JP2005151257A - Two-frequency communication system in rfid communication - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、非接触ICカードや無線IDタグシステムにおいて質問器と称されるリーダ及び応答器と称されるトランスポンダ間のデータ伝送を行うRFID(Radio Frequency Identification)通信において、2つのキャリア周波数を自動認識して切替使用することができる、RFID通信における2周波通信方式に関するものである。 The present invention automatically uses two carrier frequencies in RFID (Radio Frequency Identification) communication for data transmission between a reader called interrogator and a transponder called transponder in a contactless IC card or wireless ID tag system. The present invention relates to a two-frequency communication method in RFID communication that can be recognized and used.
近年、個体のID識別による自動認識は、多くのサービス業、製造業、流通業、販売業及び物流などの分野で広範囲に普及している。該ID識別の手段として、個体に貼付したバーコードラベルの内容をバーコードリーダで読み取り、情報処理を行うバーコードシステムが一般的であった。該バーコードシステムは安価に構築できるものの、情報の記憶容量が低いこと及び情報の書き換えができないという欠点があった。このため、情報の記憶媒体としてシリコンチップによるメモリを備えたICカードが例えば公衆電話用ICカード、クレジットカード、給油カードなど各分野で利用されている。 In recent years, automatic recognition by individual ID identification has been widely used in many fields such as service industry, manufacturing industry, distribution industry, sales industry, and logistics. As a means for identifying the ID, a barcode system in which the content of a barcode label attached to an individual is read by a barcode reader to perform information processing has been common. Although the bar code system can be constructed at a low cost, there are disadvantages in that the information storage capacity is low and the information cannot be rewritten. For this reason, an IC card provided with a memory of a silicon chip as an information storage medium is used in various fields such as an IC card for public telephones, a credit card, and a fuel card.
上記ICカードは、質問器とデータ伝送を行う際に信号端子同士の機械的接触が必要であるため実用性に劣るという欠点があった。このため、データ伝送を磁界又は電磁界の誘導結合によるRFID通信とした非接触方式が注目され、普及しつつある。該非接触方式には通信距離が数mm程度の密着型(国際標準は、ISO/IEC10536)と、数cm〜10cm程度の近接型(国際標準は、ISO/IEC14443)と、50cm〜1m程度の近傍型(国際標準は、ISO/IEC15693)がある。また、キャリア周波数は密着型で4.915MHz、近接型及び近傍型で13.56MHz等が一般的に使用されている。なお、通信距離は目安であり標準書では規定されておらず、磁界強度で規定されている。 The IC card has a disadvantage that it is inferior in practicality because it requires mechanical contact between the signal terminals when performing data transmission with the interrogator. For this reason, a non-contact method in which data transmission is RFID communication using magnetic field or electromagnetic field inductive coupling has been attracting attention and is becoming popular. The non-contact method includes a contact type (international standard is ISO / IEC10536) with a communication distance of several millimeters, a proximity type (international standard is ISO / IEC14443), and a proximity of about 50 cm to 1 m. There is a type (the international standard is ISO / IEC15693). The carrier frequency is generally 4.915 MHz for the contact type and 13.56 MHz for the proximity type and the proximity type. The communication distance is a guideline and is not defined in the standard document, but is defined by the magnetic field strength.
上記RFID通信において、通信距離を必要とするアプリケーションの場合には近傍型を使用することになる。13.56MHzのキャリア周波数を使用した近傍型RFID通信の理論的限界距離は3.5mであるが、応答器が認識可能な質問器からの磁界強度は近傍界では距離の3乗に反比例するため、実際の通信距離は理論値には及ばない。また、遠方型として米国の流通分野における無線IDタグシステムではキャリア周波数として915MHzが広く普及しており、通信距離も5m以上のものが実用化されている。日本においても米国の流通分野における普及と歩調を合わせるため、2004年を目途に860MHz〜960MHz帯のキャリア周波数の使用が認可される方向で法制化が進んでおり、950MHzが有望視されている。 In the RFID communication, in the case of an application that requires a communication distance, a proximity type is used. The theoretical limit distance of near-field RFID communication using a carrier frequency of 13.56 MHz is 3.5 m, but the magnetic field strength from the interrogator that can be recognized by the responder is inversely proportional to the cube of the distance in the near field. The actual communication distance is less than the theoretical value. As a remote type, in the wireless ID tag system in the US distribution field, 915 MHz is widely used as a carrier frequency, and a communication distance of 5 m or more is put into practical use. Also in Japan, in order to keep pace with the spread in the US distribution field, legalization is progressing in the direction that the use of carrier frequencies in the 860 MHz to 960 MHz band is approved by the end of 2004, and 950 MHz is promising.
また、米国において915MHzと2.45GHzのキャリア周波数の2周波に対応することができるRFIDチップが使用され始めている。これは、915MHzと2.45GHzの各キャリア周波数を使用したアプリケーションに対し1つのRFIDチップで対応させるためである。
上記915MHzのキャリア周波数を使用した遠方型のRFID通信では通信距離が5m以上あり、2.45GHzでも同程度の通信距離があるため、通信距離を必要とするアプリケーションにとっては有用である。しかし、キャリア周波数が高くなるに伴い電磁界の直進性は良くなるものの、個体の材質や大きさにより電磁界の反射又は吸収が顕著になり、対象物によっては利用することができないといった問題点があった。また、普及が見込まれる950MHzは今後認可される予定のものであり、現在近傍型で使用されている13.56MHz対応のシステムも継続使用されるため、2周波に対応したRFID通信が可能な応答器が必要とされる。更には、使用条件や環境条件により2周波のうち1周波のみを選択使用したり2周波を自動認識して切替使用することにより、データの信頼性を向上させたり通信距離や伝送特性の異なるアプリケーションに対応させることが可能となる。 In the far-field RFID communication using the carrier frequency of 915 MHz, the communication distance is 5 m or more, and the same communication distance is available even at 2.45 GHz, which is useful for applications that require a communication distance. However, although the straightness of the electromagnetic field improves as the carrier frequency becomes higher, the reflection or absorption of the electromagnetic field becomes significant depending on the material and size of the individual, and there is a problem that it cannot be used depending on the object. there were. In addition, 950 MHz, which is expected to be widely used, will be approved in the future, and the 13.56 MHz compatible system currently used in the neighborhood type will continue to be used. A vessel is required. In addition, by selecting and using only one of the two frequencies according to the usage conditions and environmental conditions, or by automatically switching between two frequencies, the data reliability can be improved, and applications with different communication distances and transmission characteristics. It becomes possible to make it correspond.
本発明は以上のような問題点及び必要性を解決するために成されたものであり、非接触ICカードや無線IDタグシステムにおいて質問器及び応答器間のRFID通信のキャリア周波数として950MHzと13.56MHzの2周波に対応させることができる、RFID通信における2周波通信方式を提供することを目的とする。なお、950MHzは今後認可されるキャリア周波数として有望であるため本明細書中において主として記載しているが、法制化の内容により860MHz〜960MHz帯の周波数範囲を包含するものである。 The present invention has been made in order to solve the above problems and necessity, and 950 MHz and 13 are used as carrier frequencies of RFID communication between an interrogator and a responder in a non-contact IC card or a wireless ID tag system. An object of the present invention is to provide a two-frequency communication method in RFID communication that can correspond to two frequencies of .56 MHz. Since 950 MHz is promising as a carrier frequency to be approved in the future, it is mainly described in the present specification. However, it covers the frequency range of 860 MHz to 960 MHz band depending on the contents of legalization.
上記課題を解決するため、本発明のRFID通信における2周波通信方式においては、RFIDチップのフロントエンド部において、950MHz対応のアンテナ・同調回路と13.56MHz対応のアンテナ・同調回路の2周波対応のアンテナ・同調回路を2組接続し、950MHz対応のアンテナ・同調回路の後段には変調波のエンベロープ検出とRFIDチップ駆動用の電力供給のための検波・整流回路とパワーオン電圧を検出するための電圧検出回路と950MHzを13.56MHz近傍まで分周するための分周回路を設け、13.56MHz対応のアンテナ・同調回路の後段には変調波のエンベロープ検出とRFIDチップ駆動用の電力供給のための検波・整流回路とパワーオン電圧を検出するための電圧検出回路を設ける。更に、該RFIDチップのシステムクロックを生成するためのクロック生成回路と各アンテナ・同調回路を負荷変調させるための変調回路及びスイッチング素子等を設けて構成する。 In order to solve the above-described problem, in the two-frequency communication system for RFID communication according to the present invention, the antenna / tuning circuit compatible with 950 MHz and the antenna / tuning circuit compatible with 13.56 MHz are supported at the front end of the RFID chip. Two sets of antennas and tuning circuits are connected, and the detection and rectification circuit for detecting the envelope of the modulated wave and supplying the power for driving the RFID chip and the power-on voltage are detected after the antenna and tuning circuit for 950 MHz. A voltage detection circuit and a frequency dividing circuit for dividing the frequency of 950 MHz to near 13.56 MHz are provided, and the succeeding stage of the 13.56 MHz compatible antenna / tuning circuit is for detecting the envelope of the modulated wave and supplying power for driving the RFID chip. And a voltage detection circuit for detecting the power-on voltage. Furthermore, a clock generation circuit for generating a system clock of the RFID chip, a modulation circuit for performing load modulation on each antenna / tuning circuit, a switching element, and the like are provided.
本発明のRFID通信における2周波通信方式を、RFIDチップのフロントエンド部として採用すれば、非接触ICカードや無線IDタグシステムにおいて質問器及び応答器間のRFID通信のキャリア周波数が950MHzと13.56MHzの2周波に対応することができ、各キャリア周波数の長所即ち950MHzの直進性及び通信距離と13.56MHzの透過性等を利用し、使用条件及び環境条件により2周波のうち1周波のみを選択使用したり、セキュリティーを重視したアプリケーションにおいては2周波それぞれのデータ伝送を自動認識して切替使用することによりデータの信頼性を向上させることができるという効果を奏する。また、通信距離や伝送特性の違いを生かしたアプリケーションに対応させることが可能になるという効果も奏する。 If the two-frequency communication method in the RFID communication of the present invention is adopted as the front end portion of the RFID chip, the carrier frequency of the RFID communication between the interrogator and the responder in the non-contact IC card or the wireless ID tag system is 950 MHz and 13. It can support two frequencies of 56 MHz, and uses the advantages of each carrier frequency, that is, the straightness of 950 MHz and the communication distance and the transmission of 13.56 MHz, etc., and only one of the two frequencies depending on the use conditions and environmental conditions. In applications where selection is used or security is emphasized, the reliability of data can be improved by automatically recognizing and switching the data transmission of each of the two frequencies. In addition, there is an effect that it is possible to correspond to an application that takes advantage of the difference in communication distance and transmission characteristics.
本発明を実施するための最良の形態を図を用いて説明する。図1は本発明のRFID通信における2周波通信方式を実現するための回路ブロック図である。 The best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit block diagram for realizing a two-frequency communication system in RFID communication according to the present invention.
RFIDチップのフロントエンド部において、950MHz対応のアンテナ・同調回路1と、13.56MHz対応のアンテナ・同調回路5の2周波対応のアンテナ・同調回路を2組接続する。該アンテナは、使用するキャリア周波数により形状や大きさが異なり、更にループアンテナの場合には巻数も異なるため、RFIDチップの外部にて接続するのが好適である。 At the front end of the RFID chip, two sets of antenna / tuning circuit 1 for 950 MHz and antenna / tuning circuit 1 for 13.56 MHz and antenna / tuning circuit 5 for 13.56 MHz are connected. The antenna is different in shape and size depending on the carrier frequency to be used, and in the case of a loop antenna, the number of turns is also different.
また、950MHz対応のアンテナ・同調回路1の後段には変調波のエンベロープ検出とRFIDチップ駆動用の電力供給のための検波・整流回路2とパワーオン電圧を検出するための電圧検出回路4と950MHzを13.56MHz近傍まで分周するための分周回路3を設け、13.56MHz対応のアンテナ・同調回路5の後段には変調波のエンベロープ検出とRFIDチップ駆動用の電力供給のための検波・整流回路6とパワーオン電圧を検出するための電圧検出回路7を設ける。前記検波・整流回路2,6は、キャリア周波数の交流電圧を順電圧降下の低いショッ時バリアダイオード等による単波又は全波又は倍電圧整流回路と平滑コンデンサ等で構成される。また、電圧検出回路4,7は、動作電圧が供給されたRFIDチップにリセット信号を入力するため、分圧回路とコンパレータ等で構成される。
Further, the antenna / tuning circuit 1 for 950 MHz is followed by a detection /
更に、該RFIDチップのシステムクロックを生成するためのクロック生成回路14と各アンテナ・同調回路1,5を負荷変調させるための変調回路8及びスイッチング素子10,12等を設けて構成する。該変調回路8は、特に限定するものではないが、本願出願人による特願2003−384604に記述されているパルスギャップ信号による非同期通信方式によれば、任意のキャリア周波数のシステムでも使用できるため、より好適である。また、スイッチング素子10,12は、FETが好適である。
Furthermore, a
本発明の実施例を図を用いて説明する。まず、図2はRFID通信における通信原理を説明するための構成ブロック図であり、非接触ICカードや無線IDタグシステムにおいて質問器及び応答器間のデータ伝送を行うRFID通信の原理を説明する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. First, FIG. 2 is a configuration block diagram for explaining the communication principle in RFID communication. The principle of RFID communication for performing data transmission between an interrogator and a responder in a non-contact IC card or a wireless ID tag system will be described.
非接触ICカードや無線IDタグシステムにおける質問器16と応答器20は、マイクロ波より低い周波数では誘導結合によるデータ伝送が行われている。ここで、応答器20は受動素子として質問器16から電力供給を受け、RFIDチップ21を動作させている。該図において、質問器16に接続されたアンテナ19から出力された磁界又は電磁界24が応答器20に接続されたアンテナ23のループを突き抜けると、相互誘導によりアンテナ23に起電力が発生する。この時、質問器16のアンテナ19には同調キャパシタ18が並列接続され、オシレータ17から出力されるキャリア周波数と一致する共振周波数の共振回路を構成している。また、応答器20のアンテナ23には同調キャパシタ22が並列接続され、質問器16から出力されたキャリア周波数に共振するように調整された共振回路を構成し、該条件の下で最大効率のRFID通信及び電力供給が行われる。即ち質問器16と応答器20による誘導結合は、空間を介したトランスを構成すると考えられる。
The
次に、図1は本発明のRFID通信における2周波通信方式を実現するための回路ブロック図であり、950MHzのキャリア周波数によるRFID通信と、13.56MHzのキャリア周波数によるRFID通信の2周波による通信方式を説明する。 Next, FIG. 1 is a circuit block diagram for realizing the two-frequency communication method in the RFID communication according to the present invention. The two-frequency communication of the RFID communication using the carrier frequency of 950 MHz and the RFID communication using the carrier frequency of 13.56 MHz. The method will be described.
図2におけるアンテナ23と同調キャパシタ22と同様に、RFIDチップ21のフロントエンド部において、950MHz対応のアンテナ・同調回路1と、13.56MHz対応のアンテナ・同調回路5の2組のアンテナ・同調回路を接続する。該アンテナは、使用するキャリア周波数により形状や大きさが異なり、更にループアンテナの場合には巻数も異なる。ループアンテナの場合には銅箔やアルミ箔による印刷パターンにより構成することが多いため、RFIDチップ21の外部にて接続するのが一般的である。
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次に、950MHz対応のアンテナ・同調回路1の後段には変調波のエンベロープ検出とRFIDチップ駆動用の電力供給のための検波・整流回路2とパワーオン電圧を検出するための電圧検出回路4と950MHzを13.56MHz近傍まで分周するための分周回路3を設け、13.56MHz対応のアンテナ・同調回路5の後段には変調波のエンベロープ検出とRFIDチップ駆動用の電力供給のための検波・整流回路6とパワーオン電圧を検出するための電圧検出回路7を設ける。前記分周回路3は、キャリア周波数を950MHzとした場合に1/70分周することで13.57MHzとなり(915MHzの場合には1/68分周することで13.46MHz)、もう一方のキャリア周波数である13.56MHzとほぼ同等となり、RFIDチップ内の各回路ブロックを共用することができる。また、前記検波・整流回路2,6は、キャリア周波数の交流電圧を順電圧降下の低いショッ時バリアダイオード等による単波又は全波又は倍電圧整流回路と平滑コンデンサ等で構成される。RFIDチップ内に電気的に書き換え可能なメモリが内蔵されている場合、更に高電圧を発生させるための昇圧回路(図示せず)が内蔵される。また、電圧検出回路4,7は、動作電圧が供給されたRFIDチップにリセット信号を入力するため、分圧回路とコンパレータ等で構成される。RFIDチップの電源は誘導起電力によるものであり不安定であるため、動作電圧とリセット電圧の関係は重要となる。図1では2周波に対応するため、ゲート15を介してリセット信号が後段のロジック回路に出力される。
Next, a detection /
次に、該RFIDチップのシステムクロックを生成するためのクロック生成回路14と各アンテナ・同調回路1,5を負荷変調させるための変調回路8及びスイッチング素子10,12等を設けて構成する。図1では2周波に対応するため、950MHzを1/70分周した周波数と13.56MHzをゲート13を介してクロック生成回路14に入力し、1/192分周することによりシステムクロックとしている。また、変調回路8は、サブキャリアを伴うASK変調とすると共に2周波に対応するため、950MHzを1/70分周した周波数を更に1/32分周した周波数と変調回路8の出力をゲート9を介してスイッチング素子10に入力して950MHz対応のアンテナ・同調回路1の負荷変調を行い、13.56MHzを1/32分周した周波数と変調回路8の出力をゲート11を介してスイッチング素子12に入力して13.56MHz対応のアンテナ・同調回路5の負荷変調を行う。以上に述べた構成により、RFID通信における2周波通信が可能となる。
Next, the
2周波の利用形態として、質問器16側のオシレータ17を950MHzと13.56MHzの2周波対応とし、使用条件及び環境条件により2周波のうち1周波のみを選択使用したり、セキュリティーを重視したアプリケーションにおいては950MHzと13.56MHzの2周波それぞれのデータ伝送を自動認識して切替使用し、異なる周波数でデータ伝送することによりデータの信頼性を向上させるようにしても良い。また、950MHzの直進性及び通信距離と13.56MHzの透過性等を生かしたアプリケーションに応用すれば、利用範囲が広がることになる。
As an application mode of 2 frequencies, the
以上の説明においては、950MHzと13.56MHzの2周波についての説明を行ったが、RFID通信で使用する他の周波数例えば125KHzと13.56MHzとの2周波の組合わせなど任意に行って構わない。なお、本願出願人による特願2003−384604に記述されているパルスギャップ信号による非同期通信方式対応とすれば、応答器(20)からのデータ伝送を、パルスギャップ信号と、複数のキャリア周波数に対応できるよう互換性を有する論理回路とから構成した非同期通信方式とすることにより、リモート操作により任意のキャリア周波数をシステムで使用することも可能となる。 In the above description, two frequencies of 950 MHz and 13.56 MHz have been described. However, other frequencies used in RFID communication, for example, a combination of two frequencies of 125 KHz and 13.56 MHz may be arbitrarily used. . In addition, if it corresponds to the asynchronous communication system by the pulse gap signal described in Japanese Patent Application No. 2003-384604 by the applicant of the present application, data transmission from the responder (20) corresponds to the pulse gap signal and a plurality of carrier frequencies. By adopting an asynchronous communication system composed of compatible logic circuits, an arbitrary carrier frequency can be used in the system by remote operation.
1 アンテナ・同調回路
2 検波・整流回路
3 分周回路
4 電圧検出回路
5 アンテナ・同調回路
6 検波・整流回路
7 電圧検出回路
8 変調回路
9 ゲート
10 スイッチング素子
11 ゲート
12 スイッチング素子
13 ゲート
14 クロック生成回路
15 ゲート
16 質問器
17 オシレータ
18 同調キャパシタ
19 アンテナ
20 応答器
21 RFIDチップ
22 同調キャパシタ
23 アンテナ
24 磁界又は電磁界
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Antenna and
Claims (3)
更に、該RFIDチップ(21)のシステムクロックを発生させるためのクロック生成回路(14)と各アンテナ・同調回路(1,5)を負荷変調させるための変調回路(8)及びスイッチング素子(10,12)等を設けて構成することを特徴とした、RFID通信における2周波通信方式。 At the front end portion of the RFID chip (21), two sets of antenna / tuning circuits corresponding to two frequencies of the antenna / tuning circuit (1) compatible with 950 MHz and the antenna / tuning circuit (5) compatible with 13.56 MHz are connected to each other at 950 MHz. Following the corresponding antenna / tuning circuit (1) is a detection / rectification circuit (2) for detecting the envelope of the modulated wave and generating power for driving the RFID chip, and a voltage detection circuit (4) for detecting the power-on voltage. ) And a frequency dividing circuit (3) for dividing the frequency of 950 MHz to 13.56 MHz, and the antenna and tuning circuit (5) compatible with 13.56 MHz are used for detecting the envelope of the modulated wave and driving the RFID chip. A detection / rectification circuit (6) for generating power and a voltage detection circuit (7) for detecting the power-on voltage are provided.
Further, a clock generation circuit (14) for generating a system clock of the RFID chip (21), a modulation circuit (8) for load modulating each antenna / tuning circuit (1, 5), and a switching element (10, 12) A two-frequency communication system in RFID communication, characterized in that it is provided with a configuration.
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