JP2009290644A - 応答器、質問器および通信装置 - Google Patents

応答器、質問器および通信装置 Download PDF

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Abstract

【課題】非接触ＩＣカードとリーダライタとの間の通信の高速化を実現する。
【解決手段】非接触ＩＣカード１００は、コイル１２０および同調周波数調整回路２００からなるアンテナ１１０と同調周波数制御回路３００とを備える。同調周波数制御回路３００は、同調周波数調整回路２００の容量を変化させて電磁波の受信時と送信時とでアンテナ１１０の同調周波数を切り替える。同調周波数制御回路３００は、リーダライタから発信される電磁波を受信する場合には、リーダライタからの高速のデータ信号により生成される側波帯の一方のみを受信できるように同調周波数を搬送波周波数から移動させる。また、同調周波数制御回路３００は、リーダライタに応答データを送信する場合には、搬送波周波数に同調周波数を設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、応答器および質問器に関し、特に電磁波を介して高速通信を実現するための応答器および質問器に関する。
従来、所定の情報を記憶させたり読み出したりする質問器と、その質問器からの要求コマンドに対して応答する応答器とから構成される通信システムが広く利用されている。このような通信システムにおいて電磁波を介することにより通信を行うものを非接触通信システムという。このような非接触通信システムは、例えば、自動改札や入退室管理システムなどに用いられており、これらの非接触通信システムでは、質問器としてリーダライタを使用し、応答器として非接触ＩＣカードや非接触ＩＤカードなどを用いるのが一般的である。
この非接触ＩＣカードにおいては、その同調周波数がリーダライタから発信される電磁波のエネルギーを最も効率良く受信できる周波数として、例えば１３．５６ＭＨｚに固定されたものが数多く存在する。しかしながら、このような非接触ＩＣカードにおいて、用途の異なる複数の非接触ＩＣカードを財布などに収納した状態でリーダライタにかざすような場合には、財布に収納された他の非接触ＩＣカードとの相互インダクタンスの影響により、非接触ＩＣカードの同調周波数が１３．５６ＭＨｚより低い周波数に下がってしまう。そこで、複数の非接触ＩＣカードを財布などに収納した状態で利用することを想定して、予め同調周波数を高い周波数に移動させることによって同調周波数を１３．５６ＭＨｚになるように固定させる非接触ＩＣカードが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
しかしながら、非接触ＩＣカードの同調周波数を１３．５６ＭＨｚになるように固定してしまうと、以下に示すように、非接触ＩＣカードとリーダライタとの間のデータ転送速度を高速化することが困難になるおそれがある。
図１６は、従来のリーダライタから送信される低速および高速通信時における変調波を示す概念図である。ここでは、リーダライタの変調波７２０および７２１がそれぞれ実線および点線により示されており、横軸を周波数、縦軸を電磁波強度として表している。また、搬送波周波数を１３．５６ＭＨｚとしている。
リーダライタの変調波７２０および７２１は、非接触ＩＣカードに送信すべきデータ信号の周波数成分であり、データ信号を搬送する搬送波の搬送波周波数を中心に両サイドに生成される。また、リーダライタの変調波７２０および７２１は、それぞれ低速通信時および高速通信時における変調波である。ここにいう高速通信とは、リーダライタと非接触ＩＣカードとの間のデータ転送速度が１６００Ｋｂｐｓ以上の通信を意味する。
このように、リーダライタと非接触ＩＣカードとの間のデータ転送速度を高速化すると、リーダライタの変調波７２１の周波数帯域は、リーダライタの変調波７２０に比べて、搬送波周波数から離れるようにして広がる。それとともに、リーダライタの変調波７２１のピークレベルは、変調波の周波数帯域が広がる分だけ下がることがわかる。これは、リーダライタのアンテナ特性により、搬送波周波数から離れるに従ってアンテナの利得が低下るため、電磁波の出力レベルが下がるからである。次に、従来の非接触ＩＣカードでの高速通信について簡単に説明する。
図１７は、従来の非接触ＩＣカードにおけるアンテナの周波数特性を示す概念図である。ここでは、搬送波周波数を１３．５６ＭＨｚとしている。また、横軸を周波数、縦軸を利得として表している。
図１７（ａ）は、受信時における従来の非接触ＩＣカードのアンテナの周波数特性を示す概念図である。ここでは、従来の非接触ＩＣカードの受信周波数特性８１０と、図１６に示した高速通信時におけるリーダライタの変調波７２１との関係が示されており、非接触ＩＣカードの受信周波数特性８１０が実線により、リーダライタの変調波が点線によりそれぞれ示されている。
非接触ＩＣカードの受信周波数特性８１０は、リーダライタから発信される電磁波を受信する場合における非接触ＩＣカードのアンテナの周波数特性であり、縦軸は利得を表している。ここで、受信周波数特性８１０において利得の最も高い周波数が同調周波数であり、その同調周波数は搬送波周波数と同じ周波数に設定されている。
この場合、高速通信時におけるリーダライタの変調波７２１の周波数帯域は、従来の非接触ＩＣカードの受信周波数特性８１０に比べて広がっており、その変調波７２１の電磁波強度も低いことから、従来の非接触ＩＣカードにおいては、変調波７２１を受信することが困難である。ここで、非接触ＩＣカードにおいて低レベルの変調波を受信できるようにする手法として、データの検出精度を上げるために回路の規模を大きくすることが考えられるが、それに伴い消費電力が上がってしまうという問題が生じる。そのため、電源を備えていない非接触ＩＣカードにおいては、回路の規模を大きくしてリーダライタからのデータ信号の検出精度を上げることは困難である。
一方、図１７（ｂ）に示すように、仮に、リーダライタからのデータを受信できた場合には、送信周波数特性８２０を有する非接触ＩＣカードから高速通信時における変調波８２１がリーダライタに送信される。このとき、リーダライタは、非接触ＩＣカードと異なり電源を備えていることから、回路規模を大きくすることによってデータの検出精度を高くすることができるため、非接触ＩＣカードからの変調波８２１を受信することができる。
このように、リーダライタと非接触ＩＣカードとの間で高速通信を行う場合には、非接触ＩＣカードの同調周波数を従来のように搬送波周波数に固定してしまうと、非接触ＩＣカードにおいて、リーダライタからの高速通信時におけるデータを受信することは困難である。
特開２００５−１９７８９０号公報（図２）
上述の従来技術では、非接触ＩＣカードの同調周波数を搬送波周波数と一致させるように固定することによって、安定した通信を行うことができる。しかしながら、従来のように非接触ＩＣカードの同調周波数を搬送波周波数に固定してしまうと、非接触ＩＣカードとリーダライタとの間のデータ転送速度を高速化することが困難になる。ここで、非接触ＩＣカードの同調周波数を搬送波周波数から移動させる場合について次図を参照して説明する。
図１８は、非接触ＩＣカードの同調周波数を搬送波周波数から移動させた場合の非接触ＩＣカードの周波数特性を示す概念図である。ここでは、搬送波周波数を１３．５６ＭＨｚとしている。また、横軸を周波数として表している。
図１８（ａ）には、非接触ＩＣカードの受信周波数特性８１０と、図１６に示した高速通信時におけるリーダライタの変調波７２１との関係が示されている。
非接触ＩＣカードの受信周波数特性８１１は、リーダライタから発信された電磁波を受信する場合における非接触ＩＣカードのアンテナの周波数特性であり、縦軸は利得を表している。この受信周波数特性８１０の同調周波数は、変調波７２１において周波数が高い方の側波帯のみ受信できるように搬送波周波数より高い周波数（ｆc）に設定される。これにより、非接触ＩＣカードにおいては、リーダライタの変調波７２１の一方の側波帯のみの受信ではあるが、非接触ＩＣカードのアンテナ利得によりその側波帯の受信レベルが高くなる。そのため、非接触ＩＣカードは、リーダライタからの高速通信時における高速データを検出できるだけの十分なエネルギーを確保することができるようになる。
このように、非接触ＩＣカードは、非接触ＩＣカードの同調周波数を搬送波周波数から移動させることによって、リーダライタからの高速データを検出できるようになる。
しかしながら、この場合、非接触ＩＣカードにおいて受信したデータを処理してリーダライタに同じデータ転送速度により返信しても、リーダライタでは、その返信したデータ信号を受信することができない。これは、非接触ＩＣカードの同調周波数を搬送波周波数から移動させると、図１８（ｂ）に示すように、非接触ＩＣカードの送信周波数特性８２１も受信周波数特性８１１と同じ同調周波数（ｆc）になるからである。具体的には、非接触ＩＣカードからリーダライタに応答するためのデータ信号を返信すると、そのデータ信号の周波数成分は変調波のうち一方の側波帯８２２のみとなってしまう。この場合、非接触ＩＣカードの送信時におけるアンテナの同調周波数（ｆc）が側波帯８２２側に移動しているため側波帯８２２の電磁波強度は高くなる。しかしながら、リーダライタにおいては、１つの側波帯８２２だけでは十分なエネルギーを得ることができないため、非接触ＩＣカードからのデータを検出することが困難になる。
このように、高速通信を行う場合には、非接触ＩＣカードの同調周波数を搬送波周波数から移動させて固定したとしてしまうと、リーダライタにおいて、非接触ＩＣカードからの応答データを受信できないという問題が生じる。
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、質問器と応答器との間の通信の高速化を実現することを目的とする。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その第１の側面は、互いに並列接続されたコイルおよび可変容量回路から構成されてその同調周波数が第１の周波数であって電磁波を介して通信対象である質問器と通信を行うためのアンテナ回路と、上記アンテナ回路により電磁波を送信する場合には上記互いに並列接続されたコイルおよび可変容量回路の同調周波数を第２の周波数に切り替える同調周波数制御回路とを具備する応答器である。これにより、電磁波を送信する場合には同調周波数を第２の周波数から第１の周波数に切り替えさせるという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、上記同調周波数制御回路は、上記質問器から受信したデータのデータ処理を終了すると上記アンテナ回路により電磁波を送信する前に上記同調周波数を上記第２の周波数に切り替えるようにしてもよい。これにより、電磁波を送信する前に同調周波数を第２の周波数に切り替えさせるという作用をもたらす。この場合において、上記同調周波数制御回路は、上記データ処理の結果を上記質問器に上記アンテナ回路を介して送信した後に上記同調周波数を上記第１の周波数に切り替えるようにしてもよい。これにより、データ処理の結果を質問器に送信した後に同調周波数を第１の周波数に切り替えさせるという作用をもたらす。
また、上記同調周波数制御回路は、上記質問器から送信されたデータのデータ処理を終了すると上記アンテナ回路により電磁波を送信する前に上記同調周波数を上記第２の周波数に切り替える場合において、上記同調周波数制御回路は、上記質問器から発信された電磁波を通じて上記アンテナ回路に誘起された交流電圧により生成された電源電圧が所定の電圧以下になる場合には上記同調周波数を上記第１の周波数に切り替えるようにしてもよい。これにより、アンテナ回路に誘起された交流電圧より生成された電源電圧が所定の円圧以下になる場合には同調周波数を第１の周波数に切り替えさせるという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、上記第１の周波数を、上記質問器から送信される側波帯のうち周波数が高い側波帯のピークより高い周波数に設定するようにしてもよい。これにより、質問器からのデータ信号を受信し易くするという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、上記第１の周波数を、上記質問器から送信される側波帯のうち周波数が低い側波帯のピークより低い周波数に設定するようにしてもよい。これにより、質問器からのデータ信号を受信し易くするという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、上記同調周波数制御回路は、上記可変容量回路を制御することによって上記同調周波数を上記第２の周波数に切り替えるようにしてもよい。これにより、可変容量回路の容量を変化させることによって同調周波数を第２の周波数に切り替えさせるという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、上記可変容量回路は、直列に接続された第１の固定容量素子およびスイッチと、上記直列に接続された第１の固定容量素子およびスイッチに並列に接続された第２の固定容量とを含み、上記同調周波数制御回路は、上記スイッチを制御することによって上記可変容量回路の容量を変化させて上記同調周波数を上記第２の周波数に切り替えるようにしてもよい。これにより、同調周波数制御回路により可変容量回路のスイッチを制御することによって同調周波数を第２の周波数に切り替えさせるという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、上記可変容量回路は、可変容量ダイオードを含み、上記同調周波数制御回路は、上記可変容量ダイオードの容量を制御することによって上記同調周波数を上記第２の周波数に切り替えるようにしてもよい。これにより、可変容量ダイオードの容量を制御することによって同調周波数を第２の周波数に切り替えさせるという作用をもたらす。
また、本発明の第２の側面は、電磁波を介して通信対象である応答器と通信を行うための互いに並列接続されたコイルおよび可変容量回路からなるアンテナ回路と、上記アンテナ回路から電磁波を送信する場合には第１の周波数に、上記応答器から送信された電磁波を受信する場合には第２の周波数にそれぞれ上記アンテナ回路の同調周波数を切り替える同調周波数制御回路とを具備する質問器である。これにより、電磁波を送信する場合には同調周波数を第１の周波数に、電磁波を受信する場合には同調周波数を第２の周波数に切り替えさせるという作用をもたらす。
また、この第２の側面において、上記同調周波数制御回路は、上記アンテナ回路を介して上記応答器に送信すべきデータを送信した後に上記アンテナ回路の同調周波数を上記第２の周波数に切り替えるようにしてもよい。これにより、応答器に送信すべきデータを送信した後にアンテナ回路の同調周波数を第２の周波数に切り替えさせるという作用をもたらす。この場合において、上記同調周波数制御回路は、上記応答器からの上記データに対する応答データの処理が終了すると上記アンテナ回路から電磁波を送信する前に上記アンテナ回路の同調周波数を上記第１の周波数に切り替えるようにしてもよい。これにより、アンテナ回路から電磁波を送信する前に同調周波数を第１の周波数に切り替えさせるという作用をもたらす。
また、この第２の側面において、上記第１の周波数を、上記アンテナ回路により送信される側波帯のうち周波数が高い側波帯のピークより高い周波数に設定するようにしてもよい。これにより、周波数が高い側波帯のピークレベルをより高くさせるという作用をもたらす。
また、この第２の側面において、上記第１の周波数を、上記アンテナ回路により送信される側波帯のうち周波数が低い側波帯のピークより低い周波数に設定するようにしてもよい。これにより、周波数が低い側波帯のピークレベルをより高くさせるという作用をもたらす。
また、この第２の側面において、上記同調周波数制御回路は、上記可変容量回路を制御することによって上記アンテナ回路の同調周波数を上記第１または第２の周波数に切り替えるようにしてもよい。これにより、可変容量回路の容量を変化させることによって同調周波数を第１または第２の周波数に切り替えさせるという作用をもたらす。
また、この第２の側面において、上記可変容量回路は、直列に接続された第１の固定容量素子およびスイッチと、上記直列に接続された第１の固定容量素子およびスイッチに並列に接続された第２の固定容量を含み、上記同調周波数制御回路は、上記スイッチを制御することによって上記可変容量回路の容量を変化させて上記アンテナ回路の同調周波数を上記第１または第２の周波数に切り替えるようにしてもよい。これにより、可変容量回路のスイッチを制御することによって同調周波数を第１または第２の周波数に切り替えさせるという作用をもたらす。
また、この第２の側面において、上記可変容量回路は、可変容量ダイオードを含み、上記同調周波数制御回路は、上記可変容量ダイオードの容量を制御することによって上記アンテナ回路の同調周波数を上記第１または第２の周波数に切り替えるようにしてもよい。これにより、可変容量ダイオードの容量を制御することによって同調周波数を第１または第２の周波数に切り替えさせるという作用をもたらす。
また、本発明の第３の側面は、電磁波を介して通信対象である他の通信装置と通信を行うための互いに並列接続されたコイルおよび可変容量回路からなるアンテナ回路と、上記他の通信装置から発信された電磁波を受信する場合には第１の周波数に、上記アンテナ回路により電磁波を送信する場合には第２の周波数にそれぞれ上記アンテナ回路の同調周波数を切り替える同調周波数制御回路とを具備する通信装置である。これにより、電磁波を受信する場合には同調周波数を第１の周波数に、電磁波を送信する場合には同調周波数を第２の周波数に切り替えさせるという作用をもたらす。
本発明によれば、質問器と応答器との間の通信速度を高速化することができるという優れた効果を奏し得る。
次に本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態における非接触ＩＣカードの一構成例を示す概念図である。ここでは、非接触ＩＣカードとリーダライタとの間のデータ転送速度が互いに同一であり、かつ、高速であることを想定しており、そのデータ転送速度は、例えば、１６９６Ｋｂｐｓとする。
非接触ＩＣカード１００は、電磁波を介してリーダライタと通信を行うものであり、アンテナ１１０および同調周波数制御回路３００を備える。
アンテナ１１０は、通信対象となるリーダライタから発信される電磁波を受信して、これに対応してリーダライタに電磁波を送信するものである。このアンテナ１１０は、互いに並列接続されたコイル１２０および同調周波数調整回路２００から構成される同調回路である。ここで、このアンテナ１１０から発生する電磁波強度が最も高くなる周波数が同調周波数であり、その同調周波数は、互いに並列接続されたコイル１２０および同調周波数調整回路２００の容量によって定まる。なお、このアンテナ１１０は、特許請求の範囲に記載の通信装置および応答器のアンテナ回路の一例である。また、同調周波数調整回路２００は、特許請求の範囲に記載の応答器および通信装置における可変容量回路の一例である。
同調周波数調整回路２００は、同調周波数制御回路３００からの信号に基づいて容量を変化させるものである。この同調周波数調整回路２００の容量を変化させることによって、アンテナ１１０の同調周波数が変化するように構成される。
同調周波数制御回路３００は、同調周波数調整回路２００の容量を制御することによって電磁波の受信時と送信時とでアンテナ１１０の同調周波数を切り替えるものである。例えば、同調周波数制御回路３００は、リーダライタからの送信すべきデータを受信して、そのデータのデータ処理が終了すると、電磁波を送信する前にアンテナ１１０の同調周波数を送信するための送信周波数に切り替える。この送信周波数は、図１７（ｂ）において述べたように、リーダライタにおいて非接触ＩＣカードからのデータ信号を受信し易くするために、搬送波周波数に一致させることを想定する。ここでは、搬送波周波数を、例えば、１３．５６ＭＨｚとする。なお、この送信周波数は、特許請求の範囲に記載の応答器および通信装置における第２の周波数の一例である。
また、同調周波数制御回路３００は、リーダライタからのデータを処理した結果を応答データとしてリーダライタにアンテナ１１０を介して送信した後に、リーダライタからの電磁波を受信するための受信周波数にアンテナ１１０の同調周波数を切り替える。この受信周波数は、リーダライタから発信される変調波のうち一方の側波帯を受信できる周波数として、例えば、１７．３０ＭＨｚ付近を想定する。なお、ここにいう変調波とは、リーダライタにより搬送波をデータに重畳することによって生成される周波数成分であり、搬送波周波数の両サイドに対称的に現れるものである。ここでは、搬送波周波数より低い周波数に現れる周波数成分を下側波帯とし、搬送波周波数より高い周波数に現れる周波数成分を上側波帯とする。なお、この受信周波数は、特許請求の範囲に記載の応答器および通信装置における第１の周波数の一例である。
また、同調周波数制御回路３００は、リーダライタから発信された電磁波を通じて生成された電源電圧が所定の電圧以下になった場合には、アンテナ１１０の同調周波数を受信周波数に切り替える。例えば、アンテナ１１０の同調周波数が送信周波数に切り替えられて、応答データをリーダライタに送信している状態において、リーダライタとの間の距離が離れて電源電圧が所定電圧以下となった場合には、同調周波数制御回路３００は、アンテナ１１０の同調周波数を受信周波数に切り替える。これにより、リーダライタから発信された電磁波を通じて電源電圧を生成する前においては、リーダライタからのデータを受信しやすい状態にすることができる。なお、この同調周波数制御回路３００は、特許請求の範囲に記載の応答器および通信装置における同調周波数制御回路の一例である。
このように、アンテナ１１０の同調周波数を送信時と受信時とにより切り替えることによって非接触ＩＣカード１００とリーダライタとの間のデータ転送速度を高速化することができる。なお、この非接触ＩＣカード１００は、特許請求の範囲に記載の応答器または通信装置の一例である。次に、同調周波数調整回路２００の一構成例について次図を参照して説明する。
図２は、本発明の実施の形態における非接触ＩＣカード１００の第１の実施例における同調周波数調整回路２００の一構成例を示す概念図である。ここでは、非接触ＩＣカード１００は、コイル１２０と、可変容量回路２１０と、同調周波数制御回路３００とを備える。なお、可変容量回路２１０以外の構成は、図１と同様のものであるため、ここでの説明を省略する。また、この可変容量回路２１０は、特許請求の範囲に記載の応答器および通信装置における可変容量回路の一例である。
可変容量回路２１０は、固定容量素子２１１および２１２と、スイッチ２１３とを備える。なお、この固定容量素子２１２、固定容量素子２１１およびスイッチ２１３は、それぞれ特許請求の範囲に記載の応答器における第１の固定容量素子、第２の固定容量素およびスイッチの一例である。
この可変容量回路２１０は、同調周波数制御回路３００からの信号に基づいてスイッチ２１３を導通状態または非導通状態にすることによって可変容量回路２１０の容量を変化させるものである。例えば、同調周波数制御回路３００は、リーダライタからのデータを受信する場合には、スイッチ２１３を非導通状態にすることによってコイル１２０および固定容量素子２１１から定まる同調周波数を受信周波数として設定する。一方、同調周波数制御回路３００は、リーダライタに応答データを送信する場合には、スイッチ２１３を導通状態にすることによってコイル１２０と固定容量素子２１１および２１２の合成容量とから定まる同調周波数を送信周波数として設定する。
なお、この場合、固定容量素子２１１および２１２を加算したものが合成容量となり、送信時においては可変容量回路２１０の容量は大きくなることから、アンテナ１１０の送信周波数は受信周波数より低くなる。ここで、送信周波数は、リーダライタが応答データを受信できるように搬送波周波数と同じ周波数に設定される。したがって、受信周波数は、搬送波周波数より高い周波数に設定されることになり、リーダライタからの上側波帯を受信するように設定される。
このように、本発明の実施の形態における非接触ＩＣカード１００の第１の実施例では、固定容量素子２１１および２１２とスイッチ２１３とを用いることによって、可変容量回路２１０の容量を変化させる。これにより、アンテナ１１０の同調周波数を送信時と受信時とにおいて切り替えることができる。次に、同調周波数制御回路３００の一構成例について次図を参照して説明する。
図３は、本発明の実施の形態における非接触ＩＣカード１００の第１の実施例における同調周波数制御回路３００の一構成例を示す図である。ここでは、図２に示した構成において、同調周波数制御回路３００の一構成例と、可変容量回路２１０のスイッチ２１３に代えてｎ型トランジスタ２３３とが示されている。それ以外の構成は、図２と同様のものであるため、ここでの説明を省略する。
可変容量回路２１０は、スイッチ２１３に代えてｎ型トランジスタ２３３を備える。このｎ型トランジスタ２３３は、そのゲート端子にＨ（Ｈｉｇｈ）レベルの電位が印加されると導通状態となり、そのゲート端子にＬ（Ｌｏｗ）レベルの電位が印加されると非導通状態となるスイッチとして機能する。
同調周波数制御回路３００は、データ処理回路３１０と、電源生成回路３２０と、容量制御回路３３０と、抵抗素子３４０と、ｎ型トランジスタ３５０とを備える。
データ処理回路３１０は、アンテナ１１０を介してリーダライタからのデータを受け取るとそのデータ処理を実行して、アンテナ１１０を介して応答データをリーダライタに返信するものである。このデータ処理回路３１０は、データ処理が終了するとその終了通知を容量制御回路３３０に出力する。また、このデータ処理回路３１０は、リーダライタへの応答データの返信が終了すると、その返信終了通知を容量制御回路３３０に出力する。また、データ処理回路３１０は、所定のデータ転送速度、例えば１６９６Ｋｂｐｓにより応答データの信号を生成する。
電源生成回路３２０は、リーダライタから発信された電磁波によりアンテナ１１０に誘起された交流電圧を整流することによって、電源電圧としての直流電圧を生成するものである。この電源生成回路３２０は、データ処理回路３１０と、容量制御回路３３０と、抵抗素子３４０とに生成した電源電圧を供給する。
ｎ型トランジスタ３５０は、そのゲート端子にＨレベルの電位が印加されると導通状態となり、そのゲート端子にＬレベルの電位が印加されると非導通状態となるスイッチとして機能する。このｎ型トランジスタ３５０は、そのソース端子が抵抗素子３４０の一方の端子およびｎ型トランジスタ２３３のゲート端子に接続されており、ドレイン端子が接地されている。
抵抗素子３４０は、ｎ型トランジスタ３５０が導通状態において電源生成回路３２０により供給される電源電圧を降下させるものである。この場合、ｎ型トランジスタ２３３のゲート端子には、Ｌレベルとして０Ｖ（ボルト）が供給される。なお、ｎ型トランジスタ３５０が非導通状態においては、電流が抵抗素子３４０に流れないため、ｎ型トランジスタ２３３のゲート端子には、電源生成回路３２０により供給される電源電圧が供給される。また、抵抗素子３４０は、一方の端子がｎ型トランジスタ３５０のドレイン端子およびｎ型トランジスタ２３３のゲート端子に接続され、他方の端子がデータ処理回路３１０、電源生成回路３２０および容量制御回路３３０に接続される。
容量制御回路３３０は、ＨレベルまたはＬレベルの電位をｎ型トランジスタ３５０のゲート端子に印加するものである。例えば、容量制御回路３３０は、電源生成回路３２０により電源電位が供給されると、Ｈレベルの電位をｎ型トランジスタ３５０のゲート端子に印加する。この場合、ｎ型トランジスタ３５０は導通状態となり、ｎ型トランジスタ２３３のゲート端子はＬレベルとなるため、ｎ型トランジスタ２３３は非導通状態になる。これにより、同調周波数制御回路３００は、固定容量素子２１１およびコイル１２０から定まるアンテナ１１０の同調周波数を受信周波数として設定することができる。
また、容量制御回路３３０は、データ処理回路３１０からデータ処理の終了通知が出力されると、Ｌレベルの電位をｎ型トランジスタ３５０のゲート端子に印加する。この場合、ｎ型トランジスタ３５０は非導通状態となり、ｎ型トランジスタ２３３のゲート端子には電源電圧がＨレベルの電位として供給されるため、ｎ型トランジスタ２３３は導通状態になる。これにより、同調周波数制御回路３００は、固定容量素子２１１と固定容量素子２１２との合成容量およびコイル１２０から定まるアンテナ１１０の同調周波数を送信周波数として設定することができる。
また、容量制御回路３３０は、データ処理回路３１０から応答データの返信終了通知が出力されると、Ｈレベルの電位をｎ型トランジスタ３５０のゲート端子に印加する。この場合、ｎ型トランジスタ３５０は導通状態となり、ｎ型トランジスタ２３３のゲート端子はＬレベルとなるため、ｎ型トランジスタ２３３は非導通状態になる。これにより、同調周波数制御回路３００は、固定容量素子２１１およびコイル１２０から定まるアンテナ１１０の同調周波数を受信周波数として設定することができる。
ここで、非接触ＩＣカード１００とリーダライタとの間の距離が一定の距離離れると、電源電圧は非接触ＩＣカードの動作電圧より小さくなる。この場合、ｎ型トランジスタ２３３は非導通状態となり、固定容量素子２１１およびコイル１２０から定まる受信周波数にアンテナ１１０の同調周波数が設定される。これにより、同調周波数制御回路３００は、リーダライタとの通信を新たに開始する際には、アンテナ１１０の同調周波数は受信周波数に設定されているため、リーダライタからのデータを受信することができる。次に、アンテナ１１０の周波数特性について次図を参照して説明する。
図４は、図２および図３におけるアンテナ１１０の周波数特性を模式的に示す概念図である。ここでは、搬送波周波数を１３．５６ＭＨｚとしている。また、横軸を周波数として表している。
図４（ａ）は、受信時におけるアンテナ１１０の周波数特性を示す概念図である。ここでは、非接触ＩＣカードの受信周波数特性２５０と、リーダライタの変調波６６１との関係が示されており、非接触ＩＣカードの受信周波数特性２５０が実線により示され、リーダライタの変調波６６１が点線により示されている。
リーダライタの変調波６６１は、リーダライタから発信されるデータ信号の周波数成分であり、搬送波周波数の両サイドに対称に生成される。ここでは、搬送波周波数より低い周波数に現れる周波数成分を下側波帯とし、搬送波周波数より高い周波数に現れる周波数成分を上側波帯とする。
非接触ＩＣカードの受信周波数特性２５０は、受信時におけるアンテナ１１０の周波数特性であり、縦軸は利得を表している。この非接触ＩＣカードの受信周波数特性２５０において利得が最も高い周波数（ｆcr1）が同調周波数であり、その同調周波数（ｆcr1）が受信周波数である。この非接触ＩＣカードの受信周波数特性２５０は、変調波６６１の上側波帯を受信し易くするように設定されるため、受信周波数（ｆcr1）を少なくとも上側波帯のピークより高い周波数に設定する。これは、上側波帯のピークより高い周波数成分がデータ信号の高周波成分に相当するため、上側波帯のピークより高い周波数成分を受信し易くすることでデータ信号が検出し易くなるからである。しかしながら、受信周波数（ｆcr1）を上側波帯のピークの周波数より高くし過ぎると、搬送波からエネルギーを受け取れなくなるため、これらを勘案して受信周波数は設定される。
このように、受信周波数を上側波帯のピークより高い周波数に設定することによって、リーダライタからの高速のデータ信号を受信することができるようになる。
なお、この上下側波帯のピークの周波数は、データ信号の連続するビットの値によって変化するが、ここでは、上下側波帯のピークが搬送波周波数から最も離れる場合を想定している。例えば、マンチェスタ符号化されたデータ信号を振幅変調する伝送方式を想定すると、上下側波帯のピークが搬送波周波数から最も離れる場合としては、データ信号のビットがランダムに発生するときが該当する。このときの上下側波帯のピークは、データ転送速度を生成するクロック信号の周波数だけ搬送波周波数から離れる。したがって、例えば、データ転送速度を生成するクロック信号の周波数が１.６９６ＭＨｚであれば、上側波帯のピークの周波数は、１５．２５６（＝１３．５６０＋１.６９６）ＭＨｚとなるので、受信周波数（ｆcr1）は少なくとも１５．２５６ＭＨｚより高い周波数に設定する。
図４（ｂ）は、送信時におけるアンテナ１１０の周波数特性を示す概念図である。ここでは、非接触ＩＣカードの送信周波数特性２６０と非接触ＩＣカードの変調波３６１との関係が示されており、非接触ＩＣカードの送信周波数特性２６０が破線により示され、非接触ＩＣカードの変調波３６１が実線により示されている。非接触ＩＣカードの送信周波数特性２６０は、アンテナ１１０から電磁波を送信する場合における周波数特性であり、縦軸は利得を表している。この非接触ＩＣカードの送信周波数特性２６０の同調周波数である送信周波数は、搬送波周波数と同じ周波数に設定される。
このように、送信周波数を搬送波周波数と同じ周波数に設定することによって、リーダライタでは、非接触ＩＣカード１００のデータ信号により生成される変調波を受信することができるようになる。
なお、本発明の実施の形態における非接触ＩＣカード１００の第１の実施例では、アンテナ１１０の受信周波数を上側波帯が受信しやすいように設定する例について説明したが、下側波帯が受信しやすいように設定してもよい。この場合、図３に示したスイッチ２１３としてのｎ型トランジスタ２３３に代えてｎ型トランジスタ２３３と反対の動作をするｐ型トランジスタを用いることによって実現することができる。このｐ型トランジスタは、そのゲート端子にＨレベルの電位が印加されると非導通状態となり、Ｌレベルの電位が印加されると導通状態となるスイッチである。例えば、リーダライタから発信された電磁波を受信する場合には、容量制御回路３３０によりＨレベルの電位がｎ型トランジスタ３５０のゲート端子に印加されることにより、ｐ型トランジスタのゲート端子の電位はＬレベルとなり、ｐ型トランジスタは導通状態になる。そのため、アンテナ１１０の受信周波数は、固定容量素子２１１および２１２の合成容量とコイル１２０とから定まる。
また、応答データをリーダライタに送信する場合には、容量制御回路３３０によりＬレベルの電位がｎ型トランジスタ３５０のゲート端子に印加されることにより、ｐ型トランジスタのゲート端子の電位はＨレベルとなり、ｐ型トランジスタは非導通状態になる。そのため、アンテナ１１０の送信周波数は、固定容量素子２１１とコイル１２０とから定まる。これにより、アンテナ１１０の受信周波数は、送信周波数より低い周波数に設定することができるようになる。ここで、送信周波数は、リーダライタにおいて応答データを受信できるように搬送波周波数と同じ周波数に設定される。したがって、受信周波数は、搬送波周波数より低い周波数の下側波帯が受信し易くなるように設定される。
図５は、スイッチ２１３としてｐ型トランジスタを用いた場合における受信時のアンテナ１１０の周波数特性を模式的に示す概念図である。ここでは、搬送波周波数を１３．５６ＭＨｚとしている。また、横軸を周波数として表している。なお、リーダライタの変調波６６１は、図４（ａ）に示したものと同様である。また、送信時におけるアンテナ１１０の周波数特性は、図４（ｂ）に示したものと同様であるため、ここでの説明を省略する。ここでは、受信周波数特性２５１が実線により示され、リーダライタの変調波６６１が点線により示されている。受信周波数特性２５１は、アンテナ１１０の受信時における周波数特性であり、縦軸は利得を表している。この受信周波数特性２５１において利得が最も高い周波数（ｆcr2）が受信周波数である。
この場合、受信周波数特性２５１は、変調波６６１の下側波帯を受信し易くするように設定する。ここで、下側波帯を受信するときは、上側側波帯とは反対に受信周波数（ｆcr2）を少なくとも下側波帯のピークより低い周波数に設定する。これは、上述のようにデータ信号を検出し易くなるからである。
このように、第１の実施例の変形例として、スイッチ２１３としてｐ型トランジスタを用いることにより受信周波数を下側波帯のピークより低い周波数に設定することによって、リーダライタからの高速のデータ信号を受信することができるようになる。
次に本発明の実施の形態における非接触ＩＣカード１００の動作について図面を参照して説明する。
図６は、本発明の実施の形態における非接触ＩＣカード１００の同調周波数制御処理の処理手順例を示すフローチャートである。
まず、リーダライタから発信された電磁波を検出するまで待機する（ステップＳ９１１）。次に、電磁波を受信して電源生成回路により電源電圧が供給されて、リーダライタからのデータが受信される（ステップＳ９１２）。そして、受信されたデータのＣＲＣ値が計算される（ステップＳ９１３）。ＣＲＣ値を確認することによって受信されたデータに誤りがないかが判断される（ステップＳ９１４）。そして、受信されたデータに誤りがあれば、ステップＳ９１１に戻る。
一方、受信されたデータに誤りがなければ、そのデータのデータ処理が実行される（ステップＳ９１５）。次に、データ処理を終了した後に電磁波を送信するためにアンテナ１１０の同調周波数が送信周波数に切り替えられる（ステップＳ９１６）。次に、受信されたデータのデータ処理の結果である応答データがリーダライタに送信される（ステップＳ９１７）。次に、応答データが送信された後に同調周波数が受信周波数に切り替えられて、ステップＳ９１１に戻る。
このように、リーダライタからデータを受信するごとに、応答データをリーダライタに送信する前に送信周波数に切り替えて、その応答データを送信した後に受信周波数に切り替えることにより通信を行い、一連の通信が終了するまでこの動作を繰り返す。
このように、本発明の実施の形態における非接触ＩＣカード１００の第１の実施例では、固定容量素子２１１および２１２とスイッチ２１３とを用いることによって、可変容量回路２１０の容量を変化させてアンテナ１１０の同調周波数を送信時と受信時において切り替えることができる。
図７は、本発明の実施の形態における非接触ＩＣカード１００の第２の実施例における同調周波数調整回路２００の一構成例を示す概念図である。ここでは、図１に示した非接触ＩＣカード１００の構成において、同調周波数調整回路２００としての可変容量回路２１０に代えて可変容量ダイオード２２０を備える。なお、可変容量ダイオード２２０以外の構成は、図１と同様のものであるため、ここでの説明を省略する。また、この可変容量ダイオード２２０は、特許請求の範囲に記載の応答器および通信装置における可変容量回路の一例である。
可変容量ダイオード２２０は、同調周波数制御回路３００により印加される電圧に応じて容量を変化させるものである。
このように、可変容量ダイオード２２０を用いることによって、可変容量ダイオード２２０の容量を変化させてアンテナ１１０の同調周波数を送信時と受信時において切り替える。
図８は、本発明の実施の形態における非接触ＩＣカード１００の第２の実施例における同調周波数制御回路３００の一構成例を示す図である。ここでは、図３に示した抵抗素子３４０に代えて抵抗素子３４１および３４２が示されている。さらに、可変容量回路２１０に代えて可変容量ダイオード２２０が示されている。
同調周波数制御回路３００は、データ処理回路３１０と、電源生成回路３２０と、容量制御回路３３０と、抵抗素子３４１および３４２と、ｎ型トランジスタ３５０とを備える。ここでは、抵抗素子３４１および３４２以外は、図３と同様のものであるため、ここでの説明を省略する。
抵抗素子（Ｒ１）３４１および抵抗素子（Ｒ２）３４２は、電源生成回路３２０により供給される電源電圧（Ｖｃｃ）に基づいて可変容量ダイオード２２０に２つの異なる電位を供給するためのものである。例えば、ｎ型トランジスタ３５０が非導通状態の場合には、可変容量ダイオード２２０には、抵抗素子３４１および３４２により分圧された電位（Ｖｃｃ・（Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）））がＨレベルとして供給される。また、ｎ型トランジスタ３５０が導通状態の場合には、電流が抵抗素子３４１を経由してｎ型トランジスタ３５０に流れるため、可変容量ダイオード２２０には、Ｌレベルとして０Ｖ（ボルト）の電位が供給される。
このように、抵抗素子３４１および３４２と、ｎ型トランジスタ３５０とを用いて可変容量ダイオード２２０に印加する電位を変えることによって、可変容量ダイオード２２０の容量を変化させる。これにより、図４に示したように、アンテナ１１０の同調周波数は、受信時には上側波帯を受信するように受信周波数（ｆcr1）に切り替えられ、送信時には、搬送波周波数と同一の送信周波数に切り替えられるようになる。また、可変容量ダイオード２２０の特性を反対にすることによって、図５に示したように、アンテナ１１０の同調周波数は、受信時にはリーダライタからの下側波帯を受信しやすい受信周波数（ｆcr2）に切り替えられるようになる。また、送信時には搬送波周波数と同じ周波数の送信周波数に切り替えられるようになる。
さらに、本発明の実施の形態における非接触ＩＣカード１００の第２の実施例では、第１の実施例に比べて同調周波数を切り替えるための構成素子の数を減らすことができ、回路規模を抑制することができる。
以上のように、非接触ＩＣカード１００では、同調周波数制御回路３００により電磁波の受信時と送信時において同調周波数調整回路２００の容量を変化させることによって、アンテナ１１０の同調周波数を受信周波数または送信周波数に切り替えることができる。このように非接触ＩＣカード１００の同調周波数を電磁波の送信時と受信時に切り替えることによって、非接触ＩＣカードとリーダライタとの間の高速通信を実現する例について説明したが、リーダライタにも同様に適用することができる。そこで、リーダライタへの適用例について次図を参照して説明する。
図９は、本発明の実施の形態におけるリーダライタの一構成例を示す概念図である。ここでは、非接触ＩＣカードとリーダライタとの間におけるデータ転送速度が互いに同一であり、かつ、高速であることを想定しており、そのデータ転送速度は、例えば、１６９６Ｋｂｐｓとする。また、ここでは、非接触ＩＣカードの同調周波数は、データの送信時と受信時においては切り替えず、搬送波周波数と同一の周波数に固定されていることを想定する。
リーダライタ４００は、電磁波を介して非接触ＩＣカードと通信を行うものであり、アンテナ４１０および同調周波数制御回路６００を備える。アンテナ４１０は、電磁波を発信させて通信対象となる非接触ＩＣカードに送信すべきデータを送信して、非接触ＩＣカードからの電磁波を受信するものである。このアンテナ４１０は、コイル４２０および同調周波数調整回路５００から構成される同調回路である。ここで、このアンテナ４１０から発生する電磁波強度が最も高くなる周波数が同調周波数であり、その同調周波数は、互いに並列接続されたコイル４２０および同調周波数調整回路５００の容量によって定まる。なお、このアンテナ４１０は、特許請求の範囲に記載の質問器および通信装置におけるアンテナ回路の一例である。また、この同調周波数調整回路５００は、特許請求の範囲に記載の質問器および通信装置における可変容量回路の一例である。
この同調周波数調整回路５００は、同調周波数制御回路６００からの信号に基づいて容量を変化させるものである。この同調周波数調整回路５００の容量を変化させることによって、アンテナ４１０の同調周波数が変化するように構成される。
同調周波数制御回路６００は、同調周波数調整回路５００の容量を制御することによって通信するためのデータの送信時と受信時とによりアンテナ４１０の同調周波数を切り替えるものである。具体的には、同調周波数制御回路６００は、電磁波を送信する際に送信するための送信周波数にアンテナ４１０の同調周波数を切り替える。この送信周波数は、非接触ＩＣカードにおいてリーダライタ４００からのデータ信号を受信し易くするために、リーダライタ４００から発信される変調波のうち一方の側波帯の電磁波強度のみを高くする周波数として、例えば、１７．３０ＭＨｚ付近を想定する。なお、この送信周波数は、特許請求の範囲に記載の質問器および通信装置における第１の周波数の一例である。
また、同調周波数制御回路６００は、アンテナ４１０を介して非接触ＩＣカードにデータを送信した後に、非接触ＩＣカードからの応答データを受信するための受信周波数にアンテナ４１０の同調周波数を切り替える。この受信周波数は、非接触ＩＣカードからの応答データを受信し易くするために、搬送波周波数に一致させることを想定する。ここでは、搬送波周波数を、例えば、１３．５６ＭＨｚとする。なお、この受信周波数は、特許請求の範囲に記載の質問器および通信装置における第２の周波数の一例である。
また、同調周波数制御回路６００は、非接触ＩＣカードからの応答データを処理した後に、非接触ＩＣカードにデータを送信するためにアンテナ４１０の同調周波数を送信周波数に切り替える。なお、この同調周波数制御回路６００は、特許請求の範囲に記載の質問器および通信装置における同調周波数制御回路の一例である。
このように、アンテナ４１０の同調周波数を電磁波の送信時と受信時とで切り替えることによってリーダライタ４００と非接触ＩＣカードとの間のデータ転送速度を高速化することができる。なお、リーダライタ４００は、特許請求の範囲に記載の質問器または通信装置の一例である。次に、同調周波数調整回路５００の一構成例について次図を参照して説明する。
図１０は、本発明の実施の形態におけるリーダライタ４００の第１の実施例の一構成例を示す概念図である。ここでは、リーダライタ４００は、コイル４２０と、可変容量回路５１０と、同調周波数制御回路６００とを備える。なお、この可変容量回路５１０は、特許請求の範囲に記載の応答器および通信装置における可変容量回路の一例である。
可変容量回路５１０は、固定容量素子５１１および５１２と、スイッチ５１３とを備える。なお、この固定容量素子５１２、固定容量素子５１１およびスイッチ５１３は、それぞれ特許請求の範囲に記載の質問器における第１の固定容量素子、第２の固定容量素およびスイッチの一例である。
この可変容量回路５１０は、同調周波数制御回路６００からの信号に基づいてスイッチ５１３を導通または非導通にすることによって可変容量回路５１０の容量を変化させるものである。例えば、同調周波数制御回路６００は、非接触ＩＣカードに送信すべきデータを、アンテナ４１０を介して送信する場合には、スイッチ５１３を非導通状態にすることによってコイル４２０および固定容量素子５１１から定まる同調周波数を送信周波数として設定する。一方、同調周波数制御回路６００は、非接触ＩＣカードからの応答データを受信する場合には、スイッチ５１３を導通状態にすることによってコイル４２０と固定容量素子５１１および５１２の合成容量とから定まる同調周波数を受信周波数として設定する。
このように、固定容量素子５１１および５１２とスイッチ５１３とを用いることによって、可変容量回路５１０の容量を変化させる。これにより、アンテナ１１０の同調周波数を送信時と受信時において切り替えることができる。次に、同調周波数制御回路６００の一構成例について次図を参照して説明する。
図１１は、本発明の実施の形態におけるリーダライタ４００の第１の実施例における同調周波数制御回路６００の一構成例を示す図である。ここでは、図１０に示した構成において、同調周波数制御回路６００の一構成例と、可変容量回路５１０のスイッチ５１３に代えてｎ型トランジスタ５３３とが示されている。それ以外の構成は、図１０と同様のものであるため、ここでの説明を省略する。
可変容量回路５１０はスイッチ５１０に代えてｎ型トランジスタ５３３を備える。このｎ型トランジスタ５３３は、そのゲート端子にＨレベルの電位が印加されると導通状態となり、そのゲート端子にＬレベルの電位が印加されると非導通状態となるスイッチである。
同調周波数制御回路６００は、搬送波生成回路６１０と、乗算器６２０と、増幅器６３０と、データ処理回路６４０と、容量制御回路６５０とを備える。搬送波生成回路６１０は、非接触ＩＣカードに送信すべき情報であるデータを搬送するための搬送波信号を生成するものである。この搬送波生成回路６１０は、搬送波信号を乗算器６２０に供給する。
乗算器６２０は、データ処理回路６４０により生成されたデータ信号によって搬送波信号を振幅変調するものである。この乗算器６２０は、振幅変調された振幅変調波を増幅器６３０に供給する。増幅器６３０は、乗算器６２０により生成された振幅変調波を増幅してアンテナ４１０を介して非接触ＩＣカードに伝送するものである。
データ処理回路６４０は、非接触ＩＣカードに送信すべき情報を所定のデータ転送速度にて符号化してデータ信号を生成するものである。データ処理回路６４０は、例えば、マンチェスタ符号化方式によってデータ転送速度１６９６Ｋｂｐｓのデータ信号を生成する。また、データ処理回路６４０は、アンテナ４１０を介して非接触ＩＣカードからの応答データを受信して、その応答データを処理する。また、データ処理回路６４０は、データ信号を生成して非接触ＩＣカードに送信する前に容量制御回路６５０にデータ送信通知を出力する。また、データ処理回路６４０は、データ信号を非接触ＩＣカードにアンテナ４１０を介して送信した後に送信終了通知を容量制御回路６５０に出力する。
容量制御回路６５０は、ＨレベルまたはＬレベルの電位をｎ型トランジスタ５３３のゲート端子に印加するものである。例えば、容量制御回路６５０は、リーダライタ４００自身に電源が供給されて電磁波を発信する際に、Ｌレベルの電位をｎ型トランジスタ５３３のゲート端子に印加する。この場合、同調周波数制御回路６００は、ｎ型トランジスタ５３３が非導通状態となり、固定容量素子５１１およびコイル４２０から定まるアンテナ４１０の同調周波数を送信周波数として設定する。
また、容量制御回路６５０は、データ処理回路６４０から送信終了通知が出力されると、Ｈレベルの電位をｎ型トランジスタ５３３のゲート端子に印加する。この場合、同調周波数制御回路６００は、ｎ型トランジスタ５３３は導通状態になり、固定容量素子５１１および５１２の合成容量とコイル４２０とから定まるアンテナ４１０の同調周波数を受信周波数として設定する。
また、容量制御回路６５０は、非接触ＩＣカードからの応答データを受け取ってその応答データの処理が終了してデータ処理回路６４０からデータ送信通知が出力されると、Ｌレベルの電位をｎ型トランジスタ５３３に印加する。この場合、同調周波数制御回路６００は、ｎ型トランジスタ５３３は非導通状態となり、固定容量素子５１１およびコイル４２０から定まるアンテナ４１０の同調周波数を送信周波数として設定する。
このように、可変容量回路５１０の容量を変化させることによって、電磁波の送信時と受信時とにおいてアンテナ４１０の同調周波数を切り替えることができる。次に、アンテナ４１０の周波数特性について次図を参照して説明する。
図１２は、図１０および図１１におけるアンテナ４１０の周波数特性を模式的に示す概念図である。ここでは、搬送波周波数を１３．５６ＭＨｚとしている。また、横軸を周波数として表している。なお、ここでは、非接触ＩＣカードの送信時および受信時におけるアンテナの同調周波数は、搬送波周波数に固定的に設定されていることを想定している。
図１２（ａ）は、受信時におけるアンテナ４１０の周波数特性を示す概念図である。ここでは、非接触ＩＣカードの受信周波数特性２７０と、リーダライタの送信周波数特性５６０と、リーダライタの上側波帯６６２と、従来のリーダライタの変調波７２１との関係が示されている。
実線により示されている非接触ＩＣカードの受信周波数特性２７０は、非接触ＩＣカードの受信時におけるアンテナの周波数特性であり、縦軸を利得としている。
点線により示されているリーダライタの従来の変調波７２１は、アンテナの同調周波数を搬送波周波数に設定した場合におけるリーダライタから発信される変調波成分であり、縦軸を電磁波強度としている。なお、ここでは、便宜上、下側波帯は省略している。
破線により示されているリーダライタの送信周波数特性５６０は、送信時におけるアンテナ４１０の周波数特性であり、縦軸を利得としている。このリーダライタの送信周波数特性５６０において利得が最も高い周波数（ｆrt1）が同調周波数であり、このときの同調周波数（ｆrt1）が送信周波数である。このリーダライタの送信周波数特性５６０の同調周波数は、変調波７２１の送信レベルを上げるために、少なくとも変調波７２１のピークより高い周波数に送信周波数（ｆrt1）を設定される。
実線により示されているリーダライタの上側波帯６６２は、リーダライタの送信周波数特性５６０を有するアンテナ４１０により発信されるデータ信号の周波数成分である。このリーダライタの上側波帯６６２は、従来の変調波７２１に比べて電磁波強度が高くなる。これにより、非接触ＩＣカードでは、リーダライタ４００からの上側波帯６６２を受信することによって、リーダライタ４００のデータを検出するために十分なエネルギーを確保することができる。
このように、同調周波数の送信周波数を上側波帯のピークより高い周波数に設定することによって、非接触ＩＣカードにおいては、リーダライタ４００からの高速のデータ信号を受信することができるようになる。
なお、この上側波帯のピークの周波数は、データ信号の連続するビットの値によって変化するが、ここでは、上側波帯のピークの周波数が搬送波周波数より最も高くなる場合を想定している。例えば、マンチェスタ符号化されたデータ信号を振幅変調する伝送方式を想定すると、上側波帯のピークの周波数が搬送波周波数より最も高くなる場合としては、データ信号のビットがランダムに発生するときが該当する。このときにおける上側波帯のピークは、データ転送速度を生成するクロック信号の周波数だけ搬送波周波数から離れる。したがって、例えば、データ転送速度を生成するクロック信号の周波数が１.６９６ＭＨｚであれば、上側波帯のピークの周波数は、１５．２５６（＝１３．５６０＋１.６９６）ＭＨｚとなるので、送信周波数（ｆrt1）は少なくとも１５．２５６ＭＨｚより高い周波数に設定する。
図１２（ｂ）は、送信時におけるアンテナ４１０の周波数特性を示す概念図である。ここでは、非接触ＩＣカードの変調波３６１が破線により示され、リーダライタの受信周波数特性５５０が実線により示されている。
リーダライタの受信周波数特性５５０は、非接触ＩＣカードからの電磁波の受信時におけるアンテナ４１０の周波数特性であり、縦軸を利得としている。このリーダライタの受信周波数特性５５０の同調周波数は、搬送波周波数と同じ周波数に設定される。なお、このときの同調周波数を受信周波数と呼ぶ。
このように、受信周波数を搬送波周波数と同じ周波数に設定することによって、リーダライタ４００は、非接触ＩＣカードからの変調波を受信することができるようになる。
なお、本発明の実施の形態におけるリーダライタ４００の第１の実施例では、アンテナ４１０の送信周波数を上側波帯の電磁波強度が高くなるように設定する例について説明したが、下側波帯の電磁波強度が高くなるように設定するようにしてもよい。この場合、図１０に示したスイッチ５１３としてのｎ型トランジスタ５３３に代えてｎ型トランジスタ５３３と反対の動作をするｐ型トランジスタを用いることによって実現することができる。このｐ型トランジスタは、そのゲート端子にＨレベルの電位が印加されると非導通状態となり、Ｌレベルの電位が印加されると導通状態となるスイッチである。この場合、リーダライタ４００から電磁波を発信するときには、容量制御回路６５０によりＬレベルの電位がｐ型トランジスタのゲート端子に印加され、ｐ型トランジスタは導通状態となるため、送信周波数は固定容量素子５１１および５１２の合成容量とコイル４２０とから定まる。
また、非接触ＩＣカードに送信すべきデータの送信が終了すると、容量制御回路６５０によりＨレベルの電位がｐ型トランジスタのゲート端子に印加され、ｐ型トランジスタは非導通状態になり、受信周波数は固定容量素子５１１およびコイル４２０とから定まる。
これにより、アンテナ４１０の送信周波数は、受信周波数より低い周波数に設定することができるようになる。ここで、アンテナ４１０の受信周波数はリーダライタが応答データを受信できるように搬送波周波数と同じ周波数に設定される。したがって、送信周波数は、リーダライタの下側波帯の電磁波強度を高くするように設定される。
図１３は、スイッチ５１３としてｐ型トランジスタを用いた場合における送信時のアンテナ４１０の周波数特性を模式的に示す概念図である。ここでは、搬送波周波数を１３．５６ＭＨｚとしている。また、横軸を周波数として表している。受信時におけるアンテナ４１０の周波数特性は、図１２（ｂ）に示したものと同様であるため、ここでの説明を省略する。ここでは、リーダライタの送信周波数特性５６１と、リーダライタの下側波帯６６３と、従来のリーダライタの変調波７２１との関係が示されている。
点線により示されているリーダライタの従来の変調波７２１は、アンテナの同調周波数を搬送波周波数に設定した場合におけるリーダライタから発信される変調波成分であり、縦軸を電磁波強度としている。なお、ここでは、便宜上、上側波帯は省略している。
破線により示されているリーダライタの送信周波数特性５６１は、アンテナ４１０から電磁波を送信している場合における周波数特性であり、縦軸を利得としている。このリーダライタの送信周波数特性５６１において利得が最も高い周波数（ｆrt2）が同調周波数の送信周波数である。このリーダライタの送信周波数特性５６１は、変調波７２１の送信レベルを上げるために、少なくとも変調波７２１のピークより高い周波数に送信周波数（ｆrt2）を設定する。
実線により示されているリーダライタの下側波帯６６３は、リーダライタの送信周波数特性５６１を有するアンテナ４１０により発信されるデータ信号の周波数成分である。このリーダライタの下側波帯６６３は、従来の変調波７２１に比べて電磁波強度が高くなる。これにより、非接触ＩＣカードでは、リーダライタ４００からの下側波帯６６３を受信することによって、リーダライタ４００のデータを検出するために十分なエネルギーを確保することができるようになる。
次に本発明の実施の形態におけるリーダライタ４００の動作について図面を参照して説明する。
図１４は、本発明の実施の形態におけるリーダライタ４００における同調周波数制御処理の処理手順例を示すフローチャートである。
まず、リーダライタ４００自身に電源が供給される（ステップＳ９２１）。次に、同調周波数制御回路６００によりアンテナ４１０の同調周波数が送信周波数に切り替えられる（ステップＳ９２２）。次に、非接触ＩＣカードに送信すべきデータがアンテナ４１０を介して送信される（ステップＳ９２３）。データ信号の送信が終了した後に、同調周波数制御回路６００によりアンテナ４１０の同調周波数が受信周波数に切り替えられる（ステップＳ９２４）。次に、非接触ＩＣカードから応答データが返信されるまで待機し、所定の時間を超えても返信されない場合（ステップＳ９２５）には、ステップＳ９２２に戻り、アンテナ４１０の同調周波数が送信周波数に切り替えられる。
一方、非接触ＩＣカードからの応答データが受信された場合（ステップＳ９２５）には、データ処理回路６４０により応答データのＣＲＣ値が計算される（ステップＳ９２６）。次に、ＣＲＣ値を確認することによって受信された応答データに誤りがないかが判断される（ステップＳ９２７）。そして、受信された応答データに誤りがあれば、ステップＳ９２２に戻る。一方、受信された応答データに誤りがなければ、その応答データのデータ処理が実行され（ステップＳ９２８）、そのデータ処理が終了すると、ステップＳ９２２に戻り、アンテナ４１０の同調周波数が送信周波数に切り替えられる。
このように、非接触ＩＣカードに送信すべきデータを送信するごとに、アンテナ４１０の同調周波数を送信周波数に切り替えてデータを送信し、それが終了すると、応答データを受信するために同調周波数を受信周波数に切り替える。これを一連の通信が終了するまでこの動作を繰り返す。
このように、本発明の実施の形態におけるリーダライタ４００の第１の実施例では、固定容量素子５１１および５１２とスイッチ５１３とを用いることによって、可変容量回路５１０の容量を変化させてアンテナ４１０の同調周波数を送信時と受信時において切り替えることができる。
図１５は、本発明の実施の形態におけるリーダライタ４００の第２の実施例における同調周波数調整回路５００の一構成例を示す図である。ここでは、図１１に示したリーダライタ４００の構成において、同調周波数調整回路５００としての可変容量回路５１０に代えて可変容量ダイオード５２０を備える。なお、可変容量ダイオード５２０以外の構成は、図１１と同様のものであるため、ここでの説明を省略する。また、この可変容量ダイオード５２０は、特許請求の範囲に記載の質問器および通信装置における可変容量回路の一例である。
可変容量ダイオード５２０は、容量制御回路６５０により印加される電圧に応じて容量を変化させるものである。
このように、可変容量ダイオード５２０を用いることによって、可変容量ダイオード５２０の容量を変化させてアンテナ４１０の同調周波数を送信時と受信時において切り替えることができる。これにより、図１２に示したように、アンテナ４１０の同調周波数については、送信時には上側波帯の電磁波強度が高くなる送信周波数（ｆrt1）に設定し、受信時には、搬送波周波数と同一の受信周波数に設定することができる。また、可変容量ダイオード５２０の特性を反対にすることによって、図１３に示したように、アンテナ４１０の同調周波数を下側波帯の電磁波強度が高くなる送信周波数（ｆrt2）に設定し、受信周波数を搬送波周波数に設定することができるようになる。
このように、本発明の実施の形態におけるリーダライタ４００の第２の実施例では、第１の実施例によるリーダライタ４００に比べて同調周波数を切り替えるための構成素子の数を減らすことができ、回路規模を抑制することができる。
本発明の実施の形態のリーダライタ４００では、同調周波数制御回路６００により電磁波の受信時と送信時において同調周波数調整回路５００の容量を変化させることによって、アンテナ４１０の同調周波数を受信周波数または送信周波数に切り替えることができる。
以上のように、本発明の実施の形態によれば、同調周波数制御回路により電磁波の送信時と受信時において同調周波数調整回路の容量を変化させることによって、アンテナの同調周波数を切り替えることができる。これにより、非接触ＩＣカードとリーダライタとの間の通信の高速化を実現することができるようになる。
なお、本発明の実施の形態では、非接触ＩＣカードおよびリーダライタを例にして説明したが、携帯端末や非接触ＩＣカードなどにも適用することできる。
なお、本発明の実施の形態は本発明を具現化するための一例を示したものであり、以下に示すように特許請求の範囲における発明特定事項とそれぞれ対応関係を有するが、これ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形を施すことができる。
また、本発明の実施の形態において説明した処理手順は、これら一連の手順を有する方法として捉えてもよく、また、これら一連の手順をコンピュータに実行させるためのプログラム乃至そのプログラムを記憶する記録媒体として捉えてもよい。この記録媒体として、例えば、ＣＤ（Compact Disc）、ＭＤ（MiniDisc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）、メモリカード（memory card）、ブルーレイディスク（Blu-ray Disc（登録商標））等の記録媒体を用いることができる。
本発明の実施の形態における非接触ＩＣカードの一構成例を示す概念図である。 本発明の実施の形態における非接触ＩＣカード１００の第１の実施例における同調周波数調整回路２００の一構成例を示す概念図である。 本発明の実施の形態における非接触ＩＣカード１００の第１の実施例における同調周波数制御回路３００の一構成例を示す図である。 図２および図３におけるアンテナ１１０の周波数特性を模式的に示す概念図である。 スイッチ２１３としてｐ型トランジスタを用いた場合における受信時のアンテナ１１０の周波数特性を模式的に示す概念図である。 本発明の実施の形態における非接触ＩＣカード１００の同調周波数制御処理の処理手順例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態における非接触ＩＣカード１００の第２の実施例における同調周波数調整回路２００の一構成例を示す概念図である。 本発明の実施の形態における非接触ＩＣカード１００の第２の実施例における同調周波数制御回路３００の一構成例を示す図である。 本発明の実施の形態におけるリーダライタの一構成例を示す概念図である。 本発明の実施の形態におけるリーダライタ４００の第１の実施例の一構成例を示す概念図である。 本発明の実施の形態におけるリーダライタ４００の第１の実施例における同調周波数制御回路６００の一構成例を示す図である。 図１０および図１１におけるアンテナ４１０の周波数特性を模式的に示す概念図である。 スイッチ５１３としてｐ型トランジスタを用いた場合における送信時のアンテナ４１０の周波数特性を模式的に示す概念図である。 本発明の実施の形態におけるリーダライタ４００における同調周波数制御処理の処理手順例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態におけるリーダライタ４００の第２の実施例における同調周波数調整回路５００の一構成例を示す図である。 従来のリーダライタから送信される低速および高速通信時における変調波を示す概念図である。 従来の非接触ＩＣカードにおけるアンテナの周波数特性を示す概念図である。 非接触ＩＣカードの同調周波数を搬送波周波数から移動させた場合の非接触ＩＣカードの周波数特性を示す概念図である。
符号の説明
１００ 非接触ＩＣカード
１１０、４１０ アンテナ
１２０、４２０ コイル
２００、５００ 同調周波数調整回路
２１０、５１０ 可変容量回路
２１１、２１２、５１１、５１２ 固定容量素子
２１３、５１３ スイッチ
２２０、５２０ 可変容量ダイオード
２３３、５３３ ｎ型トランジスタ
３００、６００ 同調周波数制御回路
３１０、６４０ データ処理回路
３２０ 電源生成回路
３３０、６５０ 容量制御回路
３４０、３４１、３４２ 抵抗素子
３５０ ｎ型トランジスタ
４００ リーダライタ
６１０ 搬送波生成回路
６２０ 乗算器
６３０ 増幅器

Claims (18)

  1. 互いに並列接続されたコイルおよび可変容量回路から構成されてその同調周波数が第１の周波数であって電磁波を介して通信対象である質問器と通信を行うためのアンテナ回路と、
    前記アンテナ回路により電磁波を送信する場合には前記互いに並列接続されたコイルおよび可変容量回路の同調周波数を第２の周波数に切り替える同調周波数制御回路と
    を具備する応答器。
  2. 前記同調周波数制御回路は、前記質問器から受信したデータのデータ処理を終了すると前記アンテナ回路により電磁波を送信する前に前記同調周波数を前記第２の周波数に切り替える
    請求項１記載の応答器。
  3. 前記同調周波数制御回路は、前記データ処理の結果を前記質問器に前記アンテナ回路を介して送信した後に前記同調周波数を前記第１の周波数に切り替える
    請求項２記載の応答器。
  4. 前記同調周波数制御回路は、前記質問器から発信された電磁波を通じて前記アンテナ回路に誘起された交流電圧により生成された電源電圧が所定の電圧以下になる場合には前記同調周波数を前記第１の周波数に切り替える
    請求項２記載の応答器。
  5. 前記第１の周波数は、前記質問器から送信される側波帯のうち周波数が高い側波帯のピークより高い周波数である
    請求項１記載の応答器。
  6. 前記第１の周波数は、前記質問器から送信される側波帯のうち周波数が低い側波帯のピークより低い周波数である
    請求項１記載の応答器。
  7. 前記同調周波数制御回路は、前記可変容量回路を制御することによって前記同調周波数を前記第２の周波数に切り替える請求項１記載の応答器。
  8. 前記可変容量回路は、直列に接続された第１の固定容量素子およびスイッチと、前記直列に接続された第１の固定容量素子およびスイッチに並列に接続された第２の固定容量とを含み、
    前記同調周波数制御回路は、前記スイッチを制御することによって前記可変容量回路の容量を変化させて前記同調周波数を前記第２の周波数に切り替える
    請求項１記載の応答器。
  9. 前記可変容量回路は、可変容量ダイオードを含み、
    前記同調周波数制御回路は、前記可変容量ダイオードの容量を制御することによって前記同調周波数を前記第２の周波数に切り替える
    請求項１記載の応答器。
  10. 電磁波を介して通信対象である応答器と通信を行うための互いに並列接続されたコイルおよび可変容量回路からなるアンテナ回路と、
    前記アンテナ回路から電磁波を送信する場合には第１の周波数に、前記応答器から送信された電磁波を受信する場合には第２の周波数にそれぞれ前記アンテナ回路の同調周波数を切り替える同調周波数制御回路と
    を具備する質問器。
  11. 前記同調周波数制御回路は、前記アンテナ回路を介して前記応答器に送信すべきデータを送信した後に前記アンテナ回路の同調周波数を前記第２の周波数に切り替える
    請求項１０記載の質問器。
  12. 前記同調周波数制御回路は、前記応答器からの前記データに対する応答データの処理が終了すると前記アンテナ回路から電磁波を送信する前に前記アンテナ回路の同調周波数を前記第１の周波数に切り替える
    請求項１１記載の質問器。
  13. 前記第１の周波数は、前記アンテナ回路により送信される側波帯のうち周波数が高い側波帯のピークより高い周波数である
    請求項１０記載の質問器。
  14. 前記第１の周波数は、前記アンテナ回路により送信される側波帯のうち周波数が低い側波帯のピークより低い周波数である
    請求項１０記載の質問器。
  15. 前記同調周波数制御回路は、前記可変容量回路を制御することによって前記アンテナ回路の同調周波数を前記第１または第２の周波数に切り替える請求項１０記載の質問器。
  16. 前記可変容量回路は、直列に接続された第１の固定容量素子およびスイッチと、前記直列に接続された第１の固定容量素子およびスイッチに並列に接続された第２の固定容量を含み、
    前記同調周波数制御回路は、前記スイッチを制御することによって前記可変容量回路の容量を変化させて前記アンテナ回路の同調周波数を前記第１または第２の周波数に切り替える
    請求項１０記載の応答器。
  17. 前記可変容量回路は、可変容量ダイオードを含み、
    前記同調周波数制御回路は、前記可変容量ダイオードの容量を制御することによって前記アンテナ回路の同調周波数を前記第１または第２の周波数に切り替える
    請求項１０記載の質問器。
  18. 電磁波を介して通信対象である他の通信装置と通信を行うための互いに並列接続されたコイルおよび可変容量回路からなるアンテナ回路と、
    前記他の通信装置から発信された電磁波を受信する場合には第１の周波数に、前記アンテナ回路により電磁波を送信する場合には第２の周波数にそれぞれ前記アンテナ回路の同調周波数を切り替える同調周波数制御回路と
    を具備する通信装置。
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