JP2002064402A - 非接触応答装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 非接触通信システムにおける電力消費の効率
を向上させる。 【解決手段】 整流回路２２は、アンテナ回路２０で受
信した質問装置１のキャリア波から非接触応答装置２の
駆動用電力を得る。インピーダンス制御回路３３は、質
問装置１からの質問を待つ待機状態になったとき、アン
テナ回路２０のインピーダンスを変化させるインピーダ
ンス制御により、質問装置１からの受信電力量が質問デ
ータの認識に最低限必要な電力量となるよう受電効率を
低下させ、自装置に対する質問データを受信したとき、
インピーダンス制御により、受信電力量が応答波の生成
・送信に最低限必要な電力量となるよう受電効率を増大
させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電磁誘導を用いて
非接触状態で電力供給とデータ通信を行う質問装置と非
接触応答装置とからなる非接触通信システムに係り、特
に通信状態に応じて内部回路の特性を動的に変化させる
ことにより、電力伝送の効率を向上させることができる
非接触応答装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＩＣカード、ＲＦタグ、データキ
ャリア等の携帯可搬電子データ担体を非接触応答装置と
して使用し、０．１ＭＨｚ〜数１０ＭＨｚ程度のキャリ
ア周波数を用いた電磁誘導を利用して、非接触で非接触
応答装置へ電力を供給するとともに、キャリア波に変調
をかけることによりデータを重畳してデータ通信を行
う、非接触通信システムが盛んに検討され、商用化がす
すみつつある。このような非接触通信システムには、１
つの質問装置の電磁界によって複数の非接触応答装置が
同時に給電を受け、各非接触応答装置が動作可能なアク
ティブ状態をとることができ、質問装置は各非接触応答
装置と通信が可能であるという特徴がある。

【０００３】しかし、このような非接触通信システムで
は、その電磁界の出力特性が電波法等の法規により制限
を受け、また例えば、情報処理装置等電波障害自主規制
協議会、通称ＶＣＣＩと呼ばれる協議会によって制定さ
れた「情報処理装置および電子事務機器等から発生する
妨害波の自主規制運用規程」などの自主規制運用規程に
よっても、種々の制限を受けている。このような制限に
より、質問装置の送信出力を低く設定する結果、非接触
応答装置が受信可能な電力も低く設定せざるを得なくな
り、非接触応答装置のデータ処理機能を抑える必要が生
じる。また、質問装置の送信出力を抑えなければならな
いため、非接触通信システムの特徴である、質問装置と
複数の非接触応答装置との通信機能を損なう結果となっ
ているのが実情である。

【０００４】このような問題の背景にある技術的問題の
１つが、非接触応答装置の電力消費の特性である。電磁
誘導によって質問装置から給電を受けつつ安定したデー
タ通信の変復調を行うために、通常、非接触応答装置内
の電源回路は定電力設計がなされており、回路全体の動
作による内部信号ノイズを抑えるように設計されてい
る。非接触応答装置の内部の処理が簡単で消費電力が小
さい場合、電源回路は、余剰電力を抵抗成分で熱に変化
させる。その結果、非接触応答装置は、内部処理の状態
に関わらず、一定の電力を消費することになる。

【０００５】このような非接触応答装置の複数個が質問
装置の送信電磁界の中に入ってアクティブ状態をとれ
ば、質問装置との通信状態や内部の処理状態に関わら
ず、各々が一定の受信電力を確保しようとする。非接触
通信システムの電力消費の観点から見ると、ある時間に
おいては、質問装置と応答を行う装置は一つであって、
他の非接触応答装置は質問を待機する状態にしかすぎな
いため、エネルギー効率上、待機状態の非接触応答装置
の多大な電力消費は問題であった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
非接触通信システムでは、質問装置の送信電磁界内に入
った全ての非接触応答装置が、質問装置との通信状態や
内部の処理状態に関わらず、一定の電力を消費してしま
うという問題点があった。本発明は、上記課題を解決す
るためになされたもので、質問装置からの受信電力量の
効率的な制御を実現し、非接触通信システムにおける電
力消費の効率を向上させることができる非接触応答装置
を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の非接触応答装置
は、質問装置からのキャリア波を受信すると共に、前記
質問装置への応答波を送信するアンテナ回路（２０，２
１）と、このアンテナ回路で受信した前記キャリア波か
ら自装置の駆動用電力を得る整流回路（２２）と、前記
キャリア波から自装置に対する質問データを取得したと
き、この質問データに対する応答データを生成して、前
記アンテナ回路から応答波として送信させる内部ロジッ
ク回路（２５）と、前記質問装置から見た自装置のイン
ピーダンスを変化させるインピーダンス制御回路（３
３）とを有し、このインピーダンス制御回路は、自装置
が前記質問装置からの質問データを待つ待機状態になっ
たとき、前記質問装置からの受信電力量が前記質問デー
タの認識に最低限必要な電力量ＰＬとなるよう前記アン
テナ回路の受電効率を低下させ、自装置に対する前記質
問データを受信したとき、前記受信電力量が前記応答波
の生成・送信に最低限必要な電力量ＰＨ（ＰＬ＜ＰＨ）
となるよう前記アンテナ回路の受電効率を増大させるよ
うにしたものである。このように、本発明では、非接触
応答装置が質問装置から電力供給を受けつつ質問装置と
通信する状態において、非接触応答装置が待機状態にな
ったとき、質問装置から見た自装置のインピーダンスを
変化させて受電効率を低下させ、質問装置からの受信電
力量をＰＬとし、非接触応答装置が質問装置からの質問
データを受信してコマンド処理状態になるとき、質問装
置から見た自装置のインピーダンスを変化させて受電効
率を増大させ、質問装置からの受信電力量をＰＨとする
ので、待機状態における非接触応答装置の電力消費量を
低減することができる。

【０００８】また、本発明の非接触応答装置の１構成例
として、前記インピーダンス制御回路は、自装置が前記
質問装置の送信電磁界領域内に入って前記質問装置から
の電力供給を受け始めたとき、前記内部ロジック回路に
よる初期化処理の前に、前記質問装置からの受信電力量
が前記初期化処理に最低限必要な電力量ＰＨ２（ＰＬ＜
ＰＨ２≦ＰＨ）となるよう前記アンテナ回路の受電効率
を増大させるものである。このように、本発明では、非
接触応答装置の初期化処理において、質問装置から見た
自装置のインピーダンスを変化させて受電効率を増大さ
せ、質問装置からの受信電力量を電力量ＰＨ２とするの
で、初期化処理の際の電力消費量を適切な量に設定する
ことができる。また、本発明の非接触応答装置の１構成
例として、前記インピーダンス制御回路は、前記受信電
力量をＰＬ，ＰＨ又はＰＨ２にするとき、前記整流回路
の出力電圧を検出して、この出力電圧が前記ＰＬ，ＰＨ
又はＰＨ２に対応する電圧設定値ＶＬ，ＶＨ又はＶＨ２
（ＶＬ＜ＶＨ２≦ＶＨ）となるよう前記自装置のインピ
ーダンス制御を行い、前記受信電力量を制御するもので
ある。これにより、本発明では、整流回路の出力電圧に
基づいて質問装置からの受信電力量を容易に制御するこ
とができる。

【０００９】また、本発明の非接触応答装置の１構成例
として、前記インピーダンス制御回路は、容量素子（Ｃ
ｖ１〜Ｃｖｉ）と電子スイッチ（Ｓ１〜Ｓｉ）とを直列
に接続した容量切替回路を前記アンテナ回路と並列に複
数個配置した容量調整回路（３１）と、整流回路の出力
電圧を検出する受信電力検出回路（２９）と、前記整流
回路の出力電圧が所望の前記電圧設定値になるように、
前記容量調整回路の各電子スイッチの状態を決定するプ
ログラム回路（３０）と、このプログラム回路の決定に
従って前記容量調整回路の各電子スイッチのオン／オフ
を制御するスイッチ制御回路（３２）とを含むものであ
る。容量調整回路を設けることにより、質問装置から見
た自装置のインピーダンスを容易に変化させることがで
きる。また、本発明の非接触応答装置の１構成例とし
て、前記インピーダンス制御回路は、前記電子スイッチ
のスイッチングクロックを生成するスイッチングクロッ
ク生成回路（２８）を含み、前記プログラム回路による
前記電子スイッチの状態決定と、前記スイッチ制御回路
による前記電子スイッチの制御と、前記受信電力検出回
路による前記整流回路の出力電圧検出とを１スイッチン
グクロック毎に繰り返し行うことにより、前記インピー
ダンスを段階的に変化させて、前記整流回路の出力電圧
を所望の前記電圧設定値に漸近させるものである。

【００１０】また、本発明の非接触応答装置の１構成例
として、前記プログラム回路は、前記整流回路の出力電
圧が所望の前記電圧設定値になったときに、前記電子ス
イッチの状態を固定し、前記インピーダンス制御を停止
したことを示すステータスを前記内部ロジック回路に出
力するものである。また、本発明の非接触応答装置の１
構成例として、前記内部ロジック回路は、前記初期化処
理が終了したことを示す通信ステータス、前記待機状態
になったことを示す通信ステータス又は自装置に対する
前記質問データを受信したことを示す通信ステータスを
前記プログラム回路に出力するものである。また、本発
明の非接触応答装置の１構成例において、前記容量切替
回路の個数は、３個以上１００個以下である。また、本
発明の非接触応答装置の１構成例において、前記スイッ
チングクロックの周波数は、１ｋＨｚ以上１ＭＨｚ以下
である。また、本発明の非接触応答装置の１構成例とし
て、前記整流回路の後段に、シャント型レギュレータか
らなる定電圧回路を有するものである。また、本発明の
非接触応答装置の１構成例において、前記非接触応答装
置は、ＩＣカードである。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明は、インピーダンス制御回
路を搭載した非接触応答装置を用いて、伝送状態におい
てインピーダンス制御を動的に行い、非接触応答装置の
電力消費量を制御することを特徴とする。以下、本発明
の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の実施の形態となる非接触通信システムの
構成を示すブロック図である。

【００１２】図１の非接触通信システムは、質問装置１
と非接触応答装置２とから構成される。質問装置１は、
非接触応答装置２への電力供給のためにデータ送信時以
外のときにも無変調のキャリア波を送信している。そし
て、質問装置１と非接触応答装置２は、データを送信す
るとき、キャリア波を変調してデータを重畳する。

【００１３】質問装置１は、無変調のキャリア波を発生
するキャリア波発生回路１０と、キャリア波発生回路１
０から出力された無変調のキャリア波または変調された
キャリア波を送信したり、非接触応答装置２から送信さ
れた応答波を受信したりするためのアンテナ１１と、ア
ンテナ１１の共振状態を得るための共振回路１２とを有
している。なお、図１では、データの送信時にキャリア
波を変調する変調回路、非接触応答装置２からの応答波
を受信して復調する復調回路、非接触応答装置２へのデ
ータを生成したり、復調回路で復調されたデータを処理
したりする制御回路等の回路については記載を省略して
いる。アンテナ１１と共振回路１２はアンテナ回路を構
成している。

【００１４】非接触応答装置２は、質問装置１から送信
されたキャリア波を受信したり、応答波を送信したりす
るためのアンテナ２０と、アンテナ２０の共振状態を得
るための共振回路２１と、アンテナ回路２０，２１で受
信されたキャリア波を整流して非接触応答装置２の各回
路駆動用の電力を得る整流回路２２と、整流回路２２の
出力電圧を定電圧化する定電圧回路２３と、アンテナ回
路２０，２１で受信された変調されたキャリア波を復調
する復調回路２４と、キャリア波から自装置に対する質
問データを取得したとき、この質問データに対する応答
データを生成して、アンテナ回路２０，２１から応答波
として送信させる内部ロジック回路２５と、内部ロジッ
ク回路２５から出力された応答データでキャリア波を変
調する変調回路２６と、アンテナ回路２０，２１で受信
されたキャリア波からクロック成分を抽出してクロック
信号を生成するクロック生成回路２７と、クロック生成
回路２７によって生成されたクロック信号を基にスイッ
チングクロック信号を生成するスイッチングクロック生
成回路２８と、整流回路２２の出力電圧を検出すること
により非接触応答装置２の受信電力量を検出する受信電
力検出回路２９と、受信電力検出回路２９の検出結果と
所定のインピーダンス制御アルゴリズムに従って、質問
装置１から見た自装置のインピーダンスを変化させるイ
ンピーダンス制御を行い、非接触応答装置２の受信電力
量を制御するプログラム回路３０と、容量素子と電子ス
イッチとを直列に接続した容量切替回路をアンテナ回路
２０，２１と並列に複数個配置した容量調整回路３１
と、プログラム回路３０の出力に応じて容量調整回路３
１の電子スイッチを制御するスイッチ制御回路３２とを
有している。アンテナ２０と共振回路２１はアンテナ回
路を構成している。

【００１５】内部ロジック回路２５は、ＣＰＵ２５ａ
と、ＲＯＭ２５ｂと、ＲＡＭ２５ｃと、不揮発メモリ２
５ｄとを有している。スイッチングクロック生成回路２
８、受信電力検出回路２９、プログラム回路３０、容量
調整回路３１及びスイッチ制御回路３２は、インピーダ
ンス制御回路３３を構成している。

【００１６】図２はインピーダンス制御回路３３の詳細
な構成を示すブロック図である。スイッチングクロック
生成回路２８は、クロック生成回路２７によって生成さ
れたクロック信号を分周してスイッチングクロック信号
を生成する分周回路２８ａからなる。受信電力検出回路
２９は、１スイッチングクロック毎に整流回路２２の出
力電圧の変動を検出して、検出結果をプログラム回路３
０に出力する受信電力変動検出部２９ａと、整流回路２
２の出力電圧を所定のしきい値と比較して比較結果をプ
ログラム回路３０に出力する受信電力比較部２９ｂとか
ら構成される。

【００１７】受信電力変動検出部２９ａは、プログラム
回路３０から出力されるスイッチングクロック信号に同
期して整流回路２２の出力電圧をサンプルホールドする
サンプルホールド回路２９ａ−１と、サンプルホールド
回路２９ａ−１によって保持された１サンプル前の整流
回路２２の出力電圧と現在の整流回路２２の出力電圧と
を比較して、この比較結果をプログラム回路３０に出力
するコンパレータ２９ａ−２とを有している。

【００１８】受信電力比較部２９ｂは、第１のシュミッ
トトリガ２９ｂ−１と、この第１のシュミットトリガ２
９ｂ−１としきい値が異なる第２のシュミットトリガ２
９ｂ−２と、この第２のシュミットトリガ２９ｂ−２の
出力を論理反転させるインバータ２９ｂ−３と、シュミ
ットトリガ２９ｂ−１の出力とインバータ２９ｂ−３の
出力の論理和をとるＯＲ回路２９ｂ−４とを有してい
る。

【００１９】質問装置１から非接触応答装置２へ供給さ
れる電力は、両者のインピーダンスの整合状態の関数と
なり、整合すると高効率で給電が行われ、整合がミスマ
ッチになると、電力が反射されるために、非接触応答装
置２が受ける電力は低下する。通常、アンテナ回路２
０，２１のインピーダンスの制御は、受信電力を高める
ためのインピーダンス整合に用いるが、本発明において
は、非接触応答装置２の余分な消費電力を削減するため
に、逆にインピーダンス整合をミスマッチさせる制御に
も用いることを特徴とする。

【００２０】質問装置１と複数の非接触応答装置２との
通信の例として、非接触応答装置２が３つある場合を例
にとって本発明を説明する。図３は、質問装置１からの
質問と非接触応答装置２からの応答のタイミング、及び
その際の非接触応答装置２の受信電力量を時系列的に表
したタイミングチャート図である。

【００２１】非接触応答装置２の受信電力量は、インピ
ーダンス制御回路３３によって制御される。図３のＰＨ
は非接触応答装置２が質問装置１からのコマンドを処理
するのに最低限必要な電力レベル、ＰＬは非接触応答装
置２が質問装置１からコマンドを正常に受信してコマン
ドを認識するのに最低限必要な電力量に適当なマージン
を付加した電力レベルとする。

【００２２】質問装置１から非接触応答装置２への質問
は、一般的には識別番号（以下、ＩＤと略する）を用い
て、質問のコマンドフレームにＩＤを付加することによ
り、非接触応答装置２を一意に指定して行われる。非接
触応答装置２のＩＤは、質問装置１が非接触応答装置２
を認識する初期応答の手順に際して非接触応答装置２に
付与されるか、あるいは予め非接触応答装置２に付与さ
れている固有のＩＤであることが多いが、本発明はＩＤ
の付与方法にはこだわらない。ここでは、非接触応答装
置２−１，２−２，２−３に対して、それぞれＩＤ１，
ＩＤ２，ＩＤ３が対応するものとする。

【００２３】アンテナ回路２０，２１が質問装置１から
の無変調のキャリア波を受信した場合、各非接触応答装
置２−１〜２−３の整流回路２２は、このキャリア波を
全波整流し、定電圧回路２３は、整流回路２２から出力
された電圧を定電圧化する。また、クロック生成回路２
７は、キャリア波からクロック成分を抽出してクロック
信号を生成する。そして、復調回路２４は、キャリア波
を復調する。ただし、ここでは無変調のキャリア波を復
調しているので、復調で得られるデータはない。

【００２４】各非接触応答装置２−１〜２−３の内部ロ
ジック回路２５は、定電圧回路２３から電力供給を受
け、クロック生成回路２７から出力されたクロック信号
に同期して動作する。そして、インピーダンス制御回路
３３は、質問装置１からの質問を受信する前段階（無変
調のキャリア波を受信している待機状態）では、インピ
ーダンス整合をミスマッチ状態にさせている。これによ
り、各非接触応答装置２−１〜２−３は、ＰＬレベルの
消費電力で待機状態となっている。

【００２５】次に、図３に示すように、質問装置１から
質問Ｑ−１，Ｑ−２，Ｑ−３が順に発せられ、それに付
加されるＩＤがそれぞれＩＤ１，ＩＤ３，ＩＤ２である
とすると、質問Ｑ−１，Ｑ−２，Ｑ−３に対して、それ
ぞれ非接触応答装置２−１、非接触応答装置２−３、非
接触応答装置２−２が反応する。すなわち、質問装置１
の図示しない変調回路は、キャリア波発生回路１０から
出力された無変調のキャリア波をＩＤが付加されたコマ
ンドで変調する。これにより、変調されたキャリア波
（質問波）が質問装置１のアンテナ回路１１から送信さ
れる。

【００２６】各非接触応答装置２−１〜２−３の内部ロ
ジック回路２５のＣＰＵ２５ａは、復調回路２４によっ
て復調されたコマンドからＩＤを抽出して、抽出したＩ
Ｄと不揮発メモリ２５ｄに予め記憶された自装置のＩＤ
とを比較し、抽出したＩＤが自装置のＩＤであるかどう
かを判定する。ＣＰＵ２５ａは、抽出したＩＤが自装置
のＩＤである場合、復調装置２４によって復調されたコ
マンドが自装置への質問であると認識する。質問装置１
からの質問を受信した場合、インピーダンス制御回路３
３は、インピーダンス整合を整合状態にさせる。これに
より、ＩＤで指定された非接触応答装置２は、ＰＨレベ
ルの消費電力となり、コマンド処理状態となる。

【００２７】また、ＣＰＵ２５ａは、抽出したＩＤが自
装置のＩＤである場合、質問装置１から送信された質問
（コマンド）に対する内部演算処理を行う。質問に対す
る内部演算処理としては、ＣＰＵ２５ａもしくは図示し
ないコプロセッサによる演算、不揮発メモリ２５ｄから
のデータ読み出し、不揮発メモリ２５ｄへのデータ書き
込みもしくは消去、応答データの生成などがある。

【００２８】そして、ＣＰＵ２５ａは、生成した応答デ
ータを変調回路２６に出力する。変調回路２６は、キャ
リア波を応答データで変調する。これにより、変調され
たキャリア波（応答波）が非接触応答装置２のアンテナ
回路２０，２１から送信される。応答の返送後、インピ
ーダンス制御回路３３は、インピーダンス整合をミスマ
ッチ状態にさせ、非接触応答装置２の消費電力をＰＨレ
ベルからＰＬレベルへと遷移させる。

【００２９】以上のような質問と応答のシーケンスにお
いて、質問装置１は、質問Ｑ−１，Ｑ−２，Ｑ−３を時
系列的に発する。そして、質問装置１は、各々の質問Ｑ
−１〜Ｑ−３に対する応答を受信するまでは、他の非接
触応答装置２への質問を発しないものとする。これによ
り、各非接触応答装置２−１〜２−３において、ある瞬
間に質問を受信して消費電力がＰＨレベルになるのは１
つしかなく、他の非接触応答装置２はＰＬレベルの待機
状態のままとなる。

【００３０】これに対して、従来は、質問装置からのキ
ャリア波を受信してアクティブ状態にある全ての非接触
応答装置がＰＨレベルの状態を保持しようとしていた点
が本発明と異なる。したがって、本発明は、システム全
体で見た電力の分配効率を従来よりも向上させることが
できる。また、質問装置１から複数の非接触応答装置２
に対して質問を同時に発するようにすれば、従来よりも
多くの非接触応答装置２をコマンド処理状態にすること
ができる。これは、質問装置１の送信出力が規制値で制
限されている場合に、特に有効である。

【００３１】なお、図３の例では、非接触応答装置２の
個数を３としたが、これに限るものではなく、本発明の
原理上、他の個数でも差し支えないことは明白である。
また、電力消費量のＰＨレベル、ＰＬレベルは、非接触
応答装置２内の内部回路の電力消費特性によって予め設
定できる性質の値である。ここで、整流回路２２から見
た定電圧回路以降の回路全体の負荷が基本的には内部ロ
ジック回路２５の動作状態に関わらず一定となるよう
な、シャントレギュレータなどの回路を定電圧回路２３
に用いると、整流回路２２の出力電圧をもって電力消費
量を評価することができ、ＰＨレベル、ＰＬレベルの制
御が容易に可能となる。

【００３２】また、定電圧回路２３にシリーズレギュレ
ータを用いても本発明を適用することは可能である。た
だし、内部ロジック回路２５の動作に伴って整流回路２
２の出力電圧が変化するため、電圧設定値ＶＨ（電力消
費量がＰＨレベルのときの整流回路２２の出力電圧）、
及び電圧設定値ＶＬ（ＰＬレベルのときの整流回路２２
の出力電圧）を、整流回路２２の出力電圧変化分を考慮
して設定しなければならず、制御が難しくなる。

【００３３】いずれにしろ、非接触応答装置２の電力消
費量（質問装置１からの受信電力量）をそのまま評価検
出するよりも、電圧制御の方が容易なため、本実施の形
態においては、受信電力量を制御する具体的方法とし
て、整流回路２２の出力電圧の制御を行うものとする。
すなわち、受信電力検出回路２９で整流回路２２の出力
電圧を検出して、この検出結果を基に受信電力量を制御
する。

【００３４】非接触応答装置２が質問装置１から電力供
給を受けつつ質問装置１と通信する状態においては、図
３に示すようなシーケンスの非接触通信システムが有用
であるが、最初に非接触応答装置２が質問装置１の送信
電磁界内に入って初期化され、質問装置１と初期応答を
行う場合には、受信電力が０の状態から開始されるた
め、必ずしも図３と同じ方法をとれるわけではない。

【００３５】そこで、インピーダンス制御回路３３は、
非接触応答装置２が質問装置１の送信電磁界内に入って
質問装置１からの電力供給を受け始めたとき、内部ロジ
ック回路２５による初期化処理の前に、インピーダンス
制御により、質問装置１からの受信電力量が初期化処理
に最低限必要な電力量ＰＨ２となるよう受電効率を増大
させる。

【００３６】以下、非接触応答装置２の活性化プロセス
を典型的な例を用いて順に説明する。非接触応答装置２
が質問装置１からのキャリア波を受けて給電を受け、整
流回路２２の内部の平滑容量素子（不図示）が充電さ
れ、整流回路２２の出力電圧が所定のしきい値を超える
と、内部ロジック回路２５のリセットが働く。リセット
された内部ロジック回路２５のＣＰＵ２５ａは、不揮発
メモリ２５ｄより所定のデータ読み出しを行って、非接
触応答装置２の初期化処理を行う。

【００３７】この初期化処理では、非接触応答装置２の
内部回路の多くが動作するものの、例えば暗号処理など
の電力を消費するプロセスを実行するわけでは無く、ま
た所定のルーチンが動作するだけのため電力マージンも
少なくて済むので、必ずしもＰＨレベルと同じ受信電力
量が必要とは限らない。このため、初期化処理に必要な
電力レベルＰＨ２をＰＨと同等にする必要は無く、通常
はＰＨ以下に設定可能である。

【００３８】したがって、図４に示すように、受信電力
量が０の段階で質問装置１からの給電を受けたとき、イ
ンピーダンス制御回路３３内のプログラム回路３０は、
内部ロジック回路２５による初期化処理が実行される前
に、受信電力量をＰＨ２レベルにする。図４は初期化モ
ードにおける非接触応答装置の受信電力量を時系列的に
表したタイミングチャート図である。

【００３９】初期化処理が終了した後、ＣＰＵ２５ａ
は、質問装置１から初期応答のための質問コマンドを受
信して、初期応答処理を実行する。通常、質問装置１と
非接触応答装置２との間の初期応答処理は、複数の非接
触応答装置２の存在を想定して、衝突防止のためのプロ
セスを含むことが多いので、その迅速な処理速度を満た
すためには、初期化処理の完了時点から初期応答処理の
開始時点までの区間で受信電力量を下げることなく、Ｐ
Ｈ２レベルのまま保持、あるいはＰＨレベルへ変化させ
てもよい。

【００４０】しかしながら、ポーリングと通常呼ばれる
送信方法で非接触応答装置検出用のコマンドが送信され
る時間間隔は、特に他の伝送通信の処理がある場合は、
長くならざるを得ないため、初期化処理の完了時点から
初期応答処理の開始時点までの時間も、長くならざるを
得ない。

【００４１】そこで、初期化処理が終了した時点で、図
４に示すように、いったん受信電力量をＰＨ２レベルか
らＰＬレベルまで落とした方がより好ましい。初期化応
答処理は図３で説明した通常の伝送モードと同様である
ので、初期化応答処理における受信電力量はＰＨレベル
で差し支えない。本発明において、これらを実際に制御
するには、前述の説明と同様、ＰＨ２レベルの制御を整
流回路２２の出力電圧ＶＨ２によって行う。

【００４２】次に、インピーダンス制御回路３３の動作
をより詳細に説明する。図５は容量調整回路３１の構成
を示す回路図である。容量調整回路３１は、容量素子Ｃ
ｖ（Ｃｖ１〜Ｃｖｉ）と例えばトランジスタ等からなる
電子スイッチＳ（Ｓ１〜Ｓｉ）とを直列に接続した容量
切替回路をアンテナ回路２０，２１と並列に複数個配置
したものである。

【００４３】プログラム回路３０は、所定のインピーダ
ンス制御アルゴリズムに従って容量調整回路３１の各電
子スイッチＳのオン／オフ状態を決定する。スイッチ制
御回路３２は、プログラム回路３０の決定を受けて、容
量調整回路３１の電子スイッチＳをオン／オフさせるた
めの制御信号ＣＴＬをスイッチングクロック生成回路２
８からのスイッチングクロック信号に同期して出力す
る。容量調整回路３１の電子スイッチＳは、制御信号Ｃ
ＴＬに応じてオンまたはオフ状態となる。電子スイッチ
Ｓがオン／オフすることにより、アンテナ回路２０，２
１と並列に挿入される容量値が変化するので、これによ
りインピーダンス整合の状態が変化する。

【００４４】そして、本実施の形態にかかる非接触応答
装置２は、プログラム回路３０による電子スイッチＳの
状態決定と、スイッチ制御回路３２による電子スイッチ
Ｓの制御と、受信電力検出回路２９による整流回路２２
の出力電圧検出とを１スイッチングクロック毎に繰り返
し行うことにより、アンテナ回路２０，２１のインピー
ダンスを段階的に変化させて、整流回路２２の出力電圧
を所望の電圧設定値に漸近させることを特徴とする。

【００４５】共振回路２１には、アンテナ２０と並列に
容量素子Ｃ１が配置され、アンテナ２０と直列に容量素
子Ｃ２が配置されている。素子数を減らすために、容量
素子Ｃ１もしくはＣ２の１つを取り除いて、この容量素
子を取り除いた箇所に容量調整回路３１を挿入すること
も可能であるが、アンテナ回路２０，２１に近づくに従
って、電子スイッチＳに印加される電圧が高くなり、電
子スイッチＳの耐圧を上回る可能性が高くなる。したが
って、容量調整回路３１は、共振回路２１の後段に配す
ることが好ましい。

【００４６】図６は、プログラム回路３０及びスイッチ
制御回路３２による容量調整回路３１のスイッチ制御
（インピーダンス制御）と整流回路２２の出力電圧との
関係の１例を示す図である。ここでは、図５に示す容量
調整回路３１において、容量素子Ｃｖと電子スイッチＳ
とからなる容量切替回路の数を１０個と仮定し、容量素
子ＣｖにＣｖ１〜Ｃｖ１０、容量素子Ｃｖ１〜Ｃｖ１０
と接続された電子スイッチＳにそれぞれＳ１〜Ｓ１０の
符号を付与するものとする。

【００４７】また、プログラム回路３０は、自装置に対
する質問データを受信したことを示す、内部ロジック回
路２５からの通信ステータスを受けて、整流回路２２の
出力電圧をＶＬからＶＨに漸近させるプログラムを実行
させるものとする。さらに、図６の時刻ｔ０において、
電子スイッチＳはＳ１〜Ｓ３がオン状態になっていて、
整流回路２２の出力電圧は電圧設定値ＶＬの近傍で安定
している状態と仮定する。また、図６に示す時刻ｔ０，
ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４，ｔ５の間隔は、スイッチング
クロック信号の周期と等しい。

【００４８】ここで、時刻ｔ１において、プログラム回
路３０がプログラムに従って動作を開始すると、まず受
信電力検出回路２９が整流回路２２の出力電圧を検出し
て、その検出結果をプログラム回路３０に出力する。プ
ログラム回路３０は、まず時刻ｔ１において容量調整回
路３１の電子スイッチＳ４をオンさせるようスイッチ制
御回路３２に指示を出す。この指示に応じて、スイッチ
制御回路３２は、電子スイッチＳ４をオンさせる制御信
号ＣＴＬを出力する。

【００４９】電子スイッチＳ４がオン状態になると、ア
ンテナ回路２０，２１と並列に容量素子Ｃｖ４が付加さ
れてインピーダンスが変化し、図６のように整流回路２
２の出力電圧が上昇して、ある時間を経過した後に出力
電圧がほぼ安定化する。時刻ｔ２において、受信電力検
出回路２９は、整流回路２２の出力電圧を検出し、出力
電圧が上昇して電圧設定値ＶＨに近づいたことをプログ
ラム回路３０に知らせる。

【００５０】この通知を受けて、プログラム回路３０
は、電子スイッチＳ４をオン状態に固定し、次の電子ス
イッチＳ５をオンさせるようスイッチ制御回路３２に指
示を出し、スイッチ制御回路３２は、電子スイッチＳ５
をオンさせる。時刻ｔ３において、受信電力検出回路２
９は、整流回路２２の出力電圧が上昇して電圧設定値Ｖ
Ｈに近づいたことをプログラム回路３０に知らせる。

【００５１】この通知を受けて、プログラム回路３０
は、電子スイッチＳ５をオン状態に固定し、次の電子ス
イッチＳ６をオンさせるようスイッチ制御回路３２に指
示を出す。以下、同様にして、受信電力検出回路２９に
よる整流回路２２の出力電圧検出とプログラム回路３０
による電子スイッチ制御とを繰り返し、時刻ｔ５におい
て、整流回路２２の出力電圧が電圧設定値ＶＨを超える
と、プログラム回路３０は、ここで電子スイッチＳ１〜
Ｓ１０の状態を現在の状態に固定し、インピーダンス制
御を停止する。

【００５２】インピーダンス制御の停止時、内部ロジッ
ク回路２５に通知しなくても差し支えないが、インピー
ダンス制御を停止したことを示すステータスを内部ロジ
ック回路２５に出力する方がより好ましい。このステー
タスを受けることにより、内部ロジック回路２５は、十
分な電力供給を受けていると判断でき、動作不良を起こ
すことなく、処理を行うことができる。

【００５３】なお、容量調整回路３１の各電子スイッチ
Ｓの初期状態はノーマリーオフが好ましいのものの、ノ
ーマリーオンであっても差し支えない。この場合には、
電子スイッチＳのオン／オフが、オフを優先して評価し
ていくことになる。また、容量調整回路３１の各容量素
子Ｃｖの値は共振回路２１の容量素子Ｃ１，Ｃ２の値の
設定によっても影響を受けるが、通常は容量調整回路３
１全体として数ｐＦ〜数１００ｐＦの容量値を変化させ
ることができれば、機能上十分である。

【００５４】図７は、インピーダンス制御と整流回路２
２の出力電圧との関係の他の例を示す図である。図７の
例は、図６と逆に、整流回路２２の出力電圧を電圧設定
値ＶＨからＶＬに変化させる場合である。ここでは、時
刻ｔ０において、電子スイッチＳ１〜Ｓ７がオン状態に
なっていると仮定する。図７の時刻ｔ１において、まず
受信電力検出回路２９が整流回路２２の出力電圧を検出
して、その検出結果をプログラム回路３０に出力する。

【００５５】プログラム回路３０は、時刻ｔ１において
容量調整回路３１の電子スイッチＳ７をオフさせるよう
スイッチ制御回路３２に指示を出し、スイッチ制御回路
３２は、電子スイッチＳ７をオフさせる制御信号ＣＴＬ
を出力する。電子スイッチＳ７がオフ状態になると、ア
ンテナ回路２０，２１と並列に付加されていた容量素子
Ｃｖ７が外されてインピーダンスが変化し、図７のよう
に整流回路２２の出力電圧が低下する。

【００５６】時刻ｔ２において、受信電力検出回路２９
は、整流回路２２の出力電圧が低下して電圧設定値ＶＬ
に近づいたことをプログラム回路３０に知らせる。この
通知を受けて、プログラム回路３０は、次の電子スイッ
チＳ６をオフさせるようスイッチ制御回路３２に指示を
出し、スイッチ制御回路３２は、電子スイッチＳ６をオ
フさせる。

【００５７】以下、同様にして、受信電力検出回路２９
による整流回路２２の出力電圧検出とプログラム回路３
０による電子スイッチ制御とを繰り返し、時刻ｔ６にお
いて整流回路２２の出力電圧が電圧設定値ＶＬを下回っ
たとき、プログラム回路３０は、直前にオフした電子ス
イッチＳ３をオン状態に戻す。そして、プログラム回路
３０は、次の時刻ｔ７で整流回路２２の出力電圧が電圧
設定値ＶＬを超えたことを確認した上で、インピーダン
ス制御を停止する。

【００５８】ただし、電圧設定値ＶＬの設定の方法と容
量調整回路３１内の容量切替回路の個数にもよるが、電
圧設定値ＶＬを非接触応答装置２内の内部回路の動作限
界近傍に設定すると、電圧設定値ＶＬを下回った段階で
動作不良を起こす可能性がある。そこで、電圧設定値Ｖ
Ｌを下回るステップを含む制御を行うよりも、より好ま
しくは、次に評価する電子スイッチＳのオン／オフによ
る整流回路２２の出力電圧低下分を予想して電圧設定値
ＶＬを下回らない段階でインピーダンス制御を停止する
か、あるいは本来の電圧設定値ＶＬに１つの電子スイッ
チ変化による出力電圧低下分以上のマージンを加えたＶ
Ｌ’という値を電圧設定値として、この電圧設定値Ｖ
Ｌ’を下回ったらインピーダンス制御を停止させるよう
にした方がよい。

【００５９】また、インピーダンス制御の停止時には、
インピーダンス制御を停止したことを示すステータスを
内部ロジック回路２５に出力する方がより好ましい。こ
のステータスを受けることにより、内部ロジック回路２
５は、いわゆるスリープモードに入ったことを認識で
き、質問装置１から次に質問を受信したときに、インピ
ーダンス制御を要求する通信ステータスをプログラム回
路３０に確実に出力することができる。

【００６０】図８はインピーダンス制御と整流回路２２
の出力電圧との関係の他の例を示す図である。図８の例
は、質問装置１と非接触応答装置２との距離が大きい等
の理由により、非接触応答装置２がインピーダンス制御
を行っても受信電力量が十分に得られない場合を示して
いる。受信電力量が十分でなく、整流回路２２の出力電
圧が電圧設定値ＶＨを下回る場合、図８に示すように、
インピーダンス制御によって整流回路２２の出力電圧を
最大化した後に、周回動作を行うことになる。

【００６１】周回動作が行われるのは、容量調整回路３
１の電子スイッチＳを順次オンしていったとき、容量値
が最適値を超えて整流回路２２の出力電圧が逆に低下し
たとき、受信電力検出回路２９が整流回路２２の出力電
圧低下をステータスとしてプログラム回路３０に通知
し、このステータスを受けてプログラム回路３０が直前
にオンした電子スイッチＳ（図８の例では時刻ｔ５でオ
ンした電子スイッチＳ）をオフにするためである。

【００６２】この場合、電子スイッチＳをオフにして
も、整流回路２２の出力電圧は電圧設定値ＶＨに達しな
いので、プログラム回路３０は、オフにした電子スイッ
チＳを再びオンにする。したがって、上記周回動作が繰
り返されることになる。このような周回動作をそのまま
継続させても差し支えないが、質問装置１への通信や内
部ロジック回路２５の処理を辛うじて行える場合もある
ため、周回動作を停止させて電源変動を抑えるほうがよ
り好ましい。

【００６３】そこで、下限値ＶＬ及び上限値ＶＨの電圧
許容範囲をあらかじめ設定し、整流回路２２の出力電圧
がこの電圧許容範囲内である場合に制御を停止する動作
停止手段をプログラム回路３０に設けることで、周回動
作を停止させることができる。ただし、制御の停止後
に、質問装置１と非接触応答装置２との間の距離や角度
が変化したり、非接触応答装置２の内部回路の駆動に必
要な電力量が変化したりして、整流回路２２の出力電圧
が変動する場合がある。よって、プログラム回路３０
は、制御の停止後も、整流回路２２の出力電圧の変動を
検知して、整流回路２２の出力電圧が前記電圧許容範囲
を外れたときは、制御を再開するのがよい。

【００６４】また、質問装置１がキャリア波を振幅変調
して信号を送信するなどして、送信電力が時間経過に伴
って等価的に変動する場合には、この変動に合わせて整
流回路２２の出力電圧も変動する。したがって、プログ
ラム回路３０に動作停止手段を設けたとき、整流回路２
２の出力電圧がＶＨまたはＶＬの近傍にある場合には、
送信電力の変動に伴って、制御動作の停止と再開とが繰
り返され、通信エラーを起こす可能性がある。

【００６５】そこで、インピーダンス制御回路３１が制
御動作を停止するときのしきい値と制御動作を再開する
ときのしきい値とを変えることで、通信エラーを防ぐこ
とができる。このような通信エラーの防止には、前述の
受信電力比較部２９ｂを用いる。第１のシュミットトリ
ガ２９ｂ−１の２つのしきい値としては、整流回路２２
の出力電圧が低下するときのしきい値としてＶＬ−ΔＶ
２が設定され、整流回路２２の出力電圧が上昇するとき
のしきい値としてＶＬが設定される。また、第２のシュ
ミットトリガ２９ｂ−２の２つのしきい値としては、整
流回路２２の出力電圧が低下するときのしきい値として
ＶＨが設定され、整流回路の出力電圧が上昇するときの
しきい値としてＶＨ＋ΔＶ１が設定される。

【００６６】図９は、シュミットトリガ２９ｂ−１の出
力Ｘ、シュミットトリガ２９ｂ−２の出力Ｙ、インバー
タ２９ｂ−３の出力Ｚ及びＯＲ回路２９ｂ−４の出力Ｏ
ＵＴと整流回路２２の出力電圧との関係を示す図であ
る。図２のような回路構成とすることで、整流回路２２
の出力電圧が下限値ＶＬ及び上限値ＶＨの第１の電圧許
容範囲内に入った場合（ＶＬ＜整流回路の出力電圧＜Ｖ
Ｈ）、受信電力比較部２９ｂ（ＯＲ回路２９ｂ−４）の
出力ＯＵＴは「Ｈ」レベルから「Ｌ」レベルに変わり、
整流回路２２の出力電圧が下限値ＶＬ−ΔＶ２及び上限
値ＶＨ＋ΔＶ１の第２の電圧許容範囲から外れた場合
（整流回路２２の出力電圧＞ＶＨ＋ΔＶ１または整流回
路２２の出力電圧＜ＶＬ−ΔＶ２）、受信電力比較部２
９ｂの出力ＯＵＴは「Ｌ」レベルから「Ｈ」レベルに変
わる。

【００６７】プログラム回路３０は、制御動作中に受信
電力比較部２９ｂの出力ＯＵＴが「Ｌ」レベルに変わっ
たとき、制御動作を停止し、動作停止後に出力電圧比較
部２９ｂの出力ＯＵＴが「Ｈ」レベルに変わったとき、
制御動作を再開する。上記ΔＶ１およびΔＶ２を、質問
装置１が振幅変調することで変動する整流回路２２の出
力電圧の変動幅より大きくなるように適切に設定するこ
とで、整流回路２２の出力電圧がＶＨまたはＶＬの近傍
で変動しても、制御動作の停止と再開とが繰り返される
ことがなくなる。

【００６８】本発明は、容量調整回路３１の電子スイッ
チＳを高速にオンまたはオフし、その結果の整流回路２
２の出力電圧を評価してアンテナ回路２０，２１のイン
ピーダンス（質問装置１から見た非接触応答装置２のイ
ンピーダンス）を高速に調整することが特徴である。電
子スイッチＳのスイッチング周期を指定するスイッチン
グクロック信号は、スイッチングクロック生成回路２８
によって生成される。スイッチングクロック信号は、独
立した自立発振回路によって生成されるクロック信号で
もよいし、プログラム回路３０に別途クロックが供給さ
れて、それからカウンタ等によって生成されるクロック
信号であっても差し支えない。

【００６９】しかし、通常の非接触通信システムの非接
触応答装置２では、クロック生成回路２７で生成される
内部クロック信号は、キャリア周波数を抽出し、場合に
よっては分周することで生成される。したがって、この
クロック信号を入力とし、分周してスイッチングクロッ
ク信号を生成する方が簡便でより好ましい。本実施の形
態では、図２に示すように、スイッチングクロック生成
回路２８内の分周回路２８ａによってクロック信号を分
周してスイッチングクロック信号を生成している。

【００７０】プログラム回路３０は、受信電力検出回路
２９による出力電圧検出の結果を踏まえて電子スイッチ
Ｓの制御を行うため、スイッチングクロック信号と同期
して動作することが望ましい。スイッチングクロック信
号の上限は、整流回路２２に含まれる平滑容量素子の充
電に要する時間によって制限される。平滑容量素子が充
電に要する時間は、主として容量の値によって左右され
るので一概に言えないものの、概略１μｓ程度である。

【００７１】したがって、スイッチングクロック信号の
周波数が１ＭＨｚを超えると、整流回路２２内の平滑容
量素子が十分に充電しないうちに、受信電力検出回路２
９及びプログラム回路３０による出力電圧評価のプロセ
スが始まることになるため、インピーダンス制御が不正
確になって好ましくない。また、逆にスイッチングクロ
ック信号が低速になると、インピーダンス制御に要する
時間が長くなって、応答のオーバーヘッドが長くなる。

【００７２】非接触通信システムの通信速度は、例えば
近接型ＩＣカードの場合で１０６〜２１２ｋｂｐｓ、近
傍型ＩＣカードの場合で６〜２６ｋｂｐｓである。応答
に対するオーバーヘッドは相対的なものであるため、シ
ステムの通信速度に応じてスイッチングクロック信号の
周波数の下限を決めればよいが、このような通信速度と
比較して著しく遅くなることは好ましくない。

【００７３】電子スイッチＳのスイッチング動作が所定
の電圧状態になるまで繰り返し行われることも考慮する
と、スイッチングクロック信号の周波数は１ｋＨｚ以上
であることが望ましい。そして、整流回路２２内の平滑
容量素子の充電が終了したときに直ちに整流回路２２の
出力電圧を評価することが好ましく、したがって１００
ｋＨｚ以上、５００ｋＨｚ以下がより好ましい。

【００７４】また、容量調整回路３１内の容量切替回路
の個数は、あまり少ないと、１つの電子スイッチＳの状
態変化による整流回路２２の出力電圧変化が大きくなっ
て動作が不安定になるという理由と、整流回路２２の出
力電圧を電圧設定値ＶＨに低下させるときにオーバーシ
ュートが生じて出力電圧が非接触応答装置２の各構成回
路の最低必要電圧を下回って動作不良を起こす危険性が
あるという理由と、図８のような周回動作を考慮すると
３個以上がよいという理由から、３個以上がよい。

【００７５】また、容量切替回路の個数が、あまり多く
なると、１つの電子スイッチＳによる整流回路２２の出
力電圧変化がノイズと同等レベルになって、最適化が困
難になるため、最大１００個以下がよい。より好ましく
は５個以上、３０個以下である。

【００７６】本発明は、非接触で通信を行う携帯可搬の
電子非接触応答装置なら、どのようなものであっても差
し支えなく、ＲＦタグ、携帯情報端末などにも利用でき
る。しかし、より有用な適用領域はＩＣカードであり、
その中でも近接型ＩＣカードおよび近傍型ＩＣカードは
もっとも有用である。そこで、以降は、質問装置１をＩ
ＳＯ／ＩＥＣ１４４４３に記述されているタイプＢのリ
ーダーライタとし、非接触応答装置２を同タイプＢの近
接型ＩＣカードとして、本実施の形態の非接触通信シス
テムをより詳細に説明する。

【００７７】図１０はプログラム回路３０の制御アルゴ
リズムを示すフローチャート図、図１１はインピーダン
ス制御回路３３によるインピーダンス制御の動作を示す
フローチャート図である。ここでは、容量調整回路３１
内の容量切替回路の個数を２０個とする。また、定電圧
回路２３の出力電圧を２Ｖとし、電圧設定値ＶＨ２を６
Ｖ、ＶＨを７Ｖ、ＶＬを４Ｖとし、スイッチングクロッ
ク信号の周波数を３３３ｋＨｚとする。

【００７８】質問装置（リーダーライタ）１には非接触
応答装置（カード）２を固定するスロットがあり、そこ
に非接触応答装置２を挿入することで、質問装置１と非
接触応答装置２の相対的な位置関係が固定される。この
ような非接触通信システムを用いると、非接触応答装置
２を質問装置１のスロットに挿入したとき、受信電力量
が０の段階で質問装置１からの給電を受けることになる
ので、プログラム回路３０は、初期化状態と認識して
（図１０ステップ１０１）、インピーダンス制御を開始
し（ステップ１０２）、受信電力量をＰＨ２レベルにす
る。

【００７９】このときのインピーダンス制御を図１１を
用いて説明すると、プログラム回路３０は、ターゲット
とする電圧設定値ＶｓをＶＨ２とし（図１１ステップ２
０１）、現在の容量調整回路３１の電子スイッチＳの状
態を認識して（ステップ２０２）、スイッチングクロッ
ク信号の周期分待機する（ステップ２０３）。以上の動
作は、図４で説明したキャリア波受信時の動作に相当す
る。

【００８０】次に、受信電力検出回路２９は、整流回路
２２の出力電圧Ｖ（ｉ）を検出する（ステップ２０
４）。プログラム回路３０は、スイッチングクロックの
周期分待機した後、受信電力検出回路２９の検出結果に
基づいて、出力電圧Ｖ（ｉ）が電圧設定値Ｖｓ以上で、
かつ電圧設定値Ｖｓに電圧制御マージンαを加えた電圧
以下かどうかを判定する（ステップ２０５）。

【００８１】ステップ２０５で判定ＹＥＳの場合、プロ
グラム回路３０は、インピーダンス制御を停止したこと
を示すステータスを内部ロジック回路２５に出力し（ス
テップ２１６）、容量調整回路３１の現在の電子スイッ
チＳの状態を固定して（ステップ２１７）、インピーダ
ンス制御を停止する。

【００８２】一方、ステップ２０５で判定ＮＯの場合、
プログラム回路３０は、次に制御する電子スイッチＳを
選択して（ステップ２０６）、選択した電子スイッチＳ
をオンさせるようスイッチ制御回路３２に指示を出す。
この指示に応じて、スイッチ制御回路３２は、選択され
た電子スイッチＳをオンさせる制御信号ＣＴＬを容量調
整回路３１に出力する（ステップ２０７）。そして、プ
ログラム回路３０は、スイッチングクロックの周期分待
機する（ステップ２０８）。

【００８３】次に、受信電力検出回路２９は、整流回路
２２の出力電圧Ｖ（ｉ＋ｎ）を検出し（ステップ２０
９）、スイッチングクロックの周期分待機したプログラ
ム回路３０は、受信電力検出回路２９の検出結果に基づ
いて、現在の出力電圧Ｖ（ｉ＋ｎ）から１スイッチング
クロック前の出力電圧Ｖ（ｉ）を引いた値が０以上かど
うかを判定する（ステップ２１０）。

【００８４】ステップ２１０において判定ＹＥＳの場
合、プログラム回路３０は、電圧設定値Ｖｓから出力電
圧Ｖ（ｉ＋ｎ）を引いた値が０以上かどうかを判定する
（ステップ２１１）。ステップ２１１において判定ＹＥ
Ｓの場合、プログラム回路３０は、ステップ２０５に戻
る。すなわち、整流回路２２の出力電圧が１スイッチン
グクロック前よりも上昇して、かつ出力電圧が電圧設定
値Ｖｓ＝ＶＨ２に達していない場合には、ステップ２０
５〜２１２の処理が繰り返されることになる。

【００８５】一方、ステップ２１０において判定ＮＯの
場合、プログラム回路３０は、電圧設定値Ｖｓから出力
電圧Ｖ（ｉ＋ｎ）を引いた値が０以上かどうかを判定す
る（ステップ２１３）。ステップ２１３においてＮＯの
場合、プログラム回路３０は、ステップ２１２に進む。

【００８６】また、ステップ２１３において判定ＹＥＳ
の場合、プログラム回路３０は、ステップ２１５でｎ＝
ｎ×（−１）を実行した後に、ステップ２０５に戻る。
ステップ２１５は、直前にオンした電子スイッチＳをス
テップ２０６でオフにするための処理であり、図８にお
ける時刻ｔ６の処理を実行するためのものである。

【００８７】以上のインピーダンス制御により、整流回
路２２の出力電圧が電圧設定値Ｖｓ＝ＶＨ２＝６Ｖ以上
になると（図１０ステップ１０３、図１１ステップ２０
５）、プログラム回路３０は、インピーダンス制御を停
止して、容量調整回路３１の現在の電子スイッチＳの状
態を固定し（図１０ステップ１０４、図１１ステップ２
１７）、インピーダンス制御を停止したことを示すステ
ータスを内部ロジック回路２５に出力する（ステップ１
０５）。

【００８８】そして、プログラム回路３０は、内部ロジ
ック回路２５のＣＰＵ２５ａからの通信ステータスを待
つ待機状態となる（ステップ１０６）。整流回路２２の
出力電圧が０の状態から、６Ｖになるまでに本実施の形
態では２００μｓ要した。

【００８９】次に、プログラム回路３０からのステータ
スを受けたＣＰＵ２５ａは、衝突防止プロトコルに対応
するために、不揮発メモリ２５ｄの所定のアドレスか
ら、必要なデータを読み出して、所定のレジスタに格納
して、初期化処理を実行する。ＣＰＵ２５ａは、初期化
処理の終了後、初期化処理が終了したことを示す通信ス
テータスをプログラム回路３０に出力し、以後はアイド
ル状態となって、質問装置１からの質問を待つ待機状態
となる（ステップ１０７）。

【００９０】ＣＰＵ２５ａからの通信ステータスを受け
たプログラム回路３０は、インピーダンス制御を開始し
（ステップ１０８）、受信電力量をＰＬレベルにする。
すなわち、プログラム回路３０は、整流回路２２の出力
電圧が低下するように容量調整回路３１の電子スイッチ
Ｓを制御し、出力電圧が電圧設定値Ｖｓ＝ＶＬ＝４Ｖを
下回らない範囲で設定値Ｖｓ付近になったとき（ステッ
プ１０９）、インピーダンス制御を停止して、容量調整
回路３１の現在の電子スイッチＳの状態を固定し（ステ
ップ１１０）、インピーダンス制御を停止したことを示
すステータスを内部ロジック回路２５に出力する（ステ
ップ１１１）。

【００９１】そして、プログラム回路３０は、内部ロジ
ック回路２５からのステータスを待つ待機状態となる
（ステップ１１２）。整流回路２２の出力電圧が６Ｖか
ら４Ｖに低下するまでに、本実施の形態では１００μｓ
を要しなかった。

【００９２】次に、内部ロジック回路２５のＣＰＵ２５
ａは、復調回路２４によって復調されたコマンドから抽
出したＩＤが自装置のＩＤである場合、前記コマンドが
自装置への質問であると認識して、質問に対する内部演
算処理を開始する前に、自装置への質問を受信したこと
を示す通信ステータスをプログラム回路３０に出力する
（ステップ１１３）。

【００９３】ＣＰＵ２５ａからの通信ステータスを受け
たプログラム回路３０は、インピーダンス制御を開始し
（ステップ１１４）、受信電力量をＰＨレベルにする。
すなわち、プログラム回路３０は、整流回路２２の出力
電圧が上昇するように容量調整回路３０の電子スイッチ
Ｓを制御し、出力電圧が電圧設定値Ｖｓ＝ＶＨ＝７Ｖ以
上、Ｖｓ＋α以下の範囲で設定値Ｖｓ付近になったとき
（ステップ１１５）、インピーダンス制御を停止して、
容量調整回路３１の現在の電子スイッチＳの状態を固定
し（ステップ１１６）、インピーダンス制御を停止した
ことを示すステータスを内部ロジック回路２５に出力す
る（ステップ１１７）。

【００９４】そして、プログラム回路３０は、内部ロジ
ック回路２５からのステータスを待つ待機状態となる
（ステップ１１８）。整流回路２２の出力電圧が４Ｖか
ら７Ｖに上昇するのに要した時間は、１００μｓ以内で
あった。プログラム回路３０からのステータスを受けた
ＣＰＵ２５ａは、質問に対する内部演算処理を開始し
て、応答波を質問装置１に送信した後、応答処理が終了
して待機状態になったことを示す通信ステータスをプロ
グラム回路３０に出力する（ステップ１１９）。

【００９５】ＣＰＵ２５ａからのステータスを受けたプ
ログラム回路３０は、インピーダンス制御を開始し（ス
テップ１２０）、整流回路２２の出力電圧が低下するよ
うに容量調整回路３１の電子スイッチＳを制御し、出力
電圧が電圧設定値Ｖｓ＝ＶＬを下回らない範囲で設定値
Ｖｓ付近になったとき（ステップ１２１）、インピーダ
ンス制御を停止して、容量調整回路３１の現在の電子ス
イッチＳの状態を固定し（ステップ１２２）、インピー
ダンス制御を停止したことを示すステータスを内部ロジ
ック回路２５に出力する（ステップ１２３）。そして、
プログラム回路３０は待機状態となる（ステップ１２
４）。以後、ステップ１１３〜１２４の処理が繰り返さ
れる。

【００９６】質問装置１との初期応答処理においては、
アトリビュートコマンドにより質問装置１からＩＤが付
与される。ＩＤが付与された後は、通常の伝送モードと
なる。ＩＣカードでは、アトリビュートを完了して、カ
ードがアクティブになってからを伝送モードと呼ぶが、
応答の高速性が要求されるのは、リクエスト信号に対す
る応答の部分だけであり、アトリビュートコマンドに対
する応答の時間的制限は、伝送モードと同等になるの
で、本発明の電力制御の観点からは、アトリビュート以
降においては伝送モードと同様な制御を行うことで差し
支えない。

【００９７】

【発明の効果】本発明によれば、質問装置から見た自装
置のインピーダンスを変化させるインピーダンス制御回
路を設け、このインピーダンス制御回路が、自装置が質
問装置からの質問データを待つ待機状態になったとき、
質問装置からの受信電力量が質問データの認識に最低限
必要な電力量ＰＬとなるようアンテナ回路の受電効率を
低下させ、自装置に対する質問データを受信したとき、
受信電力量が応答波の生成・送信に最低限必要な電力量
ＰＨ（ＰＬ＜ＰＨ）となるようアンテナ回路の受電効率
を増大させることにより、非接触応答装置の伝送モード
における電力消費量を適切な量に設定することができ、
待機状態における非接触応答装置の電力消費量を低減す
ることができるので、非接触通信システムにおける電力
消費の効率を向上させることができる。また、待機状態
における非接触応答装置の電力消費量を低減させる結
果、非接触応答装置の発熱を抑制することができる。ま
た、電力の分配を効率良く行えることから、質問装置か
ら複数の非接触応答装置に対して質問を同時に発するよ
うにすれば、従来よりも多くの非接触応答装置をコマン
ド処理状態にすることができる。

【００９８】また、自装置が質問装置からの電力供給を
受け始めたとき、インピーダンス制御回路が、内部ロジ
ック回路による初期化処理の前に、質問装置からの受信
電力量が初期化処理に最低限必要な電力量ＰＨ２（ＰＬ
＜ＰＨ２≦ＰＨ）となるようアンテナ回路の受電効率を
増大させることにより、非接触応答装置の初期化処理の
際の電力消費量を適切な量に設定することができ、非接
触通信システムにおける電力消費の効率を向上させるこ
とができる。

【００９９】また、インピーダンス制御回路が、受信電
力量をＰＬ，ＰＨ又はＰＨ２にするとき、整流回路の出
力電圧を検出して、この出力電圧がＰＬ，ＰＨ又はＰＨ
２に対応する電圧設定値ＶＬ，ＶＨ又はＶＨ２（ＶＬ＜
ＶＨ２≦ＶＨ）となるよう自装置のインピーダンス制御
を行うことにより、整流回路の出力電圧に基づいて質問
装置からの受信電力量を検出することができ、インピー
ダンス制御回路による受信電力量の制御を容易に実現す
ることができる。

【０１００】また、インピーダンス制御回路を、容量素
子と電子スイッチとを直列に接続した容量切替回路をア
ンテナ回路と並列に複数個配置した容量調整回路と、整
流回路の出力電圧を検出する受信電力検出回路と、整流
回路の出力電圧が所望の電圧設定値になるように、容量
調整回路の各電子スイッチの状態を決定するプログラム
回路と、このプログラム回路の決定に従って容量調整回
路の各電子スイッチのオン／オフを制御するスイッチ制
御回路とから構成することにより、質問装置から見た自
装置のインピーダンスを容易に変化させることができ、
インピーダンス制御を動的に行って、質問装置からの受
信電力量を制御するインピーダンス制御回路を容易に実
現することができる。

【０１０１】また、電子スイッチのスイッチングクロッ
クを生成するスイッチングクロック生成回路をインピー
ダンス制御回路に設け、プログラム回路による電子スイ
ッチの状態決定と、スイッチ制御回路による電子スイッ
チの制御と、受信電力検出回路による整流回路の出力電
圧検出とを１スイッチングクロック毎に繰り返し行うこ
とにより、インピーダンスを段階的に変化させて、整流
回路の出力電圧を所望の電圧設定値に漸近させることに
より、整流回路の出力電圧を所望の電圧設定値に正確、
かつ容易に設定することができる。

【０１０２】また、プログラム回路が、整流回路の出力
電圧が所望の電圧設定値になったときに、電子スイッチ
の状態を固定し、インピーダンス制御を停止したことを
示すステータスを内部ロジック回路に出力することによ
り、内部ロジック回路は、受信電力量が現在の状態に必
要な電力量になったことを認識することができる。

【０１０３】また、内部ロジック回路が通信ステータス
をプログラム回路に出力することにより、プログラム回
路は、整流回路の出力電圧が通信ステータスに応じた電
圧設定値となるようインピーダンス制御を行うことがで
きる。すなわち、内部ロジック回路が、初期化処理が終
了したことを示す通信ステータス又は待機状態になった
ことを示す通信ステータスを出力することにより、プロ
グラム回路は、整流回路の出力電圧が初期化処理の終了
時点または待機状態にとって望ましい電圧設定値ＶＬと
なるようインピーダンス制御を行うことができる。ま
た、内部ロジック回路が、自装置に対する質問データを
受信したことを示す通信ステータスを出力することによ
り、プログラム回路は、整流回路の出力電圧が応答波の
生成・送信にとって望ましい電圧設定値ＶＨとなるよう
インピーダンス制御を行うことができる。

【０１０４】また、容量切替回路の個数を３個以上１０
０個以下とすることにより、１つの電子スイッチの状態
変化による整流回路の出力電圧変化を適切な量にするこ
とができ、整流回路の出力電圧を低下させるときに出力
電圧が非接触応答装置の各回路の最低必要電圧を下回っ
て動作不良を起こすという危険性を回避することができ
る。

【０１０５】また、スイッチングクロックの周波数を１
ｋＨｚ以上１ＭＨｚ以下とすることにより、質問装置か
ら見た自装置のインピーダンスを変化させるインピーダ
ンス制御とこれに付随する整流回路の出力電圧検出とを
正確に実行でき、かつインピーダンス制御に要する時間
を短くして、質問装置に応答を返すまでの時間を短くす
ることができる。

【０１０６】また、シャント型レギュレータからなる定
電圧回路を整流回路の後段に設けることにより、整流回
路から見た定電圧回路以降の回路全体の負荷が内部ロジ
ック回路の動作状態に関わらず一定となるので、整流回
路の出力電圧に基づいて質問装置からの受信電力量を検
出することができ、インピーダンス制御回路による受信
電力量の制御が容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態となる非接触通信システ
ムの構成を示すブロック図である。

【図２】 本発明の実施の形態における非接触応答装置
のインピーダンス制御回路の詳細な構成を示すブロック
図である。

【図３】 伝送モードにおける質問装置と非接触応答装
置との通信及び非接触応答装置の受信電力量を時系列的
に表したタイミングチャート図である。

【図４】 初期化モードにおける非接触応答装置の受信
電力量を時系列的に表したタイミングチャート図であ
る。

【図５】 本発明の実施の形態における非接触応答装置
の容量調整回路の構成を示す回路図である。

【図６】 プログラム回路及びスイッチ制御回路による
容量調整回路のスイッチ制御と整流回路の出力電圧との
関係の１例を示す図である。

【図７】 プログラム回路及びスイッチ制御回路による
容量調整回路のスイッチ制御と整流回路の出力電圧との
関係の他の例を示す図である。

【図８】 プログラム回路及びスイッチ制御回路による
容量調整回路のスイッチ制御と整流回路の出力電圧との
関係の他の例を示す図である。

【図９】 受信電力検出回路の受信電力比較部内の各回
路の出力と整流回路の出力電圧との関係を示す図であ
る。

【図１０】 プログラム回路の制御アルゴリズムを示す
フローチャート図である。

【図１１】 インピーダンス制御回路によるインピーダ
ンス制御の動作を示すフローチャート図である。

【符号の説明】

１…質問装置、２…非接触応答装置、１０…キャリア波
発生回路、１１…アンテナ、１２…共振回路、２０…ア
ンテナ、２１…共振回路、２２…整流回路、２３…定電
圧回路、２４…復調回路、２５…内部ロジック回路、２
６…変調回路、２７…クロック生成回路、２８…スイッ
チングクロック生成回路、２９…受信電力検出回路、３
０…プログラム回路、３１…容量調整回路、３２…スイ
ッチ制御回路、３３…インピーダンス制御回路、２５ａ
…ＣＰＵ、２５ｂ…ＲＯＭ、２５ｃ…ＲＡＭ、２５ｄ…
不揮発メモリ、２８ａ…分周回路、２９ａ…受信電力変
動検出部、２９ｂ…受信電力比較部、２９ａ−１…サン
プルホールド回路、２９ａ−２…コンパレータ、２９ｂ
−１、２９ｂ−２…シュミットトリガ、２９ｂ−３…イ
ンバータ、２９ｂ−４…ＯＲ回路、Ｃ１、Ｃ２、Ｃｖ１
〜Ｃｖｉ…容量素子、Ｓ…電子スイッチ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹田 忠雄 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 寺田 純 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 Ｆターム(参考） 2C005 MA29 MA31 NA09 TA22 5B035 BB09 CA12 CA23 5B058 CA17

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 質問装置からのキャリア波を受信すると
   共に前記質問装置への応答波を送信するアンテナ回路
   と、このアンテナ回路で受信した前記キャリア波から自
   装置の駆動用電力を得る整流回路と、前記キャリア波か
   ら自装置に対する質問データを取得したとき、この質問
   データに対する応答データを生成して、前記アンテナ回
   路から応答波として送信させる内部ロジック回路とを備
   え、電磁誘導を用いて非接触状態で前記質問装置から電
   力供給を受けると共に前記質問装置との間でデータ通信
   を行う非接触応答装置において、 前記質問装置から見た自装置のインピーダンスを変化さ
   せるインピーダンス制御回路を有し、このインピーダン
   ス制御回路は、自装置が前記質問装置からの質問データ
   を待つ待機状態になったとき、前記質問装置からの受信
   電力量が前記質問データの認識に最低限必要な電力量Ｐ
   Ｌとなるよう前記アンテナ回路の受電効率を低下させ、
   自装置に対する前記質問データを受信したとき、前記受
   信電力量が前記応答波の生成・送信に最低限必要な電力
   量ＰＨ（ＰＬ＜ＰＨ）となるよう前記受電効率を増大さ
   せることを特徴とする非接触応答装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の非接触応答装置におい
   て、 前記インピーダンス制御回路は、自装置が前記質問装置
   の送信電磁界領域内に入って前記質問装置からの電力供
   給を受け始めたとき、前記内部ロジック回路による初期
   化処理の前に、前記質問装置からの受信電力量が前記初
   期化処理に最低限必要な電力量ＰＨ２（ＰＬ＜ＰＨ２≦
   ＰＨ）となるよう前記アンテナ回路の受電効率を増大さ
   せることを特徴とする非接触応答装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の非接触応答装置に
   おいて、 前記インピーダンス制御回路は、前記受信電力量をＰ
   Ｌ，ＰＨ又はＰＨ２にするとき、前記整流回路の出力電
   圧を検出して、この出力電圧が前記ＰＬ，ＰＨ又はＰＨ
   ２に対応する電圧設定値ＶＬ，ＶＨ又はＶＨ２（ＶＬ＜
   ＶＨ２≦ＶＨ）となるよう前記自装置のインピーダンス
   制御を行い、前記受信電力量を制御することを特徴とす
   る非接触応答装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載の非接触応答装置におい
   て、 前記インピーダンス制御回路は、 容量素子と電子スイッチとを直列に接続した容量切替回
   路を前記アンテナ回路と並列に複数個配置した容量調整
   回路と、 前記整流回路の出力電圧を検出する受信電力検出回路
   と、 前記整流回路の出力電圧が所望の前記電圧設定値になる
   ように、前記容量調整回路の各電子スイッチの状態を決
   定するプログラム回路と、 このプログラム回路の決定に従って前記容量調整回路の
   各電子スイッチのオン／オフを制御するスイッチ制御回
   路とを含むことを特徴とする非接触応答装置。
5. 【請求項５】 請求項４記載の非接触応答装置におい
   て、 前記インピーダンス制御回路は、前記電子スイッチのス
   イッチングクロックを生成するスイッチングクロック生
   成回路を含み、 前記プログラム回路による前記電子スイッチの状態決定
   と、前記スイッチ制御回路による前記電子スイッチの制
   御と、前記受信電力検出回路による前記整流回路の出力
   電圧検出とを１スイッチングクロック毎に繰り返し行う
   ことにより、前記インピーダンスを段階的に変化させ
   て、前記整流回路の出力電圧を所望の前記電圧設定値に
   漸近させることを特徴とする非接触応答装置。
6. 【請求項６】 請求項４記載の非接触応答装置におい
   て、 前記プログラム回路は、前記整流回路の出力電圧が所望
   の前記電圧設定値になったときに、前記電子スイッチの
   状態を固定し、前記インピーダンス制御を停止したこと
   を示すステータスを前記内部ロジック回路に出力するこ
   とを特徴とする非接触応答装置。
7. 【請求項７】 請求項４記載の非接触応答装置におい
   て、 前記内部ロジック回路は、前記初期化処理が終了したこ
   とを示す通信ステータス、前記待機状態になったことを
   示す通信ステータス又は自装置に対する前記質問データ
   を受信したことを示す通信ステータスを前記プログラム
   回路に出力することを特徴とする非接触応答装置。
8. 【請求項８】 請求項４記載の非接触応答装置におい
   て、 前記容量切替回路の個数は、３個以上１００個以下であ
   ることを特徴とする非接触応答装置。
9. 【請求項９】 請求項５記載の非接触応答装置におい
   て、 前記スイッチングクロックの周波数は、１ｋＨｚ以上１
   ＭＨｚ以下であることを特徴とする非接触応答装置。
10. 【請求項１０】 請求項３記載の非接触応答装置におい
    て、 前記整流回路の後段に、シャント型レギュレータからな
    る定電圧回路を有することを特徴とする非接触応答装
    置。
11. 【請求項１１】 請求項１記載の非接触応答装置におい
    て、 前記非接触応答装置は、ＩＣカードであることを特徴と
    する非接触応答装置。