JP2010041363A - Ｒｆｉｄタグ、リーダライタおよびｒｆｉｄシステム - Google Patents

Abstract

【課題】ＲＦＩＤタグ、リーダライタおよびＲＦＩＤシステムに関し、消費電力を少なくすることを目的とする。
【解決手段】ＲＦＩＤタグ３は、リーダライタ４から出力される搬送波をタグアンテナ部５で受信し、この受信された搬送波からベースバンド信号を検波する検波部１０と、検波されたベースバンド信号に含まれるクロック信号およびデータ信号の立ち上がりエッジ位置それぞれにトリガ信号を生成するトリガ信号生成部１７と、所定の期間内にあるトリガ信号の数に基づいてデータ信号を復調する復調部１４と、復調されたデータ信号とメモリ部１６に記憶されているタグ情報とに基づいて応答データを生成する制御部１３と、トリガ信号から所定の遅延位置に応答信号を生成する変調部１５とを有している。
【選択図】図３

Description

本発明は、ＲＦＩＤタグ、リーダライタおよびＲＦＩＤシステムに関する。

近年、物流、商品などの管理を効率化するために、ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）システムが利用されている。ここで、ＲＦＩＤシステムは、ＲＦＩＤタグとリーダライタとから構成されている。また、ＲＦＩＤタグはタグアンテナ部とタグ回路部とを備えている。

リーダライタは、搬送波にデータ信号を重畳した無線信号をＲＦＩＤタグへ送信し、ＲＦＩＤタグから送信された無線信号を受信していた。また、リーダライタは、ＲＦＩＤタグからの応答信号を受信するときには搬送波の振幅を変化させない無変調の搬送波を出力し、ＲＦＩＤタグに電力を供給していた。

リーダライタが送信する無線信号には、搬送波と搬送波が停止する部分が含まれる。このような搬送波の振幅を変更してデータ信号を送信する方法は、ＡＳＫ（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）変調方式と呼ばれている。リーダライタは、アンテナから搬送波を出力するときに変調期間と非変調期間とを設け、変調期間ではデータ信号の値が「０」の場合は搬送波が停止するまでの期間を長くし、データ信号の値が「１」の場合は搬送波が停止するまでの期間を短くしていた（例えば、特許文献１を参照）。ここで、変調期間は搬送波の振幅を変更する期間、非変調期間は搬送波の振幅を変更しない期間である。

一方、ＲＦＩＤタグは、リーダライタから出力される無線信号（電波）をタグアンテナ部で受けて電力を発生させ、この電力によりタグ回路部を動作させていた。そして、ＲＦＩＤタグはタグ回路部にクロック信号を発生する発振回路を備え、この発振回路のクロック信号を用いて搬送波が停止するまでの長さを計測し、この計測して得た長さに基づいて無線信号を復調してデータ信号を取り出していた。また、ＲＦＩＤタグは、取り出したデータ信号から構成されるコマンドデータに基づいて処理を行い、応答信号を生成して返信していた。
特開２００７−１０２３８３号公報

従来のＲＦＩＤタグは、搬送波が停止した位置から次に搬送波が停止するまでの時間の長さを計測するのに、連続したクロック信号が必要であったため、クロック信号を発生する発振回路を備えていた。このため、発振回路自体および発振回路のクロック信号によりＲＦＩＤタグ内の回路が常に駆動されるので、消費電力が多いといった課題があった。そこで本発明は、ＲＦＩＤタグの消費電力を少なくすることを目的とする。

この目的を達成するために本発明のＲＦＩＤタグは、所定の期間内にクロック信号とデータ信号とが含まれているベースバンド信号により変調された搬送波をリーダライタから受信するタグアンテナ部と、タグアンテナ部で受信した搬送波から得たデータ信号に基づいて応答信号をタグアンテナ部を介してリーダライタに返信するタグ回路部とを備え、タグ回路部は、搬送波を検波して得たベースバンド信号に含まれるクロック信号のタイミングに合わせて動作することを特徴とする。このような構成により、所期の目的を達成するものである。

また、本発明のリーダライタは、上記したＲＦＩＤタグに、所定の期間内にクロック信号とデータ信号とが含まれているベースバンド信号により変調された搬送波を出力することを特徴とする。このような構成により、所期の目的を達成するものである。

また、本発明のＲＦＩＤシステムは、上記したＲＦＩＤタグと、ＲＦＩＤタグに所定の期間内にクロック信号とデータ信号とが含まれているベースバンド信号により変調された搬送波を出力するリーダライタとを備えたことを特徴とする。このような構成により、所期の目的を達成するものである。

以上のように本発明のＲＦＩＤタグは、リーダライタからの搬送波をタグアンテナ部で受信し、タグ回路部はタグアンテナ部で受信した搬送波を検波して得たベースバンド信号に含まれるクロック信号のタイミングに合わせて動作するので、クロック信号を発生する発振回路を備えていなくても、クロック信号のタイミングに合わせて、搬送波から得たデータ信号に基づいて応答信号を返信することができる。これにより、ＲＦＩＤタグの消費電力を少なくすることができる。

次に、本発明のリーダライタは、上記したＲＦＩＤタグに、所定の期間内にクロック信号とデータ信号とが含まれているベースバンド信号により変調された搬送波を出力するので、ＲＦＩＤタグにクロック信号を発生する発振回路を備えていなくても、クロック信号のタイミングに合わせて、搬送波から得たデータ信号に基づいて応答信号を返信することができる。これにより、ＲＦＩＤタグの消費電力を少なくすることができる。

次に、本発明のＲＦＩＤシステムは、上記したＲＦＩＤタグと、ＲＦＩＤタグに所定の期間内にクロック信号とデータ信号とが含まれているベースバンド信号により変調された搬送波を出力するリーダライタとを備えているので、ＲＦＩＤタグにクロック信号を発生する発振回路を備えていなくても、クロック信号のタイミングに合わせて、搬送波から得たデータ信号に基づいて応答信号を返信することができる。これにより、ＲＦＩＤタグの消費電力を少なくすることができる。

以下、本発明の一実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。

（実施の形態）
まず、図１〜図７を参照しながら、本発明の実施の形態におけるＲＦＩＤシステムについて説明する。

図１は本発明の実施の形態におけるＲＦＩＤシステム１の概要を説明するためのブロック図、図２は同ＲＦＩＤシステム１のＲＦＩＤタグ３とリーダライタ４との間で送受信される信号の波形図、図３は同ＲＦＩＤシステム１の構成を示すブロック図、図４は本発明の実施の形態におけるＲＦＩＤタグ３に用いられるトリガ信号生成部１７および復調部１４の構成を示すブロック図、図５は同ＲＦＩＤタグ３の受信動作を説明するための信号波形図、図６は同ＲＦＩＤタグ３の応答動作を説明するための信号波形図、図７は同ＲＦＩＤタグ３に用いられる変調部１５の構成を示すブロック図である。

まず、本実施の形態におけるＲＦＩＤシステム１の概要を説明する。図１に示すように、ＲＦＩＤシステム１は、物品２に取り付けられているＲＦＩＤタグ３と、このＲＦＩＤタグ３を読み取るリーダライタ４とを備えている。

まず、このように構成されたＲＦＩＤシステム１において、ＲＦＩＤタグ３とリーダライタ４とが交信する場合の例について説明する。

リーダライタ４は、アンテナ４ａからＲＦＩＤタグ３に向けて出力される無線信号には、質問期間と待ち期間と応答期間とを有している。

従来の通信方法では、リーダライタ４は、図２（ａ）に示すように、質問信号を送信する質問期間ＡＱでは、質問データが「１」であるか「０」であるかによって搬送波を断続する長さを変化させている。また、待ち期間ＡＣと応答期間ＡＲでは、連続した搬送波を用い、応答信号ＡＺの部分では応答データに応じて反射強度を抑制する長さを変化させていた。

従来のＲＦＩＤタグは、従来の通信方法で搬送波が停止した位置から次に搬送波が停止するまでの時間の長さの計測を行うのに連続したクロック信号が不可欠であったためクロック信号を発生する発振回路を備える必要があった。このため、発振回路自体および発振回路のクロック信号によりＲＦＩＤタグ内の各回路部が常に駆動されるので、消費電力が多いといった課題があった。

そこで、本実施の形態におけるＲＦＩＤシステム１のＲＦＩＤタグ３は、発振回路を用いなくても交信可能とし、これによってＲＦＩＤタグ３の消費電力を少なくするようにしたものである。

すなわち、図２（ｂ）に示すように、リーダライタ４は、アンテナ４ａからＲＦＩＤタグ３に向けて無線信号Ｂを出力する。無線信号Ｂには、質問期間ＢＱと待ち期間ＢＣと応答期間ＢＲとを有している。

この質問期間ＢＱでは、リーダライタ４は、クロック信号とデータ信号とが含まれるベースバンド信号により変調された搬送波をアンテナ４ａから送信する。このベースバンド信号には、所定の周期Ｔで繰り返されるクロック信号の後にデータ信号を配置している。なお、クロック信号の位置では搬送波を停止させている。また、データ信号の位置で、データ信号の値が「１」の場合は搬送波を停止し、データ信号の値が「０」の場合は搬送波を停止しないようにしている。ＲＦＩＤタグ３は、後述するように、この搬送波を検波して得たベースバンド信号の停止位置からクロック信号を抽出し、各部の動作を行うことが可能となる。さらに、所定の期間Ｔａ内に搬送波の停止が何個あるかにより、データ信号の値を復調するようにしている。このデータ信号の復調方法の詳細については後述する。

また、待ち期間ＢＣでは、リーダライタ４は、クロック信号のみを含むベースバンド信号により変調された搬送波をＲＦＩＤタグ３に送信し、電力を供給するとともにＲＦＩＤタグ３からの応答信号を待つ。リーダライタ４は、待ち期間ＢＣの間に公知の方法により、応答信号を返すべき選別信号をＲＦＩＤタグ３に送信し、ＲＦＩＤタグ３からの応答信号を待つ。

また、応答期間ＢＲでは、リーダライタ４は、クロック信号のみを含むベースバンド信号により変調された搬送波をＲＦＩＤタグ３に送信する。

一方、ＲＦＩＤタグ３は、質問期間ＢＱでは、質問信号を受信して動作用の電源を生成するとともに質問データを復調する。そして、ＲＦＩＤタグ３は、質問データに基づいて処理を行い、応答データを作成する。

そして、応答期間ＢＲの期間でリーダライタ４に応答信号を返信する。ＲＦＩＤタグ３は、リーダライタ４からの搬送波に重畳されたクロック信号のタイミングに合わせて所定の時間Ｔａ以内に反射させるか否かによって応答信号を返信する。この場合、応答データに基づいて反射の有無を制御する。例えば、応答データが「０」の場合には搬送波を反射させない。応答データが「１」の場合には搬送波を所定の時間Ｔａ以内に所定の時間だけ反射して応答する。

以上のようにＲＦＩＤシステム１のＲＦＩＤタグ３は、ベースバンド信号に含まれるクロック信号のタイミングに合わせてデータ信号の復調または応答信号の変調を行うので、クロック信号を発生する発振回路を備える必要がない。これにより、ＲＦＩＤタグ３の消費電力を少なくすることができる。なお、ＲＦＩＤタグ３の構成および受信動作の詳細については後述する。

次に、図３を参照しながら、ＲＦＩＤシステム１の構成および動作について説明する。ここでは、ＲＦＩＤシステム１を、例えば、病院での入退室管理用に用いた場合の例について説明する。

ＲＦＩＤタグ３を着衣に付けた職員が病棟の出入り口の近傍に来ると、図３に示すように、リーダライタ４のアンテナ４ａからＲＦＩＤタグ３に向けて質問信号を送信し、ＲＦＩＤタグ３ではこの質問信号をタグアンテナ部５で受信し、タグ情報に基づいて応答信号をタグアンテナ部５を介して返信する。リーダライタ４は、この応答信号をアンテナ４ａで受信しタグ情報を読み取り、管理装置（図示せず）に転送し、管理を行う。

まず、リーダライタ４はＲＦＩＤタグ３と交信を開始する。リーダライタ４では、ＲＦＩＤタグ３に、例えば「管理ＩＤを返信せよ」という質問信号を送信するように制御部２０で制御される。

次に、変調部２１により質問信号に応じて所定の搬送波をＡＳＫ変調し、送信部２２、サーキュレータ２３、アンテナ４ａを介して、ＲＦＩＤタグ３に向けて無線信号として送信する。このように、搬送波をＡＳＫ変調することにより、ＲＦＩＤタグ３における検波部１０を簡易にすることができる。また、所定の搬送波として、ＵＨＦ帯（例えば、９５２ＭＨｚ〜９５５ＭＨｚ）やマイクロ波帯（例えば、２．４５ＧＨｚ）、ＨＦ帯（例えば、１３．５６ＭＨｚ）の周波数を利用することができる。

ＲＦＩＤタグ３は、タグアンテナ部５で無線信号の質問信号を受信するとともに、受信した無線信号から生成した電力をダイオード１１で整流し、直流電圧（以下、「ＤＣ電圧」と記す）を生成する。このＤＣ電圧をコンデンサ１２に充電するとともに、このＤＣ電圧をタグ回路部６の各部に供給し、タグ回路部６を起動する。これによって、タグ回路部６の検波部１０、制御部１３、復調部１４、変調部１５、メモリ部１６、トリガ信号生成部１７が起動する。このように、ＲＦＩＤタグ３では電池などの電源を搭載しなくてもタグ回路部６を動作させることができる。

そして、検波部１０は、タグアンテナ部５で受信した無線信号を検波してベースバンド信号を生成する。トリガ信号生成部１７は、ベースバンド信号に含まれるクロック信号およびデータ信号のエッジ位置に後述するトリガ信号を生成する。ＲＦＩＤタグ３内の各回路部は、このトリガ信号のタイミングに合わせて動作する。なお、無線信号をダイオード１１で検波してベースバンド信号を生成するようにしてもよい。

このように、ＲＦＩＤタグ３内に連続したクロック信号を発生する発振回路を備えていないため、発振回路自体の動作電流およびクロック信号によって駆動される各回路部の駆動電流を削減することができ、タグ回路部６の消費電力を大幅に抑えることができる。このトリガ信号生成部１７の構成および動作の詳細については後述する。

次に、処理部としての制御部１３からの指示で復調部１４は、受信した無線信号から「管理ＩＤを返答せよ」という質問信号を復調する。この復調動作の詳細は後述する。

また、制御部１３は、復調部１４により復調されたデータ信号から構成されるコマンドデータなどを処理し、コマンドデータに応じてメモリ部１６からタグ情報を読み出す。

メモリ部１６に記憶保持されたタグ情報、すなわち、職員の管理ＩＤが「管理ＩＤ１」であった場合には、制御部１３は、その質問に対して「管理ＩＤ１」を、変調部１５を介してトランジスタなどのスイッチ素子１８をオン、オフさせて応答する。すなわち、スイッチ素子１８がオンすれば、タグアンテナ部５の端子ａと端子ｂが短絡され、スイッチ素子１８がオフされれば、タグアンテナ部５の端子ａと端子ｂが開放される。これによって、リーダライタ４から送信された電波（搬送波）を反射するか否かをタグ情報に基づいて生成された応答データに応じて制御し、その応答データの内容をリーダライタ４に返信することができる。

例えば、変調部１５は、応答データの「１」に対応させてスイッチ素子１８をオフ、応答データの「０」に対応させてスイッチ素子１８をオンさせる。このスイッチ素子１８のオン、オフの繰り返しにより、タグアンテナ部５を介してリーダライタ４に応答信号を返信し、「管理ＩＤ１」の情報を伝達する。

なお、ＲＦＩＤタグ３では、タグアンテナ部５の端子ａと端子ｂを開放させたときに、反射がおきないように、インピーダンスをマッチングさせるコンデンサ１９を有している。

リーダライタ４は、アンテナ４ａで受信した応答信号を受信部２５を介して復調部２６に伝達し、この復調部２６により復調した信号により、制御部２０が「管理ＩＤ１」の存在を確認する。リーダライタ４は、この個別識別情報である「管理ＩＤ１」の情報を、例えば制御部２０を介してメモリ部２７に記憶する。

そして、メモリ部２７に記憶した「管理ＩＤ１」の情報を、管理装置（図示せず）に転送する。管理装置は、「管理ＩＤ１」の情報に基づいて記憶部に記憶されているデータベース（図示せず）から職員のＩＤ情報を検索し、その職員の入室資格の認証、入退室の管理などを行う。

また、リーダライタ４は、制御部２０からＲＦＩＤタグ３に「管理ＩＤを応答せよ」と質問が行われたにも拘らず、「管理ＩＤ」を記憶したＲＦＩＤタグ３が存在しない場合には、応答がないので、制御部２０はこの「応答なし」から「管理ＩＤ」は存在しない、あるいは、病棟の出入り口の近傍に来た者が入室資格を有しないものであると判断する。

また、図３において、リーダライタ４は電源の制限がないので、変調、同期を行うためのクロック部２８と、各部にＤＣ電圧を供給するための電源部２９を備えている。電源部２９は、例えば、ＤＣ電圧を発生させる電池などを有する。

次に、図４を参照しながら、ＲＦＩＤタグ３のトリガ信号生成部１７および復調部１４の構成について説明する。なお、この回路部分を含む受信動作については後述する。

図４に示すように、トリガ信号生成部１７は、検波部１０で検波されたベースバンド信号のクロック信号およびデータ信号の立ち上がり位置それぞれに第１のトリガ信号、第２のトリガ信号を生成するエッジ位置抽出部３１と、エッジ位置抽出部３１のトリガ信号からパルス信号（第１のパルス）を１つ生成する第１のパルス生成回路である単安定マルチバイブレータ３２と、エッジ位置抽出部３１のトリガ信号とパルス信号の反転信号との論理積の演算からシフトクロック信号を生成するゲート回路３３とを有している。

エッジ位置抽出部３１は、コンデンサ３４およびオペレーションアンプから構成される微分回路３５によりベースバンド信号を微分した出力を生成する。そして、エッジ位置抽出部３１は、ダイオード３６およびダイオード３７により、微分回路３５の出力を半波整流し、ベースバンド信号の立ち上がりエッジ位置にトリガ信号を生成する。

単安定マルチバイブレータ３２は、ゲート回路３８、コンデンサ３９、抵抗４０および反転回路４１を備え、トリガ信号をトリガにしてパルス信号を１つ生成する。単安定マルチバイブレータ３２は、時定数をコンデンサ３９と抵抗４０の積で決定し、この時定数に基づいて幅ｔｐのパルス信号を１つ生成する。例えば、幅ｔｐのパルスの出力時間が、時間Ｔａ以上で、かつ、周期Ｔの時間より短くなるように設定すればよい。これにより、時間Ｔａの間に含まれるトリガ信号の数をカウントすることができ、データ信号の値を復調することができる。

復調部１４は、反転回路から構成される遅延回路４３、反転回路から構成される遅延回路４５、Ｄ−フリップフロップからなる２安定回路（以下、この２安定回路を「ＤＦＦ回路」ともいう）４４およびＤＦＦ回路４６を備えている。

ＤＦＦ回路４４は、遅延回路４３により遅延したパルス信号とゲート回路３３から出力されたシフトクロック信号とに基づいてデータ信号を復調する。すなわち、ＤＦＦ回路４４のイネーブル端子（ｅｎ）に入力された単安定マルチバイブレータ３２から出力されるパルス信号（幅ｔｐ）の信号レベルが「Ｈ」のときに、トリガ信号の数をカウントする。一方、ＤＦＦ回路４４は、パルス信号が「Ｌ」のときはトリガ信号が入力されてもカウントしない（出力端子（Ｑ）は変化しない）。

また、ＤＦＦ回路４４のクリア端子（ｃｌ）にシフトクロック信号の「Ｈ」が入力されると出力端子（Ｑ）を「Ｌ」にリセットし、次の期間におけるトリガ信号の数をカウントすることができるようにしておく。なお、ここではトリガ信号の数を１つカウントするようにしたが、これに限定されるものでない。例えば、ＤＦＦ回路４４をカウンタ回路に代えて、単安定マルチバイブレータ３２から出力されるパルス信号（幅ｔｐ）の信号レベルが「Ｈ」のときに、トリガ信号の数を複数カウントするようにしてもよい。これにより、トリガ信号の数が２つあるときのデータ信号を「１」、トリガ信号の数が１つあるときのデータ信号を「０」、トリガ信号の数がないときはデータ信号の重畳がないと定義することができるようになる。

ＤＦＦ回路４６は、シフトクロック信号に合わせて、復調したデータ信号の値（入力端子（Ｄ）の値）を出力端子（Ｑ）に出力する。

次に、図５を参照しながら、ＲＦＩＤタグ３の受信動作を説明する。図５に示すように、ＲＦＩＤタグ３は、質問信号”１０１・・”である無線信号をタグアンテナ部５で受信し、この受信信号を検波部１０で検波したベースバンド信号からトリガ信号生成部１７および復調部１４によりデータ信号を復調する。

まず、リーダライタ４から送信された搬送波ａに重畳されたデータ信号が値「１」である場合の復調について説明する。

ＲＦＩＤタグ３は、期間ａにおける受信信号を検波部１０で検波して得たベースバンド信号から、搬送波ａが停止した停止期間ｂ（クロック信号が重畳される期間）と停止期間ｃ（データ信号が重畳される期間）に対応して所定の時間Ｔａの間にパルス幅ｔｕのパルスを２つ抽出する。すなわち、搬送波ａに重畳されたデータ信号の値が「１」に相当する。

ＲＦＩＤタグ３は、エッジ位置抽出部３１により、ベースバンド信号のエッジ位置にトリガ信号ｄ、ｅを生成する。そして、ＲＦＩＤタグ３は、単安定マルチバイブレータ３２により、クロック信号のエッジ位置にあるトリガ信号ｄをトリガとして、パルス幅ｔｐのパルスを１つ生成する。

次に、ＲＦＩＤタグ３は、パルス信号が「Ｈ」レベルの間にトリガ信号ｅの数をＤＦＦ回路４４によりカウントする。トリガ信号ｅの数が１つであれば、データ「１」に相当する「Ｈ」レベルの復調信号を出力する。

ＲＦＩＤタグ３は、ＤＦＦ回路４６により、シフトクロック信号の立ち上がりで復調信号の値「１」を保持する。これにより、ＲＦＩＤタグ３は、データ信号として値「１」を復調することができる。停止期間ｂの間は、このデータ信号の値「１」を保持する。従って、復調したデータ信号は質問信号から１周期Ｔ分だけ遅れた信号となる。また、ＲＦＩＤタグ３は、次のトリガ信号ｅの数をカウントするために、ＤＦＦ回路４４をシフトクロック信号の立ち上がりで「Ｌ」レベルにリセットする。

次に、リーダライタ４から送信された搬送波ａに重畳されたデータ信号が値「０」である場合の復調について説明する。

停止期間ｂでは、停止期間ｃがないため、ベースバンド信号において、所定の時間Ｔａの間にパルス幅ｔｕのパルスを１つ抽出する。すなわち、搬送波ａに重畳されたデータ信号の値が「０」に相当する。このように、停止期間ｃがあるときのデータを「１」、停止期間ｃがないときのデータを「０」と定義している。

この停止期間ｃがない場合には、ＲＦＩＤタグ３は、パルス信号が「Ｈ」レベルの間にトリガ信号ｅがないため、データ「０」に相当する「Ｌ」レベルの復調信号を出力する。

ＲＦＩＤタグ３は、ＤＦＦ回路４６により、シフトクロック信号の立ち上がりで復調信号の値「０」を保持する。これにより、ＲＦＩＤタグ３は、データ信号の値「０」を復調することができる。停止期間ｃの間は、このデータ信号「０」を保持する。従って、復調したデータ信号は質問信号から１周期Ｔ分だけ遅れた信号となる。また、ＲＦＩＤタグ３は、次のトリガ信号ｅの数をカウントするために、ＤＦＦ回路４４をシフトクロック信号の立ち上がりで「Ｌ」レベルにリセットする。

同様に、停止期間ｃにおいて復調データの値「１」が検出され、次の期間ｄでデータ信号「１」として保持される。このようにして、質問データ”１０１・・”がデータ信号”１０１・・”として復調される。

なお、停止期間ｃが１つあるときのデータを「１」、停止期間ｃがないときのデータを「０」と定義したが、これに限定されるものではない。例えば、停止期間ｃが２つあるときのデータを「１」、停止期間ｃが１つあるときのデータを「０」、停止期間ｃがないときはデータ信号の重畳がないと定義してもよい。これにより、さらに、データ信号の重畳の有無もＲＦＩＤタグ３で判別することができるようになる。

次に、図６および図７を参照しながら、ＲＦＩＤタグ３からリーダライタ４に応答信号を返信する場合の応答動作の例について説明する。ここでは、ＲＦＩＤタグ３から返信すべき応答データが”０１０１・・”とする。

図６に示すように、ＲＦＩＤシステム１の応答期間ＢＲ（図２（ｂ））では、リーダライタ４からデータ信号による変調が含まれていない無変調の搬送波ａ、または、データ信号の値が「０」に固定された変調（実質的に無変調となる）が含まれている搬送波ａを用い、この無変調の搬送波ａを所定の周期Ｔで断続している。

従って、ＲＦＩＤタグ３は、リーダライタ４から送信される無線信号Ｂを受信し、受信した受信信号を検波して得たベースバンド信号から、トリガ信号生成部１７により、クロック信号のみに対応するシフトクロック信号を生成する。そして、ＲＦＩＤタグ３は、制御部１３で生成された応答データを変調部１５に入力し、シフトクロック信号をトリガにして、応答信号を生成する。

図７に示すように、第２のパルス生成回路である単安定マルチバイブレータ５０と第３のパルス生成回路である単安定マルチバイブレータ５２とにより、シフトクロック信号をトリガにして、シフトクロック信号から時間ｔｄだけ遅延した位置にパルス幅ｔｕの変調用パルス信号を生成する。

ＲＦＩＤタグ３は、この変調用パルス信号により、スイッチ素子１８（図３）をオンまたはオフさせ、応答信号を生成する。

具体的には、シフトクロック信号をトリガにして、単安定マルチバイブレータ５０がパルス幅ｔｕの遅延用パルスを生成する。そして、単安定マルチバイブレータ５０の出力を反転回路５１により反転して、遅延用パルスの立ち下がりをトリガにして、単安定マルチバイブレータ５２がパルス幅ｔｕの変調用パルス信号を生成する。

なお、単安定マルチバイブレータ５２の出力はゲート回路５４を介して出力されるため、ＤＦＦ回路５３の出力に応じてマスク処理される。ＤＦＦ回路５３は、シフトクロック信号の立ち上がりで入力された応答データを保持する。従って、応答データが「１」の場合は、単安定マルチバイブレータ５２の変調用パルス信号が出力される。一方、応答データが「０」の場合は、単安定マルチバイブレータ５２の変調用パルス信号はゲート回路５４でマスク処理されて出力されない。

このようにして生成された変調用パルス信号を用いて、スイッチ素子１８（図３）をオンまたはオフさせて応答信号を生成する。例えば、変調用パルス信号（ｇ）が「Ｈ」のときにスイッチ素子１８をオフにし、変調用パルス信号（ｇ）が「Ｌ」のときにスイッチ素子１８をオンにする。ＲＦＩＤタグ３は、スイッチ素子１８がオフされると、リーダライタ４から送られてきた搬送波をタグアンテナ部５で反射する。一方、ＲＦＩＤタグ３は、スイッチ素子１８がオンされるとタグアンテナ部５が短絡されてミスマッチングになり、電波を反射させる。

以上のように本実施の形態におけるＲＦＩＤタグ３によれば、リーダライタ４から出力された搬送波を検波して得たベースバンド信号に含まれるクロック信号からトリガ信号を生成し、このトリガ信号のタイミングに合わせてタグ回路部を動作させることができる。これにより、簡易な回路構成による復調部１４および変調部１５でデータ信号の復調と応答信号の返信を行うことができる。すなわち、微分回路３５や単安定マルチバイブレータ３２、ＤＦＦ回路４４、４６およびその他の簡単な素子を用いるだけで質問信号の復調と応答信号の返信をすることができる。

従って、ＲＦＩＤタグ３を簡易な回路で構成できるとともに常時動作する発振回路や周波数の高い搬送波を分周してクロック信号を生成する分周回路を用いる必要がなく、消費電力を少なくすることができる。また、消費電力を小さくすることにより、リーダライタ４とＲＦＩＤタグ３との通信距離を長くすることができ、使用範囲、応用範囲を拡大することができる。

また、本実施の形態におけるリーダライタ４は、ＲＦＩＤタグ３に、所定の期間内にクロック信号とデータ信号とが含まれているベースバンド信号により変調された搬送波を出力するので、ＲＦＩＤタグ３にクロック信号を発生する発振回路を備えていなくても、クロック信号のタイミングに合わせて、搬送波から得たデータ信号に基づいて応答信号を返信することができる。これにより、ＲＦＩＤタグ３の消費電力を少なくすることができる。

また、本実施の形態におけるＲＦＩＤシステム１は、ＲＦＩＤタグ３と、ＲＦＩＤタグ３に所定の期間内にクロック信号とデータ信号とが含まれているベースバンド信号により変調された搬送波を出力するリーダライタ４とを備えているので、ＲＦＩＤタグ３にクロック信号を発生する発振回路を備えていなくても、クロック信号のタイミングに合わせて、搬送波から得たデータ信号に基づいて応答信号を返信することができる。これにより、ＲＦＩＤタグ３の消費電力を少なくすることができる。

なお、本実施の形態では単安定マルチバイブレータやＤ−フリップフロップにより構成されている復調部１４および変調部１５を用いたが、これらに限定されることなく、各種の回路構成を採用してもよい。

また、本実施の形態では搬送波ａを所定の周期Ｔで断続しているが、これに限定されない。トリガ信号の数をカウント可能な周期Ｔａ以上で、かつ、ＲＦＩＤタグに十分な電力を供給するための無変調の搬送波ａを確保可能な時間で可変して設定してもよい。例えば、周期ＴをＴａ＜Ｔ＜２Ｔａの範囲で可変してもよい。

また、単安定マルチバイブレータ３２には、受信信号から生成したＤＣ電圧を定電圧ダイオードなどで安定化した電源Ｖｃｃを供給するようにしてもよい。これによって、充放電が安定し、単安定マルチバイブレータ３２から出力されるパルス幅を安定にすることができる。

なお、本実施の形態では、クロック信号の後にデータ信号を配置して説明したが、クロック信号の前にデータ信号を配置するようにしてもよい。これによっても、同様の効果を奏することができる。すなわち、クロック信号を発生する発振回路を備えていなくても、クロック信号のタイミングに合わせて、搬送波から得たデータ信号に基づいて応答信号を返信することができる。これにより、ＲＦＩＤタグの消費電力を少なくすることができる。

以上のように本発明は、ＲＦＩＤタグに消費電力の大きい発振回路などを備えていなくても、リーダライタから出力された搬送波を検波して得たベースバンド信号に含まれるクロック信号のタイミングに合わせてタグ回路部を動作させるので、ＲＦＩＤタグの消費電力を少なくすることが可能なＲＦＩＤタグ、リーダライタ、ＲＦＩＤシステムなどに有用である。

本発明の実施の形態におけるＲＦＩＤシステムの概要を説明するためのブロック図 同ＲＦＩＤシステムのＲＦＩＤタグとリーダライタとの間で送受信される信号の波形図 同ＲＦＩＤシステムの構成を示すブロック図 本発明の実施の形態におけるＲＦＩＤタグに用いられるトリガ信号生成部および復調部の構成を示すブロック図 同ＲＦＩＤタグの受信動作を説明するための信号波形図 同ＲＦＩＤタグの応答動作を説明するための信号波形図 同ＲＦＩＤタグに用いられる変調部の構成を示すブロック図

符号の説明

１ ＲＦＩＤシステム
２ 物品
３ ＲＦＩＤタグ
４ リーダライタ
４ａ アンテナ
５ タグアンテナ部
６ タグ回路部
１０ 検波部
１１，３６，３７ ダイオード
１２，１９，３４，３９ コンデンサ
１３，２０ 制御部
１４，２６ 復調部
１５，２１ 変調部
１６，２７ メモリ部
１７ トリガ信号生成部
１８ スイッチ素子
２２ 送信部
２３ サーキュレータ
２５ 受信部
２８ クロック部
２９ 電源部
３１ エッジ位置抽出部
３２，５０，５２ 単安定マルチバイブレータ
３３，３８，５４ ゲート回路
３５ 微分回路
４０ 抵抗
４１，５１ 反転回路
４３，４５ 遅延回路
４４，４６，５３ ＤＦＦ回路

Claims (10)

1. 所定の期間内にクロック信号とデータ信号とが含まれているベースバンド信号により変調された搬送波をリーダライタから受信するタグアンテナ部と、
   前記タグアンテナ部で受信した前記搬送波から得た前記データ信号に基づいて応答信号を前記タグアンテナ部を介して前記リーダライタに返信するタグ回路部とを備え、
   前記タグ回路部は、前記搬送波を検波して得た前記ベースバンド信号に含まれる前記クロック信号のタイミングに合わせて動作することを特徴とするＲＦＩＤタグ。
2. 前記タグ回路部は、
   前記搬送波を検波する検波部と、
   前記検波部により検波された前記ベースバンド信号に含まれる前記クロック信号および前記データ信号の立ち上がりまたは立ち下がりエッジ位置それぞれにトリガ信号を生成するトリガ信号生成部と、
   前記所定の期間内の前記トリガ信号の数に基づいて前記データ信号を復調する復調部とを有することを特徴とする請求項１に記載のＲＦＩＤタグ。
3. 前記復調部は、前記トリガ信号をトリガにして前記所定の期間の幅を有する第１のパルスを１つ出力する第１のパルス発生回路を有し、前記第１のパルスが出力されている間の前記トリガ信号の数を検出することを特徴とする請求項２に記載のＲＦＩＤタグ。
4. 前記第１のパルス発生回路は、抵抗とコンデンサによって決定される時定数に基づいて所定の幅のパルスを１つ出力する単安定マルチバイブレータにより構成されていることを特徴とする請求項３に記載のＲＦＩＤタグ。
5. 前記タグ回路部は、さらに、
   前記復調部で復調された前記データ信号と内部に記憶保持しているタグ情報とに基づいて応答データを生成する処理部と、
   前記トリガ信号生成部で生成された前記トリガ信号から所定の遅延位置に前記応答データに基づいて前記応答信号を生成する変調部とを有することを特徴とする請求項２に記載のＲＦＩＤタグ。
6. 前記変調部は、前記検波部により検波された前記ベースバンド信号に含まれる前記クロック信号のエッジ位置に生成した前記トリガ信号をトリガにして前記所定の遅延位置まで出力される遅延用パルスを１つ出力する第２のパルス発生回路と、
   前記遅延用パルスの出力後に変調用パルスを１つ出力する第３のパルス発生回路と、
   前記変調用パルスが出力されている期間のみ、前記応答データに基づいて前記タグアンテナ部による前記搬送波の反射を制御して前記応答信号を生成する制御部とを有することを特徴とする請求項５に記載のＲＦＩＤタグ。
7. 前記第２のパルス発生回路または前記第３のパルス発生回路は、
   抵抗とコンデンサによって決定される時定数に基づいて所定の幅のパルスを１つ出力する単安定マルチバイブレータにより構成されていることを特徴とする請求項６に記載のＲＦＩＤタグ。
8. 前記搬送波は、前記ベースバンド信号によりＡＳＫ変調されていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のＲＦＩＤタグ。
9. 請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のＲＦＩＤタグに、所定の期間内にクロック信号とデータ信号とが含まれているベースバンド信号により変調された搬送波を出力することを特徴とするリーダライタ。
10. 請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のＲＦＩＤタグと、
    前記ＲＦＩＤタグに所定の期間内にクロック信号とデータ信号とが含まれているベースバンド信号により変調された搬送波を出力するリーダライタとを備えたことを特徴とするＲＦＩＤシステム。

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