichi Goto
祐一 後藤
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Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02DCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

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Abstract

(57)【要約】 【課題】電力損失の少ない、低消費電力の無線データキ
ャリアの読取り書込み装置を提供することを目的とす
る。 【解決手段】 フライバック方式の送信駆動回路15
を用い、かつ送信される搬送波のデューティ比を変換器
23で20%ないし30%とすることでアンテナコイル
11に流れる電流波形を正弦波に近いものとし、位相変
調器22による振幅変動を抑制し、送信電力を小さく
し、消費電力も小さくして構成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、位相変調方式を
用いて無線データキャリアとの間でデータの送受信を行
う無線データキャリアの読取り書込み装置に関する。
【0002】
【従来の技術】位相変調方式を用いた従来の無線データ
キヤリアの読取り書込み装置の送信回路では、送信アン
テナコイルをドライブするために、プッシュプルの出力
回路を備え、さらに、アンテナコイルのQを低下させて
送信に必要な帯域幅を確保するために、コイルと直列に
抵抗を挿入している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】位相変調方式を用い
た、無線データキャリアの読取り書込み装置では、変調
信号により、コイルに流れる電流の位相を変化させる。
共振しているコイルに対し、位相が変化している信号を
加えると、共振回路の伝送帯域幅の制限により、大きな
振幅変動が起こる。
【0004】この振幅変動は、無線データキャリアの読
取り書込み距離を短くする。従来、位相変調による、振
幅変動を押さえるため、コイルと直列に抵抗を挿入し、
Qを低下させることにより、必要な帯域幅を確保してい
た。特に電池を内蔵しない無線データキャリアにおいて
は、大きな出力を必要とし、発熱が多かったり、大きな
消費電力が必要だったりした。
【0005】そこで、この発明は、位相変調方式を用い
ても、包絡線変動が少なく、かつ電力損失の少なく消費
電力も低い、無線データキャリアの読取り書込み装置を
提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】この発明の無線データキ
ャリアの読取り書込み装置は、無線データキャリアとホ
ストコンピュータとの間に介在され、無線データキャリ
アに対して電力を与えるための電力搬送波を送信すると
ともにホストコンピュータからの指令に従って前記無線
データキャリアに対して前記電力搬送波に送信データを
重ねて送信する送信手段を有し、前記送信手段は、送信
コイルと、この送信コイルに対して電源との間に直列接
続されたスイッチング素子と、このスイッチング素子と
並列に接続されたダイオード素子と、このダイオード素
子と並列に接続された容量素子とから構成されている。
【0007】また、この発明の無線データキャリアの読
取り書込み装置は、無線データキャリアとホストコンピ
ュータとの間に介在され、無線データキャリアに対して
電力を与えるための電力搬送波を送信するとともにホス
トコンピュータからの指令に従って前記無線データキャ
リアに対して前記電力搬送波に送信データを重ねて送信
する送信手段と、前記無線データキャリアからの返信電
波を受信する受信手段とを有し、前記送信手段は、前記
電力搬送波を生成する発振器と、この発振器から生成さ
れた電力搬送波を送信データで位相変調する位相変調器
と、この位相変調器の出力により開閉制御されるスイッ
チング素子と、このスイッチング素子とともに電源端子
間に直列接続された送信コイルと、前記スイッチング素
子と並列に接続されたダイオード素子と、このダイオー
ド素子と並列に接続された容量素子とから構成されてい
る。
【0008】さらに、この発明の無線データキャリアの
読取り書込み装置は、無線データキャリアとホストコン
ピュータとの間に介在され、無線データキャリアに対し
て電力を与えるための電力搬送波を送信するとともにホ
ストコンピュータからの指令に従って前記無線データキ
ャリアに対して前記電力搬送波に送信データを重ねて送
信する送信手段を有する読取り書込み装置であって、前
記送信手段は、送信コイルと、この送信コイルに対して
電源との間に直列接続されたスイッチング素子と、この
スイッチング素子と並列に接続されたダイオード素子
と、このダイオード素子と並列に接続された容量素子
と、前記送信コイルに流れる電流波形をほぼ正弦波に波
形整形する手段とより構成される。
【0009】上記の構成により、送信コイルに流れる電
流の位相を変化させても振幅変動がなく、電力損失がな
いので送信電力を小さくでき、消費電力も小さい無線デ
ータキャリアの読取り書込み装置が提供される。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、この発明の第1の実施の形
態について図面を参照して説明する。
【0011】図1はこの実施の形態の読取り書込み装置
の送信回路に用いられる送信駆動回路の回路構成を示
し、電源端子、接地端子間には送信コイル11とスイッ
チング素子として用いられるトランジスタ12とが直列
に接続される。送信コイル11とスイッチングトランジ
スタ12との接続点bと接地端子との間には、逆方向の
ダイオード13と容量素子14とが並列に接続される。
このようにして送信駆動回路15が構成される。
【0012】この送信駆動回路15はフライバック方式
の送信回路を構成するもので、スイッチング電源やテレ
ビ受像器の水平出力回路には使用されることは知られて
いるが、このように送信駆動回路に用いることは従来行
われたことはない。
【0013】ここで、図2を参照してこのフライバック
方式の送信駆動回路15の動作を説明する。
【0014】スイッチングトランジスタ12のゲートに
は図2(a)に示すパルス信号aが供給される。このパ
ルス信号は、後で詳細に説明するが、電力搬送波を送信
データで位相変調して得られたパルス信号である。
【0015】このパルス信号の正の期間tにスイッチン
グトランジスタ12がONとなってこのスイッチングト
ランジスタ12を介して電源端子から送信コイル11に
電流が流れる。このとき、スイッチングトランジスタ1
2のドレイン側の電圧,即ちノードbの電圧は図2
(b)に示すようにその内部抵抗により接地零電圧から
僅かに高い一定の電圧となる。また、このときに送信コ
イル11には図2(c)に示すように時間と共に減少す
る電流cが流れる。
【0016】パルス期間tが過ぎると、スイッチングト
ランジスタ12がOFFとなり、このスイッチングトラ
ンジスタ12を流れる電流は零となるが、送信コイル1
1に流れる電流cは、コイル11の性質で、流れている
電流を維持しようとするため、容量素子のコンデンサ1
4に流れ込み、電荷がコンデンサ14に充電され、コン
デンサ14の電圧、即ちノードbの電圧が上昇する。
【0017】コンデンサ14の電圧がある程度上昇する
と、今度は逆にコンデンサ14からコイル11に逆方向
の電流が流れ、コンデンサ14の電圧が低下する。コン
デンサ14の電圧bが0となっても、コイル11は電流
が流れ続けようとするため、ダイオード13を通して電
流が流れる。
【0018】このとき、再びスイッチングトランジスタ
12が次のパルスでONとなると、コイル11に流れる
電流が逆方向に増大させられる。この動作を繰り返すこ
とにより、効率よく送信アンテナコイル11に送信デー
タで位相変調された電力搬送波の高周波電流を流すこと
ができる。
【0019】このように、このフライバック方式の送信
駆動回路15は、回路構成が単純で、非常に効率がよい
が、一般的にコイル11に流れる電流が鋸歯状波になる
ことが特徴であり、コイル11の電流に多くの高調波を
含むものである。
【0020】無線データキャリアの読取り書込み装置の
送信回路では、なるべく高調波を含まないことが望まし
い。
【0021】そのために、この実施の形態では、フライ
バック方式の出力スイッチング素子12のON時間tを
送信周波数の周期Tの20から30%(t=0.2T〜
0.3T)程度に設定し、アンテナコイル11に流れる
電流cを正弦波に近いものとする。このことにより、無
線データキャリアの読取り書込み装置の送信回路として
使用可能となる。
【0022】このデューティ比t/Tは図3に示すこの
実施の形態に用いられる読取り書込み装置の送信回路の
中で所定の値に設定される。図3において、電力搬送波
の発振器21から発生された搬送波は位相変調器22に
送信データとともに供給され、位相変調された搬送波信
号は次のデューティサイクル変換器23に供給される。
発振器21から発生される搬送波はデューティ比は5
0%であり、このデューティ比をデューティサイクル変
換器23にて更に25%に減少させる。この変換器23
の出力信号はバッファアンプ24を介して図1に示した
構成を有する送信駆動回路15のスイッチングトランジ
スタ12のゲートに供給される。この結果、送信コイル
11からは電力搬送波に送信データが位相変調で重ねら
れた電波が放射され、これが無線データキャリアに受信
される。
【0023】以下、図4を参照して図1ないし図3で示
した送信回路を組み込んだ無線データキャリアシステム
の構成、動作を説明する。このシステムでは無線データ
キャリアとして非接触の無線ICカードが用いられ、前
記実施の形態の読取り書込み装置はカードリーダ・ライ
タとして構成される。
【0024】図において、カードリーダ・ライタ31は
送信回路32と受信回路33とを有し、夫々上位装置で
あるホストコンピュータ34に通信ケーブル35により
接続される。
【0025】カードリーダ・ライタ31は電波を電力お
よびデータの伝送のための媒体として用い、非接触状態
でICカード36に電源を供給し、データの送受信を行
う。ICカード36では、送信回路32から送られた電
力搬送波を送受信アンテナコイル37で受信し、コンデ
ンサ38を介して整流回路39により整流し、さらに変
調回路40からコンデンサ41を介して電源電圧に変換
して電源安定化回路42から電源電圧として取り出す。
この様にして生成された電源電圧は制御回路43および
メモリ44に供給される。
【0026】即ち、ホストコンピュータ34からICカ
ード36とのコンタクトを求めるコマンドを受けたカー
ドリーダ・ライタ31は、ICカード36に電力搬送波
を送信していないときには、上記のようにして電力搬送
波を送信して、ICカード36をまず活性化させる。
【0027】電源電圧により活性化されたICカード3
6では、制御回路43からレスポンス信号が発生され、
これにより変調回路40において搬送波を変調し、変調
された搬送波信号がアンテナコイル37から電波として
発射される。このレスポンス電波はカードリーダ・ライ
タ31の受信回路33により受信され、復調されたレス
ポンス信号はホストコンピュータ34に送られる。
【0028】レスポンス信号の内容を認識したホストコ
ンピュータ34は、所定のコマンド信号を生成して、こ
れをカードリーダ・ライタ31に送り、カードリーダ・
ライタ31は、その送信回路32によりICカード36
に向けてその内容により位相変調された搬送波とし、電
波として発射する。この際、図1ないし図3で説明した
ように、送信回路32の送信駆動回路15にフライバッ
ク方式のものを用い、デューティ比を20%ないし30
%の範囲内に設定するので、位相変調の際に搬送波の振
幅が変動することがなく、電力損失も少なくて済むの
で、送信される搬送波の電力を小さくでき、抵抗を用い
てQをさげるようなことをしなくてもよいので、消費電
力も小さくできる。
【0029】なお、この際、図3の送信アンテナコイル
11に流れる電流波形が高調波を含まない正弦波となる
ようにデューティサイクル変換器23を調整することに
より、搬送波伝送時の電力損失を最小にすることが望ま
しい。
【0030】受信されたコマンド信号はコンデンサ38
と整流回路39により復調され、受信波信号が制御回路
43に送られる。制御回路43は受信されたコマンド信
号の内容を解読し、指令に従ったレスポンス信号を生成
してこれを変調回路40に送ってアンテナコイル37か
ら送信する。
【0031】このレスポンス信号は受信回路33で受信
され、復調されてホストコンピュータ34に伝送され
る。ホストコンピュータ34はこのレスポンス信号の内
容を確認して処理を終了する。
【0032】
【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
フライバック方式は、その回路の構成上、アンテナコイ
ルに流れる電流の位相を、急激に変化させることがで
き、位相変調による電力損失も非常に少なく、無線デー
タキャリアの読取り書込み装置の送信方式に位相変調方
式を用いても、包絡線変動が少なく、かつ電力損失の少
ない、低消費電力な、無線データキャリアの読取り書込
み装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に用いられるフライバック方式の送信
駆動回路の一例を示す回路構成図。
【図2】図1の送信駆動回路の動作内容を説明する波形
図。
【図3】図1の構成の送信駆動回路を用いた送信回路の
ブロック図。
【図4】この発明による送信回路を組み込んだ無線IC
カードシステムの構成を示すブロック図。
【符号の説明】
11…送信アンテナコイル、 12…スイッチングトランジスタ、 13…ダイオード、 14…コンデンサ、 15…送信駆動回路、 21…搬送波発振器、 22…位相変調器、 23…デューティ比変換器、 24…バッファアンプ、 t…スイッチングトランジスタON期間、 T…フライバック送信駆動回路のドライブ信号周期。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 無線データキャリアとホストコンピュー
    タとの間に介在され、無線データキャリアに対して電力
    を与えるための電力搬送波を送信するとともにホストコ
    ンピュータからの指令に従って前記無線データキャリア
    に対して前記電力搬送波に送信データを重ねて送信する
    送信手段を有する読取り書込み装置であって、 前記送信手段は、送信コイルと、この送信コイルに対し
    て電源との間に直列接続されたスイッチング素子と、こ
    のスイッチング素子と並列に接続されたダイオード素子
    と、このダイオード素子と並列に接続された容量素子
    と、を具備することを特徴とする無線データキャリアの
    読取り書込み装置。
  2. 【請求項2】 前記スイッチング素子のON時間を前記
    電力搬送波の送信周波数の周期の20〜30%に設定す
    る設定手段を具備することを特徴とする請求項1に記載
    の無線データキャリアの読取り書込み装置。
  3. 【請求項3】 前記設定手段は、前記スイッチング素子
    の制御端子に供給される位相変調された搬送波のデュー
    ティサイクルを変換する変換器を具備することを特徴と
    する請求項2に記載の無線データキャリアの読取り書込
    み装置。
  4. 【請求項4】 無線データキャリアとホストコンピュー
    タとの間に介在され、無線データキャリアに対して電力
    を与えるための電力搬送波を送信するとともにホストコ
    ンピュータからの指令に従って前記無線データキャリア
    に対して前記電力搬送波に送信データを重ねて送信する
    送信手段と、前記無線データキャリアからの返信電波を
    受信する受信手段とを有する読取り書込み装置であっ
    て、 前記送信手段は、送信コイルと、この送信コイルに対し
    て電源との間に直列接続されたスイッチング素子と、こ
    のスイッチング素子と並列に接続されたダイオード素子
    と、このダイオード素子と並列に接続された容量素子
    と、を具備することを特徴とする無線データキャリアの
    読取り書込み装置。
  5. 【請求項5】 無線データキャリアとホストコンピュー
    タとの間に介在され、無線データキャリアに対して電力
    を与えるための電力搬送波を送信するとともにホストコ
    ンピュータからの指令に従って前記無線データキャリア
    に対して前記電力搬送波に送信データを重ねて送信する
    送信手段と、前記無線データキャリアからの返信電波を
    受信する受信手段とを有する読取り書込み装置であっ
    て、 前記送信手段は、前記電力搬送波を生成する発振器と、
    この発振器から生成された電力搬送波を送信データで位
    相変調する位相変調器と、この位相変調器の出力により
    開閉制御されるスイッチング素子と、このスイッチング
    素子とともに電源端子間に直列接続された送信コイル
    と、前記スイッチング素子と並列に接続されたダイオー
    ド素子と、このダイオード素子と並列に接続された容量
    素子と、を具備することを特徴とする無線データキャリ
    アの読取り書込み装置。
  6. 【請求項6】 前記スイッチング素子のON時間を送信
    周波数の周期の20〜30%に設定する設定手段を具備
    することを特徴とする請求項5に記載の無線データキャ
    リアの読取り書込み装置。
  7. 【請求項7】 前記設定手段は、前記スイッチング素子
    の制御端子に供給される位相変調された搬送波のデュー
    ティサイクルを変換する変換器を具備することを特徴と
    する請求項5に記載の無線データキャリアの読取り書込
    み装置。
  8. 【請求項8】 無線データキャリアとホストコンピュー
    タとの間に介在され、無線データキャリアに対して電力
    を与えるための電力搬送波を送信するとともにホストコ
    ンピュータからの指令に従って前記無線データキャリア
    に対して前記電力搬送波に送信データを重ねて送信する
    送信手段を有する読取り書込み装置であって、 前記送信手段は、送信コイルと、この送信コイルに対し
    て電源との間に直列接続されたスイッチング素子と、こ
    のスイッチング素子と並列に接続されたダイオード素子
    と、このダイオード素子と並列に接続された容量素子
    と、前記送信コイルに流れる電流波形をほぼ正弦波に波
    形整形する手段と、を具備することを特徴とする無線デ
    ータキャリアの読取り書込み装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008098816A (ja) * 2006-10-10 2008-04-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd アンテナ装置
JP2008148279A (ja) * 2006-11-14 2008-06-26 Matsushita Electric Ind Co Ltd アンテナ装置
US8368471B2 (en) 2009-12-29 2013-02-05 Samsung Electronics Co., Ltd. Resonance power generator

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