JP2996731B2 - エネルギーおよびデータの無接触伝送システム - Google Patents
エネルギーおよびデータの無接触伝送システムInfo
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- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06K—GRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
- G06K19/00—Record carriers for use with machines and with at least a part designed to carry digital markings
- G06K19/06—Record carriers for use with machines and with at least a part designed to carry digital markings characterised by the kind of the digital marking, e.g. shape, nature, code
- G06K19/067—Record carriers with conductive marks, printed circuits or semiconductor circuit elements, e.g. credit or identity cards also with resonating or responding marks without active components
- G06K19/07—Record carriers with conductive marks, printed circuits or semiconductor circuit elements, e.g. credit or identity cards also with resonating or responding marks without active components with integrated circuit chips
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- G06K19/0726—Record carriers with conductive marks, printed circuits or semiconductor circuit elements, e.g. credit or identity cards also with resonating or responding marks without active components with integrated circuit chips the record carrier comprising an arrangement for non-contact communication, e.g. wireless communication circuits on transponder cards, non-contact smart cards or RFIDs the arrangement including a circuit for tuning the resonance frequency of an antenna on the record carrier
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Description
【発明の詳細な説明】 本発明は、請求項1の前文によるエネルギーおよびデ
ータを無接触で伝送するためのシステムに関する。
ータを無接触で伝送するためのシステムに関する。
このようなシステムは固定のステーションと、たとえ
ばチップカード、チップキーなどの形態の可動部分とを
含んでいる。固定ステーションは可動部分の作動のため
に必要なエネルギーを供給する。そのために一般に緩く
結合されたコイル対が設けられており、各コイルは可動
または固定部分の振動コイルに対応付けられている。エ
ネルギー伝達は高周波信号により行われる。この高周波
信号は可動部分において整流器ユニットおよび場合によ
ってはその後段に接続されている調節ユニットに供給さ
れる。このようなシステムはたとえば認識システム、出
発ゲート、チップカード、益獣を標識するための認識シ
ステムなどに応用される。
ばチップカード、チップキーなどの形態の可動部分とを
含んでいる。固定ステーションは可動部分の作動のため
に必要なエネルギーを供給する。そのために一般に緩く
結合されたコイル対が設けられており、各コイルは可動
または固定部分の振動コイルに対応付けられている。エ
ネルギー伝達は高周波信号により行われる。この高周波
信号は可動部分において整流器ユニットおよび場合によ
ってはその後段に接続されている調節ユニットに供給さ
れる。このようなシステムはたとえば認識システム、出
発ゲート、チップカード、益獣を標識するための認識シ
ステムなどに応用される。
無接触のエネルギー伝達を有するこのようなシステム
では伝達の最高の効率は、一次回路の伝達周波数が二次
回路の共振周波数に相当するときに得られる。一次回路
はたとえば固定部分の振動回路を、また二次回路は可動
部分の振動回路を含んでいる。構成部分のパラメータ変
動および外部から入結合される擾乱の影響に基づいてこ
の要求は構成要素パラメータおよびその他の影響量の和
のなかでのみ達成可能である。可能なかぎり良好な信号
およびエネルギー伝達を達成するためには、二次回路の
調整が必要である。
では伝達の最高の効率は、一次回路の伝達周波数が二次
回路の共振周波数に相当するときに得られる。一次回路
はたとえば固定部分の振動回路を、また二次回路は可動
部分の振動回路を含んでいる。構成部分のパラメータ変
動および外部から入結合される擾乱の影響に基づいてこ
の要求は構成要素パラメータおよびその他の影響量の和
のなかでのみ達成可能である。可能なかぎり良好な信号
およびエネルギー伝達を達成するためには、二次回路の
調整が必要である。
ドイツ特許第3810702C2号明細書には、固定ステーシ
ョンが同調可能な振動回路を含んでおり、この振動回路
が、可能なかぎり良好な受入れが達成されるように可動
部分の振動回路への同調を実行するため制御回路により
駆動される無接触エネルギーおよびデータ伝送装置が示
されている。固定ステーションは別の振動回路を含んで
いる。振動回路から取り出し可能な信号は互いに相対的
な位相位置に関して評価される。それに関係して、可動
ステーションの同調すべき振動回路に対しては並列に位
置している直列に接続されているキャパシタンスダイオ
ードが制御される。
ョンが同調可能な振動回路を含んでおり、この振動回路
が、可能なかぎり良好な受入れが達成されるように可動
部分の振動回路への同調を実行するため制御回路により
駆動される無接触エネルギーおよびデータ伝送装置が示
されている。固定ステーションは別の振動回路を含んで
いる。振動回路から取り出し可能な信号は互いに相対的
な位相位置に関して評価される。それに関係して、可動
ステーションの同調すべき振動回路に対しては並列に位
置している直列に接続されているキャパシタンスダイオ
ードが制御される。
本発明の課題は、調整が可能なかぎり簡単な仕方で実
行かつ実現され得るエネルギーおよびデータの無接触伝
送のためのシステムを提供することにある。
行かつ実現され得るエネルギーおよびデータの無接触伝
送のためのシステムを提供することにある。
この課題は請求項1の特徴を有するシステムにより解
決される。
決される。
実施態様は従属請求項に記載されている。
二次回路に追加接続可能なキャパシタンスを設けるこ
とにより、二次回路が簡単に可能なかぎり高い信号およ
びエネルギー伝達に同調され得る。可動部分に含まれて
いる調節回路により同調は自動的に実行できる。これは
たとえばシステムの各始動の際に初期化相の間に実行さ
れる。それにより同調の際に、一次振動回路と二次振動
回路との間の結合に場合によっては擾乱の影響を及ぼし
得る瞬時的な周囲条件も考慮に入れられる。さらに構成
要素の経時変化が自動的に補償される。補償はたとえば
チップカードの操作、伝送の初期化のような短時間の変
化の際にも行われる。使用すべき構成要素は容易に集積
制御回路で実現できるので、回路およびコスト費用は比
較的わずかである。
とにより、二次回路が簡単に可能なかぎり高い信号およ
びエネルギー伝達に同調され得る。可動部分に含まれて
いる調節回路により同調は自動的に実行できる。これは
たとえばシステムの各始動の際に初期化相の間に実行さ
れる。それにより同調の際に、一次振動回路と二次振動
回路との間の結合に場合によっては擾乱の影響を及ぼし
得る瞬時的な周囲条件も考慮に入れられる。さらに構成
要素の経時変化が自動的に補償される。補償はたとえば
チップカードの操作、伝送の初期化のような短時間の変
化の際にも行われる。使用すべき構成要素は容易に集積
制御回路で実現できるので、回路およびコスト費用は比
較的わずかである。
以下、図面ににより本発明を一層詳細に説明する。
図1は本発明によるシステムの可動部分の原理回路
図、 図2は可動部分の制御回路に対する原理的実現例、ま
た 図3は図2の原理回路の回路技術的実施例を示す。
図、 図2は可動部分の制御回路に対する原理的実現例、ま
た 図3は図2の原理回路の回路技術的実施例を示す。
図1に示されている可動部分はインダクタンス1およ
びキャパシタンス2から成る並列振動回路を有する。振
動回路1、2の端子3、4に集積された制御装置12が接
続されている。端子3、4から取り出し可能な電圧は集
積回路12で整流され、平滑化され、また場合によっては
調節され、その際に得られる直列電圧は集積回路12に給
電するために使用される。振動回路1、2は固定の(図
示されていない)振動回路と誘導的に結合されている。
びキャパシタンス2から成る並列振動回路を有する。振
動回路1、2の端子3、4に集積された制御装置12が接
続されている。端子3、4から取り出し可能な電圧は集
積回路12で整流され、平滑化され、また場合によっては
調節され、その際に得られる直列電圧は集積回路12に給
電するために使用される。振動回路1、2は固定の(図
示されていない)振動回路と誘導的に結合されている。
振動回路1、2に並列にキャパシタンス5、6、7が
スイッチング要素8、9または10を用いて接続可能であ
る。スイッチはトランジスタとして構成できる。スイッ
チング要素8〜10は制御手段11により駆動される。この
手段11は、振動回路1、2の共振周波数がキャパシタン
ス5…7の1つまたはそれ以上の追加接続のもとに、イ
ンダクタンス1に入結合される一次回路への可能なかぎ
り良好な同調が達成されるように、変更されるように計
らう。そのために、可能なかぎり高い受信された電圧レ
ベルが達成されるような調節が実行されるように、振動
回路(端子3)において取り出し可能な電圧が制御装置
11に入結合される。
スイッチング要素8、9または10を用いて接続可能であ
る。スイッチはトランジスタとして構成できる。スイッ
チング要素8〜10は制御手段11により駆動される。この
手段11は、振動回路1、2の共振周波数がキャパシタン
ス5…7の1つまたはそれ以上の追加接続のもとに、イ
ンダクタンス1に入結合される一次回路への可能なかぎ
り良好な同調が達成されるように、変更されるように計
らう。そのために、可能なかぎり高い受信された電圧レ
ベルが達成されるような調節が実行されるように、振動
回路(端子3)において取り出し可能な電圧が制御装置
11に入結合される。
好ましくは、振動回路の共振周波数は既に、粗同調が
行われているように設定されている。このことは、相応
のQ値を有する構成要素の使用により達成され、または
検査装置において既に予補償がコンデンサ5…7の1つ
またはそれ以上の並列接続により実行され、またスイッ
チング設定が持続的にたとえば制御装置12の不揮発性メ
モリに記憶されることにより達成され得る。図1中に示
されている調節により次いで各システム始動の際に自動
的な精補償が実行できる。その際に外部の擾乱の影響お
よび構成要素の経時変化状態のような瞬時的な作動条件
も自動的に考慮に入れられる。
行われているように設定されている。このことは、相応
のQ値を有する構成要素の使用により達成され、または
検査装置において既に予補償がコンデンサ5…7の1つ
またはそれ以上の並列接続により実行され、またスイッ
チング設定が持続的にたとえば制御装置12の不揮発性メ
モリに記憶されることにより達成され得る。図1中に示
されている調節により次いで各システム始動の際に自動
的な精補償が実行できる。その際に外部の擾乱の影響お
よび構成要素の経時変化状態のような瞬時的な作動条件
も自動的に考慮に入れられる。
制御装置11の原理的実現例が図2に示されている。可
動部分の振動回路のインダクタンス1に並列に、簡略化
した図示の仕方で、複数個の制御線40を介してスイッチ
ング可能なキャパシタンスを有するキャパシタンス回路
網30が示されている。キャパシタンスはそれぞれ異なる
キャパシタンス値または等しいキャパシタンス値を有し
得る。データ線40は制御装置31により、可能なかぎり良
好な同調が一次回路に存在するように設定される。その
ために回路は、差動サンプル・アンド・ホールド検出器
の機能を実行する装置33を有する。入力側で装置33に、
振動回路1から取り出し可能な電圧が供給される。出力
側で装置33は端子41に振動回路電圧の瞬時値に相応する
出力信号を発生し、また端子42にそれに対して時間的に
ずらされた電圧信号を発生する。出力端41、42はコンパ
レータ34の入力端と接続されている。コンパレータは、
振動回路電圧の瞬時値が時間的により速い電圧値よりも
高いか低いかを決定する。コンパレータ34の相応の出力
信号は制御装置31に供給される。制御装置31はコンパレ
ータ34のサンプリング時点および装置33のサンプリング
時点を制御する。装置31はアルゴリズムにより制御され
る、そのためにソフトウェアにより支援されるマイクロ
プロセッサを用いることが可能である。図3中に示され
ているように、カウンタを用いることも可能である。装
置31に対するこれらの実現可能性はクロックされる作動
の仕方を前提としている。このクロックはたとえばコン
パレータ32を介して振動回路電圧から導出され、また装
置31に供給される。さらに、時間設定を制御装置31に伝
達する装置35が設けられている。たとえば装置35により
決定された継続時間を超過すると、制御過程が打ち切ら
れる。正確な同調を可能にしない作動条件が存在するな
らば、または故障した機能ユニットが存在するならば、
同調過程は時間設定の経過後に終了し、システムは作動
準備状態となる。さらに、正常作動中、たとえばデータ
伝送中の結合の変化の際に補償過程が開始されることが
防止される。これはさもなければ伝送の誤りに通じるお
それがある。
動部分の振動回路のインダクタンス1に並列に、簡略化
した図示の仕方で、複数個の制御線40を介してスイッチ
ング可能なキャパシタンスを有するキャパシタンス回路
網30が示されている。キャパシタンスはそれぞれ異なる
キャパシタンス値または等しいキャパシタンス値を有し
得る。データ線40は制御装置31により、可能なかぎり良
好な同調が一次回路に存在するように設定される。その
ために回路は、差動サンプル・アンド・ホールド検出器
の機能を実行する装置33を有する。入力側で装置33に、
振動回路1から取り出し可能な電圧が供給される。出力
側で装置33は端子41に振動回路電圧の瞬時値に相応する
出力信号を発生し、また端子42にそれに対して時間的に
ずらされた電圧信号を発生する。出力端41、42はコンパ
レータ34の入力端と接続されている。コンパレータは、
振動回路電圧の瞬時値が時間的により速い電圧値よりも
高いか低いかを決定する。コンパレータ34の相応の出力
信号は制御装置31に供給される。制御装置31はコンパレ
ータ34のサンプリング時点および装置33のサンプリング
時点を制御する。装置31はアルゴリズムにより制御され
る、そのためにソフトウェアにより支援されるマイクロ
プロセッサを用いることが可能である。図3中に示され
ているように、カウンタを用いることも可能である。装
置31に対するこれらの実現可能性はクロックされる作動
の仕方を前提としている。このクロックはたとえばコン
パレータ32を介して振動回路電圧から導出され、また装
置31に供給される。さらに、時間設定を制御装置31に伝
達する装置35が設けられている。たとえば装置35により
決定された継続時間を超過すると、制御過程が打ち切ら
れる。正確な同調を可能にしない作動条件が存在するな
らば、または故障した機能ユニットが存在するならば、
同調過程は時間設定の経過後に終了し、システムは作動
準備状態となる。さらに、正常作動中、たとえばデータ
伝送中の結合の変化の際に補償過程が開始されることが
防止される。これはさもなければ伝送の誤りに通じるお
それがある。
図2に示されている原理回路の回路技術的実現例が図
3に示されている。その際に等しい要素には等しい符号
が付されている。制御要素としてここには順方向/逆方
向カウンタ51が設けられている。その出力端40はキャパ
シタンス回路網30を駆動するための制御線を形成する。
制御線40がカウンタ51の2進出力端と接続されているな
らば、回路網30に含まれており振動回路に並列に接続可
能なコンデンサは、それらのキャパシタンス値に関して
2進に段階付けられると好適である。コンパレータ34の
出力端はカウンタ51の順方向/逆方向カウント入力端と
接続されている。カウンタ51の入力端52にはレリーズ信
号が供給される。コンパレータ32はカウンタ51のクロッ
ク入力端と接続されている。
3に示されている。その際に等しい要素には等しい符号
が付されている。制御要素としてここには順方向/逆方
向カウンタ51が設けられている。その出力端40はキャパ
シタンス回路網30を駆動するための制御線を形成する。
制御線40がカウンタ51の2進出力端と接続されているな
らば、回路網30に含まれており振動回路に並列に接続可
能なコンデンサは、それらのキャパシタンス値に関して
2進に段階付けられると好適である。コンパレータ34の
出力端はカウンタ51の順方向/逆方向カウント入力端と
接続されている。カウンタ51の入力端52にはレリーズ信
号が供給される。コンパレータ32はカウンタ51のクロッ
ク入力端と接続されている。
図3の具体的な実施例では、コンパレータ34のプラス
入力端は、入力側に振動回路の電圧信号を供給されるサ
ンプル・アンド・ホールド回路50と接続されている。コ
ンパレータ34のマイナス入力端には直接に振動回路電圧
が与えられている。コンパレータ34においてサンプル・
アンド・ホールド回路50から発生されたピーク値がその
瞬間の振動回路電圧と比較される。補償の開始時にたと
えば、サンプル・アンド・ホールド回路50により供給さ
れた値がそのサンプリング時点で存在するより大きい離
調のゆえに瞬時値よりも低いことが確認される。コンパ
レータの出力端は次いで論理“0"を導き、それによりカ
ウンタ51がたとえばアップカウントに切換えられる。そ
れにより制御線40を介してキャパシタンス回路網30が、
インダクタンス1に追加接続可能なキャパシタンスが高
められるように変更される。同調の最大を超過すると、
コンパレータ34のプラス入力端に与えられている電圧レ
ベルはマイナス入力端に与えられている電圧レベルより
も高くなる。コンパレータ34の出力端は次いで論理“1"
に切換わり、従ってカウンタはたとえばダウンカウント
に切換わる。コンパレータの出力信号の切換わりの際に
それぞれカウント方向が変更される。こうしてキャパシ
タンス回路網30が最良可能な結合に調整される。端子52
を介して次いで補償過程が凍結される。
入力端は、入力側に振動回路の電圧信号を供給されるサ
ンプル・アンド・ホールド回路50と接続されている。コ
ンパレータ34のマイナス入力端には直接に振動回路電圧
が与えられている。コンパレータ34においてサンプル・
アンド・ホールド回路50から発生されたピーク値がその
瞬間の振動回路電圧と比較される。補償の開始時にたと
えば、サンプル・アンド・ホールド回路50により供給さ
れた値がそのサンプリング時点で存在するより大きい離
調のゆえに瞬時値よりも低いことが確認される。コンパ
レータの出力端は次いで論理“0"を導き、それによりカ
ウンタ51がたとえばアップカウントに切換えられる。そ
れにより制御線40を介してキャパシタンス回路網30が、
インダクタンス1に追加接続可能なキャパシタンスが高
められるように変更される。同調の最大を超過すると、
コンパレータ34のプラス入力端に与えられている電圧レ
ベルはマイナス入力端に与えられている電圧レベルより
も高くなる。コンパレータ34の出力端は次いで論理“1"
に切換わり、従ってカウンタはたとえばダウンカウント
に切換わる。コンパレータの出力信号の切換わりの際に
それぞれカウント方向が変更される。こうしてキャパシ
タンス回路網30が最良可能な結合に調整される。端子52
を介して次いで補償過程が凍結される。
振動回路から取り出し可能な信号の時間的にずらされ
た少なくとも2つの信号レベルの相対的評価は、上記の
実施例に対して代替的に、振動回路に補償中に追加的な
コンデンサが交互に接続され、かつ再び切り離されるこ
とによっても実施することができる。それにより振動回
路から相い異なる電圧振幅を有する信号が発せられ、こ
れらの信号が互いに相対的に評価される。追加的なコン
デンサの両スイッチング状態での両信号値の比較により
一義的に同調改善のための必要な措置が推定できる。追
加的なコンデンサを追加接続した際の信号がコンデンサ
を切り離した際の信号よりも高いならば、別の同調コン
デンサが同調の改善のために追加接続されなければなら
ない(またはその逆)。この過程の繰り返しにより最後
に、両評価状態(接続されている追加的なコンデンサ有
りおよび無し)がほぼ振動回路に等しい出力信号を供給
する同調状態が到達される。その場合同調の別の改善
は、追加的なコンデンサの半分のキャパシタンス値を有
する同調コンデンサが振動回路に接続されることにより
達成される。この措置は特に、変調コンデンサがいずれ
にせよ存在し、それによりディジタル信号値がキャリア
上で変調されて固定ステーションに伝送されるときに適
している。その場合変調コンデンサは、好ましくは、上
記の追加的なコンデンサとして使用される。
た少なくとも2つの信号レベルの相対的評価は、上記の
実施例に対して代替的に、振動回路に補償中に追加的な
コンデンサが交互に接続され、かつ再び切り離されるこ
とによっても実施することができる。それにより振動回
路から相い異なる電圧振幅を有する信号が発せられ、こ
れらの信号が互いに相対的に評価される。追加的なコン
デンサの両スイッチング状態での両信号値の比較により
一義的に同調改善のための必要な措置が推定できる。追
加的なコンデンサを追加接続した際の信号がコンデンサ
を切り離した際の信号よりも高いならば、別の同調コン
デンサが同調の改善のために追加接続されなければなら
ない(またはその逆)。この過程の繰り返しにより最後
に、両評価状態(接続されている追加的なコンデンサ有
りおよび無し)がほぼ振動回路に等しい出力信号を供給
する同調状態が到達される。その場合同調の別の改善
は、追加的なコンデンサの半分のキャパシタンス値を有
する同調コンデンサが振動回路に接続されることにより
達成される。この措置は特に、変調コンデンサがいずれ
にせよ存在し、それによりディジタル信号値がキャリア
上で変調されて固定ステーションに伝送されるときに適
している。その場合変調コンデンサは、好ましくは、上
記の追加的なコンデンサとして使用される。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04B 5/00 G06F 17/00
Claims (3)
- 【請求項1】第1の可動のステーションと第2のステー
ションとの間のエネルギーおよびデータを無接触で伝送
するためのシステムであって、ステーションの一方が集
積可能な制御回路(12)により駆動される同調可能な振
動回路(1、2)を有するシステムにおいて、可動ステ
ーションにおいて集積可能な制御回路(12)がスイッチ
ング手段(8、9、10)により振動回路(1、2)に並
列に追加接続可能な多数のキャパシタンス(5、6、
7)と、前記スイッチング手段(8、9、10)を駆動す
るための手段(11)とを有し、前記手段(11)に可動ス
テーションの振動回路(1、2)から取り出し可能な信
号が供給され、また振動回路(1、2)を同調させるた
めの前記スイッチング手段(8、9、10)の駆動が振動
回路(1、2)から取り出される信号の時間的にずらさ
れた少なくとも2つの信号レベルの相対的な評価に関係
して実行されることを特徴とするエネルギーおよびデー
タの無接触伝送システム。 - 【請求項2】前記手段(11)が、振動回路(1、2)か
ら取り出される信号の時間的にずらされた少なくとも2
つの信号レベルを互いに比較し得る比較装置(34)と、
また比較装置(34)の出力信号を供給される制御装置
(31;51)とを有し、前記比較装置の出力信号に関係し
てスイッチング手段(8、9、10)が駆動されることを
特徴とする請求項1記載のシステム。 - 【請求項3】制御装置(31;51)が振動回路(1、2)
から取り出し可能な信号によりクロック制御される順方
向/逆方向カウンタ(51)を含んでおり、またその順方
向/逆方向制御入力端が比較装置(34)の出力信号によ
り制御され、前記比較装置(34)がコンパレータであ
り、その第1の入力端(−)が振動回路から取り出され
る信号により制御され、また第2の入力端(+)がサン
プル・アンド・ホールド回路(50)を介して振動回路
(1、2)から取り出される信号により制御されること
を特徴とする請求項2記載のシステム。
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