JP2009151574A

JP2009151574A - 受信装置

Info

Publication number: JP2009151574A
Application number: JP2007329377A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Yasukawa; 和行安川
Original assignee: Fuji Electric Retail Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Retail Systems Co Ltd
Priority date: 2007-12-20
Filing date: 2007-12-20
Publication date: 2009-07-09

Abstract

【課題】ヌル点を検出するためのオーバーヘッドがなく、かつ比較的小さな回路規模で、ヌル点の発生を抑圧する受信装置を提供する。
【解決手段】リーダライタ側において、非接触ICカードにおける負荷変調がOffであることが分かっている状態において、位相器１４における位相変化量を変化させながら、LPF１２の出力の変化を振幅検出手段１５で観測する。振幅検出手段１５への入力は、負荷変調がOffの状態であるので、V_LP ＝ A(t_off) cos{θ(t_off) -φ}となる。位相φを変化させ、LPF出力V_LPが最大となる位相φを位相制御手段１５で求める。位相制御手段１５は、ここで求まったLPF１２の出力V_LPが最大となる値を呈する位相φが得られる位相器１４への制御信号の値を保持し、これを位相器１４に加える。このような制御を行うことで、振幅A(t)もしくは位相θ(t)のいずれかの変化を符号判別手段１６にて判別する。
【選択図】図１

Description

本発明は、非接触IC(Integrated Circuit)カードにおける負荷変調を受信するリーダライタ(Reader/Writer)に好適な受信装置に関するものである。

近年、電子マネーや電子乗車券などの分野において、非接触IC(Integrated Circuit)カードの普及が進んでいる。非接触ICカードシステムは、リーダライタ(Reader/Writer)と非接触ICカードから構成され、リーダライタから放射される磁界により非接触ICカードは内蔵するIC(Integrated Circuit)を起動する。放射する磁界の振幅に変調をかけることによりリーダライタから非接触ICカードへの通信を実現し、非接触ICカードからリーダライタへの通信は、リーダライタが放射する磁界に対して非接触ICカード内の負荷を切り替え、これをリーダライタが検出することにより行われる（負荷変調）。

非接触ICカードとリーダライタ間の通信は、仕様上、通信可能である範囲内においても、リーダライタと非接触ICカードの位置関係や両者のアンテナにおける共振周波数の関係などにより、通信不能となる点（いわゆるヌル点）が発生することが知られている。これを抑制する方式として、ヌル点を検出した際に、リーダライタ側の送信装置の出力電力やインピーダンスを制御する方法が提案されている。また、ヌル点の検出による処理のオーバーヘッドを必要としない方式として、下記特許文献１、２および３に示すような方式が提案されている。これらは、非接触ICカードが負荷変調を行う際に、振幅変調をリーダライタにて検出することができない場合も、振幅変調と同時に位相にも変調がかかることから、変調された位相をリーダライタにて検出することにより、ヌル点の発生を抑制しようとするものである。
特開２００５−３１８３８５号公報特開２００６−３４４２２８号公報特開２００７−０１２０７６号公報

しかしながら上記特許文献１ないし３に示された従来技術は、位相の検出を行うために、従来の振幅変調の復調手段とは別に、位相変調の検出手段を設け、これらの出力信号を合成することにより、復調出力を得ようとするものであり、回路規模や消費電力が増大する、という問題があった。

上記した従来技術の問題点に鑑み、本発明は、ヌル点を検出するためのオーバーヘッドがなく、かつ比較的小さな回路規模で、ヌル点の発生を抑圧する受信装置を提供することを目的とする。

本発明に係る受信装置は、乗算器とローパスフィルタ（LPF）と局部発振器（Lo）とLPF出力に基づいてLo出力の位相を制御することが可能な位相器とから構成される。ここで、非接触ICカードにおける負荷変調がOffであるときに、LPF出力が最大となるように位相器の位相変化量を制御することにより、非接触ICカードにおける負荷変調で振幅もしくは位相が変化した場合には、必ずこれを検出できるようにしている。

本発明によれば、ヌル点を検出するためのオーバーヘッドがなく、かつ比較的小さな回
路規模で、非接触ICカードとリーダライタ間の、ヌル点のない、品質の安定した受信が可能となる非接触ICカードリーダライタに好適な受信装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る受信装置の構成を示す図である。図１において受信装置への入力である受信信号V_ｒ(t)は、乗算器１１に入力される。ここで、受信装置への入力である受信信号V_ｒ(t)は、以下の式（１）で表わされるものとする。このとき、非接触ICカード（図示せず）における負荷変調により、振幅A(t)もしくは位相θ(t)のいずれか、もしくは両方が変動するものとする。なお、ヌル点とは、負荷変調による振幅変調が受信装置にて検出できない場合、つまり振幅A(t)が変調によって変化しない場合を指す。

V_ｒ(t)＝A(t) cos{ωt + θ(t)} （１）
乗算器１１へのもう１つの入力V_LO(t)は、局部発振器（Lo）１３の出力を位相器１４に通したものである。以下の式（２）で表すが、ここで位相器１４による位相変化をφとする。

V_LO(t)＝ cos(ωt +φ) （２）
上記式（１）および式（２）より、乗算器１１の出力V_out(t)は、定数を無視すると、以下の式（３）で表すことができる。

V_out(t)＝A(t) [cos{2ωt + θ(t)+ φ} + cos{θ(t) -φ} ] （３）
LPF１２において、上記式（３）における高周波成分（角周波数：2ω）を抑圧することにより得られる出力V_LP(t)は、以下の式（４）のようになる。

V_LP(t)＝A(t) cos{θ(t) -φ} （４）
このとき、上記の式（４）において、非接触ICカードにおける負荷変調によって発生する振幅A(t)もしくは位相θ(t)のいずれかを検出することを考える。負荷変調のOn/Offによる振幅変化については、以下の式（５）に示す関係がある。

A(t_on) ≦ A(t_off) （５）
ここで、A(t_on)は、負荷変調がOn時の振幅、A(t_off) は、負荷変調がOff時の振幅である。

そこで、リーダライタ側において、非接触ICカードにおける負荷変調がOffであることが分かっている状態、つまり例えばリーダライタから信号を送出した後の応答待ちの時間において、位相器１４における位相変化量を変化させながら、LPF１２の出力の変化を観測する。振幅検出手段を有する位相制御手段１５へは、上記した式（４）のV_LP(t)が入力される。負荷変調がOffの状態であるので、
V_LP ＝ A(t_off) cos{θ(t_off) -φ} （６）
となる。位相φにより、LPF出力V_LPは −A(toff) ≦ V_LP ≦ A(toff) の範囲で変化する。そこで、位相φを変化させながら、LPF出力V_LPを振幅検出手段を有する位相制御手段１５で観測することにより、LPF出力V_LPが最大となる位相φを求めることができる。このとき、LPF出力V_LPおよび位相器１４における位相変化量は、それぞれ以下の式（７）を満たす。

V_LP(t_off) ＝ A(t_off) ，φ＝θ(t_off) （７）
振幅検出手段を有する位相制御手段１５は、ここで求まったLPF１２の出力V_LPが最大となる値を呈する位相φが得られる位相器１４への制御信号の値を保持し、これを位相器１４に加える。このような制御を行うと、負荷変調がOnであるときのLPF１２の出力は、以
下の式（８）のようになる。

V_LP (t_on) =A(t_on)cos{θ(t_on ) -φ}＜A(t_off)cos{θ(t_off ) -θ(t_off)} = A(t_off)= V_LP (t_off) (８)
したがって、LPF出力V_LPは非接触ICカードにおける負荷変調のOn/Offに応じて、振幅A(t)もしくは位相θ(t)のいずれかが変化していれば、必ず変化することになるので、これを符号判別手段１６にて判別することにより、例えヌル点と呼ばれる振幅A(t)が変化しない場合においても、位相θ(t)の変化から復調が可能となる。

以上のように本発明によれば、ヌル点を検出するためのオーバーヘッドがなく、かつ比較的小さな回路規模で、非接触ICカードとリーダライタ間の、ヌル点のない、品質の安定した受信が可能となる非接触ICカードリーダライタに好適な受信装置を提供することができる。

図２は、本発明の受信装置における位相器の第１の構成例を示す図である。図２に示す構成の位相器は、可変容量素子（例えば、可変容量ダイオード）２１と抵抗２２により構成される。この位相器の入出力の位相差は、下の式（９）により得られる。

tan^−１ (RCω) (９)
ここで、可変容量素子２１の容量値を制御（例えば、可変容量ダイオードの場合、印加するDCバイアス電圧を制御）することにより、所望の位相変化量を得ることができる。なお図２に示される位相器の第１構成例は、従来から知られているもので特に目新しいものではない。

図３は、本発明の受信装置における位相器の第２の構成例を示す図である。図３に示す構成の位相器は、制御信号によりマルチプレクサ(Multiplexer)３１の出力をディジタルに制御、すなわち抵抗３２及び容量３３，・・抵抗３６及び容量３７のようにＲ(resistor)Ｃ(capacitor)がカスケードに接続された固定位相器（ＲＣ結合）の縦続位置の選択により得られる所望の位相制御量を出力するようにしている。図３に示される位相器の第２の構成例は従来から知られているもので特に目新しいものではない。

図４は、本発明の受信装置における乗算器の第１の構成例を示す図である。図４に示す構成の乗算器は、４つのダイオード（D1〜D４）４１〜４４と、２つのトランス（T1，T2）により構成される。この乗算器は、入力信号としてのRF信号（図１における受信信号V_ｒ(t)）を第１のトランスT1（４５）の第１の巻線に加えるとともにLo信号（図１における信号V_LO(t)）を２つのトランス（T1，T2）の第２の巻線の中点にそれぞれ加え、乗算器出力（図１における出力信号V_out(t)）を第２のトランスT2（４６）の第１の巻線より得るようにしている。つまり入力信号（RF信号）の正相と逆相の信号を４つのダイオード（D1〜D４）４１〜４４により作り、それを交互に局発信号（Lo信号）に合わせて切り替えて乗算器の出力とするものである。なお図４に示される乗算器の第１の構成例は従来からバランスドミキサとして知られているもので特に目新しいものではない。

図５は、本発明の受信装置における乗算器の第２の構成例を示す図である。図５に示す乗算器は、第１のトランジスタM1（５１）と第２のトランジスタM2（５２）からなる第１の差動増幅器と、第３のトランジスタM3（５３）と第４のトランジスタM4（５４）からなる第２の差動増幅器および第５のトランジスタM5（５５）と第６のトランジスタM6（５６）からなる第３の差動増幅器とを備え、第１の差動増幅器を構成するM1（５１）及びM2（５２）のベースにRF信号（図１における受信信号V_ｒ(t)）を加え、第２の差動増幅器を構成するM3（５３）及びM4（５４）のベース並びに第３の差動増幅器を構成するM5（５５）及びM6（５６）のベースにLo信号（図１における信号V_LO(t)）をそれぞれ加え、乗算器出
力（図１における出力信号V_out(t)）を第２及び第３の差動増幅器のコレクタ側が互い違いに結線されてコレクタ抵抗R1（５７），R2（５８）に接続される各コレクタ抵抗の一端から得るようにしている。こうすることで、第２及び第３の差動増幅器は、一方が正相なら他方は逆相の増幅器となる。そして第１の差動増幅器を構成するトランジスタの各ベースに入力されるRF信号によりM1（５１）及びM2（５２）は交互にOn/Offを繰り返し、それによってM1（５１）及びM2（５２）のコレクタ側に配置された第２及び第３の差動増幅器も交互に動作状態と非動作状態を繰り返し、これによりLo信号に入力RF信号が乗算された出力が出力部OUTから得ることができるものである。抵抗R3（５９）は回路全体に流れる電流の大きさを調整するためのものである。なお図５に示される乗算器の第２の構成例は従来から知られているもので特に目新しいものではない。

本発明の実施形態に係る受信装置の構成を示すブロック図である。本発明の受信装置における位相器の第１の構成例を示す図である。本発明の受信装置における位相器の第２の構成例を示す図である。本発明の受信装置における乗算器の第１の構成例を示す図である。本発明の受信装置における乗算器の第２の構成例を示す図である。

符号の説明

１１乗算器
１２ローパスフィルタ（LPF）
１３局部発振器(Ｌｏ)
１４位相器
１５振幅検出手段を有する位相制御手段
１６符号判別手段
２１可変容量素子
２２抵抗
３１マルチプレクサ(Multiplexer)
３２抵抗
３３容量(キャパシタ)
３４抵抗
３５容量(キャパシタ)
３６抵抗
３７容量(キャパシタ)
４１〜４４ダイオード
４５第１のトランス
４６第２のトランス
５１トランジスタM1
５２トランジスタM2
５３トランジスタM3
５４トランジスタM4
５５トランジスタM5
５６トランジスタM6
５７抵抗R1
５８抵抗R2
５９抵抗R3

Claims

非接触ICカードにおける負荷変調を受信するリーダライタの受信装置において、
局部発振器と、
該局部発振器の出力の位相を制御する位相器と、
負荷変調された前記非接触ICカードからの受信信号と前記位相器の出力とをその入力として乗算する乗算器と、
該乗算器出力における高調波を濾波するローパスフィルタと、
該ローパスフィルタ出力に基づき前記位相器の位相変化量を制御する位相制御手段と、を備えることを特徴とする受信装置。
前記位相制御手段は、前記非接触ICカードからの応答待ち状態における前記ローパスフィルタの出力が最大になるように、前記位相器における位相変化量を制御することを特徴とする請求項１記載の受信装置。