JP2008077554A - Ic chip for rfid tag and rfid tag - Google Patents

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Hiroyasu Omori
寛康 大森
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an RFID (Radio Frequency Identification) tag capable of charging a capacitor in an IC chip with the radio wave of a frequency to be used for communication at the same time with communication. <P>SOLUTION: In the RFID tag provided with an antenna for communication, an antenna for charging, an IC chip and a base material for supporting them, the IC chip is provided with a capacitor, a circuit for communication and a circuit for charging connected to the capacitor, and a back scatter included in the circuit for communication, the back scatter can change the impedance of the IC chip by power supply from the capacitor, the antenna for communication is connected to the circuit for communication of the IC chip, the antenna for communication is connected to the circuit for charging of the IC chip, respectively, and the impedance of the antenna for charging and the circuit for charging is not complex conjugate. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は無線周波数識別(RFID)システムで使用されるRFIDタグ及びこれに用いられるICチップに関し、さらに詳しくは、受動型の後方散乱変調(バックスキャッタ)技術及び充電用アンテナを備える構造のICチップ及びRFIDタグに関する。   The present invention relates to an RFID tag used in a radio frequency identification (RFID) system and an IC chip used therefor, and more particularly, an IC chip having a passive backscatter modulation (backscatter) technique and a charging antenna. And an RFID tag.

RFID(Radio Frequency Identification)(無線周波数識別)システムは、機器、荷物、人間、生物等の個体を識別する情報(識別情報)を、タグと呼ばれる安価な装置によって、固体に付加するシステムである。このRFIDシステムでは、リーダ/ライタと呼ばれる無線トランシーバと、1以上のRFIDタグとの間で、無線通信が行われる。RFIDタグはICチップと、リーダ/ライタからの信号を受信するためのアンテナを有している。   An RFID (Radio Frequency Identification) (radio frequency identification) system is a system that adds information (identification information) for identifying an individual such as a device, a baggage, a human being, and a living organism to a solid by an inexpensive device called a tag. In this RFID system, wireless communication is performed between a wireless transceiver called a reader / writer and one or more RFID tags. The RFID tag has an IC chip and an antenna for receiving a signal from a reader / writer.

RFIDシステムでは、リーダ/ライタは変調無線信号や無変調信号を用いてRFIDタグと通信し、RFIDタグは変調無線信号で応答する。RFIDシステムの通信は、多くの場合、送受信を単一のアンテナにて行う半二重方式で行われるため、RFIDシステムで行われる通信のシーケンス(法則に従った順序)は、RFIDタグにデータの書き込みを行うライトシーケンスと、RFIDタグからデータの読み出しを行うリードシーケンスに分割される。   In an RFID system, a reader / writer communicates with an RFID tag using a modulated radio signal or a non-modulated signal, and the RFID tag responds with a modulated radio signal. In many cases, communication of an RFID system is performed by a half-duplex method in which transmission / reception is performed by a single antenna. Therefore, a communication sequence (order in accordance with a law) performed in the RFID system is determined by the data in the RFID tag. It is divided into a write sequence for writing and a read sequence for reading data from the RFID tag.

ここで、RFIDタグの一部は、ASK(Amplitude Shift Keying:振幅偏移変調)方式を採用しリーダ/ライタと無線通信を行っている。このASK方式は、リーダ/ライタからの電波をRFIDタグに内蔵されているICチップに吸収させるか反射させるかで、HighかLowかの符号を作り通信を行う方式である。図3に、信号波がHighのときはASKの振幅は最大値をとり、信号波がLowのときはASKの振幅が最小をとることを示す。   Here, a part of the RFID tag adopts an ASK (Amplitude Shift Keying) method and performs wireless communication with the reader / writer. The ASK method is a method of performing communication by generating a code of High or Low depending on whether radio waves from a reader / writer are absorbed or reflected by an IC chip built in an RFID tag. FIG. 3 shows that when the signal wave is High, the ASK amplitude takes the maximum value, and when the signal wave is Low, the ASK amplitude takes the minimum value.

リーダ/ライタから来た電波をICチップが吸収するには、アンテナとICチップのインピーダンスが複素共役になっていれば、最も効率が良いとされている。すなわち、アンテナとICチップのインピーダンスが複素共役に近ければ無線通信を行うことができる。   In order for the IC chip to absorb the radio wave coming from the reader / writer, it is said that it is most efficient if the impedance of the antenna and the IC chip is complex conjugate. That is, wireless communication can be performed if the impedance of the antenna and the IC chip is close to the complex conjugate.

RFIDタグに実装されているICチップは、いくつかのトランジスタと、バックスキャッタ(インピーダンス変換器)と、コンデンサと、演算装置と、メモリとを備えている。図4に、従来のICチップの回路図を示す。また、ICチップの機能を模式的に示したブロック図を図5に示す。なお、ここではチップのインピーダンスはバックスキャッタのインピーダンスである。チップのインピーダンスをZ=R−jXとし、RFIDタグの備えるアンテナのインピーダンスをZ=R−jXとする。ここで、Zはチップのインピーダンス、Rはチップの抵抗、XはICチップのインダクタンス、jは虚数であり、Zはアンテナのインピーダンス、Rはアンテナの抵抗、Xはアンテナのインダクタンスである。アンテナが、リーダ/ライタからの電波を受け起電力Vを誘起したとき、ICチップの回路に流れる電流Iは An IC chip mounted on an RFID tag includes several transistors, a backscatter (impedance converter), a capacitor, an arithmetic device, and a memory. FIG. 4 shows a circuit diagram of a conventional IC chip. FIG. 5 is a block diagram schematically showing the function of the IC chip. Here, the impedance of the chip is the impedance of the backscatter. The impedance of the chip is set to Z L = R L −jX L, and the impedance of the antenna included in the RFID tag is set to Z a = R a −jX a . Here, Z L is the impedance of the chip, R L is the resistance of the chip, X L is the inductance of the IC chip, j is an imaginary number, Z a is the impedance of the antenna, R a is the resistance of the antenna, and X a is the antenna resistance Inductance. When the antenna receives the radio wave from the reader / writer and induces the electromotive force V S , the current I flowing through the circuit of the IC chip is

となる。このときICチップのインピーダンスZとアンテナのインピーダンスZが複素共役をとるとすると、
と表され,この時、ICチップに供給される電流Iは、
となる。この時の有能電力Pi(ICチップに供給される電力)は、
となり最大値をとる。
It becomes. When the impedance Z L and the antenna impedance Z a of this time the IC chip is to take the complex conjugate,
At this time, the current I supplied to the IC chip is
It becomes. The available power Pi (power supplied to the IC chip) at this time is
And take the maximum value.

また、数式(1)から、アンテナとICチップのインピーダンスが大きくずれると数式(1)の分母が大きくなり,電流Iは流れにくくなることを表している。このとき、リーダ/ライダから伝搬してきた電波はRFIDタグのアンテナにはほとんど入射せず反射される。すなわちリーダ/ライタから伝搬してきた電波を反射させるには、アンテナとチップのインピーダンスを大きくずらしインピーダンスミスマッチさせればよいということがわかる。   In addition, from the formula (1), when the impedance of the antenna and the IC chip greatly deviates, the denominator of the formula (1) becomes large and the current I hardly flows. At this time, the radio wave propagating from the reader / rider hardly reflects on the antenna of the RFID tag and is reflected. That is, in order to reflect the radio wave propagated from the reader / writer, it is understood that the impedance mismatch between the antenna and the chip is greatly shifted.

ここでインピーダンスミスマッチをさせる場合,アンテナのインピーダンスを可変にすることは困難なので、通常はICチップのインピーダンスを変化させる。このインピーダンスを可変にする機能を持つ部分がバックスキャッタである。バックスキャッタはICチップの回路に組み込まれ、演算装置からの指令により自身のインピーダンスを変化させることで、ICチップのインピーダンスを変化させている。   Here, when impedance mismatching is performed, it is difficult to make the impedance of the antenna variable, so the impedance of the IC chip is usually changed. The part having the function of making this impedance variable is the backscatter. The backscatter is incorporated in the circuit of the IC chip, and the impedance of the IC chip is changed by changing its own impedance according to a command from the arithmetic unit.

ここで、バックスキャッタを動作させICチップのインピーダンスを変化させるには、ある程度の電力が必要となる。しかし、RFIDタグ自体が電池や外部電源を持っていない場合、この電力はICチップ内部のコンデンサから得ることになる。通常、アンテナとICチップのインピーダンスはマッチングするよう設定されている。   Here, a certain amount of electric power is required to operate the backscatter and change the impedance of the IC chip. However, when the RFID tag itself does not have a battery or an external power source, this power is obtained from a capacitor inside the IC chip. Usually, the impedance of the antenna and the IC chip is set to match.

リーダ/ライタから発信された電波をアンテナで吸収する場合には、その電波のエネルギーの一部をICチップ内部のコンデンサに充電できる。そして、リーダ/ライタからの電波を反射する場合には、ICチップ内部にあるコンデンサから駆動電力を得たバックスキャッタがインピーダンスを変えることで、ICチップのインピーダンスをアンテナと異なるインピーダンスに変化させる(インピーダンスミスマッチング)。そして、電波を反射させている。   In the case where a radio wave transmitted from a reader / writer is absorbed by an antenna, a part of the energy of the radio wave can be charged in a capacitor inside the IC chip. When the radio wave from the reader / writer is reflected, the backscatter obtained from the capacitor inside the IC chip changes the impedance, thereby changing the impedance of the IC chip to an impedance different from that of the antenna (impedance Mismatch). And the radio wave is reflected.

この方法では、電波を反射する信号が連続した場合、バックスキャッタと演算装置がコンデンサに蓄えた電荷をいずれ使い果たし、ICチップのインピーダンスを変化させられなくなってしまうという問題がある。   In this method, when a signal that reflects radio waves is continuous, there is a problem that the backscatter and the arithmetic unit will eventually use up the electric charge stored in the capacitor, and the impedance of the IC chip cannot be changed.

これを解決するため、通信を始める前に充電のための電波を送信し、ICチップ内のコンデンサを充電してから通信を始めるという方法があったが、通信と充電とに同じ周波数の電波を使用し、同じアンテナに吸収させるため、結局は通信完了に時間がかかるという問題があった。   In order to solve this, there was a method of transmitting radio waves for charging before starting communication, and starting communication after charging a capacitor in the IC chip, but radio waves of the same frequency were used for communication and charging. Since it is used and absorbed by the same antenna, there is a problem that it takes time to complete communication.

そのため、通信用の電波を受けるアンテナとは別に、充電用の電波を受けるアンテナを備えたRFIDタグが提案されている(特許文献1参照)。このRFIDタグは、信号用電波とは異なる周波数で送信される充電用電波を吸収し、電力として蓄えるための充電用アンテナを備えている。信号用の電波を受けるためのアンテナは充電用の電波には反応せず、同様に充電用の電波を受けるためのアンテナは信号用の電波には反応しないようにインピーダンスが設定されているため、信号の交信中に充電用電波を同時に送信することでコンデンサの充電を行うことができ、通信時間を短縮することができる。しかしこの方法では、信号を送るためのリーダ/ライタ以外に充電用の発信機を常備しないといけないことから装置が大きくなってしまう問題点があった。
特開平5−285798号公報
For this reason, there has been proposed an RFID tag including an antenna that receives a charging radio wave separately from an antenna that receives a communication radio wave (see Patent Document 1). The RFID tag includes a charging antenna that absorbs a charging radio wave transmitted at a frequency different from the signal radio wave and stores it as electric power. Since the antenna for receiving the signal radio wave does not react to the charging radio wave, the antenna for receiving the charging radio wave is also set so that the impedance does not react to the signal radio wave, The capacitor can be charged by simultaneously transmitting charging radio waves during signal communication, and the communication time can be shortened. However, this method has a problem that the apparatus becomes large because a transmitter for charging other than a reader / writer for sending signals must be provided.
JP-A-5-285798

本願発明の課題は、アンテナとICチップとを備えたRFIDタグであって、ICチップ内部のコンデンサに、通信と同時に、通信に用いる周波数の電波で充電が可能であるRFIDタグを提供することである。   An object of the present invention is to provide an RFID tag including an antenna and an IC chip, and capable of charging a capacitor inside the IC chip with radio waves having a frequency used for communication simultaneously with communication. is there.

本発明のRFIDタグ用ICチップは、これらの課題を解決するため、コンデンサと、このコンデンサに接続された通信用回路及び充電用回路と、通信用回路に組み込まれたバックスキャッタとを備えたICチップであって、バックスキャッタはコンデンサからの電力供給によってICチップのインピーダンスを変化可能であることを特徴とする。
この構成とすることで、それぞれの回路に適切なインピーダンスのアンテナを接続し、通信用アンテナと通信用回路とのインピーダンスマッチングを調節することができるので、同じ電波を受けても通信用アンテナと充電用アンテナとで反射/吸収のタイミングをずらすことができる。
In order to solve these problems, an IC chip for an RFID tag according to the present invention is an IC including a capacitor, a communication circuit and a charging circuit connected to the capacitor, and a backscatter incorporated in the communication circuit. The chip is characterized in that the backscatter can change the impedance of the IC chip by supplying power from a capacitor.
With this configuration, an antenna with an appropriate impedance can be connected to each circuit, and the impedance matching between the communication antenna and the communication circuit can be adjusted. The reflection / absorption timing can be shifted with the antenna.

さらに、本発明のRFIDタグでは、これらの課題を解決するため、通信用アンテナと、充電用アンテナと、ICチップと、これらを支持する基材とを備えたRFIDタグであって、ICチップが、コンデンサと、このコンデンサに接続された通信用回路及び充電用回路と、通信用回路に組み込まれたバックスキャッタとを備え、バックスキャッタはコンデンサからの電力供給によってICチップのインピーダンスを変化可能であり、通信用アンテナはICチップの通信用回路に、充電用アンテナはICチップの充電用回路にそれぞれ接続され、充電用アンテナと充電用回路とのインピーダンスは複素共役でないことを特徴とする。
この構成とすることで、充電用アンテナによってリーダ/ライタからの電波が全吸収されてしまうことがなくなり、反射信号を返すことができる。
Furthermore, in order to solve these problems, the RFID tag according to the present invention is an RFID tag including a communication antenna, a charging antenna, an IC chip, and a base material that supports these antennas, A capacitor, a communication circuit and a charging circuit connected to the capacitor, and a backscatter incorporated in the communication circuit. The backscatter can change the impedance of the IC chip by supplying power from the capacitor. The communication antenna is connected to the communication circuit of the IC chip, the charging antenna is connected to the charging circuit of the IC chip, and the impedance between the charging antenna and the charging circuit is not complex conjugate.
With this configuration, the charging antenna does not completely absorb radio waves from the reader / writer, and a reflected signal can be returned.

さらに、本発明のRFIDタグは、前記充電用アンテナと前記充電用回路とのインピーダンスは虚部のみ等しく実部は等しくないことを特徴とする。
より好ましくは、前記充電用アンテナのインピーダンスZca
(Rca:充電用アンテナのレジスタンス、Xca:充電用アンテナのリアクタンス)
と、前記充電用回路のインピーダンスZcc
(Rcc:充電用回路のレジスタンス、Xcc:充電用回路のリアクタンス)
とが
であり、実数Aが以下の不等式
を満たすことを特徴とする。
Furthermore, the RFID tag according to the present invention is characterized in that impedances of the charging antenna and the charging circuit are equal only in an imaginary part and not in a real part.
More preferably, the impedance Z ca of the charging antenna
(R ca : Resistance of charging antenna, X ca : Reactance of charging antenna)
And impedance Z cc of the charging circuit
(R cc : Resistance of charging circuit, X cc : Reactance of charging circuit)
Toga
And the real number A is the following inequality
It is characterized by satisfying.

この構成とすることで、ICチップの充電用として設けている充電用アンテナと充電用回路のインピーダンスマッチングについては、充電用アンテナのインピーダンスを虚部だけ充電用回路と等しくして、実部を充電用回路のインピーダンスより僅かにずらす方法をとる。この方法で、RFIDタグの通信用アンテナは反射波を生成でき、充電用アンテナは、ICチップ内のコンデンサに電荷を溜めることができる。   With this configuration, for impedance matching between the charging antenna provided for charging the IC chip and the charging circuit, the impedance of the charging antenna is made equal to the charging circuit only in the imaginary part, and the real part is charged. The method is slightly shifted from the impedance of the circuit. In this way, the communication antenna of the RFID tag can generate a reflected wave, and the charging antenna can store charges in a capacitor in the IC chip.

さらに、本発明のRFIDタグでは、前記通信用アンテナと前記通信用回路とのインピーダンスはバックスキャッタが動作していない場合は複素共役であることを特徴とする。
この構成とすることで、リーダ/ライタからの電波を最大効率で吸収し、ICチップ内部のコンデンサに電荷を蓄えることができるとともにバックスキャッタに電力を供給できる。
Furthermore, in the RFID tag of the present invention, the impedance between the communication antenna and the communication circuit is complex conjugate when a backscatter is not operating.
With this configuration, radio waves from the reader / writer can be absorbed with maximum efficiency, electric charges can be stored in the capacitor inside the IC chip, and power can be supplied to the backscatter.

本発明のRFIDタグ用ICチップの備えるバックスキャッタはコンデンサからの電力供給によってICチップのインピーダンスを変化可能であるため、それぞれの回路に適切なインピーダンスのアンテナを接続し、通信用アンテナと通信用回路とのインピーダンスマッチングを調節することができるので、同じ電波を受けても通信用アンテナと充電用アンテナとで反射/吸収のタイミングをずらすことができる。   Since the backscatter provided in the IC chip for RFID tag of the present invention can change the impedance of the IC chip by supplying power from the capacitor, an antenna having an appropriate impedance is connected to each circuit, and the communication antenna and the communication circuit are connected. Therefore, even if the same radio wave is received, the reflection / absorption timing can be shifted between the communication antenna and the charging antenna.

さらに、本発明のRFIDタグが備えるICチップ内のバックスキャッタはコンデンサからの電力供給によってICチップのインピーダンスを変化可能であり、通信用アンテナはICチップの通信用回路に、充電用アンテナはICチップの充電用回路にそれぞれ接続され、充電用アンテナと充電用回路とのインピーダンスは複素共役でないため、充電用アンテナによってリーダ/ライタからの電波が全吸収されてしまうことがなくなり、反射信号を返すことができる。   Further, the backscatter in the IC chip included in the RFID tag of the present invention can change the impedance of the IC chip by supplying power from the capacitor. The communication antenna is the IC chip communication circuit, and the charging antenna is the IC chip. Because the impedance of the charging antenna and the charging circuit is not complex conjugate, the charging antenna does not completely absorb the radio wave from the reader / writer and returns a reflected signal. Can do.

さらに、本発明のRFIDタグは、充電用アンテナと充電用回路とのインピーダンスは虚部のみ等しく実部は等しくないため、通信用電波から常に一定の割合で電波を吸収しICチップ内に充電するとともに、反射に必要な場合は反射波を返すことができる。さらに、充電用アンテナのインピーダンスと充電用回路のインピーダンスの実部を一定の関係とすることで、RFIDタグの通信用アンテナは十分な反射波を生成でき、充電用アンテナは、ICチップ内のコンデンサにバックスキャッタと演算装置の駆動に十分な電荷を溜めることができる。   Furthermore, since the RFID tag of the present invention has only the imaginary part and the real part are not equal in impedance between the charging antenna and the charging circuit, the radio wave is always absorbed from the communication radio wave at a constant rate and charged in the IC chip. At the same time, when necessary for reflection, a reflected wave can be returned. Furthermore, by making the real part of the impedance of the charging antenna and the impedance of the charging circuit constant, the RFID tag communication antenna can generate a sufficient reflected wave, and the charging antenna is a capacitor in the IC chip. In addition, a sufficient charge for driving the backscatter and the arithmetic unit can be stored.

さらに、本発明のRFIDタグは、通信用アンテナと通信用回路とのインピーダンスはバックスキャッタが動作していない場合は複素共役とするので、リーダ/ライタからの電波を最大効率で吸収し、ICチップ内部のコンデンサに電荷を蓄えることができるとともにバックスキャッタに電力を供給できる。
さらに、信号用の周波数の電波のみでICチップ内のコンデンサに充電が可能であるため、リーダ/ライタの構造を簡単にすることができる。また、通信と同時に充電が行われるため、通信時間を短縮することができる。
Furthermore, the RFID tag of the present invention absorbs radio waves from the reader / writer with maximum efficiency because the impedance between the communication antenna and the communication circuit is complex conjugate when the backscatterer is not operating, and the IC chip. Electric charge can be stored in the internal capacitor and power can be supplied to the backscatter.
Furthermore, since the capacitor in the IC chip can be charged only by radio waves of the signal frequency, the reader / writer structure can be simplified. In addition, since charging is performed simultaneously with communication, communication time can be shortened.

以下、本発明の一例を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明のRFIDタグ10を上から見た図である。本発明のRFIDタグ10は、ICチップ10と、リーダ/ライタからの電波を信号として吸収するための信号用アンテナ12との他に、さらに充電用アンテナ16を備えている。アンテナとICチップとを支持する基材としては、有機基板・紙・PETフィルム等が用いられている。例えば、ICチップ12は、通信用アンテナ14と充電用アンテナ16とフリップチップ実装されている。アンテナとICチップとはそれぞれ接続されていれば基材のどちらの面に配置されていてもよい。通信用アンテナ14と充電用アンテナ16は,ここではRFIDタグの基板としてプリント基板を用い、アンテナとしてはこれに印刷配線されたダイポールアンテナを用いているが、他のループアンテナ・パッチアンテナ等でも良い。信号用アンテナも充電用アンテナも共にそのインピーダンスはアンテナの折り返し長さ、材料、幅等を変化させることによって調節できる。
Hereinafter, an example of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a top view of an RFID tag 10 according to the present invention. The RFID tag 10 of the present invention further includes a charging antenna 16 in addition to the IC chip 10 and the signal antenna 12 for absorbing radio waves from the reader / writer as a signal. As a base material that supports the antenna and the IC chip, an organic substrate, paper, PET film, or the like is used. For example, the IC chip 12 is flip-chip mounted on the communication antenna 14 and the charging antenna 16. As long as the antenna and the IC chip are connected to each other, they may be arranged on either side of the base material. Here, the communication antenna 14 and the charging antenna 16 use a printed circuit board as an RFID tag substrate, and a dipole antenna printed and wired on the antenna is used as the antenna. . The impedance of both the signal antenna and the charging antenna can be adjusted by changing the folded length, material, width, etc. of the antenna.

図2は本発明のRFIDタグに実装されているICチップの機能を模式的に示した図である。このICチップ20はいくつかのトランジスタと、コンデンサ24と、演算装置26と、メモリ28と、バックスキャッタ22とを備えている。ICチップ内部の回路は、信号用アンテナに接続される信号用回路と、充電用アンテナに接続される充電用回路との2系統に分けられる。どちらの回路もコンデンサに電荷を送ることができる。   FIG. 2 is a diagram schematically showing the function of the IC chip mounted on the RFID tag of the present invention. The IC chip 20 includes several transistors, a capacitor 24, an arithmetic unit 26, a memory 28, and a backscatter 22. The circuit inside the IC chip is divided into two systems: a signal circuit connected to the signal antenna and a charging circuit connected to the charging antenna. Either circuit can deliver charge to the capacitor.

信号用回路にはバックスキャッタ22が組み込まれている。バックスキャッタ22は、演算装置26からの指令を受け、コンデンサ24からの電力により自身のインピーダンスを変化させることで、信号用回路のインピーダンスを変化させることができる。一方、充電用回路はバックスキャッタを備えていないので、そのインピーダンスは変化しない。   A backscatter 22 is incorporated in the signal circuit. The back scatter 22 can change the impedance of the signal circuit by receiving a command from the arithmetic unit 26 and changing its own impedance by the electric power from the capacitor 24. On the other hand, since the charging circuit does not include a backscatter, its impedance does not change.

通信用アンテナと通信用回路のインピーダンスは、バックスキャッタが動作していない状態ではマッチングする(複素共役である)ように調整する。すなわち、バックスキャッタが動作していない状態での通信用回路のインピーダンスZsc
(Rsc:通信用回路のレジスタンス、Xsc:通信用回路のリアクタンス)
とすると、通信用アンテナのインピーダンスZsa
である。
The impedances of the communication antenna and the communication circuit are adjusted so as to be matched (complex conjugate) when the backscatter is not operating. That is, the impedance Z sc of the communication circuit when the backscatter is not operating is
(R sc : Resistance of communication circuit, X sc : Reactance of communication circuit)
Then, the impedance Z sa of the communication antenna is
It is.

充電用アンテナは充電用回路とはインピーダンスが完全にマッチングしないように設計する。充電用アンテナと充電用回路のインピーダンスが複素共役となるなるように設計してしまうと、反射すべき電波が送信された際に、信号用アンテナではバックスキャッタの働きによりインピーダンスを不整合にして反射することができるが、バックスキャッタを備えない充電用アンテナでは吸収してしまうからである。   The charging antenna is designed so that the impedance does not perfectly match the charging circuit. If the impedance of the charging antenna and the charging circuit is designed to be complex conjugate, when the radio wave to be reflected is transmitted, the signal antenna reflects the impedance by mismatching due to the backscatter function. This is because a charging antenna without a back scatter absorbs it.

本発明では、充電用アンテナと充電用回路のインピーダンスを、虚部のみ等しくなるように調整する。すなわち、充電用回路のインピーダンスZcc
(Rcc:充電用回路のレジスタンス、Xcc:充電用回路のリアクタンス)
とすると、充電用アンテナのインピーダンスZca
(Rca:充電用アンテナのレジスタンス、Xca:充電用アンテナのリアクタンス)
で表した場合、
となるように、充電用アンテナのインピーダンスを調整する。
充電用アンテナと充電用回路のインピーダンスがこのような関係になるように調節すことで、通信用の電波を常に少しずつ吸収し、コンデンサを充電することができる。
In the present invention, the impedances of the charging antenna and the charging circuit are adjusted so that only the imaginary part is equal. That is, the impedance Z cc of the charging circuit is
(R cc : Resistance of charging circuit, X cc : Reactance of charging circuit)
Then, the impedance Z ca of the charging antenna is
(R ca : Resistance of charging antenna, X ca : Reactance of charging antenna)
In the case of
The impedance of the charging antenna is adjusted so that
By adjusting the impedance of the charging antenna and the charging circuit so as to have such a relationship, the radio wave for communication can always be absorbed little by little and the capacitor can be charged.

リーダ/ライタから発信された電波がICチップに吸収されるべき場合では、演算装置26からバックスキャッタ22を動作させる指令が出されないので、通信用アンテナと通信用回路のインピーダンスはマッチングしている。そのため、ICチップに電波が吸収され、無反射の信号がリーダ/ライタに返信されるとともに、ICチップ20内部のコンデンサ24に通信で得たエネルギーの一部が充電される。   When the radio wave transmitted from the reader / writer is to be absorbed by the IC chip, the command for operating the back scatter 22 is not issued from the arithmetic unit 26, so the impedances of the communication antenna and the communication circuit match. Therefore, radio waves are absorbed by the IC chip, a non-reflective signal is returned to the reader / writer, and a part of the energy obtained by communication is charged in the capacitor 24 inside the IC chip 20.

このとき、充電用アンテナと充電用回路のインピーダンスは完全にマッチングしてはいないが虚部のみ等しいので、充電用アンテナに起電力Vcが誘起されたとき、充電用回路に流れる電流Iは数式(1)から
となる。ここで、
(Aは任意の実数)とおくと、数式(4)は
となる。充電用アンテナと充電用回路がマッチングしている場合にはA=1であるので、A=1である場合の電力をPicmaxとすると
であるから、このときコンデンサに供給される電力Pic
となる。
At this time, the impedances of the charging antenna and the charging circuit are not perfectly matched but only the imaginary part is equal. Therefore, when the electromotive force Vc is induced in the charging antenna, the current I c flowing in the charging circuit is expressed by the equation From (1)
It becomes. here,
If (A is an arbitrary real number), Equation (4) is
It becomes. When the charging antenna and the charging circuit are matched, A = 1, so if the power when A = 1 is P icmax
Therefore, the electric power P ic supplied to the capacitor at this time is
It becomes.

icがPicmaxに対して大きな割合を占めると、常に信号電波のほとんどを電力として吸収してしまうため、本来反射しなくてはならない信号が弱まってしまうという問題がある。そのためPicはPicmaxの2分の1以下が好ましい。信号の組み合わせにもよるが、吸収する信号の場合は信号用アンテナからコンデンサに充電されるので、PicがPicmaxの3分の1以上であれば十分な電力をコンデンサに蓄えることができる。すなわち
であり、この範囲を満たすAは以下の不等式で与えられる。
これを満たすAは約1.83から約2.46の範囲である。
When P ic occupies a large ratio with respect to P icmax , most of the signal radio wave is always absorbed as electric power, so that there is a problem that a signal that must be reflected is weakened. Therefore P ics is 1 or less is preferable half the P Icmax. Depending on the combination of the signals, in the case of absorption signals because it is charged from the signal antenna to the capacitor, can be stored in the capacitor sufficient power as long as it is 1 or more P ics is a third of the P Icmax. Ie
A satisfying this range is given by the following inequality.
A satisfying this is in the range of about 1.83 to about 2.46.

リーダ/ライタから発信された電波がICチップに吸収されず反射されるべき場合では、演算装置26からバックスキャッタ22を動作させる指令が出され、バックスキャッタ22はコンデンサ24の電力を用いて自身のインピーダンスを変化させ、信号用回路のインピーダンスを信号用アンテナとミスマッチング(複素共役ではない)させる。信号用アンテナのインピーダンスとICチップのインピーダンスがミスマッチングとなることで、電波が反射波としてリーダ/ライタに返信され、信号用回路からICチップに電力が供給されることはない。   When radio waves transmitted from the reader / writer are to be reflected without being absorbed by the IC chip, the arithmetic device 26 issues a command to operate the back scatter 22, and the back scatter 22 uses its power from the capacitor 24 to The impedance is changed, and the impedance of the signal circuit is mismatched with the signal antenna (not complex conjugate). When the impedance of the signal antenna and the impedance of the IC chip are mismatched, the radio wave is returned to the reader / writer as a reflected wave, and power is not supplied from the signal circuit to the IC chip.

信号電波の吸収/反射の履歴は、メモリ28が書き変え可能である場合、データとしてメモリ28に蓄積される。   The history of absorption / reflection of signal radio waves is stored as data in the memory 28 when the memory 28 can be rewritten.

電波が反射される場合であっても、充電用アンテナからは数式(7)で示した常に一定の電力が供給される。これにより、RFIDタグがリーダ/ライタからの電波を反射して通信している間でも、RFIDタグ内のICチップにあるコンデンサにエネルギーが充電され、リーダ/ライタへの符号として反射が連続される場合でもICチップは動作することが可能となる。   Even when the radio wave is reflected, the charging antenna always supplies a constant power as shown by the equation (7). As a result, even when the RFID tag is communicating by reflecting radio waves from the reader / writer, energy is charged in the capacitor in the IC chip in the RFID tag, and reflection is continued as a code to the reader / writer. Even in this case, the IC chip can operate.

また、このようなRFIDタグに対して通信を行うリーダ/ライタは通信用発信機のみを備えていればよく、RFIDタグへの充電用電波を送るための発信機は不要とすることができる。   In addition, a reader / writer that communicates with such an RFID tag only needs to include a communication transmitter, and a transmitter for sending a charging radio wave to the RFID tag can be eliminated.

本願発明のICチップ及びRFIDタグは、展示会等の入退場管理や、貨物の流通、家畜や食品の履歴管理、在庫管理等に用いることができる。特に、バッテリーを備えず小型であり、また通信と充電が同時に行えるため通信時間を短縮できることから、入場券やカード、荷札など、タグ自体が小さく、大量に処理をしなければならない用途に好ましく用いることができる。   The IC chip and RFID tag of the present invention can be used for entrance / exit management such as exhibitions, cargo distribution, livestock and food history management, inventory management, and the like. In particular, it is compact without a battery, and because communication and charging can be performed simultaneously, the communication time can be shortened. Therefore, it is preferably used for applications such as admission tickets, cards, and tags that have small tags and must be processed in large quantities. be able to.

本発明のRFIDタグを上面から見た模式図である。It is the schematic diagram which looked at the RFID tag of this invention from the upper surface. 本発明のICチップ内部の機能を模式的に示したブロック図である。It is the block diagram which showed typically the function inside IC chip of this invention. ASK方式の通信方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the communication method of an ASK system. 従来のICチップの回路図である。It is a circuit diagram of a conventional IC chip. 従来のICチップ内部の機能を模式的に示したブロック図である。It is the block diagram which showed typically the function inside the conventional IC chip.

符号の説明Explanation of symbols

10…RFIDタグ
12…ICチップ
14…通信用アンテナ
16…充電用アンテナ
20…本発明のICチップ
50…従来のICチップ
22、52…バックスキャッタ
24、54…コンデンサ
26、56…演算装置
28、58…メモリ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... RFID tag 12 ... IC chip 14 ... Communication antenna 16 ... Charging antenna 20 ... IC chip 50 of this invention ... Conventional IC chip 22, 52 ... Back scatter 24, 54 ... Capacitor 26, 56 ... Arithmetic device 28, 58 ... Memory

Claims (5)

コンデンサと、このコンデンサに接続された通信用回路及び充電用回路と、通信用回路に組み込まれたバックスキャッタとを備えたICチップであって、バックスキャッタはコンデンサからの電力供給によってICチップのインピーダンスを変化可能であることを特徴とするRFIDタグ用ICチップ。   An IC chip including a capacitor, a communication circuit and a charging circuit connected to the capacitor, and a back scatter incorporated in the communication circuit. The back scatter is an impedance of the IC chip by supplying power from the capacitor. An IC tag for an RFID tag, wherein the IC tag can be changed. 通信用アンテナと、充電用アンテナと、ICチップと、これらを支持する基材とを備えたRFIDタグであって、
ICチップが、コンデンサと、このコンデンサに接続された通信用回路及び充電用回路と、通信用回路に組み込まれたバックスキャッタとを備え、バックスキャッタはコンデンサからの電力供給によってICチップのインピーダンスを変化可能であり、
通信用アンテナはICチップの通信用回路に、充電用アンテナはICチップの充電用回路にそれぞれ接続され、
充電用アンテナと充電用回路とのインピーダンスは複素共役でないことを特徴とするRFIDタグ。
An RFID tag including a communication antenna, a charging antenna, an IC chip, and a base material supporting these,
The IC chip includes a capacitor, a communication circuit and a charging circuit connected to the capacitor, and a back scatter incorporated in the communication circuit. The back scatter changes the impedance of the IC chip by supplying power from the capacitor. Is possible,
The communication antenna is connected to the IC chip communication circuit, and the charging antenna is connected to the IC chip charging circuit.
An RFID tag, wherein an impedance between a charging antenna and a charging circuit is not complex conjugate.
前記充電用アンテナと前記充電用回路とのインピーダンスは虚部のみ等しく実部は等しくないことを特徴とする請求項2記載のRFIDタグ。   The RFID tag according to claim 2, wherein impedances of the charging antenna and the charging circuit are equal only in an imaginary part and not equal in a real part. 前記充電用アンテナのインピーダンスZca
(Rca:充電用アンテナのレジスタンス、Xca:充電用アンテナのリアクタンス)
と、前記充電用回路のインピーダンスZcc
(Rcc:充電用回路のレジスタンス、Xcc:充電用回路のリアクタンス)
とが
であり、実数Aが以下の不等式
を満たすことを特徴とする請求項2記載のRFIDタグ。
Impedance Z ca of the charging antenna
(R ca : Resistance of charging antenna, X ca : Reactance of charging antenna)
And impedance Z cc of the charging circuit
(R cc : Resistance of charging circuit, X cc : Reactance of charging circuit)
Toga
And the real number A is the following inequality
The RFID tag according to claim 2, wherein:
前記通信用アンテナと前記通信用回路とのインピーダンスはバックスキャッタが動作していない場合は複素共役であることを特徴とする請求項2乃至4のいずれかに記載のRFIDタグ。   5. The RFID tag according to claim 2, wherein an impedance between the communication antenna and the communication circuit is a complex conjugate when a backscatter is not operating. 6.
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