JP3399016B2 - 非接触媒体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば、駅務で用い
られるタッチレスパスゲート装置としての自動改札機本
体の送信アンテナからの送信磁界を受信する受信アンテ
ナ内蔵タイプの定期券のような非接触媒体に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、上述例の非接触媒体における受信
部は、受信アンテナコイルと共振用コンデンサとを有す
るＬＣ並列共振回路で構成され、このＬＣ並列共振回路
によりデータパルスとクロックとの双方を受信すべく構
成されていた。

【０００３】しかし、このような受信部の構成では次の
ような問題点が発生する。すなわち、受信に供される上
述のＬＣ共振回路は周波数帯域が狭い関係上、キャリア
（carrier ）周波数に対して高速のデータ通信ができな
い問題点があった。

【０００４】また高速通信を行なうためには送信側のキ
ャリア周波数を高くする必要があるが、そのためには非
接触媒体の受信回路には高いキャリア周波数に充分応答
でき得る回路部品を用いる必要が生じ、コストアップと
なる問題点があった。

【０００５】加えて送信側変調部の構成としてはＰＳＫ
（phase-shift-keying、位相偏移キーイングのことで、
デジタル信号の量に応じて搬送波の位相を変化させる位
相変調）と、ＡＳＫ（amplitude-shift-keying、振幅を
信号波に従って変化させる変調）とがあり、ＰＳＫを用
いた場合には搬送波の有無に基づいてクロック検出を行
なうため、搬送波のない部分ではクロック検出が困難と
なり、ＡＳＫを用いた場合には周波数が変化するため良
好な伝送クロックの抽出が困難となり、クロックのジッ
タ（jitter、時間軸変動により生ずる誤差いわゆるズ
レ）等が発生し、高い信頼性を得ることができない問題
点があった。

【０００６】さらに、非接触媒体の電源は前述の受信ア
ンテナコイルと共振用コンデンサとによるＬＣ並列共振
回路から出力される交流信号を整流回路手段で整流して
取出しているが、送信側変調部の構成が前述の振幅を信
号波に従って変化させるＡＳＫである場合、データ
「１」では送信磁界を出力し、データ「０」ではなにも
出力しないので、このデータ「０」が続いた場合には、
前述のＬＣ並列共振回路からの電力が取出せない問題点
があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】この発明の請求項１記
載の発明は、共振回路を用いずにデータの受信を行なう
一方、ＬＣ並列共振回路によりクロックの受信を行なう
ことで、狭周波帯域の影響を受けることなくデータの受
信を行なう特異構成とし、低いキャリア周波数でありな
がら、高速のデータ通信を行なうことができ、またキャ
リア周波数が低いことにより、低速応答のリニア回路を
使用することができて、コストダウンを図ることができ
る非接触媒体の提供を目的とする。

【０００８】この発明の請求項２記載の発明は、上記請
求項１記載の発明の目的と併せて、キャリア１周期毎の
データパルスを容易に生成することができる非接触媒体
の提供を目的とする。

【０００９】この発明の請求項３記載の発明は、上記請
求項１又は２記載の発明の目的と併せて、上述のＬＣ並
列共振回路の発生電圧に基づいて生成したクロック間に
上述のデータパルスが有るか、無いかを検出すると共
に、クロック間データパルス有無とクロックとの両者に
基づいてデータを復調することにより、クロックのジッ
タが小さく、高信頼性のデータ通信を行なうことができ
る非接触媒体の提供を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１記載
の発明は、送信磁界を受信する非接触媒体であって、受
信アンテナコイルと共振用コンデンサとを並列に接続し
たＬＣ並列共振回路と、上記ＬＣ並列共振回路の出力か
らクロックを生成するクロック生成回路と、上記ＬＣ並
列共振回路における受信アンテナコイルのクロック生成
回路に対する非 接続側に接続してデータを受信するデー
タパルス受信コイルと、上記データパルス受信コイルの
出力からデータパルスを生成するデータパルス生成回路
と、上記ＬＣ並列共振回路における受信アンテナコイル
とアースとの間に接続して、ＬＣ並列共振回路の共振電
流を打消す打消しコイルとを備えた非接触媒体であるこ
とを特徴とする。

【００１１】この発明の請求項２記載の発明は、上記請
求項１記載の発明の構成と併せて、前記データパルス生
成回路に、前記データパルス受信コイルの発生電圧波形
をキャリア１周期毎に、該発生電圧波形に基づいて生成
した分圧波形と比較して、データパルスを生成する比較
回路を備えた非接触媒体であることを特徴とする。

【００１２】この発明の請求項３記載の発明は、上記請
求項１又は２記載の発明の構成と併せて、前記クロック
生成回路から出力されるクロック間に前記データパルス
生成回路から出力されるデータパルスの有無を検出する
クロック間受信パルス有無検出回路と、上記クロック間
受信パルス有無検出回路からの出力とクロックとに基づ
いてデータを復調する復調回路とを備えた非接触媒体で
あることを特徴とする。

【００１３】

【作用】この発明の請求項１記載の発明によれば、送信
磁界中のクロックはＬＣ並列共振回路で受信され、この
ＬＣ並列共振回路からは送信側のＬＣ直列共振ストップ
領域に対応する媒体側受信電圧の零レベル領域において
も減衰振動により共振回路発生電圧を得ることができ、
また送信磁界中のデータパルスは共振回路を用いないデ
ータパルス受信コイルで受信され、該受信コイルは打消
しコイルによって、ＬＣ並列共振回路の共振電流が相互
結合によりデータパルス受信コイルに誘導されるのを防
止するため、前述のデータパルス受信コイルからは送信
磁界中のデータパルスに対応した発生電圧を得ることが
できる。

【００１４】この発明の請求項２記載の発明によれば、
上述のデータパルス生成回路はデータパルス受信コイル
の発生電圧波形をキャリア１周期毎に、該発生電圧波形
に基づいて生成した分圧波形と比較して、データパルス
を生成する。

【００１５】この発明の請求項３記載の発明によれば、
クロック間受信パルス有無検出回路は上述のクロック生
成回路から出力されるクロック間に上述のデータパルス
生成回路から出力されるデータパルスが有るか否かを検
出し、上述の復調手段は、クロック間受信パルス有無検
出回路からの出力とクロックとの両者に基づいてデータ
を復調する。

【００１６】

【発明の効果】この発明の請求項１記載の発明によれ
ば、打消しコイルによって共振電流が相互結合によりデ
ータパルス受信コイルに誘導されるのを防止することが
できるため、共振回路を用いずにデータパルス受信コイ
ルでデータの受信を行な得るので、狭周波数帯域の影響
を受けることがなくデータの受信を行なうことができ、
この結果、低いキャリア周波数でありながら、高速のデ
ータ通信ができ、またキャリア周波数が低いことによ
り、低速応答のリニア回路を使用することができるた
め、コストダウンを図ることができる効果がある。

【００１７】この発明の請求項２記載の発明によれば、
上記請求項１記載の発明の効果と併せて、上述のデータ
パルス生成回路でキャリア１周期毎のデータパルスを容
易に生成することができる効果がある。

【００１８】この発明の請求項３記載の発明によれば、
上記請求項１又は２記載の発明の効果と併せて、上述の
減衰振動により適正な共振回路発生電圧を得るＬＣ並列
共振回路の発生電圧に基づいてズレのないクロックを生
成し、このクロック間にデータパルスが有るか無いかを
検出すると共に、検出されたクロック間のデータパルス
有無と上述のクロックとの両者に基づいてデータを復調
するので、クロックのジッタが小さく、高信頼性のデー
タ通信を行なうことができる効果がある。

【００１９】

【実施例】この発明の一実施例を以下図面に基づいて詳
述する。図面は非接触媒体を示し、図１において例えば
タッチレスパスゲート装置としての自動改札機本体に内
蔵された送信部１は、送信磁界Ｈを発信することで、カ
ード形状の定期券などの非接触媒体２に対してデータ通
信を行なう。

【００２０】上述の送信部１は、交流電源３にコンデン
サ４およびコイル５（送信アンテナコイル）を直列接続
して、ＬＣ直列共振回路６（抵抗を付加してＲＬＣ直列
共振回路にすることがより望ましい）を形成すると共
に、上述のコイル５と並列にスイッチ７を設けて、この
スイッチ７を変調回路８の出力によりＯＮ、ＯＦＦすべ
く構成している。

【００２１】図２に示すように無変調搬送波としてのキ
ャリアｅに対して、上述のスイッチ７を変調回路８出力
に対応してＯＮ、ＯＦＦすると、スイッチ７のＯＮ時に
ＬＣ直列共振がストップするので、送信電流Ｉおよび非
接触媒体２側の受信電圧Ｖは同図の如くなる。

【００２２】一方、上述の非接触媒体２側は次のように
構成している。すなわち、受信アンテナコイル９と共振
用コンデンサ１０とにより、送信磁界Ｈ中のクロックを
受信するＬＣ並列共振回路１１（コイル９とコンデンサ
１０との間に抵抗を介設することがより望ましい）を構
成し、送信磁界Ｈ中のデータを受信するデータパルス受
信コイル１２を別途設けると共に、各コイル９，１２の
交点とアースとの間には、ＬＣ並列共振回路１１の共振
電流が相互結合（相互インダクタンスＭ参照）によりデ
ータパルス受信コイル１２に誘導されるのを防止する目
的で、打消しコイル１３を接続している。

【００２３】上述の送信磁界Ｈは図３に示すように送信
電流Ｉ（図２）と略対応し、データパルス受信コイル発
生電圧Ｖｐに対してＬＣ並列共振回路１１の共振回路発
生電圧Ｖｃは共振用コンデンサ１０によりその位相が９
０度遅れると共に、送信側のＬＣ直列共振ストップ領域
に対応するデータパルス受信コイル発生電圧Ｖｐの零レ
ベル領域αにおいても、減衰振動により共振回路発生電
圧（図３の電圧波形β参照）を得ることができる。

【００２４】ここで、上述の非接触媒体２に対する各コ
イル９，１２，１３の形成エリアは、図４に示すように
受信アンテナコイル９を一番外側に形成し、この受信ア
ンテナコイル９の内側にデータパルス受信コイル１２を
形成し、このデータパルス受信コイル１２の内側に打消
しコイル１３を形成し、さらに必要部分を磁気シールド
する。

【００２５】さらに、上述のデータパルス受信コイル１
２の出力段には低域通過フィルタ１４いわゆるＬＰＦ
（ローパスフィルタ）と、ピークホールド回路１５とを
並列接続し、これら各回路１４，１５の出力を加算端子
１６を介して分圧回路１７に接続すると共に、この分圧
回路１７の出力ラインを比較器１８いわゆるコンパレー
タの一方の入力端子に接続し、かつ上述のデータパルス
受信コイル１２の出力ライン１９をダイレクトに上述の
比較器１８における他方の入力端子に接続して、この比
較器１８により上述のデータパルス受信コイル１２の発
生電圧Ｖｐの波形ｄ（図５参照）をキャリア１周期（こ
の実施例では４ビット）毎に比較して受信パルスＲＸＰ
を生成すべく構成している。

【００２６】すなわち図５に示すようにデータパルス受
信コイル発生電圧Ｖｐ（図５の波形ｄ参照）を、低域通
過フィルタ１４を通すことで零レベルの基準波形ａを形
成し、また上述のデータパルス受信コイル発生電圧Ｖｐ
を、ピークホールド回路１５でピークホールドすること
によりピークホールド波形ｂを形成し、加算端子１６で
上述の各波形ａ，ｂを加算した後に、この加算波形を分
圧回路１７（具体的には抵抗体による分圧回路）で１／
２に分圧して、分圧波形Ｃを形成する。

【００２７】そして、上述の分圧波形Ｃとデータパルス
受信コイル発生電圧Ｖｐの波形ｄとを、比較器１８で比
較することにより、図５に示すように受信パルスＲＸＰ
を生成する。

【００２８】一方、前述のＬＣ並列共振回路１１の出力
ライン２０をクロック生成手段としてのゼロクロスコン
パレータ２１の一方の入力端子に接続し、このゼロクロ
スコンパレータ２１の他方の入力端子はアースに接続し
て、同ゼロクロスコンパレータ２１の出力端子から図６
に示す如くクロックＣＬＫを出力すべく構成している。
つまり、このゼロクロスコンパレータ２１はＬＣ並列共
振回路１１の発生電圧Ｖｃに基づいて上述のクロックＣ
ＬＫを生成する関係上、このクロックＣＬＫは同図に示
す受信パルスＲＸＰに対してその位相が９０度遅れるこ
とになる。

【００２９】上述の各比較器１８，２１の出力段には、
クロック生成手段としてのゼロクロスコンパレータ２１
により発生されるクロックＣＬＫ間に上述の受信パルス
生成手段としての比較器１８から発生される受信パルス
ＲＸＰの有無を検出するクロック間受信パルス有無検出
手段としての検出回路２２を接続している。

【００３０】この検出回路２２は例えばゲートアレー
（gete array）によるＡＮＤ論理回路で構成され、図６
に示すようにクロックＣＬＫ間に受信パルスＲＸＰが有
る場合にはハイレベル信号いわゆる「１」信号を、無い
場合にはローレベル信号いわゆる「０」信号をそれぞれ
出力するので、同検出回路２２の出力は図７にｈで示す
ようになる。なお、図７においてクロックＣＬＫは図示
の便宜上、簡略的に示している。

【００３１】上述の検出回路２２の次段には、論理回路
により構成した復調手段としての復調回路２３を接続し
ている。この復調回路２３は上述の検出回路２２からの
出力ｈとクロックＣＬＫとに基づいてデータＤ0 ，Ｄ1
を復調する回路で、次の［表１］で示す真理値表（また
はテーブル）により４クロック分に対応する検出回路２
２の出力ｈに応じてハイレベル信号「１」またはローレ
ベル信号「０」を出力するので、復調されたデータＤ0
，Ｄ1 は図７の如くなる。

【００３２】

【表１】

【００３３】なお、上表において「０」はクロック間受
信パルスが無い場合に対応し、「１」はクロック間受信
パルスが有る場合に対応する。また前述の送信部１にお
けるスイッチ７は検出回路出力ｈの「０」に対応してＯ
Ｎ、「１」に対応してＯＦＦとなるように変調回路８で
データが変換される。

【００３４】このように共振回路を用いることなく前述
のデータパルス受信コイル１２でデータの受信を行なう
ので、狭周波数帯域の影響を受けない。このため低いキ
ャリア周波数でありながら、高速のデータ通信ができ、
またキャリア周波数が低いことにより、低速応答のリニ
ア回路を使用することができるので、非接触媒体２を構
成する回路部品のコストダウンを図ることができる効果
がある。

【００３５】また上述の比較器１８（受信パルス生成手
段）でキャリア１周期毎の受信パルスＲＸＰを容易に生
成することができる効果がある。

【００３６】加えて、上述の減衰振動により適正な共振
回路発生電圧Ｖｃ（特に図３のβ参照）を得るＬＣ並列
共振回路１１の発生電圧に基づいてゼロクロスコンパレ
ータ２１がズレのないクロックＣＬＫ（図６参照）を生
成し、検出回路２２はクロックＣＬＫ間に受信パルスＲ
ＸＰが有るか無いかを検出すると共に、検出されたクロ
ック間受信パルス有無（検出回路２２の出力ｈ参照）と
上述のクロックＣＬＫとの両者に基づいて復調回路２３
がデータＤ0 ，Ｄ1 を復調するので、クロックＣＬＫの
ジッタが小さく、高信頼性のデータ通信を行なうことが
できる効果がある。

【００３７】さらに送信部１のコイル５（送信アンテナ
コイル）と受信側の受信アンテナコイル９との間の離間
距離の影響に対して受信電圧の変動を防止することがで
きるので、オートゲインコントロール回路いわゆるＡＧ
Ｃなどの複雑な回路が不要となる効果がある。以下、こ
の点について詳述する。

【００３８】上述の交流電源３の電圧をＥ、送信電流を
Ｉ、コイル５の自己インダクタンスをＬ１、コンデンサ
４のキャパシタンスをＣ1 、送信部１の内部抵抗（但
し、ＲＬＣ直列共振回路とした場合にはその抵抗値）を
Ｒ１、コイル９の自己インダクタンスをＬ2 、コンデン
サ１０のキャパシタンスをＣ2 、共振回路１１の内部抵
抗（但し、コイル９とコンデンサ１０との間に抵抗を介
設した場合にはその抵抗値）をＲ2 、コイル５，９間の
相互インダクタンスをＭ１とし、１／ωＣ1 ＝ωＬ1 ，
１／ωＣ2 ＝ωＬ2(但し、ω＝２πｆ）の条件が成立す
る共振点での送信部１のインピーダンスＺを求めると次
に［数１］で示すようになる。

【００３９】

【数１】

【００４０】また送信電流Ｉは交流回路のオームの法則
により次の［数２］で求めることができる。

【００４１】

【数２】

【００４２】上式における各コイル５，９間の相互イン
ダクタンスＭ1 は次の「数３］に示す通りである。

【００４３】

【数３】

【００４４】但しｋは結合係数で、送信アンテナコイル
５と受信アンテナコイル９との間の距離が近づくにつれ
て大となる。

【００４５】このように上記両者５，９間の距離が近づ
くにつれて結合係数ｋが大となり、これにより相互イン
ダクタンスＭ1 が次第に大きくなって、上述の［数２］
で示した式において電圧Ｅを相互インダクタンスＭ1 の
２乗で除した値にほぼ比例する上述の送信電流Ｉは距離
が近づくにつれて減少する。

【００４６】この送信電流Ｉと受信アンテナコイル９の
磁界Ｈとは正比例の関係にあり、両者Ｉ，Ｈが比例する
ので、上述の送信電流Ｉの距離による減少に起因して、
受信アンテナコイル９側の磁界Ｈおよび受信電圧が過大
となるのを防止することができ、このため媒体側受信回
路構成の簡略化を図ることができる。

【００４７】さらに、前述の［表１］で示す真理値表に
おいて、４クロック分を符号化の１単位として２ビット
のデータＤ0 ，Ｄ1 を設定しているが、上述の４クロッ
ク分（４周期）は「０」が受信パルスの無い部分であ
り、「１」は受信パルスが有る部分であって、図３で示
すように、データパルス受信コイル１２の発生電圧Ｖｐ
の零レベル領域αは上述の「０」、他の高いレベル領域
が「１」に対応する。

【００４８】上述のような４クロック分を符号化の１単
位として得るには、当然送信側の変調回路８で上述の符
号化に対応するよう変調する。すなわち、データを構成
する信号の４周期（４クロック分）を符号化の１単位に
設定し、この４周期のうち、１周期には出力を小または
無しにし他の周期に出力を持たせて、データの符号を形
成すべく変調する。

【００４９】したがって、前述のデータパルス受信コイ
ル１２の発生電圧Ｖｐから非接触媒体の電源を取出した
場合（すなわち、発生電圧Ｖｐを整流回路手段で整流し
て取出した場合）、送信データが「０」に対応するデー
タであっても、このデータを構成する符号化単位中に
は、すなわち、４クロック分（４周期）の信号中には３
クロック分（３周期）に発生電圧Ｖｐの高レベル領域が
存在するため、例え、前述の送信データが「０」であっ
ても、電力の取出しが零になることがなく、安定した電
源が得られる。

【００５０】次の［表２］で示す真理値表において、８
クロック分（８周期）を符号化の１単位として４ビット
のデータＤ0 ，Ｄ1 ，Ｄ2 ，Ｄ3 を設定した場合を示
し、この場合も「０」は受信パルスが無い部分、「１」
は受信パルスが有る部分である。

【００５１】

【表２】

【００５６】この場合も送信側変調回路８で、真理値表
に対応するように変調するが、この符号化において（表
２参照）、第１周期目は「１」の受信パルスが生じるよ
うに設定して、最終の第８周期目が「０」になっても、
データ送信時にこの「０」が連続しないように設定して
いる。さらに、他の周期部分でも「０」の受信パルスの
無い部分が重ならないように設定する。

【００５２】このような符号になるよう変調回路８でデ
ータを変調することは前述の場合と同様であって、この
ように符号化すると、非接触媒体側では安定した電源を
確保することができる。

【００５３】なお、ＬＣ並列共振回路１１の発生電圧Ｖ
ｃ（図３参照）からも電源を取出すこともできる。

【００５４】この発明の構成と、上述の実施例との対応
において、この発明のデータパルス生成回路は、実施例
の低域通過フィルタ１４、ピークホールド１５、加算端
子１６、分圧回路１７、比較器１８に対応し、以下同様
に、クロック生成回路は、ゼロクロスコンパレータ２１
に対応し、クロック間受信パルス有無検出回路は、検出
回路２２に対応し、この発明は、上述の実施例の構成の
みに限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の非接触媒体を示す電気回路図。

【図２】 各部の波形を示す説明図。

【図３】 送信磁界に対する各発生電圧の変化を示す説
明図。

【図４】 非接触媒体に対する各コイルの形成エリアを
示す斜視図。

【図５】 受信パルスの生成を示す説明図。

【図６】 クロック間受信パルスの有無を示す説明図。

【図７】 復調データの生成を示す説明図。

【符号の説明】

２…非接触媒体 ８…変調回路 ９…受信アンテナコイル １０…共振用コンデンサ １１…ＬＣ並列共振回路 １２…データパルス受信コイル １８…比較器 ２１…ゼロクロスコンパレータ ２２…検出回路 ２３…復調回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−98189（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−84687（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−10606（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04B 5/00 - 5/02 H04B 1/06 H04B 1/18 H04B 7/26 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】送信磁界を受信する非接触媒体であって、 受信アンテナコイルと共振用コンデンサとを並列に接続
   したＬＣ並列共振回路と、上記ＬＣ並列共振回路の出力からクロックを生成するク
   ロック生成回路と、 上記ＬＣ並列共振回路における受信アンテナコイルのク
   ロック生成回路に対する非接続側に接続してデータを受
   信する データパルス受信コイルと、 上記データパルス受信コイルの出力からデータパルスを
   生成するデータパルス生成回路と、 上記ＬＣ並列共振回路における受信アンテナコイルとア
   ースとの間に接続して、ＬＣ並列共振回路の共振電流を
   打消す打消しコイルと を備えた 非接触媒体。
2. 【請求項２】前記データパルス生成回路に、前記データ
   パルス受信コイルの発生電圧波形をキャリア１周期毎
   に、該発生電圧波形に基づいて生成した分圧波形と比較
   して、データパルスを生成する比較回路を備えた 請求項１記載の非接触媒体。
3. 【請求項３】前記クロック生成回路から出力されるクロ
   ック間に前記データパルス生成回路から出力されるデー
   タパルスの有無を検出するクロック間受信パルス有無検
   出回路と、 上記クロック間受信パルス有無検出回路からの出力とク
   ロックとに基づいてデータを復調する復調回路とを備え
   た 請求項１又は２記載の非接触媒体。