JP2004072619A

JP2004072619A - Data carrier

Info

Publication number: JP2004072619A
Application number: JP2002231906A
Authority: JP
Inventors: Shinkichi Asaka; 浅加　信吉
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-08-08
Filing date: 2002-08-08
Publication date: 2004-03-04

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a data carrier in which can ignore fluctuations of a resonant frequency caused by variations in inductance of an inductor and in capacitance of a capacitor can be ignored even without needing a capacitor group for trimming. <P>SOLUTION: This data carrier has a carrier interface to be combined with an external power supply source by electromagnetic induction and whose power is fed from the external power supply source through the carrier interface. A double-tuning circuit obtained by serially connecting first and second resonant circuits which resonate one of frequencies within a prescribed range with a carrier frequency as reference by using the frequency of a carrier outputted from the external power supply source when the power is supplied as a carrier frequency is provided to the carrier interface. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非接触型ＩＤ識別システムにおけるデータキャリアに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）チップおよびアンテナなどを備え、独自の電力供給源を持たずに、アンテナを介して、外部の電力供給源（以下、リーダライタと呼称する）から給電されるデータキャリアが開発されている。そして、このようなデータキャリアの一例として、非接触型ＩＣカードがある。
【０００３】
非接触型ＩＣカードは、大きな記憶容量および高度なセキュリティ機能を有するという特徴がある。さらに、接点などの機構部を要さずとも、それ自体をリーダライタに近づけたり、リーダライタのスロットに挿入したりするだけで、リーダライタとの間でデータの受け渡しができるために、メンテナンスフリーになるという特徴もある。
【０００４】
ここで、誘導結合によりデータキャリアがリーダライタから給電され、かつリーダライタとの間でデータの受け渡しを行うにあたっての窓口となる搬送波インタフェースについて説明する。
図７は、従来のデータキャリアの搬送波インタフェースの構成を示すブロック図である。
【０００５】
同図にみられるように、従来のデータキャリアの搬送波インタフェース７０は、クロック発生部７１、復調部７２、整流部７３、ロードスイッチ制御部７４、及び結合部７５から構成される。具体的には、各構成要素は、ＩＣチップ８１、アンテナ８２、およびトリミング用キャパシタ群８３から形成される。
クロック発生部７１は、データキャリアで要するシステムクロックを発生させる。
【０００６】
復調部７２は、結合部７５で受信された搬送波を復調してデータなどの電気信号にする。
整流部７３は、誘導結合により結合部７５に誘起される電流を整流し、整流した電流から電圧に調整し、調整した電圧をＩＣチップ８１の各構成要素に供給する。
【０００７】
ロードスイッチ制御部７４は、データなどの電気信号でＩＣチップの負荷を変動させ搬送波にデータを重畳する。
結合部７５は、アンテナ８２を介してリーダライタ（図外）と結合する。そして、リーダライタから出力される搬送波を受信する。また、リーダライタに出力する搬送波を送信する。さらに、アンテナ８２、トリミング用キャパシタ群８３、及び共振用キャパシタ８４を並列に接続した共振回路８５を形成する。
【０００８】
アンテナ８２は、埋込み、エッチング、電導性インクによるスクリーン印刷などの方法で銅または銀などの導体を絶縁性のインレット・シート（図外）に配して形成される。
トリミング用キャパシタ群８３は、エッチングなどの方法で外部（例えば、インレット・シートなど）に形成された複数のキャパシタである。
【０００９】
共振用キャパシタ８４は、ＩＣチップ８１に内蔵されている。
そして、共振回路８５が共振する周波数（以下、共振周波数と呼称する）を確認しながら、トリミング用キャパシタ群８３のさまざまなキャパシタを組み合わせて所望の周波数に調整する。なお、調整する際には、トリミング用キャパシタ群８３から不要とするキャパシタが削除される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、さらなる利便性を追及するため、さらに通信距離を伸ばすことが望まれる。そして、通信距離を伸ばす方法としては、ＩＣチップ８１の省電力化、共振回路８５のＱ値を大きくするなどの方法が挙げられる。
取り分け、Ｑ値を大きくすると、回路に流れる電流の大きさは、ある周波数範囲（以下、許容周波数範囲と呼称する）でだけ大きく、許容周波数範囲から外れると、非常に小さくなり、周波数の選択性が鋭くなる代わりに許容周波数範囲が狭くなる。
【００１１】
また、一般的には、製造上、インダクタのインダクタンス（Ｌ値）およびキャパシタの容量（Ｃ値）に多少のばらつきがあり、実際には、所望の周波数から共振周波数は外れる。
即ち、Ｑ値が大きくなればなるほど、許容周波数範囲が狭くなり、共振回路８５が共振する周波数は、許容周波数範囲から外れ易い。そして、これに対処するために、トリミング用キャパシタ群８３が外部に設けられているが、このために、幾つかのキャパシタを外部に作成する必要があり、また、共振周波数を確認しながらトリミングする作業も生じる。
【００１２】
結果、Ｑ値を大きくすると、受信できる電力が減少して通信距離が短いデータキャリアが出来やすくなり、この問題に対処するためにデータキャリアの製造時に手間（トリミングする作業）とコスト（トリミング用キャパシタ群）が掛かるという問題がある。
本発明は、前述の問題に鑑みてなされたものであり、トリミング用キャパシタ群を要さずとも、インダクタのインダクタンス（Ｌ値）およびキャパシタの容量（Ｃ値）のばらつき等によって起因する共振周波数の変動を無視できるデータキャリアを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
（解決手段１）
前述の課題を解決するにあたり、本発明に係わるデータキャリアは、電磁誘導により外部の電力供給源と結合する搬送波インタフェースを有し、当該搬送波インタフェースを介して外部の電力供給源から給電されるデータキャリアであって、給電時に外部の電力供給源から出力される搬送波の周波数を搬送波周波数として、搬送波周波数を基準とした所定範囲内の周波数のいずれかに共振する第１の共振回路および第２の共振回路を直列に接続した複同調回路が当該搬送波インタフェースに設けられているとする。
【００１４】
これによって、外部の電力供給源から搬送波で電力が供給される際に、搬送波インタフェースが一つの共振回路で構成される従来のデータキャリアに比べて、二つの共振回路を直列に接続した複同調回路で構成される本発明のデータキャリアの方が、データキャリアの稼働に要する電力が供給される搬送波の周波数の許容範囲は広くなる。
【００１５】
そして、許容範囲が広くなることによって、第１の共振回路が共振する周波数および第２の共振回路が共振する周波数が製造時に設計時に想定した共振周波数から多少ずれても、トリミング用キャパシタを調整せずに、データキャリアが稼働に要する電力を確保し得る。
結果、外部にトリミング用キャパシタを作成して共振周波数を確認しながらトリミングする必要性がなくなり、トリミング用キャパシタを省いて手間とコストを削減するという効果がある。
【００１６】
また、許容範囲が広くなることによって、Ｑ値を大きくして通信距離を伸ばし易くなるという効果もある。
（解決手段２）
さらに、解決手段１に記載の内容に加えて、前記第１の共振回路および第２の共振回路のそれぞれは、第１の共振回路が共振する周波数が搬送波周波数より低域側の周波数であり、第２の共振回路が共振する周波数が搬送波周波数より高域側の周波数であり、前記複同調回路における入力インピーダンスの周波数特性を示す共振曲線が、第１の共振回路が共振する周波数および第２の共振回路が共振する周波数のそれぞれを極大値とする双峰特性を示し、前記双峰特性を示す共振曲線の前記所定範囲内における極小値に対する電力が、データキャリアが消費する電力以上である条件でインダクタおよびキャパシタから構成されるとしてもよい。
【００１７】
これによって、第１の共振回路および第２の共振回路のそれぞれを構成するインダクタおよびキャパシタのそれぞれの値がばらつき、または外部の電力供給源とデータキャリアとの結合による共振周波数の変化などを吸収して安定した電力がデータキャリアに供給され得るという効果がある。
（解決手段３）
さらに、解決手段２に記載の内容に加えて、前記データキャリアは、渦巻き状に配した配線パターンと、当該配線パターンの周回経路の途中に設けられたタップとが含まれるアンテナと、第１のキャパシタと第２のキャパシタとが内蔵されているＩＣチップとを有し、前記第１の共振回路は、配線パターンの一端からタップが設けられた位置までの経路における第１のインダクタと、第１のキャパシタとを並列に接続して形成され、前記第２の共振回路は、配線パターンの他端からタップが設けられた位置までの経路における第２のインダクタと、第２のキャパシタとを並列に接続して形成されるとしてもよい。
【００１８】
これによって、データキャリアを作成する際の製造工程を大幅に変更することなく、また、複雑にすることなく、従来の製造工程に対して、ＩＣチップにキャパシタを１つ追加し、アンテナにタップを設け、タップとＩＣチップに内蔵されているキャパシタとを接続する配線パターンを追加するだけで、手間とコストとを掛けずに作成し得るという効果がある。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。また、実施の形態を通して、データキャリアといえば、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）チップおよびアンテナなどを備え、独自の電力供給を持たずに、アンテナを介して、リーダライタ（図外）から給電される非接触型ＩＣカードを指す。
【００２０】
非接触型ＩＣカードは、通信距離で大まかに密着型ＩＣカード（ＩＳＯ／ＩＥＣ　１０５３６）、近接型ＩＣカード（ＩＳＯ／ＩＥＣ　１４４４３）、近傍型ＩＣカード（ＩＳＯ／ＩＥＣ　１５６９３）に分類される。また、その寸法は、ＩＤ−１型カード（ＩＳＯ／ＩＥＣ　７８１０）と同等であり、公称８５．７２ｍｍ×５４．０３ｍｍ×０．７６ｍｍ±公差である。そして、リーダライタとの交信領域（通信距離で特定される領域）に入ると待受状態から稼働状態になる。
【００２１】
図１は、実施の形態におけるデータキャリアの概要構成を示す斜視図である。同図にみられるように、データキャリア１０は、表面にＩＣチップ１１が実装され裏面にアンテナ１２が形成されたインレット・シート１３をオーバレイ・シート１４，１５の間に挟んで、インレット・シート１３およびオーバレイ・シート１４，１５を貼り合わせて形成される。
【００２２】
なお、インレット・シート１３およびオーバレイ・シート１４，１５は、絶縁性を有するＰＶＣ（ポリ塩化ビニール）シートである。
図２（ａ）は、インレット・シートの表面構成を示す模式図であり、（ｂ）は、その裏面構成を示す模式図である。
図２（ａ）にみられるように、インレット・シート１３の表面には、配線パターン１６ａ，１６ｂ，１６ｃが配されて、さらに、それらの一方の端の上にＩＣチップ１１が表面実装されている。そして、配線パターン１６ａ，１６ｂ，１６ｃのそれぞれの一方の端がＩＣチップ１１に接続されている。
【００２３】
なお、ＩＣチップ１１は、ＴＣＰ（Ｔａｐｅ　Ｃａｒｒｉｅｒ　Ｐａｃｋａｇｅ）、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ　Ｇｒｉｄ　Ａｒｒａｙ　）などの表面実装型でパッケージされている。
図２（ｂ）にみられるように、インレット・シート１３の裏面には、配線パターンを等間隔で渦巻き状に配したアンテナ１２が形成されている。また、アンテナ１２の周回経路の途中にタップ（中間口出し）が設けられている。
【００２４】
さらに、インレット・シート１３の表面または裏面には、アンテナ１２の両端およびタップに相当する部位に開口が設けられ、また、それらの開口のそれぞれに接続部１７ａ，１７ｂ，１７ｃが設けられている。
なお、アンテナ１２の両端およびタップは、接続部１７ａ，１７ｂ，１７ｃが散在せずに、一箇所に纏まるように配されている。
【００２５】
そして、接続部１７ａを介して、アンテナ１２の一方の端が配線パターン１６ａの他方の端に接続される。同様に、接続部１７ｂを介して、アンテナ１２の周回経路の途中に設けられたタップが配線パターン１６ｂの他方の端に接続される。さらに、接続部１７ｃを介して、アンテナの他方の端が配線パターン１６ｃの他方の端に接続される。
【００２６】
なお、配線パターン１６ａ，１６ｂ，１６ｃおよびアンテナ１２は、埋込み、エッチング、電導性インクによるスクリーン印刷などの方法で銅または銀などの導体を配して形成される。
（搬送波インタフェースの構成）
以上のように形成されたデータキャリアについて、その搬送波インタフェースの構成について説明する。
【００２７】
ここで、搬送波インタフェースとは、ＩＣチップ１１およびアンテナ１２から構成され、データキャリアが、リーダライタ（図外）から誘導結合により給電される際の窓口になる機能部を指す。
図３は、実施の形態におけるデータキャリアの搬送波インタフェースの構成を示すブロック図である。
【００２８】
同図にみられるように、データキャリア１０の搬送波インタフェース３０は、結合部７５の代わりに結合部３５から構成される。
結合部３５は、インダクタ３６ａおよび共振用キャパシタ３７ａを並列に接続した共振回路３８ａと、インダクタ３６ｂおよび共振用キャパシタ３７ｂを並列に接続した共振回路３８ｂとを直列に接続した複同調回路３９を有する。
【００２９】
インダクタ３６ａは、アンテナ１２に沿って接続部１７ａから接続部１７ｂまでの経路における配線パターン、および配線パターン１６ａ，１６ｂからなる。インダクタ３６ｂは、アンテナ１２に沿って接続部１７ｂから接続部１７ｃまでの経路における配線パターン、および配線パターン１６ｂ，１６ｃからなる。共振用キャパシタ３７ａ，３７ｂは、ＩＣチップ１１に内蔵されているキャパシタである。また、共振用キャパシタ３７ａは、配線パターン１６ａ，１６ｂのそれぞれの一端（ＩＣチップ１１側）の接続先に接続され、共振用キャパシタ３７ｂは、配線パターン１６ｂ，１６ｃのそれぞれ一端（ＩＣチップ１１側）の接続先に接続される。
【００３０】
なお、配線パターン１６ｂの一端（ＩＣチップ１１側）の接続先は、接地されているとしてもよいし、開放されているとしてもよい。
（周波数特性）
以上のように構成された複同調回路３９について、その周波数特性について説明する。
【００３１】
以下、リーダライタ（図外）から出力される搬送波の周波数ｆｃを１３．５６ＭＨｚとする近接型ＩＣカード（ＩＳＯ／ＩＥＣ　１４４４３）を一例とする。
なお、共振回路３８ａが共振する共振周波数ｆ１を１３．０６ＭＨｚ（周波数ｆｃから５００ＫＨｚ低域側）とし、共振回路３８ｂが共振する共振周波数ｆ２を１４．０６ＭＨｚ（周波数ｆｃから５００ＫＨｚ高域側）とし、共振周波数ｆ１と共振周波数ｆ２との差を１ＭＨｚとする。
【００３２】
そして、アンテナ１２の巻き数を４ターンとして、接続部１７ｂが設けられた位置から特定される巻き数から、共振回路３８ａを構成するインダクタ３６ａのインダクタンスを特定した後に、共振周波数ｆ１に合わせて、共振用キャパシタ３７ａの容量が特定されているとする。同様に、共振回路３８ｂを構成するインダクタ３６ｂのインダクタンスを特定した後に、共振周波数ｆ２に合わせて、共振用キャパシタ３７ｂの容量それぞれの値が特定されているとする。
【００３３】
ここで、インダクタ３６ａのインダクタンスをＬ１とし、共振用キャパシタ３７ａの容量をＣ１とするならば、共振回路３８ａが共振する周波数ｆ１は、以下の式（１）で示される。同様に、インダクタ３６ｂのインダクタンスをＬ２とし、共振用キャパシタ３７ｂの容量をＣ２とするならば、共振回路３８ｂが共振する周波数ｆ２は、以下の式（２）で示される。また、周波数ｆにおける、共振回路３８ａの入力インピーダンスＺ１は、以下の式（３）で示され、共振回路３８ｂの入力インピーダンスＺ２は、以下の式（４）で示され、複同調回路３９の入力インピーダンスＺは、以下の式（５）で示される。
【００３４】
【数１】

【００３５】
なお、大体の目安として、インダクタ３６ａに相当するアンテナ部分とインダクタ３６ｂに相当するアンテナ部分のそれぞれの巻き数を２ターンとすると、共振用キャパシタ３７ａ，３７ｂのそれぞれの容量は数１０ｐＦぐらいである。一般に、インダクタンスは、巻き数が同じであるならば径の大きい方が大きく、また、径が同じであるなばら巻き数の多い方が大きいことから、インダクタ３６ａのインダクタンス（Ｌ１）の方がインダクタ３６ｂのインダクタンス（Ｌ２）より大きい。
【００３６】
図４（ａ），（ｂ），（ｃ）は、複同調回路を構成する二つの共振回路と複同調回路とのそれぞれにおける入力インピーダンスの周波数特性を示すグラフである。
なお、横軸に周波数が示され、縦軸に入力インピーダンスが示されている。
図４（ａ）にみられるように、共振曲線４１（図中の実線で示される線）は、設計時において想定された共振回路３８ａの共振曲線である。
【００３７】
共振曲線４１ａ（図中の破線で示される線）は、製造時においてインダクタ３６ａおよび共振用キャパシタ３７ａのそれぞれの値がばらつくことで、共振周波数が低域側に移ると想定された場合の共振曲線であり、共振曲線４１ｂ（図中の一点破線で示される線）は、高域側に移ると想定された場合の共振曲線である。また、図中に示されるｄｆ１は、製造時においてインダクタ３６ａおよび共振用キャパシタ３７ａがばらつくことに起因する共振回路３８ａの共振周波数ｆ１のずれを示している。
【００３８】
図４（ｂ）にみられるように、共振曲線４２（図中の実線で示される線）は、設計時において想定された共振回路３８ｂの共振曲線である。
共振曲線４２ａ（図中の破線で示される線）は、製造時においてインダクタ３６ｂおよび共振用キャパシタ３７ｂのそれぞれの値がばらつくことで、共振周波数が低域側に移ると想定された場合の共振曲線であり、共振曲線４２ｂ（図中の一点破線で示される線）は、高域側に移ると想定された場合の共振曲線である。
【００３９】
また、図中に示されるｄｆ２は、製造時においてインダクタ３６ｂおよび共振用キャパシタ３７ｂがばらつくことに起因する共振回路３８ｂの共振周波数ｆ２のずれを示している。
図４（ｃ）にみられるように、共振曲線４３（図中の実線で示される線）は、設計時において想定された複同調回路３９の共振曲線である。
【００４０】
共振曲線４３ａ（図中の破線で示される線）は、製造時のばらつきで、共振回路４１ａの共振周波数が低域側に移り、共振回路４１ｂの共振周波数が高域側に移ると想定された場合の共振曲線であり、共振曲線４３ｂ（図中の一点破線で示される線）は、共振回路４１ａの共振周波数が高域側に移り、共振回路４１ｂの共振周波数が低域側に移ると想定された場合の共振曲線である。
【００４１】
また、共振回路３８ａが共振する周波数ｆ１および共振回路３８ｂが共振する周波数ｆ２で極大値になり、周波数ｆｃで極小値になる双峰特性が示されている。
さらに、製造時のばらつきで、共振回路４１ａの共振周波数が低域側に移り、共振回路４１ｂの共振周波数が高域側に移ると、極小値付近の入力インピーダンスが小さくなり、供給される電力が小さくなる。共振回路４１ａの共振周波数が高域側に移り、共振回路４１ｂの共振周波数が低域側に移ると、極小値付近の入力インピーダンスが大きくなり、供給される電力が大きくなる。
【００４２】
（まとめ）
以上、リーダライタ（図外）から出力される搬送波の周波数ｆｃを挟んで、共振回路３８ａが共振する周波数ｆ１が共振周波数ｆｃより低域側の周波数であり、共振回路３８ｂが共振する周波数ｆ２が共振周波数ｆｃより高域側の周波数であり、複同調回路３９における入力インピーダンスの周波数特性を示す共振曲線４０が、共振回路３８ａが共振する周波数および共振回路３８ｂが共振する周波数のそれぞれを極大値とする双峰特性を示し、双峰特性を示す共振曲線４０の周波数ｆ１と周波数ｆ２との間における極小値に対する電力が、データキャリア１０が消費する電力以上である条件で、設計時に、インダクタ３６ａ，３６ｂおよび共振用キャパシタ３７ａ，３７ｂのそれぞれの値（Ｌ１，Ｌ２，Ｃ１，Ｃ２）を選定すれば、製造時に、それらの値が多少ばらついても、データキャリア１０が稼働に要する電力が確保できることが窺える。
【００４３】
（その他）
なお、アンテナ１２のように等間隔で配線パターンを配する代わりに、間隔を変えて配するとしてもよい。
例えば、図５（ａ）（ｂ）にみられるように、配線パターンを二段階で渦巻き状に配したアンテナ５２としてもよい。
【００４４】
また、図６（ａ）（ｂ）にみられるように、配線パターンの周回経路に設けられた接続部６７ａをＩＣチップ１１の真下に配したアンテナ６２としてもい。その際に、配線パターン６６ａ，６６ｂとのみが、ＩＣチップ１１とアンテナ６２とに接続される。
なお、データキャリアの一例として、非接触型ＩＣカードを取り上げたが、非接触型ＩＣタグとしてもよい。
【００４５】
ここで、非接触型ＩＣタグは、非接触型ＩＣカードと同様に、メモリや制御回路などが集積されたＩＣチップが内蔵され、内蔵されたメモリにＩＤ番号や商品の特徴などのデータを記録しておき、商品管理や荷物管理をするにあたり各種商品に取り付けられて、誘導結合によりリーダライタから給電され、かつリーダライタとの間でデータの受け渡しが非接触で行われる。
【００４６】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係わるデータキャリアにおいては、トリミング用キャパシタ群を要さずとも、インダクタのインダクタンス（Ｌ値）およびキャパシタの容量（Ｃ値）のばらつき等によって起因する共振周波数の変動を無視できる。そして、これにより、従来のデータキャリアにおいて、Ｑ値を大きくすると、受信できる電力が減少して通信距離が短いデータキャリアが出来やすくなり、この問題に対処するためにデータキャリアの製造時に手間（トリミングする作業）とコスト（トリミング用キャパシタ群）が掛かるという問題を解決することが可能という効果がある。
【００４７】
また、非接触型ＩＣタグとリーダライタからなる非接触型ＩＣタグシステムにおいては、通信距離が伸びると管理できる範囲が広がり利便性が良くなることから、本発明に係わるデータキャリアの効果が顕著に発揮される。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態におけるデータキャリアの概要構成を示す斜視図である。
【図２】（ａ）は、インレット・シートの表面構成を示す模式図であり、（ｂ）は、その裏面構成を示す模式図である。
【図３】実施の形態におけるデータキャリアの搬送波インタフェースの構成を示すブロック図である。
【図４】（ａ），（ｂ），（ｃ）は、複同調回路を構成する二つの共振回路と複同調回路とのそれぞれにおける入力インピーダンスの周波数特性を示すグラフである。
【図５】（ａ）は、変形例として、インレット・シートの表面構成を示す模式図であり、（ｂ）は、その裏面構成を示す模式図である。
【図６】（ａ）は、変形例として、インレット・シートの表面構成を示す模式図であり、（ｂ）は、その裏面構成を示す模式図である。
【図７】従来のデータキャリアの搬送波インタフェースの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１１　ＩＣチップ
１２　アンテナ
１３　インレット・シート
１４，１５　オーバレイ・シート
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ　配線パターン
１７ａ，１７ｂ，１７ｃ　接続部
３０　搬送波インタフェース
３５　結合部
３６ａ，３６ｂ　インダクタ
３７ａ，３７ｂ　共振用キャパシタ
３８ａ，３８ｂ　共振回路
３９　複同調回路
４１ａ，４１ｂ，４１ｃ　共振曲線
４２ａ，４２ｂ，４２ｃ　共振曲線
４３ａ，４３ｂ，４３ｃ　共振曲線
５２　アンテナ
５６ａ，５６ｂ，５６ｃ　配線パターン
６７ａ，６７ｂ，６７ｃ　接続部
６２　アンテナ
６６ａ，６６ｂ　配線パターン
６７ａ，６７ｂ，６７ｃ　接続部
７０　搬送波インタフェース
７１　クロック発生部
７２　復調部
７３　整流部
７４　ロードスイッチ制御部
７５　結合部
８１　ＩＣチップ
８２　アンテナ
８３　トリミング用キャパシタ群
８４　共振用キャパシタ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a data carrier in a contactless ID identification system.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, a data carrier provided with an IC (Integrated Circuit) chip, an antenna, and the like, without being provided with a unique power supply source, is supplied with power from an external power supply source (hereinafter, referred to as a reader / writer) via an antenna. Is being developed. A non-contact type IC card is an example of such a data carrier.
[0003]
A non-contact type IC card is characterized by having a large storage capacity and an advanced security function. In addition, data can be transferred to and from the reader / writer simply by moving it close to the reader / writer or by inserting it into the slot of the reader / writer without the need for a mechanism such as contacts. There is also a feature that becomes.
[0004]
Here, a description will be given of a carrier interface serving as a window when data is supplied from a reader / writer by inductive coupling and data is exchanged with the reader / writer.
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of a carrier interface of a conventional data carrier.
[0005]
As shown in the figure, the conventional data carrier carrier interface 70 includes a clock generator 71, a demodulator 72, a rectifier 73, a load switch controller 74, and a coupler 75. Specifically, each component is formed from an IC chip 81, an antenna 82, and a group of trimming capacitors 83.
The clock generator 71 generates a system clock required for a data carrier.
[0006]
The demodulation unit 72 demodulates the carrier received by the coupling unit 75 and converts the carrier into an electric signal such as data.
The rectifying unit 73 rectifies the current induced in the coupling unit 75 by the inductive coupling, adjusts the rectified current to a voltage, and supplies the adjusted voltage to each component of the IC chip 81.
[0007]
The load switch control unit 74 varies the load of the IC chip with an electric signal such as data and superimposes the data on a carrier wave.
The coupling unit 75 is coupled to a reader / writer (not shown) via the antenna 82. Then, the carrier wave output from the reader / writer is received. Also, it transmits a carrier wave to be output to the reader / writer. Further, a resonance circuit 85 is formed in which the antenna 82, the trimming capacitor group 83, and the resonance capacitor 84 are connected in parallel.
[0008]
The antenna 82 is formed by arranging a conductor such as copper or silver on an insulating inlet sheet (not shown) by a method such as embedding, etching, or screen printing using a conductive ink.
The trimming capacitor group 83 is a plurality of capacitors formed outside (for example, an inlet sheet or the like) by a method such as etching.
[0009]
The resonance capacitor 84 is built in the IC chip 81.
Then, while checking the frequency at which the resonance circuit 85 resonates (hereinafter, referred to as the resonance frequency), various capacitors of the trimming capacitor group 83 are combined and adjusted to a desired frequency. At the time of adjustment, unnecessary capacitors are deleted from the trimming capacitor group 83.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, in order to pursue further convenience, it is desired to further extend the communication distance. As a method of extending the communication distance, a method of saving power of the IC chip 81 and increasing a Q value of the resonance circuit 85 are exemplified.
In particular, when the Q value is increased, the magnitude of the current flowing through the circuit is large only in a certain frequency range (hereinafter, referred to as an allowable frequency range), and becomes extremely small outside the allowable frequency range. Becomes sharper, but the allowable frequency range becomes narrower.
[0011]
Further, in general, the inductance (L value) of the inductor and the capacitance (C value) of the capacitor slightly vary in manufacturing, and the resonance frequency actually deviates from a desired frequency.
That is, as the Q value increases, the allowable frequency range becomes narrower, and the frequency at which the resonance circuit 85 resonates tends to deviate from the allowable frequency range. In order to cope with this, the trimming capacitor group 83 is provided outside. For this purpose, some capacitors need to be formed outside, and the trimming is performed while confirming the resonance frequency. Work also occurs.
[0012]
As a result, when the Q value is increased, the receivable power is reduced and a data carrier having a short communication distance is easily formed. To cope with this problem, labor (trimming work) and cost (trimming capacitor) are required when manufacturing the data carrier. Group).
The present invention has been made in view of the above-mentioned problem, and does not require a group of trimming capacitors, but does not require a resonance frequency caused by variations in inductance (L value) of the inductor and capacitance (C value) of the capacitor. It is an object of the present invention to provide a data carrier that can ignore fluctuation.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
(Solution 1)
In order to solve the above-mentioned problem, a data carrier according to the present invention has a carrier interface coupled to an external power supply by electromagnetic induction, and a data carrier supplied from an external power supply via the carrier interface. And a first resonance circuit and a second resonance circuit that resonate at any of frequencies within a predetermined range with respect to the carrier frequency, using the frequency of the carrier output from the external power supply source during power supply as the carrier frequency. It is assumed that a double tuning circuit in which circuits are connected in series is provided in the carrier interface.
[0014]
Thus, when power is supplied by a carrier from an external power supply source, a double-tuned circuit in which two resonance circuits are connected in series compared to a conventional data carrier in which a carrier interface is constituted by one resonance circuit. In the data carrier according to the present invention, the allowable range of the frequency of the carrier to which the power required for operating the data carrier is supplied is wider.
[0015]
The trimming capacitor can be adjusted even if the frequency at which the first resonance circuit resonates and the frequency at which the second resonance circuit resonates slightly deviate from the resonance frequency assumed at the time of manufacturing at the time of manufacture because the allowable range is widened. Instead, the power required for the data carrier to operate can be secured.
As a result, there is no need to create a trimming capacitor externally and perform trimming while checking the resonance frequency. This has the effect of eliminating the trimming capacitor and reducing labor and cost.
[0016]
In addition, there is an effect that the Q value is increased and the communication distance is easily extended by increasing the allowable range.
(Solution 2)
Furthermore, in addition to the contents described in the first solution, each of the first resonance circuit and the second resonance circuit has a frequency at which the first resonance circuit resonates at a frequency lower than a carrier frequency, The frequency at which the second resonance circuit resonates is a frequency higher than the carrier wave frequency, and the resonance curve indicating the frequency characteristic of the input impedance in the double tuning circuit indicates the frequency at which the first resonance circuit resonates and the second resonance frequency. Under the condition that the power for the minimum value within the predetermined range of the resonance curve showing the bimodal characteristic is equal to or greater than the power consumed by the data carrier, showing a bimodal characteristic with each of the frequencies at which the resonance circuit resonates as a maximal value. It may be composed of an inductor and a capacitor.
[0017]
As a result, the values of the inductor and the capacitor constituting each of the first resonance circuit and the second resonance circuit fluctuate, or a change in the resonance frequency due to the coupling between the external power supply source and the data carrier is absorbed. There is an effect that stable power can be supplied to the data carrier.
(Solution 3)
Further, in addition to the contents described in the Solution 2, the data carrier includes an antenna including a spirally arranged wiring pattern, and a tap provided in the middle of a circuit path of the wiring pattern; An IC chip having a built-in capacitor and a second capacitor, wherein the first resonance circuit includes a first inductor in a path from one end of the wiring pattern to a position where a tap is provided; And the second resonance circuit is formed by connecting the second inductor and the second capacitor in a path from the other end of the wiring pattern to the position where the tap is provided, in parallel with the second resonance circuit. It may be formed by connecting.
[0018]
As a result, one capacitor is added to the IC chip, and a tap is added to the antenna, unlike the conventional manufacturing process, without significantly changing the manufacturing process when creating the data carrier and without complicating the manufacturing process. By simply providing a wiring pattern for connecting the tap and the capacitor built in the IC chip, the tap can be formed without adding labor and cost.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, throughout the embodiments, a data carrier includes an IC (Integrated Circuit) chip, an antenna, and the like, and has a non-contact power supply from a reader / writer (not shown) via the antenna without an independent power supply. Type IC card.
[0020]
Non-contact type IC cards are roughly classified into a contact type IC card (ISO / IEC 10536), a proximity type IC card (ISO / IEC 14443), and a proximity type IC card (ISO / IEC 15693) according to communication distance. The dimensions are equivalent to the ID-1 type card (ISO / IEC 7810) and have a nominal tolerance of 85.72 mm x 54.03 mm x 0.76 mm ± tolerance. Then, when entering a communication area (area specified by the communication distance) with the reader / writer, the state changes from the standby state to the operating state.
[0021]
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a data carrier according to the embodiment. As shown in the figure, the data carrier 10 has an inlet sheet 13 having an IC chip 11 mounted on the front surface and an antenna 12 formed on the back surface, sandwiched between the overlay sheets 14 and 15, and the inlet sheet 13. And the overlay sheets 14 and 15 are bonded together.
[0022]
The inlet sheet 13 and the overlay sheets 14 and 15 are PVC (polyvinyl chloride) sheets having insulating properties.
FIG. 2A is a schematic diagram illustrating a front surface configuration of the inlet sheet, and FIG. 2B is a schematic diagram illustrating a rear surface configuration thereof.
As shown in FIG. 2A,

wiring patterns

16a, 16b, and 16c are arranged on the surface of the inlet sheet 13, and the IC chip 11 is surface-mounted on one end thereof. I have. One end of each of the

wiring patterns

16a, 16b, 16c is connected to the IC chip 11.
[0023]
The IC chip 11 is packaged in a surface mounting type such as TCP (Tape Carrier Package) and BGA (Ball Grid Array).
As shown in FIG. 2B, on the back surface of the inlet sheet 13, an antenna 12 in which wiring patterns are spirally arranged at equal intervals is formed. In addition, a tap (intermediate output) is provided in the middle of the circuit of the antenna 12.
[0024]
Further, openings are provided on the front surface or the back surface of the inlet sheet 13 at positions corresponding to both ends and taps of the antenna 12, and

connection portions

17a, 17b, 17c are provided at each of those openings.
In addition, both ends and taps of the antenna 12 are arranged so that the

connection parts

17a, 17b, and 17c are not scattered but are gathered in one place.
[0025]
Then, one end of the antenna 12 is connected to the other end of the wiring pattern 16a via the connection portion 17a. Similarly, a tap provided in the middle of the circuit path of the antenna 12 is connected to the other end of the wiring pattern 16b via the connection portion 17b. Further, the other end of the antenna is connected to the other end of the wiring pattern 16c via the connection portion 17c.
[0026]
The

wiring patterns

16a, 16b, 16c and the antenna 12 are formed by arranging a conductor such as copper or silver by a method such as embedding, etching, or screen printing with conductive ink.
(Configuration of carrier wave interface)
The configuration of the carrier interface of the data carrier formed as described above will be described.
[0027]
Here, the carrier interface refers to a functional unit that includes an IC chip 11 and an antenna 12 and serves as a window when a data carrier is fed from a reader / writer (not shown) by inductive coupling.
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a carrier interface of a data carrier in the embodiment.
[0028]
As shown in the figure, the carrier interface 30 of the data carrier 10 includes a coupling unit 35 instead of the coupling unit 75.
The coupling unit 35 has a resonance circuit 38a in which an inductor 36a and a resonance capacitor 37a are connected in parallel, and a double tuning circuit 39 in which a resonance circuit 38b in which an inductor 36b and a resonance capacitor 37b are connected in parallel is connected in series.
[0029]
The inductor 36a includes a wiring pattern in a path from the connecting portion 17a to the connecting portion 17b along the antenna 12, and

wiring patterns

16a and 16b. The inductor 36b includes a wiring pattern in a path from the connecting portion 17b to the connecting portion 17c along the antenna 12, and

wiring patterns

16b and 16c. The

resonance capacitors

37a and 37b are capacitors built in the IC chip 11. The resonance capacitor 37a is connected to one end (on the IC chip 11 side) of each of the

wiring patterns

16a and 16b, and the resonance capacitor 37b is connected to one end (on the IC chip 11 side) of the

wiring patterns

16b and 16c. Is connected to the destination.
[0030]
Note that the connection destination of one end (the IC chip 11 side) of the wiring pattern 16b may be grounded or may be open.
(Frequency characteristic)
The frequency characteristics of the double tuning circuit 39 configured as described above will be described.
[0031]
Hereinafter, a proximity IC card (ISO / IEC 14443) in which the frequency fc of a carrier output from a reader / writer (not shown) is 13.56 MHz will be described as an example.
Note that the resonance frequency f1 at which the resonance circuit 38a resonates is 13.06 MHz (lower than 500 kHz from the frequency fc), and the resonance frequency f2 at which the resonance circuit 38b resonates is 14.06 MHz (500 kHz higher than the frequency fc). The difference between the resonance frequency f1 and the resonance frequency f2 is 1 MHz.
[0032]
The number of turns of the antenna 12 is set to four, and the inductance of the inductor 36a that forms the resonance circuit 38a is specified from the number of turns specified from the position where the connection portion 17b is provided. It is assumed that the capacitance of the resonance capacitor 37a is specified. Similarly, it is assumed that after the inductance of the inductor 36b forming the resonance circuit 38b is specified, the respective values of the capacitance of the resonance capacitor 37b are specified in accordance with the resonance frequency f2.
[0033]
Here, if the inductance of the inductor 36a is L1 and the capacitance of the resonance capacitor 37a is C1, the frequency f1 at which the resonance circuit 38a resonates is expressed by the following equation (1). Similarly, if the inductance of the inductor 36b is L2 and the capacitance of the resonance capacitor 37b is C2, the frequency f2 at which the resonance circuit 38b resonates is expressed by the following equation (2). The input impedance Z1 of the resonance circuit 38a at the frequency f is represented by the following equation (3), and the input impedance Z2 of the resonance circuit 38b is represented by the following equation (4). The impedance Z is represented by the following equation (5).
[0034]
(Equation 1)

[0035]
As a rough guide, when the number of turns of each of the antenna portion corresponding to the inductor 36a and the antenna portion corresponding to the inductor 36b is two turns, the capacitance of each of the

resonance capacitors

37a and 37b is about several tens of pF. In general, if the number of turns is the same, the larger the diameter is, the larger the number of turns is, and the larger the number of loose turns is the same, the larger the inductance (L1) of the inductor 36a is. It is larger than the inductance (L2) of 36b.
[0036]
FIGS. 4A, 4B, and 4C are graphs showing the frequency characteristics of the input impedance in each of the two resonance circuits and the double tuning circuit that constitute the double tuning circuit.
The frequency is shown on the horizontal axis, and the input impedance is shown on the vertical axis.
As shown in FIG. 4A, a resonance curve 41 (a line indicated by a solid line in the figure) is a resonance curve of the resonance circuit 38a assumed at the time of design.
[0037]
A resonance curve 41a (a line shown by a broken line in the figure) is a resonance curve in a case where it is assumed that the resonance frequency shifts to the lower frequency side due to the variation of the respective values of the inductor 36a and the resonance capacitor 37a at the time of manufacturing. And a resonance curve 41b (a line indicated by a dashed line in the figure) is a resonance curve in a case where it is assumed to shift to a higher frequency side. Further, df1 shown in the drawing indicates a shift of the resonance frequency f1 of the resonance circuit 38a due to the variation of the inductor 36a and the resonance capacitor 37a during manufacturing.
[0038]
As shown in FIG. 4B, the resonance curve 42 (the solid line in the figure) is a resonance curve of the resonance circuit 38b assumed at the time of design.
A resonance curve 42a (a line shown by a broken line in the figure) is a resonance curve in a case where it is assumed that the resonance frequency shifts to a lower frequency side due to the variation of the respective values of the inductor 36b and the resonance capacitor 37b during manufacturing. , And the resonance curve 42b (the line indicated by the one-dot broken line in the figure) is a resonance curve when it is assumed to shift to the high frequency side.
[0039]
Further, df2 shown in the drawing indicates a shift of the resonance frequency f2 of the resonance circuit 38b due to the variation of the inductor 36b and the resonance capacitor 37b during manufacturing.
As shown in FIG. 4C, the resonance curve 43 (the line indicated by the solid line in the figure) is a resonance curve of the double tuning circuit 39 assumed at the time of design.
[0040]
The resonance curve 43a (the line shown by the broken line in the figure) is assumed to be due to a variation at the time of manufacturing, where the resonance frequency of the resonance circuit 41a shifts to the low frequency side and the resonance frequency of the resonance circuit 41b shifts to the high frequency side. The resonance curve 43b (the line shown by a dashed line in the drawing) is assumed to be that the resonance frequency of the resonance circuit 41a shifts to the high frequency side and the resonance frequency of the resonance circuit 41b shifts to the low frequency side. It is a resonance curve when it is performed.
[0041]
Further, a bimodal characteristic is shown in which the maximum value is obtained at the frequency f1 at which the resonance circuit 38a resonates and the frequency f2 at which the resonance circuit 38b resonates, and the minimum value is obtained at the frequency fc.
Furthermore, when the resonance frequency of the resonance circuit 41a shifts to the low frequency side and the resonance frequency of the resonance circuit 41b shifts to the high frequency side due to manufacturing variations, the input impedance near the minimum value decreases, and the supplied power decreases. Become smaller. When the resonance frequency of the resonance circuit 41a shifts to the high frequency side and the resonance frequency of the resonance circuit 41b shifts to the low frequency side, the input impedance near the minimum value increases, and the supplied power increases.
[0042]
(Summary)
As described above, the frequency f1 at which the resonance circuit 38a resonates is a frequency lower than the resonance frequency fc across the frequency fc of the carrier wave output from the reader / writer (not shown), and the frequency f2 at which the resonance circuit 38b resonates is The resonance curve 40, which is a frequency higher than the resonance frequency fc and indicates the frequency characteristic of the input impedance in the double tuning circuit 39, shows that the frequency at which the resonance circuit 38a resonates and the frequency at which the resonance circuit 38b resonates are maximum values. Under the condition that the power for the minimum value between the frequency f1 and the frequency f2 of the resonance curve 40 showing the bimodal characteristic is equal to or higher than the power consumed by the data carrier 10, the

inductors

36a, 36b and the respective values (L1, L2, C1, C2) of the

resonance capacitors

37a, 37b can be selected during manufacturing. , Even vary these values slightly, suggesting that the power data carrier 10 is required for the operation can be secured.
[0043]
(Other)
Instead of arranging the wiring patterns at equal intervals as in the antenna 12, the intervals may be changed.
For example, as shown in FIGS. 5A and 5B, the antenna 52 may have a spirally arranged wiring pattern in two stages.
[0044]
Also, as shown in FIGS. 6A and 6B, the antenna 62 may be configured such that the connection portion 67a provided in the circulating path of the wiring pattern is disposed immediately below the IC chip 11. At this time, only the

wiring patterns

66a and 66b are connected to the IC chip 11 and the antenna 62.
Although a non-contact IC card has been described as an example of the data carrier, a non-contact IC tag may be used.
[0045]
Here, the non-contact type IC tag has a built-in IC chip in which a memory and a control circuit are integrated similarly to the non-contact type IC card, and records data such as an ID number and product characteristics in the built-in memory. In addition, it is attached to various commodities for merchandise management and luggage management, supplied with power from a reader / writer by inductive coupling, and exchanges data with the reader / writer in a non-contact manner.
[0046]
【The invention's effect】
As described above, in the data carrier according to the present invention, even when the trimming capacitor group is not required, the fluctuation of the resonance frequency caused by the variation of the inductance (L value) of the inductor and the capacitance (C value) of the capacitor is eliminated. I can ignore it. As a result, in a conventional data carrier, when the Q value is increased, the power that can be received is reduced, and a data carrier having a short communication distance is easily formed. To cope with this problem, it is troublesome (trimming) when manufacturing the data carrier. And the cost (trimming capacitor group) is increased.
[0047]
Further, in a non-contact type IC tag system including a non-contact type IC tag and a reader / writer, as the communication distance increases, the controllable range expands and convenience improves, so that the effect of the data carrier according to the present invention is remarkable. Be demonstrated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a data carrier in an embodiment.
FIG. 2A is a schematic diagram illustrating a front surface configuration of an inlet sheet, and FIG. 2B is a schematic diagram illustrating a rear surface configuration thereof.
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a carrier interface of a data carrier in the embodiment.
FIGS. 4 (a), (b), and (c) are graphs showing frequency characteristics of input impedance in each of two resonance circuits and a double tuning circuit that constitute a double tuning circuit.
FIG. 5A is a schematic diagram showing a surface configuration of an inlet sheet as a modification, and FIG. 5B is a schematic diagram showing a rear surface configuration thereof.
FIG. 6A is a schematic diagram showing a surface configuration of an inlet sheet as a modified example, and FIG. 6B is a schematic diagram showing a rear surface configuration thereof.
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of a carrier interface of a conventional data carrier.
[Explanation of symbols]
11 IC chip 12 Antenna 13 Inlet sheets 14, 15

Overlay sheets

16a, 16b,

16c Wiring patterns

17a, 17b, 17c Connection part 30 Carrier interface 35

Coupling parts

36a, 36b

Inductors

37a, 37b

Resonant capacitors

38a, 38b Resonant circuit 39

Double tuning circuits

41a, 41b,

41c Resonance curves

42a, 42b, 42c Resonance curves 43a, 43b, 43c Resonance curve 52

Antennas

56a, 56b,

56c Wiring patterns

67a, 67b, 67c Connection part 62

Antennas

66a,

66b Wiring patterns

67a, 67b, 67c Connection part 70 Carrier interface 71 Clock generation part 72 Demodulation part 73 Rectification part 74 Load switch control part 75 Coupling part 81 IC chip 82 Antenna 83 Trimming capacitor group 84 Resonant capacitor

Claims

A data carrier having a carrier interface coupled to an external power supply by electromagnetic induction, and fed from an external power supply via the carrier interface,
A first resonance circuit and a second resonance circuit that resonate at any of frequencies within a predetermined range with respect to the carrier frequency, using the frequency of a carrier output from an external power supply source as a carrier frequency during power supply, in series. A data carrier, wherein a connected double-tuned circuit is provided on the carrier interface.

Each of the first resonance circuit and the second resonance circuit includes:
The frequency at which the first resonance circuit resonates is a frequency lower than the carrier frequency, the frequency at which the second resonance circuit resonates is a frequency higher than the carrier frequency, and the input impedance of the double-tuned circuit is The resonance curve indicating the frequency characteristic indicates a bimodal characteristic in which each of the frequency at which the first resonance circuit resonates and the frequency at which the second resonance circuit resonates has a maximum value. 2. The data carrier according to claim 1, wherein the data carrier is constituted by an inductor and a capacitor under a condition that the power for the minimum value within the predetermined range is equal to or more than the power consumed by the data carrier.

The data carrier comprises:
An antenna including a spirally arranged wiring pattern and a tap provided in the middle of a circuit path of the wiring pattern;
An IC chip having a first capacitor and a second capacitor built therein,
The first resonance circuit includes:
A first inductor and a first capacitor in a path from one end of the wiring pattern to a position provided with a tap are formed by connecting a first capacitor in parallel;
The second resonance circuit includes:
3. The data carrier according to claim 2, wherein the data carrier is formed by connecting in parallel a second inductor and a second capacitor in a path from the other end of the wiring pattern to a position where the tap is provided.