JP2004206383A

JP2004206383A - Contactless ic card reader-writer

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Publication number: JP2004206383A
Application number: JP2002374383A
Authority: JP
Inventors: Futoshi Deguchi; 太志出口; Hiroshi Yoshinaga; 洋吉永; Akihiko Hirata; 明彦平田; Masahiko Tanaka; 雅彦田中
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-12-25
Filing date: 2002-12-25
Publication date: 2004-07-22
Anticipated expiration: 2022-12-25
Also published as: JP4657574B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a contactless IC card reader-writer having excellent transmission and reception characteristics. SOLUTION: The contactless IC card reader-writer is provided with a loop antenna for supplying power and transmission signals to a contactless IC card by electromagnetic induction and acquiring reception signals from the contactless IC card by load fluctuation, a first resonance circuit part for resonating the loop antenna to a desired first frequency, and a radio transmission part for supplying the power and transmission data to the loop antenna through the first resonance circuit part. Further, it is provided with a radio reception part for acquiring the reception signals from the loop antenna through a second resonance circuit part resonated to a desired second frequency connected to the loop antenna by a coupling capacitor. From the reception signals, data from the contactless IC card are demodulated by a demodulation circuit. COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は非接触ＩＣカードシステムで用いられる読取／書込装置に係り、特に非接触ＩＣカードへの電力伝送効率、および非接触ＩＣカードからのデータ受信効率を改良した非接触ＩＣカード読取／書込装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＩＣカードを用いた読取／書込システムは、一般に非接触ＩＣカードシステムと呼ばれ、例えば１３．５６ＭＨｚの周波数帯を利用した物流システム、交通システム、航空貨物管理システム等々に実用化されつつある。ここで、図１０は従来の非接触ＩＣカードシステムの説明図である。このシステムは、図１０に示すように、１枚の樹脂製カード上にＩＣチップ１０３とアンテナコイル１０２を備えた非接触ＩＣカード１０１と、この非接触ＩＣカード１０１との通信を行う読取／書込装置１０５とを備え、この読取／書込装置１０５にはループアンテナ１０４が備えられている。このループアンテナ１０４により電力と送信データを常時または間欠に送信し、この電力と送信データを受信できる範囲内にある非接触ＩＣカード１０１からの受信データを得るものである。
【０００３】
一例として（特許文献１）に記載の非接触ＩＣカードシステムの読取／書込装置を図１１に示す。なお、図１１は従来の非接触ＩＣカードシステムの読取／書込装置と非接触ＩＣカードの結合に関連する部分を示したブロック図である。以下、図１０および図１１を用いて、非接触ＩＣカードシステムの動作を説明する。
【０００４】
まず、送信データ伝送の場合は、前段の発振器からの搬送波を変調器へ入力し、送信データによりこれを変調する（図示せず）。そしてこの変調波を図１１に示す電力増幅器１０６で増幅し、マッチング回路１０７を介してループアンテナ１０８から送信する。
【０００５】
また、電力伝送のみの場合は、前段の発振器からの搬送波を無変調のままで送信する。この読取／書込装置から非接触ＩＣカードへの送信は、電磁結合によりループアンテナ１０８が生成する磁束が非接触ＩＣカードのアンテナコイル１０９と鎖交し、誘起電圧を励起することにより行われる。非接触ＩＣカード側では、アンテナコイル１０９の誘起電圧をＩＣチップ内の整流回路（図示せず）で整流し、非接触ＩＣカード内の各回路の電源として用いる。また、同じ誘起電圧を復調回路（図示せず）へ導いて読取／書込装置からのデータを復調する。
【０００６】
次に、非接触ＩＣカードより読取／書込装置へのデータ伝送時には、読取／書込装置は無変調の搬送波を送信して、非接触ＩＣカードへ電力供給のみを行っている。非接触ＩＣカード側では、ＩＣチップ内のメモリ（図示せず）から読み出されたデータに応じて、例えばアンテナコイル１０９に接続された負荷抵抗（図示せず）とスイッチ（図示せず）とからなる変調回路（図示せず）にて、データの“１”、“０”ビットに応じて、このスイッチがオン、オフされる。上記のようにスイッチがオン、オフすると、アンテナコイル１０９に対する負荷Ｚが変動し、この変動が読取／書込装置側のループアンテナ１０８へ電磁誘導により伝わり、ループアンテナ１０８側のインピーダンスが変動し、図１１（ａ）の点Ａに於ける電圧／電流すなわちインピーダンスが、非接触ＩＣカードの送信データに応じて変化する。結果として高周波信号の振幅が変動する。即ち、この高周波信号はＩＣカードのデータによって振幅変調される。この変調高周波信号が復調回路１１０で復調されて受信データが得られる。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−００７９７６号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
第一の従来例として図１１（ａ）は並列共振を用いたときの復調回路１１０の周辺を詳細に示したもので、コンデンサ１１４がループアンテナ１０８と並列共振する。この場合、並列共振回路のインピーダンスはその共振点付近では大きな値となるから、マッチング回路１０７の出力側インピーダンスもそれに合わせて大きな値であり、このハイインピーダンス点の電圧Ｖを抵抗器１１３を介して復調回路１１０へ取り込み復調することとなる。この構成では、搬送波電流は抵抗器１１３と復調回路１１０の搬送波帯での入力インピーダンスとの直列インピーダンスが、ループアンテナ１０８とコンデンサ１１４からなる並列回路に並列に入ることになり、非接触ＩＣカードからのデータ検出のために共振回路のＱを低下させることとなってしまう。これは直ちに非接触ＩＣカードへの電力伝送効率を低下させる。
【０００９】
また、図１１（ｂ）は、第二の従来例として、直列共振を用いたときの復調回路１１０の周辺を示したもので、この場合にはループアンテナ１０８とコンデンサ１１４とからなる直列共振回路を形成している。直列共振時にはその回路のインピーダンスは小さい値となるので、この場合は電力増幅器１０６からの電流Ｉを抵抗器１１３へ流し、その電圧降下を復調回路１１０で検出する。従って、抵抗器１１３に於ける電力消費が生じ、さらにこの場合には直列共振回路に抵抗器１１３が直列に入ることになってＱが低下し、非接触ＩＣカードへの電力伝送効率を低下させる。
【００１０】
上記のように第一から第二の従来例のいずれの回路においても、共振回路は一つであり、電力と送信信号を伝送する搬送波の周波数と、ＩＣカード側からの受信信号の周波数に対し、両方の周波数をカバーする必要が有った。それゆえ従来の回路においては、アンテナのＱ値を下げる必要が有り、Ｑ値を下げるためループアンテナ１０８に直列または並列に抵抗を挿入していた（図示せず）。その特性を示したのが図４である。なお、図４はアンテナの周波数とＱ値の関係を示すグラフである。図においてアンテナのＱが低い場合、実線（Ｑ＝Ｌ）で示すように送信信号を伝送する搬送波の周波数を中心に、受信信号の周波数である±副搬送波周波数の範囲まで帯域を広げる必要があった。そのためＱ値を下げる事により電力と送信信号を伝送する搬送波のレベルが大幅に低下し、その結果非接触ＩＣカードへの電力伝送効率が大幅に低下するという課題があった。さらに受信データを取得する場合も、共振回路は一つであるがゆえに電力増幅器１０６からの大振幅の高周波信号が復調回路１１０へ流入する事になり、この大振幅の高周波信号をフィルタリングする為に、高性能な帯域阻止特性を有するフィルタ回路を復調回路１１０の前段に設けねばならないという課題があった。
【００１１】
そこで、本発明は上記従来の課題を解決するものであり、良好な送受信特性を有する非接触ＩＣカード読取／書込装置を提供する事を目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、非接触ＩＣカードに電磁誘導により電力と送信信号を供給し、非接触ＩＣカードからの受信信号を負荷変動により取得するループアンテナと、このループアンテナを所望の第一の周波数に共振させるための第一の共振回路部と、第一の共振回路部を介しループアンテナに電力と送信データを供給する無線送信部を設け、さらにループアンテナにカップリングコンデンサにて接続された、所望の第二の周波数に共振した第二の共振回路部を介して、ループアンテナからの受信信号を取得する無線受信部を設け、その受信信号から復調回路により非接触ＩＣカードからのデータを復調するように構成したものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、非接触ＩＣカードに電磁誘導により電力と送信信号を供給し、非接触ＩＣカードからの受信信号を負荷変動により取得するループアンテナと、このループアンテナを所望の第一の周波数に共振させるための第一の共振回路部と、第一の共振回路部を介しループアンテナに電力と送信データを供給する無線送信部を設け、さらにループアンテナにカップリングコンデンサにて接続された、所望の第二の周波数に共振した第二の共振回路部を介して、ループアンテナからの受信信号を取得する無線受信部を設け、その受信信号から復調回路により非接触ＩＣカードからのデータを復調するように構成された非接触ＩＣカードシステムの読取／書込装置である。この構成にする事により、送信周波数専用の共振回路と受信周波数専用の共振回路を設ける事ができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、第一の共振回路部の共振周波数を、電力と送信信号を伝送する搬送波の周波数に、第二の共振回路部の共振周波数を、非接触ＩＣカード側の負荷変動にて形成される変調副搬送波の周波数に設定した構成にした非接触ＩＣカードシステムの読取／書込装置である。この構成にする事により、読取／書込装置からの送信時において、電力と送信信号を伝送する搬送波周波数に特化した周波数に第一の共振回路部の共振周波数を設定する事により、Ｑ値の最大化が計れ効率よく電力と送信信号を伝送できるため電力伝送効率が向上する。
【００１５】
さらに非接触ＩＣカード側からのデータの受信時において、負荷変調された受信変調側波帯に特化した周波数に第二の共振回路部の共振周波数を設定する事により、Ｑ値の最大化が計れ搬送波の受信側への回り込みを大幅に低減でき、その結果効率よく受信信号を受信できるため受信効率が向上する。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、第二の共振回路部を構成する第一のコイルに近接設置され、相互誘導にて結合された第二のコイルを設け、第一のコイルの一端を第一のグランドに、第二のコイルの一端を第二のグランドに接地し、送信部およびアンテナ回路部と受信部のグランドを分離した構成にしたことにより、送信部からの大振幅の搬送波信号により受信側のグランドが振られる事を防止し受信性能を大幅に改善したものである。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、第二の共振回路部を構成する第一のコイルＬ３の巻数ｎ１と、相互誘導にて結合された第二のコイルＬ４の巻数ｎ２を、第二の共振回路部の出力インピーダンスＺ１と前記無線受信部の入力インピーダンスＺ２に夫々整合する様に選定した構成にしたことにより、第一のコイルＬ３と第二のコイルＬ４にインピーダンス変換機能を持たせたもので、不整合損失を低減でき受信性能を改善したものである。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、第二の共振回路部を構成する第二のコイルＬ４の一端と他端間に、第一のコンデンサＣ１および第二のコンデンサＣ２を直列に接続し、そのＣ１−Ｃ２の接合点より出力信号を取り出し、前記無線受信部の入力インピーダンスに整合する様に接続する構成にしたことにより、第二の共振回路機能と前記無線受信部とのインピーダンス変換機能を併用させ、回路規模の小型化および受信効率を向上させたものである。
【００１９】
請求項６に記載の発明は、請求項４に記載の第二の共振回路部を構成する第一のコイルＬ３と、相互誘導にて結合された第二のコイルＬ４からなる構成において、第二の共振回路部の共振周波数を、非接触ＩＣカード側の負荷変動にて形成される両側波帯のうち、下側の変調副搬送波の周波数に設定した構成にしたことにより、受信側から見れば搬送波は非希望波（Ｕ）、変調副搬送波は希望波（Ｄ）であり、それゆえＤＵ比を大きくするためには、当然の事であるが希望波（Ｄ）を大きく、非希望波（Ｕ）を小さくする必要がある。Ｌ３とＬ４は誘導結合されている為、Ｌ３とＬ４は周波数が高い程結合度が低く、周波数が低い程結合度が高くなる。よって周波数が高い非希望波（Ｕ）より、周波数の低い希望波（Ｄ）の方が結合度が大きくなる。それゆえＤＵ比の改善が計れ受信性能を向上させたものである。
【００２０】
請求項７に記載の発明は、請求項５に記載の第二のコイルＬ４の一端と他端間に、第一のコンデンサＣ１および第二のコンデンサＣ２を直列に接続し、そのＣ１−Ｃ２の接合点より出力信号を取りす構成において、第二の共振回路部の共振周波数を、非接触ＩＣカード側の負荷変動にて形成される両側波帯のうち、上側の変調副搬送波の周波数に設定した構成にしたことにより、受信側から見れば搬送波は非希望波（Ｕ）、変調副搬送波は希望波（Ｄ）であり、それゆえＤＵ比を大きくするためには、当然の事であるが希望波（Ｄ）を大きく、非希望波（Ｕ）を小さくする必要がある。搬送波の周波数に共振している第一の共振回路と、上側の変調副搬送波に共振している第二の共振回路は結合コンデンサＣ３で結合している為、高い周波数では結合度が大きく、低い周波数では結合度が小さくなる。それゆえ周波数が高い希望波（Ｄ）の方が周波数の低い非希望波（Ｕ）より結合度が大きくなりそれゆえＤＵ比の改善が計れ受信性能を向上させたものである。さらに受信部とインピーダンス整合する為に誘導結合での２次巻き線でのインピーダンス変換でははなく、共振回路のコンデンサによるタップダウン回路を用いることでこのＤＵ比を確保したまま、インピーダンスの変換も可能となる。
【００２１】
請求項８に記載の発明は、搬送波の周波数に共振している第一の共振回路と、変調副搬送波に共振している第二の共振回路を、結合コンデンサＣ３で結合し副同調回路を構成する。まず結合コンデンサＣ３の特性により、高い周波数では結合度が大きく、低い周波数では結合度が小さくなる。これとは逆に、第二の共振回路部を構成する第一のコイルＬ３と、相互誘導にて結合された第二のコイルＬ４の特性は、誘導結合されているがゆえに周波数が高い程結合度が小さく、周波数が低い程結合度が大きくなる。したがって、これら相反する特性を有する二つの回路を組み合わせた場合、各々の特性が相殺しあいフラットな周波数特性を有する広帯域な共振回路を得ることができる。その結果、周波数に関係無く変調副搬送波が２１２ＫＨｚ、４８４ＫＨｚ、８４７ＫＨｚと異なるシステムでも一つのハードウェアーでＤＵ比が一定にとれ、回路規模のの小型化と共に安定した受信特性を得ることができる。
【００２２】
請求項９に記載の発明は、前記第二の共振回路部と前記無線受信部間に中間周波トランスを設け、前記中間周波トランスの第一のコイルＬ５の一端を前記第二の共振回路部のグランドに、前記中間周波トランスの第二のコイルＬ６の一端を前記無線受信部のグランドに接地し、第二の共振回路部および無線受信部のグランドを分離しするとともに、中間周波トランスにより搬送波と受信信号波を周波数的に分離した構成にしたことにより、第二の共振回路部からの大振幅の搬送波にて無線受信部のグランドが振られる事を防止し、さらに無線受信部への搬送波周波数成分の流入を大幅に抑圧することが可能となり、受信性能を改善することができる。
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図９を用いて説明する。なお、本発明における非接触ＩＣカードの定義は、いわゆるカードに限定されるものではなく、非接触で読取／書込装置との通信を行うことができる無線通信媒体である。よって、用途によってはＩＣタグ、ＩＤタグ、識別ラベルと呼ばれるものを含む。
【００２４】
まず、図３を用いて副搬送波を利用した変調方式について説明する。図３は周波数と信号強度の関係を示すグラフである。図３に示すように非接触ＩＣカードシステムでは、副搬送波を利用した変調方式が主に周波数範囲１３．５６ＭＨｚでのシステムにおける非接触ＩＣカード側から読取／書込装置へのデータ転送のための負荷変調に使用される。ここで、図９は１３．５６ＭＨｚシステム比較表を示す図である。１３．５６ＭＨｚでのシステムでは、図９に示すように副搬送波周波数８４７ＫＨｚ（１３．５６ＭＨｚ／１６）、４２３ＫＨｚ（１３．５６ＭＨｚ／３２）または２１２ＫＨｚ（１３．５６ＭＨｚ／６４）が通常使用される。図３に示すように、副搬送波での負荷変調は、搬送波周波数の近傍の±副搬送波周波数ｆＨの所に、２つのスペクトルを発生させる。結合度の弱い非接触ＩＣカードシステムでは、読取／書込装置の搬送波信号と負荷変調された受信変調側波帯との差は、約８０〜９０ｄＢの範囲で変動する。２つの副搬送波変調のうち情報はどちらの側波帯にも含まれるため周波数は下側副搬送波が使用されても、上側副搬送波が使用されても良い。
【００２５】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態に係る非接触ＩＣカード読取／書込装置を示すブロック図である。図１（ａ）は本発明の実施の形態に係る非接触ＩＣカード読取／書込装置を示すブロック図、図１（ｂ）は（ａ）の部分詳細図であり、共振回路の一例として直列共振回路を用いた場合の詳細図である。図１において送信データ伝送の場合は、発振器７からの搬送波を変調器８へ入力し、送信データによりこれを変調する。そしてこれを電力増幅器９で増幅し、マッチング回路１０を経て、図１に示すＣ１、Ｃ２、Ｌ１から成る第一の共振回路４を介してループアンテナ３から送信する。また、電力伝送のみの場合は、発振器７からの搬送波を無変調のままで送信する。この読取／書込装置１１１から非接触ＩＣカード１１２への送信は、電磁結合によりループアンテナ３が生成する磁束が非接触ＩＣカード１１２のアンテナコイル１２と鎖交し、誘起電圧を励起することにより行われる。非接触ＩＣカード１１２では、アンテナコイル１２の誘起電圧をＩＣチップ１３内の整流回路（図示せず）で整流して非接触ＩＣカード内の各回路の電源として用いる。また、同じ誘起電圧を復調回路（図示せず）へ導いて読取／書込装置からのデータを復調する。
【００２６】
次に、非接触ＩＣカード１１２より読取／書込装置１１１へのデータ伝送時には、読取／書込装置は無変調の搬送波を送信して、非接触ＩＣカードへ電力供給のみを行っている。非接触ＩＣカード側では、ＩＣチップ１３内のメモリ（図示せず）から読み出されたデータＤＡＴＡｂに応じて、例えばアンテナコイル１３に接続された負荷抵抗（図示せず）とスイッチ（図示せず）とからなる変調回路（図示せず）において、データの“１”、“０”ビットに応じて、このスイッチがオン、オフされる。読取／書込装置１１１においては、上記のようにスイッチがオン、オフすると、アンテナコイル１２に対する負荷が変動する。この変動が読取／書込装置側のループアンテナ３へ電磁誘導により伝わり、ループアンテナ３側のインピーダンスが変動する。ループアンテナ３に接続されたカップリングコンデンサＣ３を介して、Ｃ４、Ｌ３から成る第二の共振回路５を介して、無線受信部２の復調器１１でデータが復調される。上記の構成にする事により、送信周波数専用の共振回路と受信周波数専用の共振回路を設ける事が送受信特性の改善が計れる。
【００２７】
（実施の形態２）
図１（ｂ）において、第一の共振回路部４のＣ１、Ｃ２、Ｌ１の値を電力と送信信号を伝送する搬送波の周波数になるよう設定し、第二の共振回路部５のＣ４、Ｌ３の値を、接触ＩＣカード側の負荷変動にて形成される変調副搬送波の周波数になるよう設定する事により、図５に示すように、読取／書込装置１１１からの送信時において、電力と送信信号を伝送する搬送波周波数に特化した周波数に、第一の共振回路部の共振周波数を設定する事により、Ｑ値の最大化が計れ、効率よく電力と送信信号を伝送できるため電力伝送効率が向上する。なお、図５は同調回路の周波数とＱ値の関係を示すグラフである。
【００２８】
さらにＩＣカード側からのデータの受信時において、負荷変調された受信変調側波帯に特化した周波数に、第二の共振回路部の共振周波数を設定する事により、Ｑ値の最大化が計れ、搬送波の受信側への回り込みを大幅に低減でき、その結果効率よく受信信号を受信できるため受信効率が向上する。
【００２９】
（実施の形態３）
図１（ｂ）において、第二の共振回路部５を構成する第一のコイルＬ３に近接設置され、相互誘導にて結合された第二のコイルＬ４を設け、第一のコイルＬ３の一端を第一のグランドＧ１に、第二のコイルＬ４の一端を第二のグランドＧ２に接地し、無線送信部およびアンテナインターフェース部のグランドＧ１と受信部のグランドＧ２を分離した構成にしたことにより、送信部からの大振幅の搬送波信号により、受信側のグランドＧ２が振られる事を防止し受信性能を大幅に改善したものである。
【００３０】
（実施の形態４）
図１（ｂ）において、第二の共振回路部を構成する第一のコイルＬ３の巻数ｎ１と、相互誘導にて結合された第二のコイルＬ４の巻数ｎ２を、第二の共振回路部の出力インピーダンスＺ１と前記無線受信部の入力インピーダンスＺ２に夫々整合する様に選定した構成にしたことにより、第一のコイルＬ３と第二のコイルＬ４にインピーダンス変換機能を持たせたもので、不整合損失を低減でき受信性能を改善するとともにインピーダンス変換回路を別途設ける必要がなくなり、回路規模の小型化およびコストダウン効果が計られる。
【００３１】
（実施の形態５）
図２は本発明の実施の形態に係る非接触ＩＣカード読取／書込装置を示すブロック図である。図２（ａ）は本発明の実施の形態に係る非接触ＩＣカード読取／書込装置を示すブロック図、図２（ｂ）は（ａ）の部分詳細図であり、第一の共振回路の一例として直列共振回路を用いた場合の詳細図である。図２に示すように第二の共振回路部を構成する第二のコイルＬ４の一端と他端間に、第一のコンデンサＣ６および第二のコンデンサＣ７を直列に接続し、そのＣ６−Ｃ７の接合点より出力信号を取り出し、前記無線受信部の入力インピーダンスに整合する様に接続する構成にしたことにより、第二の共振回路機能と前記無線受信部とのインピーダンス変換機能を併用させ、回路規模の小型化および受信効率を向上させたものである。
【００３２】
（実施の形態６）
図１（ｂ）において、第二の共振回路部５を構成する第一のコイルＬ３と、相互誘導にて結合された第二のコイルＬ４からなる構成において、第二の共振回路部５の共振周波数を、図６（ｂ）に示すように接触ＩＣカード側の負荷変動にて形成される両側波帯のうち、下側の変調副搬送波の周波数に設定した構成にしたことにより、受信側から見れば搬送波は非希望波（Ｕ）、変調副搬送波は希望波（Ｄ）であり、それゆえＤＵ比を大きくするためには、当然の事であるが希望波（Ｄ）を大きく、非希望波（Ｕ）を小さくする必要がある。Ｌ３とＬ４は誘導結合されている為、図６（ａ）に示すようにＬ３とＬ４は周波数が高い程結合度が低く、周波数が低い程結合度が高くなる。よって周波数が高い非希望波（Ｕ）より、周波数の低い希望波（Ｄ）の方が結合度が大きくなる。それゆえＤＵ比の改善が計れ受信性能を向上させたものである。なお、図６は周波数対結合度および受信信号強度を示すグラフである。
【００３３】
（実施の形態７）
図２（ｂ）において、第二の共振回路部５を構成する第一のコイルＬ３と、相互誘導にて結合された第二のコイルＬ４からなる構成において、コイルＬ４の一端と他端間に、第一のコンデンサＣ６および第二のコンデンサＣ７を直列に接続し、そのＣ６−Ｃ７間の中点より出力信号を取りす構成において、第二の共振回路部５の共振周波数を、図７（ｂ）に示すように接触ＩＣカード側の負荷変動にて形成される両側波帯のうち、上側の変調副搬送波の周波数に設定した構成にしたことにより、受信側から見れば搬送波は非希望波（Ｕ）、変調副搬送波は希望波（Ｄ）であり、それゆえＤＵ比を大きくするためには、当然の事であるが希望波（Ｄ）を大きく、非希望波（Ｕ）を小さくする必要がある。搬送波の周波数に共振している第一の共振回路と、上側の変調副搬送波に共振している第二の共振回路は結合コンデンサＣ３で結合している為、図７（ａ）に示すように高い周波数では結合度が大きく、低い周波数では結合度が小さくなる。それゆえ周波数が高い希望波（Ｄ）の方が周波数の低い非希望波（Ｕ）より結合度が大きくなりそれゆえＤＵ比の改善が計れ受信性能を向上させたものである。さらに受信部とインピーダンス整合する為に誘導結合での２次巻き線でのインピーダンス変換でははなく、共振回路のコンデンサによるタップダウン回路を用いることでこのＤＵ比を確保したまま、インピーダンスの変換も可能となり、回路規模の小型化も計れる。なお、図７は周波数対結合度および受信信号強度を示すグラフである。
【００３４】
（実施の形態８）
図２（ｂ）において、搬送波の周波数に共振している第一の共振回路と、変調副搬送波に共振している第二の共振回路を、結合コンデンサＣ３で結合し副同調回路を構成する。まず図８（ａ）に示すように結合コンデンサＣ３の特性により、高い周波数では結合度が大きく、低い周波数では結合度が小さくなる。これとは逆に、第二の共振回路部を構成する第一のコイルＬ３と、相互誘導にて結合された第二のコイルＬ４の特性は、誘導結合されているがゆえに周波数が高い程結合度が小さく、周波数が低い程結合度が大きくなる。したがって、これら相反する特性を有する二つの回路を組み合わせた場合、各々の特性が相殺しあいフラットな周波数特性を有する広帯域な共振回路を得ることができる。その結果、図８（ｂ）に示すように周波数に関係無く変調副搬送波が２１２ＫＨｚ、４８４ＫＨｚ、８４７ＫＨｚと異なるシステムでも一つのハードウェアーでＤＵ比が一定にとれ、回路規模の小型化と共に安定した受信特性を得ることができる。なお、図８は周波数対結合度および受信信号強度を示すグラフである。
【００３５】
（実施の形態９）
図２（ｂ）において、第二の共振回路部と無線受信部間に中間周波トランス１４を設け、中間周波トランスの第一のコイルＬ５の一端を第二の共振回路部のグランドＧ２に、中間周波トランスの第二のコイルＬ６の一端を無線受信部のグランドＧ３に接地し、第二の共振回路部および無線受信部のグランドを分離しするとともに、中間周波トランス１４により搬送波と受信信号波を周波数的に分離した構成にしたことにより、第二の共振回路部からの大振幅の搬送波にて無線受信部のグランドが振られる事を防止し、さらに無線受信部への搬送波周波数成分の流入を大幅に抑圧することが可能となり、受信性能を改善することができる。
【００３６】
以上、本発明の実施の形態１〜９について説明したが、上述したように、発振器からの搬送波は電力増幅器で増幅されるが、その増幅にはＥ級増幅器（Ｅクラスアンプ）を用いることが好ましい。Ｅ級増幅器を用いることによって、高効率動作を実現することが可能となる。よって、送信出力を上げても発熱を抑えることができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように本発明により、第一の共振回路部の共振周波数を電力と送信信号を伝送する搬送波の周波数に設定し、第二の共振回路部の共振周波数を、非接触ＩＣカード側の負荷変動にて形成される変調副搬送波の周波数に設定する。これにより読取／書込装置からの送信時は、電力と送信信号を伝送する搬送波周波数に特化した周波数に、第一の共振回路部の共振周波数を設定する事により、Ｑ値の最大化が計れ電力伝送効率が向上する。さらに非接触ＩＣカード側からのデータの受信時は、負荷変調された受信変調側波帯に特化した周波数に、第二の共振回路部の共振周波数を設定する事により、Ｑ値の最大化が計れ搬送波の受信側への回り込みを大幅に低減でき、受信効率が向上する。上記のごとく本発明により、良好な送受信特性を有する非接触ＩＣカード読取／書込装置を提供する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る非接触ＩＣカード読取／書込装置のブロック図
【図２】本発明の実施の形態に係る非接触ＩＣカード読取／書込装置のブロック図
【図３】周波数と信号強度の関係を示すグラフ
【図４】アンテナの周波数とＱ値の関係を示すグラフ
【図５】同調回路の周波数とＱ値の関係を示すグラフ
【図６】周波数対結合度および受信信号強度を示すグラフ
【図７】周波数対結合度および受信信号強度を示すグラフ
【図８】周波数対結合度および受信信号強度を示すグラフ
【図９】１３．５６ＭＨｚシステム比較表を示す図
【図１０】従来の非接触ＩＣカードシステムの説明図
【図１１】従来の非接触ＩＣカードシステムの読取／書込装置と非接触ＩＣカードの結合に関連する部分を示したブロック図
【符号の説明】
１無線送信部
２無線受信部
３ループアンテナ
４第一の共振回路
５第二の共振回路
６インピーダンス変性器
７発振器
８変調器
９電力増幅器
１０マッチング回路
１１復調回路
１２アンテナコイル
１３ＩＣチップ
１４中間周波トランス
１０１非接触ＩＣカード
１０２アンテナコイル
１０３ＩＣチップ
１０４ループアンテナ
１０５読取／書込装置
１０６電力増幅器
１０７マッチング回路
１０８ループアンテナ
１０９アンテナコイル
１１０復調回路
１１１読取／書込装置
１１２非接触ＩＣカード
１１３抵抗器
１１４コンデンサ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a read / write device used in a non-contact IC card system, and more particularly to a non-contact IC card read / write in which power transmission efficiency to a non-contact IC card and data reception efficiency from the non-contact IC card are improved. It relates to an embedded device.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a read / write system using an IC card is generally called a non-contact IC card system, and is being put to practical use in, for example, a distribution system, a transportation system, an air cargo management system, and the like using a 13.56 MHz frequency band. is there. Here, FIG. 10 is an explanatory diagram of a conventional non-contact IC card system. As shown in FIG. 10, this system includes a non-contact IC card 101 having an IC chip 103 and an antenna coil 102 on a single resin card, and a read / write system for communicating with the non-contact IC card 101. The read / write device 105 includes a loop antenna 104. The loop antenna 104 transmits power and transmission data constantly or intermittently, and obtains reception data from the non-contact IC card 101 within a range where the power and transmission data can be received.
[0003]
As an example, FIG. 11 shows a reading / writing device of a non-contact IC card system described in (Patent Document 1). FIG. 11 is a block diagram showing a portion related to the connection between the read / write device and the non-contact IC card of the conventional non-contact IC card system. Hereinafter, the operation of the contactless IC card system will be described with reference to FIGS.
[0004]
First, in the case of transmission data transmission, a carrier wave from an oscillator at the preceding stage is input to a modulator and modulated by transmission data (not shown). This modulated wave is amplified by the power amplifier 106 shown in FIG. 11 and transmitted from the loop antenna 108 via the matching circuit 107.
[0005]
In the case of only power transmission, the carrier wave from the preceding oscillator is transmitted without any modulation. The transmission from the read / write device to the non-contact IC card is performed by the magnetic flux generated by the loop antenna 108 interlinking with the antenna coil 109 of the non-contact IC card due to the electromagnetic coupling to excite the induced voltage. On the non-contact IC card side, the induced voltage of the antenna coil 109 is rectified by a rectifier circuit (not shown) in the IC chip and used as a power source for each circuit in the non-contact IC card. The same induced voltage is guided to a demodulation circuit (not shown) to demodulate data from the read / write device.
[0006]
Next, at the time of data transmission from the contactless IC card to the reading / writing device, the reading / writing device transmits a non-modulated carrier wave and only supplies power to the contactless IC card. On the non-contact IC card side, for example, a load resistor (not shown) and a switch (not shown) connected to the antenna coil 109 in accordance with data read from a memory (not shown) in the IC chip. This switch is turned on and off according to the data "1" and "0" bits by a modulation circuit (not shown) composed of. When the switch is turned on and off as described above, the load Z on the antenna coil 109 fluctuates, and this fluctuation is transmitted to the loop antenna 108 on the read / write device side by electromagnetic induction, and the impedance on the loop antenna 108 fluctuates. The voltage / current, that is, the impedance at point A in FIG. 11A changes according to the transmission data of the non-contact IC card. As a result, the amplitude of the high-frequency signal fluctuates. That is, the high-frequency signal is amplitude-modulated by the data of the IC card. The modulated high-frequency signal is demodulated by the demodulation circuit 110 to obtain received data.
[0007]
[Patent Document 1]
JP 2002-007976 A
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
As a first conventional example, FIG. 11A shows details of the periphery of the demodulation circuit 110 when parallel resonance is used, and a capacitor 114 resonates with the loop antenna 108 in parallel. In this case, since the impedance of the parallel resonance circuit has a large value near the resonance point, the output side impedance of the matching circuit 107 also has a large value accordingly. It is taken into the demodulation circuit 110 and demodulated. In this configuration, the carrier current is such that the series impedance of the resistor 113 and the input impedance of the demodulation circuit 110 in the carrier band enters the parallel circuit composed of the loop antenna 108 and the capacitor 114 in parallel. Therefore, the Q of the resonance circuit is reduced for the data detection. This immediately reduces the power transmission efficiency to the contactless IC card.
[0009]
FIG. 11B shows, as a second conventional example, the periphery of the demodulation circuit 110 when series resonance is used. In this case, a series resonance circuit including a loop antenna 108 and a capacitor 114 is shown. Is formed. At the time of series resonance, the impedance of the circuit has a small value. In this case, the current I from the power amplifier 106 flows to the resistor 113, and the voltage drop is detected by the demodulation circuit 110. Therefore, power consumption occurs in the resistor 113, and in this case, the resistor 113 enters the series resonance circuit in series, so that Q is reduced, and power transmission efficiency to the non-contact IC card is reduced. .
[0010]
As described above, in each of the first and second conventional examples, the number of the resonance circuit is one, and the frequency of the carrier wave transmitting the power and the transmission signal and the frequency of the reception signal from the IC card side are different. Needed to cover both frequencies. Therefore, in the conventional circuit, it is necessary to lower the Q value of the antenna, and a resistor is inserted in series or in parallel with the loop antenna 108 to lower the Q value (not shown). FIG. 4 shows the characteristics. FIG. 4 is a graph showing the relationship between the antenna frequency and the Q value. When the Q of the antenna is low in the drawing, it is necessary to extend the band around the frequency of the carrier transmitting the transmission signal to the range of ± subcarrier frequency which is the frequency of the reception signal, as shown by the solid line (Q = L). Was. Therefore, when the Q value is reduced, the power and the level of the carrier transmitting the transmission signal are significantly reduced, and as a result, the efficiency of power transmission to the non-contact IC card is significantly reduced. Further, when receiving the received data, since there is only one resonance circuit, a large-amplitude high-frequency signal from the power amplifier 106 flows into the demodulation circuit 110. In order to filter this large-amplitude high-frequency signal, In addition, there is a problem that a filter circuit having a high-performance band rejection characteristic must be provided before the demodulation circuit 110.
[0011]
Therefore, the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to provide a non-contact IC card reading / writing device having good transmission / reception characteristics.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides a loop antenna that supplies power and a transmission signal to a non-contact IC card by electromagnetic induction and obtains a reception signal from the non-contact IC card by load fluctuation, and resonates the loop antenna to a desired first frequency. A first resonance circuit section for causing a wireless transmission section to supply power and transmission data to the loop antenna via the first resonance circuit section is provided, and further connected to the loop antenna by a coupling capacitor. A wireless receiving unit for obtaining a reception signal from the loop antenna is provided via a second resonance circuit unit that resonates at the second frequency, and data from the contactless IC card is demodulated from the reception signal by a demodulation circuit. It is what was constituted.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The invention according to claim 1 of the present invention provides a loop antenna that supplies power and a transmission signal to a non-contact IC card by electromagnetic induction, and obtains a reception signal from the non-contact IC card by load fluctuation, and a loop antenna. A first resonance circuit unit for resonating to a desired first frequency, and a wireless transmission unit for supplying power and transmission data to the loop antenna via the first resonance circuit unit are provided, and a coupling capacitor is further provided on the loop antenna. A wireless receiving unit that obtains a reception signal from the loop antenna via a second resonance circuit unit that resonates at a desired second frequency, which is connected by a non-contact IC by a demodulation circuit from the reception signal. A read / write device of a contactless IC card system configured to demodulate data from a card. With this configuration, a resonance circuit dedicated to the transmission frequency and a resonance circuit dedicated to the reception frequency can be provided.
[0014]
According to a second aspect of the present invention, the resonance frequency of the first resonance circuit unit is set to the frequency of a carrier wave for transmitting power and a transmission signal, and the resonance frequency of the second resonance circuit unit is set to a load on the non-contact IC card side. This is a read / write device for a non-contact IC card system having a configuration set to the frequency of a modulated subcarrier generated by fluctuation. With this configuration, at the time of transmission from the read / write device, the Q value is set by setting the resonance frequency of the first resonance circuit unit to a frequency specialized for the power and the carrier frequency for transmitting the transmission signal. Can be maximized and the power and the transmission signal can be transmitted efficiently, so that the power transmission efficiency is improved.
[0015]
Furthermore, when data is received from the non-contact IC card side, the Q value can be maximized by setting the resonance frequency of the second resonance circuit unit to a frequency specific to the load-modulated reception sideband. The rounding of the measured carrier wave to the receiving side can be greatly reduced, and as a result, the received signal can be efficiently received, so that the receiving efficiency is improved.
[0016]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a second coil which is provided close to the first coil constituting the second resonance circuit unit and is coupled by mutual induction, and one end of the first coil is connected to the first coil by the first coil. Ground, one end of the second coil is grounded to the second ground, and the transmission unit, the antenna circuit unit, and the reception unit are separated from each other. This prevents the ground on the side from swinging and greatly improves the reception performance.
[0017]
According to a fourth aspect of the present invention, the number of turns n1 of the first coil L3 constituting the second resonance circuit unit and the number of turns n2 of the second coil L4 coupled by mutual induction are defined by the second resonance circuit. The first coil L3 and the second coil L4 have an impedance conversion function by adopting a configuration selected so as to match the output impedance Z1 of the unit and the input impedance Z2 of the radio receiving unit, respectively. The mismatch loss can be reduced and the receiving performance is improved.
[0018]
According to a fifth aspect of the present invention, a first capacitor C1 and a second capacitor C2 are connected in series between one end and the other end of a second coil L4 constituting a second resonance circuit portion. By taking out the output signal from the junction of -C2 and connecting it so as to match the input impedance of the wireless receiving unit, the second resonance circuit function and the impedance converting function of the wireless receiving unit can be used together. In this case, the circuit size is reduced and the receiving efficiency is improved.
[0019]
According to a sixth aspect of the present invention, in the configuration comprising the first coil L3 constituting the second resonance circuit section according to the fourth aspect and the second coil L4 coupled by mutual induction, By setting the resonance frequency of the resonance circuit section to the frequency of the lower modulated subcarrier in the double sideband formed by the load fluctuation on the non-contact IC card side, from the reception side, The carrier is the undesired wave (U) and the modulated subcarrier is the desired wave (D). Therefore, in order to increase the DU ratio, it is natural that the desired wave (D) is increased and the undesired wave (D) is increased. U) must be reduced. Since L3 and L4 are inductively coupled, the higher the frequency of L3 and L4, the lower the degree of coupling, and the lower the frequency, the higher the degree of coupling. Therefore, the desired wave (D) having a lower frequency has a higher degree of coupling than the undesired wave (U) having a higher frequency. Therefore, the DU ratio can be improved and the receiving performance can be improved.
[0020]
According to a seventh aspect of the present invention, a first capacitor C1 and a second capacitor C2 are connected in series between one end and the other end of the second coil L4 according to the fifth aspect. In the configuration in which an output signal is taken from the junction, the resonance frequency of the second resonance circuit is set to the frequency of the upper modulated subcarrier in the double sideband formed by the load fluctuation on the non-contact IC card side. With this configuration, the carrier is an undesired wave (U) and the modulated subcarrier is a desired wave (D) from the viewpoint of the receiving side. Therefore, in order to increase the DU ratio, it is natural that It is necessary to increase the desired wave (D) and reduce the undesired wave (U). The first resonance circuit resonating at the carrier frequency and the second resonance circuit resonating at the upper modulated sub-carrier are coupled by the coupling capacitor C3. At frequencies, the degree of coupling decreases. Therefore, the desired wave (D) having a higher frequency has a higher degree of coupling than the undesired wave (U) having a lower frequency, and therefore the DU ratio is improved and the receiving performance is improved. Furthermore, it is possible to convert the impedance while maintaining this DU ratio by using a tap-down circuit with a capacitor of the resonance circuit instead of the impedance conversion of the secondary winding by inductive coupling to match the impedance with the receiver. It becomes.
[0021]
According to an eighth aspect of the present invention, a first resonance circuit resonating at the carrier frequency and a second resonance circuit resonating at the modulated sub-carrier are coupled by a coupling capacitor C3 to form a sub-tuning circuit. I do. First, due to the characteristics of the coupling capacitor C3, the degree of coupling is high at high frequencies, and is low at low frequencies. Conversely, the characteristics of the first coil L3 forming the second resonance circuit unit and the second coil L4 coupled by mutual induction are inductively coupled, so that the higher the frequency, the higher the coupling. The degree is small and the lower the frequency, the greater the degree of coupling. Therefore, when two circuits having these contradictory characteristics are combined, a wide-band resonance circuit having a flat frequency characteristic can be obtained by canceling each characteristic. As a result, even in a system in which the modulated subcarriers are different from 212 KHz, 484 KHz, and 847 KHz irrespective of the frequency, the DU ratio can be kept constant with one piece of hardware, and a stable receiving characteristic can be obtained along with the downsizing of the circuit scale.
[0022]
The invention according to claim 9 is configured such that an intermediate frequency transformer is provided between the second resonance circuit unit and the wireless reception unit, and one end of a first coil L5 of the intermediate frequency transformer is connected to the second resonance circuit unit. At the ground, one end of the second coil L6 of the intermediate frequency transformer is grounded to the ground of the radio receiving unit, and the ground of the second resonance circuit unit and the radio receiving unit is separated. By adopting a configuration in which the received signal wave is separated in frequency, it is possible to prevent the ground of the wireless receiving unit from swinging by the large-amplitude carrier wave from the second resonance circuit unit, and to further prevent the carrier wave frequency from being transmitted to the wireless receiving unit. It is possible to greatly suppress the inflow of components, and it is possible to improve reception performance.
[0023]
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 9. Note that the definition of a non-contact IC card in the present invention is not limited to a so-called card, but is a wireless communication medium capable of performing communication with a reading / writing device in a non-contact manner. Therefore, it includes what is called an IC tag, an ID tag, and an identification label depending on the use.
[0024]
First, a modulation method using a subcarrier will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a graph showing the relationship between frequency and signal strength. As shown in FIG. 3, in the non-contact IC card system, the modulation method using the subcarrier is mainly used for data transfer from the non-contact IC card side to the reading / writing device in the system in the frequency range of 13.56 MHz. Used for load modulation. Here, FIG. 9 is a diagram showing a 13.56 MHz system comparison table. In a 13.56 MHz system, a subcarrier frequency of 847 KHz (13.56 MHz / 16), 423 KHz (13.56 MHz / 32) or 212 KHz (13.56 MHz / 64) is typically used as shown in FIG. As shown in FIG. 3, the load modulation on the subcarrier generates two spectra at ± subcarrier frequency fH near the carrier frequency. In a contactless IC card system having a low degree of coupling, the difference between the carrier signal of the read / write device and the load-modulated reception modulation sideband varies in a range of about 80 to 90 dB. Since information is included in either sideband of the two subcarrier modulations, the frequency may use the lower subcarrier or the upper subcarrier.
[0025]
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram showing a non-contact IC card reading / writing device according to an embodiment of the present invention. FIG. 1A is a block diagram showing a non-contact IC card reader / writer according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a partial detailed view of FIG. FIG. 4 is a detailed diagram when a resonance circuit is used. In the case of transmission data transmission in FIG. 1, a carrier wave from an oscillator 7 is input to a modulator 8 and modulated by transmission data. This is amplified by the power amplifier 9, passed through the matching circuit 10, and transmitted from the loop antenna 3 via the first resonance circuit 4 including C 1, C 2, and L 1 shown in FIG. In the case of only power transmission, the carrier from the oscillator 7 is transmitted without modulation. The transmission from the read / write device 111 to the non-contact IC card 112 is performed by magnetic flux generated by the loop antenna 3 interlinking with the antenna coil 12 of the non-contact IC card 112 by electromagnetic coupling to excite an induced voltage. Done. In the non-contact IC card 112, the induced voltage of the antenna coil 12 is rectified by a rectifier circuit (not shown) in the IC chip 13 and used as a power source for each circuit in the non-contact IC card. The same induced voltage is guided to a demodulation circuit (not shown) to demodulate data from the read / write device.
[0026]
Next, at the time of data transmission from the non-contact IC card 112 to the read / write device 111, the read / write device transmits a non-modulated carrier wave and only supplies power to the non-contact IC card. On the non-contact IC card side, for example, a load resistor (not shown) connected to the antenna coil 13 and a switch (not shown) according to data DATAb read from a memory (not shown) in the IC chip 13. )), This switch is turned on and off in accordance with the data “1” and “0” bits. In the read / write device 111, when the switch is turned on and off as described above, the load on the antenna coil 12 fluctuates. This variation is transmitted to the loop antenna 3 on the read / write device side by electromagnetic induction, and the impedance on the loop antenna 3 side fluctuates. The data is demodulated by the demodulator 11 of the wireless reception unit 2 via the coupling capacitor C3 connected to the loop antenna 3 and the second resonance circuit 5 including C4 and L3. With the above configuration, the provision of the resonance circuit dedicated to the transmission frequency and the resonance circuit dedicated to the reception frequency can improve the transmission / reception characteristics.
[0027]
(Embodiment 2)
In FIG. 1B, the values of C1, C2, and L1 of the first resonance circuit unit 4 are set to be the power and the frequency of the carrier for transmitting the transmission signal, and the values of C4, L3 of the second resonance circuit unit 5 are set. Is set to be the frequency of the modulated sub-carrier generated by the load fluctuation on the contact IC card side, as shown in FIG. By setting the resonance frequency of the first resonance circuit to a frequency that is specific to the carrier frequency for transmitting the transmission signal, the Q value can be maximized, and power and transmission signals can be transmitted efficiently, resulting in power transmission efficiency. Is improved. FIG. 5 is a graph showing the relationship between the frequency of the tuning circuit and the Q value.
[0028]
Furthermore, when data is received from the IC card side, the Q value can be maximized by setting the resonance frequency of the second resonance circuit unit to a frequency that is specialized for the load-modulated reception modulation sideband. In addition, it is possible to greatly reduce the carrier wave wraparound to the receiving side, and as a result, it is possible to efficiently receive a received signal, thereby improving the receiving efficiency.
[0029]
(Embodiment 3)
In FIG. 1B, a second coil L4 is provided in proximity to the first coil L3 constituting the second resonance circuit unit 5 and coupled by mutual induction, and one end of the first coil L3 is connected. One end of the second coil L4 is grounded to the first ground G1 and the second ground G2, and the ground G1 of the wireless transmission unit and the antenna interface unit is separated from the ground G2 of the reception unit. This prevents the ground G2 on the receiving side from being fluctuated by the large-amplitude carrier signal from the unit, thereby greatly improving the receiving performance.
[0030]
(Embodiment 4)
In FIG. 1B, the number of turns n1 of the first coil L3 constituting the second resonance circuit unit and the number of turns n2 of the second coil L4 coupled by mutual induction are represented by the second resonance circuit unit. The first coil L3 and the second coil L4 are provided with an impedance conversion function by adopting a configuration selected so as to match the output impedance Z1 and the input impedance Z2 of the radio receiving unit, respectively. The loss can be reduced, the receiving performance can be improved, and it is not necessary to separately provide an impedance conversion circuit, so that the circuit size can be reduced and the cost can be reduced.
[0031]
(Embodiment 5)
FIG. 2 is a block diagram showing a non-contact IC card reading / writing device according to the embodiment of the present invention. FIG. 2A is a block diagram showing a non-contact IC card reader / writer according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2B is a partial detailed view of FIG. FIG. 3 is a detailed diagram of a case where a series resonance circuit is used as an example. As shown in FIG. 2, a first capacitor C6 and a second capacitor C7 are connected in series between one end and the other end of a second coil L4 constituting a second resonance circuit unit. An output signal is taken out from the junction and connected so as to match the input impedance of the wireless receiving unit, so that the second resonance circuit function and the impedance converting function of the wireless receiving unit are used together, and the circuit scale is increased. And the reception efficiency is improved.
[0032]
(Embodiment 6)
In FIG. 1B, in the configuration including the first coil L 3 forming the second resonance circuit unit 5 and the second coil L 4 coupled by mutual induction, the resonance of the second resonance circuit unit 5 is performed. As shown in FIG. 6 (b), the frequency is set to the frequency of the lower modulated sub-carrier in the double sideband formed by the load fluctuation on the contact IC card side, as shown in FIG. As can be seen, the carrier is the undesired wave (U) and the modulated subcarrier is the desired wave (D). Therefore, in order to increase the DU ratio, the desired wave (D) is naturally increased, It is necessary to reduce the wave (U). Since L3 and L4 are inductively coupled, as shown in FIG. 6A, the higher the frequency, the lower the degree of coupling becomes, and the lower the frequency, the higher the degree of coupling becomes. Therefore, the desired wave (D) having a lower frequency has a higher degree of coupling than the undesired wave (U) having a higher frequency. Therefore, the DU ratio can be improved and the receiving performance can be improved. FIG. 6 is a graph showing frequency versus coupling degree and received signal strength.
[0033]
(Embodiment 7)
In FIG. 2B, in a configuration including a first coil L3 constituting the second resonance circuit unit 5 and a second coil L4 coupled by mutual induction, between one end and the other end of the coil L4. In a configuration in which the first capacitor C6 and the second capacitor C7 are connected in series, and an output signal is taken from a middle point between C6 and C7, the resonance frequency of the second resonance circuit unit 5 is set as shown in FIG. As shown in b), the carrier wave is an undesired wave when viewed from the receiving side by adopting a configuration in which the frequency of the upper modulated subcarrier is set in the double sideband formed by the load fluctuation on the contact IC card side. (U) The modulated subcarrier is the desired wave (D). Therefore, in order to increase the DU ratio, it is natural that the desired wave (D) is increased and the undesired wave (U) is reduced. There is a need. Since the first resonance circuit resonating at the carrier frequency and the second resonance circuit resonating at the upper modulated subcarrier are coupled by the coupling capacitor C3, as shown in FIG. At high frequencies, the degree of coupling is high, and at low frequencies, the degree of coupling is low. Therefore, the desired wave (D) having a higher frequency has a higher degree of coupling than the undesired wave (U) having a lower frequency, and therefore the DU ratio is improved and the receiving performance is improved. Furthermore, it is possible to convert the impedance while maintaining this DU ratio by using a tap-down circuit with a capacitor of the resonance circuit instead of the impedance conversion of the secondary winding by inductive coupling to match the impedance with the receiver. Thus, the circuit scale can be reduced. FIG. 7 is a graph showing frequency versus coupling degree and received signal strength.
[0034]
(Embodiment 8)
In FIG. 2B, a first resonance circuit resonating at the carrier frequency and a second resonance circuit resonating at the modulated sub-carrier are coupled by a coupling capacitor C3 to form a sub-tuning circuit. First, as shown in FIG. 8A, due to the characteristics of the coupling capacitor C3, the degree of coupling is high at a high frequency, and the degree of coupling is low at a low frequency. Conversely, the characteristics of the first coil L3 forming the second resonance circuit unit and the second coil L4 coupled by mutual induction are inductively coupled, so that the higher the frequency, the higher the coupling. The degree is small and the lower the frequency, the greater the degree of coupling. Therefore, when two circuits having these contradictory characteristics are combined, a wide-band resonance circuit having a flat frequency characteristic can be obtained by canceling each characteristic. As a result, as shown in FIG. 8 (b), even in a system in which the modulated subcarrier is different from 212 kHz, 484 kHz, and 847 kHz regardless of the frequency, the DU ratio can be kept constant with one piece of hardware, and the circuit size is reduced and stable reception is achieved. Properties can be obtained. FIG. 8 is a graph showing frequency versus coupling degree and received signal strength.
[0035]
(Embodiment 9)
In FIG. 2B, an intermediate frequency transformer 14 is provided between the second resonance circuit unit and the radio reception unit, and one end of the first coil L5 of the intermediate frequency transformer is connected to the ground G2 of the second resonance circuit unit. One end of the second coil L6 of the frequency transformer is grounded to the ground G3 of the wireless receiving unit, the ground of the second resonance circuit unit and the ground of the wireless receiving unit are separated, and the carrier wave and the received signal wave are separated by the intermediate frequency transformer 14. With the configuration separated in frequency, it is possible to prevent the ground of the wireless receiving unit from swinging by the large-amplitude carrier wave from the second resonance circuit unit, and further prevent the carrier frequency component from flowing into the wireless receiving unit. Significant suppression can be achieved, and reception performance can be improved.
[0036]
As described above, the first to ninth embodiments of the present invention have been described. As described above, the carrier wave from the oscillator is amplified by the power amplifier, and a class E amplifier (E class amplifier) is used for the amplification. preferable. By using a class E amplifier, high-efficiency operation can be realized. Therefore, heat generation can be suppressed even when the transmission output is increased.
[0037]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the resonance frequency of the first resonance circuit is set to the frequency of the carrier transmitting the power and the transmission signal, and the resonance frequency of the second resonance circuit is set to the load on the non-contact IC card side. Set to the frequency of the modulated subcarrier formed by the fluctuation. As a result, at the time of transmission from the read / write device, the Q value can be maximized by setting the resonance frequency of the first resonance circuit unit to a frequency specialized for the power and the carrier frequency for transmitting the transmission signal. The measured power transmission efficiency is improved. Further, when data is received from the non-contact IC card side, the Q value is maximized by setting the resonance frequency of the second resonance circuit unit to a frequency specialized for the load-modulated reception modulation sideband. As a result, the carrier wave wraparound to the receiving side can be greatly reduced, and the receiving efficiency is improved. As described above, according to the present invention, it is possible to provide a non-contact IC card reader / writer having good transmission / reception characteristics.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of a non-contact IC card reading / writing device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram of a non-contact IC card reading / writing device according to an embodiment of the present invention;
FIG. 3 is a graph showing the relationship between frequency and signal strength.
FIG. 4 is a graph showing a relationship between an antenna frequency and a Q value.
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the frequency and the Q value of the tuning circuit.
FIG. 6 is a graph showing frequency versus coupling and received signal strength.
FIG. 7 is a graph showing frequency versus coupling and received signal strength.
FIG. 8 is a graph showing frequency versus coupling and received signal strength.
FIG. 9 is a diagram showing a 13.56 MHz system comparison table.
FIG. 10 is an explanatory diagram of a conventional non-contact IC card system.
FIG. 11 is a block diagram showing a portion related to the connection between a read / write device and a non-contact IC card of a conventional non-contact IC card system.
[Explanation of symbols]
1 wireless transmitter
2 Radio receiver
3 loop antenna
4 First resonance circuit
5 Second resonance circuit
6 Impedance denaturator
7 Oscillator
8 Modulator
9 Power amplifier
10. Matching circuit
11 Demodulation circuit
12 Antenna coil
13 IC chip
14. Intermediate frequency transformer
101 Non-contact IC card
102 Antenna coil
103 IC chip
104 loop antenna
105 read / write device
106 power amplifier
107 Matching circuit
108 loop antenna
109 antenna coil
110 demodulation circuit
111 read / write device
112 Non-contact IC card
113 resistor
114 Capacitor

Claims

A loop antenna for supplying power and a transmission signal to the non-contact IC card by electromagnetic induction, and acquiring a reception signal from the non-contact IC card by a load change; and a loop antenna for resonating the loop antenna to a desired first frequency. A first resonance circuit unit, a wireless transmission unit that supplies power and transmission data to the loop antenna through the first resonance circuit unit, further connected to the loop antenna by a coupling capacitor, a desired A wireless receiving unit for obtaining a reception signal from the loop antenna is provided via a second resonance circuit unit that resonates at a second frequency, and data from the contactless IC card is demodulated from the reception signal by a demodulation circuit. A non-contact IC card reading / writing device characterized in that it is configured to perform the following.

Modulation of the resonance frequency of the first resonance circuit unit to the frequency of the carrier wave transmitting the power and the transmission signal, and the resonance frequency of the second resonance circuit unit to the modulation formed by the load fluctuation on the non-contact IC card side 2. The non-contact IC card reading / writing device according to claim 1, wherein the sub-carrier frequency is set.

A second coil is provided in proximity to the first coil constituting the second resonance circuit unit and coupled by mutual induction. One end of the first coil is connected to a first ground, and the second coil is connected to the second coil. The non-contact IC according to any one of claims 1 and 2, wherein one end of the coil is grounded to a second ground, and the ground of the transmitting unit, the antenna circuit unit, and the receiving unit is separated. Card reading / writing device.

The number of turns n1 of the first coil constituting the second resonance circuit and the number of turns n2 of the second coil coupled by mutual induction are determined by the output impedance Z1 of the second resonance circuit and the wireless reception. 4. The apparatus according to claim 1, wherein the first coil and the second coil are selected so as to match the input impedance Z 2 of the unit, respectively, and have an impedance conversion function. 5. Non-contact IC card reading / writing device according to the above.

A first capacitor C1 and a second capacitor C2 are connected in series between one end and the other end of the second coil, and an output signal is taken out from a junction of C1-C2, and the first capacitor C1 and the second capacitor C1 are connected to each other. The non-contact IC card reader / writer according to any one of claims 1 to 4, wherein the second capacitor (C2) has an impedance conversion function.

The resonance frequency of the second resonance circuit is set to the frequency of the lower modulated subcarrier in the double sideband formed by the load fluctuation on the non-contact IC card side. The non-contact IC card reading / writing device according to claim 1.

3. A structure in which a resonance frequency of the second resonance circuit is set to a frequency of an upper modulation sub-carrier in a double-sided wave band formed by a load fluctuation on a non-contact IC card side. The non-contact IC card reader / writer according to any one of claims 1 to 3, and claim 5.

2. The structure according to claim 1, wherein the resonance frequency of the second resonance circuit is set to a frequency band covering a plurality of modulated sub-carriers formed by a load fluctuation on the non-contact IC card side. 5. The non-contact IC card reading / writing device according to any one of 5.

An intermediate frequency transformer is provided between the second resonance circuit unit and the wireless reception unit, and a ground of the second resonance circuit unit and a ground of the wireless reception unit are separated. A non-contact IC card reading / writing device according to any one of the preceding claims.