JP2000341171A - 非常に密な結合における電磁トランスポンダ・システムの動作 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電磁界を発生させる端末とトランスポンダの
間でのデータ伝送の方法およびシステムを提供する。 【解決手段】 端末およびトランスポンダがそれぞれ、
アンテナを形成する発振回路を含み、トランスポンダ
が、端末の電磁界によって生じた戻し電力を吸収し与え
るように適合された電子回路を含み、トランスポンダお
よび端末の発振回路が、所定の周波数の無線電気信号を
送信する能力を有する方法およびシステムであって、ト
ランスポンダと端末が互いに非常に接近したときに、少
なくとも一方の発振回路を所定の周波数に対して離調さ
せることを含む方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電磁トランスポン
ダを使用したシステムに関する。電磁トランスポンダ
は、読取り／書込み端末と呼ばれる（一般に固定式の）
装置から、非接触の無線方式で、質問を受けることがで
きる（一般に移動式の）トランシーバである。より詳細
には本発明は、独立した電源を持たないトランスポンダ
に関する。このようなトランスポンダは、自体に含まれ
る電子回路が必要とする電源を、読取り／書込み端末の
アンテナから放射された高周波電磁界から取り出す。本
発明は、トランスポンダ・データの読取りだけをおこな
う端末とともに動作するように適合された読取り専用ト
ランスポンダ、または端末によって修正可能なデータを
含む読取り／書込みトランスポンダに適用される。

【０００２】

【従来の技術】電磁トランスポンダは、トランスポンダ
側および読取り／書込み端末側にあって、アンテナを形
成する巻線を含む発振回路の使用に基づく。これらの回
路は、トランスポンダが読取り／書込み端末の磁界の中
に入ったときに、密な磁界によって結合される。トラン
スポンダ・システムの範囲、すなわち、トランスポンダ
が活動化される端末から最も遠い地点までの距離は、特
に、トランスポンダのアンテナ・サイズ、磁界を発生さ
せている発振回路のコイルの励振周波数、励振の強さ、
およびトランスポンダの電力消費によって決まる。

【０００３】図１に、読取り／書込み装置１（ＳＴＡ）
とトランスポンダ１０（ＣＡＲ）の間でデータを交換す
る従来型のデータ交換システムの一例を、機能的かつ極
めて概略的に示す。

【０００４】一般に装置１は、実質的に、増幅器すなわ
ちアンテナ結合器３（ＤＲＩＶ）の出力端子２ｐと基準
電位（一般に大地電位）にある端子２ｍとの間にあっ
て、コンデンサＣ１および抵抗Ｒ１と直列に接続された
インダクタンスＬ１から成る発振回路から構成される。
増幅器３は、変調器４（ＭＯＤ）が供給した高周波伝送
信号Ｔｘを受け取る。この変調器は、例えば水晶発振器
５からの基準周波を受け取り、さらに、必要に応じて送
信データ信号を受け取る。端末１からトランスポンダ１
０へのデータ伝送が実施されない場合、信号Ｔｘは単
に、トランスポンダが電磁界の中に入った場合にトラン
スポンダを活動化させる電源として使用される。送信デ
ータは、一般にディジタル方式の電子システム、例えば
マイクロプロセッサ６（μＰ）から供給される。

【０００５】図１に示した例では、コンデンサＣ１とイ
ンダクタンスＬ１との節点が、トランスポンダ１０から
受信し、復調器７（ＤＥＭ）に送るデータ信号Ｒｘをサ
ンプリングする端子を形成する。復調器の出力は、トラ
ンスポンダ１０から受信したデータを、（必要ならば復
号器（ＤＥＣ）８を介して）読取り／書込み端末１のマ
イクロプロセッサ６に伝達する。復調器７は、一般に発
振器５から、位相復調用のクロックすなわち基準信号を
受け取る。復調は、インダクタンスＬ１の両端ではな
く、コンデンサＣ１と抵抗Ｒ１の間でサンプリングした
信号を基に実行してもよい。マイクロプロセッサ６は、
（バスＥＸＴを介して）さまざまな入出力回路（キーボ
ード、スクリーン、プロバイダへの送信手段など）、お
よび／または処理回路と通信する。読取り／書込み端末
の回路は、動作に必要な電力を、例えば給電システムに
接続された電源回路９（ＡＬＩＭ）から取り出す。

【０００６】トランスポンダ１０側では、コンデンサＣ
２と並列のインダクタンスＬ２が、端末１の直列発振回
路Ｌ１とＣ１によって生成された電磁界を捕捉するため
の並列発振回路（受信共振回路と呼ばれる）を形成す
る。トランスポンダ１０の共振回路（Ｌ２、Ｃ２）は、
端末１の発振回路（Ｌ１、Ｃ１）の周波数と同調され
る。

【０００７】コンデンサＣ２の端子に対応する共振回路
Ｌ２、Ｃ２の端子１１、１２は、例えば４つのダイオー
ドＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４から形成された整流ブリッジ
１３の２つの交流入力端子に接続される。図１の表示で
は、ダイオードＤ１のアノードおよびダイオードＤ３の
カソードが、端子１１に接続されている。ダイオードＤ
２のアノードおよびダイオードＤ４のカソードは、端子
１２に接続される。ダイオードＤ１、Ｄ２のカソード
は、正の整流出力端子１４を形成する。ダイオードＤ３
およびＤ４のアノードは、整流電圧の基準端子１５を形
成する。コンデンサＣａが、ブリッジ１３の整流出力端
子１４、１５に接続され、ブリッジによって供給された
電力を蓄積し、整流された電圧を平滑化する。このダイ
オード・ブリッジの代わりに、単一の半波整流アセンブ
リを使用してもよい。

【０００８】トランスポンダ１０が端末１の電磁界の中
にあるとき、共振回路Ｌ２、Ｃ２の両端に高周波電圧が
発生する。この電圧は、ブリッジ１３によって整流さ
れ、コンデンサＣａによって平滑化されて、電圧調整器
１６（ＲＥＧ）を介してトランスポンダの電子回路に電
源電圧を供給する。一般にこのような回路には、実質
上、（図示されていないメモリに結合された）マイクロ
プロセッサ（μＰ）１７、端末１から受信した信号の復
調器１８（ＤＥＭ）、および端末１に情報を送信する変
調器１９（ＭＯＤ）などが含まれる。トランスポンダは
一般に、コンデンサＣ２の両端で整流前に再生された高
周波信号からブロック２０によって取り出されたクロッ
ク（ＣＬＫ）によって同期がとられる。多くの場合、ト
ランスポンダ１０の全ての電子回路は同じチップに集積
化される。

【０００９】トランスポンダ１０から装置１にデータを
送信するためには、変調器１９が、共振回路Ｌ２、Ｃ２
の変調（戻し変調（ｂａｃｋ ｍｏｄｕｌａｔｉｏ
ｎ））段を制御する。この変調段は一般に、端子１４と
１５の間で直列な電子スイッチ（例えばトランジスタ
Ｔ）と抵抗Ｒから成る。トランジスタＴは、端末１の発
振回路の励振信号の周波数（例えば１３．５６ＭＨｚ）
よりもはるかに低い（一般に少なくとも１／１０）、い
わゆる副搬送周波数（例えば８４７．５ｋＨｚ）で制御
される。スイッチＴが閉じているとき、トランスポンダ
の発振回路には、回路１６、１７、１８、１９および２
０から成る負荷に加えて追加の制動（ｄａｍｐｉｎｇ）
が加えられ、そのため、トランスポンダは、高周波電磁
界からより多くの電力を引き出す。端末１側では、増幅
器３が、高周波励振信号の振幅を一定に維持している。
したがってトランスポンダの電力変動は、アンテナＬ１
を流れる電流の振幅および位相変動に変換される。この
変化は、位相復調器または振幅復調器である端末１の復
調器７によって検出される。例えば位相復調の場合、ト
ランスポンダのスイッチＴが閉じている副搬送波の半周
期の間に、復調器が、基準信号に対する信号Ｒｘの搬送
波のわずかな移相（数度、または１度未満）を検出す
る。復調器７の出力（一般に副搬送周波数を中心周波数
とする帯域フィルタの出力）は、スイッチＴの制御信号
の影像信号を供給する。この信号を（復号器８によっ
て、または直接にマイクロプロセッサ６によって）復号
して元の２進データを復元することができる。

【００１０】データ伝送は、一方から他方へ、次いで他
方から一方へと交互に実施され（半二重）、トランスポ
ンダからデータを受信している間は、端末はデータを送
信しない。

【００１１】図２に、端末１からトランスポンダ１０へ
のデータ伝送の従来の例を示す。この図面は、コード０
１０１の伝送に対する、アンテナＬ１の励振信号の形状
の一例を示す。現在使用されている変調は、発振器５か
ら来る搬送波の周波数（例えば１３．５６ＭＨｚ）（周
期約７４ｎｓ）よりもはるかに低い、速度１０６ｋｂｉ
ｔｓ／ｓ（１ビットが約９．５μｓで伝送される）の振
幅変調である。この振幅変調は、オール・オア・ナッシ
ングで実行するか、またはトランスポンダ１０に電力を
供給する必要から１よりも小さい変調比（２つの状態
（０および１）のピーク振幅（ａ、ｂ）の差をこれらの
振幅の和で割った値として定義される）で実行する。図
２の例では、１３．５６ＭＨｚの搬送波が１０６ｋｂｉ
ｔ／ｓの速度で、例えば１０％の変調比ｔｍを用いて振
幅変調される。

【００１２】図３に、トランスポンダ１０から端末１へ
のデータ伝送の従来の例を示す。この図面には、変調器
１９から供給されたトランジスタＴの制御信号Ｖ_Ｔ、お
よび端末１が受信した対応する信号Ｒｘの形状の例が示
されている。トランスポンダ側の戻し変調は一般に、例
えば８４７．５ｋＨｚ（周期約１．１８μｓ）の搬送波
（副搬送波と呼ばれる）を用いた抵抗型である。この戻
し変調は例えば、副搬送波の周波数よりもはるかに低
い、速度が１０６ｋｂｉｔｓ／ｓ程度のＢＰＳＫ型（二
相ＰＳＫ（ｐｈａｓｅ−ｓｈｉｆｔ ｋｅｙｉｎｇ））
の符号化に基づく。図３に示した信号Ｒｘは「平滑化」
されている、すなわち、高周波搬送波（例えば１３．５
６ＭＨｚ）のリプルが示されていない。図３の例では、
図示の３つのビットがそれぞれ、その前のビットとは異
なると仮定する。したがってこれは、例えばコード０１
０の伝送である。

【００１３】どの種類の変調または戻し変調（例えば振
幅、位相、周波数）を使用するとしても、また、どの種
類のデータ符号化（ＮＲＺ、ＮＲＺＩ、マンチェスタ
ー、ＡＳＫ、ＢＰＳＫなど）を使用するとしても、この
変調または戻し変調は、２つの２値レベルの間をジャン
プする、ディジタル方式で実行される。

【００１４】端末およびトランスポンダの発振回路は一
般に、搬送周波数に同調される。すなわち、発振回路の
共振周波数が１３．５６ＭＨｚ周波数にセットされる。
この同調の目的は、一般にさまざまなトランスポンダ構
成部品を集積化したクレジット・カード・サイズのカー
ドであるトランスポンダへの電力伝播を最大にすること
にある。

【００１５】図３に示すように信号Ｖ_Ｔは、副搬送周波
数（例えば８４７．５ｋＨｚ）のパルス列から成り、移
相は、あるビットから次のビットへ移る際に状態が変化
するたびに実施される。読取装置側で再生された信号に
ついて見ると、この信号の形状は「ディジタル」信号の
ようには見えず、復号は困難である。事実、信号Ｒｘの
形状は、それぞれのビット伝送時間（９．４μｓ）の間
に、始めは非線形的に大きくなり（コンデンサの電
荷）、１ビットの持続時間の２／３が経過した頃に最大
に達し、次いで、やはり非線形的に小さくなる。イネー
ブル時間、すなわち復調器が復号可能なレベルにまで信
号Ｒｘが到達するのにかかる時間は、同調している発振
回路に関連する。所望のシステム範囲に関連した遠隔電
力供給のために電力を伝送する必要から、高いＱ（ｑｕ
ａｌｉｔｙ ｆａｃｔｏｒ）が必要であり、したがって
発振回路を同調させる必要がある。Ｑが高いと通過域は
小さくなる。これによって、システムのデータ・フロー
が制限される。読取装置およびトランスポンダのＱは一
般に１０程度である。

【００１６】トランスポンダは、さまざまな物（キー・
リング、キーなど）から形成することができるが、現在
は、全ての回路およびアンテナ、すなわちインダクタン
スＬ２を集積したクレジット・カードの形態であること
がほとんどである。読取装置すなわち端末との情報交換
では、このカードを読取装置のアンテナＬ１に近づけ
る。読取装置とカードの距離はさまざまであり、適用業
務によっては、互いのアンテナの距離が２センチメート
ル未満となる、結合が非常に密な伝送も使用される。こ
のような密結合伝送を使用することによって、例えば、
トランスポンダによる支払いを可能とすること、したが
って、自体に最も近いトランスポンダだけを端末が認識
することを保証することが可能である。

【００１７】発振回路が互いに非常に接近したときに生
じる問題は、発信回路が実質的に同調されている場合
に、端末からトランスポンダに送られた電力によって、
トランスポンダが熱を帯びることである（アンテナＬ２
は一般に、カードの周囲の１つまたは複数の平面らせん
から成る）。この熱効果によって、プラスチック製のカ
ードは変形する。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、トラ
ンスポンダが読取り／書込み端末と非常に密な結合関係
にあるときの従来の解決策の欠点を克服する新規な解決
策を提供することにある。

【００１９】本発明の目的は、特に、読取り／書込み端
末によるトランスポンダへの遠隔電力供給に関連した熱
効果を低減させる、あるいは最小化することにある。

【００２０】本発明の他の目的は、トランスポンダが端
末の非常に近くにあるときに、データ伝送速度の増大を
可能にすることにある。

【００２１】本発明の他の目的は、端末側および／また
はトランスポンダ側に実施可能な解決策を提供すること
にある。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、端末の
発振回路および／またはトランスポンダの発振回路とが
非常に密な結合関係にあるときに、これらを離調させる
ことにある。

【００２３】電磁トランスポンダの周波数離調について
は、文書ＷＯ−Ａ−９８／２９７６０に出ている。この
文書には、トランスポンダのアンテナを周波数離調させ
る、すなわちインピーダンスをミスマッチさせ、トラン
スポンダおよびその電子回路での無線電磁界および電力
の吸収をより少なくするようにすることが述べられてい
る。したがって、このミスマッチの、すなわち離調した
トランスポンダの近くに位置する別のトランスポンダ
は、十分な無線電磁界を受け取り、適正に動作すること
ができる。伝送システムは、この別トランスポンダを、
それがあたかも送信器の電磁界中の唯一のトランスポン
ダであるかのように検出、または参照することができ
る。この文書によれば、さらに、このミスマッチ手段を
使用して、「トランスポンダが非選択状態にあるとき
に、この非選択状態のトランスポンダによる電力および
／または電磁界の吸収を制限することができる」。

【００２４】この文書が提唱する解決策は、端末から比
較的に遠くにあるトランスポンダを離調させ、端末と通
信することになっている最も近いトランスポンダが受け
取る電力を最大化にしようというものである。このよう
な解決策は、前述の密結合の問題を解決しない。事実、
選択されたトランスポンダは依然として同調を維持して
いる。

【００２５】この文書とは逆に、本発明は、密結合での
離調動作を提供する。したがって本発明の一特徴は、密
結合情報伝送を目的とした、読取り（または読取り／書
込み）端末およびこの端末によって電力を遠隔供給され
る電磁トランスポンダの発振回路の離調動作を提供する
ことにある。

【００２６】本発明は、トランスポンダ側で再生される
遠隔供給電力が、トランスポンダと端末の距離の単調な
関数とはならないことに着目する。

【００２７】事実、発振回路が遠隔電力供給搬送周波数
と同調しているときに、トランスポンダを端末に接近さ
せた場合、遠隔電力供給振幅は、システム範囲の境界
（約１０センチメートル）から増大し始める。この振幅
は、最大値（臨界結合位置）をとった後、トランスポン
ダが非常に接近（約２センチメートル未満）したときに
再び低減し始める。この理由から、具体的には、従来の
システムで、端末の電力をトランスポンダが位置する距
離から従属させることはできない。

【００２８】この臨界結合位置は、端末の発振回路とト
ランスポンダの発振回路がともに遠隔電力供給搬送周波
数と同調しているときに、トランスポンダが受信する遠
隔電力供給振幅が最大となり、トランスポンダと端末の
間の結合が最適化される距離に相当する。言い換えると
臨界結合周波数は、最小の結合係数に対して遠隔電力供
給電力が最大となる距離に相当する。結合係数は、相互
インダクタンスと発振回路のインダクタンスの積の平方
根の比である。

【００２９】少なくとも一方の発振回路が、遠隔電力供
給搬送周波数と離調しているとき、端末からの距離が短
くなるにつれ、トランスポンダが受け取る電力は増大す
る。ただし、その程度は小さい。この場合でも、所与の
離調条件に対して受信電力が最大となる距離が存在す
る。このときが最適な結合であり、２つの発振回路が搬
送周波数と同調しているときには、臨界結合位置が最適
結合条件である。２つの発振回路間の最適な結合係数
は、インダクタンスＬ１およびＬ２、コンデンサＣ１お
よびＣ２、および周波数（ここでは固定周波数であっ
て、搬送周波数に相当する）だけによって決まるのでは
なく、端末の直列抵抗Ｒ１およびトランスポンダの発振
回路の負荷も関係することに留意されたい。ここで言う
トランスポンダの発振回路の負荷とはすなわち、回路
（マイクロプロセッサなど）の等価抵抗ならびにコンデ
ンサＣ２およびインダクタンスＬ２に並列に追加された
戻し変調手段（例えば図１の抵抗Ｒ）である。この等価
抵抗を以後、Ｒ２と呼ぶことにする。

【００３０】したがって一方の発振回路が離調していて
も、アンテナが互いに非常に接近していれば、この非接
触無線伝送システムは動作する。

【００３１】より詳細には本発明は、電磁界を発生させ
る端末とトランスポンダの間のデータ伝送方法であり、
端末およびトランスポンダがそれぞれ、アンテナを形成
する発振回路を含み、トランスポンダが、端末の電磁界
によって生じた戻し電力を吸収し与えるように適合され
た電子回路を含み、トランスポンダおよび端末の発振回
路が、所定の周波数の無線電気信号を送信する能力を有
する方法であって、トランスポンダと端末が互いに非常
に接近したときに、少なくとも一方の発振回路を前記所
定の周波数に対して離調させることから成る方法を提供
する。

【００３２】本発明の一実施形態によれば、トランスポ
ンダが２つの回路の間の臨界結合位置よりも端末からさ
らに遠くにあるときに、これらの発振回路を同調させ、
トランスポンダがこの臨界結合位置と端末の間にあると
きに、少なくとも一方の回路を離調させる。

【００３３】本発明の一実施形態によれば、トランスポ
ンダのアンテナと端末のアンテナが互いから２センチメ
ートル未満の距離にあるときに、離調を実施する。

【００３４】本発明の一実施形態によれば、両方の発振
回路を離調させる。

【００３５】本発明の一実施形態によれば、発振回路が
所定の周波数と同調しているか否かに基づいて、トラン
スポンダから端末へ、および／または端末からトランス
ポンダへのデータ伝送速度を変更する。

【００３６】本発明の一実施形態によれば、所定の周波
数が、トランスポンダの遠隔電力供給搬送波の周波数に
対応する。

【００３７】本発明はさらに、電磁界を発生させる端末
と独立した供給手段を持たない少なくとも１つのトラン
スポンダとの間の非接触無線データ伝送システムであっ
て、端末および／またはトランスポンダが、本発明の方
法を実施する手段を含むシステムに関係する。

【００３８】添付図面に関連した、特定の実施形態の以
下の非限定的な説明において、本発明の以上の目的、特
徴および利点を詳細に論じる。

【００３９】

【発明の実施の形態】全図面を通じて、同じ部品には同
じ参照符号が付されている。図面の尺度は一律ではな
い。明確にするため、本発明の理解に必要な部品のみを
図面に示し、説明する。具体的には、トランスポンダ側
にあるか、または読取装置側にあるかに関わらず、ディ
ジタル電子回路の詳細は示さない。

【００４０】本発明の特徴は、端末と密結合状態にある
とき、すなわちそれぞれのアンテナが、例えば互いから
２センチメートル未満に位置するときに、トランスポン
ダおよび／または読取りまたは読取り／書込み端末の発
振回路を離調させることにある。

【００４１】このような離調の結果、その動作が変成器
の動作に近くなる、すなわちＱが小さくなる。従来の同
調動作では、トランスポンダへの遠隔電力供給に関連し
た電力転送を最適化するため、Ｑができるだけ高いこと
が望ましい。

【００４２】結合が非常に密であるときにトランスポン
ダおよび端末を離調させることには、いくつかの利点が
ある。

【００４３】離調動作では、カードの遠隔電力供給に十
分な電力を送信する間に、端末電力、すなわちアンテナ
（図１のＬ１）の電流が低下する可能性がある。実際
は、トランスポンダが端末に非常に近いため、遠隔電力
供給範囲の問題は解消される。必要な電力は、実質的
に、発振回路のインダクタンスの変成比（らせん数の
比）によって決まる。アンテナ電流の低減によって、ト
ランスポンダ側の熱効果が抑制される。

【００４４】図４に、トランスポンダ側での抵抗型戻し
変調後の読取装置側の信号Ｒｘの形状を示す。このとき
端末の発振回路は、遠隔電力供給搬送周波数（例えば１
３．５６ＭＨｚ）から離調している。この図面を図３と
比較する。見て分かるとおり、イネーブル時間はほぼな
くなっている。信号Ｒｘの形状は、トランスポンダ側の
トランジスタＴのゲートの制御信号のそれにかなり似て
いる。そのため、信号Ｒｘのそれぞれの伝送ビットが、
端末の位相復調器の検出しきい値に達するのを待つ必要
がなく、伝送速度を増大させることができる。

【００４５】トランスポンダの発振回路の離調が望まし
いのは、結合が非常に密な場合だけであることに留意さ
れたい。そのため本発明は、トランスポンダが読取装置
の非常に近くにあるか否かに応じてシステムの２つの動
作モードを容易に分離することができる。発振回路の離
調によって結合係数が低減することにも留意されたい。
変成器型の動作では２つの発振回路が互い非常に近くに
あるので、このことは妨げにならない。

【００４６】発振回路を離調させるのには、いくつかの
解決策を使用することができる。事実、先に示したよう
に、最適な結合係数は、端末側の部品Ｒ１、Ｌ１、Ｃ１
およびトランスポンダ側の部品Ｒ２、Ｌ２、Ｃ２のそれ
ぞれの値によって決まる。したがって、トランスポンダ
の発振回路と端末の発振回路のうちの一方または両方を
離調させることが可能である。

【００４７】本発明の好ましい実施形態によれば、効率
上の理由から両方の回路を離調させる。事実、本発明に
よれば、遠隔電力供給搬送周波数に対して相当な離調を
生じさせなければならない。したがって、制御可能な発
振回路離調手段を、好ましくは端末側およびトランスポ
ンダ側に提供する。

【００４８】図５に、搬送周波数（例えば１３．５６Ｍ
Ｈｚ）に対して発振回路を離調させる手段を備えた、電
磁トランスポンダの読取り／書込み端末１’の一実施形
態を部分的に示す。この実施形態は、発振回路のキャパ
シタンス（図１のＣ１）の値を変化させることを含む。

【００４９】前と同様に、端末１’は、増幅器すなわち
アンテナ結合器３の出力端子２ｐと基準電位（一般に大
地）にある端子２ｍとの間にあって、容量部品２４およ
び抵抗Ｒ１と直列のインダクタンスすなわちアンテナＬ
１から成る発振回路を含む。増幅器３は、変調器４（Ｍ
ＯＤ）から来る高周波伝送信号Ｔｘを受け取る。変調器
４（ＭＯＤ）は、例えば水晶発振器（図示せず）から基
準周波数（信号ＯＳＣ）を受け取る。変調器４は、必要
に応じて送信データ信号を受け取る。端末１’の他の構
成部品は、特に指示しない限り、図１に関して説明した
ものと同様である。

【００５０】図５の実施形態によれば、アンテナＬ１の
電流の位相を基準信号ＲＥＦに対して調整する。この調
整は、送信データがないときの信号Ｔｘに対応する高周
波信号、すなわち搬送信号（例えば１３．５６ＭＨｚ）
の調整である。この調整は、端末１’の発振回路のキャ
パシタンスＣ１を変化させ、アンテナ電流を、基準信号
と一定の位相関係に維持することによって実行される。
信号ＲＥＦは搬送周波数であって、信号ＲＥＦは、例え
ば、変調器の発振器（図１の５）によって供給された信
号ＯＳＣに対応する。

【００５１】図５に示すとおり、抵抗Ｒ１およびインダ
クタンスＬ１と直列に接続された容量部品２４は、回路
２１（ＣＯＭＰ）によって供給される信号ＣＴＲＬによ
って制御可能である。回路２１は、基準信号ＲＥＦに対
する移相を検出し、それに応じて部品２４のキャパシタ
ンスＣ１を修正する機能を有する。

【００５２】可変キャパシタンス２４は、いくつかの方
法で構成することができる。一般にこのキャパシタンス
は、数百ピコファラドに達しなければならず、その両端
の１００ボルトを超える電圧に耐えなければならない。
例えば、逆バイアス接合のキャパシタンスを、このバイ
アスに依存する可変キャパシタンスとして使用するダイ
オードを使用することができる。次いでこのダイオード
のアノードを、基準端子２ｍの側に接続し、カソードを
インダクタンスＬ１の側に接続する。あるいは、ダイオ
ード装着ＭＯＳＦＥＴトランジスタを使用することもで
きる。ダイオードであるか、またはＭＯＳＦＥＴトラン
ジスタであるかに関わらず、信号ＣＴＲＬが実行する制
御には、ダイオードまたはトランジスタの両端の電圧を
修正して、キャパシタンスを修正することが含まれる。

【００５３】発振回路での位相測定は、例えば、部品２
３で示す、この発振回路を流れる電流Ｉの測定に基づい
て実行される。この電流測定部品は、部品２４およびイ
ンダクタンスＬ１と直列に接続される。測定の結果ＭＥ
Ｓは位相比較器２１に送られ、位相比較器２１は次い
で、ブロック２３によって測定された電流の位相を基準
信号ＲＥＦと比較し、これに応じて信号ＣＴＲＬで容量
部品２４を制御する。

【００５４】位相調整ループは、８４７．５ｋＨｚでの
位相変調を妨げることがないよう十分に低速でなければ
ならないが、端末電磁界中で、一般に手の変位速度であ
るトランスポンダの変位速度と比較して十分に高速でな
ければならないことに留意されたい。例えば、トランス
ポンダの変位時間が数百ミリ秒であるときには、応答時
間が１ミリ秒程度であることが適当である。

【００５５】離調動作では、例えば比較器２１の位相基
準を修正して、ループの制御命令を修正し、これによっ
て他の値に調整し、次いで比較する信号を基底値の９０
゜以外の値だけ移相させる。端末とトランスポンダの間
の可能な最も短い距離に対応する最適な結合では、キャ
パシタンスＣ１が、その同調時の値に対して増大しなけ
ればならないことに留意されたい。これによって、端末
の発振回路の共振周波数は低減する。比較器２１の基準
位相を修正する代わりに、例えば、端末のマイクロプロ
セッサによって制御されたスイッチ付き抵抗網によっ
て、部品２４のバイアス電圧をシフトさせ、部品２４の
バイアス抵抗を可変化してもよい。

【００５６】図５の実施形態では、位相比較器２１が、
トランスポンダの可能な戻し変調から来る信号Ｒｘを復
調するのにも優先的に使用される。

【００５７】トランスポンダの発振回路を離調させるた
めの第１の解決策は、トランスポンダのアンテナと並列
に２つのコンデンサを接続することを含む。このとき一
方のコンデンサが、それを制御可能にするスイッチと直
列に結合される。この解決策は、発振回路内の修正可能
なキャパシタンスによるトランスポンダの周波数離調を
提供する文書ＷＯ−Ａ−９８／２９７６０に記載されて
いる種類のアセンブリを使用することから成る。

【００５８】本発明によれば、端末とトランスポンダの
間の可能な最も短い距離に対応する最適な結合では、キ
ャパシタンスＣ２を、その同調時の値に対して増大させ
なければならない。これによって、トランスポンダの発
振回路の共振周波数は低減する。

【００５９】図６に、本発明に基づくトランスポンダの
第１の実施形態３０を示す。前と同様に、このトランス
ポンダは、回路の２つの端子１１’、１２’の間にイン
ダクタンスＬ２およびコンデンサＣ２’を含む並列発振
回路から構成される。

【００６０】図６に示した実施形態では、コンデンサＣ
ａによって平滑化された直流電源電圧Ｖａを取り出すた
めに実行される整流が、アノードが端子１１’に、カソ
ードがコンデンサＣａの正の端子１４に接続されたダイ
オードＤによる単一の半波整流である。基準電圧１５
は、端子１２’に直接に接続されたコンデンサＣａの負
の端子に対応する。電圧Ｖａは、例えば図１の回路１６
ないし２０を含む電子ブロック３１に対するものを意味
する。コンデンサＣ３が、端子１１’と１２’の間に、
スイッチ（例えばＭＯＳトランジスタ）Ｋ１と直列に接
続される。スイッチＫ１は回路３１によって制御され、
同調動作時には閉じられる。

【００６１】図７に、本発明に基づくトランスポンダの
第２の実施形態３０’を示す。この実施形態によれば、
発振回路の端子１１、１２が、例えば図１のようにダイ
オードＤ１ないしＤ４から成るブリッジ１３の交流入力
端子に接続される。整流されたブリッジ１３の２つの出
力端子１４、１５は、平滑化コンデンサＣａを介して、
電子ブロック３１の電源電圧Ｖａを供給する。

【００６２】この実施形態によれば、２つのコンデンサ
Ｃ３およびＣ４が、端子１１と端子１５の間および端子
１２と端子１５の間にそれぞれ、スイッチ（例えばＭＯ
Ｓトランジスタ）Ｋ１、Ｋ２と直列にそれぞれ接続され
る。したがってコンデンサＣ３の第１の端子は端子１１
に接続され、第２の端子はトランジスタＫ１を介して端
子１５に接続される。コンデンサＣ４の第１の端子は端
子１２に接続され、もう１つの端子はトランジスタＫ２
を介して端子１５に接続される。コンデンサＣ３および
Ｃ４はそれぞれ、アンテナＬ２の両端の高周波交流電圧
Ｖ２のそれぞれの符号に結合される。したがってコンデ
ンサＣ３とＣ４の値は同じである。トランジスタＫ１お
よびＫ２は、ブロック３１によって、好ましくは同じ信
号で制御され、この回路を遠隔電力供給搬送周波数と同
調させなければならないときには閉じられる。

【００６３】コンデンサが２倍になったため、スイッチ
Ｋ１およびＫ２の制御に対して１つの基準節点が使用可
能となる（線１５）ことに留意されたい。したがって、
スイッチＫ１およびＫ２がＮチャネルＭＯＳトランジス
タから形成される場合には、ブロック３１から来る論理
信号によってこれらのスイッチを、オール・オア・ナッ
シングで制御することができる。これは、文書ＷＯ−Ａ
−９８／２９７６０が提唱する解決策では不可能であ
る。

【００６４】例えば、コンデンサＣ２’、Ｃ３およびＣ
４はそれぞれ、発振回路を読取装置の搬送周波数と同調
させるのに必要なキャパシタンス（図１のＣ２）の１／
２に対応するキャパシタンスを有する。

【００６５】トランスポンダ３０（図６）または３０’
（図７）はさらに、端子１４と１５の間にそれぞれスイ
ッチＫ３、Ｋ４と直列の２つの抵抗Ｒ３、Ｒ４から形成
されることが好ましい、抵抗型戻し変調回路を含む。抵
抗Ｒ３とＲ４は値が異なり、Ｒ３のほうが高く、Ｒ４が
低い。

【００６６】臨界結合と端子の間に位置すると仮定する
と、高い値を有する抵抗Ｒ３が戻し変調の実行に使用さ
れ、トランジスタＫ１（またはトランジスタＫ１および
Ｋ２）はオフになる。システムの動作は、変成器の動作
に近い離調動作となる。

【００６７】臨界結合位置から遠い位置にあり、端子か
らはさらに遠く離れている、すなわち疎結合であると仮
定する。トランジスタＫ１（またはトランジスタＫ１お
よびＫ２）はオンになり、値の小さい抵抗Ｒ４によって
抵抗戻し変調が実行される。これは、従来の動作モード
である。

【００６８】端末から離れて位置するときに値の小さな
抵抗を使用することによって、本発明では、システム範
囲が最適化されることに留意されたい。抵抗Ｒ３とＲ４
のそれぞれの値の比は、例えば４〜１０であり（Ｒ３は
０．４〜５キロオーム、Ｒ４は１００〜５００キロオー
ム）、６程度（例えば約１５００オームと２５０オー
ム）であることが好ましい。

【００６９】代替形態として、回路を離調させるのに使
用する１つまたは複数のコンデンサを、戻し変調手段と
して使用することもできる。この場合には、スイッチ付
き抵抗Ｒ３、Ｋ３およびＲ４、Ｋ４が排除され、コンデ
ンサＣ２’、Ｃ３（および図７の実施形態のＣ４）の値
が、離調の重要性が、容量型変調の場合に端末によって
検出される移相と両立するように選択される。この容量
型変調は、その振幅に作用するのではなしに、端末のイ
ンダクタンスＬ１の両端の電圧の位相に直接に影響す
る。これによって端末による位相検出が容易になる。こ
の種の戻し変調は、符号化、すなわち戻し変調スイッチ
の搬送周波数の制御信号を修正しないことに留意された
い。

【００７０】発振回路コンデンサのサイズ設定では、使
用する整流手段および平滑化コンデンサＣａの値に着目
する。事実、遠隔電力供給搬送波の周期と比較したブリ
ッジ（図７）のダイオードの導通期間は一般に、単一の
半波整流ダイオード（図６）の導通期間よりも短い。し
たがって、戻し変調手段の動作のデューティ・サイクル
は、実行される整流の種類によって異なる。したがっ
て、このデューティ・サイクルは、特に、等価抵抗Ｒ２
の値に影響し、したがって結合係数に影響する。

【００７１】非常に密な結合にある発振回路を離調させ
るためには、トランスポンダから端末までの距離に関す
る情報を使用する。この距離は、トランスポンダおよび
／または端末が判定する。

【００７２】トランスポンダ側には、図６および７の実
施形態の一方を使用する。本発明によれば、これらの電
子回路がそれぞれ、ローカル電源電圧Ｖａを受け取る入
力ＤＥＴを備える。入力ＤＥＴは、電圧Ｖａを測定する
回路（図示せず）およびこの測定を記憶する少なくとも
１つの部品に結合される。特定の実施例ではこの回路が
マイクロプロセッサ（図１の６）である。測定された電
圧値の記憶は、アナログ方式またはいくつかのビットを
使用したディジタル方式で実行される。ビット数は所望
の分析精度によって決まる。

【００７３】本発明の好ましい実施形態によれば、トラ
ンスポンダが端末の範囲内にあるときに以下の測定サイ
クルを周期的に実行する。好ましくはこれを、読取装置
の電磁界に入ることによってトランスポンダが活動化さ
れた（電力供給された）と同時に実行する。まず、トラ
ンジスタＫ１（図６）またはトランジスタＫ１およびＫ
２（図７）をオンにし、発振回路を同調させる。端子Ｄ
ＥＴの電圧を測定する。次いで、トランジスタＫ１、Ｋ
２をオフにする。回路を離調させ、その共振周波数を、
図６の場合、コンデンサＣ２’とＣ３の値が同じであれ
ば同調周波数の２倍よりも高くシフトさせる。端子ＤＥ
Ｔの電圧を再び測定する。代替方法として、最初の測定
を離調させた回路で実行する。得られた２つの値を比較
し、この比較の結果を例えば単一のビットに記憶する。

【００７４】「同調」および「離調」の２つの測定を実
行するのに要する時間（例えば数百ミリ秒程度）は、ほ
とんどの適用業務では手の変位速度に対応するトランス
ポンダの変位速度と比較して短い。

【００７５】さらに、測定を実行するために発振回路を
離調させておく時間が、副搬送波の半周期とは実質的に
異なるように選択され、そのため、端末がこの測定を戻
し変調と解釈しないことが好ましい。事実、トランスポ
ンダの発振回路の離調は、端末の発振回路Ｌ１、Ｃ１
（図１）の移相と解釈され、これを距離判定中にデータ
伝送と間違えてはならない。

【００７６】端末の前のトランスポンダの通過時間（数
百ミリ秒）と比較しても依然として高速な短い時間間隔
（例えば１ミリ秒程度）の後に、上記の測定サイクルを
繰り返す。

【００７７】単純な実施形態では、トランスポンダから
端末へのそれぞれのデータ伝送の開始前に、臨界結合に
対するトランスポンダの位置を求めれば十分であること
に留意されたい。

【００７８】比較ビットの値の変化から、臨界結合位置
と比較して、トランスポンダが端末のより近くにあるの
か、または遠くにあるのかを知ることができる。同調位
置よりも離調位置のほうがレベルが高いことをビットが
指示している場合には、トランスポンダが端末の非常に
近くにある（密結合）ことを意味する。逆の場合は、ト
ランスポンダが臨界結合の近くにあるか、または臨界結
合位置とシステム範囲の境界の間にある。

【００７９】単純な実施形態では、トランスポンダの
（ブロック３１に含まれる）マイクロプロセッサの既存
入力を使用することによって、専用の距離判定入力（Ｄ
ＥＴ）の使用を回避することができる。この従来の入力
は、コンデンサＣａの両端の使用可能なローカル電源電
圧を所定のしきい値に対して制御する。マイクロプロセ
ッサは、このしきい値に対するこの電圧の状態を（ビッ
トの形態で）記憶する。このビットは従来どおり、例え
ば、発振回路によって再生された電圧がトランスポンダ
供給に対して十分であるかどうか、したがって読取装置
の電磁界に入ったときにトランスポンダを活動化するの
に十分であるかどうかの検出に使用される。この機能
は、トランスポンダのマイクロプロセッサ、例えばＳＴ
Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓの回路ＳＴ１６およ
びＳＴ１９にあり、したがってトランスポンダを大幅に
変更しなくても使用することができる。

【００８０】臨界結合に対する距離の判定には、実行さ
れる距離判定または領域検出（密結合または疎結合）が
差動測定に似ているという利点がある。事実、この検出
は、システムおよびその環境によって決まる臨界結合に
対して実行される。回路が同調しているときには、臨界
結合でのみ、再生された電圧しきい値が最大となる。し
たがって、特定の基準または距離しきい値を設ける必要
はない。言い換えると、同調と離調の２つの動作モード
間のしきい値距離は自己適応性である。

【００８１】端末側での距離判定には、例えばＷＯ−Ａ
−９７／３４２５０に記載されているようなシステムを
使用することができる。しかし、本発明の好ましい実施
形態によれば、実行される判定では、端末の関与は必要
ない、すなわち、端末が、トランスポンダから来るデー
タを受信する必要はない。

【００８２】図８に、電磁界に入ったトランスポンダの
距離を判定する手段を備え、本発明に基づく端末を部分
的に示す。図８は図５をベースにしたものであり、図８
には、そのうちの容量部品２４および電流測定部品２の
みが示されている。

【００８３】図８の実施形態によれば、抵抗ブリッジ
（抵抗Ｒ５、Ｒ６）が部品２４の両端の電圧を測定す
る。抵抗ブリッジの中間点はダイオードＤ５のアノード
に接続され、ダイオードＤ５のカソードは比較器（ＣＯ
ＭＰ）４０の第１の入力に接続される。コンデンサＣ５
が、ダイオードＤ５のカソードを接地２ｍに接続する。
したがってコンデンサＤ５はその端子の両端に、ブリッ
ジＲ５−Ｒ６の中間点の電圧のピーク振幅としての直流
電圧を有する。比較器４０の第２の入力は基準電圧Ｖｒ
ｅｆを受け取る。先に指摘したように、トランスポンダ
が端末の電磁界に入ったとき、トランスポンダが形成す
る負荷が発振回路Ｌ１、Ｃ１の電流を変化させる。デフ
ォルトでは発振回路は同調しているので、トランスポン
ダが接近すればするほど、この容量部品の両端の電圧は
低下する。コンデンサＣ１（部品２４）の両端の電圧
は、交流発生器（増幅器３）によって供給された電圧振
幅（一定）とＱの積に等しい。したがって距離が短くな
るとＱも低下する。したがって比較器４０の出力は、
（電圧しきい値Ｖｒｅｆに変換された）距離しきい値に
対するトランスポンダの位置を指示する。比較器４０の
出力は、例えばマイクロプロセッサ６に送られ、システ
ム動作を、密結合に対応したモードに切り換え、発振回
路を離調させるかどうかを制御する。

【００８４】同調された位相を調整ループによって一定
に維持することで、距離−インピーダンス特性が変曲点
のない単調なものとなり、信頼性の高い距離判定が得ら
れることに留意されたい。

【００８５】トランスポンダまたは端末が距離判定を実
行した後、判定に関与しなかった要素は、関与した要素
からのデータ伝送によって情報を受け取ることができる
ことに留意されたい。このように、離調モードの選択
（トランスポンダ、端末、トランスポンダ、および端
末）は、距離判定モードとは独立している。

【００８６】当然ながら、本発明は、当業者なら容易に
思いつくさまざまな変更、修正、改良を有する。特に、
異なる抵抗部品および容量部品のサイズ設定は、適用業
務、ならびに特に各種搬送波の周波数およびシステム範
囲によって変わってくる。同様に、当業者であれば、こ
れまでに述べた機能指示に基づいて、本発明に基づくト
ランスポンダまたは端末の各種回路を実施することがで
きる。

【００８７】さらに、距離判定モードの選択は、適用業
務、および優先的に修正することが望ましいシステムの
要素に依存する。非常に密な結合においては２つの発振
回路を離調させ、離調の効果を最適化することが好まし
い。この要素は互いに通信するため、決定および離調を
どちらか一方によって実施することができ、その状態は
他方に伝達されることに留意されたい。

【００８８】さらに、本発明の実施は従来の変調と完全
に両立することに留意されたい。具体的には、同調動作
であるかまたは離調動作であるかに関わらず、トランス
ポンダから端末へのデータ伝送を常に位相変位変調方式
に基づいて実施することができる。事実、離調によっ
て、副搬送波の速度（例えば８４７．５ｋＨｚ）で移相
を検出する高周波の搬送周波数（例えば１３．５６ＭＨ
ｚ）は変更されない。

【００８９】任意選択の１つの修正は、トランスポンダ
および端末が離調されており、かつ密結合であるときに
伝送速度を増大させるものである。

【００９０】本発明は、とりわけ、非接触型のチップ・
カード（例えばアクセス制御のためのＩＤカード、電子
財布カード、カード保有者に関する情報を記憶するため
のカード、コンシューマ・フィデリティ・カード、加入
テレビジョン・カードなど）、およびこれらのカードの
読取りまたは読取り／書込みシステム（例えば、ポルチ
コ（ｐｏｒｔｉｃｏ）すなわちアクセス制御端末、自動
支払機、コンピュータ端末、電話端末、テレビジョンま
たはサテライト・デコーダなど）に適用可能である。

【００９１】このような変更、修正および改良は、本開
示の一部を構成するものであり、本発明の趣旨および範
囲に包含されるものである。したがって以上の説明は単
に例示を目的としたものであって、本発明を限定しよう
とするものではない。本発明は、請求の範囲およびその
等価物の定義によってのみ限定される。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来技術および解決すべき課題を示すための図
である。

【図２】従来技術および解決すべき課題を示すための図
である。

【図３】従来技術および解決すべき課題を示すための図
である。

【図４】密結合における本発明の伝送方法の一実施形態
を示すタイミング図である。

【図５】端末の発振回路を離調させる手段を備える、本
発明に基づく読取り／書込み端末の一実施形態の一部分
を示す図である。

【図６】トランスポンダの発振回路を離調させる手段を
備える、本発明に基づく電磁トランスポンダの第１の実
施形態を示す図である。

【図７】トランスポンダの発振回路を離調させる手段を
備える、本発明に基づく電磁トランスポンダの第２の実
施形態を示す図である。

【図８】自体の電磁界の中にあるトランスポンダの距離
を判定する手段を備える、本発明に基づく端末を部分的
に示す図である。

【符号の説明】

１’ 端末 ３ アンテナ結合器 ４ 変調器 ２１ 比較器 ２３ 電流測定手段 ２４ 容量部品

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジャン−ピエール アングン フランス国， 13119 サン サヴウルニ ン， ラ ヴァランティン， プラース ドゥ ラ リベラスィオン， ６番地

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電磁界を発生させる端末（１、１’）と
   トランスポンダ（１０、３０、３０’）の間のデータ伝
   送方法であって、端末およびトランスポンダがそれぞ
   れ、アンテナを形成する発振回路（Ｌ１Ｃ１、Ｌ２Ｃ
   ２）を含み、前記トランスポンダが、端末の電磁界によ
   って生じた戻し電力を抜出し与え戻すように適合された
   電子回路（３１）を含み、トランスポンダおよび端末の
   発振回路が、所定の周波数の無線電気信号を送信する能
   力を有する方法において、トランスポンダと端末が互い
   に非常に接近したときに、少なくとも一方の発振回路を
   前記所定の周波数に対して離調させることからなる方
   法。
2. 【請求項２】 トランスポンダ（１０、３０、３０’）
   が、２つの回路の間の臨界結合位置よりも端末（１、
   １’）から遠くにあるときに、発振回路（Ｌ１Ｃ１、Ｌ
   ２Ｃ２）を同調させ、トランスポンダがこの臨界結合位
   置と端末の間にあるときに、少なくとも一方の回路を離
   調させる、請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】 トランスポンダのアンテナと端末のアン
   テナが互いから２センチメートル未満の距離にあるとき
   に離調を行わせる、請求項２に記載の方法。
4. 【請求項４】 さらに、両方の発振回路（Ｌ１Ｃ１、Ｌ
   ２Ｃ２）を離調させることからなる、請求項１に記載の
   方法。
5. 【請求項５】 さらに、発振回路（Ｌ１Ｃ１、Ｌ２Ｃ
   ２）が前記所定の周波数と同調しているか否かに基づい
   て、トランスポンダ（１０、３０、３０’）から端末
   （１、１’）へ、および／または端末からトランスポン
   ダへのデータ伝送速度を変更することからなる、請求項
   １に記載の方法。
6. 【請求項６】 前記所定の周波数が、トランスポンダ
   （１０、３０、３０’）の遠隔電力供給搬送波の周波数
   に対応する、請求項１に記載の方法。
7. 【請求項７】 電磁界を発生させる端末（１、１’）と
   独立した供給手段を持たない少なくとも１つのトランス
   ポンダ（３０、３０’）との間の非接触無線データ伝送
   のシステムにおいて、端末および／またはトランスポン
   ダが、請求項１ないし６のいずれか一項の方法を実施す
   る手段を含むシステム。