JP2016225816A

JP2016225816A - 交信装置

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Publication number: JP2016225816A
Application number: JP2015110278A
Authority: JP
Inventors: 智規有吉; Tomonori Ariyoshi; 弘明本嶋; Hiroaki Motojima
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2015-05-29
Filing date: 2015-05-29
Publication date: 2016-12-28
Anticipated expiration: 2035-05-29
Also published as: TW201701196A; CN106203207A; TWI585691B; US10027379B2; US20160352392A1; CN106203207B; JP6503896B2

Abstract

【課題】ＲＦタグと交信装置との交信に要する時間を増大させることなく、交信可能な範囲を可能な限り拡大する技術が要望されている。【解決手段】交信装置は、アンテナが電気的に接続されるターミナルと、ターミナルと電気的に接続され、予め定められたコマンド信号が重畳された第１の無線信号を生成してアンテナから送信する送信部と、ターミナルと電気的に接続され、ＲＦタグが第１の無線信号を受けて生成する第２の無線信号をアンテナから受信して増幅する増幅部と、増幅部による増幅後の信号の強度を検知する検知部と、検知部に入力される増幅後の信号の強度を予め定められた上限を超えないように抑制する抑制部とを含む。【選択図】図３

Description

本発明は、ＲＦ（Radio Frequency）タグと非接触で交信する交信装置に関する。

従来から、非接触でデータを遣り取りする近距離無線通信技術が各種の分野で利用されている。典型的には、ＲＦＩＤ（Radio Frequency IDentification）と称される近距離無線通信技術が普及している。一例として、ＲＦＩＤシステムは、ＦＡ（Factory Automation）分野、例えば、製造工程での品質管理に使用される。より具体的には、識別情報などのデータを格納したＲＦタグが管理対象の物品またはその物品を支持もしくは収容する物体（パレット、コンテナなど）に取付けられる。さらに、ＲＦタグが取付けられた物品または物体が移動する経路に近接して、当該ＲＦタグとの間でデータを遣り取りする交信装置（以下、「リーダライタ」とも称す。）が配置される。

リーダライタのアンテナは、設備または装置に合わせて、交信対象のＲＦタグから遠い位置に設置される場合、および、交信対象のＲＦタグから近い位置に設置される場合が存在する。

リーダライタとＲＦタグとの間で安定した交信を行なうためには、リーダライタの設置余裕度（交信可能なＲＦタグまでの距離（交信可能エリアの範囲）の大きさ）は可能な限り大きい方が好ましい。すなわち、ＲＦタグからデータを受信可能な最大距離と、ＲＦタグからデータを受信可能な最小距離との差がなるべく大きくなるように、アンテナを設置することが好ましい。アンテナとＲＦタグとの距離が遠くなるほど、ＲＦタグから受信した信号の電圧（以下、「受信電圧」とも称す。）は小さくなり、アンテナとＲＦタグとの距離が近くなるほど、ＲＦタグからの受信電圧は大きくなる。ＲＦタグからの受信信号を復調する回路の電圧ダイナミックレンジが狭いと、受信電圧が低すぎる、あるいは、受信電圧が高すぎるといった、いずれかの制約を受ける。このような課題に対して、以下のような解決手段が提案されている。

例えば、特開２００１−１７７４３５号公報（特許文献１）は、受信アンプの増幅率が固定なので、正確にデータを読み取れないという問題点に対して、弱電界・強電解を判別して切り換え、良好な受信感度でＩＤデータを正確に受信でき、且つ使い勝手を向上できる非接触ＩＤタグシステムを開示する。

また、特開２０１３−０６２６０５号公報（特許文献２）は、不感帯領域を少なく抑えることができる負荷変調通信制御装置を開示する。より具体的には、受信エラー監視部は、Ｉ相信号又はＱ相信号が存在するもののビット判定が失敗したことを確認すると、負荷変調信号を受信できているが、受信強度が強すぎると判断する。このとき、レジスタ設定部は、レジスタを書き換えることにより、可変式の受信アンプの利得を下げて、受信の信号判定における負荷変調信号の振幅を低くする。そして、通信再実行部は、受信アンプ利得が低い状態において通信を再実行し、負荷変調通信を成立させる。

特開２００１−１７７４３５号公報特開２０１３−０６２６０５号公報

上述の特許文献１および２に開示される先行技術では、交信可能距離を最大化できるように受信ゲインを調整しておき、当該受信ゲインでの受信に失敗すると、受信ゲインを下げて、再度交信することで、リーダライタの設置余裕度を確保する。このような先行技術の方式を採用した場合には、受信ゲインを変更して再度交信を行なう、すなわちリトライ処理が必要になるので、交信に要する時間が長くなるという課題がある。

以上のような背景から、ＲＦタグと交信装置との交信に要する時間を増大させることなく、交信可能な範囲を可能な限り拡大する技術が要望されている。

本発明のある局面に従う交信装置は、アンテナが電気的に接続されるターミナルと、ターミナルと電気的に接続され、予め定められたコマンド信号が重畳された第１の無線信号を生成してアンテナから送信する送信部と、ターミナルと電気的に接続され、ＲＦタグが第１の無線信号を受けて生成する第２の無線信号をアンテナから受信して増幅する増幅部と、増幅部による増幅後の信号の強度を検知する検知部と、検知部に入力される増幅後の信号の強度を予め定められた上限を超えないように抑制する抑制部とを含む。

好ましくは、抑制部は、増幅後の信号に含まれる交流成分を抽出して振幅の上下限を制限する。

さらに好ましくは、抑制部は、接続方向を互いに異ならせた一対のダイオードを含む。
さらに好ましくは、抑制部は、交流成分を抽出する前に信号を増幅する第１のバッファを含む。

さらに好ましくは、抑制部は、振幅の上下限を制限後に、直流成分を加えて検知部へ出力する。

さらに好ましくは、抑制部は、検知部への出力段に設けられた第２のバッファを含む。
好ましくは、抑制部は、信号抑制による生じる損失を補償する回路を含む。

本実施の形態によれば、交信に要する時間を増大させることなく、交信可能な範囲を拡大できる。

本発明の実施の形態に係るリーダライタのハードウェア構成を示す模式図である。ＲＦＩＤシステムの特徴を説明するための図である。本発明の実施の形態に係るリーダライタにおける交信安定度を向上させるための処理を説明するための図である。本発明の実施の形態に係るリーダライタの電圧抑制回路の回路構成例１を示す模式図である。本発明の実施の形態に係るリーダライタの電圧抑制回路の回路構成例２を示す模式図である。本発明の実施の形態に係るリーダライタの電圧抑制回路の回路構成例３を示す模式図である。本発明の実施の形態に係るリーダライタの電圧抑制回路の回路構成例４を示す模式図である。本発明の実施の形態に係るリーダライタの電圧抑制回路の回路構成例５を示す模式図である。本発明の実施の形態に係るリーダライタにおける交信安定度の検証結果の一例を示す図である。

本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰返さない。

以下では、近距離無線通信を行なう交信装置を含むシステムの典型例として、ＲＦＩＤシステムについて説明する。一般的なＲＦＩＤシステムにおいて、交信装置は、その機能に着目して「リーダライタ」と称されることが多いので、以下の説明においても、交信装置を「リーダライタ」と称する。但し、交信装置において、ＲＦタグからデータを読み出す機能（リーダ機能）、および、ＲＦタグへデータを書き込む機能（ライタ機能）の両方が備わっていることは必須ではなく、一方の機能のみが備わっているものであってもよい。

ＲＦタグは、ＩＣ（Integrated Circuit）タグやＲＦＩＤタグと称されることもあるが、説明の便宜上、以下では「ＲＦタグ」という用語を用いる。

近距離無線通信の典型例として、ＲＦＩＤについて説明するが、これに限定されるものではなく、例えば、将来的にＲＦＩＤの技術をベースとして改良された新たな方式などであっても、本発明の技術的範囲に包含され得る。

＜Ａ．リーダライタの構成＞
まず、本実施の形態に係るリーダライタ１の構成について説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るリーダライタ１のハードウェア構成を示す模式図である。

図１を参照して、リーダライタ１は、主たるコンポーネントとして、プロセッサ１０と、Ａ／Ｄ（Analog to Digital）変換回路２２を含むＲＦモジュール２０と、送信ドライバ回路３０と、受信アンプ４０と、電圧抑制回路５０と、ゲイン切替回路６０とを含む。

ＲＦモジュール２０および送信ドライバ回路３０がＲＦタグに放射する電磁波を生成し、受信アンプ４０、電圧抑制回路５０およびＲＦモジュール２０のＡ／Ｄ変換回路２２がＲＦタグにより応答された電磁波を受信して復号する。

図１には、リーダライタ１のコンポーネントとして、ターミナル３２にアンテナ７０が電気的に接続されている構成を示すが、アンテナ７０については、リーダライタ１とは別体のコンポーネントとしてもよい。この場合には、リーダライタ１のターミナル３２から、アンテナ７０が設置されるべき位置まで導線が設けられる。また、アンテナ７０の数および形状については、対象の設備または装置での設置環境または条件などに応じて、適宜設計されてもよい。

アンテナ７０が電気的に接続されるターミナル３２と接地電位（ＧＮＤ）との間には、共振コンデンサ４２が電気的に接続される。共振コンデンサ４２は、送信ドライバ回路３０の出力インピーダンスとアンテナ７０とを整合させる。目的とする送信特性（送信電力および周波数特性など）に応じて、共振コンデンサ４２の容量は適宜設計される。

プロセッサ１０は、リーダライタ１での各種処理を制御する演算処理部である。典型的には、プロセッサ１０は、図示しないプログラムを実行することで、リーダライタ１において必要な処理を実現する。なお、プロセッサ１０の全部または一部の機能をＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）といったハードウェアを用いて実現してもよい。プロセッサ１０は、図示しない通信インターフェイスを有しており、上位機器との間でデータを遣り取りできるようにしてもよい。

ＲＦモジュール２０は、リーダライタ１とＲＦタグとの間で遣り取りされる電磁波（ＲＦ信号）を処理する。具体的には、ＲＦモジュール２０は、プロセッサ１０からの内部コマンドを受けて、図示しない発振回路からの基準波に、当該内部コマンドに対応する所定ビット数のコマンド信号を重畳して搬送波の元となる高周波パルス（以下、「キャリア信号」とも称す。）を生成する。

送信ドライバ回路３０は、ＲＦモジュール２０で生成されたキャリア信号を増幅し、その増幅後の信号を、ターミナル３２に介してアンテナ７０へ供給する。すなわち、送信ドライバ回路３０は、ターミナル３２と電気的に接続され、予め定められたコマンド信号が重畳された電磁波（第１の無線信号）を生成してアンテナ７０から送信する。すると、アンテナ７０から電磁波が送出される。

ＲＦタグへ放射される電磁波の周波数は、到達可能距離などに応じて、適宜設定される。例えば、ＩＳＯ／ＩＥＣ（International Organization for Standardization/International Electrotechnical Commission）規格で定められた周波数に従えば、１３４．２ｋＨｚ、５３０ｋＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、９２０ＭＨｚ帯などの電磁波を用いることができる。

アンテナ７０から送出された電磁波が図示しないＲＦタグに入射すると、ＲＦタグでは、受信した電磁波により誘導起電力が生じ、その誘導起電力によって内部の制御回路が活性化する。ＲＦタグ内部の制御回路は、キャリア信号に重畳されたコマンド信号をデコードし、そのデコードによって取得されたコマンドに従って処理を実行し、その処理結果を含む応答信号を生成し、最終的にリーダライタ１へ応答する。

ＲＦタグからの応答信号は、アンテナ７０で受信されて、受信アンプ４０へ入力される。受信アンプ４０は、予め定められた受信ゲインで応答信号を増幅して、増幅後の応答信号を電圧抑制回路５０へ与える。すなわち、受信アンプ４０は、ターミナル３２と電気的に接続され、コマンド信号が重畳された電磁波（第１の無線信号）を受けてＲＦタグが生成する応答信号（第２の無線信号）をアンテナ７０から受信して増幅する。

ＲＦモジュール２０のＡ／Ｄ変換回路２２は、受信アンプ４０による増幅後の信号の強度（典型的には、信号電圧）を検知する。すなわち、Ａ／Ｄ変換回路２２は、電圧抑制回路５０からの応答信号（アナログ信号）を量子化して、デジタル信号を生成する。ＲＦモジュール２０は、生成されたデジタル信号をデコードして、ＲＦタグからの受信結果を生成し、生成した受信結果をプロセッサ１０へ出力する。

電圧抑制回路５０は、Ａ／Ｄ変換回路２２に入力される受信アンプ４０による増幅後の信号の強度を予め定められた上限を超えないように抑制する。電圧抑制回路５０の詳細については、後述する。電圧抑制回路５０で信号強度が抑制された後の応答信号は、ＲＦモジュール２０へ与えられる。

ゲイン切替回路６０は、プロセッサ１０からの内部コマンドを受けて、受信アンプ４０での増幅度合いを規定する受信ゲインを変更する。典型的には、受信アンプ４０は、２段階のゲイン切替（近距離モードおよび遠距離モード）が可能になっている。

このような各コンポーネントの動作によって、ＲＦタグと非接触で交信することができる。

＜Ｂ．交信安定度の向上＞
次に、本実施の形態に係るリーダライタ１における交信安定度を向上させる技術の概要について説明する。

図２は、ＲＦＩＤシステムの特徴を説明するための図である。図２（Ａ）には、一般的な無線機システムの構成を示し、図２（Ｂ）には、ＲＦＩＤシステムの構成を示す。

図２（Ａ）を参照して、無線機同士で通信する場合には、各無線機が無線信号を生成する機能を有している。ある無線機が別の無線機に対して何らかの信号を送信し、当該別の無線機から応答信号を受信するような遣り取りを考えると、当該別の無線機において、応答信号の信号強度を適宜調整することができる。このようなアクティブな無線信号の遣り取りができるので、無線機間の距離に応じた信号強度の調整を比較的容易に行なうことができる。

これに対して、図２（Ｂ）に示すようなＲＦＩＤシステムは、リーダライタとＲＦタグとの間はパッシブな交信となり、ＲＦタグからの応答信号の信号強度をＲＦタグにて制御することができない。すなわち、ＲＦタグからの応答信号の信号強度は、リーダライタから送信される問合せ信号の信号強度、および、リーダライタとＲＦタグとの間の距離、に応じて予め決まってしまう。

リーダライタから遠い位置にあるＲＦタグと交信するために、リーダライタからの問合せ信号の信号強度を大きくすると、ＲＦタグが近くにある場合に、ＲＦタグからリーダライタへの応答信号の信号強度が大きくなり過ぎ、受信処理および復号処理を適切に実行できない。一方、リーダライタの問合せ信号の信号強度を大きくしなければ、リーダライタが交信可能なＲＦタグまでの距離（交信可能エリアの範囲）は狭くなる。本実施の形態に係るリーダライタは、このようなトレードオフの関係の下、可能な限り交信可能エリアを拡大することを目的とする。

図３は、本発明の実施の形態に係るリーダライタ１における交信安定度を向上させるための処理を説明するための図である。図３（Ａ）には、受信アンプ４０（図１）の受信ゲインを低い側に設定した場合（近距離モード）における、リーダライタ１とＲＦタグとの間の距離と、受信アンプ４０から出力される受信信号の電圧（受信電圧）との特性１０２を示し、図３（Ｂ）には、受信アンプ４０（図１）の受信ゲインを高く設定した場合（遠距離モード）における、リーダライタ１とＲＦタグとの間の距離と、受信アンプ４０から出力される受信信号の電圧（受信電圧）との特性１０４を示す。

受信アンプ４０から出力される増幅後の受信信号は、ＲＦモジュール２０のＡ／Ｄ変換回路２２へ入力される。Ａ／Ｄ変換回路２２が飽和することなくデジタル信号を出力できる受信電圧の範囲を復調可能ダイナミックレンジとして示す。

図３（Ａ）に示すように、受信ゲインが低い側に設定されている場合には、受信信号の増幅量が相対的に小さいので、リーダライタ１からＲＦタグまでの距離がある程度を超えて遠くなると、ＲＦタグからの応答信号の信号強度が復調可能ダイナミックレンジを下回る（図３（Ａ）の「交信ＮＧ」の範囲）。その結果、Ａ／Ｄ変換回路２２において適切な復調（Ａ／Ｄ変換）を行なうことができない。

一方、図３（Ｂ）に示すように、受信ゲインが高い側に設定されている場合には、受信信号の増幅量が相対的に大きいので、リーダライタ１からＲＦタグまでの距離がある程度を超えて近くなると、ＲＦタグからの応答信号の信号強度が復調可能ダイナミックレンジを上回る（図３（Ｂ）の「交信ＮＧ」の範囲）。この場合にも、Ａ／Ｄ変換回路２２において適切な復調（Ａ／Ｄ変換）を行なうことができない。

図３（Ｃ）には、本実施の形態に係るリーダライタ１において、受信アンプ４０から出力された受信信号が電圧抑制回路５０（図１）へ入力されて出力される結果を示す図である。この場合において、基本的には、受信ゲインは高い側に設定されており、ＲＦタグからの応答信号は、リーダライタ１とＲＦタグとの間の距離に応じて、図３（Ｂ）の特性１０４と同様の特性１０６を生じる。このとき、電圧抑制回路５０は、ＲＦタグからの応答信号の信号強度が復調可能ダイナミックレンジを上回る範囲１０８（図３（Ｂ）において「交信ＮＧ」に相当する範囲）の受信電圧を抑制する。言い換えれば、電圧抑制回路５０は、復調可能ダイナミックレンジを超えないように、ＲＦタグからの応答信号の信号強度を抑制する。このような電圧抑制を実施することで、ＲＦタグからの応答信号を適切に受信できる範囲（交信可能エリア）を拡大することができる。

なお、電圧抑制回路５０においてある程度の損失が発生するので、受信アンプ４０から出力される特性１０６に対して、ある程度の電圧が低下した特性１１０が電圧抑制回路５０から出力されることになる。この結果、リーダライタ１とＲＦタグとの距離が遠い場合には、復調可能ダイナミックレンジを下回る範囲１１２が生じ得る。このような場合には、電圧低下を補償するロス補正を行なってもよい。但し、ロス補正機能は、必須の構成ではなく、適宜採用される機能である。

＜Ｃ．交信装置の回路構成＞
以下、電圧抑制機能を実現するための電圧抑制回路５０のいくつかの構成例について説明する。併せて、電圧抑制機能に加えてロス補正機能を実現するための構成例についても説明する。

（ｃ１：回路構成例１）
図４は、本発明の実施の形態に係るリーダライタ１の電圧抑制回路の回路構成例１を示す模式図である。図４（Ａ）を参照して、回路構成例１である電圧抑制回路５０Ａは、入力バッファ５１Ａと、ＡＣ（Alternating Current）カップリング５２Ａと、電圧抑制部５３Ａと、バイアス部５４Ａと、出力バッファ５５Ａとを含む。

電圧抑制回路５０Ａは、受信アンプ４０による増幅後の信号に含まれる交流成分を抽出して振幅の上下限を制限する。電圧抑制回路５０Ａでは、受信アンプ４０から出力される受信信号は、出力バッファ５５Ａの前段にて直流成分が印加されるとともに、出力バッファ５５Ａで非反転増幅される。

入力バッファ５１Ａは、受信アンプ４０から出力される受信信号を増幅する。入力バッファ５１Ａは、交流成分を抽出する前に信号を増幅する。より具体的には、入力バッファ５１Ａは、電源電圧Ｖｄと接地電位ＧＮＤとの間に直列接続された、トランジスタ５０１および抵抗５０２を含む。トランジスタ５０１のコレクタは電源電圧Ｖｄと電気的に接続され、エミッタは接地電位ＧＮＤと電気的に接続される。トランジスタ５０１のコレクタとエミッタ間には、受信アンプ４０からトランジスタ５０１のベースへ入力される受信信号に応じた電流が流れる。ノード５０３には、トランジスタ５０１のコレクタ−エミッタ間を流れる電流と抵抗５０２の抵抗値とに応じた電圧信号が生じる。この電圧信号がＡＣカップリング５２Ａへ入力される。

ＡＣカップリング５２Ａは、入力バッファ５１Ａで増幅後の受信信号から直流成分を取り除く。すなわち、ＡＣカップリング５２Ａは、受信アンプ４０から入力された増幅後の信号に含まれる交流成分を抽出する。ＡＣカップリング５２Ａは、直列接続されたコンデンサ５０４および抵抗５０５を含み、ハイパスフィルタとして機能する。すなわち、線路５０８には、主として交流成分のみを含む電圧信号が生じる。

電圧抑制部５３Ａは、ＡＣカップリング５２Ａから出力される、主として交流成分のみを含む電圧信号に対して、予め定められた上限を超える部分を抑制する。より具体的には、電圧抑制部５３Ａは、線路５０８と接地電位ＧＮＤとの間に接続方向を互いに異ならせた一対のダイオード５０６，５０７を含む。線路５０８に生じる電圧信号の正側の大きさがダイオード５０６の順方向電圧の絶対値を超えると、ダイオード５０６は導通状態になり、線路５０８の正側の電圧値をダイオード５０６の順方向電圧の大きさに抑制する。また、線路５０８に生じる電圧信号の負側の大きさがダイオード５０７の順方向電圧の絶対値を超えると、ダイオード５０７は導通状態になり、線路５０８の負側の電圧値をダイオード５０７の順方向電圧の大きさに抑制する。すなわち、電圧抑制部５３Ａは、正方向および負方向のクリップ回路である。なお、ダイオード５０６，５０７としては、例えば、逆回復特性に優れたショットキーバリアダイオードなどを用いてもよい。

線路５０８は、コンデンサ５０９を介して、バイアス部５４Ａと電気的に接続される。コンデンサ５０９により、線路５０８に生じる電圧信号の直流成分が取り除かれる。

バイアス部５４Ａは、電圧抑制部５３Ａから出力される電圧信号に対して、オフセットとしての直流成分を印加する。すなわち、受信アンプ４０による増幅後の信号に含まれる交流成分を抽出して振幅の上下限を制限後に、バイアス部５４Ａが直流成分を加えて、ＲＦモジュール２０のＡ／Ｄ変換回路２２へ出力する。より具体的には、バイアス部５４Ａは、電源電圧Ｖｄと接地電位ＧＮＤとの間に直列接続された抵抗５１０および抵抗５１１を含む。バイアス部５４Ａへ入力される電圧信号に対して、抵抗５１０と抵抗５１０との間の抵抗値の比率に応じた直流成分が印加される。

出力バッファ５５Ａは、ＲＦモジュール２０のＡ／Ｄ変換回路２２への出力段に設けられた単電源アンプであり、ＡＣカップリング５２Ａ、電圧抑制部５３Ａ、および、バイアス部５４Ａの回路動作が、Ａ／Ｄ変換回路２２のインピーダンスに影響されないようにする。より具体的には、出力バッファ５５Ａは、オペアンプ５１２を含む。オペアンプ５１２の出力は、そのまま入力の負側に帰還（ネガティブフィードバック）されており、これによって、オペアンプ５１２の入力の正側に与えられた電圧信号が非反転増幅されることになる。

最終的に、出力バッファ５５Ａ（オペアンプ５１２）の出力がＡ／Ｄ変換回路２２へ入力される。

以上のような回路動作によって、図３に示すような、ＲＦタグからの応答信号の信号強度が復調可能ダイナミックレンジ以内に収まるように、電圧の大きさが抑制される。Ａ／Ｄ変換回路２２へ入力される受信電圧の抑制特性は、電圧抑制部５３Ａのダイオード５０６，５０７での順方向電圧の大きさに依存する。そのため、Ａ／Ｄ変換回路２２のダイナミックレンジ、受信アンプ４０の受信ゲイン、送信ドライバ回路３０の送信ゲインなどに応じて、適切な順方向電圧の特性を有するダイオード５０６，５０７が選択される。

次に、図４（Ｂ）には、ロス補正機能を追加した電圧抑制回路５０Ａ＃の回路構成を示す。図４（Ｂ）を参照して、電圧抑制回路５０Ａ＃は、図４（Ａ）に示す電圧抑制回路５０Ａの出力段に、ロス補正部５６Ａを設けたものである。ロス補正部５６Ａ以外の回路構成については、電圧抑制回路５０と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。

ロス補正部５６Ａは、電圧抑制回路５０Ａの出力段に設けられた、信号抑制による生じる損失を補償する回路であり、出力バッファ５５Ａから出力される電圧信号を増幅する。より具体的には、ロス補正部５６Ａはトランジスタ５０１を含む。トランジスタ５０１のコレクタは、抵抗５１５を介して電源電圧Ｖｄと電気的に接続され、エミッタは、互いに並列接続された抵抗５１６およびコンデンサ５１７，５１８を介して、接地電位ＧＮＤと電気的に接続される。トランジスタ５１４のコレクタとエミッタ間には、オペアンプ５１２からトランジスタ５１４のベースへ入力される電圧信号に応じた電流が流れる。ノード５２０には、トランジスタ５０１のコレクタ−エミッタ間を流れる電流と抵抗５１５の抵抗値とに応じた電圧信号が生じる。この電圧信号がＡ／Ｄ変換回路２２へ入力される。抵抗５１５の抵抗値は、トランジスタ５０１のコレクタ−エミッタ間を流れることが許容される最大の電流値に応じて決定され、抵抗５１６の抵抗値は、トランジスタ５０１の増幅動作を安定化できるように決定される。コンデンサ５１７，５１８の容量（合成容量）は、トランジスタ５０１のコレクタ−エミッタ間を流れる電流に含まれるすべての交流成分について、十分にインピーダンスが低くなるように決定される。なお、図４（Ｂ）には、必要な容量を確保するために、２つのコンデンサを並列接続している例を示すが、単一のコンデンサまたはより多くのコンデンサを用いてもよい。

このようなロス補正部５６Ａを出力段に設けることで、電圧を抑制する機能を実装することで生じる損失（Ｓ／Ｎ比の低下）を補償して、リーダライタ１から遠い位置にＲＦタグが配置された場合であっても、リーダライタ１とＲＦタグとの間で安定した交信を行なうことができる。

（ｃ２：回路構成例２）
図５は、本発明の実施の形態に係るリーダライタ１の電圧抑制回路の回路構成例２を示す模式図である。図５（Ａ）を参照して、回路構成例２である電圧抑制回路５０Ｂは、入力バッファ５１Ａと、ＡＣカップリング５２Ａと、電圧抑制部５３Ｂと、バイアス部５４Ｂと、出力バッファ５５Ｂとを含む。

電圧抑制回路５０Ｂは、受信アンプ４０による増幅後の信号に含まれる交流成分を抽出して振幅の上下限を制限する。電圧抑制回路５０Ｂでは、受信アンプ４０から出力される受信信号は、出力バッファ５５Ｂの前段にて直流成分が印加されるとともに、出力バッファ５５Ｂで反転増幅される。

入力バッファ５１ＡおよびＡＣカップリング５２Ａは、図４に示す入力バッファ５１ＡおよびＡＣカップリング５２Ａとそれぞれ同一の回路構成を有しているので、詳細な説明は繰返さない。

電圧抑制部５３Ｂは、ＡＣカップリング５２Ａから出力される、主として交流成分のみを含む電圧信号に対して、予め定められた上限を超える部分を抑制する。より具体的には、電圧抑制部５３Ｂは、オペアンプ５２１を含む。オペアンプ５２１の出力とオペアンプ５２１の入力の負側との間には、抵抗５２２および一対のダイオード５２４，５２５が互いに並列接続されている。ダイオード５２４とダイオード５２５とは、接続方向を互いに異ならせてある。

オペアンプ５２１の入力の正側に接地電位（ＧＮＤ）を与えた場合には、オペアンプ５２１は、入力の負側に与えられた電圧信号を、前段にある抵抗５０５の抵抗値に対する抵抗５２２の抵抗値の比に応じた増幅率で反転増幅して出力する。ここで、オペアンプ５２１の入力の負側に帰還される電流が大きくなり過ぎて、抵抗５２２の両端に生じる電圧がダイオード５２４またはダイオード５２５の順方向電圧を超えると、当該順方向電圧を超えたダイオードが導通状態になる。ダイオード５２４，５２５のいずれかが導通状態になると、オペアンプ５２１の出力とオペアンプ５２１の入力の負側との間の抵抗値（インピーダンス）は大幅に減少し、これは、オペアンプ５２１での増幅率が大幅に減少することになる。

すなわち、オペアンプ５２１の入力の正側に与えられる電圧信号が大きくなり過ぎると、ダイオード５２４，５２５のいずれかが導通状態になり、オペアンプ５２１でのそれ以上の増幅が抑制される。その結果として、オペアンプ５２１の出力の電圧値が抑制されることになる。

出力バッファ５５Ｂは、ＲＦモジュール２０のＡ／Ｄ変換回路２２への出力段に設けられた単電源アンプであり、ＡＣカップリング５２Ａおよび電圧抑制部５３Ｂの回路動作が、Ａ／Ｄ変換回路２２のインピーダンスに影響されないようにする。より具体的には、出力バッファ５５Ｂは、オペアンプ５２８および抵抗５２３，５２９を含む。オペアンプ５２８の入力の正側に接地電位（ＧＮＤ）を与えた場合には、オペアンプ５２８は、入力の負側に与えられた電圧信号を、前段にある抵抗５２３の抵抗値に対する抵抗５２９の抵抗値の比に応じた増幅率で反転増幅して出力する。

電圧抑制部５３Ｂおよび出力バッファ５５Ｂにおいて、それぞれ反転増幅されるので、出力バッファ５５Ｂ（オペアンプ５２８）からは、受信アンプ４０から出力される受信信号と同相の信号が出力される。

バイアス部５４Ｂは、ＡＣカップリング５２Ａにて取り除かれた直流成分（オフセット）を付加する。すなわち、受信アンプ４０による増幅後の信号に含まれる交流成分を抽出して振幅の上下限を制限後に、バイアス部５４Ｂが直流成分を加えて、ＲＦモジュール２０のＡ／Ｄ変換回路２２へ出力する。より具体的には、バイアス部５４Ｂは、電源電圧Ｖｄと接地電位ＧＮＤとの間に直列接続された抵抗５２６および抵抗５２７を含む。バイアス部５４Ｂは、抵抗５２６と抵抗５２７との間の抵抗値の比率に応じた直流電圧を生成し、オペアンプ５２１，５２８の入力の正側にそれぞれ入力する。オペアンプ５２１，５２８では、バイアス部５４Ｂからの直流成分を入力される電圧信号に対するオフセットとして加算した上で、反転増幅をそれぞれ行なう。このようなオフセットの加算および反転増幅によって、所定のバイアス電圧を含む電圧信号がＡ／Ｄ変換回路２２へ出力される。

以上のような回路動作によって、図３に示すような、ＲＦタグからの応答信号の信号強度が復調可能ダイナミックレンジ以内に収まるように、電圧の大きさを抑制する。Ａ／Ｄ変換回路２２へ入力される受信電圧の抑制特性は、電圧抑制部５３Ｂのオペアンプ５２１に接続されるダイオード５２４，５２５での順方向電圧の大きさに依存する。そのため、Ａ／Ｄ変換回路２２のダイナミックレンジ、受信アンプ４０の受信ゲイン、送信ドライバ回路３０の送信ゲインなどに応じて、適切な順方向電圧の特性を有するダイオード５２４，５２５が選択される。

図５（Ｂ）には、ロス補正機能を追加した電圧抑制回路５０Ｂ＃の回路構成を示す。図５（Ｂ）を参照して、電圧抑制回路５０Ｂ＃は、図５（Ａ）に示す電圧抑制回路５０Ｂの出力段に、ロス補正部５６Ａを設けたものである。ロス補正部５６Ａの回路構成および回路動作については、図４（Ｂ）を参照して詳述したので、詳細な説明は繰返さない。

（ｃ３：回路構成例３）
図６は、本発明の実施の形態に係るリーダライタ１の電圧抑制回路の回路構成例３を示す模式図である。図６（Ａ）を参照して、回路構成例３である電圧抑制回路５０Ｃは、入力バッファ５１Ａと、ＡＣカップリング５２Ａと、電圧抑制部５３Ａと、バイアス部５４Ａと、出力バッファ５５Ｃとを含む。

電圧抑制回路５０Ｃは、受信アンプ４０による増幅後の信号に含まれる交流成分を抽出して振幅の上下限を制限する。電圧抑制回路５０Ｃでは、受信アンプ４０から出力される受信信号は、出力バッファ５５Ｃで非反転増幅されるとともに、出力バッファ５５Ｃの後段にて直流成分が印加される。

入力バッファ５１Ａ、ＡＣカップリング５２Ａ、電圧抑制部５３Ａ、およびバイアス部５４Ａは、図４に示す入力バッファ５１Ａ、ＡＣカップリング５２Ａ、電圧抑制部５３Ａ、およびバイアス部５４Ａとそれぞれ同一の回路構成を有しているので、詳細な説明は繰返さない。

出力バッファ５５Ｃは、ＲＦモジュール２０のＡ／Ｄ変換回路２２への出力段に設けられた両電源アンプであり、ＡＣカップリング５２Ａおよび電圧抑制部５３Ａの回路動作が、Ａ／Ｄ変換回路２２のインピーダンスに影響されないようにする。より具体的には、出力バッファ５５Ａは、正側の電源電圧Ｖｄおよび負側の電源電圧−Ｖｄの両方が供給されるオペアンプ５４２を含む。オペアンプ５４２の出力は、そのまま入力の負側に帰還（ネガティブフィードバック）されており、これによって、オペアンプ５４２の入力の正側に与えられた電圧信号が非反転増幅されることになる。

最終的に、オペアンプ５４２の出力がコンデンサ５４３を介して、バイアス部５４Ａへ入力される。コンデンサ５４３により、オペアンプ５４２の出力信号に含まれる直流成分が取り除かれる。

また、図６（Ａ）に示す電圧抑制回路５０Ｃでは、オペアンプ５４２が正側および負側の電源電圧で駆動されるので、増幅率をより大きくすることができる。これによって、電圧抑制回路５０Ｃに生じる損失を低減できる。

図６（Ｂ）には、ロス補正機能を追加した電圧抑制回路５０Ｃ＃の回路構成を示す。図６（Ｂ）を参照して、電圧抑制回路５０Ｃ＃は、図６（Ａ）に示す電圧抑制回路５０Ｃの出力段に、ロス補正部５６Ａを設けたものである。ロス補正部５６Ａの回路構成および回路動作については、図４（Ｂ）を参照して詳述したので、詳細な説明は繰返さない。

（ｃ４：回路構成例４）
図７は、本発明の実施の形態に係るリーダライタ１の電圧抑制回路の回路構成例４を示す模式図である。図７（Ａ）を参照して、回路構成例４である電圧抑制回路５０Ｄは、ＡＣカップリング５２Ａと、電圧抑制部５３Ｂと、バイアス部５４Ａと、出力バッファ５５Ｄとを含む。

電圧抑制回路５０Ｄは、受信アンプ４０による増幅後の信号に含まれる交流成分を抽出して振幅の上下限を制限する。電圧抑制回路５０Ｄでは、受信アンプ４０から出力される受信信号は、出力バッファ５５Ｄの前段にて直流成分が印加されるとともに、出力バッファ５５Ｄで非反転増幅される。なお、電圧抑制回路５０Ｄでは、受信アンプ４０から出力される受信信号を増幅するための入力バッファが省略されている。

ＡＣカップリング５２Ａ、電圧抑制部５３Ａ、およびバイアス部５４Ａは、図４に示すＡＣカップリング５２Ａ、電圧抑制部５３Ａ、およびバイアス部５４Ａとそれぞれ同一の回路構成を有しているので、詳細な説明は繰返さない。

出力バッファ５５Ｄは、エミッタ接地されたトランジスタを用いた増幅器であり、ＲＦモジュール２０のＡ／Ｄ変換回路２２への出力段に設けられる。出力バッファ５５Ｄは、ＡＣカップリング５２Ａ、電圧抑制部５３Ａ、および、バイアス部５４Ａの回路動作が、Ａ／Ｄ変換回路２２のインピーダンスに影響されないようにする。より具体的には、出力バッファ５５Ｄは、電源電圧Ｖｄと接地電位ＧＮＤとの間に直列接続された、トランジスタ５３１および抵抗５３２を含む。トランジスタ５０１のコレクタは電源電圧Ｖｄと電気的に接続され、エミッタは接地電位ＧＮＤと電気的に接続される。トランジスタ５３１のコレクタとエミッタ間には、受信アンプ４０からトランジスタ５３１のベースへ入力される受信信号に応じた電流が流れる。ノード５３３には、トランジスタ５３１のコレクタ−エミッタ間を流れる電流と抵抗５３２の抵抗値とに応じた電圧信号が生じる。この電圧信号がＡ／Ｄ変換回路２２へ出力される。

また、図７（Ａ）に示す電圧抑制回路５０Ｄを採用することで、より回路構成を簡素化することができ、これによって、製造コストを低減することができる。

図７（Ｂ）には、ロス補正機能を追加した電圧抑制回路５０Ｄ＃の回路構成を示す。図７（Ｂ）を参照して、電圧抑制回路５０Ｄ＃は、図７（Ａ）に示す電圧抑制回路５０Ｄの出力段に、ロス補正部５６Ａを設けたものである。ロス補正部５６Ａの回路構成および回路動作については、図４（Ｂ）を参照して詳述したので、詳細な説明は繰返さない。

（ｃ５：回路構成例５）
図８は、本発明の実施の形態に係るリーダライタ１の電圧抑制回路の回路構成例５を示す模式図である。図８（Ａ）を参照して、回路構成例５である電圧抑制回路５０Ｅは、ＡＣカップリング５２Ａと、電圧抑制部５３Ｂと、バイアス部５４Ａと、出力バッファ５５Ｄとを含む。

電圧抑制回路５０Ｅは、受信アンプ４０による増幅後の信号に含まれる交流成分を抽出して振幅の上下限を制限する。電圧抑制回路５０Ｅでは、受信アンプ４０から出力される受信信号は、出力バッファ５５Ｄの前段にて直流成分が印加されるとともに、出力バッファ５５Ｄで非反転増幅される。なお、電圧抑制回路５０Ｅでは、受信アンプ４０から出力される受信信号を増幅するための入力バッファが省略されている。

図８（Ａ）に示す電圧抑制回路５０Ｅは、図７（Ａ）に示す電圧抑制回路５０Ｄに比較して、バイアス部５４Ａと出力バッファ５５Ｄとの接続関係が反対になっている。すなわち、図８（Ａ）に示す電圧抑制回路５０Ｅにおいては、電圧抑制部５３Ａの後段に、出力バッファ５５Ｄが配置され、その後段にバイアス部５４Ａが配置されている。それ以外の回路構成および回路動作については、図７（Ａ）を参照して詳述したので、詳細な説明は繰返さない。

また、図８（Ａ）に示す電圧抑制回路５０Ｅを採用することで、より回路構成を簡素化することができ、これによって、製造コストを低減することができる。

図８（Ｂ）には、ロス補正機能を追加した電圧抑制回路５０Ｅ＃の回路構成を示す。図８（Ｂ）を参照して、電圧抑制回路５０Ｅ＃は、図８（Ａ）に示す電圧抑制回路５０Ｅの出力段に、ロス補正部５６Ａを設けたものである。ロス補正部５６Ａの回路構成および回路動作については、図４（Ｂ）を参照して詳述したので、詳細な説明は繰返さない。

＜Ｄ．検証結果＞
本願発明者らは、上述のような電圧抑制回路を含むリーダライタの交信安定度の向上効果を検証した。その検証結果の一例を以下に示す。

図９は、本発明の実施の形態に係るリーダライタ１における交信安定度の検証結果の一例を示す図である。図９には、（Ａ）：電圧抑制回路５０を含まない構成（受信アンプ４０の出力がＲＦモジュール２０へ直接入力されている構成）、（Ｂ）：図４（Ａ）に示す電圧抑制回路５０Ａを含む構成、（Ｃ）：図４（Ｂ）に示す電圧抑制回路５０Ａ＃を含む構成、の３種類について、リーダライタ１とＲＦタグとの間の距離を順次変化させて、交信の可否を調査した結果を示す。

図９（Ａ）の結果と図９（Ｂ）の結果とを比較するとわかるように、ＲＦタグがリーダライタ１に近接して配置されている場合であっても、受信信号の電圧（受信電圧）が抑制されることで、復調可能ダイナミックレンジ内に収めることができる。これによって、交信可能エリアの遠距離側の範囲をほぼ維持しつつ、近距離側の範囲を拡大できていることがわかる。

さらに、図９（Ｃ）に示すように、ロス補正機能を有する電圧抑制回路を採用することで、交信可能エリアの遠距離側の範囲を、電圧抑制回路が存在しない回路構成とほぼ同様の範囲まで維持できる。

このように、本実施の形態に係る電圧抑制回路を採用することで交信可能エリアを拡大させることができ、それによって、交信安定度を向上できることが検証された。

＜Ｅ．その他の実施の形態＞
図４〜図８には、回路コンポーネントを用いた回路図を例示したが、この回路を実装する形態としては、任意の構成を採用することができる。例えば、その全部または一部をＩＣ化してもよいし、基板上に形成された導線パターンにより実装してもよい。また、電圧抑制回路を説明するために、受信アンプと電圧抑制回路とを分けて記載したが、受信アンプの回路内に電圧抑制回路を実装してもよい。

ゲイン切替回路６０により受信アンプ４０（図１）の受信ゲインがいずれに設定されても、上述の電圧抑制回路５０は機能する。但し、受信ゲインが変化することによって、受信アンプ４０から出力される受信電圧のレンジが変化するので、このレンジ変化に応じて、抑制特性（制限される振幅の上下限の値）を切替えてもよい。

＜Ｆ．利点＞
以上のとおり、本実施の形態のリーダライタ１においては、ＲＦモジュール２０のＡ／Ｄ変換回路２２（検知部）に入力される、受信アンプ４０での増幅後の信号の強度を予め定められた上限を超えないように抑制することで、リーダライタ１とＲＦタグとの距離が近くても、受信電圧を復調可能ダイナミックレンジ内に収めることができる。これにより、リーダライタの設置余裕度（交信可能なＲＦタグまでの距離（交信可能エリアの範囲）の大きさ）を大きくすることができ、交信安定度を向上できる。

また、本実施の形態によれば、リーダライタ１とＲＦタグとの距離に応じて、受信ゲインを切替える必要がないので、交信に要する時間を増大させることなく、交信可能な範囲を拡大できる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１リーダライタ、１０プロセッサ、２０モジュール、２２Ａ／Ｄ変換回路、３０送信ドライバ回路、３２ターミナル、４０受信アンプ、４２共振コンデンサ、５０，５０Ａ〜５０Ｅ，５０Ａ＃〜５０Ｅ＃電圧抑制回路、５１Ａ入力バッファ、５２ＡＡＣカップリング、５３Ａ，５３Ｂ電圧抑制部、５４Ａ，５４Ｂバイアス部、５５Ａ，５５Ｂ，５５Ｃ，５５Ｄ出力バッファ、５６Ａロス補正部、６０ゲイン切替回路、７０アンテナ、５０１，５１４，５３１トランジスタ、５０２，５０５，５１０，５１１，５１５，５１６，５２２，５２３，５２６，５２７，５２９，５３２抵抗、５０３，５２０，５３３ノード、５０４，５０９，５１７，５１８，５４３コンデンサ、５０６，５０７，５２４，５２５ダイオード、５０８線路、５１２，５２１，５２８，５４２オペアンプ。

Claims

アンテナが電気的に接続されるターミナルと、
前記ターミナルと電気的に接続され、予め定められたコマンド信号が重畳された第１の無線信号を生成して前記アンテナから送信する送信部と、
前記ターミナルと電気的に接続され、ＲＦタグが前記第１の無線信号を受けて生成する第２の無線信号を前記アンテナから受信して増幅する増幅部と、
前記増幅部による増幅後の信号の強度を検知する検知部と、
前記検知部に入力される増幅後の信号の強度を予め定められた上限を超えないように抑制する抑制部とを備える、交信装置。
前記抑制部は、前記増幅後の信号に含まれる交流成分を抽出して振幅の上下限を制限する、請求項１に記載の交信装置。
前記抑制部は、接続方向を互いに異ならせた一対のダイオードを含む、請求項２に記載の交信装置。
前記抑制部は、交流成分を抽出する前に信号を増幅する第１のバッファを含む、請求項２または３に記載の交信装置。
前記抑制部は、振幅の上下限を制限後に、直流成分を加えて前記検知部へ出力する、請求項２〜４のいずれか１項に記載の交信装置。
前記抑制部は、前記検知部への出力段に設けられた第２のバッファを含む、請求項２〜５のいずれか１項に記載の交信装置。
前記抑制部は、信号抑制による生じる損失を補償する回路を含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の交信装置。