JP2005026741A - 非接触ｉｃカード読取／書込装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、増幅器の効率向上を図ることができ、低コストで小型の非接触ＩＣカード読取／書込装置を提供することを目的とする。
【解決手段】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、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、無線送信部及び無線受信部をそれぞれＣＰＵに接続した構成を有し、無線送信部は高周波除去用のローパスフィルタとＥ級アンプと変調器が直列に接続された構成としたものである。
【選択図】 図１
【解決手段】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、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、無線送信部及び無線受信部をそれぞれＣＰＵに接続した構成を有し、無線送信部は高周波除去用のローパスフィルタとＥ級アンプと変調器が直列に接続された構成としたものである。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、非接触ＩＣカードシステムの読取／書込装置に関し、特に増幅器に高効率のＥ級アンプを用い、しかも受信と送信をマッチング回路にてアンテナ端で分岐することにより、効率改善するだけでなく受信感度をも改良した非接触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入退出管理システム、物流システム、航空貨物管理システム等々に実用化されつつある。
【０００３】
このシステムは、図３に示すように、１枚の樹脂製カードに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。なお、図３は、従来の非接触ＩＣカードシステムの概念図である。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。
【０００４】
更に、（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４に示す。図４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。なお、図４（ａ）はループアンテナ１０４とコンデンサが並列共振回路を構成し、図４（ｂ）はループアンテナ１０４とコンデンサが直列共振回路を構成している場合をそれぞれ示している。以下、図３及び図４を用いて従来例１の非接触ＩＣカードシステムの動作を説明する。
【０００５】
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４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１０４から送信する。
【０００６】
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１０１への送信は、電磁結合によりループアンテナ１０４が生成する磁束が非接触ＩＣカード１０１のアンテナコイル１０２と鎖交し、誘起電力を励起することにより行われる。非接触ＩＣカード１０１側では、アンテナコイル１０２の誘起電圧をＩＣチップ１０３内の整流回路（図示せず）で整流し、非接触ＩＣカード１０１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１０５からのデータを復調する。
【０００７】
次に、非接触ＩＣカード１０１より読取／書込装置１０５へのデータ伝送時には、読取／書込装置１０５は無変調の搬送波を送信して、非接触ＩＣカード１０１への電力供給のみを行っている。非接触ＩＣカード１０１側では、ＩＣチップ１０３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１０２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。このように、スイッチがオン、オフすると、アンテナコイル１０２に対する負荷Ｚが変動し、この変動が読取／書込装置１０５側のループアンテナ１０４へ電磁誘導により伝わり、ループアンテナ１０４側のインピーダンスが変動し、図４（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１０１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、この高周波信号は非接触ＩＣカード１０１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１０８で復調されて受信データが得られる。
【０００８】
また、これら非接触ＩＣカードシステムの読取／書込装置にＥ級アンプを使用した例として、（特許文献２）が知られており、以下、この従来例２について図５を用いて説明する。なお、図５は、従来の非接触ＩＣカードシステムの読取／書込装置を示すブロック図である。ここでは、（特許文献２）に記載された読取／書込装置ついて、その一部を簡易的なブロックにまとめている。
【０００９】
図５において、１１５はアンテナ、１１６はＥ級アンプ、１１７はインピーダンス回路、１１８はコンデンサ、１１９はフィルタ回路、１２０はＣＰＵ、Ｔｒ１１はトランジスタ、Ｌ１１はコイル、Ｄ１１はダイオード、Ｃ１２は第二のコンデンサ、Ｌ１２は第二のコイル、Ｃ１３は第三のコンデンサ、Ｃ１４は第四のコンデンサを示しており、Ｅ級アンプ１１６はアンテナ１１２、ＣＰＵ１２０及びインピーダンス回路１１７と接続し、インピーダンス回路１１７の他端は電源と接続し、さらにＥ級アンプ１１６とインピーダンス回路の間でカップリングコンデンサ１１８を介してフィルタ回路１１９と接続し、フィルタ回路１１９の他端はＣＰＵ１２０に接続されている。
【００１０】
ここで、Ｅ級アンプ１１６について詳しく説明する。図５に示すように、Ｅ級アンプ１１６はスイッチ素子にトランジスタＴｒ１１を用いており、ベース端子を入力端子とし、エミッタ端子はグランドに接続し、コレクタ端子は他端を電源と接続したコイルＬ１１と第二のコイルＬ１２の一端と接続、さらにダイオードＤ１１及び第二のコンデンサＣ１２を前記コレクタ端子とグランドの間に並列に接続し、第二のコイルＬ１２の他端は第三のコンデンサＣ１３と接続、さらに第三のコンデンサＣ１３の他端は一端をグランドと接続した第四のコンデンサ１４と接続し、第三のコンデンサＣ１３の他端を出力端子とする。
【００１１】
次に、読取／書込装置の動作を説明する。非接触ＩＣカードが読取／書込装置に挿入されると、図外の検知回路がＩＣカードを検知して、ＣＰＵ１２０に送信開始信号を与える。送信開始信号を受けたＣＰＵ１２０はＥ級アンプ１１６の電源をオンにして、変調データ信号をＥ級アンプ１１６に送る。Ｅ級アンプ１１６では変調データ信号を増幅すると共に正弦波に整形して、アンテナから送信する。ここで、ＣＰＵ１２０が出力する送信データ信号は、ディジタル信号となっており、ハイの時はトランジスタＴｒ１１はオフとなり、ローの時はオンとなる。このようにしてトランジスタＴｒ１１はスイッチング動作を行うが、トランジスタＴｒ１１のコレクタ端子ではコイルＬ１１、第二のコンデンサＣ１２、第二のコイルＬ１２、第三のコンデンサＣ１３で構成されるロードネットワークと呼ばれる回路により、スイッチング動作の立ち上がりと立ち下がりを時間的に鈍らせ、矩形波では無く正弦波に近い状態にして取り出す。スイッチング増幅とよばれるこの増幅方式では高効率にて増幅動作を行うことができる。この従来例２の場合では、非接触ＩＣカードが挿入されているときに、トランジスタＴｒ１１はＥ級動作するように調整されている。
【００１２】
また、非接触ＩＣカードと非接触ＩＣカード読取／書込装置のアンテナは、通信状態においてトランスと見立てることができ、通常このような場合では、トランスは疎結合状態となる場合が多いため、第四のコンデンサにより疎結合状態時に発生するリアクタンスを打ち消し、安定動作を補償している。
【００１３】
送信信号を受信した非接触ＩＣカードでは、前述の従来例１と同様に負荷変動で返信し、この従来例２の場合では、Ｅ級アンプのロードネットワークを通り、受信フィルタ１１９で不要波を除去した後ＣＰＵ１２０で復調する。本従来例２はこのように非接触ＩＣカードが近づき受信可能となったときのみ増幅器の特性がＥ級で動作するようにすることで、低消費電力動作の非接触ＩＣカードシステムの読取／書込装置を実現している。
【００１４】
【特許文献１】
特開２００２−７９７６号公報
【特許文献２】
特開平１０−２５６９５７号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の構成で大出力の非接触ＩＣカードシステムの読取／書込装置を実現した場合、いくつかの問題がある。
【００１６】
第一に周りに非接触ＩＣカードがない場合、増幅器は安定動作をしなくなり、効率劣化を起こす。そのため挿入検出器もしくは冷却器が必要となるため、従来例２として説明した（特許文献２）の利点として述べている小型低価格の電力送信装置を実現することは難しい。第二にパワーアンプ出力のフィルタとして用いているロードネットワークが低次のフィルタの回路構成となっているため、高周波除去能力が小さく、不要輻射を抑えることが非常に難しい。第三に受信信号がインピーダンス回路で分圧されているため感度が悪くなるばかりでなく、増幅器の効率劣化になる。（特許文献２）でスイッチング素子に用いているトランジスタはオン抵抗が大きいため増幅器の効率が悪いなど、様々な問題があった。
【００１７】
本発明は、上記のような従来の技術における課題を解消し、増幅器の効率向上を図ることができ、低コストで小型の非接触ＩＣカード読取／書込装置を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、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、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、無線送信部及び無線受信部をそれぞれＣＰＵに接続した構成を有し、無線送信部は高周波除去用のローパスフィルタとＥ級アンプと変調器が直列に接続された構成としたものである。
【００１９】
【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カードまたは非接触ＩＣタグとのデータ通信を行う非接触ＩＣカード読取／書込装置において、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、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、無線送信部及び無線受信部をそれぞれＣＰＵに接続した構成を有し、無線送信部は高周波除去用のローパスフィルタとＥ級アンプと変調器が直列に接続された構成としたことにより、送信周波数専用の共振回路と受信波専用の共振回路を設けることができ、Ｅ級アンプの効率向上を図ることができる。
【００２０】
請求項２に記載の発明は、Ｅ級アンプはスイッチング素子としてＦＥＴを使用し、ＦＥＴのゲート端子は信号発生器に接続、ドレイン端子は一端を電源に接続したコイルの他端と接続し、さらにロードネットワークを接続、ソース端子は変調器に接続した構成を有し、Ｅ級アンプの効率をさらに向上することができる。
【００２１】
請求項３に記載の発明は、ロードネットワークは、入力に一端がグランドに接続されたコンデンサの他端と第二のコイルを接続し、第二のコイルの他端は第二のコンデンサと接続され、第二のコンデンサの他端はロードネットワークの出力となるよう構成され、非接触ＩＣカード読取／書込装置が常にＥ級アンプがＥクラス動作するように、ロードネットワークの定数を所望の値に設定した構成を有し、常時Ｅ級動作することが可能である。
【００２２】
請求項４に記載の発明は、ローパスフィルタは入力端とグランドとの間に第三のコンデンサと第三のコイルを直列に接続、さらに入力端には第四のコイルが接続されており、第四のコイルの他端は第五のコイルが接続され、第五のコイルの他端はローパスフィルタの出力端となっており、第四のコイルと第五のコイルの間には、一端がグランドと接続された第四のコンデンサが接続され、第五のコイルの他端には一端がグランドに接続された第五のコンデンサが接続された構成を有し、高周波除去能力の向上を図ることができる。
【００２３】
請求項５に記載の発明は、ローパスフィルタ入力とグランドとの間に直列に配置した第三のコンデンサと第三のコイルをリアクタンス除去用の補償回路としても用いる構成を有し、Ｅ級アンプのさらなる安定動作を図ることができる。
【００２４】
以下、本発明の一実施の形態について図１、図２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。
【００２５】
（実施の形態）
図１は本発明の一実施の形態による非接触ＩＣカード読取／書込装置を示すブロック図である。なお、本実施の形態では、共振回路の一例として直列共振回路を用いた場合を示している。
【００２６】
図１において、２０は非接触ＩＣカード読取／書込装置であり、以下、省略して、読取／書込装置と言うこともある。また、３０は非接触ＩＣカードを示す。更に、１は無線送信部、２は無線受信部、３はループアンテナ、４は第一の共振回路、５は第二の共振回路、６はトランス、７は信号発生器、８は変調器、１２はＣＰＵ、１３はアンテナコイル、１４はＩＣチップをそれぞれ示している。
【００２７】
図１に示すように、ループアンテナ３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４と、第一の共振回路４を介しループアンテナ３に電力と送信データを供給する無線送信部１を設け、さらにループアンテナ３にカップリングコンデンサＣ０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５を介して、ループアンテナ３からの受信信号を取得する無線受信部２を設け、無線送信部１及び無線受信部２をそれぞれＣＰＵ１２に接続した構成を有し、無線送信部１は変調器８、Ｅ級アンプ９、ロードネットワーク１０、ローパスフィルタ１１が直列に接続されている。
【００２８】
図１において、送信データ伝送の場合は、ＣＰＵ１２からの送信データを変調器８で変調し、Ｅ級アンプ９で増幅し、ロードネットワーク１０及びローパスフィルタ１１を経て、高周波を除去し、図１に示すＣ４１、Ｃ４２、Ｌ３１からなる第一の共振回路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、信号発生器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２０から非接触ＩＣカード３０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３０のアンテナコイル１３と鎖交し、誘起電圧を励起することにより行われる。
【００２９】
非接触ＩＣカード３０では、アンテナコイル１３の誘起電圧をＩＣチップ１４内の整流回路（図示せず）で整流して、非接触ＩＣカード３０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）に導いて読取／書込装置２０からのデータを復調する。
【００３０】
次に、非接触ＩＣカード３０から読取／書込装置２０へのデータの伝送時には、読取／書込装置２０は無変調の搬送波を送信して、非接触ＩＣカード３０への電力供給のみを行っている。非接触ＩＣカード３０側では、ＩＣチップ１４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２０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１３に対する負荷が変動する。この変動が読取／書込装置２０側のループアンテナ３への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Ｃ０を介して、Ｃ５１、Ｌ５１からなる第二の共振回路５を介して、無線受信部２のＣＰＵ１２でデータが復調される。このようにして、高効率にて動作可能な増幅器を有した非接触ＩＣカード読取／書込装置２０を実現することができる。
【００３１】
次に、Ｅ級アンプ９について詳しく説明する。Ｅ級アンプ９の詳細ブロックでは、７は信号発生器、ＦＥＴ１はスイッチ素子用のＦＥＴ、Ｌ１はコイルを示しており、ＦＥＴ１のソース端子は変調器８と接続、ＦＥＴ１のゲート端子に信号発生器７を接続、ＦＥＴ１のドレイン端子は一端を電源と接続したコイルの他端及びロードネットワーク１０と接続、ドレイン端子−第二のコイルＬ２間とグランドとの間にコンデンサＣ１を接続している。
【００３２】
更に、このＥ級アンプ９の動作について説明する。ＦＥＴ１のゲート端子には信号発生器７から発生された搬送波周波数の送信信号が入力されており、信号がディジタル信号であるため、ＦＥＴ１は搬送波周波数にてスイッチング動作を行う。変調器８にて変調された送信信号が入力されると、ＦＥＴ１のドレイン端子では送信信号を電源電圧の振幅まで増幅する。但し、この波形は理想的には矩形波となっているため（実際は立ち上がりと立下り時間が０でないため、矩形波ではない）、余分な高周波を含んでおり、ロードネットワーク１０を所望の特性に定めることにより、矩形波の立ち上がりと立下りを鈍らせて取り出し、正弦波に近い波形に整形する。この増幅方式をスイッチング増幅と言い、非常に効率の良い増幅器を得ることができる。
【００３３】
次に、ロードネットワーク１０について詳しく説明する。ロードネットワーク１０の詳細において、Ｌ２は第二のコイル、Ｃ１はコンデンサ、Ｃ２は第二のコンデンサを示しており、ＦＥＴ１のドレイン端子を第二のコイルＬ２の一端と接続し、第二のコイルＬ２の他端は第二のコンデンサＣ２と接続、ドレイン端子−第二のコイルＬ２間とグランドの間にコンデンサＣ１を接続している。
【００３４】
前述した通り、スイッチング動作をしただけでは、出力は矩形波となり、不要成分が多く生成される。そこで、ロードネットワーク１０ではＬ２とＣ２で構成される直列共振回路で構成され、共振周波数を搬送波の周波数に調整することにより、矩形波ではなく正弦波として出力を取り出すことが可能となる。
【００３５】
ここで、図２を用いてＥ級アンプの基本的な動作原理を説明する。図２は、Ｅ級アンプの動作原理説明図である。Ｅ級アンプはスイッチとして動作する１つのＦＥＴと負荷回路網及び直流電源を供給するためのチョークコイル（ＲＦＣ）からなり、ＦＥＴは外部からゲートに入力される基本周波数信号によりスイッチとして周期的に動作する。
【００３６】
負荷回路の最も簡単な形は図２（ａ）で示すように、ＦＥＴに並列なキャパシタと直列共振回路からなり、この共振周波数を所望の周波数に定めることで、大振幅の出力を取り出すことができる。また、直列共振回路をローパスフィルタ１１とすることにより広帯域の増幅器を作ることも可能である。
【００３７】
ゲート電圧に図２（ｂ）で示すような電圧がかかった場合、ＦＥＴはゲート電圧がローの場合オン、ハイの場合オフとなり、ドレイン電圧は図３（ｃ）のような三角形の角がとれたような波形となる。
【００３８】
また、Ｌ１に流れる電流はドレイン電流Ｉｓと負荷回路の抵抗成分により流れる電流Ｉｃの和であり、図２（ｄ）で示すような波形となり、損失はこれら電流と電圧の積となるため、非常に小さく、大きな効率を得ることができる。このようにして、高効率にて動作可能な増幅器を有した非接触ＩＣカード読取／書込装置を実現することができる。
【００３９】
そして、第一の共振回路４にて、無線送信部１は外部及び受信回路の影響を受けにくくなっているため、ロードネットワーク１０の共振周波数を搬送波周波数になるように定数を調整することにより、ＩＣカード有り無し関係なく、常にＥ級動作が可能になる。このようにして、常時高効率にて動作可能な増幅器を有した非接触ＩＣカード読取／書込装置を実現することができる。
【００４０】
次に、ローパスフィルタ１１について詳しく説明する。ローパスフィルタ１１の詳細において、Ｃ３は第三のコンデンサ、Ｌ３は第三のコイル、Ｃ４は第四のコンデンサ、Ｌ４は第四のコイル、Ｃ５は第五のコンデンサ、Ｌ５は第五のコイルを示しており、ローパスフィルタ１１の入力端とグランドとの間に第三のコンデンサＣ３と第三のコイルＬ３を直列に接続、さらに入力端には第四のコイルＬ４が接続し、第四のコイルＬ４の他端は第五のコイルＬ５が接続され、第五のコイルＬ５の他端はローパスフィルタ１１の出力端となっており、第四のコイルＬ４と第五のコイルＬ５の間には一端がグランドと接続された第四のコンデンサＣ４が接続され、第五のコイルＬ５の他端には一端がグランドと接続された第五のコンデンサＣ５が接続されている。
【００４１】
動作の説明であるが、Ｅ級アンプ９で送信信号を増幅し、ロードネットワーク１０で波形整形された後、Ｌ４、Ｃ４、Ｌ５、Ｃ５にて構成されるローパスフィルタ１１にて不要な高周波を除去する。さらに、Ｃ３とＬ３で構成される直列共振回路の共振周波数を搬送波の定倍の周波数にすることにより、増幅器で必ず発生する定倍の高調波を除去することができ、不要輻射に優れた非接触ＩＣカード読取／書込装置を実現する。
【００４２】
また、ループアンテナ３とアンテナコイル１３をそれぞれトランスと見たてた場合、非接触ＩＣカードが通信できる時は通常疎結合状態になっている時が多く、疎結合状態時に発生するリアクタンスをＣ３とＬ３で構成される直列共振回路を所望の特性にあわせることで、このリアクタンスを打ち消すことができ、ループアンテナ３から抵抗成分のみが見えるようになり、安定動作補償ができる。
【００４３】
以上説明したように、本実施の形態の非接触ＩＣカード読取／書込装置によれば、高効率にて動作可能な増幅器を有した非接触ＩＣカード読取／書込装置を実現することができる。そして、ＲＦ−ＩＤシステムの普及に大きく貢献することができ、非接触ＩＣカード通信分野で益するとことが大である。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、次のような効果がある。請求項１に記載の発明は、ループアンテナの直後で共振回路を受信と送信にそれぞれ専用で設けたので、Ｅ級アンプの効率の向上を図ることができる。請求項２に記載の発明は、Ｅ級アンプのスイッチ素子にＦＥＴを用い、ロードネットワークで波形整形し、ローパスフィルタで高周波を除去するので、常時Ｅ級動作が可能な増幅器を実現できる。請求項３に記載の発明は、ロードネットワークにコンデンサとコイルを直列に接続した共振回路で構成したので、大出力を高効率で動作できる。請求項４に記載の発明は、ローパスフィルタにコンデンサとコイルを直列に接続した共振回路をグランドに接地し、更に高次のローパスフィルタで構成したので、低不要輻射を実現できる。請求項５に記載の本発明は、ローパスフィルタ入力とグランドとの間に直列に配置したコンデンサとコイルをローパスフィルタとグランド間に接続したコンデンサとコイルをリアクタンス除去回路と共用するので、安定動作を補償できる。
【００４５】
よって、本発明は、増幅器の効率向上を図ることができ、低コストで小型の非接触ＩＣカード読取／書込装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による非接触ＩＣカード読取／書込装置を示すブロック図
【図２】Ｅ級アンプの動作原理説明図
【図３】従来の非接触ＩＣカードシステムの概念図
【図４】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
【図５】従来の非接触ＩＣカードシステムの読取／書込装置を示すブロック図
【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 トランス
７ 信号発生器
８ 変調器
９ Ｅ級アンプ
１０ ロードネットワーク
１１ ローパスフィルタ
１２ ＣＰＵ
１３ アンテナコイル
１４ ＩＣチップ
２０ 非接触ＩＣカード読取／書込装置
３０ 非接触ＩＣカード
【発明の属する技術分野】
本願発明は、非接触ＩＣカードシステムの読取／書込装置に関し、特に増幅器に高効率のＥ級アンプを用い、しかも受信と送信をマッチング回路にてアンテナ端で分岐することにより、効率改善するだけでなく受信感度をも改良した非接触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入退出管理システム、物流システム、航空貨物管理システム等々に実用化されつつある。
【０００３】
このシステムは、図３に示すように、１枚の樹脂製カードに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。なお、図３は、従来の非接触ＩＣカードシステムの概念図である。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。
【０００４】
更に、（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４に示す。図４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。なお、図４（ａ）はループアンテナ１０４とコンデンサが並列共振回路を構成し、図４（ｂ）はループアンテナ１０４とコンデンサが直列共振回路を構成している場合をそれぞれ示している。以下、図３及び図４を用いて従来例１の非接触ＩＣカードシステムの動作を説明する。
【０００５】
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４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１０４から送信する。
【０００６】
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１０１への送信は、電磁結合によりループアンテナ１０４が生成する磁束が非接触ＩＣカード１０１のアンテナコイル１０２と鎖交し、誘起電力を励起することにより行われる。非接触ＩＣカード１０１側では、アンテナコイル１０２の誘起電圧をＩＣチップ１０３内の整流回路（図示せず）で整流し、非接触ＩＣカード１０１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１０５からのデータを復調する。
【０００７】
次に、非接触ＩＣカード１０１より読取／書込装置１０５へのデータ伝送時には、読取／書込装置１０５は無変調の搬送波を送信して、非接触ＩＣカード１０１への電力供給のみを行っている。非接触ＩＣカード１０１側では、ＩＣチップ１０３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１０２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。このように、スイッチがオン、オフすると、アンテナコイル１０２に対する負荷Ｚが変動し、この変動が読取／書込装置１０５側のループアンテナ１０４へ電磁誘導により伝わり、ループアンテナ１０４側のインピーダンスが変動し、図４（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１０１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、この高周波信号は非接触ＩＣカード１０１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１０８で復調されて受信データが得られる。
【０００８】
また、これら非接触ＩＣカードシステムの読取／書込装置にＥ級アンプを使用した例として、（特許文献２）が知られており、以下、この従来例２について図５を用いて説明する。なお、図５は、従来の非接触ＩＣカードシステムの読取／書込装置を示すブロック図である。ここでは、（特許文献２）に記載された読取／書込装置ついて、その一部を簡易的なブロックにまとめている。
【０００９】
図５において、１１５はアンテナ、１１６はＥ級アンプ、１１７はインピーダンス回路、１１８はコンデンサ、１１９はフィルタ回路、１２０はＣＰＵ、Ｔｒ１１はトランジスタ、Ｌ１１はコイル、Ｄ１１はダイオード、Ｃ１２は第二のコンデンサ、Ｌ１２は第二のコイル、Ｃ１３は第三のコンデンサ、Ｃ１４は第四のコンデンサを示しており、Ｅ級アンプ１１６はアンテナ１１２、ＣＰＵ１２０及びインピーダンス回路１１７と接続し、インピーダンス回路１１７の他端は電源と接続し、さらにＥ級アンプ１１６とインピーダンス回路の間でカップリングコンデンサ１１８を介してフィルタ回路１１９と接続し、フィルタ回路１１９の他端はＣＰＵ１２０に接続されている。
【００１０】
ここで、Ｅ級アンプ１１６について詳しく説明する。図５に示すように、Ｅ級アンプ１１６はスイッチ素子にトランジスタＴｒ１１を用いており、ベース端子を入力端子とし、エミッタ端子はグランドに接続し、コレクタ端子は他端を電源と接続したコイルＬ１１と第二のコイルＬ１２の一端と接続、さらにダイオードＤ１１及び第二のコンデンサＣ１２を前記コレクタ端子とグランドの間に並列に接続し、第二のコイルＬ１２の他端は第三のコンデンサＣ１３と接続、さらに第三のコンデンサＣ１３の他端は一端をグランドと接続した第四のコンデンサ１４と接続し、第三のコンデンサＣ１３の他端を出力端子とする。
【００１１】
次に、読取／書込装置の動作を説明する。非接触ＩＣカードが読取／書込装置に挿入されると、図外の検知回路がＩＣカードを検知して、ＣＰＵ１２０に送信開始信号を与える。送信開始信号を受けたＣＰＵ１２０はＥ級アンプ１１６の電源をオンにして、変調データ信号をＥ級アンプ１１６に送る。Ｅ級アンプ１１６では変調データ信号を増幅すると共に正弦波に整形して、アンテナから送信する。ここで、ＣＰＵ１２０が出力する送信データ信号は、ディジタル信号となっており、ハイの時はトランジスタＴｒ１１はオフとなり、ローの時はオンとなる。このようにしてトランジスタＴｒ１１はスイッチング動作を行うが、トランジスタＴｒ１１のコレクタ端子ではコイルＬ１１、第二のコンデンサＣ１２、第二のコイルＬ１２、第三のコンデンサＣ１３で構成されるロードネットワークと呼ばれる回路により、スイッチング動作の立ち上がりと立ち下がりを時間的に鈍らせ、矩形波では無く正弦波に近い状態にして取り出す。スイッチング増幅とよばれるこの増幅方式では高効率にて増幅動作を行うことができる。この従来例２の場合では、非接触ＩＣカードが挿入されているときに、トランジスタＴｒ１１はＥ級動作するように調整されている。
【００１２】
また、非接触ＩＣカードと非接触ＩＣカード読取／書込装置のアンテナは、通信状態においてトランスと見立てることができ、通常このような場合では、トランスは疎結合状態となる場合が多いため、第四のコンデンサにより疎結合状態時に発生するリアクタンスを打ち消し、安定動作を補償している。
【００１３】
送信信号を受信した非接触ＩＣカードでは、前述の従来例１と同様に負荷変動で返信し、この従来例２の場合では、Ｅ級アンプのロードネットワークを通り、受信フィルタ１１９で不要波を除去した後ＣＰＵ１２０で復調する。本従来例２はこのように非接触ＩＣカードが近づき受信可能となったときのみ増幅器の特性がＥ級で動作するようにすることで、低消費電力動作の非接触ＩＣカードシステムの読取／書込装置を実現している。
【００１４】
【特許文献１】
特開２００２−７９７６号公報
【特許文献２】
特開平１０−２５６９５７号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の構成で大出力の非接触ＩＣカードシステムの読取／書込装置を実現した場合、いくつかの問題がある。
【００１６】
第一に周りに非接触ＩＣカードがない場合、増幅器は安定動作をしなくなり、効率劣化を起こす。そのため挿入検出器もしくは冷却器が必要となるため、従来例２として説明した（特許文献２）の利点として述べている小型低価格の電力送信装置を実現することは難しい。第二にパワーアンプ出力のフィルタとして用いているロードネットワークが低次のフィルタの回路構成となっているため、高周波除去能力が小さく、不要輻射を抑えることが非常に難しい。第三に受信信号がインピーダンス回路で分圧されているため感度が悪くなるばかりでなく、増幅器の効率劣化になる。（特許文献２）でスイッチング素子に用いているトランジスタはオン抵抗が大きいため増幅器の効率が悪いなど、様々な問題があった。
【００１７】
本発明は、上記のような従来の技術における課題を解消し、増幅器の効率向上を図ることができ、低コストで小型の非接触ＩＣカード読取／書込装置を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、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、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、無線送信部及び無線受信部をそれぞれＣＰＵに接続した構成を有し、無線送信部は高周波除去用のローパスフィルタとＥ級アンプと変調器が直列に接続された構成としたものである。
【００１９】
【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カードまたは非接触ＩＣタグとのデータ通信を行う非接触ＩＣカード読取／書込装置において、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、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、無線送信部及び無線受信部をそれぞれＣＰＵに接続した構成を有し、無線送信部は高周波除去用のローパスフィルタとＥ級アンプと変調器が直列に接続された構成としたことにより、送信周波数専用の共振回路と受信波専用の共振回路を設けることができ、Ｅ級アンプの効率向上を図ることができる。
【００２０】
請求項２に記載の発明は、Ｅ級アンプはスイッチング素子としてＦＥＴを使用し、ＦＥＴのゲート端子は信号発生器に接続、ドレイン端子は一端を電源に接続したコイルの他端と接続し、さらにロードネットワークを接続、ソース端子は変調器に接続した構成を有し、Ｅ級アンプの効率をさらに向上することができる。
【００２１】
請求項３に記載の発明は、ロードネットワークは、入力に一端がグランドに接続されたコンデンサの他端と第二のコイルを接続し、第二のコイルの他端は第二のコンデンサと接続され、第二のコンデンサの他端はロードネットワークの出力となるよう構成され、非接触ＩＣカード読取／書込装置が常にＥ級アンプがＥクラス動作するように、ロードネットワークの定数を所望の値に設定した構成を有し、常時Ｅ級動作することが可能である。
【００２２】
請求項４に記載の発明は、ローパスフィルタは入力端とグランドとの間に第三のコンデンサと第三のコイルを直列に接続、さらに入力端には第四のコイルが接続されており、第四のコイルの他端は第五のコイルが接続され、第五のコイルの他端はローパスフィルタの出力端となっており、第四のコイルと第五のコイルの間には、一端がグランドと接続された第四のコンデンサが接続され、第五のコイルの他端には一端がグランドに接続された第五のコンデンサが接続された構成を有し、高周波除去能力の向上を図ることができる。
【００２３】
請求項５に記載の発明は、ローパスフィルタ入力とグランドとの間に直列に配置した第三のコンデンサと第三のコイルをリアクタンス除去用の補償回路としても用いる構成を有し、Ｅ級アンプのさらなる安定動作を図ることができる。
【００２４】
以下、本発明の一実施の形態について図１、図２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。
【００２５】
（実施の形態）
図１は本発明の一実施の形態による非接触ＩＣカード読取／書込装置を示すブロック図である。なお、本実施の形態では、共振回路の一例として直列共振回路を用いた場合を示している。
【００２６】
図１において、２０は非接触ＩＣカード読取／書込装置であり、以下、省略して、読取／書込装置と言うこともある。また、３０は非接触ＩＣカードを示す。更に、１は無線送信部、２は無線受信部、３はループアンテナ、４は第一の共振回路、５は第二の共振回路、６はトランス、７は信号発生器、８は変調器、１２はＣＰＵ、１３はアンテナコイル、１４はＩＣチップをそれぞれ示している。
【００２７】
図１に示すように、ループアンテナ３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４と、第一の共振回路４を介しループアンテナ３に電力と送信データを供給する無線送信部１を設け、さらにループアンテナ３にカップリングコンデンサＣ０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５を介して、ループアンテナ３からの受信信号を取得する無線受信部２を設け、無線送信部１及び無線受信部２をそれぞれＣＰＵ１２に接続した構成を有し、無線送信部１は変調器８、Ｅ級アンプ９、ロードネットワーク１０、ローパスフィルタ１１が直列に接続されている。
【００２８】
図１において、送信データ伝送の場合は、ＣＰＵ１２からの送信データを変調器８で変調し、Ｅ級アンプ９で増幅し、ロードネットワーク１０及びローパスフィルタ１１を経て、高周波を除去し、図１に示すＣ４１、Ｃ４２、Ｌ３１からなる第一の共振回路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、信号発生器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２０から非接触ＩＣカード３０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３０のアンテナコイル１３と鎖交し、誘起電圧を励起することにより行われる。
【００２９】
非接触ＩＣカード３０では、アンテナコイル１３の誘起電圧をＩＣチップ１４内の整流回路（図示せず）で整流して、非接触ＩＣカード３０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）に導いて読取／書込装置２０からのデータを復調する。
【００３０】
次に、非接触ＩＣカード３０から読取／書込装置２０へのデータの伝送時には、読取／書込装置２０は無変調の搬送波を送信して、非接触ＩＣカード３０への電力供給のみを行っている。非接触ＩＣカード３０側では、ＩＣチップ１４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２０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１３に対する負荷が変動する。この変動が読取／書込装置２０側のループアンテナ３への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Ｃ０を介して、Ｃ５１、Ｌ５１からなる第二の共振回路５を介して、無線受信部２のＣＰＵ１２でデータが復調される。このようにして、高効率にて動作可能な増幅器を有した非接触ＩＣカード読取／書込装置２０を実現することができる。
【００３１】
次に、Ｅ級アンプ９について詳しく説明する。Ｅ級アンプ９の詳細ブロックでは、７は信号発生器、ＦＥＴ１はスイッチ素子用のＦＥＴ、Ｌ１はコイルを示しており、ＦＥＴ１のソース端子は変調器８と接続、ＦＥＴ１のゲート端子に信号発生器７を接続、ＦＥＴ１のドレイン端子は一端を電源と接続したコイルの他端及びロードネットワーク１０と接続、ドレイン端子−第二のコイルＬ２間とグランドとの間にコンデンサＣ１を接続している。
【００３２】
更に、このＥ級アンプ９の動作について説明する。ＦＥＴ１のゲート端子には信号発生器７から発生された搬送波周波数の送信信号が入力されており、信号がディジタル信号であるため、ＦＥＴ１は搬送波周波数にてスイッチング動作を行う。変調器８にて変調された送信信号が入力されると、ＦＥＴ１のドレイン端子では送信信号を電源電圧の振幅まで増幅する。但し、この波形は理想的には矩形波となっているため（実際は立ち上がりと立下り時間が０でないため、矩形波ではない）、余分な高周波を含んでおり、ロードネットワーク１０を所望の特性に定めることにより、矩形波の立ち上がりと立下りを鈍らせて取り出し、正弦波に近い波形に整形する。この増幅方式をスイッチング増幅と言い、非常に効率の良い増幅器を得ることができる。
【００３３】
次に、ロードネットワーク１０について詳しく説明する。ロードネットワーク１０の詳細において、Ｌ２は第二のコイル、Ｃ１はコンデンサ、Ｃ２は第二のコンデンサを示しており、ＦＥＴ１のドレイン端子を第二のコイルＬ２の一端と接続し、第二のコイルＬ２の他端は第二のコンデンサＣ２と接続、ドレイン端子−第二のコイルＬ２間とグランドの間にコンデンサＣ１を接続している。
【００３４】
前述した通り、スイッチング動作をしただけでは、出力は矩形波となり、不要成分が多く生成される。そこで、ロードネットワーク１０ではＬ２とＣ２で構成される直列共振回路で構成され、共振周波数を搬送波の周波数に調整することにより、矩形波ではなく正弦波として出力を取り出すことが可能となる。
【００３５】
ここで、図２を用いてＥ級アンプの基本的な動作原理を説明する。図２は、Ｅ級アンプの動作原理説明図である。Ｅ級アンプはスイッチとして動作する１つのＦＥＴと負荷回路網及び直流電源を供給するためのチョークコイル（ＲＦＣ）からなり、ＦＥＴは外部からゲートに入力される基本周波数信号によりスイッチとして周期的に動作する。
【００３６】
負荷回路の最も簡単な形は図２（ａ）で示すように、ＦＥＴに並列なキャパシタと直列共振回路からなり、この共振周波数を所望の周波数に定めることで、大振幅の出力を取り出すことができる。また、直列共振回路をローパスフィルタ１１とすることにより広帯域の増幅器を作ることも可能である。
【００３７】
ゲート電圧に図２（ｂ）で示すような電圧がかかった場合、ＦＥＴはゲート電圧がローの場合オン、ハイの場合オフとなり、ドレイン電圧は図３（ｃ）のような三角形の角がとれたような波形となる。
【００３８】
また、Ｌ１に流れる電流はドレイン電流Ｉｓと負荷回路の抵抗成分により流れる電流Ｉｃの和であり、図２（ｄ）で示すような波形となり、損失はこれら電流と電圧の積となるため、非常に小さく、大きな効率を得ることができる。このようにして、高効率にて動作可能な増幅器を有した非接触ＩＣカード読取／書込装置を実現することができる。
【００３９】
そして、第一の共振回路４にて、無線送信部１は外部及び受信回路の影響を受けにくくなっているため、ロードネットワーク１０の共振周波数を搬送波周波数になるように定数を調整することにより、ＩＣカード有り無し関係なく、常にＥ級動作が可能になる。このようにして、常時高効率にて動作可能な増幅器を有した非接触ＩＣカード読取／書込装置を実現することができる。
【００４０】
次に、ローパスフィルタ１１について詳しく説明する。ローパスフィルタ１１の詳細において、Ｃ３は第三のコンデンサ、Ｌ３は第三のコイル、Ｃ４は第四のコンデンサ、Ｌ４は第四のコイル、Ｃ５は第五のコンデンサ、Ｌ５は第五のコイルを示しており、ローパスフィルタ１１の入力端とグランドとの間に第三のコンデンサＣ３と第三のコイルＬ３を直列に接続、さらに入力端には第四のコイルＬ４が接続し、第四のコイルＬ４の他端は第五のコイルＬ５が接続され、第五のコイルＬ５の他端はローパスフィルタ１１の出力端となっており、第四のコイルＬ４と第五のコイルＬ５の間には一端がグランドと接続された第四のコンデンサＣ４が接続され、第五のコイルＬ５の他端には一端がグランドと接続された第五のコンデンサＣ５が接続されている。
【００４１】
動作の説明であるが、Ｅ級アンプ９で送信信号を増幅し、ロードネットワーク１０で波形整形された後、Ｌ４、Ｃ４、Ｌ５、Ｃ５にて構成されるローパスフィルタ１１にて不要な高周波を除去する。さらに、Ｃ３とＬ３で構成される直列共振回路の共振周波数を搬送波の定倍の周波数にすることにより、増幅器で必ず発生する定倍の高調波を除去することができ、不要輻射に優れた非接触ＩＣカード読取／書込装置を実現する。
【００４２】
また、ループアンテナ３とアンテナコイル１３をそれぞれトランスと見たてた場合、非接触ＩＣカードが通信できる時は通常疎結合状態になっている時が多く、疎結合状態時に発生するリアクタンスをＣ３とＬ３で構成される直列共振回路を所望の特性にあわせることで、このリアクタンスを打ち消すことができ、ループアンテナ３から抵抗成分のみが見えるようになり、安定動作補償ができる。
【００４３】
以上説明したように、本実施の形態の非接触ＩＣカード読取／書込装置によれば、高効率にて動作可能な増幅器を有した非接触ＩＣカード読取／書込装置を実現することができる。そして、ＲＦ−ＩＤシステムの普及に大きく貢献することができ、非接触ＩＣカード通信分野で益するとことが大である。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、次のような効果がある。請求項１に記載の発明は、ループアンテナの直後で共振回路を受信と送信にそれぞれ専用で設けたので、Ｅ級アンプの効率の向上を図ることができる。請求項２に記載の発明は、Ｅ級アンプのスイッチ素子にＦＥＴを用い、ロードネットワークで波形整形し、ローパスフィルタで高周波を除去するので、常時Ｅ級動作が可能な増幅器を実現できる。請求項３に記載の発明は、ロードネットワークにコンデンサとコイルを直列に接続した共振回路で構成したので、大出力を高効率で動作できる。請求項４に記載の発明は、ローパスフィルタにコンデンサとコイルを直列に接続した共振回路をグランドに接地し、更に高次のローパスフィルタで構成したので、低不要輻射を実現できる。請求項５に記載の本発明は、ローパスフィルタ入力とグランドとの間に直列に配置したコンデンサとコイルをローパスフィルタとグランド間に接続したコンデンサとコイルをリアクタンス除去回路と共用するので、安定動作を補償できる。
【００４５】
よって、本発明は、増幅器の効率向上を図ることができ、低コストで小型の非接触ＩＣカード読取／書込装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による非接触ＩＣカード読取／書込装置を示すブロック図
【図２】Ｅ級アンプの動作原理説明図
【図３】従来の非接触ＩＣカードシステムの概念図
【図４】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
【図５】従来の非接触ＩＣカードシステムの読取／書込装置を示すブロック図
【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 トランス
７ 信号発生器
８ 変調器
９ Ｅ級アンプ
１０ ロードネットワーク
１１ ローパスフィルタ
１２ ＣＰＵ
１３ アンテナコイル
１４ ＩＣチップ
２０ 非接触ＩＣカード読取／書込装置
３０ 非接触ＩＣカード
Claims (5)
- 非接触ＩＣカードとのデータ通信を行う非接触ＩＣカード読取／書込装置において、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、前記非接触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、前記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、前記第一の共振回路部を介し、前記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、前記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、前記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、前記無線送信部及び前記無線受信部をそれぞれＣＰＵに接続した構成を有し、前記無線送信部は高周波除去用のローパスフィルタとＥ級アンプと変調器が直列に接続されたことを特徴とする非接触ＩＣカード読取／書込装置。
- 前記Ｅ級アンプはスイッチング素子としてＦＥＴを使用し、前記ＦＥＴのゲート端子は信号発生器に接続、ドレイン端子は一端を電源に接続したコイルの他端と接続し、さらにロードネットワークを接続、ソース端子は変調器に接続したことを特徴とする請求項１に記載の非接触ＩＣカード読取／書込装置。
- 前記ロードネットワークは、入力に一端がグランドに接続されたコンデンサの他端と第二のコイルを接続し、前記第二のコイルの他端は第二のコンデンサと接続され、前記第二のコンデンサの他端は前記ロードネットワークの出力となるよう構成され、非接触ＩＣカード読取／書込装置が常に前記Ｅ級アンプがＥクラス動作するように、前記ロードネットワークの定数を所望の値に設定したことを特徴とする請求項１，２の内いずれか１項に記載の非接触ＩＣカード読取／書込装置。
- 前記ローパスフィルタは入力端とグランドとの間に第三のコンデンサと第三のコイルを直列に接続、さらに前記入力端には第四のコイルが接続されており、前記第四のコイルの他端は第五のコイルが接続され、第五のコイルの他端は前記ローパスフィルタの出力端となっており、第四のコイルと第五のコイルの間には、一端がグランドと接続された第四のコンデンサが接続され、第五のコイルの他端には一端がグランドに接続された第五のコンデンサが接続されたことを特徴とする請求項１〜３の内いずれか１項に記載の非接触ＩＣカード読取／書込装置。
- 前記ローパスフィルタ入力とグランドとの間に直列に配置した第三のコンデンサと第三のコイルをリアクタンス除去用の補償回路としても用いることを特徴とする請求項１〜４の内いずれか１項に記載の非接触ＩＣカード読取／書込装置。
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