JP2005208753A

JP2005208753A - 非接触ｉｃカード通信装置

Info

Publication number: JP2005208753A
Application number: JP2004012195A
Authority: JP
Inventors: Takashi Ui; 孝宇井
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-01-20
Filing date: 2004-01-20
Publication date: 2005-08-04

Abstract

【課題】設置環境によらずアンテナの同調周波数を最適な周波数にすることができる非接触ＩＣカード通信装置を提供する。
【解決手段】制御回路３は、周波数補正モードにおいて、周波数調整回路９を制御してアンテナ１の同調周波数を予め設定された値だけ変えながら、送信電力検出回路８で送信電力の電力値を検出し、同調周波数を変えた前と後で、送信電力の電力値が予め設定された規定値以上上昇しなくなるまで、アンテナ１の同調周波数を変えて同調周波数を調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電磁誘導を利用してＩＣカードとの通信を行う非接触ＩＣカードシステムに関するもので、特に、ＩＣカードと通信を行う非接触ＩＣカード通信装置に関するものである。

従来、メモリを含む所定の集積回路とアンテナを搭載した非接触ＩＣカードと、この非接触ＩＣカードのアンテナと電磁結合してデータの送受信を行う非接触ＩＣカード通信装置としての非接触ＩＣカードリーダライタ装置とを備えた非接触ＩＣカードシステムが知られており、非接触ＩＣカードの動作電源となる直流電源電圧は、アンテナを介して受信したキャリア（搬送波）をもとに生成されるようになっている（例えば特許文献１参照）。

図８に従来の非接触ＩＣカードリーダライタ装置の構成図を示す。

図８に示すように、従来の非接触ＩＣカードリーダライタ装置は、通常ループアンテナで構成され、非接触ＩＣカードリーダライタ装置のキャリアを放射してＩＣカードに電力を供給するとともにデータの送信及び非接触ＩＣカードからの負荷変調されたデータを受信するアンテナ８１と、アンテナ８１の周波数同調を取るためのアンテナ同調回路８２と、非接触ＩＣカードから受信したデータを内蔵のメモリに格納し適宜読み出して処理し、必要であれば非接触ＩＣカードへデータを送信するなどして装置全体を制御する制御回路８３と、制御回路８３から出力される送信データをキャリアに変調する変調回路８４と、変調回路８４の出力を規定の送信電力まで増幅する増幅回路８５と、ダイオードブリッジ等で構成され、キャリアからデータ信号を検波する検波回路８６と、検波回路８６で検波されたデータ信号を増幅し、波形整形し、制御回路８３に伝える受信回路８７とを備えている。

このような構成の非接触ＩＣカードリーダライタ装置は、キャリア周波数の電波を常時アンテナ８１から出力しており、非接触ＩＣカードは、リーダライタ装置に近づくと、リーダライタ装置から送出されているキャリアを受信し、この受信波を整流することで動作電源を得ている。

また、非接触ＩＣカードリーダライタ装置の制御回路８３は、一定周期で変調回路８４によりキャリアにＡＭ（Amplitude Modulation）変調をかけてコマンドを送信しており、非接触ＩＣカードは、キャリアから動作電源を得ると共に、リーダライタ装置から一定周期で送出されるコマンドを受信し、そのコマンドに対するレスポンスを、動作負荷を変える負荷変調方式でリーダライタ装置に伝える。

非接触ＩＣカードリーダライタ装置では、負荷変調で返送されたＡＭ変調波をアンテナ８１で受信すると、検波回路８６、受信回路８７を通してデータ信号を復調し、制御回路８３でデータを認識してデータの授受が完了する。

このように、従来の非接触ＩＣカードリーダライタ装置においては、非接触ＩＣカードが所定の領域内にあれば、非接触でデータの送受信を行うことができる。
特開平９−６２８１６号公報

しかしながら、このような従来の非接触ＩＣカード通信装置においては、非接触ＩＣカード通信装置を設置する場所の環境（構造や材質）によって、アンテナの同調周波数が変化し、設置環境下で測定機器によりアンテナの調整を行うか、予め設置環境の変化を想定して調整を行う必要があり、どちらの場合も調整の精度が悪く、機器の性能を十分に発揮できないという問題があった。

本発明は、従来の問題を解決するためになされたもので、設置環境によらずアンテナの同調周波数を最適な周波数にすることができる非接触ＩＣカード通信装置を提供することを目的とする。

本発明の非接触ＩＣカード通信装置は、送信電波の電力を検出する送信電力検出手段と、アンテナの同調周波数を調整する周波数調整手段と、前記送信電力検出手段が検出した送信電波の電力が強い状態に収束するように、前記周波数調整手段により前記同調周波数を制御する制御手段とを備える構成を有している。

この構成により、送信電波の電力が強い状態に収束するようにアンテナの同調周波数が調整され、設置環境などによる同調周波数のズレを補正することができる。

ここで、前記送信電力検出手段が、送信電波の電力に影響を与えずに送信電波の電力を検出するための検出信号を取り出す方向性結合器と、前記検出信号を直流に変換する整流回路とを有する構成とした。

この構成により、送信電波の電力に影響を与えずに送信電波の電力を検出することができる。

また、前記送信電力検出手段が、送信電波の電力に影響を与えずに送信電波の電力を検出するための検出信号を取り出す結合コンデンサと、前記検出信号を直流に変換する整流回路とを有する構成とした。

また、前記周波数調整手段は、前記アンテナと並列に接続されたコンデンサと、前記コンデンサに直列に接続されたスイッチング回路とを有し、前記アンテナの同調回路の容量を可変とする構成とした。

この構成により、簡易な構成で同調周波数を変えることができる。

また、前記周波数調整手段は、前記アンテナと並列に接続されたコンデンサと、前記コンデンサに直列に接続された可変容量ダイオードとを有し、前記アンテナの同調回路の容量を可変とする構成とした。

また、前記制御手段は、前記同調周波数の制御を一定時間間隔で行う構成とした。

この構成により、経時変化や温度変化などによる同調周波数のズレを補正することができる。

本発明によれば、送信電波の電力が強い状態に収束するようにアンテナの同調周波数を制御することにより、設置環境によらずアンテナの同調周波数を最適な周波数にすることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１は本発明の第１の実施の形態の非接触ＩＣカードリーダライタ装置を示す図である。

図１において、非接触ＩＣカードリーダライタ装置は、通常ループアンテナで構成され、非接触ＩＣカードリーダライタ装置のキャリアを放射してＩＣカードに電力を供給するとともにデータの送信及び非接触ＩＣカードからの負荷変調されたデータを受信するアンテナ１と、アンテナ１の周波数同調を取るためのアンテナ同調回路２と、非接触ＩＣカードから受信したデータを内蔵のメモリに格納し適宜読み出して処理し、必要であれば非接触ＩＣカードへデータを送信するなどして装置全体を制御する制御回路３と、制御回路３から出力される送信データをキャリアに変調する変調回路４と、変調回路４の出力を規定の送信電力まで増幅する増幅回路５と、ダイオードブリッジ等で構成され、キャリアからデータ信号を検波する検波回路６と、検波回路６で検波されたデータ信号を増幅し、波形整形し、制御回路３に伝える受信回路７と、増幅回路５から出力された電力の大きさを検出する送信電力検出回路８と、制御回路３からの制御信号に応じてアンテナ同調回路２を制御してアンテナ同調周波数を上下させる周波数調整回路９と、送信電力検出回路８で検出された電圧レベルを記憶しておく記憶回路１０とを備えている。

このような構成の非接触ＩＣカードリーダライタ装置は、キャリア周波数の電波を常時アンテナ１から出力しており、非接触ＩＣカードは、リーダライタ装置に近づくと、リーダライタ装置から送出されているキャリアを受信し、この受信波を整流することで動作電源を得ている。

また、非接触ＩＣカードリーダライタ装置の制御回路３は、一定周期で変調回路４によりキャリアにＡＭ変調をかけてコマンドを送信しており、非接触ＩＣカードは、キャリアから動作電源を得ると共に、リーダライタ装置から一定周期で送出されるコマンドを受信し、そのコマンドに対するレスポンスを、動作負荷を変える負荷変調方式でリーダライタ装置に伝える。

非接触ＩＣカードリーダライタ装置では、負荷変調で返送されたＡＭ変調波をアンテナ１で受信すると、検波回路６、受信回路７を通してデータ信号を復調し、制御回路３でデータを認識してデータの授受が完了する。

この非接触ＩＣカードリーダライタ装置が、例えば、入退室のチェックの用途に適用される場合、鉄板で作られた壁に設置されたり、或いは、コンクリート製の壁に設置されたりと、様々な場所に設置されることが想定される。

その際、リーダライタ装置のアンテナ１の同調周波数は変化し、出荷時に設定された周波数からズレが生じる。

アンテナ１の同調周波数が変化すると、送信周波数におけるアンテナ１のインピーダンスが低くなり、アンテナ１にかかる送信電圧が下がる。本実施の形態においては、送信電力検出回路８で検出した電力値で制御回路３がこの変化を検知し、周波数調整回路９を制御してアンテナ同調回路２のアンテナ同調周波数を変化させる補正を行い、アンテナ同調周波数が最適になるように補正している。

具体的には、図２のフローチャートに示すように、制御回路３は、ユーザからの設定により周波数補正モードが選択されると、装置各部を周波数補正モードに設定し（Ｓ１１）、送信電力検出回路８で検出した電力値を記憶回路１０内のＤＡＴ１領域に格納する（Ｓ１２）。

そして、制御回路３は、周波数調整回路９を制御してアンテナ同調回路２のアンテナ同調周波数を予め設定された値だけ上げる（Ｓ１３）。

その後、制御回路３は、送信電力検出回路８で検出した電力値を記憶回路１０内のＤＡＴ２領域に格納し（Ｓ１４）、ＤＡＴ２に格納されている電力値とＤＡＴ１に格納されている電力値とを比較し、ＤＡＴ２に格納されている電力値がＤＡＴ１に格納されている電力値に比べ予め設定された規定値より高いか判定する（Ｓ１５）。

ＤＡＴ２に格納されている電力値がＤＡＴ１に格納されている電力値に比べ予め設定された規定値より高い場合、制御回路３は、アンテナ１の同調周波数が高めにズレていると判断し、Ｓ１３に戻り、同調周波数を上げても送信電力の電力値の上昇が予め設定された規定値内に収まるまで処理を繰り返す。

ＤＡＴ２に格納されている電力値がＤＡＴ１に格納されている電力値に比べ予め設定された規定値以下であれば、制御回路３は、アンテナ同調周波数を下げる方向に調整するため、送信電力検出回路８で検出した電力値を記憶回路１０内のＤＡＴ１領域に格納し（Ｓ１６）、周波数調整回路９を制御してアンテナ同調回路２のアンテナ同調周波数を予め設定された値だけ下げる（Ｓ１７）。

その後、制御回路３は、送信電力検出回路８で検出した電力値を記憶回路１０内のＤＡＴ２領域に格納し（Ｓ１８）、ＤＡＴ２に格納されている電力値とＤＡＴ１に格納されている電力値とを比較し、ＤＡＴ２に格納されている電力値がＤＡＴ１に格納されている電力値に比べ予め設定された規定値より高いか判定する（Ｓ１９）。

ＤＡＴ２に格納されている電力値がＤＡＴ１に格納されている電力値に比べ予め設定された規定値より高い場合、制御回路３は、アンテナ１の同調周波数が低めにズレていると判断し、Ｓ１７に戻り、同調周波数を下げても送信電力の電力値の上昇が予め設定された規定値内に収まるまで処理を繰り返す。

ＤＡＴ２に格納されている電力値がＤＡＴ１に格納されている電力値に比べ予め設定された規定値以下であれば、制御回路３は、同調周波数の調整は完了したと判断し、周波数補正モードを終了する（Ｓ２０）。このようにして、アンテナ同調周波数は規定の範囲内に収まることになる。

このように本実施の形態においては、送信電力検出回路８で検出した送信電力の電力値が高い値で収束するようにアンテナ同調回路２のアンテナ同調周波数を調整しているので、設置環境によるアンテナ同調周波数のズレを補正し、アンテナ同調周波数を最適な状態に保持することができ、良好な通信性能を得て、使い勝手の向上と機器の調整の簡略化を図ることができる。

なお、本実施の形態においては、非接触ＩＣカードリーダライタ装置のアンテナ１が送受信一体型の場合で説明したが、送信アンテナと受信アンテナとに分かれている場合も、送信アンテナに関して同様にしてアンテナ同調周波数のズレを補正することができる。

本発明の第２の実施の形態としては、図３に示すように、送信電力検出回路８に替えて、アンテナ１側への電力供給に影響を与えずに送信電力を検出するための検出信号（減衰された送信波）を取り出す方向性結合器１１と、方向性結合器１１から取り出した検出信号を直流に変換する整流回路１２とを備えるようにする。

このような構成において、増幅回路５の出力する送信電力は、方向性結合器１１を通してアンテナ１に供給されるとともに、１０ｄＢ程度減衰された検出信号が整流回路１２に出力される。整流回路１２は、この検出信号を直流レベルに変換し、制御回路３に出力する。

制御回路３は、整流回路１２が出力する信号を送信電力の検出電力値として、上述と同様にアンテナ同調周波数を調整する。

次に、本発明の第３の実施の形態としては、図４に示すように、送信電力検出回路８に替えて、アンテナ１側への電力供給に影響を与えずに送信電力を検出するための検出信号（減衰された送信波）を取り出す結合コンデンサ１３と、結合コンデンサ１３から取り出した検出信号を直流に変換する整流回路１２とを備えるようにする。

このような構成において、増幅回路５の出力する送信電力は、結合コンデンサ１３を通して１０ｄＢ程度減衰され、検出信号として整流回路１２に出力される。整流回路１２は、この検出信号を直流レベルに変換し、制御回路３に出力する。

次に、本発明の第４の実施の形態としては、図５に示すように、送信電力検出回路８に替えて、アンテナ１側への電力供給に影響を与えずに送信電力を検出するための検出信号（減衰された送信波）を取り出す結合コンデンサ１３と、結合コンデンサ１３から取り出した検出信号を直流に変換する整流回路１２とを備え、また、タイマ回路１４を備えて周期的に周波数補正モードになり、アンテナ同調周波数のズレを補正するようにする。

また、制御回路３は、タイマ回路１４により、一定の周期で周波数補正モードに設定され、上述と同様にアンテナ同調周波数を調整する。

このように構成することにより、定期的にアンテナ同調周波数が補正されるため、設置環境によるアンテナ同調周波数のズレに加え、経時変化によるアンテナ同調周波数のズレや、温度変化によるアンテナ同調周波数のズレ等も補正することができる。

図６は本発明の第５の実施の形態の非接触ＩＣカードリーダライタ装置を示す図である。なお、本実施の形態は、上述の第１の実施の形態と略同様に構成されているので、同様な構成には同一の符号を付して特徴部分のみ説明する。

図６において、本実施形態の非接触ＩＣカードリーダライタ装置は、アンテナ１の周波数同調を取るための同調コンデンサ１５と、コンデンサ１６ａとスイッチング素子１６ｂからなるアンテナ１の周波数同調を取るためのコンデンサの容量を調整する同調容量調整回路１６とを備えている。

同調容量調整回路１６のスイッチング素子１６ｂは、制御回路３からの制御によりオンまたはオフすることができるようになっている。

このような構成の非接触ＩＣカードリーダライタ装置において、増幅回路５の出力する送信電力は、方向性結合器１１を通してアンテナ１に供給されるとともに、１０ｄＢ程度減衰された検出信号が整流回路１２に出力される。整流回路１２は、この検出信号を直流レベルに変換し、制御回路３に出力する。

制御回路３は、整流回路１２が出力する信号を送信電力の検出電力値として、この検出電力値に基づいて同調容量調整回路１６のスイッチング素子１６ｂを制御してアンテナの同調周波数を調整する。

例えば、同調容量調整回路１６のスイッチング素子１６ｂは、オンの状態でアンテナ１の同調周波数が調整され、出荷される。

その後、非接触ＩＣカードリーダライタ装置が鉄板の壁等に設置され、アンテナ１の同調周波数が下がった状態になったとする。

このとき、ユーザからの設定により周波数補正モードが選択されると、制御回路３は整流回路１２が出力する信号を送信電力の電力値とする。この電力値は、アンテナ１の同調周波数が下がった状態なので低下している。

制御回路３は、検出された電力値を記憶回路１０に格納されている規定値と比較し、算出した電力値が規定値より低い場合、制御回路３は、同調容量調整回路１６のスイッチング素子１６ｂをオフし、アンテナ１の同調周波数を高めに変化させ、アンテナ１の同調周波数を調整する。

このように本実施の形態においては、整流回路１２から出力される信号による電力値が規定値より低いとき同調容量調整回路１６によりアンテナ１の同調周波数を調整しているので、設置環境によるアンテナ同調周波数のズレを補正し、アンテナ同調周波数を最適な状態に保持することができ、良好な通信性能を得て、使い勝手の向上と機器の調整の簡略化を図ることができる。

本実施の形態では、コンデンサ及びスイッチング素子はそれぞれ一つであるが、複数であれば、より細かい調整ができる。

本発明の第６の実施の形態としては、図７に示すように、コンデンサ１７ａとアンテナ１に並列に接続された可変容量ダイオード１７ｂとを有する同調容量調整回路１７を備えるようにする。そして、可変容量ダイオード１７ｂの容量は制御回路３から調整できるようになっている。

制御回路３は、整流回路１２が出力する信号を送信電力の検出電力値として、この検出電力値に基づいて同調容量調整回路１７の可変容量ダイオード１７ｂを制御してアンテナの同調周波数を調整する。

例えば、同調容量調整回路１７の可変容量ダイオード１７ｂは、バイアス０Ｖでアンテナ１の同調周波数が調整され、出荷される。

制御回路３は、算出した電力値を記憶回路１０に格納されている規定値と比較し、算出した電力値が規定値より低い場合、制御回路３は、同調容量調整回路１７の可変容量ダイオード１７ｂのバイアスが高くなるように制御する。可変容量ダイオード１７ｂはバイアスが高くなると容量は小さくなり、アンテナ１の同調周波数は高めに変化し、アンテナ１の同調周波数が調整される。

以上のように、本発明にかかる非接触ＩＣカード通信装置は、設置環境によらずアンテナの同調周波数を最適な周波数にすることができるという効果を有し、電磁誘導を利用してＩＣカードとの通信を行う非接触ＩＣカードシステムの非接触ＩＣカード通信装置等として有用である。

本発明の第１の実施の形態の非接触ＩＣカードリーダライタ装置のブロック図本発明の第１の実施の形態の非接触ＩＣカードリーダライタ装置の動作説明のためのフロー図本発明の第２の実施の形態の非接触ＩＣカードリーダライタ装置のブロック図本発明の第３の実施の形態の非接触ＩＣカードリーダライタ装置のブロック図本発明の第４の実施の形態の非接触ＩＣカードリーダライタ装置のブロック図本発明の第５の実施の形態の非接触ＩＣカードリーダライタ装置のブロック図本発明の第６の実施の形態の非接触ＩＣカードリーダライタ装置のブロック図従来の非接触ＩＣカードリーダライタ装置のブロック図

符号の説明

１アンテナ
２アンテナ同調回路
３制御回路
４変調回路
５増幅回路
６検波回路
７受信回路
８送信電力検出回路
９周波数調整回路
１０記憶回路
１１方向性結合器
１２整流回路
１３結合コンデンサ
１４タイマ回路
１５同調コンデンサ
１６同調容量調整回路
１６ａコンデンサ
１６ｂスイッチング素子
１７同調容量調整回路
１７ａコンデンサ
１７ｂ可変容量ダイオード
８１アンテナ
８２アンテナ同調回路
８３制御回路
８４変調回路
８５増幅回路
８６検波回路
８７受信回路

Claims

送信電波の電力を検出する送信電力検出手段と、アンテナの同調周波数を調整する周波数調整手段と、前記送信電力検出手段が検出した送信電波の電力が強い状態に収束するように、前記周波数調整手段により前記同調周波数を制御する制御手段とを備えることを特徴とする非接触ＩＣカード通信装置。
前記送信電力検出手段が、送信電波の電力に影響を与えずに送信電波の電力を検出するための検出信号を取り出す方向性結合器と、前記検出信号を直流に変換する整流回路とを有することを特徴とする請求項１に記載の非接触ＩＣカード通信装置。
前記送信電力検出手段が、送信電波の電力に影響を与えずに送信電波の電力を検出するための検出信号を取り出す結合コンデンサと、前記検出信号を直流に変換する整流回路とを有することを特徴とする請求項１に記載の非接触ＩＣカード通信装置。
前記周波数調整手段は、前記アンテナと並列に接続されたコンデンサと、前記コンデンサに直列に接続されたスイッチング回路とを有し、前記アンテナの同調回路の容量を可変とすることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載の非接触ＩＣカード通信装置。
前記周波数調整手段は、前記アンテナと並列に接続されたコンデンサと、前記コンデンサに直列に接続された可変容量ダイオードとを有し、前記アンテナの同調回路の容量を可変とすることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載の非接触ＩＣカード通信装置。
前記制御手段は、前記同調周波数の制御を一定時間間隔で行うことを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれかに記載の非接触ＩＣカード通信装置。