JP2005182608A

JP2005182608A - 無線タグ

Info

Publication number: JP2005182608A
Application number: JP2003424834A
Authority: JP
Inventors: Koji Teraoka; 宏二寺岡
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-12-22
Filing date: 2003-12-22
Publication date: 2005-07-07

Abstract

【課題】無線タグの低消費電力化および動作信頼性の向上を図る。
【解決手段】無線タグ３において、デジタル部１０のタイミング制御部１１にグレイコードカウンタ１２を用いることにより、カウント動作タイミング毎のカウンタの瞬間消費電力のばらつきをなくして一定にするとともに、瞬間消費電力を最小化する。加えて、データ処理部１８の各データ処理回路（１９〜２８）の動作タイミングの制御信号（Ｊ，Ｋ，Ｌ，ＭおよびＮ）を生成する第１から第５までのデコーダ群（１３〜１７）に対しても、グレイコードカウンタ１２のカウンタ出力信号Ｈをデコーダ群に入力する。デコーダ群においても、カウント動作タイミング毎の瞬間消費電力のばらつきをなくして一定にするとともに、瞬間消費電力を最小化する。瞬間消費電力の影響による電源Ｃの電圧変動が抑制され、誤動作の発生を抑制し、高い動作信頼性を得る。
【選択図】図１

Description

本発明は、電磁波を用いてリーダライタとの間で無線通信を行う無線タグに関するものである。

以下、従来の無線タグの回路構成および動作について、図３、図４、および表１を参照しながら説明する。

図３は従来の無線タグの回路構成図であり、図４は従来の無線タグの回路におけるバイナリカウンタのカウント動作を示す図である。また、表１は従来の無線タグの回路におけるバイナリカウンタに接続されたデコーダ回路から出力される制御信号数を表す。

従来の無線タグの回路動作を説明する。

図３に示すように、無線タグ２９はリーダライタ２との間で電磁波を用いた無線通信を行い、リーダライタ２は、無線通信のために必要なホストコンピュータ１からの制御信号の受信、および、ホストコンピュータ１との双方向のデータ通信を回線Ａを通して行う。

リーダライタ２から無線タグ２９へのコマンド送信においては、振幅変調およびＰＩＥ符号化がなされたコマンド信号が用いられ、かつ、無線タグ２９からリーダライタ２へのレスポンス送信においては、振幅変調およびＦＭ０符号化がなされたレスポンス信号が用いられる。

無線タグ２９の回路は、アナログ部４とデジタル部３０とに大別され、デジタル部３０はさらにタイミング制御部３１とデータ処理部１８とに分けられる。無線タグ２９の回路の中で、アンテナ５を除く回路はすべてひとつの集積回路チップに構成されている。

無線タグ２９は、リーダライタ２よりコマンド信号をアンテナ５で受信し、ＲＦ（RadioFrequency）信号Ｂを得る。電源回路６では、ＲＦ信号Ｂを整流および平滑して電源Ｃを得ている。得られた電源Ｃは、アンテナ５および電源回路６を除く無線タグ２９の回路電源として供給される。搬送波抽出回路７では、ＲＦ信号Ｂより搬送波成分を抽出して、デジタル部３０を駆動するためのクロック信号Ｄを出力している。復調回路８は、ＲＦ信号Ｂの振幅変調成分を復調することによりリーダライタ２から送信されたコマンド信号を得るものであり、ＰＩＥ符号化がなされたコマンド信号Ｆとともに、そのコマンド信号の開始タイミングを示すスタート信号Ｅを出力する。

バイナリカウンタ３２は、スタート信号Ｅでリセットされることによりリーダライタ２からのコマンド受信を開始するタイミングでリセットされ、以後、クロック信号Ｄによりカウント動作を行っていき、１０ビットのバイナリコードであるカウンタ出力信号Ｐを出力する。

カウンタ出力信号Ｐは、複数のデコーダ回路で構成された、第１から第５のデコーダ群に与えられる。各デコーダ群にある複数のデコーダ回路は、それぞれカウンタ値を読みながら個別に設定されたタイミングでタイミング制御信号（図のＪ，Ｋ，Ｌ，ＭおよびＮ）を出力する。

各デコーダ群のタイミング制御動作について詳細に説明する。

ＰＩＥ復号化回路１９は復調回路８によるＰＩＥ符号化されたコマンド信号Ｆの復号化を行うものである。第１デコーダ群３３は、ＰＩＥ復号化回路１９の動作タイミング制御を行うため、複数のタイミング制御信号で構成された第１タイミング制御信号群Ｊを出力する。この第１タイミング制御信号群Ｊは、表１に示すように１４系統のタイミング制御信号よりなる。

コマンド認識回路２０はＰＩＥ復号化回路１９により復号化が成されたコマンド信号からコマンド内容を認識するものであり、コマンドエラー検出回路２１はコマンド認識動作の結果、受信コマンドのコマンド仕様との不整合、または誤り検出データとの不整合の検出を行うものである。第２デコーダ群３４は、コマンド認識回路２０とコマンドエラー検出回路２１との動作タイミング制御を行うため、複数のタイミング制御信号で構成された第２タイミング制御信号群Ｋを出力する。この第２タイミング制御信号群Ｋは、表１に示すように４８系統のタイミング制御信号よりなる。

コマンド処理回路２２はコマンド認識回路２０で認識されたコマンドに従ってコマンド処理を行うものであり、コマンド処理エラー検出回路２３はコマンド処理の過程におけるエラー発生を検出するものであり、メモリアクセス制御回路２４はコマンド処理に必要なメモリ２５とのアクセスを制御するものである。第３デコーダ群３５は、コマンド処理回路２２とコマンド処理エラー検出回路２３とメモリ２５とメモリアクセス制御回路２４との動作タイミング制御を行うため、複数のタイミング制御信号で構成された第３タイミング制御信号群Ｌを出力する。この第３タイミング制御信号群Ｌは、表１に示すように７８系統のタイミング制御信号よりなる。

レスポンスデータ生成回路２６はコマンド処理回路２２で処理されたコマンド処理結果に基づいてリーダライタ２へのレスポンスデータ生成を行うものである。第４デコーダ群３６は、レスポンスデータ生成回路２６の動作タイミング制御を行うため、複数のタイミング制御信号で構成された第４タイミング制御信号群Ｍを出力する。この第４タイミング制御信号群Ｍは、表１に示すように４２系統のタイミング制御信号よりなる。

レスポンス送信回路２７はレスポンスデータ生成回路２６で生成されたレスポンス信号の送信を行うものであり、ＦＭ０符号化回路２８はさらに送信動作に加えて送信レスポンス信号のＦＭ０符号化を行うものである。第５デコーダ群３７は、レスポンス送信回路２７とＦＭ０符号化回路２８との動作タイミング制御を行うため、複数のタイミング制御信号で構成された第５タイミング制御信号群Ｎを出力する。この第５タイミング制御信号群Ｎは、表１に示すように３７系統のタイミング制御信号よりなる。

上記の各デコーダ群は、出力するタイミング制御信号と同数のデコーダ回路で構成されている。

ＦＭ０符号化がなされたレスポンス信号Ｇは、変調回路９に与えられる。変調回路９は、変調信号であるレスポンス信号Ｇにより、リーダライタ２から見たアンテナ５のインピーダンスを変化させることによりＲＦ信号Ｂの振幅変調を行い、レスポンス信号をリーダライタ２に送信する。

上記一連の処理により、無線タグ２９は、リーダライタ２からのコマンドを受信し、かつ受信コマンドに基づく処理を行い、かつコマンド処理結果に基づくレスポンスをリーダライタ２へ返信する一連の無線タグ動作を実現する。
特開平９−２３８０５３号公報（第８−９頁、第１１図）

上記従来の回路構成および動作の無線タグでは、バイナリカウンタを用いているため、カウント動作タイミング毎に瞬間消費電力が変化する。

すなわち、図４のバイナリカウンタの動作図より明らかなように、カウンタの複数のバイナリ出力信号（図中のＱ０，Ｑ１およびＱ２信号）は、クロック信号（図中のＣＬＫ信号）の立ち上がりタイミングであるカウント動作タイミングにおいて、ひとつのバイナリ出力信号のみが変化する場合から、全バイナリ出力信号が変化する場合までを含んでいる。

すなわち、従来の無線タグ２９の回路のように１０ビットのバイナリカウンタ３２を用いている場合は、カウント動作タイミングにおいて、１０ビットのカウンタ出力信号Ｐは、ひとつの信号が変化する場合から、全信号が変化する場合までを含むことになる。この結果、カウント動作タイミング毎に瞬間消費電力が変化してしまうことになる。

さらに、バイナリカウンタ３２の１０ビットのカウンタ出力信号Ｐは、上記の如く、第１デコーダ群３３、第２デコーダ群３４、第３デコーダ群３５、第４デコーダ群３６および第５デコーダ群３７のそれぞれが持つ１４系統、４８系統、７８系統、４２系統、および３７系統の合計２１９系統のデコーダ回路に与えられるため、上記第１から第５までのデコーダ群全体においても、同時にバイナリカウンタ３２のカウント動作タイミング毎に瞬間消費電力が変化することになる。

タイミング制御部３１全体の瞬間消費電力は、バイナリカウンタ３２と第１から第５までのデコーダ群の影響が加算されたものとなる。この場合、バイナリカウンタ３２の１０ビットのカウンタ出力信号Ｐの中で、ひとつの信号のみが変化するタイミングでバイナリカウンタ３２および第１から第５までのデコーダ群全体のそれぞれの瞬間消費電力はともに最小となり、一方、カウンタ出力信号Ｐの全信号が変化するタイミングでバイナリカウンタ３２および第１から第５までのデコーダ群全体のそれぞれの瞬間消費電力はともに最大となってしまう。

この結果、バイナリカウンタ３２と第１から第５までのデコーダ群で構成されるタイミング制御部３１全体の瞬間消費電力は、１０ビットのカウンタ出力信号Ｐの中で、ひとつの信号のみが変化するタイミングで最小となり、全信号が変化するタイミングで最大となってしまう。

無線タグ２９の電源回路６は、半導体チップ上への回路実装スペース上の問題から実装規模に限界があるために高機能化ができず、出力電源の安定化性能に限界が生じてしまう。このため、従来の無線タグ２９では、上記瞬間消費電力の変動により電源Ｃに電圧変動が発生し、この結果、回路誤動作が発生するという動作信頼性上の問題があった。

従来の無線タグ２９とリーダライタ２との無線通信におけるビットエラーレートについて述べると、ビットエラーレートの実績値は１０^-5であり、実用上望まれる１０^-7のビットエラーレートを実現できていなかった。

本発明は、このような事情に鑑みて創作したものであり、無線タグの低消費電力化および動作信頼性の向上を図ることを目的としている。

本発明は、上記の課題を解決するために次のような手段を講じる。

本発明による無線タグは、リーダライタとの間で電磁波を用いた無線通信を行うためのアンテナと、前記リーダライタから前記無線通信により質問信号（コマンド信号）を受信し、かつ、前記無線通信により前記質問信号に対する応答信号（レスポンス信号）を送信するための回路と、前記質問信号の質問内容を認識し、前記質問内容の認識に対応した処理を行い、その処理結果に基づく前記応答信号の送信を行う一連の回路動作の動作順序を制御するためのカウンタ回路とを備えた無線タグであって、前記カウンタ回路が、任意のカウント動作タイミングで、互いに重み付けされた複数のカウンタ出力信号の中でひとつの出力信号のみが変化するカウンタで構成されているものである。

前記カウンタ回路は、例えば、グレイコードカウンタである。

本発明の無線タグにおけるカウンタ回路は、グレイコードカウンタのように、任意のカウント動作タイミングで、互いに重み付けされた複数のカウンタ出力信号の中でひとつの出力信号のみが変化するものであるので、カウント動作タイミング毎の瞬間消費電力が一定となるとともに、最小化されることになる。その結果、瞬間消費電力の影響による電源の電圧変動が抑制され、無線タグの回路全体における誤動作の発生が抑制される。

本発明によれば、無線タグの消費電力の変動レンジの抑制を行って回路誤動作を抑制するとともに、消費電力の最小化を行うことにより、実用的な動作信頼性を満足し、かつ、低消費電力化が図られた無線タグを実現するという優れた効果を奏する。

以下、本発明の実施の形態における無線タグの回路構成および動作について、図１、図２、および表１を参照しながら説明する。

図１は本発明の実施形態の無線タグの回路構成図であり、かつ、図２は本発明の実施形態の無線タグ３の回路に用いたグレイコードカウンタのカウント動作を示す図である。

本発明の実施形態の無線タグの回路動作を説明する。

無線タグ３のリーダライタ２との変調方式、符号化方式およびその他の通信仕様はすべて従来の無線タグ２９とリーダライタ２との通信方式と同様である。また、ホストコンピュータ１によるリーダライタ２の制御方式およびホストコンピュータ１とリーダライタ２とのデータ通信方式も従来システムと同様である。

無線タグ３の回路は、アナログ部４とデジタル部１０とに大別され、デジタル部１０はさらにタイミング制御部１１とデータ処理部１８とに分けられる。この中で、アナログ部４と、デジタル部１０におけるデータ処理部１８の回路構成および動作は従来の無線タグ２９と同様である。

無線タグ３の回路では、タイミング制御部１１で１０ビットのグレイコードカウンタ１２を用いている。グレイコードカウンタ１２は、従来の無線タグの回路動作と同様、スタート信号Ｅによりリセット、すなわちリーダライタ２からのコマンドの受信を開始するタイミングでリセットされ、以後、クロック信号Ｄによりカウント動作を行い、１０ビットのグレイコードのカウンタ出力信号Ｈを出力するものである。

カウンタ出力信号Ｈは、新たにグレイコードに対応した複数のデコーダ回路で構成された、第１デコーダ群１３、第２デコーダ群１４、第３デコーダ群１５、第４デコーダ群１６および第５デコーダ群１７に与えられる。各デコーダ群にある複数のデコーダ回路は、それぞれグレイコードのカウンタ値を読みながら個別に設定されたタイミングでタイミング制御信号（図のＪ，Ｋ，Ｌ，ＭおよびＮ）を出力する。

前述のように、データ処理部１８の回路構成および動作は従来の無線タグと同様であるため、タイミング制御信号群Ｊ，Ｋ，Ｌ，ＭおよびＮは従来と同様である。グレイコードカウンタ１２に接続されたデコーダ回路から出力される制御信号数も従来と同様で、表１に示す通りである。

本実施形態の無線タグの回路では、グレイコードカウンタを用いているため、カウント動作タイミング毎の瞬間消費電力が一定となる。

すなわち図２のグレイコードカウンタの動作図より明らかなように、カウンタのグレイコード出力信号（図中のＱ０，Ｑ１およびＱ２信号）は、任意のタイミングのカウント動作（図中のＣＬＫ信号の立ち上がりタイミング）において常にひとつの信号のみが変化している。本実施形態の無線タグの如く１０ビットのグレイコードカウンタ１２を用いている場合においても、任意のタイミングのカウント動作において、１０ビットのグレイコードのカウンタ出力信号Ｈの中で常にひとつの信号のみが変化することになる。このため、カウント動作タイミング毎のグレイコードカウンタ１２の瞬間消費電力は常に一定となるとともに、最小化されることになる。

さらに、グレイコードカウンタ１２のカウンタ出力信号Ｈは、従来と同様に、表１に示すように、第１デコーダ群１３、第２デコーダ群１４、第３デコーダ群１５、第４デコーダ群１６および第５デコーダ群１７のデコーダ群にあるそれぞれ１４系統、４８系統、７８系統、４２系統および３７系統の合計２１９系統のデコーダ回路に与えられている。このため、従来と同様に、第１から第５までのデコーダ群全体でもグレイコードカウンタ１２のカウント動作タイミングと同時に瞬間消費電力が発生する。しかし、本実施形態の無線タグでは、同タイミングにおいて常にカウンタ出力信号Ｈの中のひとつの信号のみが変化する性質から、デコーダ群全体の瞬間消費電力はカウント動作タイミング毎に一定となるとともに、最小化されることになる。

タイミング制御部１１全体の瞬間消費電力は、グレイコードカウンタ１２と第１から第５までのデコーダ群の影響が加算されるため、上記動作の結果、グレイコードカウンタ１２のカウント動作タイミング毎に一定となるとともに、最小化されることになる。

上記の結果、従来の無線タグの回路と比較して、瞬間消費電力の影響による電源Ｃの電圧変動が抑制され、無線タグの回路全体における誤動作の発生が抑制されることになり、この結果、実用上問題のない動作信頼性を得ることができる。

無線タグ３は、リーダライタ２との無線通信において、実用上問題のない１０^-7のビットエラーレートを実現することができるものである。

本発明の無線タグは、電磁波を用いてリーダライタとの間で無線通信を行う非接触ＩＣカード等において、低消費電力化および動作信頼性の向上を図る技術として有用である。

本発明の実施の形態における無線タグの回路構成図本発明の実施の形態の無線タグの回路におけるグレイコードカウンタのカウント動作を示す図従来の無線タグの回路構成図従来の無線タグの回路におけるバイナリカウンタのカウント動作を示す図

符号の説明

１ホストコンピュータ
２リーダライタ
３無線タグ
４アナログ部
５アンテナ
６電源回路
７搬送波抽出回路
８復調回路
９変調回路
１０デジタル部
１１タイミング制御部
１２グレイコードカウンタ
１３第１デコーダ群
１４第２デコーダ群
１５第３デコーダ群
１６第４デコーダ群
１７第５デコーダ群
１８データ処理部
１９ＰＩＥ復号化回路
２０コマンド認識回路
２１コマンドエラー検出回路
２２コマンド処理回路
２３コマンド処理エラー検出回路
２４メモリアクセス制御回路
２５メモリ
２６レスポンスデータ生成回路
２７レスポンス送信回路
２８ＦＭ０符号化回路
２９従来の無線タグ
３０従来のデジタル部
３１従来のタイミング制御部
３２バイナリカウンタ
３３従来の第１デコーダ群
３４従来の第２デコーダ群
３５従来の第３デコーダ群
３６従来の第４デコーダ群
３７従来の第５デコーダ群
Ａリーダライタ−ホストコンピュータ間回線
ＢＲＦ信号
Ｃ電源
Ｄクロック信号
Ｅスタート信号
Ｆコマンド信号
Ｇレスポンス信号
Ｈグレイコードカウンタのカウンタ出力信号
Ｊ第１タイミング制御信号群
Ｋ第２タイミング制御信号群
Ｌ第３タイミング制御信号群
Ｍ第４タイミング制御信号群
Ｎ第５タイミング制御信号群
Ｐバイナリカウンタのカウンタ出力信号

Claims

リーダライタとの間で電磁波を用いた無線通信を行うためのアンテナと、前記リーダライタから前記無線通信により質問信号を受信し、かつ、前記無線通信により前記質問信号に対する応答信号を送信するための回路と、前記質問信号の質問内容を認識し、前記質問内容の認識に対応した処理を行い、その処理結果に基づく前記応答信号の送信を行う一連の回路動作の動作順序を制御するためのカウンタ回路とを備えた無線タグであって、
前記カウンタ回路が、任意のカウント動作タイミングで、互いに重み付けされた複数のカウンタ出力信号の中でひとつの出力信号のみが変化するカウンタで構成されていることを特徴とする無線タグ。
前記カウンタ回路は、グレイコードカウンタである請求項１に記載の無線タグ。