JP2007068073A - 情報処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 安定して無線通信をすることができるようにする。
【解決手段】
リーダライタのループアンテナ６１は、ICカードのループアンテナ８１と電磁結合して信号を送信または受信する。チップインダクタ６２がループアンテナ６１と直列に接続されることで、より広い結合係数K34の範囲で、ICカードの動作に必要となる電圧よりも、ループアンテナ８１が受信する受信電圧V4を高くすることになり、安定して無線通信をすることができるようになる。本発明は、情報処理装置に適用できる。
【選択図】 図６

Description

本発明は情報処理装置に関し、特に、安定して無線通信をすることができるようにした情報処理装置に関する。

無線機器の開発や発展はめざましく、近接無線通信に代表される非接触型IC（Integrated Circuit）カード機能は、カードサイズのものから、携帯電話機などの携帯機器に組み込まれるほどになっている。また、近年では、それらのICカードが組み込まれた携帯機器において、非接触型ICカード機能はもちろん、他の非接触型ICカードと通信するリーダライタ機能（R/W機能）も備えていることが要求されている。

従来の非接触型ICカード（以下、単に、ICカードとも称する）が組み込まれた携帯機器において、リーダライタ機能を実現するフロントエンド回路１１は、図１で示すように、キャパシタC11、キャパシタC12、ループアンテナ２１、および発振回路２２が設けられる。図中のインダクタンスL1は、ループアンテナ２１のインダクタンス成分を示し、抵抗R1は、ループアンテナ２１のレジスタンス成分を示す。ループアンテナ２１は、直列接続したインダクタンスL1と抵抗R1とからなる等価回路で表すことができる。

キャパシタC11の一端は、ループアンテナ２１に、その他端は、発振回路２２に、それぞれ接続されている。また、図１のフロントエンド回路１１においては、直列接続されている抵抗R1とインダクタンスL1との両端にキャパシタC12が並列に接続され、直列接続されている抵抗R1とインダクタンスL1との一方の端にキャパシタC11が直列に接続されることで、抵抗Ro1（出力インピーダンス）とインピーダンス整合をとっている。

図中の交流電源Vo1は、インダクタンスL1に交流の電圧を供給する電圧源を示し、抵抗Ro1は出力インピーダンスを示す。発振回路２２は、直列接続した交流電源Vo1と抵抗Ro1とからなる等価回路で表すことができる。

すなわち、発振回路２２からの電流がインダクタンスL1に流れるとき、インダクタンスL1は、自分に流れる電流によって、通信を行う他のICカード（図示せず）が駆動するのに必要な強さの磁界を発生させることになり、発生させた磁界により他のICカードを駆動させるための電力を供給することになる。

図２は、リーダライタ機能を実現するフロントエンド回路１１と、ICカードのフロントエンド回路３１とが結合しているときの等価回路を示す。

図２において、図中左側はICカードが組み込まれた携帯機器の、リーダライタ機能を実現するフロントエンド回路１１を示し、図中右側は他のICカードのフロントエンド回路３１を示している。図１と同様の部分には同様の符号が付してありその説明は適宜省略する。

フロントエンド回路３１は、図２の右側で示すように、キャパシタC2、負荷RL、およびループアンテナ４１が設けられている。図中のインダクタンスL2は、ループアンテナ４１のインダクタンス成分を示し、抵抗R2は、ループアンテナ４１のレジスタンス成分を示す。ループアンテナ４１は、直列接続したインダクタンスL2と抵抗R2とからなる等価回路で表すことができる。

フロントエンド回路３１においては、直列に接続されている抵抗R2とインダクタンスL2との両端にキャパシタC2が並列に接続され、所定の周波数で共振する並列共振回路を構成している。

すなわち、このICカードの並列共振回路は、フロントエンド回路１１により発生される磁界の周波数と共振するように調節され、ループアンテナ２１によって生成された磁界の一部が、ループアンテナ４１を鎮交することで、ループアンテナ４１に電圧（以下、受信電圧V2と称する）が発生する。そして、ICカードは、その受信電圧V2により駆動することになる。

ところで、図２に示すように、インダクタンスL1とインダクタンスL2との間には、距離によって変化する値である結合係数k12が存在する。結合係数k12と、インダクタンスL1およびインダクタンスL2と、それらの相互インダクタンスMとの間には、式（１）のような関係が成立する。

M = k12 × √（L1×L2）・・・（１）

このように、リーダライタ（フロントエンド回路１１）とICカード（フロントエンド回路３１）との距離によって、結合係数k12は変化するので、それにともない相互インダクタンスMも変化し、その結果、ICカードの負荷RLが、リーダライタから得られる電圧である受信電圧V2も変化する。また、リーダライタとICカードとの距離であるが、一般的に、結合係数k12が0.1以上である場合、その距離は0ミリメートル（mm）から数センチメートル（cm）に相当し、結合係数k12が0.01である場合、10（cm）程度の距離に相当する。

なお、結合係数k12の値であるが、四角形、多角形、または円形などのループアンテナの形状にも依存し、物理学上、最大値は1であり、負の値とはならない。すなわち、結合係数k12の値は、0≦k12≦1の範囲内であり、結合係数k12=0である場合、リーダライタとICカードとの距離が非常に離れていることを示し、結合係数k12=1である場合、リーダライタとICカードとが完全に結合されていることを示す。

また、ループアンテナ２１は、銅またはアルミなどの導体からなり、図３で示すように、２以上の所定の巻き数となるように形成されている（図３では巻き数２）。なお、ループアンテナ４１は、ループアンテナ２１と同様に形成される。

次に、図４のグラフを参照して、図２の等価回路における、結合係数k12と受信電圧V2との関係について説明する。

図４のグラフにおいては、縦軸はICカード（フロントエンド回路３１）のリーダライタ（フロントエンド回路１１）から受信する受信電圧V2を示し、縦軸の値（0（V）乃至100（V））が大きいほどリーダライタから高い電圧を受信することができる。また、横軸は結合係数k12を示し、横軸の値が大きいほど結合係数k12の値が大きい、すなわち、リーダライタとICカードとの距離が短くなることを示している。

図４の曲線Ａは、受信電圧V2と結合係数k12との関係を示す曲線である。すなわち、図２の等価回路において、交流電源Vo1=10（V），抵抗Ro1=5.73（Ω），キャパシタC11=50（pF），キャパシタC12=20（pF），抵抗R1=1（Ω），インダクタンスL1=2（μH），インダクタンスL2=1（μH），抵抗R2=1（Ω），キャパシタC2=138（pF），負荷RL=1000（Ω）とした場合、受信電圧V2は、結合係数k12が0.04となる近辺でピーク（約75（V））となり、その後、結合係数k12の値が大きくなるとともに小さくなり、結合係数k12=1となったとき、最小の値（約6（V））となる。

図５は、曲線Ａの一部を拡大したグラフである。すなわち、図５のグラフは、図４と横軸の値は同一であるが、縦軸の値を0（V）乃至100（V）から0（V）乃至20（V）へと狭めている。ここで、例えば、ICカードの動作に必要となる電圧が7.5（V）である場合、図５の点線で囲った部分の曲線Ａが示すように、結合係数k12が0.8となる場合、受信電圧V2が7.5（V）となるので、結合係数k12が0.8以下となるとき、ICカードが動作することになる（逆に、結合係数k12が0.8を超えるとき、ICカードは電圧が足りないので動作することができない）。

また、外部の機器に対して、ICカードまたはリーダライタのいずれかの機能で動作する半導体集積回路装置であって、機器に送信する送信データ信号と送信キャリア信号に基づく差動出力により、機器との通信を行うアンテナを駆動させ、そのアンテナから供給され、寄生ダイオードブリッジ回路において整流された信号に基づいて、機器から送信されたデータを検出する半導体集積回路装置もある（例えば、特許文献１）。

特開２００３−３６４２７号公報

しかしながら、リーダライタとICカードとの距離によってICカード側で受信する受信電圧が変化するため、広い結合係数の範囲で安定して近接無線動作をすることができず、リーダライタとICカードとが密着に近い状態で無線通信する場合、ICカードは、自分が動作するための受信電圧を確保することができずに、安定して無線通信することができないという問題があった。

例えば、上述したように、受信電圧V2が最も高いのは結合係数k12が0.04となる近辺であり、これよりも結合係数k12が小さくても大きくても受信電圧V2は下がってしまう。したがって、リーダライタとICカードとの間の距離が0ミリメートル（密着）となる場合の結合係数k12が0.9であるとすると、図５で示すように、結合係数k12が0.8乃至0.9であるとき、すなわち、密着に近い距離においては、ICカードの受信する受信電圧V2が7.5（V）以下となってしまうため、ICカードが電力不足により動作しないという問題がある。

また、例えば、特開２００３−３６４２７号公報に開示されている半導体集積回路装置は、寄生ダイオードブリッジ回路において整流された信号を使用することでより好適な受信感度を確保するようにしているが、リーダライタとICカードとが密着に近い状態で無線通信する場合、ICカードは、自分が動作するための受信電圧を確保することができない可能性があった。

また、一般的なユーザにとっては、ICカードをリーダライタに密着させた場合に、ICカードが動作するのが一般的な感覚のため、実使用上距離0ミリメートルでICカードを動作させることは必要となる。

さらに、距離0ミリメートルでの受信電圧不足を回避するためには、リーダライタのループアンテナのインダクタンス値を下げて、低インピーダンス化して電流値を増やすことで補う方法も考えられるが、その場合、低インピーダンスのために、ICカードからの負荷変調がかかりづらく、ICカードからの負荷変調信号の受信が難しくなるという問題もでてくる。また、それを補うためには、リーダライタの復調回路の感度を上げればよいが、そのためには高度な設計技術が必要となるとともに、高機能な回路も必要となるのでコストがかかってしまい容易に実現することはできなかった。近年、リーダライタとICカードの両機能を１つのループアンテナで実現することも進められており、ループアンテナのインダクタンスを下げることは、ICカード機能時の通信距離を著しく低下させてしまうため、ループアンテナのインダクタンスを下げることには問題があった。

さらに、例えば、上述したように、ICカードの受信電圧V2が最大で50（V）を超えてしまうため、ICカード側のLSI（Large Scale Integration）でこの電圧を受ける必要があるが、LSIの動作可能電圧範囲を超えてしまうため、受信電圧V2をコントロールするためのクランプ回路などが必要となり、ICカード側の設計の難易度が高くなり、その結果、コストも高くなってしまうという問題もあった。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、安定して無線通信をすることができるようにするものである。

本発明の一側面は、非接触型ICカードの機能およびリーダライタの機能の通信に用いられる情報処理装置において、他の機器のアンテナと電磁結合して信号を送信または受信するループアンテナと、前記ループアンテナに対して、直列または並列に接続されるチップインダクタとを備える情報処理装置である。

前記チップインダクタの結合係数は、前記ループアンテナと前記他の機器のアンテナとの結合係数と比較して低い結合係数とすることができる。

本発明の一側面においては、非接触型ICカードの機能およびリーダライタの機能の通信に用いられる情報処理装置において、他の機器のアンテナと電磁結合して信号を送信または受信するループアンテナと、前記ループアンテナに対して、直列または並列に接続されるインダクタとが設けられる。

以上のように、本発明の一側面によれば、安定して無線通信をすることができる。

以下に本発明の実施の形態を説明するが、本発明の構成要件と、発明の詳細な説明に記載の実施の形態との対応関係を例示すると、次のようになる。この記載は、本発明をサポートする実施の形態が、発明の詳細な説明に記載されていることを確認するためのものである。従って、発明の詳細な説明中には記載されているが、本発明の構成要件に対応する実施の形態として、ここには記載されていない実施の形態があったとしても、そのことは、その実施の形態が、その構成要件に対応するものではないことを意味するものではない。逆に、実施の形態が構成要件に対応するものとしてここに記載されていたとしても、そのことは、その実施の形態が、その構成要件以外の構成要件には対応しないものであることを意味するものでもない。

本発明の一側面の情報処理装置（例えば、図６のフロントエンド回路５１または図１２のフロントエンド回路１０１）は、他の機器のアンテナ（例えば、図６のループアンテナ８１）と電磁結合して信号を送信または受信するループアンテナ（例えば、図６のループアンテナ６１）と、ループアンテナに対して、直列または並列に接続されるチップインダクタ（例えば、図６のチップインダクタ６２または図１２のチップインダクタ１１１）とを備える。

チップインダクタの結合係数は、ループアンテナ（例えば、図６のループアンテナ）と他の機器のアンテナ（例えば、図６のループアンテナ８１）との結合係数（例えば、結合係数k34）と比較して低い結合係数とすることができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。

図６は、本発明を適用した情報処理装置の一実施の形態の構成を示す回路図である。すなわち、図６は、ICカードが組み込まれた携帯機器のリーダライタ機能を実現するフロントエンド回路５１と、他のICカードのフロントエンド回路７１とが結合しているときの等化回路を示している。

図６で示される例において、図中左側はICカードが組み込まれた携帯機器の、リーダライタ機能を実現するフロントエンド回路５１を示し、図中右側は他のICカードのフロントエンド回路７１を示している。また、以下の説明において、フロントエンド回路５１は、リーダライタ機能を実現する回路を示しているので、リーダライタとも称して説明する。同様に、フロントエンド回路７１は、ICカード機能を実現する回路を示しているので、ICカードとも称して説明する。

リーダライタ機能を実現するフロントエンド回路５１は、図６の左側で示すように、キャパシタC31、キャパシタC32、ループアンテナ６１、チップインダクタ６２、および発振回路６３を含むようにして構成される。フロントエンド回路５１は、本発明の情報処理装置の一例である。

ループアンテナ６１は、例えば、銅またはアルミなどの導体からなり、２巻き以上の所定の巻き数となるように形成される。また、ループアンテナ６１は、誘導電磁界を情報（データ）の伝送媒体として利用することで、例えば、他のICカードと無線により通信を行う。図中のインダクタンスL3は、ループアンテナ６１のインダクタンス成分を示し、抵抗R3は、ループアンテナ６１のレジスタンス成分を示す。すなわち、ループアンテナ６１は、直列接続したインダクタンスL3および抵抗R3からなる等価回路で表すことができる。

チップインダクタ６２の一端は、ループアンテナ６１に、その他端は、キャパシタC31に、それぞれ接続される。すなわち、ループアンテナ６１とチップインダクタ６２とは直列に接続されている。

チップインダクタ６２は、例えば、市販されているチップ部品のコイルである。そのチップ部品のコイルは、縦×横が、数ミリメートル（mm）×数ミリメートル（mm）のサイズで、20（μH）などの値を持っており、価格的に安価である。また、それらのコイルは、チップの中でシールドされていたり、特別にシールドされていなくても、ループアンテナとの結合係数が、インダクタンスL3と後述する（ICカードの）インダクタンスL4との間の結合係数k34と比較して極めて低く、その結合係数は、ほとんど無視することができる。

すなわち、チップインダクタ６２のインダクタンスLp1は、インダクタンスL3とインダクタンスL4に対して、極めて結合係数が低いインダクタンス成分を示し、インダクタンスL3とインダクタンスL4との結合に依存しない。したがって、インダクタンスLp1は、インダクタンスL3とインダクタンスL4との間の後述する結合係数k34の変化に影響を受けない。

キャパシタC31の一端は、チップインダクタ６２に、その他端は、発振回路６３に、それぞれ接続されている。また、図６のフロントエンド回路５１においては、直列に接続されている、抵抗R3、インダクタンスL3、およびインダクタンスLp1の両端にキャパシタC32が並列に接続され、直列に接続されている抵抗R3、インダクタンスL3、およびインダクタンスLp1の一方の端にキャパシタC31が直列に接続されることで、抵抗Ro2（出力インピーダンス）とインピーダンス整合をとっている。

図中の交流電源Vo2は、インダクタンスL3に交流の電圧を供給する電圧源を示し、抵抗Ro2は出力インピーダンスを示す。発振回路６３は、直列接続した交流電源Vo2と抵抗Ro2とからなる等価回路で表すことができる。

すなわち、発振回路６３からの電流がインダクタンスL3に流れるとき、インダクタンスL3は、自分に流れる電流によって、通信を行う他のICカード（フロントエンド回路７１）が駆動するのに必要な強さの磁界を発生させることになり、発生させた磁界により他のICカードを駆動させるための電力を供給することになる。

フロントエンド回路７１は、図６の右側で示すように、キャパシタC4、負荷RL、およびループアンテナ８１を含むようにして構成される。図中のインダクタンスL4は、ループアンテナ８１のインダクタンス成分を示し、抵抗R4は、ループアンテナ８１のレジスタンス成分を示す。ループアンテナ８１は、直列接続したインダクタンスL4と抵抗R4とからなる等価回路で表すことができる。

フロントエンド回路７１においては、直列に接続されている抵抗R4とインダクタンスL4との両端にキャパシタC4が並列に接続され、所定の周波数で共振する並列共振回路を構成している。

すなわち、このICカードの並列共振回路は、フロントエンド回路５１により発生される磁界の周波数と共振するように調節され、ループアンテナ６１によって生成された磁界の一部が、ループアンテナ８１を鎮交することで、ループアンテナ８１に電圧（以下、受信電圧V4と称する）が発生する。そして、ICカードは、その受信電圧V4により駆動することになる。

また、上述した、図６のループアンテナ６１であるが、図７に示すように、２以上の所定の巻き数となるように形成されている（例えば、図７では巻き数２）。そして、上述したように、ループアンテナ６１には、チップインダクタ６２が直列に接続されている。

ところで、上述したように、インダクタンスL3とインダクタンスL4との間には、距離によって変化する値である結合係数k34が存在する。リーダライタ（フロントエンド回路５１）とICカード（フロントエンド回路７１）との距離によって、結合係数k34は変化するので、それにともない相互インダクタンスMも変化し、その結果、ICカードの負荷RLが、リーダライタから得られる電圧である受信電圧V4も変化する。

次に、図８のグラフを参照して、インダクタンスLp1をインダクタンスL3に対して直列に接続した場合における、結合係数k34と受信電圧V4との関係について説明する。

図８のグラフにおいて、縦軸はICカード（フロントエンド回路７１）のリーダライタ（フロントエンド回路５１）から受信する受信電圧V4を示し、縦軸の値（0（V）乃至100（V））が大きいほどリーダライタから高い電圧を受信することができる。また、横軸は結合係数k34を示し、横軸の値が大きいほど結合係数k34の値が大きい、すなわち、リーダライタとICカードとの距離が短くなることを示している。

図８の曲線Ｂは、受信電圧V4と結合係数k34との関係を示す曲線である。すなわち、図６の等価回路において、交流電源Vo2=10（V），抵抗Ro2=5.73（V），キャパシタC31=50（pF），キャパシタC32=20（pF），抵抗R3=1（Ω），インダクタンスL3=1.8（μH），インダクタンスLp1=0.2（μH），インダクタンスL4=1（μH），抵抗R4=1（Ω），キャパシタC4=138（pF），負荷RL=1000（Ω）とした場合、受信電圧V4は、結合係数k34が0.04となる近辺でピーク（約75（V））となり、その後、結合係数k34の値が大きくなるとともに小さくなり、結合係数k34=1となったとき、最小の値（約6（V））となる。

このとき、上述したように、ループアンテナ６１には、インダクタンスL3に対して、極めて結合係数が低いインダクタンス成分を示すインダクタンスLp1が直列に接続されており、このインダクタンスLp1は、インダクタンスL3の結合係数の変化に影響を受けない。具体的には、例えば、インダクタンスLp1は、インダクタンスL3が1.8（μH）である場合、そのインダクタンス成分の比率が9:1となるように、0.2（μH）に設定されている。

図９は、曲線Ｂの一部を拡大したグラフである。すなわち、図９のグラフは、図８と横軸の値は同一であるが、縦軸の値を0（V）乃至100（V）から0（V）乃至20（V）へと狭めている。ここで、例えば、ICカードの動作に必要となる電圧が7.5（V）である場合、図９の点線で囲った部分の曲線Ｂが示すように、結合係数k34が0.83となる場合、受信電圧V4が7.5（V）となるので、結合係数k34が0.83以下となるとき、ICカードが動作することになる（逆に、結合係数k34が0.83を超えるとき、ICカードは電圧が足りないので動作することができない）。

すなわち、図８および図９のグラフは、インダクタンスLp1をループアンテナ６１に設けていない場合のグラフ（図４および図５のグラフ）と比較して、ICカードがリーダライタから受信する受信電圧の最大値はほとんど変化しないが、インダクタンスLp1をインダクタンスL3に対して、直列に接続することにより、受信電圧が7.5（V）における結合係数が、0.8から0.83へと右側（密着側）へシフトする。その結果、ICカードとリーダライタとがより密着した状態であっても動作が可能となる。

また、図８および図９のグラフにおいては、インダクタンスL3とインダクタンスLp1との比率が9:1となるように、インダクタンスL3を1.8（μH）に設定し、インダクタンスLp1を0.2（μH）に設定したが、次に、図１０および図１１を参照して、その比率を8:2となるように、インダクタンスL3を1.6（μH）に設定し、インダクタンスLp1を0.4（μH）に設定した場合について説明する。

なお、図１０および図１１のグラフにおけるそれぞれの軸は、図８および図９のグラフにおけるそれぞれの軸と同様であり、その説明は省略する。

図１０の曲線Ｃは、受信電圧V4と結合係数k34との関係を示す曲線である。すなわち、図６の等価回路において、交流電源Vo2=10（V），抵抗Ro2=5.73（V），キャパシタC31=50（pF），キャパシタC32=20（pF），抵抗R3=1（Ω），インダクタンスL3=1.6（μH），インダクタンスLp1=0.4（μH），インダクタンスL4=1（μH），抵抗R4=1（Ω），キャパシタC4=138（pF），負荷RL=1000（Ω）とした場合、受信電圧V4は、結合係数k34が0.04となる近辺でピーク（約75（V））となり、その後、結合係数k34の値が大きくなるとともに小さくなり、結合係数k34=1となったとき、最小の値（約6.5（V））となる。

このとき、上述したように、ループアンテナ６１には、インダクタンスL3に対して、極めて結合係数が低いインダクタンス成分を示すインダクタンスLp1が直列に接続されており、このインダクタンスLp1は、インダクタンスL3の結合係数の変化に影響を受けない。具体的には、インダクタンスLp1は、インダクタンスL3が1.6（μH）である場合、そのインダクタンス成分の比率が8:2となるように、0.4（μH）に設定されている。

図１１は、曲線Ｃの一部を拡大したグラフである。すなわち、図１１のグラフは、図１０と横軸の値は同一であるが、縦軸の値を0（V）乃至100（V）から0（V）乃至20（V）へと狭めている。ここで、例えば、ICカードの動作に必要となる電圧が7.5（V）である場合、図１１の点線で囲った部分の曲線Ｃが示すように、結合係数k34が0.9となる場合、受信電圧V4が7.5（V）となるので、結合係数k34が0.9以下となるとき、ICカードが動作することになる（逆に、結合係数k34が0.9を超えるとき、ICカードは電圧が足りないので動作することができない）。

すなわち、図１０および図１１のグラフは、インダクタンスLp1をループアンテナ６１に設けていない場合のグラフ（図４および図５のグラフ）と比較して、ICカードがリーダライタから受信する受信電圧の最大値はほとんど変化しないが、インダクタンスLp1をインダクタンスL3に対して、直列に接続することにより、受信電圧が7.5（V）における結合係数が、0.8から0.9へと右側（密着側）へシフトする。その結果、ICカードとリーダライタとがより密着した状態であっても動作が可能となる。

また、図１０および図１１のグラフは、インダクタンスL3に対するインダクタンスLp1のインダクタンス成分の比率が低い場合のグラフ（図８および図９のグラフ）と比較して、共に、インダクタンスLp1をインダクタンスL3に対して直列に接続しているが、受信電圧が7.5（V）における結合係数が、0.83から0.9へと右側（密着側）へシフトしている。すなわち、インダクタンスL3に対するインダクタンスLp1のインダクタンス成分の比率が高いほうが、より密着した場合でも動作が可能となる。

ところで、上述した例においては、インダクタンスL3の結合係数の変化に影響を受けないチップインダクタ６２を、インダクタンスL3に対して直列に接続しているが、インダクタンスL3に対して、並列に接続することも可能である。以下、インダクタンスL3の結合係数の変化に影響を受けないチップインダクタを、インダクタンスL3に対して並列に接続した場合について説明する。

図１２は、本発明を適用した情報処理装置の一実施の形態の他の構成を示す回路図である。すなわち、図１２は、リーダライタのフロントエンド回路１０１と、ICカードのフロントエンド回路７１とが結合しているときの等化回路を示している。図１２の等価回路において、図６の等価回路と同様の箇所には同様の符号が付してあり、その説明は省略する。

すなわち、図１２の等価回路は、図６の等価回路と比較して、ループアンテナ６１に対して直列に接続されたチップインダクタンス６２の代わりに、ループアンテナ６１に対して並列に接続されたチップインダクタンス１１１が設けられている。

チップインダクタ１１１は、ループアンテナ６１の両端に並列に接続されている。チップインダクタ１１１は、チップインダクタ６２と同様に、例えば、市販されているチップ部品のコイルであり、縦×横が、数ミリメートル（mm）×数ミリメートル（mm）のサイズで、20（μH）などの値を持っており、価格的に安価である。また、それらのコイルは、チップの中でシールドされていたり、特別にシールドされていなくても、ループアンテナとの結合係数が、結合係数k34と比較して極めて低く、その結合係数は、ほとんど無視することができる。

すなわち、チップインダクタ１１１のインダクタンスLp2は、インダクタンスLp1と同様に、インダクタンスL3とインダクタンスL4に対して、極めて結合係数が低いインダクタンス成分を示し、インダクタンスL3とインダクタンスL4との結合に依存しないため、結合係数k34の変化に影響を受けない。

また、上述した、図１２のループアンテナ６１であるが、図１３で示すように、２以上の所定の巻き数となるように形成され（例えば、図１３では巻き数２）、そのループアンテナ６１には、チップインダクタ１１１が並列に接続されている。

次に、図１４のグラフを参照して、インダクタンスLp2をインダクタンスL3に対して並列に接続した場合における、結合係数k34と受信電圧V4との関係について説明する。

図１４のグラフにおいて、縦軸はICカード（フロントエンド回路７１）のリーダライタ（フロントエンド回路１０１）から受信する受信電圧V4を示し、縦軸の値（0（V）乃至100（V））が大きいほどリーダライタから高い電圧を受信することができる。また、横軸は結合係数k34を示し、横軸の値が大きいほど結合係数k34の値が大きい、すなわち、リーダライタとICカードとの距離が短くなることを示している。

図１４の曲線Ｄは、受信電圧V4と結合係数k34との関係を示す曲線である。すなわち、図１２の等価回路において、交流電源Vo2=10（V），抵抗Ro2=5.73（V），キャパシタC31=50（pF），キャパシタC32=20（pF），抵抗R3=1（Ω），インダクタンスL3=2（μH），インダクタンスLp2=20（μH），インダクタンスL4=1（μH），抵抗R4=1（Ω），キャパシタC4=138（pF），負荷RL=1000（Ω）とした場合、受信電圧V4は、結合係数k34が0.08となる近辺でピーク（約50（V））となり、その後、結合係数k34の値が大きくなるとともに小さくなり、結合係数k34=1となったとき、最小の値（約6.5（V））となる。

このとき、上述したように、ループアンテナ６１には、インダクタンスL3に対して、極めて結合係数が低いインダクタンス成分を示すインダクタンスLp2が並列に接続されており、このインダクタンスLp2は、インダクタンスL3の結合係数の変化に影響を受けない。具体的には、インダクタンスLp2は、インダクタンスL3が2（μH）である場合、そのインダクタンス成分の比率が1:10となるように、20（μH）に設定されている。

図１５は、曲線Ｄの一部を拡大したグラフである。すなわち、図１５のグラフは、図１４と横軸の値は同一であるが、縦軸の値を0（V）乃至100（V）から0（V）乃至20（V）へと狭くしている。ここで、例えば、ICカードの動作に必要となる電圧が7.5（V）である場合、図１５の点線で囲った部分の曲線Ｄが示すように、結合係数k34が0.9となる場合、受信電圧V4が7.5（V）となるので、結合係数k34が0.9以下となるとき、ICカードが動作することになる（逆に、結合係数k34が0.9を超えるとき、ICカードは電圧が足りないので動作することができない）。

すなわち、図１４および図１５のグラフは、インダクタンスLp2をループアンテナ６１に設けていない場合のグラフ（図４および図５のグラフ）と比較して、インダクタンスLp2をインダクタンスL3に対して、並列に接続することにより、受信電圧が7.5（V）における結合係数が、0.8から0.9へと右側（密着側）へシフトする。その結果、ICカードとリーダライタとがより密着した状態であっても動作が可能となる。また、ICカードがリーダライタから受信する受信電圧の最大値が、約75（V）から約50（V）へ低下させることができるので、密着時の動作が確保されることはもちろん、受信電圧V4の最大値を低くすることができるので、受信系（例えばICカード側）の設計が容易になり、コストを下げることができる。

また、図１４および図１５のグラフにおいては、インダクタンスL3とインダクタンスLp2とのインダクタンス成分の比率が1:10となるように、インダクタンスL3を2（μH）に設定し、インダクタンスLp2を20（μH）に設定したが、次に、図１６および図１７を参照して、その比率を1:5となるように、インダクタンスL3を2（μH）に設定し、インダクタンスLp2を10（μH）に設定した場合について説明する。

なお、図１６および図１７のグラフにおけるそれぞれの軸は、図１４および図１５のグラフにおけるそれぞれの軸と同様であり、その説明は省略する。

図１６の曲線Ｅは、受信電圧V4と結合係数k34との関係を示す曲線である。すなわち、図１２の等価回路において、交流電源Vo2=10（V），抵抗Ro2=5.73（V），キャパシタC31=50（pF），キャパシタC32=20（pF），抵抗R3=1（Ω），インダクタンスL3=2（μH），インダクタンスLp2=10（μH），インダクタンスL4=1（μH），抵抗R4=1（Ω），キャパシタC4=138（pF），負荷RL=1000（Ω）とした場合、受信電圧V4は、結合係数k34が0.12となる近辺でピーク（約40（V））となり、その後、結合係数k34の値が大きくなるとともに小さくなり、結合係数k34=1となったとき、最小の値（約7.5（V））となる。

このとき、上述したように、ループアンテナ６１には、インダクタンスL3に対して、極めて結合係数が低いインダクタンス成分を示すインダクタンスLp2が並列に接続されており、このインダクタンスLp2は、インダクタンスL3の結合係数の変化に影響を受けない。具体的には、インダクタンスLp2は、インダクタンスL3が2（μH）である場合、そのインダクタンス成分の比率が1:5となるように、10（μH）に設定されている。

図１７は、曲線Ｅの一部を拡大したグラフである。すなわち、図１７のグラフは、図１６と横軸の値は同一であるが、縦軸の値を0（V）乃至100（V）から0（V）乃至20（V）へと狭くしている。ここで、例えば、ICカードの動作に必要となる電圧が7.5（V）である場合、図１７の点線で囲った部分の曲線Ｅが示すように、結合係数k34が1となる場合、受信電圧V4が7.5（V）となるので、結合係数k34が1以下となるとき、ICカードが動作することになる（密着時の動作にはかなりのマージンをとることができる）。

すなわち、図１６および図１７のグラフは、インダクタンスLp2をループアンテナ６１に設けていない場合のグラフ（図４および図５のグラフ）と比較して、インダクタンスLp2をインダクタンスL3に対して、並列に接続することにより、受信電圧が7.5（V）における結合係数が、0.8から1へと右側（密着側）へシフトする。その結果、ICカードとリーダライタとがより密着した状態であっても動作が可能となる。また、ICカードがリーダライタから受信する受信電圧の最大値が、約75（V）から約40（V）へ低下させることができるので、密着時の動作が確保されることはもちろん、受信電圧V4の最大値を低くすることができるので、受信系（例えばICカード側）の設計が容易になり、コストを下げることができる。

また、図１６および図１７のグラフは、インダクタンスL3に対するインダクタンスLp2のインダクタンス成分の比率が高い場合のグラフ（図１４および図１５のグラフ）と比較して、共に、インダクタンスLp2をインダクタンスL3に対して並列に接続しているが、受信電圧が7.5（V）における結合係数が、0.9から1へと右側（密着側）へシフトしている。すなわち、インダクタンスL3に対するインダクタンスLp2のインダクタンス成分の比率が低いほうが、より密着した場合でも動作が可能となる。

以上のように、本発明によれば、安定して無線通信をすることができる。また、本発明によれば、より簡易に、かつ、より安価に、ICカード、リーダライタ、またはICカードおよびリーダライタ共通のフロントエンド回路を構成し、より広い結合係数の範囲で、安定した近接無線動作をすることが可能となる。

なお、上述した例においては、インダクタンスLp1またはインダクタンスLp2のいずれかをリーダライタ（フロントエンド回路５１またはフロントエンド回路１０１）側に設けるとして説明したが、本発明においては、インダクタンスLp1またはインダクタンスLp2のいずれかICカード（フロントエンド回路７１）側に設けるようにしてもよい。

また、上述した例においては、インダクタンスL3に対して、インダクタンスLp1を直列に接続するか、またはインダクタンスLp2を並列に接続するとして説明したが、本発明においては、インダクタンスLp1およびインダクタンスLp2を同時に、すなわち、インダクタンスL3に対して、インダクタンスLp1を直列に接続し、さらに、インダクタンスLp2を並列に接続するようにしてもよい。

さらに、ループアンテナ６１およびループアンテナ８１のそれぞれの形状は、四角形に限らず、例えば、多角形、円形などであってもよい。

また、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

従来のリーダライタのフロントエンド回路の構成例を示す回路図である。 従来のリーダライタのフロントエンド回路とICカードのフロントエンド回路とが結合しているときの等価回路を示す図である。 ループアンテナの構成を示す図である。 結合係数k12と受信電圧V2との関係を示すグラフである。 図４のグラフを拡大したグラフである。 本発明を適用した情報処理装置の一実施の形態の構成を示す回路図である。 ループアンテナとチップインダクタの構成を示す図である。 インダクタンスLp1をインダクタンスL3に対して直列に接続した場合における、結合係数k34と受信電圧V4との関係を示すグラフである。 図８のグラフを拡大したグラフである。 インダクタンスLp1をインダクタンスL3に対して直列に接続した場合における、結合係数k34と受信電圧V4との関係を示すグラフである。 図１０のグラフを拡大したグラフである。 本発明を適用した情報処理装置の一実施の形態の他の構成を示す回路図である。 ループアンテナとチップインダクタの構成を示す図である。 インダクタンスLp2をインダクタンスL3に対して並列に接続した場合における、結合係数k34と受信電圧V4との関係を示すグラフである。 図１４のグラフを拡大したグラフである。 インダクタンスLp2をインダクタンスL3に対して並列に接続した場合における、結合係数k34と受信電圧V4との関係を示すグラフである。 図１６のグラフを拡大したグラフである。

符号の説明

５１ フロントエンド回路，６１ ループアンテナ， ６２ チップインダクタ， ６３ 発振回路，７１ フロントエンド回路， ８１ ループアンテナ，１０１ フロントエンド回路， １１１ チップインダクタ， L3，L4，Lp1，Lp2 インダクタンス， C31，C32，C4 キャパシタ， k34 結合係数， R3，R4，Ro2 抵抗， RL 負荷， Vo2 交流電源

Claims (2)

1. 非接触型ICカードの機能およびリーダライタの機能の通信に用いられる情報処理装置において、
   他の機器のアンテナと電磁結合して信号を送信または受信するループアンテナと、
   前記ループアンテナに対して、直列または並列に接続されるチップインダクタと
   を備える情報処理装置。
2. 前記チップインダクタの結合係数は、前記ループアンテナと前記他の機器のアンテナとの結合係数と比較して低い結合係数である
   請求項１の情報処理装置。
   

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