JP2007329589A - Communication apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は通信装置に関し、例えば、非接触IC(Integrated Circuit)カードとデータ通信するリーダライタに適用して好適なものである。 The present invention relates to a communication apparatus, and is suitable for application to, for example, a reader / writer that performs data communication with a non-contact IC (Integrated Circuit) card.
近年、駅の改札機、セキュリティシステム、電子マネーシステム等の様々な分野において、非接触ICカードを用いた非接触ICカードシステムが普及している(例えば、特許文献1参照)。 In recent years, contactless IC card systems using contactless IC cards have become widespread in various fields such as station ticket gates, security systems, and electronic money systems (see, for example, Patent Document 1).
かかる非接触ICカードシステムは、非接触で電力の伝送や信号の通信を行うリーダライタと、ICチップやアンテナ等を内蔵した非接触型のICカード33とで構成される。リーダライタ及びICカードそれぞれには、方形等に巻かれたコイルでなるアンテナが設けられており、リーダライタのアンテナとICカードのアンテナとの間での電磁結合により電力の伝送や情報等を包含した信号の通信が行われる。 Such a non-contact IC card system includes a reader / writer that performs non-contact power transmission and signal communication, and a non-contact type IC card 33 that incorporates an IC chip, an antenna, and the like. Each reader / writer and IC card is provided with an antenna formed of a coil wound in a square shape, etc., and includes power transmission and information by electromagnetic coupling between the reader / writer antenna and the IC card antenna. Communication of the signal is performed.
すなわちリーダライタは、自己のアンテナに交流信号を流すことにより当該アンテナから交番磁界を発生させ、当該交番磁界によって、近傍に位置するICカードのアンテナに電流を誘起させることで、当該ICカードに対して電力や信号を送信する。 That is, the reader / writer generates an alternating magnetic field from the antenna by flowing an AC signal to its own antenna, and induces a current in the antenna of the IC card located in the vicinity by the alternating magnetic field. To transmit power and signals.
ICカードはその内部に電源を備えておらず、リーダライタから受信した電力を用いて起動及び動作し、リーダライタに対する応答信号の送信等といった各種の処理を行う。ICカードからリーダライタへの信号の送信は、例えばリーダライタからの送信電力を搬送するキャリア波を用いて行われる。 The IC card does not have a power source inside, and is activated and operated using the power received from the reader / writer, and performs various processes such as transmission of a response signal to the reader / writer. Signal transmission from the IC card to the reader / writer is performed, for example, using a carrier wave that carries transmission power from the reader / writer.
また、ICカードからリーダライタに送信された信号は、上記したリーダライタからICカードへの電力送信及び信号送信の場合と同様に、リーダライタのアンテナを介して受信される。一般にリーダライタにはICカードとの間で電力伝送や信号通信を行うことが可能な通信可能領域が設定されており、上述したリーダライタとICカードとの間での電力伝送や信号通信は、リーダライタの通信可能領域内にICカードが存在している状態で行われる。また、リーダライタのアンテナとICカードのアンテナの双方の同調周波数を同一(例えば13.56[MHz])に設定することが一般的である。
上述した非接触ICカードシステムでは、リーダライタのアンテナとICカードのアンテナとの間の距離に応じて、ICカードで受信される電力が変動する。このため、リーダライタとICカードとが離れた状態では当該ICカードで受信される電力が減少し、これによりICカードが正常に動作できなくなる。一方、リーダライタとICカードとが接近した状態では当該ICカードに過大な電力が供給され、ICカードに内蔵されたICチップの温度が上昇したり、最悪の場合にはICチップが破損してしまい、リーダライタとICカードとの間のデータ通信が正常に行い得なくなるという問題があった。 In the non-contact IC card system described above, the power received by the IC card varies depending on the distance between the reader / writer antenna and the IC card antenna. For this reason, when the reader / writer and the IC card are separated from each other, the power received by the IC card decreases, and the IC card cannot operate normally. On the other hand, when the reader / writer is close to the IC card, excessive power is supplied to the IC card, the temperature of the IC chip built in the IC card rises, or in the worst case, the IC chip is damaged. Therefore, there is a problem that data communication between the reader / writer and the IC card cannot be normally performed.
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、従来に比してより確実に非接触データ通信を行うことができる通信装置を提案するものである。 The present invention has been made in consideration of the above points, and proposes a communication apparatus that can perform non-contact data communication more reliably than in the past.
かかる課題を解決するため本発明の通信装置においては、通信対象に対して非接触で電力を送信するとともに、当該通信対象との間で非接触でデータ通信を行う通信装置において、交流信号を生成する信号源と、当該信号源から供給される交流信号を放射して通信対象に対して非接触で電力を送信するアンテナと、信号源が出力する交流信号の位相とアンテナを流れる交流信号の位相との位相差を検出する位相差検出手段と、当該位相差検出手段で検出された位相差に基づいて通信対象で受信される電力を低減させる電力制御手段とを通信装置に
設けた。
In order to solve such a problem, in the communication device of the present invention, an AC signal is generated in a communication device that transmits power to a communication target in a contactless manner and performs data communication with the communication target in a contactless manner. A signal source, an antenna that radiates an AC signal supplied from the signal source and transmits power to a communication target in a contactless manner, a phase of the AC signal output from the signal source, and a phase of the AC signal flowing through the antenna The communication apparatus is provided with a phase difference detection unit that detects a phase difference between the communication device and a power control unit that reduces power received by the communication target based on the phase difference detected by the phase difference detection unit.
そして電力制御手段は、位相差検出手段で検出された位相差の増大に基づいて通信装置と通信対象との距離が接近したことを検出して、信号源が出力する交流信号の電圧を低下させることにより通信対象で受信される電力を低減させるようにした。 The power control unit detects that the distance between the communication device and the communication target is close based on the increase in the phase difference detected by the phase difference detection unit, and reduces the voltage of the AC signal output from the signal source. As a result, the power received by the communication target is reduced.
また電力制御手段は、位相差検出手段で検出された位相差の増大に基づいて通信装置と通信対象との距離が接近したことを検出して、アンテナの共振周波数を変化させることにより通信対象で受信される電力を低減させるようにした。 In addition, the power control unit detects that the distance between the communication device and the communication target is close based on the increase in the phase difference detected by the phase difference detection unit, and changes the resonance frequency of the antenna. Reduced received power.
このように通信装置は、信号源から供給される交流信号とアンテナを流れる交流信号の位相差の増大に基づいて通信装置と通信対象とが接近したことを検出して、交流信号の電圧を低下させたりアンテナの共振周波数を変化させることにより、接近した通信対象で受信される電力を低減させて、通信装置と通信対象の距離に係らず、常に確実な非接触データ通信を行うことができる。 In this way, the communication device detects that the communication device and the communication target are close based on the increase in the phase difference between the AC signal supplied from the signal source and the AC signal flowing through the antenna, and reduces the voltage of the AC signal. By changing the resonance frequency of the antenna or the antenna, it is possible to reduce the power received by the communication object that is approached, and always perform reliable non-contact data communication regardless of the distance between the communication apparatus and the communication object.
本発明によれば、通信装置と通信対象とが接近したことを信号源から供給される交流信号とアンテナを流れる交流信号の位相差の増大に基づいて検出して、交流信号の電圧を低下させたりアンテナの共振周波数を変化させることにより、接近した通信対象で受信される電力を低減させて、通信装置と通信対象の距離に係らず、常に確実な非接触データ通信を行い得る通信装置を実現することができる。 According to the present invention, the proximity of the communication device and the communication target is detected based on the increase in the phase difference between the AC signal supplied from the signal source and the AC signal flowing through the antenna, and the voltage of the AC signal is reduced. By changing the resonant frequency of the antenna, the power received by the close communication target is reduced, realizing a communication device that can always perform reliable non-contact data communication regardless of the distance between the communication device and the communication target can do.
以下図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(1)非接触ICカードシステムの構成
図1において、1は全体として非接触ICカードシステムを示し、非接触型のICカード2と、当該ICカード2に対するデータの読み書きを行うリーダライタ3とで構成されている。通信装置としてのリーダライタ3は、ICカード2に書き込むべきデータを外部の装置(図示せず)から取得したり、ICカード2から読み出したデータを外部の装置に送信するようになされている。
(1) Configuration of Non-contact IC Card System In FIG. 1,
実際上このリーダライタ3は、全体を統括的に制御する制御部5に対して、ICカード2に対しアンテナ6を介してデータを送信するための送信部7と、ICカード2からアンテナ6を介してデータを受信するための受信部8とが接続されて構成されている。一方ICカード2は、制御部10に対して、リーダライタ3との間でアンテナ11を介してデータを送受信するための送受信部12が接続されて構成されている。
In practice, the reader / writer 3 sends a transmission unit 7 for transmitting data to the IC card 2 via the
そしてリーダライタ3は、全体を統括的に制御する制御部5に対して、ICカード2に対しアンテナ6を介してデータを送信するための送信部7と、ICカード2からアンテナ6を介してデータを受信するための受信部8とが接続されて構成されている。一方ICカード2は、制御部10に対して、リーダライタ3との間でアンテナ11を介してデータを送受信するための送受信部12が接続されて構成されている。
Then, the reader / writer 3 transmits, to the control unit 5 that controls the entire system, a transmission unit 7 for transmitting data to the IC card 2 via the
そしてリーダライタ3は、アンテナ6に交流信号を流すことにより交番磁界を発生させ、ICカード2のアンテナ11に電流を誘起させることで、当該ICカード2に対して電力や信号を送信する。
Then, the reader / writer 3 generates an alternating magnetic field by passing an AC signal through the
(2)本発明による送信電力の制御
図2はICカード2及びリーダライタ3における送受信系の等価回路を示し、リーダライタ3は送信部7(図1)に設けられた信号源SGによって所定周波数の交流信号を生成し、これを抵抗R1、コンデンサC1及びコイルとしてのアンテナ6からなる共振回路で共振させることにより、アンテナ6に流れる交流電流に応じた交番磁界を、当該アンテナ6から空間に輻射する。
(2) Control of transmission power according to the present invention FIG. 2 shows an equivalent circuit of a transmission / reception system in the IC card 2 and the reader / writer 3, and the reader / writer 3 has a predetermined frequency by a signal source SG provided in the transmission section 7 (FIG. 1). And an alternating magnetic field corresponding to the alternating current flowing through the
一方ICカード2は、リーダライタ3から輻射された交番磁界によってアンテナ11に誘起される電圧を抵抗R2、コンデンサC2及びコイルとしてのアンテナ11からなる共振回路で共振させ、当該アンテナ11に流れる交流電流によって制御部10(図1)を動作させる。
On the other hand, the IC card 2 resonates the voltage induced in the
ここで、ICカード2及びリーダライタ3の同調周波数が共に13.56[MHz]の場合、リーダライタ3のアンテナ6に流れる電流Iは、次式で与えられる。ただし、Qr=w・C1・R1、Qc=w・C2・R2、w=2π×13.56[MHz]である。
Here, when the tuning frequencies of the IC card 2 and the reader / writer 3 are both 13.56 [MHz], the current I flowing through the
式(1)から、リーダライタ3のアンテナ6に流れる電流の位相は、結合係数k(すなわちリーダライタ3とICカード2との距離)に依存することが分かる。従って、当該電流の位相に基づいてリーダライタ3とICカード2との距離を判定することができる。そこで、図2に示す構成において、リーダライタ3のアンテナ6に流れる電流(もしくは電圧)と信号源SGとの位相差を検出し、当該位相差を積分した値に基づいて信号源SGの電源電圧を制御するようにすれば、リーダライタ3とICカード2とが接近したことを検出してリーダライタ3から出力される電力を低減し、ICカード2で受信される電力が過大になることを防ぐことができる。
From equation (1), it can be seen that the phase of the current flowing through the
すなわち図3に示すように、リーダライタ3の送信部7は、信号源SGが出力する交流信号及びアンテナ6を流れる信号の電圧の位相差を例えばEx−OR((Exclusive-OR:排他的論理和)回路でなる位相差検出部13で検出し、さらに当該位相差をローパスフィルタ14によって積分し位相差検出信号として電圧制御部15に供給する。
That is, as illustrated in FIG. 3, the transmission unit 7 of the reader / writer 3 determines, for example, an Ex-OR ((Exclusive-OR: exclusive logic) voltage phase difference between the AC signal output from the signal source SG and the signal flowing through the
電力制御手段としての電圧制御部15は位相差検出信号の値に基づき、信号源SGが出力する交流信号及びアンテナ6を流れる信号の電圧の位相差が所定の閾値を超えた場合、リーダライタ3とICカード2とが接近して当該ICカード2で受信される電力が過大になることを防止するため、信号源SGが出力する交流信号の電圧を低下させる。
Based on the value of the phase difference detection signal, the voltage control unit 15 as the power control means, when the phase difference between the voltage of the AC signal output from the signal source SG and the signal flowing through the
これによりリーダライタ3は、ICカード2が過度に接近した場合はアンテナ6から送信する電力を低下して、近接したICカード2で受信される電力を制限する。
As a result, the reader / writer 3 reduces the power transmitted from the
(3)動作及び効果
以上の構成において、リーダライタ3の送信部7は、信号源SGが出力する交流信号とアンテナ6を流れる信号の電圧の位相差を位相差検出部13で検出し、リーダライタ3とICカード2との距離に応じて変化する当該位相差に基づいて、ICカード2が接近した場合には信号源SGが出力する交流信号の電圧を低下させる。
(3) Operation and Effect In the above configuration, the transmission unit 7 of the reader / writer 3 detects the phase difference between the AC signal output from the signal source SG and the voltage of the signal flowing through the
これによりリーダライタ3は、ICカード2が過度に接近した場合にはアンテナ6から送信する電力を低下して、当該接近したICカード2で過大な電力が受信されることを防止し、ICカード2の破損を防止することができる。
As a result, the reader / writer 3 reduces the power transmitted from the
これに加えてリーダライタ3は、上述したようにICカード2が過度に接近した場合に送信電力を低下させることから、想定される標準的なリーダライタ3とICカード2との間隔において適切な電力がICカード2で受信できるように、アンテナ6から送信する電力を設定することができ、かくして、ICカード2との間隔が様々に変化しても当該ICカード2を適切に動作させてデータ通信を行うことができる。
In addition to this, the reader / writer 3 reduces the transmission power when the IC card 2 is excessively approached as described above. Therefore, the reader / writer 3 has an appropriate interval between the assumed standard reader / writer 3 and the IC card 2. The power transmitted from the
以上の構成によれば、ICカード2との間隔に応じて送信電力を調整することで、常にICカード2を適切に動作させてデータ通信を行うことができる。 According to the above configuration, by adjusting the transmission power according to the interval with the IC card 2, it is possible to always operate the IC card 2 appropriately and perform data communication.
(4)他の実施の形態
なお上述した実施の形態においては、ICカード2と非接触データ通信を行う通信装置として、リーダライタ3に本発明を適用した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、ICカード2とで非接触データ通信を行うようになされた携帯電話機やPDA(Personal Digital Assistance)等、この他種々の通信装置に本発明を適用することができる。
(4) Other Embodiments In the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to the reader / writer 3 as a communication device that performs non-contact data communication with the IC card 2 has been described. However, the present invention can be applied to various other communication devices such as a mobile phone and a PDA (Personal Digital Assistance) that perform non-contact data communication with the IC card 2.
また、上述した実施の形態において、図2に示した等価回路でC1の値を可変とした場合、R1とR2のインピーダンス整合が取れている状態におけるC1は、w2=1/(C2・L2)=2π・13.56[MHz]とすると、次式で与えられる。ただし、−1<k<1である。 Further, in the above-described embodiment, when the value of C1 is variable in the equivalent circuit shown in FIG. 2, C1 in a state where impedance matching between R1 and R2 is taken is w 2 = 1 / (C2 · L2 ) = 2π · 13.56 [MHz], it is given by the following equation. However, −1 <k <1.
リーダライタ3とICカード2との距離が遠い場合、k=0とすると、式(2)からC1=1/(L1・w2)となり、C1およびL1の共振周波数が13.56[MHz]の場合において効率よく電力を送信することが出来る。ところが、リーダライタ3とICカード2との距離が近い場合では、共振周波数が13.56[MHz]となるようC1の値を設定するとインピーダンス整合がとれず、これによりICカード2で受信される電力が低下してしまうという問題がある。 When the distance between the reader / writer 3 and the IC card 2 is long and k = 0, C1 = 1 / (L1 · w 2 ) from the equation (2), and the resonance frequency of C1 and L1 is 13.56 [MHz]. In this case, power can be transmitted efficiently. However, when the distance between the reader / writer 3 and the IC card 2 is short, the impedance matching cannot be achieved if the value of C1 is set so that the resonance frequency is 13.56 [MHz], so that the IC card 2 receives it. There is a problem that the power is reduced.
これに対処するには、ICカード2への過大な電力送信が問題とならない状態において、検出した位相差に基づいて、リーダライタ3とICカード2との距離が離れるにつれて信号源SGが出力する交流信号の電圧を上げる制御を行えばよい。 In order to cope with this, in a state where excessive power transmission to the IC card 2 is not a problem, the signal source SG outputs as the distance between the reader / writer 3 and the IC card 2 increases based on the detected phase difference. Control for increasing the voltage of the AC signal may be performed.
また上述した実施の形態においては、信号源SGが出力する交流信号とアンテナ6を流れる信号の電圧の位相差に基づいて、ICカード2が接近した場合には信号源SGが出力する交流信号の電圧を低下させることにより、接近したICカード2で受信される電力を低下させるようにしたが、本発明はこれに限らず、ICカード2が接近した場合にはリーダライタ3の共振周波数を変化させることにより、接近したICカード2で受信される電力を低下させるようにしてもよい。
In the embodiment described above, the AC signal output from the signal source SG when the IC card 2 approaches based on the phase difference between the voltage of the AC signal output from the signal source SG and the signal flowing through the
すなわち図3との対応部分に同一符号を付した図4に示すように、リーダライタ3の送信部7は、信号源SGが出力する交流信号及びアンテナ6を流れる信号の電圧の位相差を例えばEx−OR((Exclusive-OR:排他的論理和)回路でなる位相差検出部13で検出し、さらに当該位相差をローパスフィルタ14によって積分し位相差検出信号として容量制御部17に供給する。
That is, as shown in FIG. 4 in which the same reference numerals are assigned to the corresponding parts in FIG. 3, the transmitter 7 of the reader / writer 3 determines the phase difference between the AC signal output from the signal source SG and the voltage of the signal flowing through the
電力制御手段としての容量制御部17は位相差検出信号の値に基づき、信号源SGが出力する交流信号及びアンテナ6を流れる信号の電圧の位相差が所定の閾値を超えた場合、リーダライタ3とICカード2とが接近して当該ICカード2で受信される電力が過大になることを防止するため、可変容量コンデンサC1の容量を変化させることによりC1およびL1の共振周波数を変化させ、これによりICカード2で受信される電力を低下させる。
When the phase difference between the AC signal output from the signal source SG and the voltage of the signal flowing through the
本発明は、非接触ICカードとの間でデータ通信を行うリーダライタ等に適用することができる。 The present invention can be applied to a reader / writer that performs data communication with a non-contact IC card.
1……非接触ICカードシステム、2……ICカード、3……リーダライタ、4……信号処理部、5……制御部、6……アンテナ、7……送信部、8……受信部、10……制御部、11……アンテナ、12……送受信部、13……位相差検出部、14……ローパスフィルタ、15……電圧制御部。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
交流信号を生成する信号源と、
上記信号源から供給される上記交流信号を放射して上記通信対象に対して非接触で電力を送信するアンテナと、
上記信号源が出力する上記交流信号の位相と、上記アンテナを流れる上記交流信号の位相との位相差を検出する位相差検出手段と、
上記位相差検出手段で検出された上記位相差に基づき、上記通信対象で受信される電力を低減させる電力制御手段と
を具えることを特徴とする通信装置。 A communication device that transmits power to a communication target in a contactless manner and performs data communication with the communication target in a contactless manner.
A signal source for generating an AC signal;
An antenna that radiates the AC signal supplied from the signal source and transmits power to the communication target in a contactless manner;
Phase difference detection means for detecting a phase difference between the phase of the AC signal output from the signal source and the phase of the AC signal flowing through the antenna;
A communication apparatus comprising: power control means for reducing power received by the communication target based on the phase difference detected by the phase difference detection means.
ことを特徴とする請求項1に記載の通信装置。 The power control unit detects that the distance between the communication device and a communication target is close based on the increase in the phase difference detected by the phase difference detection unit, and outputs the AC signal output from the signal source. The communication apparatus according to claim 1, wherein power received by the communication target is reduced by lowering a voltage.
ことを特徴とする請求項1に記載の通信装置。 The power control means detects that the distance between the communication device and the communication target is close based on the increase in the phase difference detected by the phase difference detection means, and changes the resonance frequency of the antenna. The communication apparatus according to claim 1, wherein power received by the communication target is reduced.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US9350201B2 (en) | 2009-10-16 | 2016-05-24 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Wireless power transmission device, wireless power transmission control device, and wireless power transmission method |
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US9350201B2 (en) | 2009-10-16 | 2016-05-24 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Wireless power transmission device, wireless power transmission control device, and wireless power transmission method |
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