JP3649081B2 - 非常に接近した結合で動作する電磁トランスポンダ読み取り端末 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁トランスポンダを使用したシステムに関する。電磁トランスポンダは、読取り／書込み端末と呼ばれる（一般に固定式の）装置から、非接触の無線方式で、質問を受けることができる（一般に移動式の）トランシーバである。より詳細には本発明は、独立した電源を持たないトランスポンダの読取り端末に関する。このようなトランスポンダは、トランスポンダ自体に含まれる電子回路が必要とする電源を、読取り／書込み端末のアンテナから放射された高周波数電磁界から取り出す。本発明は、トランスポンダ・データの読取りだけをおこなう端末とともに動作するように適合された読取り専用トランスポンダ、または端末によって修正可能なデータを含む読取り／書込みトランスポンダに適用される。
【０００２】
電磁トランスポンダは、トランスポンダ側および読取り／書込み端末側にあって、アンテナを形成する巻線を含む発振回路の使用に基づく。これらの回路は、トランスポンダが読取り／書込み端末の磁界の中に入ったときに、密な磁界によって結合される。トランスポンダ・システムの範囲、すなわち、トランスポンダが活動化される端末から最も遠い地点までの距離は、特に、トランスポンダのアンテナ・サイズ、磁界を発生させている発振回路のコイルの励振周波数、励振の強さ、およびトランスポンダの電力消費によって決まる。
【０００３】
【従来の技術】
図１に、読取り／書込み装置１（ＳＴＡ）とトランスポンダ１０（ＣＡＲ）の間でデータを交換する従来型のデータ交換システムの一例を、機能的かつ極めて概略的に示す。
【０００４】
一般に装置１は、実質的に、増幅器すなわちアンテナ結合器３（ＤＲＩＶ）の出力端子２ｐと基準電位（一般に大地電位）にある端子２ｍとの間にあって、コンデンサＣ１および抵抗Ｒ１と直列に接続されたインダクタンスＬ１から成る発振回路から構成される。増幅器３は、変調器４（ＭＯＤ）が供給した高周波伝送信号Ｔｘを受け取る。この変調器は、例えば水晶発振器５からの基準周波を受け取り、さらに、必要に応じて送信データ信号を受け取る。端末１からトランスポンダ１０へのデータ伝送が実施されない場合、信号Ｔｘは単に、トランスポンダが電磁界の中に入った場合にトランスポンダを活動化させる電源として使用される。送信データは、一般にディジタル方式の電子システム、例えばマイクロプロセッサ６（μＰ）から供給される。
【０００５】
図１に示した例では、コンデンサＣ１とインダクタンスＬ１との節点が、トランスポンダ１０から受信し、復調器７（ＤＥＭ）に送るデータ信号Ｒｘをサンプリングする端子を形成する。復調器の出力は、トランスポンダ１０から受信したデータを、（必要ならば復号器（ＤＥＣ）８を介して）読取り／書込み端末１のマイクロプロセッサ６に伝達する。復調器７は、一般に発振器５から、位相復調用のクロックすなわち基準信号を受け取る。復調は、インダクタンスＬ１の両端ではなく、コンデンサＣ１と抵抗Ｒ１の間でサンプリングした信号を基に実行してもよい。マイクロプロセッサ６は、（バスＥＸＴを介して）さまざまな入出力回路（キーボード、スクリーン、プロバイダへの送信手段など）、および／または処理回路と通信する。読取り／書込み端末の回路は、動作に必要な電力を、例えば給電システムに接続された電源回路９（ＡＬＩＭ）から取り出す。
【０００６】
トランスポンダ１０側では、コンデンサＣ２と並列のインダクタンスＬ２が、端末１の直列発振回路Ｌ１とＣ１によって生成された電磁界を捕捉するための並列発振回路（受信共振回路と呼ばれる）を形成する。トランスポンダ１０の共振回路（Ｌ２、Ｃ２）は、端末１の発振回路（Ｌ１、Ｃ１）の周波数と同調される。
【０００７】
コンデンサＣ２の端子に対応する共振回路Ｌ２、Ｃ２の端子１１、１２は、例えば４つのダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４から形成された整流ブリッジ１３の２つの交流入力端子に接続される。図１の表示では、ダイオードＤ１のアノードおよびダイオードＤ３のカソードが、端子１１に接続されている。ダイオードＤ２のアノードおよびダイオードＤ４のカソードは、端子１２に接続される。ダイオードＤ１、Ｄ２のカソードは、正の整流出力端子１４を形成する。ダイオードＤ３およびＤ４のアノードは、整流電圧の基準端子１５を形成する。コンデンサＣａが、ブリッジ１３の整流出力端子１４、１５に接続され、ブリッジによって供給された電力を蓄積し、整流された電圧を平滑化する。このダイオード・ブリッジの代わりに、単一の半波整流アセンブリを使用してもよい。
【０００８】
トランスポンダ１０が端末１の電磁界の中にあるとき、共振回路Ｌ２Ｃ２の両端に高周波電圧が発生する。この電圧は、ブリッジ１３によって整流され、コンデンサＣａによって平滑化されて、電圧調整器１６（ＲＥＧ）を介してトランスポンダの電子回路に電源電圧を供給する。一般にこのような回路には、実質上、（図示されていないメモリに結合された）マイクロプロセッサ（μＰ）１７、端末１から受信した信号の復調器１８（ＤＥＭ）、および端末１に情報を送信する変調器１９（ＭＯＤ）などが含まれる。トランスポンダは一般に、コンデンサＣ２の両端で整流前に再生された高周波信号からブロック２０によって取り出されたクロック（ＣＬＫ）によって同期がとられる。多くの場合、トランスポンダ１０の全ての電子回路は同じチップに集積化される。
【０００９】
トランスポンダ１０から装置１にデータを送信するためには、変調器１９が、共振回路Ｌ２、Ｃ２の変調（戻し変調（ｂａｃｋ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ））段を制御する。この変調段は一般に、端子１４と１５の間で直列な電子スイッチ（例えばトランジスタＴ）と抵抗Ｒから成る。トランジスタＴは、端末１の発振回路の励振信号の周波数（例えば１３．５６ＭＨｚ）よりもはるかに低い（一般に少なくとも１／１０）、いわゆる副搬送周波数（例えば８４７．５ｋＨｚ）で制御される。スイッチＴが閉じているとき、トランスポンダの発振回路には、回路１６、１７、１８、１９および２０から成る負荷に加えて追加の制動（ｄａｍｐｉｎｇ）が加えられ、そのため、トランスポンダは、高周波電磁界からより多くの電力を引き出す。端末１側では、増幅器３が、高周波励振信号の振幅を一定に維持している。したがってトランスポンダの電力変動は、アンテナＬ１を流れる電流の振幅および位相変動に変換される。この変化は、位相復調器または振幅復調器である端末１の復調器７によって検出される。例えば位相復調の場合、トランスポンダのスイッチＴが閉じている副搬送波の半周期の間に、復調器が、基準信号に対する信号Ｒｘの搬送波のわずかな移相（数度、または１度未満）を検出する。復調器７の出力（一般に副搬送周波数を中心周波数とする帯域フィルタの出力）は、スイッチＴの制御信号の影像信号を供給する。この信号を（復号器８によって、または直接にマイクロプロセッサ６によって）復号して元の２進データを復元することができる。
【００１０】
データ伝送は、一方から他方へ、次いで他方から一方へと交互に実施され（半二重）、トランスポンダからデータを受信している間は、端末はデータを送信しない。
【００１１】
図２に、端末１からトランスポンダ１０へのデータ伝送の従来の例を示す。この図面は、コード０１０１の伝送に対する、アンテナＬ１の励振信号の形状の一例を示す。現在使用されている変調は、発振器５から来る搬送波の周波数（例えば１３．５６ＭＨｚ）（周期約７４ｎｓ）よりもはるかに低い、速度１０６ｋｂｉｔｓ／ｓ（１ビットが約９．５μｓで伝送される）の振幅変調である。この振幅変調は、オール・オア・ナッシングで実行するか、またはトランスポンダ１０に電力を供給する必要から１よりも小さい変調比（２つの状態（０および１）のピーク振幅（ａ、ｂ）の差をこれらの振幅の和で割った値として定義される）で実行する。図２の例では、１３．５６ＭＨｚの搬送波が１０６ｋｂｉｔ／ｓの速度で、例えば１０％の変調比ｔｍを用いて振幅変調される。
【００１２】
図３に、トランスポンダ１０から端末１へのデータ伝送の従来の例を示す。この図面には、変調器１９から供給されたトランジスタＴの制御信号Ｖ_Ｔ、および端末１が受信した対応する信号Ｒｘの形状の例が示されている。トランスポンダ側の戻し変調は一般に、例えば８４７．５ｋＨｚ（周期約１．１８μｓ）の搬送波（副搬送波と呼ばれる）を用いた抵抗型である。この戻し変調は例えば、副搬送波の周波数よりもはるかに低い、速度が１０６ｋｂｉｔｓ／ｓ程度のＢＰＳＫ型（二相ＰＳＫ（ｐｈａｓｅ−ｓｈｉｆｔ ｋｅｙｉｎｇ））の符号化に基づく。図３に示した信号Ｒｘは「平滑化」されている、すなわち、高周波搬送波（例えば１３．５６ＭＨｚ）のリプルが示されていない。図３の例では、図示の３つのビットがそれぞれ、その前のビットとは異なると仮定する。したがってこれは、例えばコード０１０の伝送である。
【００１３】
どの種類の変調または戻し変調（例えば振幅、位相、周波数）を使用するとしても、また、どの種類のデータ符号化（ＮＲＺ、ＮＲＺＩ、マンチェスター、ＡＳＫ、ＢＰＳＫなど）を使用するとしても、この変調または戻し変調は、２つの２値レベルの間をジャンプする、ディジタル方式で実行される。
【００１４】
端末およびトランスポンダの発振回路は一般に、搬送周波数に同調される。すなわち、発振回路の共振周波数が１３．５６ＭＨｚ周波数にセットされる。この同調の目的は、一般にさまざまなトランスポンダ構成部品を集積化したクレジット・カード・サイズのカードであるトランスポンダへの電力伝播を最大にすることにある。
【００１５】
図３に示すように信号Ｖ_Ｔは、副搬送周波数（例えば８４７．５ｋＨｚ）のパルス列から成り、移相は、あるビットから次のビットへ移る際に状態が変化するたびに実施される。読取装置側で回収された信号について見ると、この信号の形状は「ディジタル」信号のようには見えず、復号は困難である。事実、信号Ｒｘの形状は、それぞれのビット伝送時間（９．４μｓ）の間に、始めは非線形的に大きくなり（コンデンサの電荷）、１ビットの持続時間の２／３が経過した頃に最大に達し、次いで、やはり非線形的に小さくなる。イネーブル時間、すなわち復調器が復号可能なレベルにまで信号Ｒｘが到達するのにかかる時間は、同調している発振回路に関連する。所望のシステム範囲に関連した遠隔電力供給のために電力を伝送する必要から、高いＱ（ｑｕａｌｉｔｙ ｆａｃｔｏｒ）が必要であり、したがって発振回路を同調させる必要がある。Ｑが高いと通過域は小さくなる。これによって、システムのデータ・フローが制限される。読取装置およびトランスポンダのＱは一般に１０程度である。
【００１６】
トランスポンダは、さまざまな物（キー・リング、キーなど）から形成することができるが、現在は、全ての回路およびアンテナ、すなわちインダクタンスＬ２を集積したクレジット・カードの形態であることがほとんどである。読取装置すなわち端末との情報交換では、このカードを読取装置のアンテナＬ１に近づける。読取装置とカードの距離はさまざまであり、適用業務によっては、互いのアンテナの距離が２センチメートル未満となる、結合が非常に密な伝送も使用される。このような密結合伝送を使用することによって、例えば、トランスポンダによる支払いを可能とすること、したがって、端末に最も近いトランスポンダだけを端末が認識することを保証することが可能である。
【００１７】
発振回路が互いに非常に接近したときに生じる問題は、発振回路が実質的に同調されている場合に、端末からトランスポンダに送られた電力によって、トランスポンダが熱を帯びることである（アンテナＬ２は一般に、カードの周囲の１つまたは複数の平面らせんから成る）。この熱効果によって、プラスチック製のカードは変形する。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、トランスポンダが読取り／書込み端末と非常に密な結合関係にあるときの従来の解決策の欠点を克服する新規な解決策を提供することにある。
【００１９】
本発明の目的は、特に、読取り／書込み端末によるトランスポンダへの遠隔電力供給に関連した熱効果を低減させる、あるいは最小化することにある。
【００２０】
本発明の他の目的は、トランスポンダが端末の非常に近くにあるときに、データ伝送速度の増大を可能にすることにある。
【００２１】
本発明の他の目的は、トランスポンダの構造上の変更が不要である解決方法を提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明の特徴は、端末の発振回路および／またはトランスポンダの発振回路とが非常に密な結合関係にあるときに、これらを離調させることにある。
【００２３】
電磁トランスポンダの周波数離調については、文書ＷＯ−Ａ−９８／２９７６０に出ている。この文書には、トランスポンダのアンテナを周波数離調させる、すなわちインピーダンスをミスマッチさせ、トランスポンダおよびその電子回路での無線電磁界および電力の吸収をより少なくするようにすることが述べられている。したがって、このミスマッチの、すなわち離調したトランスポンダの近くに位置する別のトランスポンダは、十分な無線電磁界を受け取り、適正に動作することができる。伝送システムは、この別トランスポンダを、それがあたかも送信器の電磁界中の唯一のトランスポンダであるかのように検出、または参照することができる。この文書によれば、さらに、このミスマッチ手段を使用して、「トランスポンダが非選択状態にあるときに、この非選択状態のトランスポンダによる電力および／または電磁界の吸収を制限することができる」。
【００２４】
この文書が提唱する解決策は、端末から比較的に遠くにあるトランスポンダを離調させ、端末と通信することになっている最も近いトランスポンダが受け取る電力を最大化にしようというものである。このような解決策は、前述の密結合の問題を解決しない。事実、選択されたトランスポンダは依然として同調を維持している。
【００２５】
この文書とは逆に、本発明は、密結合での離調動作を提供する。したがって本発明の一特徴は、密結合情報伝送を目的とした、端末によって電力を遠隔供給される電磁トランスポンダの発振回路の離調動作を提供することにある。
【００２６】
本発明は、トランスポンダ側で回収される遠隔供給電力が、トランスポンダと端末の距離の単調な関数とはならないことに着目する。
【００２７】
事実、発振回路が遠隔電力供給搬送周波数と同調しているときに、トランスポンダを端末に接近させた場合、遠隔電力供給振幅は、システム範囲の境界（約１０センチメートル）から増大し始める。この振幅は、最大値（臨界結合位置）をとった後、トランスポンダが非常に接近（約２センチメートル未満）したときに再び低減し始める。この理由から、具体的には、従来のシステムで、端末の電力をトランスポンダが位置する距離から従属させることはできない。
【００２８】
この臨界結合位置は、端末の発振回路とトランスポンダの発振回路がともに遠隔電力供給搬送周波数と同調しているときに、トランスポンダが受信する遠隔電力供給振幅が最大となり、トランスポンダと端末の間の結合が最適化される距離に相当する。言い換えると臨界結合周波数は、最小の結合係数に対して遠隔電力供給電力が最大となる距離に相当する。結合係数は、相互インダクタンスと発振回路のインダクタンスの積の平方根の比である。
【００２９】
発振回路が、遠隔電力供給搬送周波数と離調しているとき、端末からの距離が短くなるにつれ、トランスポンダが受け取る電力は増大する。ただし、その程度は小さい。この場合でも、所与の離調条件に対して受信電力が最大となる距離が存在する。このときが最適な結合であり、２つの発振回路が搬送周波数と同調しているときには、臨界結合位置が最適結合条件である。２つの発振回路間の最適な結合係数は、インダクタンスＬ１およびＬ２、コンデンサＣ１およびＣ２、および周波数（ここでは固定周波数であって、搬送周波数に相当する）だけによって決まるのではなく、端末の直列抵抗Ｒ１およびトランスポンダの発振回路の負荷も関係することに留意されたい。ここで言うトランスポンダの発振回路の負荷とはすなわち、回路（マイクロプロセッサなど）の等価抵抗ならびにコンデンサＣ２およびインダクタンスＬ２に並列に追加された戻し変調手段（例えば図１の抵抗Ｒ）である。この等価抵抗を以後、Ｒ２と呼ぶことにする。
【００３０】
したがって一方の発振回路が離調していても、アンテナが互いに非常に接近していれば、この非接触無線伝送システムは動作する。
【００３１】
より詳細に言うと、本発明は、トランスポンダが端末の電磁界に入る際、少なくとも１つのトランスポンダとともに動作するように適合した、電磁界を発生するための端末において、高周波Ａ.Ｃ.励磁電圧を受信するように適合した発振回路と、トランスポンダが端末に接近する時に発振回路を特定の伝送周波数から離調させるための手段を有する端末を提供することである。
【００３２】
本発明の実施の形態によると、発振回路を離調するための前記手段が、基準値について発振回路の電流位相を調整するための手段を有し、発振回路が同調モードで動作するのか又は離調モードで動作するのかに基づいて得られる２つの値からその基準値が選択できることを特徴とする。
【００３３】
本発明の実施の形態によると、発振回路の電流位相と、電磁界に入るトランスポンダに遠隔電力供給するための搬送波に相当する高周波信号とを比較するための比較手段を含むことを特徴とする。
【００３４】
本発明の実施の形態によると、発振回路の信号位相と基準値とを比較するための前記比較手段が、トランスポンダによって戻し変調される信号の受信にも使用される位相復調器から成ることを特徴とする。
【００３５】
本発明の実施の形態によると、トランスポンダの電磁界に入ったトランスポンダと端末の距離を判定するための判定手段を含むことを特徴とする。
【００３６】
本発明はまた、本発明による電磁界発生端末と、独立した電力供給手段を持たない少なくとも１つのトランスポンダの間の非接触無線データ伝送に関する。
【００３７】
本発明の実施の形態によると、端末の発振回路が特定の周波数に同調されるか又は離調されるかに従って、トランスポンダから端末までのデータ伝送速度が異なることを特徴とする。
【００３８】
本発明の実施の形態によると、端末の発振回路が特定の周波数に同調されるか又は離調されるかに従って、端末からトランスポンダまでのデータ伝送速度が異なることを特徴とする。
【００３９】
【発明の実施の形態】
全図面を通じて、同じ部品には同じ参照符号が付されている。図面の尺度は一律ではない。明確にするため、本発明の理解に必要な部品のみを図面に示し、説明する。具体的には、トランスポンダ側にあるか、または読取装置側にあるかに関わらず、ディジタル電子回路の詳細は示さない。
【００４０】
本発明の特徴は、端末と密結合状態にあるとき、すなわちそれぞれのアンテナが、例えば互いから２センチメートル未満に位置するときに、電磁トランスポンダの読取りまたは読取り／書込み端末の発振回路を離調させることにある。
【００４１】
このような離調の結果、その動作が変成器の動作に近くなる、すなわちＱが小さくなる。従来の同調動作では、トランスポンダへの遠隔電力供給に関連した電力転送を最適化するため、Ｑができるだけ高いことが望ましい。
【００４２】
結合が非常に密であるときに端末を離調させることには、いくつかの利点がある。
【００４３】
離調動作では、カードの遠隔電力供給に十分な電力を送信する間に、端末電力、すなわちアンテナ（図１のＬ１）の電流が低下する可能性がある。実際は、トランスポンダが端末に非常に近いため、遠隔電力供給範囲の問題は解消される。必要な電力は、実質的に、発振回路のインダクタンスの変成比（らせん数の比）によって決まる。アンテナ電流の低減によって、トランスポンダ側の熱効果が抑制される。
【００４４】
図４に、トランスポンダ側での抵抗型戻し変調後の読取装置側の信号Ｒｘの形状を示す。このとき端末の発振回路は、遠隔電力供給搬送周波数（例えば１３．５６ＭＨｚ）から離調している。この図面を図３と比較する。見て分かるとおり、イネーブル時間はほぼなくなっている。信号Ｒｘの形状は、トランスポンダ側のトランジスタＴのゲートの制御信号のそれにかなり似ている。そのため、信号Ｒｘのそれぞれの伝送ビットが、端末の位相復調器の検出しきい値に達するのを待つ必要がなく、伝送速度を増大させることができる。
【００４５】
発振回路の離調が望ましいのは、結合が非常に密な場合だけであることに留意されたい。そのため本発明は、トランスポンダが読取装置の非常に近くにあるか否かに応じてシステムの２つの動作モードを容易に分離することができる。２つの発振回路の離調によって結合係数が低減することにも留意されたい。変成器型の動作では２つの発振回路が互い非常に近くにあるので、このことは妨げにならない。
【００４６】
端末の発振回路の離調を提供する利点は、トランスポンダ、特に既存のトランスポンダにおける大きな変更が不要であるということにある。特に好ましいのは、一般的に非常に数の多い、全てのトランスポンダを変更することなく、システムを適用することである。さらに、もし密結合及び疎結合において動作モードが異なる必要がなければ、トランスポンダに対する干渉は必要ではなく、ソフトウェアに対してでさえ干渉は不要である。逆のケースで、もしトランスポンダが読み取り／書き込みタイプである場合、端末によって決定される２つの異なる動作モードを受け入れるように、そのトランスポンダを再プログラムすることで十分である。この２つの異なる作動モードはトランスポンダが位置するであろう電磁界内の端末によって決定され、その端末は例えば、密結合が検出される時情報をトランスポンダへ送信する。
【００４７】
本発明によると、最適の結合が、端末とトランスポンダ間の最小限の距離に相当するように、コンデンサＣ１をその同調値に対して増加しなければならず、これは端末の発振回路の共振周波数を減少することにあてはまる。
【００４８】
図５に、搬送周波数（例えば１３．５６ＭＨｚ）に対して発振回路を離調させる手段を備えた、電磁トランスポンダの読取り／書込み端末１’の一実施形態を部分的に示す。この実施形態は、発振回路のキャパシタンス（図１のＣ１）の値を変化させることを含む。
【００４９】
前と同様に、端末１’は、増幅器すなわちアンテナ結合器３の出力端子２ｐと基準電位（一般に大地）にある端子２ｍとの間にあって、容量部品２４および抵抗Ｒ１と直列のインダクタンスすなわちアンテナＬ１から成る発振回路を含む。増幅器３は、変調器４（ＭＯＤ）から来る高周波伝送信号Ｔｘを受け取る。変調器４（ＭＯＤ）は、例えば水晶発振器（図示せず）から基準周波数（信号ＯＳＣ）を受け取る。変調器４は、必要に応じて送信データ信号を受け取る。端末１’の他の構成部品は、特に指示しない限り、図１に関して説明したものと同様である。
【００５０】
図５の実施形態によれば、アンテナＬ１の電流の位相を基準信号ＲＥＦに対して調整する。この調整は、送信データがないときの信号Ｔｘに対応する高周波信号、すなわち搬送信号（例えば１３．５６ＭＨｚ）の調整である。この調整は、端末１’の発振回路のキャパシタンスＣ１を変化させ、アンテナ電流を、基準信号と一定の位相関係に維持することによって実行される。信号ＲＥＦは搬送周波数であって、信号ＲＥＦは、例えば、変調器の発振器（図１の５）によって供給された信号ＯＳＣに対応する。
【００５１】
図５に示すとおり、抵抗Ｒ１およびインダクタンスＬ１と直列に接続された容量部品２４は、回路２１（ＣＯＭＰ）によって供給される信号ＣＴＲＬによって制御可能である。回路２１は、基準信号ＲＥＦに対する移相を検出し、それに応じて部品２４のキャパシタンスＣ１を修正する機能を有する。
【００５２】
可変キャパシタンス２４は、いくつかの方法で構成することができる。一般にこのキャパシタンスは、数百ピコファラドに達しなければならず、その両端の１００ボルトを超える電圧に耐えなければならない。例えば、逆バイアス接合のキャパシタンスを、このバイアスに依存する可変キャパシタンスとして使用するダイオードを使用することができる。次いでこのダイオードのアノードを、基準端子２ｍの側に接続し、カソードをインダクタンスＬ１の側に接続する。あるいは、ダイオード装着ＭＯＳＦＥＴトランジスタを使用することもできる。ダイオードであるか、またはＭＯＳＦＥＴトランジスタであるかに関わらず、信号ＣＴＲＬが実行する制御には、ダイオードまたはトランジスタの両端の電圧を修正して、キャパシタンスを修正することが含まれる。
【００５３】
発振回路での位相測定は、例えば、部品２３で示す、この発振回路を流れる電流Ｉの測定に基づいて実行される。この電流測定部品は、部品２４およびインダクタンスＬ１と直列に接続される。測定の結果ＭＥＳは位相比較器２１に送られ、位相比較器２１は次いで、ブロック２３によって測定された電流の位相を基準信号ＲＥＦと比較し、これに応じて信号ＣＴＲＬで容量部品２４を制御する。
【００５４】
位相調整ループは、８４７．５ｋＨｚでの位相変調を妨げることがないよう十分に低速でなければならないが、端末電磁界中で、一般に手の変位速度であるトランスポンダの変位速度と比較して十分に高速でなければならないことに留意されたい。例えば、トランスポンダの変位時間が数百ミリ秒であるときには、応答時間が１ミリ秒程度であることが適当である。
【００５５】
離調動作では、例えば比較器２１の位相基準を修正して、ループの制御命令を修正し、これによって他の値に調整し、次いで比較する信号を基底値の９０゜以外の値だけ移相させる。これによって、端末の発振回路の共振周波数は低減する。比較器２１の基準位相を修正する代わりに、例えば、端末のマイクロプロセッサによって制御されたスイッチ付き抵抗網によって、部品２４のバイアス電圧をシフトさせ、部品２４のバイアス抵抗を可変化してもよい。
【００５６】
図５の実施形態では、位相比較器２１が、トランスポンダの可能な戻し変調から来る信号Ｒｘを復調するのにも好適に使用される。
【００５７】
非常に接近した結合において発振回路を離調するために、端末をトランスポンダから引き離している距離に関する情報が使用される。この距離はトランスポンダ及び端末、またはどちらか一方によって決定することが出来る。
【００５８】
図６は、臨界結合位置に対するトランスポンダ位置を判定するトランスポンダ３０の一例を示す図である。前と同様に、このトランスポンダは、回路の２つの端子１１’、１２’の間にインダクタンスＬ２およびコンデンサＣ２’を含む並列発振回路から構成される。
【００５９】
図６に示した実施形態では、コンデンサＣａによって平滑化された直流電源電圧Ｖａを取り出すために実行される整流が、アノードが端子１１’に、カソードがコンデンサＣａの正の端子１４に接続されたダイオードＤによる単一の半波整流である。基準電圧１５は、端子１２’に直接に接続されたコンデンサＣａの負の端子に対応する。電圧Ｖａは、例えば図１の回路１６ないし２０を含む電子ブロック３１に対するものを意味する。コンデンサＣ３が、端子１１と１２の間に、スイッチ（例えばＭＯＳトランジスタ）Ｋ１と直列に接続される。
【００６０】
電子回路は、ローカル電源電圧Ｖａを受け取る入力ＤＥＴを備える。入力ＤＥＴは、電圧Ｖａを測定する回路（図示せず）およびこの測定を記憶する少なくとも１つの部品に結合される。特定の実施例ではこの回路がマイクロプロセッサ（図１の６）である。
【００６１】
測定された電圧値の記憶は、アナログ方式またはいくつかのビットを使用したディジタル方式で実行される。ビット数は所望の分析精度によって決まる。
【００６２】
距離判定は例えば次のように実施される。トランスポンダが端末の範囲内にあるときに以下の測定サイクルを周期的に実行する。好ましくはこれを、読取装置の電磁界に入ることによってトランスポンダが活動化された（電力供給された）と同時に実行する。まず、トランジスタＫ１をオンにし、発振回路を同調させる。端子ＤＥＴの電圧を測定する。次いで、トランジスタＫ１をオフにする。回路を離調させ、その共振周波数を、コンデンサＣ２’とＣ３の値が同じであれば同調周波数の２倍よりも高くシフトさせる。端子ＤＥＴの電圧を再び測定する。代替方法として、最初の測定を離調させた回路で実行する。得られた２つの値を比較し、この比較の結果を例えば単一のビットに記憶する。
【００６３】
「同調」および「離調」の２つの測定を実行するのに要する時間（例えば数百ミリ秒程度）は、ほとんどの適用業務では手の変位速度に対応するトランスポンダの変位速度と比較して短い。
【００６４】
さらに、測定を実行するために発振回路を離調させておく時間が、副搬送波の半周期とは実質的に異なるように選択され、そのため、端末がこの測定を戻し変調と解釈しないことが好ましい。事実、トランスポンダの発振回路の離調は、端末の発振回路Ｌ１、Ｃ１（図１）の移相と解釈され、これを距離判定中にデータ伝送と間違えてはならない。
【００６５】
端末の前のトランスポンダの通過時間（数百ミリ秒）と比較しても依然として高速な短い時間間隔（例えば１ミリ秒程度）の後に、上記の測定サイクルを繰り返す。
【００６６】
比較ビットの値の変化から、臨界結合位置と比較して、トランスポンダが端末のより近くにあるのか、または遠くにあるのかを知ることができる。同調位置よりも離調位置のほうがレベルが高いことをビットが指示している場合には、トランスポンダが端末の非常に近くにある（密結合）ことを意味する。逆の場合は、トランスポンダが臨界結合の近くにあるか、または臨界結合位置とシステム範囲の境界の間にある。
【００６７】
臨界結合に対する距離の判定には、実行される距離判定または領域検出（密結合または疎結合）が差動測定に似ているという利点がある。事実、この検出は、システムおよびその環境によって決まる臨界結合に対して実行される。回路が同調しているときには、臨界結合でのみ、回収された電圧しきい値が最大となる。したがって、特定の基準または距離しきい値を設ける必要はない。言い換えると、同調と離調の２つの動作モード間のしきい値距離は自己適応性である。
【００６８】
トランスポンダ３０はさらに、端子１４と１５の間にそれぞれスイッチＫ３、Ｋ４と直列の２つの抵抗Ｒ３、Ｒ４から形成されることが好ましい、抵抗型戻し変調回路を含む。抵抗Ｒ３とＲ４は値が異なり、Ｒ３のほうが高く、Ｒ４が低い。
【００６９】
臨界結合と端末の間に位置すると仮定すると、高い値を有する抵抗Ｒ３が戻し変調の実行に使用され、トランジスタＫ１はオフになる。システムの動作は、変成器の動作に近い離調動作となる。
【００７０】
臨界結合位置から遠い位置にあり、端末からはさらに遠く離れている、すなわち疎結合であると仮定する。トランジスタＫ１はオンになり、値の小さい抵抗Ｒ４によって抵抗戻し変調が実行される。これは、従来の動作モードである。
【００７１】
端末から離れて位置するときに値の小さな抵抗を使用することによって、システム範囲が最適化されることに留意されたい。抵抗Ｒ３とＲ４のそれぞれの値の比は、例えば４〜１０であり（Ｒ３は０．４〜５キロオーム、Ｒ４は１００〜５００キロオーム）、６程度（例えば約１５００オームと２５０オーム）であることが好ましい。
【００７２】
代替形態として、距離判定のための回路の離調に用いられるコンデンサＣ３は、戻し変調手段として使用することもできる。この場合には、スイッチ付き抵抗Ｒ３、Ｋ３およびＲ４、Ｋ４が排除され、コンデンサＣ２’、Ｃ３の値が、離調の重要性が、容量型変調の場合に端末によって検出される移相と両立するように選択される。この容量型変調は、その振幅に作用するのではなしに、端末のインダクタンスＬ１の両端の電圧の位相に直接に影響する。これによって端末による位相検出が容易になる。この種の戻し変調は、符号化、すなわち戻し変調スイッチの搬送周波数の制御信号を修正しないことに留意されたい。
【００７３】
端末側での距離判定には、例えばＷＯ−Ａ−９７／３４２５０に記載されているようなシステムを使用することができる。しかし、本発明の好ましい実施形態によれば、実行される判定では、トランスポンダの関与は必要ない、すなわち、端末が、トランスポンダから来るデータを受信する必要はない。
【００７４】
図７に、電磁界に入ったトランスポンダの距離を判定する手段を備え、本発明に基づく端末を部分的に示す。図７は図５をベースにしたものであり、図７には、そのうちの容量部品２４および電流測定部品２のみが示されている。
【００７５】
図７の実施形態によれば、抵抗ブリッジ（抵抗Ｒ５、Ｒ６）が部品２４の両端の電圧を測定する。抵抗ブリッジの中間点はダイオードＤ５のアノードに接続され、ダイオードＤ５のカソードは比較器（ＣＯＭＰ）４０の第１の入力に接続される。コンデンサＣ５が、ダイオードＤ５のカソードを接地２ｍに接続する。したがってコンデンサＤ５はその端子の両端に、ブリッジＲ５−Ｒ６の中間点の電圧のピーク振幅としての直流電圧を有する。比較器４０の第２の入力は基準電圧Ｖｒｅｆを受け取る。先に指摘したように、トランスポンダが端末の電磁界に入ったとき、トランスポンダが形成する負荷が発振回路Ｌ１Ｃ１の電流を変化させる。デフォルトでは発振回路は同調しているので、トランスポンダが接近すればするほど、この容量部品の両端の電圧は低下する。コンデンサＣ１（部品２４）の両端の電圧は、交流発生器（増幅器３）によって供給された電圧振幅（一定）とＱの積に等しい。したがって距離が短くなるとＱも低下する。したがって比較器４０の出力は、（電圧しきい値Ｖｒｅｆに変換された）距離しきい値に対するトランスポンダの位置を指示する。比較器４０の出力は、例えばマイクロプロセッサ６に送られ、システム動作を、密結合に対応したモードに切り換え、発振回路を離調させるかどうかを制御する。
【００７６】
同調された位相を調整ループによって一定に維持することで、距離−インピーダンス特性が変曲点のない単調なものとなり、信頼性の高い距離判定が得られることに留意されたい。
【００７７】
トランスポンダまたは端末が距離判定を実行した後、判定に関与しなかった要素は、関与した要素からのデータ伝送によって情報を受け取ることができることに留意されたい。このように、離調モードの選択（トランスポンダ、端末、トランスポンダ、および端末）は、距離判定モードとは独立している。
【００７８】
当然ながら、本発明は、当業者なら容易に思いつくさまざまな変更、修正、改良を有する。特に、異なる抵抗部品および容量部品のサイズ設定は、適用業務、ならびに特に各種搬送波の周波数およびシステム範囲によって変わってくる。同様に、当業者であれば、これまでに述べた機能指示に基づいて、本発明に基づくトランスポンダまたは端末の各種回路を実施することができる。
【００７９】
さらに、距離判定モードの選択は、適用業務、および優先的に修正することが望ましいシステムの要素に依存する。トランスポンダ側のどんな変更も避けるために、好ましくは離調して端末側で距離判定が行われる。
【００８０】
さらに、本発明の実施は従来の変調と完全に両立することに留意されたい。具体的には、同調動作であるかまたは離調動作であるかに関わらず、トランスポンダから端末へのデータ伝送を常に位相変位変調方式に基づいて実施することができる。事実、離調によって、副搬送波の速度（例えば８４７．５ｋＨｚ）で移相を検出する高周波の搬送周波数（例えば１３．５６ＭＨｚ）は変更されない。
【００８１】
任意選択の１つの修正は、トランスポンダおよび端末が離調されており、かつ密結合であるときに伝送速度を増大させるものである。
【００８２】
本発明は、とりわけ、非接触型のチップ・カード（例えばアクセス制御のためのＩＤカード、電子財布カード、カード保有者に関する情報を記憶するためのカード、コンシューマ・フィデリティ・カード、加入テレビジョン・カードなど）、およびこれらのカードの読取りまたは読取り／書込みシステム（例えば、ポルチコ（ｐｏｒｔｉｃｏ）すなわちアクセス制御端末、自動支払機、コンピュータ端末、電話端末、テレビジョンまたはサテライト・デコーダなど）に適用可能である。
【００８３】
このような変更、修正および改良は、本開示の一部を構成するものであり、本発明の趣旨および範囲に包含されるものである。したがって以上の説明は単に例示を目的としたものであって、本発明を限定しようとするものではない。本発明は、次の請求の範囲およびその等価物の定義によってのみ限定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術および解決すべき課題を示すための図である。
【図２】従来技術および解決すべき課題を示すための図である。
【図３】従来技術および解決すべき課題を示すための図である。
【図４】密結合における本発明の伝送方法の一実施形態を示すタイミング図である。
【図５】端末の発振回路を離調させる手段を備える、本発明に基づく読取り／書込み端末の一実施形態の一部分を示す図である。
【図６】端末とトランスポンダの距離を判定するための手段を備える本発明による電磁トランスポンダの実施形態を示す図である。
【図７】端末と電磁界にあるトランスポンダとの距離を判定するための手段を備える本発明による端末を部分的に示す図である。
【符号の説明】
１（ＳＡＴ）、１’ 読み取り／書き込み端末
２ｐ 出力端子
２ｍ 端子
３（ＤＲＩＶ） 増幅器
４（ＭＯＤ） 変調器
５ 発振回路
６（μＰ） マイクロプロセッサ
７（ＤＥＭ） 復調器
８（ＤＥＣ） 復号器
９（ＡＬＩＭ） 電源供給回路
１０（ＣＡＲ）、３０ トランスポンダ
１１、１２、１１’、１２’ 端末
１３ 整流ブリッジ
１４ 整流出力端子
１５ 基準端子
１６（ＲＥＧ） 電圧調整器
１７（μＰ） マイクロプロセッサ
１８（ＤＥＭ） 復調器
１９（ＭＯＤ） 変調器
２０（ＣＬＫ） クロック
２１、４０（ＣＯＭＰ） 位相比較器
２３ ブロック
２４ 容量部品
Ｃ１、Ｃ２、Ｃａ、Ｃ２’、Ｃ３、Ｃ５ コンデンサ
Ｌ１、Ｌ２ インダクタンス
Ｌ１Ｃ１ 直列発振回路
Ｌ２Ｃ２ 共振回路
Ｉ 電流
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５ ダイオード
ＲＥＦ 基準信号
Ｔ、Ｋ１ トランジスタ
Ｒｘ、ＣＴＲＬ 信号
ＭＥＳ 測定結果
Ｒ１、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６ 抵抗
Ｖａ 直流電源電圧
Ｔｘ 高周波伝送信号
ＥＸＴ バス
Ｋ３、Ｋ４ スイッチ
Ｖｒｅｆ 基準電圧

Claims (7)

1. トランスポンダが端末の電磁界に入る際、少なくとも１つのトランスポンダとともに動作するように適合した、電磁界を発生するための端末（１’）において、
   高周波Ａ.Ｃ.励磁電圧を受信するように適合した発振回路（Ｌ１，Ｃ１）と、
   トランスポンダ（１０，３０）が端末（１’）に接近する時に発振回路を特定の伝送周波数から離調させるための手段を有し、
   発振回路（Ｌ１，Ｃ１）を離調するための前記手段が、基準値について発振回路の電流位相を調整するための手段を有し、発振回路が同調モードで動作するのか又は離調モードで動作するのかに基づいて得られる２つの値からその基準値が選択できることを特徴とする端末。
2. 発振回路（Ｌ１，Ｃ１）の電流位相と、電磁界に入るトランスポンダ（１０，３０）に遠隔電力供給するための搬送波に相当する高周波信号とを比較するための比較手段を含むことを特徴とする、請求項１に記載の端末。
3. 発振回路（Ｌ１，Ｃ１）の信号位相と基準値とを比較するための前記比較手段が、トランスポンダ（１０，３０）によって戻し変調される信号の受信にも使用される位相復調器から成ることを特徴とする、請求項２に記載の端末。
4. トランスポンダ（１０，３０）の電磁界に入ったトランスポンダと端末の距離を判定するための判定手段を含むことを特徴とする、請求項１に記載の端末。
5. 電磁界を発生する端末（１’）と、独立した電力供給手段を持たない少なくとも１つのトランスポンダ（１０，３０）の間の非接触無線データ伝送システムであって、前記端末が請求項１から４に記載される端末のいずれかであることを特徴とする伝送システム。
6. 端末の発振回路（Ｌ１，Ｃ１）が特定の周波数に同調されるか又は離調されるかに従って、トランスポンダ（１０，３０）から端末（１’）までのデータ伝送速度が異なることを特徴とする、請求項５に記載の送信システム。
7. 端末の発振回路（Ｌ１，Ｃ１）が特定の周波数に同調されるか又は離調されるかに従って、端末（１’）からトランスポンダ（１０，３０）までのデータ伝送速度が異なることを特徴とする、請求項５に記載の送信システム。

Images