JP2001188890A - 非接触タグ - Google Patents

非接触タグ

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JP2001188890A
JP2001188890A JP2000000221A JP2000000221A JP2001188890A JP 2001188890 A JP2001188890 A JP 2001188890A JP 2000000221 A JP2000000221 A JP 2000000221A JP 2000000221 A JP2000000221 A JP 2000000221A JP 2001188890 A JP2001188890 A JP 2001188890A
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impedance
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coil
impedance matching
tag
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Tsuneo Okada
常雄 岡田
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Omron Corp
Original Assignee
Omron Corp
Omron Tateisi Electronics Co
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Abstract

(57)【要約】 【課題】この発明は、アンテナ部のインピーダンスとＩ
Ｃのインピーダンスを整合させるインピーダンス整合回
路を、コンデンサまたは／およびコイルを用いて構成す
ることにより、インピーダンス整合回路を簡易に実現で
き、供給電力が小さくてもアンテナ部からＩＣへ送れる
電力を最大化して遠距離交信を可能にした非接触タグの
提供を目的とする。 【解決手段】この発明は、データの送受信を行うアンテ
ナ部と、データを処理するＩＣと、これらアンテナ部と
ＩＣとのインピーダンスを整合させるインピーダンス整
合回路とを備え、受信データの記憶及び記憶データの送
信機能を備えた非接触タグであって、前記インピーダン
ス整合回路を、コンデンサまたは／およびコイルにより
構成したことを特徴とする。

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、非接触通信用の
データキャリアとして用いられる非接触タグに関し、さ
らに詳しくは非接触通信時の電力伝送効率を高めて交信
距離の向上を図った非接触タグに関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、この種の非接触通信に用いられ
る非接触タグは、電磁誘導により非接触にリーダライタ
と通信して所望のデータ処理がなされている。例えば、
図６に示すように、この非接触タグ６１はデータを送受
信するアンテナ用のコイル６２と、このコイル６２と共
振回路をなすコンデンサ６３と、データ処理用のＩＣ６
４とから構成される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】この場合、アンテナ用
のコイル６２とコンデンサ６３とからなるアンテナ部６
５のインピーダンスと、ＩＣ６４のインピーダンスとが
異なるため、アンテナ用のコイル６２からＩＣ６４に効
率よく電力を伝送できなかった。このため、リーダライ
タと通信する非接触タグ６１の有効交信距離が短くな
り、通信能力が低下する。それゆえ、アンテナ部６５か
らの出力を大きくすれば、有効交信距離を伸ばすことが
できるが、電波法などによりアンテナ出力の大きさは規
制されており、規制値以上には大きくできない。
【０００４】また共振周波数として、例えば13.56 ＭＨ
ｚを使用する場合、コンデンサの値Ｃとコイルのインダ
クタンス（以下、Ｌ値と称す）とを組合せて、例えばＣ
＝１０ｐＦ、Ｌ＝１４ｕＨを選択できる。非接触タグ６
１の有効交信距離を伸ばすために、コイルの巻数・開口
面積を大きくするにはコイルのＬ値をこれより大きくす
る必要があるが、これに反してコンデンサの値Ｃは数ｐ
Ｆ程度と小さくなる。この場合、非接触タグの効率的な
製造を考慮して、コンデンサをＩＣ内に集積することが
考えられるが、この場合はＩＣの製造上、コンデンサの
値Ｃを数ｐＦにすることは難しい。
【０００５】この他、電磁誘導型データキャリアシステ
ムとして特開平１１ー３９４４１号が提案されている。
これはリーダライタとデータキャリア間の距離の変化を
検出して可変容量ダイオードの容量値を変化させ、これ
により整合条件を変え、整合状態がずれても整合状態を
保つように可変整合回路を働かせることを特徴としてい
る。
【０００６】しかし、この可変整合回路の実現には、ア
ンプ、抵抗、可変容量ダイオードなどを用いる必要があ
り、回路構成が複雑になる問題を有していた。
【０００７】そこでこの発明は、インピーダンス整合回
路をコンデンサまたは／およびコイルのみにより構成す
ることにより、インピーダンス整合回路を簡易に実現で
き、供給電力が小さくてもアンテナ部からＩＣへ送れる
電力を最大化して遠距離交信を可能にした非接触タグの
提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この発明は、データの送
受信を行うアンテナ部と、データを処理するＩＣと、こ
れらアンテナ部とＩＣとのインピーダンスを整合させる
インピーダンス整合回路とを備え、受信データの記憶及
び記憶データの送信機能を備えた非接触タグであって、
前記インピーダンス整合回路をコンデンサまたは／およ
びコイルにより構成したことを特徴とする。
【０００９】この発明によれば、インピーダンス整合回
路によってアンテナ部のインピーダンスとＩＣのインピ
ーダンスを整合させるため、効率よく電力を伝送してア
ンテナ部からＩＣへの電力伝送効率を最大にすることが
できる。このため、インピーダンス整合回路を使用しな
い場合に比べて、有効交信距離をさらに伸ばすことがで
きる。
【００１０】また、インピーダンス整合回路により、合
成後のコンデンサの値を数ｐＦに小さくすることができ
るため、コイルのＬ値を大きく設定できる。このコイル
のＬ値が大きい場合は、コイルの巻数や開口面積を大き
くできるため、非接触タグの受信電力を大きく設定する
ことができる。
【００１１】またこの発明は、インピーダンス整合回路
の全部または一部を、ＩＣ内に集積して非接触タグを構
成したことを特徴とする。この場合は、インピーダンス
整合回路をＩＣ内に集積させることにより、非接触タグ
の部品点数を削減して効率よく製造することができる。
【００１２】この発明の以上説明した構成要素は可能な
限り組合せることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】この発明の一実施例を以下図面に
基づいて詳述する。図面は非接触通信に利用される非接
触ＩＤタグを示し、図１において、この非接触ＩＤタグ
（以下タグと称す）１１はアンテナ部１２とＩＣ１３と
の間にインピーダンス整合回路１４を介装して構成され
る。
【００１４】上述のアンテナ部１２は、コイル１５とコ
ンデンサ１６とを並列に接続してインピーダンス整合回
路１４に接続している。図において、Ｚ1 ，Ｚ2 はアン
テナ部１２とＩＣ１３とのインピーダンスを表し、Ｚ1
キ，Ｚ2キは両インピーダンスＺ1 ，Ｚ2 に対する共役複
素数を表している。
【００１５】上述のタグ１１は、接近した図示しないリ
ーダライタからの送信信号および供給電力をアンテナ部
１２が受付け、その電力をＩＣ１３に供給して動作す
る。このとき、アンテナ部１２からＩＣ１３へ供給でき
る電力は、両インピーダンスＺ1 ，Ｚ2 の値により異な
り、Ｚ1 ＝Ｚ2キのとき最大となる（Ｚ1 ＝Ｚ2キの式が成
立つとき、インピーダンスが整合していると言う）。
【００１６】次に、ＩＣのインピーダンスＺ2 とＩＣに
供給できる電力の関係について具体的に説明する。一般
的には、図６で既述した通り、インピーダンス整合回路
を介装していない非接触タグ６１の構成上、アンテナ部
１２のインピーダンスＺ1 と、ＩＣ１３の共役複素数Ｚ
2キとは、Ｚ1 ≠Ｚ2キであることが多いため、供給してい
る電力は最大にはなっていない。
【００１７】そこで、アンテナ部１２とＩＣ１３との間
にインピーダンス整合回路１４を介装した場合、このイ
ンピーダンス整合回路１４は図１の左側の第１矢印ａか
ら見た右方向（インピーダンス整合回路とＩＣ）のイン
ピーダンスをアンテナ部１２の共役複素数Ｚ1キにするた
めの回路であり、図１の右側の第２矢印ｂから見た左方
向（インピーダンス整合回路とアンテナ部）のインピー
ダンスをＩＣの共役複素数Ｚ2キにするための回路であ
る。これにより、アンテナ部１２とＩＣ１３のインピー
ダンスＺ1 ，Ｚ2 を整合させることができる。
【００１８】例えば、図２に示すように、ＩＣのインピ
ーダンスＺ2 と供給される電力Ｐとの関係を考察する
と、ＩＣ１３のインピーダンスＺ2 を、Ｚ2 ＝Ｚ1キにす
ることにより、供給された電力Ｐは最大供給電力Ｐ1 と
なる関係を示している。
【００１９】ところで、コイルのＬ値はコイルの巻数Ｎ
の２乗に比例し、コイルの面積Ｓに比例する関係にあ
り、このコイルに誘起される起電力Ｖは、コイルのＬ値
が大きい程大きくなる。従って、起電力Ｖはタグ１１が
リーダライタから遠く離れる程小さくなるため、コイル
のＬ値が大きい方が交信距離が長くなる。
【００２０】例えば、13.56 ＭＨz を発振周波数とする
通信システムでは、タグの部品点数を削減するためにア
ンテナ部のコンデンサをＩＣ内に集積することがある。
このときのコンデンサの容量は、ＩＣ製造上の制限によ
り、数ｐＦ程度のものは難しく１０ｐＦ程度となる。ま
た、アンテナ部の共振周波数を13.56 ＭＨz にするに
は、コイルのＬ値が１４ｕＨ程度の小さな値になる。こ
こで、インピーダンス整合回路１４を使用すると、ＩＣ
内のコンデンサとインピーダンス整合回路の合成容量を
数ｐＦにするようにコンデンサの値を選ぶことができ
る。これにより、コイルのＬ値を大きくでき、交信距離
を伸ばすことができる。
【００２１】上述のインピーダンス整合回路１４は、通
信兼受電用のコイルやインピーダンス整合用のコンデン
サなどを用いて実現することができ、以下その実施の形
態を図３〜図５に基づいて説明する。図３はコンデンサ
のみによるインピーダンス整合回路を備えたタグを示
し、図３（ａ）はアンテナ部のインピーダンスＺ1 がＩ
ＣのインピーダンスＺ2 より大きいときの関係（Ｚ1 ＞
Ｚ2 ）で構成されるときのタグ３１ａを示す。このとき
のインピーダンス整合回路３２ａはアンテナ部３３ａを
構成するコイル３４ａと直列に接続した２個の両コンデ
ンサ３５ａとを並列に継いで設け、コンデンサ間と一端
をＩＣ３６ａに接続して構成している。
【００２２】図３（ｂ）はアンテナ部のインピーダンス
Ｚ1 よりＩＣのインピーダンスＺ2が大きいときの関係
（Ｚ1 ＜Ｚ2 ）で構成されるときのタグ３１ｂを示す。
このときのインピーダンス整合回路３２ｂはコイル３３
ｂの両端を、直列に継いだ両コンデンサ３４ｂ間と、そ
の端部に接続してアンテナ部３５ｂ兼用のインピーダン
ス整合回路３２ｂを構成し、両コンデンサ３４ｂの両端
をＩＣ３６ｂに接続して構成する。
【００２３】このように構成した場合は、各コンデンサ
３５ａ，３４ｂの働きにより整合動作することができ
る。
【００２４】図４はコイルのみによるインピーダンス整
合回路を備えたタグを示し、図４（ａ）はアンテナ部の
インピーダンスＺ1 がＩＣのインピーダンスＺ2 より大
きいときの関係（Ｚ1 ＞Ｚ2 ）で構成されるときのタグ
４１ａを示す。このときのインピーダンス整合回路４２
ａはアンテナ部４３ａを構成するコイル４４ａとコンデ
ンサ４５ａとを直列に継いで設け、その一端とコイル４
４ａの中間部とから引出してＩＣ４６ａに接続してい
る。
【００２５】図４（ｂ）はアンテナ部のインピーダンス
Ｚ1 よりＩＣのインピーダンスＺ2が大きいときの関係
（Ｚ1 ＜Ｚ2 ）で構成されるときのタグ４１ｂを示す。
このときのインピーダンス整合回路４２ｂはコイル４３
ｂの中間部と、コイルとＩＣ接続部間との間をコンデン
サ４４ｂで接続してアンテナ部４５ｂ兼用のインピーダ
ンス整合回路４２ｂを構成し、コイル４３ｂの両端をＩ
Ｃ４６ｂに接続している。
【００２６】このように構成した場合は、各コイル４４
ａ，４３ｂの働きにより整合動作することができる。
【００２７】図５はコンデンサとコイルを併用してなる
インピーダンス整合回路を備えたタグを示し、図５
（ａ）はアンテナ部のインピーダンスＺ1 がＩＣのイン
ピーダンスＺ2 より大きいときの関係（Ｚ1 ＞Ｚ2 ）で
構成されるときのタグ５１ａを示す。このタグ５１ａは
コイル５２ａとコンデンサ５３ａからなるアンテナ部５
４ａと、ＩＣ５５ａとの間に２個のコンデンサ５６ａ
と、この中間に接続したコイル５７ａからなるインピー
ダンス整合回路５８ａを介装して構成する。
【００２８】図５（ｂ）はアンテナ部のインピーダンス
Ｚ1 よりＩＣのインピーダンスＺ2が大きいときの関係
（Ｚ1 ＜Ｚ2 ）で構成されるときのタグ５１ｂを示す。
このタグ５１ｂはコイル５２ｂとコンデンサ５３ｂから
なるアンテナ部５４ｂと、ＩＣ５５ｂとの間に２個のコ
ンデンサ５６ｂとコイル５７ｂからなるインピーダンス
整合回路５８ｂを介装して構成する。
【００２９】このように構成した場合は、各々コンデン
サ５６ａ，５６ｂとコイル５７ａ，５７ｂの働きにより
整合動作することができる。
【００３０】上述した何れかのタグ３１ａ，３１ｂ，４
１ａ，４１ｂ，５１ａ，５１ｂを用いて通信対象のリー
ダライタと交信する場合、非接触に対向するリーダライ
タとタグ間の距離が離れて交信距離が遠くなると、リー
ダライタから送られる供給電力が小さくなるが、インピ
ーダンス整合回路の整合作用によりアンテナ部からＩＣ
へ送れる電力を最大化できるので、リーダライタからの
供給電力が小さくても交信性能が高まり、安定して通信
することができる。
【００３１】この発明と、上述の一実施例の構成との対
応において、この発明の非接触タグは、実施例の非接触
ＩＤタグ１１，３１ａ，３１ｂ，４１ａ，４１ｂ，５１
ａ，５１ｂに対応するも、この発明は、請求項に示され
る技術思想に基づいて応用することができ、上述の実施
の形態の構成のみに限定されるものではない。
【００３２】
【発明の効果】この発明によれば、インピーダンス整合
回路によりアンテナ部のインピーダンスとＩＣのインピ
ーダンスを整合させて、アンテナ部からＩＣへの電力伝
送効率を最大にすることができるため、インピーダンス
整合回路を使用しない場合に比べて、交信距離をさらに
伸ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 インピーダンス整合回路を備えた非接触ＩＤ
タグを示す電気回路図。
【図２】 ＩＣのインピーダンスと供給電力との関係を
示す図表。
【図３】 コンデンサ利用によるインピーダンス整合回
路を備えた非接触ＩＤタグを示す電気回路図。
【図４】 コイル利用によるインピーダンス整合回路を
備えた非接触ＩＤタグを示す電気回路図。
【図５】 コンデンサとコイル利用によるインピーダン
ス整合回路を備えた非接触ＩＤタグを示す電気回路図。
【図６】 インピーダンス整合回路のない非接触タグを
示す電気回路図。
【符号の説明】
１１，３１ａ，３１ｂ，４１ａ，４１ｂ，５１ａ，５１
ｂ…非接触ＩＤタグ １２，３３ａ，３５ｂ，４３ａ，４５ｂ，５４ａ，５４
ｂ…アンテナ部 １３，３６ａ，３６ｂ，４６ａ，５５ａ，５５ｂ…ＩＣ １４，３２ａ，３２ｂ，４２ａ，４２ｂ，５８ａ，５８
ｂ…インピーダンス整合回路 １５，３４ａ，３３ｂ，４４ａ，４３ｂ，５７ａ，５７
ｂ…コイル １６，３５ａ，３４ｂ，４５ａ，４４ｂ，５６ａ，５６
ｂ…コンデンサ Ｚ1 …アンテナ部のインピーダンス Ｚ2 …ＩＣのインピーダンス Ｚ1キ…Ｚ1 に対する共役複素数 Ｚ2キ…Ｚ2 に対する共役複素数 Ｐ…電 力 Ｐ1 …最大供給電力

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】データの送受信を行うアンテナ部と、デー
    タを処理するＩＣと、これらアンテナ部とＩＣとのイン
    ピーダンスを整合させるインピーダンス整合回路とを備
    え、受信データの記憶及び記憶データの送信機能を備え
    た非接触タグであって、前記インピーダンス整合回路
    を、コンデンサまたは／およびコイルにより構成した非
    接触タグ。
  2. 【請求項２】インピーダンス整合回路の全部または一部
    を、ＩＣ内に集積した請求項１記載の非接触タグ。
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