JP2000194809A - デ―タキャリア - Google Patents

デ―タキャリア

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JP2000194809A
JP2000194809A JP10369005A JP36900598A JP2000194809A JP 2000194809 A JP2000194809 A JP 2000194809A JP 10369005 A JP10369005 A JP 10369005A JP 36900598 A JP36900598 A JP 36900598A JP 2000194809 A JP2000194809 A JP 2000194809A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】送信時に充電を停止したときに電源電圧が低下
するのを防ぐことができる新規なデータキャリアを提供
すること。1ビットずつの情報伝送よりも高い送信効率
を得ることができる新規なデータキャリアを提供するこ
と。 【解決手段】整流用の2個のダイオードの接続点と接地
の間にFETスイッチを接続し、変調データを入力して
FETスイッチをオンオフさせる。整流用の2個のダイ
オードの接続点と接地の間に複数のFETスイッチを接
続し、変調データに応じてオンさせるFETスイッチの
数を制御する。 【効果】データキャリアの全回路要素を標準CMOSプ
ロセスで実現することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、非接触に双方向で
情報交信するデータキャリアシステムに係り、特にマイ
クロ波を伝送媒体とし、データキャリア自身が電池を内
蔵しないシステムで使用するデータキャリアに関する。
【0002】
【従来の技術】データキャリアシステムは、移動体に取
り付けたデータキャリア(応答器)と固定の質問器の間
で非接触に双方向で情報交信するシステムで、組立てラ
イン制御、製品入出庫管理、入出退管理等の工場オート
メーション、流通、セキュリティなどの分野で急速に発
展しつつある。データキャリアと質問器の間の距離は、
高々数mで、データキャリアに例えばカードが用いられ
る。
【0003】データキャリア及び質問器によって構成さ
れるシステムの例を図7に示す〔例えば平成6年8月エ
ーアイエムジャパン(国際自動認識工業会)発行「これ
でわかったデータキャリア」第10頁〜第18頁参
照〕。質問器1は、アンテナユニット2及びコントロー
ラ3からなる。データキャリア4は、アンテナ5で受け
た搬送波から受信データを変復調回路6で復調した後、
シリアル−パラレル変換(以下「S/P変換」とい
う),パラレル−シリアル変換(以下「P/S変換」と
いう)回路8でS/P変換を行ない、論理回路9を介し
てメモリ10への情報の書き込み及び読み出しを行な
う。
【0004】データキャリア4と質問器1が数m離れて
使用される場合には、2.45GHzのマイクロ波を伝
送媒体とするマイクロ波方式が一般に用いられる。マイ
クロ波方式で、しかもデータキャリアに電池を内蔵しな
いシステムでは、一般的に図8の上部に示す電源発生回
路7が用いられる。電源発生回路7は、同時に変復調回
路6の変調回路61が接続される。更に、図8の下部に
変復調回路6の復調回路62を示す。
【0005】データキャリア4は、質問器1から情報伝
送時以外は無変調で常時送信される搬送波(マイクロ
波)をアンテナ5で受信し、受信信号をアンテナ5の端
子11から電源発生回路7に入力する。電源発生回路7
は、整流用ダイオード12,13及び容量14,15か
らなる2倍波整流回路を備え、インピーダンス整合回路
16を介して2倍波整流回路に入力した受信信号に対し
て2倍波整流を行ない、容量15に電荷を充電し、電源
端子18に電源電圧Vcを発生させる。
【0006】質問器1は、搬送波に送信データのビット
で振幅変調を施すことによって変調波を生成し、これを
データキャリア4に送信して情報伝送を行なう。データ
キャリア4は、送られてきた変調波に対して、ダイオー
ド19,20、容量21、22、抵抗23及びインピー
ダンス整合回路24からなる復調回路62を用いて包絡
線検波を行ない、検波端子26に復調したデータを出力
する。データキャリア4は、復調データに基づき、情報
をデータキャリア4内のメモリ10に書き込むほか、メ
モリ10内のNビットの情報を読み出し、Nビットの読
み出しデータにS/P変換,P/S変換回路8でP/S
変換を行なって1ビットずつ質問器1側へ送る動作を行
なう。
【0007】その変調及び送信は、具体的に以下のよう
に行なわれる。電源発生回路7の整流用ダイオード12
のカソードと整流用ダイオード13のアノードの接続点
に接続した変調用ダイオード27のカソード側の端子2
8にデータを入力してダイオード27をオンオフさせ、
アンテナ5の端子11でのインピーダンスに変化を起さ
せると、データキャリア4が受信している無変調搬送波
の反射波の強度がそれに応じて変化する。その反射波強
度の変化を質問器1が検出してデータを復調する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】データキャリア4がデ
ータを送信する場合は、ダイオード27がオン状態にな
ることによってアンテナ5の端子11でのインピーダン
スが変化し、反射波が強まるため、質問器1からの電波
がデータキャリアに入らなくなり、容量15への充電が
止まる。
【0009】このときダイオード13は、電源電圧Vc
からダイオード27のオン電圧Vonを差し引いた電圧で
逆バイアスされるが、その逆方向リーク電流が大きいと
容量15を放電し、電源電圧Vcを減少させる。
【0010】電源電圧Vcの減少を防ぐには、逆バイア
スされる電圧を高くするか、逆方向リーク電流を小さく
することが必要である。ショットキーダイオードは、オ
ン電圧が0.3V程度と低く、低い逆バイアス電圧でも
逆方向リーク電流が小さいという好ましい特性を有して
いる。しかし、標準のCMOS(Complementary Metal
Oxide Semiconductor)プロセスで形成することができ
ず、論理回路やメモリとのオンチップ化が難しいという
欠点がある。
【0011】一方、標準CMOSプロセスで形成可能な
接合ダイオードは、オン電圧が0.8V程度と高く、高
い逆バイアス電圧が必要になるという問題がある。更
に、ダイオード27のオンオフでアンテナ5の端子11
のインピーダンスを変化させるには、電源用のダイオー
ド12,13に匹敵する大きさのダイオードが必要で、
素子サイズが大きくなるという問題がある。
【0012】また別に、ダイオード1個のオンオフによ
ってデータをシリアルに送信する従来の方法では、1ビ
ットずつしか情報を伝送することができず、送信効率が
悪いという問題もある。
【0013】本発明の主たる目的は、送信時に充電を停
止したときに電源電圧が低下するのを防ぐことができる
新規なデータキャリアを提供することにある。
【0014】本発明の別の目的は、1ビットずつの情報
伝送よりも高い送信効率を得ることができる新規なデー
タキャリアを提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明の最大の特徴は、
整流用の2個のダイオードの接続点と接地の間に電界効
果トランジスタ(以下「FET」という)によるスイッ
チを接続することにある。なお、接続点では、ダイオー
ドの電極が相互に逆極性である。FETスイッチにデー
タを入力し、データによってFETスイッチをオン状態
にすると、接続点が接地とほぼ同電位になり、これによ
って、アンテナ端子のインピーダンスが変化すると共
に、整流用の電源端子側のダイオードに大きい逆バイア
ス電圧が掛かる。従って、電源電圧の低下を防ぐことが
できる。
【0016】更に、FETスイッチは、標準のCMOS
プロセスで容易に製作可能であるほか、後述するように
整流用ダイオードに比べて素子サイズを小さくすること
が可能であり、集積化に有効となる。
【0017】本発明の別の特徴は、整流用の2個のダイ
オードの接続点と接地の間に複数のFETスイッチを接
続することにある。データに応じてオンさせるスイッチ
の数を変えることにより、アンテナ端子でのインピーダ
ンスをその数に応じて変化させることが可能になる。即
ち、アンテナ端子でのインピーダンスを多値化すること
が可能になる。インピーダンスの多値化によってアンテ
ナ端子での無変調搬送波の反射強度が多値化され、多値
データの送信が可能となる。これによって複数ビットず
つデータを同時に送信することが可能になり送信効率を
高めることができる。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係るデータキャリ
アを図面に示した幾つかの実施例による発明の実施の形
態を参照して更に詳細に説明する。なお、図1〜図8に
おける同一の記号は、同一物又は類似物を表示するもの
とする。
【0019】
【実施例】<実施例1>図1において、30は、整流用
ダイオード12,13の接続点と接地の間にドレインを
接続点に接地にソースを接続したFETスイッチ、31
は、FETスイッチ30のゲートに変調データを入力す
るための端子である。
【0020】本実施例では、FETスイッチ30によっ
て変調回路が形成され、変調データがS/P変換,P/
S変換回路8から与えられる。また、図1では、電源発
生回路と変調回路をまとめて電源発生回路/変調回路3
3として示した。その他の構成は、図7,8に示したの
と同様である。整流用ダイオード12,13及び容量1
4,15によって2倍波整流回路が構成され、インピー
ダンス整合回路16と容量14の接続点がアンテナ5か
らの受信信号を受ける2倍波整流回路の端子となる。ダ
イオード12,13の接続点では、ダイオード12のカ
ソードとダイオード13のアノードが接続されている。
即ち、接続点では、ダイオードの電極が相互に逆極性で
ある。
【0021】本発明のデータキャリアにおいても、電源
発生回路7は、電流駆動能力が大きく、かつオン抵抗が
低い、従って素子サイズの大きいダイオード12,13
を用いて比較的容量値の大きい容量14,15への充電
動作を行なうため、復調回路62に比べ、アンテナ5に
接続されるインピーダンスに対して支配的な回路とな
る。そのため、アンテナ5の端子11のインピーダンス
を変化させるには、電源発生回路7のインピーダンスを
変えることが必要になる。
【0022】本発明では、端子31への変調データでF
ETスイッチ30をオンオフし、それによってアンテナ
5の端子11のインピーダンスを変化させ、データキャ
リアからの反射波強度を変化させる。この反射波強度の
変化によって質問器からの搬送波に変調が掛けられ、質
問器側へ情報が送出される。
【0023】アンテナ5の端子11のインピーダンス
は、FETスイッチ30のオフ時にダイオード12,1
3及び容量15によるインピーダンスが支配的なのに対
して、FETスイッチ30のオン時は、ダイオード12
のカソード及びダイオード13のアノードが接地される
ため、FETスイッチ30のインピーダンスが支配的と
なる。そのため、比較的小さい充電用のダイオード1
2,13の十分の一以下の素子面積のFETで、端子1
1のインピーダンスに大きな変化を起すことができる。
【0024】FETスイッチ30は、同一の半導体プロ
セスにより他の素子との集積化が可能であり、しかも素
子面積を小さくすることができるので、チップサイズの
省面積化に有効である。
【0025】FETスイッチ30のオン時にダイオード
13のアノードが接地状態となるため、ダイオード13
に対する逆バイアスが従来よりも高くなる。従って、リ
ーク電流を低減することができ、容量15に充電した電
源電圧の低下を防ぐことができる。
【0026】本実施例は、電源端子18に正電圧を得る
ものであるが、電源電圧に負電圧が必要となる場合は、
ダイオード12とダイオード13の接続方向を逆にし、
ダイオード12のアノードとダイオード13のカソード
を相互に接続する。
【0027】以上のデータキャリアを非接触のIC(In
tegrated Circuit)カードとして構成した。その構造を
図2に示す。同図において、35はICカードの支持基
板であり、アンテナ5が同基板上に金属印刷パターンと
して形成される。更に図2において、36は、電源発生
回路/変調回路8、復調回路62、S/P変換,P/S
変換回路8、論理回路9及びメモリ回路10からなるデ
ータキャリアの構成回路を同一半導体プロセスで形成し
たICチップであり、同ICチップが基板35上に実装
される。図2の37は、印刷パターンのアンテナ5をI
Cチップ36に接続するボンディングワイヤである。
【0028】本データキャリアは、支持基板32に印刷
されたアンテナ5と1個のICチップ36とで構成され
るので、実装工程が少なく、低コスト化が容易である。
【0029】<実施例2>実施例1の整流用ダイオード
をダイオード接続のMOS(Metal Oxide Semiconducto
r)FETに代え、FETスイッチをMOSFETによ
るスイッチとした実施例を図3に示す。図3aと図3b
とでは、MOSFETの導電性が相互に異なっている。
【0030】図3aは、P形シリコン基板上に素子を形
成する場合で、32aは、ダイオード接続のN型MOS
FET、33aは、ダイオード接続のP型MOSFE
T、30aは、N型MOSFETで構成したスイッチで
ある。
【0031】図3bは、N形シリコン基板上に素子を形
成する場合で、32bは、ダイオード接続のP型MOS
FET、33bは、ダイオード接続のN型MOSFE
T、30bは、P型MOSFETで構成したスイッチで
ある。
【0032】このように、整流用ダイオードをMOSF
ETによるダイオードとし、FETスイッチをMOSF
ETとすることにより、標準CMOSプロセスで全てを
形成することができ、他の回路部とオンチップ化が可能
となり、高集積化を実現することができる。それによ
り、データキャリアの高性能化、低コスト化を実現する
ことができる。
【0033】<実施例3>実施例1のFETスイッチを
複数のFETスイッチの並列接続とした実施例を図4に
示す。図4において、40a,40b,……,40m
は、m個の並列接続の個々のFETスイッチ、41a,
41b,……,41mは、各FETスイッチのゲートに
パラレルに入力する論理回路9からの複数ビット(lo
2mビット)に対応する変調データである。なお、本
実施例においては、復調回路62の出力のシリアルのデ
ータに対しては、それをパラレルに変換するS/P変換
回路38が用いられる。
【0034】各FETスイッチは、同じ素子サイズとし
たが、異なる素子サイズとすることも可能である。各F
ETスイッチが順次一つずつオン状態にしていくに従っ
てアンテナ5の端子11での反射波強度が一定の割合で
変化するように、複数ビットの変調データの全てのビッ
トパターンに対し、FETスイッチをオンオフするパタ
ーンを設定した。そのような設定により、反射波強度の
変化を搬送波の多値振幅変調とすることができる。
【0035】実施例1,2のように、1個のFETスイ
ッチのオンオフによってデータをシリアルに送出する場
合は、1ビットずつの情報の伝送となるのに対し、本実
施例では2ビット以上の情報を同時に伝送することで
き、送信伝送効率が向上する。そして、1個のデータキ
ャリアが質問器と交信する時間が短縮し、より多くのデ
ータキャリアが1個の質問器と交信することができるよ
うになるため、システムの情報処理容量を増大させるこ
とができる。
【0036】<実施例4>実施例3の並列接続のFET
スイッチのそれぞれに整流用ダイオードを設けた実施例
を図5に示す。図5において、12i(i=a,b,
c,……,m)は、並列接続用FETスイッチ40iに
カソードを接続した整流用ダイオード、13iは、同F
ETスイッチにアノードを接続しダイオードである。こ
のように本実施例では、ダイオード12i,13i及び
FETスイッチ40iを1個の機能ブロックとし、複数
の機能ブロックを容量14と容量15の間に接続したも
のである。これらを集積回路上にレイアウトするときに
対称に配置することができるため、特性上のバラツキを
小さくすることができる。
【0037】<実施例5>多値振幅変調によってNビッ
トのデータを同時に送受信するマイクロ波方式データキ
ャリアシステムの構成を図6に示す。図6の質問器1に
おいて、2aは、Nビットのデータを同時に変復調し、
それをアンテナから送受信するアンテナユニット、同図
のデータキャリア4において、6aは、Nビットのデー
タを同時に変復調する変復調回路、9aは、変復調回路
6aとの間でNビットのパラレルのデータの授受を行な
うと共に、Nビットのデータの信号処理を行ない、更
に、メモリ10にアクセスして同メモリに対して情報の
書き込みや読み出しを行なう論理回路である。
【0038】多値振幅変調によってNビットのデータの
同時送受信を行なう本実施例では、アンテナを介して送
受信する電波の強度が複数レベル存在するので、質問器
1及びデータキャリア4は、予めそのレベルを知ってお
く必要がある。そこで、システムが動作可能な状態に立
ち上がった後、データの送受信を始める前に、送信する
データの全てのビットパターンに対応する変調データを
質問器1及びデータキャリア4がそれぞれ順次送信し、
受信側でその電波強度を測定して値をメモリに記憶して
おき、その値を多値の比較基準として使用する機能を質
問器1及びデータキャリア4に設けた。
【0039】本実施例は、Nビットのデータを質問器1
からデータキャリア4へ、またデータキャリア4から質
問器1へ、双方向で送受信可能なシステムであり、1ビ
ットずつシリアルに送受信するシステムに比べ、伝送効
率がN倍に向上する。それにより、1個のデータキャリ
アが質問器と交信する時間が短縮され、より多くのデー
タキャリアが1個の質問器と交信可能な状態を作ること
ができるので、データキャリアシステムとしてのシステ
ム容量が向上するという効果がある。
【0040】
【発明の効果】本発明によれば、整流用の2個のダイオ
ードの接続点と接地の間にFETスイッチを接続し、同
スイッチをオンオフさせてデータの変調と送信を行なう
ようにしたので、整流用ダイオードに高い逆バイアスを
掛けることが可能になり、送信時に電源電圧が低下する
のを防ぐことができる。また、素子サイズの小さいFE
Tスイッチの採用が可能であるので、省チップ化の効果
を得ることができる。
【0041】更に、整流用ダイオードをダイオード接続
のMOSFETとすることにより、標準CMOSプロセ
スで全てを形成することが可能になって他の回路部とオ
ンチップ化が可能となり、高集積による高性能化、低コ
スト化を実現することができる。
【0042】また、2個の整流用ダイオードの接続点と
接地の間に複数のFETスイッチを接続することによっ
て多値振幅変調を行なうことを可能にしたので、Nビッ
トの情報を同時に伝送することが可能になり、送信伝送
効率をN倍に向上させることができる。送信効率の向上
によって1個のデータキャリアが質問器と交信する時間
を短縮することができるので、従来よりも多くのデータ
キャリアが1個の質問器と交信可能となり、データキャ
リアシステムのシステム容量を向上させる効果を得るこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るデータキャリアの第1の実施例を
説明するための回路構成図。
【図2】第1の実施例の具体的構造を説明するための
図。
【図3】本発明の第2の実施例を説明するための回路構
成図。
【図4】本発明の第3の実施例を説明するための回路構
成図。
【図5】本発明の第4の実施例を説明するための回路構
成図。
【図6】本発明の第5の実施例を説明するためのシステ
ム構成図。
【図7】従来のデータキャリアシステムを説明するため
の回路構成図。
【図8】従来のデータキャリアの電源発生回路及び変復
調回路を説明するための回路構成図。
【符号の説明】
1…質問器、4…データキャリア、5…アンテナ、6…
変復調回路、61…変調回路、62…復調回路、7…電
源発生回路、8…S/P変換,P/S変換回路、9…論
理回路、10…メモリ回路、11…アンテナ端子、1
2,13…ダイオード、14,15…容量、16…インピ
ーダンス整合回路、18…電源端子、30,40…FE
Tスイッチ、31…変調データ入力端子、33…電源発
生回路/変調回路。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 質問器と共にマイクロ波方式のデータキ
    ャリアシステムを構成するデータキャリアであって、質
    問器から発射されるマイクロ波をアンテナで受信して電
    源を生成する電源発生回路を有し、当該電源発生回路
    は、アンテナからの受信信号を受ける端子と接地の間に
    直列に接続した第1の容量及び第1のダイオードと、第
    1の容量と第1のダイオードの接続点と接地の間に直列
    に接続した第2のダイオード及び第2の容量とからなる
    2倍波整流回路を備えているデータキャリアにおいて、 送信するデータによってオンオフ動作を行なう少なくと
    も1個の電界効果トランジスタ(以下「FET」とい
    う)スイッチを第1のダイオードと第2のダイオードの
    接続点と接地の間に接続してなる変調回路を備え、当該
    変調回路は、FETスイッチのオンオフ動作によってア
    ンテナの端子でのインピーダンスを変化させるものであ
    り、当該インピーダンス変化による前記マイクロ波の反
    射波電力強度の変化によって質問器へのデータの送信を
    行なうことを特徴とするデータキャリア。
  2. 【請求項2】 前記第1のダイオードと第2のダイオー
    ドと少なくとも1個のFETスイッチが同一のP形シリ
    コン基板上に形成されており、第1のダイオードがダイ
    オード接続のN型MOS(Metal Oxide Semiconducto
    r)FETであり、第2のダイオードがダイオード接続
    のP型MOSFETであり、少なくとも1個のFETス
    イッチがN型MOSFETであることを特徴とする請求
    項1に記載のデータキャリア。
  3. 【請求項3】 前記第1のダイオードと第2のダイオー
    ドと少なくとも1個のFETスイッチが同一のN形シリ
    コン基板上に形成されており、第1のダイオードがダイ
    オード接続のP型MOSFETであり、第2のダイオー
    ドがダイオード接続のN型MOSFETであり、少なく
    とも1個のFETスイッチがP型MOSFETであるこ
    とを特徴とする請求項1に記載のデータキャリア。
  4. 【請求項4】 前記変調回路は、前記第1のダイオード
    と第2のダイオードの接続点と接地の間に接続したFE
    Tスイッチの数が複数であり、かつ、複数ビットの送信
    データの全てのビットパターンに対応して変化する複数
    のFETスイッチのオンオフパターンに従ってアンテナ
    の端子のインピーダンスを変化させるものであり、当該
    インピーダンス変化による前記マイクロ波の反射波強度
    の変化により、質問器へのデータの送信を多値振幅変調
    によって行なうことを特徴とする請求項1に記載のデー
    タキャリア。
  5. 【請求項5】 前記第1のダイオードと第2のダイオー
    ドとその接続点に接続したFETスイッチを1個の機能
    ブロックとし、前記変調回路は、複数の当該機能ブロッ
    クを第1の容量と第2の容量との間に接続したものであ
    り、かつ、複数ビットの送信データの全てのビットパタ
    ーンに対応して変化する複数のFETスイッチのオンオ
    フパターンに従ってアンテナの端子のインピーダンスを
    変化させるものであり、当該インピーダンス変化による
    前記マイクロ波の反射波強度の変化により、質問器への
    データの送信を多値振幅変調によって行なうことを特徴
    とする請求項1に記載のデータキャリア。
  6. 【請求項6】 支持基板を有し、前記アンテナが当該支
    持基板上に金属印刷パターンとして形成され、前記電源
    発生回路と前記変調回路とを含むデータキャリアの構成
    回路がIC(Integrated circuit)チップに集積され、
    当該ICチップが支持基板上に実装されてなる非接触I
    Cカードによって構成されていることを特徴とする請求
    項1〜請求項5のデータキャリア。
  7. 【請求項7】 質問器と請求項1〜請求項3のいずれか
    一に記載のデータキャリアとからなり、当該データキャ
    リアが質問器に対して1ビットずつデータを送信するこ
    とを特徴とするマイクロ波方式のデータキャリアシステ
    ム。
  8. 【請求項8】 質問器と請求項4又は請求項5に記載の
    データキャリアとからなり、当該データキャリアが質問
    器に対して複数ビットずつデータを同時に送信すること
    を特徴とするマイクロ波方式のデータキャリアシステ
    ム。
  9. 【請求項9】 データキャリアからデータを実際に送信
    する前に送信データの全てのビットパターンに対応する
    FETスイッチのオンオフパターンを順次切り換え、そ
    れに対応する反射波電力強度を質問器で予め測定し、オ
    ンオフパターン毎の強度を実際の送信時データの多値の
    比較基準とすることを特徴とする請求項8に記載のデー
    タキャリアシステム。
  10. 【請求項10】 前記質問器がデータキャリアに対して
    データを多値振幅変調によって複数ビットずつ同時に送
    信することを特徴とする請求項8又は請求項9に記載の
    データキャリアシステム。
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