JP2003234787A

JP2003234787A - 接触型送受信装置

Info

Publication number: JP2003234787A
Application number: JP2002031373A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Kano; 健一狩野; Yoshimi Kuramochi; 喜美倉持
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-02-07
Filing date: 2002-02-07
Publication date: 2003-08-22
Anticipated expiration: 2022-02-07
Also published as: JP3833121B2

Abstract

(57)【要約】【課題】機能追加を単純な回路構成で実現し、低コス
トを保ちながら高機能化を実現すること。【解決手段】駆動装置１７からデータを送信する場合
は、送信信号と搬送波信号を制御回路１１から出力し、
差動ドライバ１０に入力することによって変調信号を生
成する。一方、送受信チップ１６から送信し、駆動装置
１７が受信する場合は、抵抗１８と直列に接続してある
スイッチ１９のオンオフによって送受信チップ１６の入
力インピーダンスを２値変化させ、コンパレータ４でそ
れを電圧変化として読みとる。電源回路１３から抵抗１
４，１５により基準電圧Ｖ３を設定し、送受信の衝突が
生じるとある一定電圧Ｖ３以下になり、そのときのコン
パレータ１２の出力が衝突の検知信号となる。この検知
信号を制御回路１１に入力し、回路内の電圧の初期化を
行うことで、エラーデータの送受信を防ぐ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、接触型送受信装置
に関し、より詳細には、通信装置や電子機器等における
シリアルデータ通信に用いられ振幅変調及び復調機能を
有し、２つの信号線の差動動作により電力供給が可能で
ある接触型送受信装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、膨大な個体数の製品等に対して個
別情報を記憶させ、それらと端末等の間で通信を行い、
情報の書き換えを行うことにより、品質や流通等の情報
管理が行われている。このようにデータの書き換えが可
能な小型の送受信装置(素子)は、将来的には商業製品に
限らず、医療や行政における個人のＩＤカードとして、
または電子マネーのような有価証券としての利用など様
々な応用展開が期待されている。

【０００３】個体数やそれらが使用される環境等を考慮
すると、各個体に付加する装置は、小型化および低コス
ト化、さらに耐久性の観点からも、内部回路の構成を簡
易にすることが望ましい。同様にそれらと通信を行う送
受信装置も簡易化することによって、これら情報管理シ
ステムの利便性向上につながると予想される。

【０００４】各個体と送受信装置との通信手段として
は、目的用途に合わせて、接触型(有線方式)や非接触型
(無線方式)がある。本発明で扱う接触型は、非接触型に
用いられる電磁誘導結合装置を必要としないために低コ
スト化が実現される。また、接触型は通信線の数によっ
て内部回路の構成や通信方式が異なるが、この中でも通
信線が２本の場合、最小の本数でシリアルデータ通信を
実現し、差動動作により電源を保有しない個体に対して
も電力供給が可能となる。

【０００５】図３は、従来の接触型送受信装置の構成図
で、以下は簡単のために、１体１の通信を例にして説明
する。もちろん複数台での通信の場合でも、各装置への
通信権の割り当てを制御することによって実現可能であ
る。ここで電源を保有し、相手の送受信装置を駆動可能
とする接触型送受信装置を駆動装置１７という。一方、
その通信相手となる送受信装置を、電源不要な小型チッ
プに集積できることから送受信チップ１６という。

【０００６】図中符号１，４はコンパレータ、８，９は
信号線、１０は差動ドライバ、１１は制御回路、１３は
電源回路、１９はスイッチ、２２は整流回路、２３は制
御ＩＣ、２４はインバータ、２５はバッファを示してい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の接触
型送受信装置における駆動装置１７において、送信と受
信の状態管理は、駆動装置１７と送受信チップ１６の制
御回路１１と制御ＩＣ２３がデータに先立ち制御コマン
ドをやりとりすることで行っているが、何らかの原因で
両者が同時に送信または受信を行ってしまった場合(以
下、送受信の衝突という)、スイッチ１９がオンになる
と、抵抗１８により、差動ドライバ１０の電源電圧Ｖｃ
ｃや差動ドライバ１０から送信する変調信号の電圧が低
下する。これにより送受信チップ１６で“１”レベル信
号を受信しても、規定よりも低い電圧であるため、
“０”レベル信号として処理してしまうことになる。

【０００８】一方、駆動装置１７の制御回路１１から
“０”レベル信号が送信された場合も、差動ドライバ１
０の電源電圧Ｖｃｃが低下するため、送受信チップ１６
から駆動装置１７に“１”レベル信号を送信しても、コ
ンパレータ４の基準電圧Ｖ２を下回り、“０”レベル信
号として誤って認識されてしまう。このような送受信エ
ラーを防ぐために送受信の衝突を検知し、これをリセッ
トする機能が必要である。これが第１の問題である。

【０００９】また、従来の駆動装置１７は、データを受
信するためにコンパレータ４を用い、抵抗５，６によっ
て分圧生成された基準電圧Ｖ２と、２つの信号線（８又
は９）のうち一方から入力を引いているため、コンパレ
ータ４の入力容量により信号線８，９の容量に差が生
じ、信号線の環境が同等に保たれておらず、送受信信号
はこれを考慮して設計する必要があった。これが第２の
問題である。

【００１０】また、コンパレータ１に送信データ(図２
(ａ))と、定電圧Ｖ０を抵抗２と３により分圧した基準
電圧Ｖ１を入力すると、Ｖｃｃの波形が図２(ｂ)のよう
な信号となる。これを差動ドライバ１０の電源に入力す
ることによって振幅変調を実現している。しかし、コン
パレータ１の応答速度が遅いためにデータの送信速度が
制限されてしまう。この対策として、応答速度の速いコ
ンパレータの使用が第１に考えられるが、コストがかか
るため避けたい方法である。したがって、高速応答が可
能であり、低コストで実現する方法が求められる。これ
が第３の問題である。

【００１１】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たもので、その目的とするところは、上述した問題の改
善又は機能追加を単純な回路構成で実現し、低コストを
保ちながら高機能化を実現する接触型送受信装置を提供
することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、このような目
的を達成するために、請求項１に記載の発明は、外部記
憶装置と差動シリアル通信方式で通信を行う接触型送受
信装置において、前記外部記憶装置にデータを送信する
送信部と、前記外部記憶装置からデータを受信する受信
部と、前記送信部からの送信信号と前記受信部からの受
信信号の衝突が生じた場合に、前記送信信号及び前記受
信信号を検知する衝突検知手段と、該衝突検知手段の信
号により差動シリアル通信を初期化する初期化手段と、
各種の制御を行う制御手段とを備えたことを特徴とす
る。

【００１３】また、請求項２に記載の発明は、請求項１
に記載の発明において、前記送信部に送信用の信号を入
力し、該送信部の電源には送信データ信号を重畳するこ
とにより振幅変調を行うことを特徴とする。

【００１４】また、請求項３に記載の発明は、請求項２
に記載の発明において、前記外部記憶装置は、差動入出
力端子間の負荷抵抗を変化させることにより端子間電圧
を変化させ、前記受信部は前記端子間の電圧変化より生
じる前記送信部の電源電圧変化を読取ることでデータの
受信を行うことを特徴とする。

【００１５】また、請求項４に記載の発明は、請求項３
に記載の発明において、前記衝突検知手段は前記送信部
の電源電圧を検知し、検知された電圧が規定値より低い
時に信号が衝突したと判断することを特徴とする。

【００１６】また、請求項５に記載の発明は、請求項４
に記載の発明において、前記衝突検知手段が衝突を検知
した時、該衝突検知手段からの信号で前記初期化手段は
差動シリアル通信を初期化することを特徴とする。

【００１７】また、請求項６に記載の発明は、請求項５
に記載の発明において、前記初期化手段は前記制御手段
に内蔵したことを特徴とする。

【００１８】また、請求項７に記載の発明は、請求項５
又は６に記載の発明において、前記送信部の電源にはト
ランジスタを用いて送信データ信号を重畳することを特
徴とする。

【００１９】つまり、本発明は、第１の問題に対して、
新たにコンパレータ１２を追加し、同じ電源回路１３か
ら抵抗１４，１５により基準電圧Ｖ３を設定し、入力と
して差動ドライバ１０への電源入力を用いる。送受信の
衝突が生じるとある一定電圧Ｖ３以下になり、そのとき
のコンパレータ１２の出力が衝突の検知信号となる。さ
らに、この検知信号を制御回路１１に入力し、電源回路
１３を通して回路内の電圧の初期化を行うことで、エラ
ーデータの送受信を防ぐ機能を有することを特徴とす
る。

【００２０】次に、第２の問題に対して、コンパレータ
４への入力を従来、信号端子から引いていたため、コン
パレータの入力容量が一方の信号線のみに影響を及ぼ
し、２つの信号線を伝送する波形に差を生じる原因とな
っていた。それに対し、コンパレータ４への入力を差動
ドライバ１０への電源入力から引くことにより、従来の
機能を維持しながら、２つの信号線端子の環境を同じに
保つことで、従来のように信号線容量の差を考慮して設
計を行う必要がなくなり、設計の自由度が高い構成を有
することを特徴とする。

【００２１】次に、第３の問題に対して、コンパレータ
１の代わり、トランジスタ７を用いることによって、応
答速度の速いコンパレータでは実現できない、低コスト
を維持しながら送信データの高速通信が可能となること
を特徴とする。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。図１は、本発明の接触型送
受信装置の全体構成図である。図３と同じ機能を有する
構成については同一の符号を付してある。図３との構成
上の相違は、新たにコンパレータ１２を追加した点、コ
ンパレータ４への入力を差動ドライバ１０への電源入力
から引くようにした点、それにコンパレータ１の代わり
にトランジスタ７を用いた点である。

【００２３】通信対象となる外部装置として、本実施例
では電源を持たない送受信チップ１６を用いているが、
当然電源を保有する場合にも適用可能である。この送受
信チップ１６と２本の信号線８,９で接続されているの
が駆動装置１７である。この駆動装置１７が本発明に主
に関わる接触型送受信装置である。また、図２は、本実
施の形態における接触型送受信装置における動作信号の
一例を示す図である。

【００２４】図１において、駆動装置１７は制御回路１
１によって制御される。駆動装置１７からデータを送信
する場合は、データである送信信号(図２(ａ))と搬送波
信号(図２(ｃ))を制御回路１１から出力し、それらを差
動ドライバ１０に入力することによって変調信号(図２
(ｄ),(ｅ))を生成し、２本の信号線を通じてこれを送信
する。

【００２５】この場合、駆動装置１７より送信されたシ
リアルデータは２本の信号線８,９を介して、送受信チ
ップ１６によって受信、復調される(図２(ｆ))。このと
き信号線８，９からは差動信号が来ているため、送受信
チップ１６が電源を持たない場合でも、信号線から電力
を摂取することで動作可能となる。

【００２６】一方、送受信チップ１６から送信し、駆動
装置１７が受信する場合は、抵抗１８と直列に接続して
あるスイッチ１９のオンオフによって送受信チップ１６
の入力インピーダンスを２値変化させ、コンパレータ４
でそれを電圧変化(図２(ｇ))として読みとる。

【００２７】以下、送信動作と受信動作及び送受信衝突
検知機能について、それぞれ順をおって、従来のものと
比較しながら説明する。（送信信号）送信するデータは、２値(０,１)のシリア
ルデータとして制御回路から出力される。図２(ａ)はそ
の信号例であるが、ここでは“０”は０ボルト、“１”
はＶ４ボルトに対応する。従来のものでは、図３に示す
ように、電源回路から供給される定電圧Ｖ０を抵抗２,
３で分圧した基準電圧Ｖ１と送信信号をコンパレータ１
に入力し、その出力は差動ドライバ１０の電源に入力す
る。

【００２８】ここで差動ドライバ１０の電源に入力され
る電圧は、データが“０”のとき(信号電圧がＶ１より
も小さいとき)は、定電圧Ｖ０を抵抗２０,２１で分圧し
た値Ｖ５になり、データが“１”のとき(信号電圧がＶ
１よりも大きいとき)は定電圧Ｖ０そのままの値とな
る。ここで、データの通信速度を上げるようとすると、
応答速度の速いコンパレータが必要となるが、コストが
高くなってしまう。それに対して、本実の形態では、図
１に示されるように、トランジスタ７を用いることで、
高速なデータ通信にも対応可能となる。

【００２９】また、コンパレータと比較して、トランジ
スタは安価であり、種類も豊富であるため、低コストを
維持したままで高い自由度の設計が可能である。機能と
してもトランジスタ７のベース端子に送信信号を入力
し、エミッタ接地でコレクタ端子から出力をとることに
よって、従来のコンパレータ１の役割を代用することが
できる。

【００３０】（差動ドライバ）図１に示すように、差動
ドライバ１０は、１つのインバータ２４と１つのバッフ
ァ２５(２個のインバータでの代用も可能)によって構成
され、これらは共通の、接地、入力、電源を取る。入力
は搬送波信号(図２(ｃ))とし、電源は上述した送信信号
から引いているため、搬送波信号によってサンプリング
された、振幅変調信号(図２(ｄ)，(ｅ))を生成すること
ができる。２つの出力は、反転の関係にあって差動動作
となるため、２つの信号線の間には常に一定の以上の電
圧差が生じることとなり、これが電源を持たない送受信
チップ１６への供給電力となる。

【００３１】（送受信チップでのデータ復調）差動ドラ
イバ１０によって生成された変調信号(図２(ｄ)，(ｅ))
は、送受信チップ１６で受信され、整流回路２２によっ
て振幅成分のみが取り出され、図２(ｇ)のように復調さ
れる。また、駆動装置１７との同期は信号線から直接と
ることができる。

【００３２】（駆動装置でのデータ受信）次に、これま
でとは逆に、送受信チップ１６から駆動装置１７へのデ
ータの送信を考える。図１に示すように、送受信チップ
１６において信号端子間に抵抗１８とスイッチ１９を直
列に接続する。制御ＩＣ２３によりスイッチ１９のオン
オフが制御され、それに伴い、信号端子間の抵抗値が変
化する。

【００３３】ここで図３に示すように、従来はコンパレ
ータ４に信号線の一方から入力を引き、電源回路からの
電圧を抵抗５,６で分圧した基準電圧Ｖ２と比較し、そ
の出力が受信信号(図２(ｇ))となる。そのため、一方の
信号線(図３では信号線８)の容量のみが増加し、２つの
信号波形に差を生じさせる原因となる。

【００３４】これに対して、本実施の形態では、図１に
示すように、コンパレータ４への入力は差動ドライバ１
０への電源入力から引いている。これにより従来の機能
を保ちながら、信号線８，９への容量を同等に保つこと
ができ、信号線の環境による差を補償する必要が無くな
り、設計の自由度も向上することは明らかである。

【００３５】駆動装置１７でのデータ受信のとき、コン
パレータ１への入力である送信信号は常に“１”レベル
(電圧値Ｖ４ボルト)にしておく必要がある。これは後述
する送受信の衝突に関係する。これにより差動ドライバ
１０の電源電圧Ｖｃｃは、スイッチ１９のオンオフが変
化しない限り一定となる。

【００３６】ここでスイッチ１９がオンの場合、抵抗１
８の抵抗値は、送受信チップ１６の入力抵抗に比べて、
１０分の１程度に設定してあるため、図２(ｉ)に示すよ
うに、電源電圧Ｖｃｃは低下することになり(Ｖ７ボル
ト)、コンパレータ４はローレベル信号(本実施例では０
Ｖ)を出力する。

【００３７】一方、スイッチ１９をオフにした場合、送
受信チップの入力抵抗は抵抗１８の１０倍程度、かつ抵
抗２０よりも非常に大きいため、Ｖｃｃは電源回路より
供給される電圧Ｖ０とほぼ等しく、このときコンパレー
タ４はハイレベル信号を出力する。このように送受信チ
ップ１６は、スイッチ１９をオンすると“０”レベル信
号、オフすると“１”レベル信号を送信することになる
(図２(ｇ))。

【００３８】（送受信の衝突検知機能）ここで問題とな
るのが、送受信が同時に行われてしまった場合である。
まず、スイッチ１９がオンしているとき(スイッチ１９
がオンするのは送受信チップ１６からデータを送信する
ときのみ)に、制御回路１１から送信信号が送られたと
きである。スイッチ１９がオンしていると前述のように
Ｖｃｃが低下するため、送受信チップ１６では、規定よ
りも低い電圧値を読むことになり、エラーデータを受信
することになる。

【００３９】一方、駆動装置１７においても制御回路１
１から “０”レベルの信号が送信された場合、コンパ
レータ４への入力電圧が低下するため(図２(ｉ))、送受
信チップ１６から“１”レベルの信号を送信しても、基
準電圧Ｖ２を下回り(電圧値でＶ７ボルト)、受信信号と
して読み出すことができなくなる。

【００４０】このように送受信の衝突は、迅速に検知し
て回路の初期化を行う必要がある。まず、送受信の衝突
を検知するためには、図３に示すように、コンパレータ
１２を新たに追加し、コンパレータ４と同様に差動ドラ
イバ１０への電源電圧Ｖｃｃを入力して電圧変化を監視
する。前述したように、スイッチ１９がオンした状態
(送受信チップ１６側からの送信状態)のとき、制御回路
１１から送信信号が送られ、“０”レベルになったと
き、Ｖｃｃは最も低くなるため(図２(ｉ)のＶ７)、この
電圧値Ｖ７と、これよりも２番目に低い値である、スイ
ッチ１９がオフで送信信号が"０"レベルのときの電圧値
Ｖ６との間に基準電圧Ｖ３を設定することにより、送受
信が衝突した場合に、コンパレータ１２から送受信衝突
信号が出力される。

【００４１】制御回路１１は、送受信衝突信号を検知し
たら電源回路等を初期化し、通信対象である送受信チッ
プ１６に対してもコマンドを送り、初期化又は再送など
の指示を与える。このようにデータの送受信の衝突を検
知して回路の初期化又は再送により、正確なデータの送
受信を行うことが可能となる。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、接
触させて使用する機器間におけるデータ送受信におい
て、以下のことが実現される。まず、差動ドライバの電
圧を、コンパレータを用いて監視することによって、通
信機器間において、お互いが送信を行ってしまう送受信
の衝突を検知し、それに誤ったデータ受信を防ぐため送
受信衝突信号を制御回路に送信し、回路の初期化する機
能を有する。

【００４３】また、受信信号検知のためのコンパレータ
入力を、信号線からではなく差動ドライバの電源からと
ることにより、コンパレータの入力容量の影響を受ける
ことなく、２つの信号線を同等の環境に保つことができ
る。

【００４４】さらに、高速なデータ送信を行う上で、通
信速度の制限要因となるコンパレータに代わり、トラン
ジスタを用いることで高速通信が可能となる。また、ト
ランジスタを用いることによって、高速なコンパレータ
では、実現できない低コストを維持したまま、豊富な種
類をいかした自由度の高い設計が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の接触型送受信装置の全体構成図であ
る。

【図２】本実施の形態における接触型送受信装置におけ
る動作信号の一例を示す図で、送受信装置内信号及び送
受信データの波形及び基準電圧の一例を示す図である。

【図３】従来の接触型送受信装置の全体構成図である。

【符号の説明】

１コンパレータ２，３抵抗４コンパレータ５，６抵抗７トランジスタ８，９信号線１０差動ドライバ１１制御回路１２コンパレータ１３電源回路１４，１５抵抗１６送受信チップ１７駆動装置１８抵抗１９スイッチ２０，２１，２７抵抗２２整流回路２３制御ＩＣ２４インバータ２５バッファ２６，３０抵抗２８，２９，３１コンデンサ

フロントページの続きＦターム(参考） 5B058 CA13 CA23 KA01 KA04 5K004 AA03 DC02 5K029 AA18 BB03 DD05 DD24 DD25 JJ06 KK01 KK11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外部記憶装置と差動シリアル通信方式で
通信を行う接触型送受信装置において、前記外部記憶装
置にデータを送信する送信部と、前記外部記憶装置から
データを受信する受信部と、前記送信部からの送信信号
と前記受信部からの受信信号の衝突が生じた場合に、前
記送信信号及び前記受信信号を検知する衝突検知手段
と、該衝突検知手段の信号により差動シリアル通信を初
期化する初期化手段と、各種の制御を行う制御手段とを
備えたことを特徴とする接触型送受信装置。
【請求項２】前記送信部に送信用の信号を入力し、該
送信部の電源には送信データ信号を重畳することにより
振幅変調を行うことを特徴とする請求項１に記載の接触
型送受信装置。
【請求項３】前記外部記憶装置は、差動入出力端子間
の負荷抵抗を変化させることにより端子間電圧を変化さ
せ、前記受信部は前記端子間の電圧変化より生じる前記
送信部の電源電圧変化を読取ることでデータの受信を行
うことを特徴とする請求項２に記載の接触型送受信装
置。
【請求項４】前記衝突検知手段は前記送信部の電源電
圧を検知し、検知された電圧が規定値より低い時に信号
が衝突したと判断することを特徴とする請求項３に記載
の接触型送受信装置。
【請求項５】前記衝突検知手段が衝突を検知した時、
該衝突検知手段からの信号で前記初期化手段は差動シリ
アル通信を初期化することを特徴とする請求項４に記載
の接触型送受信装置。
【請求項６】前記初期化手段は前記制御手段に内蔵し
たことを特徴とする請求項５に記載の接触型送受信装
置。
【請求項７】前記送信部の電源にはトランジスタを用
いて送信データ信号を重畳することを特徴とする請求項
５又は６に記載の接触型送受信装置。