JP2015177389A - 無線通信装置及び携帯機器 - Google Patents

Abstract

【課題】コントローラのシステムを変更することなく非通信状態での消費電力を抑えた無線通信装置を提供すること。
【解決手段】本無線通信装置は、無線信号を送受信する送受信手段と、無線信号による通信を行う無線通信手段と、前記送受信手段と前記無線通信手段との間に挿入された増幅回路と、前記増幅回路に電力を供給する電源と、所定の入力信号を検波して検波信号を生成し、前記検波信号を前記電源に出力して前記電源を起動させる検波回路と、を有し、前記送受信手段又は前記無線通信手段からの信号が前記所定の入力信号となり、前記検波信号により起動した前記電源が前記増幅回路に電力を供給すると前記増幅回路が動作する。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線通信装置及び携帯機器に関する。

ＮＦＣ（Near Field Communication）に代表される近距離の非接触ＩＤ（Identification）等の無線通信装置では、消費電力を抑えることが重要である。例えば、無線通信装置を搭載したスマートフォンを考えると、近年ではスマートフォンのバッテリーの充電１回あたりの使用可能時間を長くすることが求められているため、不要な消費電力を極力抑えることが必要である。スマートフォンの実使用状態を考えると、無線通信装置が非通信状態にある場合が殆どのため、非通信状態での消費電力を抑えることが重要である。

例えば、無線通信装置に検波回路を設け、無線通信装置を制御するコントローラの非通信状態での消費電力を抑える技術が知られている。この技術では、アンテナの入力振幅が所定の電圧レベルに達したことを検波回路が検波すると、無線通信装置を制御するコントローラをスタンバイ（スリープ）状態から動作状態に遷移させる。これにより、入力振幅が所定の電圧レベル以下の状態（非通信状態）での消費電力を抑えることができる（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、上記の技術では、検波回路がコントローラの制御に直接関わるため、検波回路からコントローラに制御信号を送る必要があり、コントローラのシステム（例えば、コントローラの端子の仕様や回路構成等）を従来のものから変更する必要があった。設計期間の短縮やコストの抑制等の観点からすると、コントローラのシステムはできるだけ変更しないことが好ましい。

ところで、非接触ＩＤ等の無線通信装置の通信距離は、アンテナの大きさに依存することが知られている。そこで、小型アンテナでも通信距離を確保するために、カード側のアンテナとＩＣ（Integrated Circuit）との間にカード応答を増幅するブースターを設けた製品が提案されている。ブースターを設けた製品では、ブースターの消費電力が多いため、非通信状態での消費電力を抑えるためには、コントローラの消費電力よりも、むしろブースターの消費電力を抑えることが重要であり、その際、コントローラのシステムを変更しないことが望まれる。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、コントローラのシステムを変更することなく非通信状態での消費電力を抑えた無線通信装置を提供することを課題とする。

本無線通信装置は、無線信号を送受信する送受信手段と、無線信号による通信を行う無線通信手段と、前記送受信手段と前記無線通信手段との間に挿入された増幅回路と、前記増幅回路に電力を供給する電源と、所定の入力信号を検波して検波信号を生成し、前記検波信号を前記電源に出力して前記電源を起動させる検波回路と、を有し、前記送受信手段又は前記無線通信手段からの信号が前記所定の入力信号となり、前記検波信号により起動した前記電源が前記増幅回路に電力を供給すると前記増幅回路が動作することを要件とする。

開示の技術によれば、コントローラのシステムを変更することなく非通信状態での消費電力を抑えた無線通信装置を提供できる。

第１の実施の形態に係る無線通信装置のカードモード時の回路構成を例示する図である。 第１の実施の形態に係る無線通信装置のリーダ／ライタモード時の回路構成を例示する図である。 第１の実施の形態に係る検波回路の回路構成を例示する図である。 第１の実施の形態に係る検波回路の動作時の波形を例示する図である。 第２の実施の形態に係る携帯機器の回路構成を例示する図である。

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

〈第１の実施の形態〉
第１の実施の形態に係る無線通信装置は、少なくともカードエミュレーションモード（以降、カードモードとする）と、リーダ／ライタモード（以降、Ｒ／Ｗモードとする）の２つの動作モードを切り替え可能に構成されている。

なお、カードモードは、無線通信装置が非接触ＩＣカードとして機能するモードであり、無線通信装置内の情報を外部のリーダ／ライタが読み出したり、外部のリーダ／ライタから情報を書き込んだりすることができる。一方、Ｒ／Ｗモードは、無線通信装置がリーダ／ライタとして機能するモードであり、ＩＣカード等から情報を読み取ったり、情報をＩＣカード等に書き込んだりすることができる。

図１は、第１の実施の形態に係る無線通信装置のカードモード時の回路構成を例示する図である。図１を参照するに、第１の実施の形態に係る無線通信装置１は、アンテナ回路１０と、ＮＦＣコントローラ２０と、ブースター３０と、電源４０と、検波回路５０とを有する。

送受信手段であるアンテナ回路１０は、相手側機器（図示せず）からの無線による信号（無線信号）を受信するとともに、ＮＦＣコントローラ２０の出力信号を無線により相手側機器に送信する。

無線通信手段であるＮＦＣコントローラ２０は、ＮＦＣ規格に基づいて無線信号による通信を行う。ＮＦＣコントローラ２０は、動作モードに応じて、相手側機器と通信する情報の送受信を行う。図１に示すカードモードの場合は、相手側機器であるリーダ／ライタから受信した信号に対して、所定の信号（情報）を応答として送信する。

増幅回路であるブースター３０は、アンテナ回路１０とＮＦＣコントローラ２０との間に挿入されている。ブースター３０は、ＮＦＣコントローラ２０からの出力信号を増幅することができる。又、ブースター３０は、アンテナ回路１０が受信した信号を増幅することができる。但し、ブースター３０は、ＮＦＣコントローラ２０からの出力信号と、アンテナ回路１０が受信した信号の両方を増幅する構成としてもよいし、何れか一方のみを増幅する構成としてもよい。

電源４０は、ブースター３０に電力を供給する電源であり、検波回路５０からの検波信号に応じて動作／非動作が制御される。図１に示すカードモード時には、検波回路５０はアンテナ回路１０と接続されており、アンテナ回路１０の振幅が入力信号となる。検波回路５０は、アンテナ回路１０の振幅が所定値以上である場合に検波信号を生成し、生成した検波信号を電源４０に出力して電源４０を起動させる。検波信号により起動した電源４０がブースター３０に電力を供給すると、ブースター３０が動作する。

図２は、第１の実施の形態に係る無線通信装置のリーダ／ライタモード時の回路構成を例示する図である。Ｒ／Ｗモードの場合は、ＮＦＣコントローラ２０は、相手側機器（ＩＣカード又はリーダ／ライタ）に対して所定の信号を送信して、相手側機器からの応答を受信する。

図２に示すＲ／Ｗモード時には、無線通信装置１において、検波回路５０はＮＦＣコントローラ２０と接続されており、ＮＦＣコントローラ２０の振幅が入力信号となる。検波回路５０は、ＮＦＣコントローラ２０の振幅が所定値以上である場合に検波信号を生成し、生成した検波信号を電源４０に出力して電源４０を起動させる。検波信号により起動した電源４０がブースター３０に電力を供給すると、ブースター３０が動作する。

なお、検波回路５０の接続先の切り替えは、例えば、検波回路５０と各接続先との間にスイッチ回路を挿入し、挿入したスイッチ回路を適宜切り替えることで実現できる。スイッチ回路を切り替えるための制御信号は、例えば、ＮＦＣコントローラ２０の出力信号の振幅がＲ／Ｗモードの場合はカードモードの場合より大きいことを利用して生成することができる。

すなわち、ＮＦＣコントローラ２０の出力を検波して直流にし、直流にされた信号レベルを予め定めた閾値と比較することで、スイッチ回路の制御信号を生成することができる。もちろん、検波回路５０の接続先の切り替えは、スイッチ回路に限らず、入力信号を選択的に出力するセレクタ回路等を用いて行ってもよい。

なお、検波回路５０の接続先の切り替え機能（カードモードとＲ／Ｗモードの切り替え機能）は、ブースター３０の内部に組み込んでもよい。この場合には、電源４０からの電源供給が停止された場合でも、検波回路５０の接続先の切り替え機能に寄与する部分が動作するようにしておけばよい。なお、検波回路５０の接続先の切り替え機能に寄与する部分の消費電力は、ブースター３０の増幅機能に寄与する部分の消費電力に比べて大幅に抑制することができる。

ここで、検波回路５０について、更に詳しく説明する。図３は、第１の実施の形態に係る検波回路の回路構成を例示する図である。図４は、第１の実施の形態に係る検波回路の動作時の波形を例示する図である。図３及び図４を参照するに、第１の実施の形態に係る検波回路５０は、レクテナ５１と、コンパレータ５２と、抵抗Ｒ１とを有する。レクテナ５１は、ブリッジ全波整流回路を構成するダイオードＤ１〜Ｄ４を備え、ダイオードＤ１及びＤ３のアノード（基準電位）とダイオードＤ２及びＤ４のカソードとの間にはコンデンサＣ１が接続されている。

レクテナ５１は、アンテナ回路１０から入力される交流信号であるＡｎｔ_ｉｎを全波整流して直流電圧（直流信号）であるＲｅｃｔ_ｏｕｔを生成し、コンパレータ５２に出力する。コンパレータ５２は、レクテナ５１から出力されたＲｅｃｔ_ｏｕｔと予め設定した設定電圧であるＶｓｅｔとを比較する回路（比較器）であり、比較結果に基づいて検波信号を生成する。例えば、Ｒｅｃｔ_ｏｕｔがＶｓｅｔより大きい場合に、検波信号であるＣｏｍｐ_ｏｕｔがＬレベルからＨレベルに切り替わる（検波信号が生成される）。電源４０は、Ｃｏｍｐ_ｏｕｔがＬレベルからＨレベルに切り替わると（検波信号が入力されると）起動し、ブースター３０に電力を供給する。

このように、第１の実施の形態に係る無線通信装置１では、検波回路５０を設けることで、非通信状態ではブースター３０が動作しないようにしているため、消費電力を抑えることができる。又、検波回路５０の検波信号は電源４０に入力され、ＮＦＣコントローラ２０には入力されないため、ＮＦＣコントローラ２０のシステムを変更することなく、無線通信装置１の消費電力を抑えることができる。

又、無線通信装置１では、検波回路５０は、アンテナ回路１０からの入力振幅から全波整流によって直流電圧を生成し、生成した直流電圧とコンパレータ５２の任意の設定電圧であるＶｓｅｔとを比較することで検波信号を生成する。そのため、検波信号を生成するアンテナ回路１０の振幅レベルの条件が従来技術のようにトランジスタの導通電圧のみに限定されず、コンパレータの設定電圧であるＶｓｅｔによって自由に変えることができる。

又、検波回路５０では、コンパレータ５２にヒステリシスが設けられている。これにより、Ｃｏｍｐ_ｏｕｔがＬレベルからＨレベルに切り替わった後は、Ａｎｔ_ｉｎがＶｓｅｔ付近の電圧となる状態が続いた場合でも、Ｃｏｍｐ_ｏｕｔがＬレベルとＨレベルを交互に繰り返す（チャタリングする）ことを防止することができる。なお、Ｒｅｃｔ_ｏｕｔがコンパレータ５２のヒステリシスによる下側のＶｓｅｔ以下になった時、Ｃｏｍｐ_ｏｕｔがＬレベルとなる。

又、検波回路５０では、Ａｎｔ_ｉｎが十分小さくなった時、Ｒｅｃｔ_ｏｕｔがハイインピーダンスとならないように、レクテナ５１の出力と基準電位（ＧＮＤ）との間に抵抗Ｒ１を設けている。つまり、レクテナ５１の出力を抵抗Ｒ１でプルダウンしている。なお、無線通信装置１をＮＦＣに使用する場合は、Ｔｙｐｅ−Ａ（ISO/IEC 14443 Type A）の１００％変調に対して、１００％変調時にＣｏｍｐ_ｏｕｔがＨレベルからＬレベルに切り替わらないようにする必要がある。これは、抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１によってほぼ決まる時定数によって調整することができる。なお、抵抗Ｒ１の代わりに、トランジスタ等を含んで構成された定電流回路を用いてもよい。

〈第２の実施の形態〉
第２の実施の形態では、第１の実施の形態に係る無線通信装置を有する携帯機器の例を示す。なお、第２の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。

図５は、第２の実施の形態に係る携帯機器の回路構成を例示する図である。図５を参照するに、携帯機器２は、例えば、スマートフォンやタブレット端末、携帯型ゲーム機器等であり、第１の実施の形態に係る無線通信装置１と、ＳＥ８０と、ホストコントローラ９０とを有する。なお、図５では、無線通信装置１が図１に示したカードモード時の回路構成である場合を例示しているが、リーダ／ライタモード時には無線通信装置１が図２に示した回路構成に切り替わる。

ＳＥ８０は、無線通信装置１により通信される情報の暗号化／復号化やＩＤやパスワード或いは残金や乗車駅等のセキュリティに関する情報やセキュリティを施すべき情報等の格納やセキュリティ処理等を行う部分である。

ホストコントローラ９０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリ等を有し、携帯機器２の全体制御を司る部分である。

携帯機器２は、例えば、カードモードの場合は、外部のリーダ／ライタから信号を受信すると、ＮＦＣコントローラ２０がＳＥ８０から必要な情報を暗号化等が施された状態で受け取ってリーダ／ライタへ送信する。

一方、Ｒ／Ｗモードの場合は、例えばホストコントローラ９０からの指示に従って、ＮＦＣコントローラ２０がＩＣカード等の相手側に信号を送信する。そして、相手側からの応答を受信した際は、必要に応じてＳＥ８０で復号化等の処理を施して、ホストコントローラ９０に出力する。

このように、第２の実施の形態に係る携帯機器２では、第１の実施の形態に係る無線通信装置１を有することで、非通信状態ではブースター３０が動作しないようにしているため、消費電力を抑えることができる。

以上、好ましい実施の形態について詳説したが、上述した実施の形態に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、本発明は、カードモードとＲ／Ｗモードの何れか一方のみを有する無線通信装置にも適用可能である。

又、本発明は、ＮＦＣ以外の非接触ＩＤ、例えば、電磁誘導、マイクロ波、ＵＨＦ帯による通信等を行う無線通信装置にも適用可能である。或いは、他の無線通信方式に係る無線通信装置にも適用可能である。

１ 無線通信装置
２ 携帯機器
１０ アンテナ回路
２０ ＮＦＣコントローラ
３０ ブースター
４０ 電源
５０ 検波回路
５１ レクテナ
５２ コンパレータ
８０ ＳＥ
９０ ホストコントローラ
Ｃ１ コンデンサ
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４ ダイオード
Ｒ１ 抵抗

特開２００９−２１３１１８号公報

Claims (6)

1. 無線信号を送受信する送受信手段と、
   無線信号による通信を行う無線通信手段と、
   前記送受信手段と前記無線通信手段との間に挿入された増幅回路と、
   前記増幅回路に電力を供給する電源と、
   所定の入力信号を検波して検波信号を生成し、前記検波信号を前記電源に出力して前記電源を起動させる検波回路と、を有し、
   前記送受信手段又は前記無線通信手段からの信号が前記所定の入力信号となり、
   前記検波信号により起動した前記電源が前記増幅回路に電力を供給すると前記増幅回路が動作することを特徴とする無線通信装置。
2. 第１のモードと第２のモードの少なくとも２つのモードを切り替え可能に構成され、
   前記第１のモードでは、前記送受信手段からの信号が前記所定の入力信号となり、前記第２のモードでは、前記無線通信手段からの信号が前記所定の入力信号となることを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
3. 前記検波回路は、交流である前記所定の入力信号を整流して直流信号を生成するレクテナと、
   前記直流信号を所定の設定電圧と比較し、比較結果に基づいて前記検波信号を生成する比較器と、を有することを特徴とする請求項１又は２記載の無線通信装置。
4. 前記レクテナの出力と基準電位との間には抵抗又は定電流回路が設けられていることを特徴とする請求項３記載の無線通信装置。
5. 前記比較器にはヒステリシスが設けられていることを特徴とする請求項３又は４記載の無線通信装置。
6. 請求項１乃至５の何れか一項記載の無線通信装置を有することを特徴とする携帯機器。

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