JP3715518B2

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Publication number: JP3715518B2
Application number: JP2000252467A
Authority: JP
Inventors: 弘司伴; 利徳福永; 忠雄竹田; 純寺田
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2000-08-23
Filing date: 2000-08-23
Publication date: 2005-11-09
Anticipated expiration: 2020-08-23
Also published as: JP2002064402A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁誘導を用いて非接触状態で電力供給とデータ通信を行う質問装置と非接触応答装置とからなる非接触通信システムに係り、特に通信状態に応じて内部回路の特性を動的に変化させることにより、電力伝送の効率を向上させることができる非接触応答装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＩＣカード、ＲＦタグ、データキャリア等の携帯可搬電子データ担体を非接触応答装置として使用し、０．１ＭＨｚ〜数１０ＭＨｚ程度のキャリア周波数を用いた電磁誘導を利用して、非接触で非接触応答装置へ電力を供給するとともに、キャリア波に変調をかけることによりデータを重畳してデータ通信を行う、非接触通信システムが盛んに検討され、商用化がすすみつつある。このような非接触通信システムには、１つの質問装置の電磁界によって複数の非接触応答装置が同時に給電を受け、各非接触応答装置が動作可能なアクティブ状態をとることができ、質問装置は各非接触応答装置と通信が可能であるという特徴がある。
【０００３】
しかし、このような非接触通信システムでは、その電磁界の出力特性が電波法等の法規により制限を受け、また例えば、情報処理装置等電波障害自主規制協議会、通称ＶＣＣＩと呼ばれる協議会によって制定された「情報処理装置および電子事務機器等から発生する妨害波の自主規制運用規程」などの自主規制運用規程によっても、種々の制限を受けている。このような制限により、質問装置の送信出力を低く設定する結果、非接触応答装置が受信可能な電力も低く設定せざるを得なくなり、非接触応答装置のデータ処理機能を抑える必要が生じる。また、質問装置の送信出力を抑えなければならないため、非接触通信システムの特徴である、質問装置と複数の非接触応答装置との通信機能を損なう結果となっているのが実情である。
【０００４】
このような問題の背景にある技術的問題の１つが、非接触応答装置の電力消費の特性である。電磁誘導によって質問装置から給電を受けつつ安定したデータ通信の変復調を行うために、通常、非接触応答装置内の電源回路は定電力設計がなされており、回路全体の動作による内部信号ノイズを抑えるように設計されている。非接触応答装置の内部の処理が簡単で消費電力が小さい場合、電源回路は、余剰電力を抵抗成分で熱に変化させる。その結果、非接触応答装置は、内部処理の状態に関わらず、一定の電力を消費することになる。
【０００５】
このような非接触応答装置の複数個が質問装置の送信電磁界の中に入ってアクティブ状態をとれば、質問装置との通信状態や内部の処理状態に関わらず、各々が一定の受信電力を確保しようとする。非接触通信システムの電力消費の観点から見ると、ある時間においては、質問装置と応答を行う装置は一つであって、他の非接触応答装置は質問を待機する状態にしかすぎないため、エネルギー効率上、待機状態の非接触応答装置の多大な電力消費は問題であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、従来の非接触通信システムでは、質問装置の送信電磁界内に入った全ての非接触応答装置が、質問装置との通信状態や内部の処理状態に関わらず、一定の電力を消費してしまうという問題点があった。
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、質問装置からの受信電力量の効率的な制御を実現し、非接触通信システムにおける電力消費の効率を向上させることができる非接触応答装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の非接触応答装置は、質問装置からのキャリア波を受信すると共に、前記質問装置への応答波を送信するアンテナ回路（２０，２１）と、このアンテナ回路で受信した前記キャリア波から自装置の駆動用電力を得る整流回路（２２）と、前記キャリア波から自装置に対する質問データを取得したとき、この質問データに対する応答データを生成して、前記アンテナ回路から応答波として送信させる内部ロジック回路（２５）と、前記質問装置から見た自装置のインピーダンスを変化させるインピーダンス制御回路（３３）とを有し、このインピーダンス制御回路は、自装置が前記質問装置からの質問データを待つ待機状態になったとき、前記質問装置からの受信電力量が前記質問データの認識に最低限必要な電力量ＰＬとなるよう前記アンテナ回路の受電効率を低下させ、自装置に対する前記質問データを受信したとき、前記受信電力量が前記応答波の生成・送信に最低限必要な電力量ＰＨ（ＰＬ＜ＰＨ）となるよう前記アンテナ回路の受電効率を増大させるものであり、前記受信電力量をＰＬ又はＰＨにするとき、前記整流回路の出力電圧を検出して、この出力電圧が前記ＰＬ又はＰＨに対応する電圧設定値ＶＬ又はＶＨ（ＶＬ＜ＶＨ）となるよう前記自装置のインピーダンス制御を行い、前記受信電力量を制御するようにしたものである。このように、本発明では、非接触応答装置が質問装置から電力供給を受けつつ質問装置と通信する状態において、非接触応答装置が待機状態になったとき、質問装置から見た自装置のインピーダンスを変化させて受電効率を低下させ、質問装置からの受信電力量をＰＬとし、非接触応答装置が質問装置からの質問データを受信してコマンド処理状態になるとき、質問装置から見た自装置のインピーダンスを変化させて受電効率を増大させ、質問装置からの受信電力量をＰＨとするので、待機状態における非接触応答装置の電力消費量を低減することができる。
【０００８】
また、本発明の非接触応答装置は、質問装置からのキャリア波を受信すると共に、前記質問装置への応答波を送信するアンテナ回路と、このアンテナ回路で受信した前記キャリア波から自装置の駆動用電力を得る整流回路と、前記キャリア波から自装置に対する質問データを取得したとき、この質問データに対する応答データを生成して、前記アンテナ回路から応答波として送信させる内部ロジック回路と、前記質問装置から見た自装置のインピーダンスを変化させるインピーダンス制御回路とを有し、このインピーダンス制御回路は、自装置が前記質問装置からの質問データを待つ待機状態になったとき、前記質問装置からの受信電力量が前記質問データの認識に最低限必要な電力量ＰＬとなるよう前記アンテナ回路の受電効率を低下させ、自装置に対する前記質問データを受信したとき、前記受信電力量が前記応答波の生成・送信に最低限必要な電力量ＰＨ（ＰＬ＜ＰＨ）となるよう前記アンテナ回路の受電効率を増大させ、自装置が前記質問装置の送信電磁界領域内に入って前記質問装置からの電力供給を受け始めたとき、前記内部ロジック回路による初期化処理の前に、前記質問装置からの受信電力量が前記初期化処理に最低限必要な電力量ＰＨ２（ＰＬ＜ＰＨ２≦ＰＨ）となるよう前記アンテナ回路の受電効率を増大させるものであり、前記受信電力量をＰＬ，ＰＨ又はＰＨ２にするとき、前記整流回路の出力電圧を検出して、この出力電圧が前記ＰＬ，ＰＨ又はＰＨ２に対応する電圧設定値ＶＬ，ＶＨ又はＶＨ２（ＶＬ＜ＶＨ２≦ＶＨ）となるよう前記自装置のインピーダンス制御を行い、前記受信電力量を制御するようにしたものである。このように、本発明では、非接触応答装置の初期化処理において、質問装置から見た自装置のインピーダンスを変化させて受電効率を増大させ、質問装置からの受信電力量を電力量ＰＨ２とするので、初期化処理の際の電力消費量を適切な量に設定することができる。また、本発明では、整流回路の出力電圧に基づいて質問装置からの受信電力量を容易に制御することができる。
【０００９】
また、本発明の非接触応答装置の１構成例として、前記インピーダンス制御回路は、容量素子（Ｃｖ１〜Ｃｖｉ）と電子スイッチ（Ｓ１〜Ｓｉ）とを直列に接続した容量切替回路を前記アンテナ回路と並列に複数個配置した容量調整回路（３１）と、整流回路の出力電圧を検出する受信電力検出回路（２９）と、前記整流回路の出力電圧が所望の前記電圧設定値になるように、前記容量調整回路の各電子スイッチの状態を決定するプログラム回路（３０）と、このプログラム回路の決定に従って前記容量調整回路の各電子スイッチのオン／オフを制御するスイッチ制御回路（３２）とを含むものである。容量調整回路を設けることにより、質問装置から見た自装置のインピーダンスを容易に変化させることができる。
また、本発明の非接触応答装置の１構成例として、前記インピーダンス制御回路は、前記電子スイッチのスイッチングクロックを生成するスイッチングクロック生成回路（２８）を含み、前記プログラム回路による前記電子スイッチの状態決定と、前記スイッチ制御回路による前記電子スイッチの制御と、前記受信電力検出回路による前記整流回路の出力電圧検出とを１スイッチングクロック毎に繰り返し行うことにより、前記インピーダンスを段階的に変化させて、前記整流回路の出力電圧を所望の前記電圧設定値に漸近させるものである。
【００１０】
また、本発明の非接触応答装置の１構成例として、前記プログラム回路は、前記整流回路の出力電圧が所望の前記電圧設定値になったときに、前記電子スイッチの状態を固定し、前記インピーダンス制御を停止したことを示すステータスを前記内部ロジック回路に出力するものである。
また、本発明の非接触応答装置の１構成例として、前記内部ロジック回路は、前記初期化処理が終了したことを示す通信ステータス、前記待機状態になったことを示す通信ステータス又は自装置に対する前記質問データを受信したことを示す通信ステータスを前記プログラム回路に出力するものである。
また、本発明の非接触応答装置の１構成例において、前記容量切替回路の個数は、３個以上１００個以下である。
また、本発明の非接触応答装置の１構成例において、前記スイッチングクロックの周波数は、１ｋＨｚ以上１ＭＨｚ以下である。
また、本発明の非接触応答装置の１構成例として、前記整流回路の後段に、シャント型レギュレータからなる定電圧回路を有するものである。
また、本発明の非接触応答装置の１構成例において、前記非接触応答装置は、ＩＣカードである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明は、インピーダンス制御回路を搭載した非接触応答装置を用いて、伝送状態においてインピーダンス制御を動的に行い、非接触応答装置の電力消費量を制御することを特徴とする。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の実施の形態となる非接触通信システムの構成を示すブロック図である。
【００１２】
図１の非接触通信システムは、質問装置１と非接触応答装置２とから構成される。質問装置１は、非接触応答装置２への電力供給のためにデータ送信時以外のときにも無変調のキャリア波を送信している。そして、質問装置１と非接触応答装置２は、データを送信するとき、キャリア波を変調してデータを重畳する。
【００１３】
質問装置１は、無変調のキャリア波を発生するキャリア波発生回路１０と、キャリア波発生回路１０から出力された無変調のキャリア波または変調されたキャリア波を送信したり、非接触応答装置２から送信された応答波を受信したりするためのアンテナ１１と、アンテナ１１の共振状態を得るための共振回路１２とを有している。なお、図１では、データの送信時にキャリア波を変調する変調回路、非接触応答装置２からの応答波を受信して復調する復調回路、非接触応答装置２へのデータを生成したり、復調回路で復調されたデータを処理したりする制御回路等の回路については記載を省略している。アンテナ１１と共振回路１２はアンテナ回路を構成している。
【００１４】
非接触応答装置２は、質問装置１から送信されたキャリア波を受信したり、応答波を送信したりするためのアンテナ２０と、アンテナ２０の共振状態を得るための共振回路２１と、アンテナ回路２０，２１で受信されたキャリア波を整流して非接触応答装置２の各回路駆動用の電力を得る整流回路２２と、整流回路２２の出力電圧を定電圧化する定電圧回路２３と、アンテナ回路２０，２１で受信された変調されたキャリア波を復調する復調回路２４と、キャリア波から自装置に対する質問データを取得したとき、この質問データに対する応答データを生成して、アンテナ回路２０，２１から応答波として送信させる内部ロジック回路２５と、内部ロジック回路２５から出力された応答データでキャリア波を変調する変調回路２６と、アンテナ回路２０，２１で受信されたキャリア波からクロック成分を抽出してクロック信号を生成するクロック生成回路２７と、クロック生成回路２７によって生成されたクロック信号を基にスイッチングクロック信号を生成するスイッチングクロック生成回路２８と、整流回路２２の出力電圧を検出することにより非接触応答装置２の受信電力量を検出する受信電力検出回路２９と、受信電力検出回路２９の検出結果と所定のインピーダンス制御アルゴリズムに従って、質問装置１から見た自装置のインピーダンスを変化させるインピーダンス制御を行い、非接触応答装置２の受信電力量を制御するプログラム回路３０と、容量素子と電子スイッチとを直列に接続した容量切替回路をアンテナ回路２０，２１と並列に複数個配置した容量調整回路３１と、プログラム回路３０の出力に応じて容量調整回路３１の電子スイッチを制御するスイッチ制御回路３２とを有している。アンテナ２０と共振回路２１はアンテナ回路を構成している。
【００１５】
内部ロジック回路２５は、ＣＰＵ２５ａと、ＲＯＭ２５ｂと、ＲＡＭ２５ｃと、不揮発メモリ２５ｄとを有している。
スイッチングクロック生成回路２８、受信電力検出回路２９、プログラム回路３０、容量調整回路３１及びスイッチ制御回路３２は、インピーダンス制御回路３３を構成している。
【００１６】
図２はインピーダンス制御回路３３の詳細な構成を示すブロック図である。
スイッチングクロック生成回路２８は、クロック生成回路２７によって生成されたクロック信号を分周してスイッチングクロック信号を生成する分周回路２８ａからなる。
受信電力検出回路２９は、１スイッチングクロック毎に整流回路２２の出力電圧の変動を検出して、検出結果をプログラム回路３０に出力する受信電力変動検出部２９ａと、整流回路２２の出力電圧を所定のしきい値と比較して比較結果をプログラム回路３０に出力する受信電力比較部２９ｂとから構成される。
【００１７】
受信電力変動検出部２９ａは、プログラム回路３０から出力されるスイッチングクロック信号に同期して整流回路２２の出力電圧をサンプルホールドするサンプルホールド回路２９ａ−１と、サンプルホールド回路２９ａ−１によって保持された１サンプル前の整流回路２２の出力電圧と現在の整流回路２２の出力電圧とを比較して、この比較結果をプログラム回路３０に出力するコンパレータ２９ａ−２とを有している。
【００１８】
受信電力比較部２９ｂは、第１のシュミットトリガ２９ｂ−１と、この第１のシュミットトリガ２９ｂ−１としきい値が異なる第２のシュミットトリガ２９ｂ−２と、この第２のシュミットトリガ２９ｂ−２の出力を論理反転させるインバータ２９ｂ−３と、シュミットトリガ２９ｂ−１の出力とインバータ２９ｂ−３の出力の論理和をとるＯＲ回路２９ｂ−４とを有している。
【００１９】
質問装置１から非接触応答装置２へ供給される電力は、両者のインピーダンスの整合状態の関数となり、整合すると高効率で給電が行われ、整合がミスマッチになると、電力が反射されるために、非接触応答装置２が受ける電力は低下する。通常、アンテナ回路２０，２１のインピーダンスの制御は、受信電力を高めるためのインピーダンス整合に用いるが、本発明においては、非接触応答装置２の余分な消費電力を削減するために、逆にインピーダンス整合をミスマッチさせる制御にも用いることを特徴とする。
【００２０】
質問装置１と複数の非接触応答装置２との通信の例として、非接触応答装置２が３つある場合を例にとって本発明を説明する。図３は、質問装置１からの質問と非接触応答装置２からの応答のタイミング、及びその際の非接触応答装置２の受信電力量を時系列的に表したタイミングチャート図である。
【００２１】
非接触応答装置２の受信電力量は、インピーダンス制御回路３３によって制御される。図３のＰＨは非接触応答装置２が質問装置１からのコマンドを処理するのに最低限必要な電力レベル、ＰＬは非接触応答装置２が質問装置１からコマンドを正常に受信してコマンドを認識するのに最低限必要な電力量に適当なマージンを付加した電力レベルとする。
【００２２】
質問装置１から非接触応答装置２への質問は、一般的には識別番号（以下、ＩＤと略する）を用いて、質問のコマンドフレームにＩＤを付加することにより、非接触応答装置２を一意に指定して行われる。非接触応答装置２のＩＤは、質問装置１が非接触応答装置２を認識する初期応答の手順に際して非接触応答装置２に付与されるか、あるいは予め非接触応答装置２に付与されている固有のＩＤであることが多いが、本発明はＩＤの付与方法にはこだわらない。ここでは、非接触応答装置２−１，２−２，２−３に対して、それぞれＩＤ１，ＩＤ２，ＩＤ３が対応するものとする。
【００２３】
アンテナ回路２０，２１が質問装置１からの無変調のキャリア波を受信した場合、各非接触応答装置２−１〜２−３の整流回路２２は、このキャリア波を全波整流し、定電圧回路２３は、整流回路２２から出力された電圧を定電圧化する。また、クロック生成回路２７は、キャリア波からクロック成分を抽出してクロック信号を生成する。そして、復調回路２４は、キャリア波を復調する。ただし、ここでは無変調のキャリア波を復調しているので、復調で得られるデータはない。
【００２４】
各非接触応答装置２−１〜２−３の内部ロジック回路２５は、定電圧回路２３から電力供給を受け、クロック生成回路２７から出力されたクロック信号に同期して動作する。そして、インピーダンス制御回路３３は、質問装置１からの質問を受信する前段階（無変調のキャリア波を受信している待機状態）では、インピーダンス整合をミスマッチ状態にさせている。これにより、各非接触応答装置２−１〜２−３は、ＰＬレベルの消費電力で待機状態となっている。
【００２５】
次に、図３に示すように、質問装置１から質問Ｑ−１，Ｑ−２，Ｑ−３が順に発せられ、それに付加されるＩＤがそれぞれＩＤ１，ＩＤ３，ＩＤ２であるとすると、質問Ｑ−１，Ｑ−２，Ｑ−３に対して、それぞれ非接触応答装置２−１、非接触応答装置２−３、非接触応答装置２−２が反応する。
すなわち、質問装置１の図示しない変調回路は、キャリア波発生回路１０から出力された無変調のキャリア波をＩＤが付加されたコマンドで変調する。これにより、変調されたキャリア波（質問波）が質問装置１のアンテナ回路１１から送信される。
【００２６】
各非接触応答装置２−１〜２−３の内部ロジック回路２５のＣＰＵ２５ａは、復調回路２４によって復調されたコマンドからＩＤを抽出して、抽出したＩＤと不揮発メモリ２５ｄに予め記憶された自装置のＩＤとを比較し、抽出したＩＤが自装置のＩＤであるかどうかを判定する。ＣＰＵ２５ａは、抽出したＩＤが自装置のＩＤである場合、復調装置２４によって復調されたコマンドが自装置への質問であると認識する。質問装置１からの質問を受信した場合、インピーダンス制御回路３３は、インピーダンス整合を整合状態にさせる。これにより、ＩＤで指定された非接触応答装置２は、ＰＨレベルの消費電力となり、コマンド処理状態となる。
【００２７】
また、ＣＰＵ２５ａは、抽出したＩＤが自装置のＩＤである場合、質問装置１から送信された質問（コマンド）に対する内部演算処理を行う。質問に対する内部演算処理としては、ＣＰＵ２５ａもしくは図示しないコプロセッサによる演算、不揮発メモリ２５ｄからのデータ読み出し、不揮発メモリ２５ｄへのデータ書き込みもしくは消去、応答データの生成などがある。
【００２８】
そして、ＣＰＵ２５ａは、生成した応答データを変調回路２６に出力する。変調回路２６は、キャリア波を応答データで変調する。これにより、変調されたキャリア波（応答波）が非接触応答装置２のアンテナ回路２０，２１から送信される。
応答の返送後、インピーダンス制御回路３３は、インピーダンス整合をミスマッチ状態にさせ、非接触応答装置２の消費電力をＰＨレベルからＰＬレベルへと遷移させる。
【００２９】
以上のような質問と応答のシーケンスにおいて、質問装置１は、質問Ｑ−１，Ｑ−２，Ｑ−３を時系列的に発する。そして、質問装置１は、各々の質問Ｑ−１〜Ｑ−３に対する応答を受信するまでは、他の非接触応答装置２への質問を発しないものとする。これにより、各非接触応答装置２−１〜２−３において、ある瞬間に質問を受信して消費電力がＰＨレベルになるのは１つしかなく、他の非接触応答装置２はＰＬレベルの待機状態のままとなる。
【００３０】
これに対して、従来は、質問装置からのキャリア波を受信してアクティブ状態にある全ての非接触応答装置がＰＨレベルの状態を保持しようとしていた点が本発明と異なる。したがって、本発明は、システム全体で見た電力の分配効率を従来よりも向上させることができる。
また、質問装置１から複数の非接触応答装置２に対して質問を同時に発するようにすれば、従来よりも多くの非接触応答装置２をコマンド処理状態にすることができる。これは、質問装置１の送信出力が規制値で制限されている場合に、特に有効である。
【００３１】
なお、図３の例では、非接触応答装置２の個数を３としたが、これに限るものではなく、本発明の原理上、他の個数でも差し支えないことは明白である。
また、電力消費量のＰＨレベル、ＰＬレベルは、非接触応答装置２内の内部回路の電力消費特性によって予め設定できる性質の値である。ここで、整流回路２２から見た定電圧回路以降の回路全体の負荷が基本的には内部ロジック回路２５の動作状態に関わらず一定となるような、シャントレギュレータなどの回路を定電圧回路２３に用いると、整流回路２２の出力電圧をもって電力消費量を評価することができ、ＰＨレベル、ＰＬレベルの制御が容易に可能となる。
【００３２】
また、定電圧回路２３にシリーズレギュレータを用いても本発明を適用することは可能である。ただし、内部ロジック回路２５の動作に伴って整流回路２２の出力電圧が変化するため、電圧設定値ＶＨ（電力消費量がＰＨレベルのときの整流回路２２の出力電圧）、及び電圧設定値ＶＬ（ＰＬレベルのときの整流回路２２の出力電圧）を、整流回路２２の出力電圧変化分を考慮して設定しなければならず、制御が難しくなる。
【００３３】
いずれにしろ、非接触応答装置２の電力消費量（質問装置１からの受信電力量）をそのまま評価検出するよりも、電圧制御の方が容易なため、本実施の形態においては、受信電力量を制御する具体的方法として、整流回路２２の出力電圧の制御を行うものとする。すなわち、受信電力検出回路２９で整流回路２２の出力電圧を検出して、この検出結果を基に受信電力量を制御する。
【００３４】
非接触応答装置２が質問装置１から電力供給を受けつつ質問装置１と通信する状態においては、図３に示すようなシーケンスの非接触通信システムが有用であるが、最初に非接触応答装置２が質問装置１の送信電磁界内に入って初期化され、質問装置１と初期応答を行う場合には、受信電力が０の状態から開始されるため、必ずしも図３と同じ方法をとれるわけではない。
【００３５】
そこで、インピーダンス制御回路３３は、非接触応答装置２が質問装置１の送信電磁界内に入って質問装置１からの電力供給を受け始めたとき、内部ロジック回路２５による初期化処理の前に、インピーダンス制御により、質問装置１からの受信電力量が初期化処理に最低限必要な電力量ＰＨ２となるよう受電効率を増大させる。
【００３６】
以下、非接触応答装置２の活性化プロセスを典型的な例を用いて順に説明する。非接触応答装置２が質問装置１からのキャリア波を受けて給電を受け、整流回路２２の内部の平滑容量素子（不図示）が充電され、整流回路２２の出力電圧が所定のしきい値を超えると、内部ロジック回路２５のリセットが働く。リセットされた内部ロジック回路２５のＣＰＵ２５ａは、不揮発メモリ２５ｄより所定のデータ読み出しを行って、非接触応答装置２の初期化処理を行う。
【００３７】
この初期化処理では、非接触応答装置２の内部回路の多くが動作するものの、例えば暗号処理などの電力を消費するプロセスを実行するわけでは無く、また所定のルーチンが動作するだけのため電力マージンも少なくて済むので、必ずしもＰＨレベルと同じ受信電力量が必要とは限らない。このため、初期化処理に必要な電力レベルＰＨ２をＰＨと同等にする必要は無く、通常はＰＨ以下に設定可能である。
【００３８】
したがって、図４に示すように、受信電力量が０の段階で質問装置１からの給電を受けたとき、インピーダンス制御回路３３内のプログラム回路３０は、内部ロジック回路２５による初期化処理が実行される前に、受信電力量をＰＨ２レベルにする。図４は初期化モードにおける非接触応答装置の受信電力量を時系列的に表したタイミングチャート図である。
【００３９】
初期化処理が終了した後、ＣＰＵ２５ａは、質問装置１から初期応答のための質問コマンドを受信して、初期応答処理を実行する。通常、質問装置１と非接触応答装置２との間の初期応答処理は、複数の非接触応答装置２の存在を想定して、衝突防止のためのプロセスを含むことが多いので、その迅速な処理速度を満たすためには、初期化処理の完了時点から初期応答処理の開始時点までの区間で受信電力量を下げることなく、ＰＨ２レベルのまま保持、あるいはＰＨレベルへ変化させてもよい。
【００４０】
しかしながら、ポーリングと通常呼ばれる送信方法で非接触応答装置検出用のコマンドが送信される時間間隔は、特に他の伝送通信の処理がある場合は、長くならざるを得ないため、初期化処理の完了時点から初期応答処理の開始時点までの時間も、長くならざるを得ない。
【００４１】
そこで、初期化処理が終了した時点で、図４に示すように、いったん受信電力量をＰＨ２レベルからＰＬレベルまで落とした方がより好ましい。初期化応答処理は図３で説明した通常の伝送モードと同様であるので、初期化応答処理における受信電力量はＰＨレベルで差し支えない。本発明において、これらを実際に制御するには、前述の説明と同様、ＰＨ２レベルの制御を整流回路２２の出力電圧ＶＨ２によって行う。
【００４２】
次に、インピーダンス制御回路３３の動作をより詳細に説明する。図５は容量調整回路３１の構成を示す回路図である。容量調整回路３１は、容量素子Ｃｖ（Ｃｖ１〜Ｃｖｉ）と例えばトランジスタ等からなる電子スイッチＳ（Ｓ１〜Ｓｉ）とを直列に接続した容量切替回路をアンテナ回路２０，２１と並列に複数個配置したものである。
【００４３】
プログラム回路３０は、所定のインピーダンス制御アルゴリズムに従って容量調整回路３１の各電子スイッチＳのオン／オフ状態を決定する。スイッチ制御回路３２は、プログラム回路３０の決定を受けて、容量調整回路３１の電子スイッチＳをオン／オフさせるための制御信号ＣＴＬをスイッチングクロック生成回路２８からのスイッチングクロック信号に同期して出力する。
容量調整回路３１の電子スイッチＳは、制御信号ＣＴＬに応じてオンまたはオフ状態となる。電子スイッチＳがオン／オフすることにより、アンテナ回路２０，２１と並列に挿入される容量値が変化するので、これによりインピーダンス整合の状態が変化する。
【００４４】
そして、本実施の形態にかかる非接触応答装置２は、プログラム回路３０による電子スイッチＳの状態決定と、スイッチ制御回路３２による電子スイッチＳの制御と、受信電力検出回路２９による整流回路２２の出力電圧検出とを１スイッチングクロック毎に繰り返し行うことにより、アンテナ回路２０，２１のインピーダンスを段階的に変化させて、整流回路２２の出力電圧を所望の電圧設定値に漸近させることを特徴とする。
【００４５】
共振回路２１には、アンテナ２０と並列に容量素子Ｃ１が配置され、アンテナ２０と直列に容量素子Ｃ２が配置されている。素子数を減らすために、容量素子Ｃ１もしくはＣ２の１つを取り除いて、この容量素子を取り除いた箇所に容量調整回路３１を挿入することも可能であるが、アンテナ回路２０，２１に近づくに従って、電子スイッチＳに印加される電圧が高くなり、電子スイッチＳの耐圧を上回る可能性が高くなる。したがって、容量調整回路３１は、共振回路２１の後段に配することが好ましい。
【００４６】
図６は、プログラム回路３０及びスイッチ制御回路３２による容量調整回路３１のスイッチ制御（インピーダンス制御）と整流回路２２の出力電圧との関係の１例を示す図である。ここでは、図５に示す容量調整回路３１において、容量素子Ｃｖと電子スイッチＳとからなる容量切替回路の数を１０個と仮定し、容量素子ＣｖにＣｖ１〜Ｃｖ１０、容量素子Ｃｖ１〜Ｃｖ１０と接続された電子スイッチＳにそれぞれＳ１〜Ｓ１０の符号を付与するものとする。
【００４７】
また、プログラム回路３０は、自装置に対する質問データを受信したことを示す、内部ロジック回路２５からの通信ステータスを受けて、整流回路２２の出力電圧をＶＬからＶＨに漸近させるプログラムを実行させるものとする。さらに、図６の時刻ｔ０において、電子スイッチＳはＳ１〜Ｓ３がオン状態になっていて、整流回路２２の出力電圧は電圧設定値ＶＬの近傍で安定している状態と仮定する。また、図６に示す時刻ｔ０，ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４，ｔ５の間隔は、スイッチングクロック信号の周期と等しい。
【００４８】
ここで、時刻ｔ１において、プログラム回路３０がプログラムに従って動作を開始すると、まず受信電力検出回路２９が整流回路２２の出力電圧を検出して、その検出結果をプログラム回路３０に出力する。
プログラム回路３０は、まず時刻ｔ１において容量調整回路３１の電子スイッチＳ４をオンさせるようスイッチ制御回路３２に指示を出す。この指示に応じて、スイッチ制御回路３２は、電子スイッチＳ４をオンさせる制御信号ＣＴＬを出力する。
【００４９】
電子スイッチＳ４がオン状態になると、アンテナ回路２０，２１と並列に容量素子Ｃｖ４が付加されてインピーダンスが変化し、図６のように整流回路２２の出力電圧が上昇して、ある時間を経過した後に出力電圧がほぼ安定化する。
時刻ｔ２において、受信電力検出回路２９は、整流回路２２の出力電圧を検出し、出力電圧が上昇して電圧設定値ＶＨに近づいたことをプログラム回路３０に知らせる。
【００５０】
この通知を受けて、プログラム回路３０は、電子スイッチＳ４をオン状態に固定し、次の電子スイッチＳ５をオンさせるようスイッチ制御回路３２に指示を出し、スイッチ制御回路３２は、電子スイッチＳ５をオンさせる。
時刻ｔ３において、受信電力検出回路２９は、整流回路２２の出力電圧が上昇して電圧設定値ＶＨに近づいたことをプログラム回路３０に知らせる。
【００５１】
この通知を受けて、プログラム回路３０は、電子スイッチＳ５をオン状態に固定し、次の電子スイッチＳ６をオンさせるようスイッチ制御回路３２に指示を出す。以下、同様にして、受信電力検出回路２９による整流回路２２の出力電圧検出とプログラム回路３０による電子スイッチ制御とを繰り返し、時刻ｔ５において、整流回路２２の出力電圧が電圧設定値ＶＨを超えると、プログラム回路３０は、ここで電子スイッチＳ１〜Ｓ１０の状態を現在の状態に固定し、インピーダンス制御を停止する。
【００５２】
インピーダンス制御の停止時、内部ロジック回路２５に通知しなくても差し支えないが、インピーダンス制御を停止したことを示すステータスを内部ロジック回路２５に出力する方がより好ましい。このステータスを受けることにより、内部ロジック回路２５は、十分な電力供給を受けていると判断でき、動作不良を起こすことなく、処理を行うことができる。
【００５３】
なお、容量調整回路３１の各電子スイッチＳの初期状態はノーマリーオフが好ましいのものの、ノーマリーオンであっても差し支えない。この場合には、電子スイッチＳのオン／オフが、オフを優先して評価していくことになる。
また、容量調整回路３１の各容量素子Ｃｖの値は共振回路２１の容量素子Ｃ１，Ｃ２の値の設定によっても影響を受けるが、通常は容量調整回路３１全体として数ｐＦ〜数１００ｐＦの容量値を変化させることができれば、機能上十分である。
【００５４】
図７は、インピーダンス制御と整流回路２２の出力電圧との関係の他の例を示す図である。図７の例は、図６と逆に、整流回路２２の出力電圧を電圧設定値ＶＨからＶＬに変化させる場合である。ここでは、時刻ｔ０において、電子スイッチＳ１〜Ｓ７がオン状態になっていると仮定する。
図７の時刻ｔ１において、まず受信電力検出回路２９が整流回路２２の出力電圧を検出して、その検出結果をプログラム回路３０に出力する。
【００５５】
プログラム回路３０は、時刻ｔ１において容量調整回路３１の電子スイッチＳ７をオフさせるようスイッチ制御回路３２に指示を出し、スイッチ制御回路３２は、電子スイッチＳ７をオフさせる制御信号ＣＴＬを出力する。
電子スイッチＳ７がオフ状態になると、アンテナ回路２０，２１と並列に付加されていた容量素子Ｃｖ７が外されてインピーダンスが変化し、図７のように整流回路２２の出力電圧が低下する。
【００５６】
時刻ｔ２において、受信電力検出回路２９は、整流回路２２の出力電圧が低下して電圧設定値ＶＬに近づいたことをプログラム回路３０に知らせる。
この通知を受けて、プログラム回路３０は、次の電子スイッチＳ６をオフさせるようスイッチ制御回路３２に指示を出し、スイッチ制御回路３２は、電子スイッチＳ６をオフさせる。
【００５７】
以下、同様にして、受信電力検出回路２９による整流回路２２の出力電圧検出とプログラム回路３０による電子スイッチ制御とを繰り返し、時刻ｔ６において整流回路２２の出力電圧が電圧設定値ＶＬを下回ったとき、プログラム回路３０は、直前にオフした電子スイッチＳ３をオン状態に戻す。そして、プログラム回路３０は、次の時刻ｔ７で整流回路２２の出力電圧が電圧設定値ＶＬを超えたことを確認した上で、インピーダンス制御を停止する。
【００５８】
ただし、電圧設定値ＶＬの設定の方法と容量調整回路３１内の容量切替回路の個数にもよるが、電圧設定値ＶＬを非接触応答装置２内の内部回路の動作限界近傍に設定すると、電圧設定値ＶＬを下回った段階で動作不良を起こす可能性がある。そこで、電圧設定値ＶＬを下回るステップを含む制御を行うよりも、より好ましくは、次に評価する電子スイッチＳのオン／オフによる整流回路２２の出力電圧低下分を予想して電圧設定値ＶＬを下回らない段階でインピーダンス制御を停止するか、あるいは本来の電圧設定値ＶＬに１つの電子スイッチ変化による出力電圧低下分以上のマージンを加えたＶＬ’という値を電圧設定値として、この電圧設定値ＶＬ’を下回ったらインピーダンス制御を停止させるようにした方がよい。
【００５９】
また、インピーダンス制御の停止時には、インピーダンス制御を停止したことを示すステータスを内部ロジック回路２５に出力する方がより好ましい。このステータスを受けることにより、内部ロジック回路２５は、いわゆるスリープモードに入ったことを認識でき、質問装置１から次に質問を受信したときに、インピーダンス制御を要求する通信ステータスをプログラム回路３０に確実に出力することができる。
【００６０】
図８はインピーダンス制御と整流回路２２の出力電圧との関係の他の例を示す図である。図８の例は、質問装置１と非接触応答装置２との距離が大きい等の理由により、非接触応答装置２がインピーダンス制御を行っても受信電力量が十分に得られない場合を示している。受信電力量が十分でなく、整流回路２２の出力電圧が電圧設定値ＶＨを下回る場合、図８に示すように、インピーダンス制御によって整流回路２２の出力電圧を最大化した後に、周回動作を行うことになる。
【００６１】
周回動作が行われるのは、容量調整回路３１の電子スイッチＳを順次オンしていったとき、容量値が最適値を超えて整流回路２２の出力電圧が逆に低下したとき、受信電力検出回路２９が整流回路２２の出力電圧低下をステータスとしてプログラム回路３０に通知し、このステータスを受けてプログラム回路３０が直前にオンした電子スイッチＳ（図８の例では時刻ｔ５でオンした電子スイッチＳ）をオフにするためである。
【００６２】
この場合、電子スイッチＳをオフにしても、整流回路２２の出力電圧は電圧設定値ＶＨに達しないので、プログラム回路３０は、オフにした電子スイッチＳを再びオンにする。したがって、上記周回動作が繰り返されることになる。このような周回動作をそのまま継続させても差し支えないが、質問装置１への通信や内部ロジック回路２５の処理を辛うじて行える場合もあるため、周回動作を停止させて電源変動を抑えるほうがより好ましい。
【００６３】
そこで、下限値ＶＬ及び上限値ＶＨの電圧許容範囲をあらかじめ設定し、整流回路２２の出力電圧がこの電圧許容範囲内である場合に制御を停止する動作停止手段をプログラム回路３０に設けることで、周回動作を停止させることができる。ただし、制御の停止後に、質問装置１と非接触応答装置２との間の距離や角度が変化したり、非接触応答装置２の内部回路の駆動に必要な電力量が変化したりして、整流回路２２の出力電圧が変動する場合がある。よって、プログラム回路３０は、制御の停止後も、整流回路２２の出力電圧の変動を検知して、整流回路２２の出力電圧が前記電圧許容範囲を外れたときは、制御を再開するのがよい。
【００６４】
また、質問装置１がキャリア波を振幅変調して信号を送信するなどして、送信電力が時間経過に伴って等価的に変動する場合には、この変動に合わせて整流回路２２の出力電圧も変動する。したがって、プログラム回路３０に動作停止手段を設けたとき、整流回路２２の出力電圧がＶＨまたはＶＬの近傍にある場合には、送信電力の変動に伴って、制御動作の停止と再開とが繰り返され、通信エラーを起こす可能性がある。
【００６５】
そこで、インピーダンス制御回路３１が制御動作を停止するときのしきい値と制御動作を再開するときのしきい値とを変えることで、通信エラーを防ぐことができる。このような通信エラーの防止には、前述の受信電力比較部２９ｂを用いる。第１のシュミットトリガ２９ｂ−１の２つのしきい値としては、整流回路２２の出力電圧が低下するときのしきい値としてＶＬ−ΔＶ２が設定され、整流回路２２の出力電圧が上昇するときのしきい値としてＶＬが設定される。また、第２のシュミットトリガ２９ｂ−２の２つのしきい値としては、整流回路２２の出力電圧が低下するときのしきい値としてＶＨが設定され、整流回路の出力電圧が上昇するときのしきい値としてＶＨ＋ΔＶ１が設定される。
【００６６】
図９は、シュミットトリガ２９ｂ−１の出力Ｘ、シュミットトリガ２９ｂ−２の出力Ｙ、インバータ２９ｂ−３の出力Ｚ及びＯＲ回路２９ｂ−４の出力ＯＵＴと整流回路２２の出力電圧との関係を示す図である。図２のような回路構成とすることで、整流回路２２の出力電圧が下限値ＶＬ及び上限値ＶＨの第１の電圧許容範囲内に入った場合（ＶＬ＜整流回路の出力電圧＜ＶＨ）、受信電力比較部２９ｂ（ＯＲ回路２９ｂ−４）の出力ＯＵＴは「Ｈ」レベルから「Ｌ」レベルに変わり、整流回路２２の出力電圧が下限値ＶＬ−ΔＶ２及び上限値ＶＨ＋ΔＶ１の第２の電圧許容範囲から外れた場合（整流回路２２の出力電圧＞ＶＨ＋ΔＶ１または整流回路２２の出力電圧＜ＶＬ−ΔＶ２）、受信電力比較部２９ｂの出力ＯＵＴは「Ｌ」レベルから「Ｈ」レベルに変わる。
【００６７】
プログラム回路３０は、制御動作中に受信電力比較部２９ｂの出力ＯＵＴが「Ｌ」レベルに変わったとき、制御動作を停止し、動作停止後に出力電圧比較部２９ｂの出力ＯＵＴが「Ｈ」レベルに変わったとき、制御動作を再開する。上記ΔＶ１およびΔＶ２を、質問装置１が振幅変調することで変動する整流回路２２の出力電圧の変動幅より大きくなるように適切に設定することで、整流回路２２の出力電圧がＶＨまたはＶＬの近傍で変動しても、制御動作の停止と再開とが繰り返されることがなくなる。
【００６８】
本発明は、容量調整回路３１の電子スイッチＳを高速にオンまたはオフし、その結果の整流回路２２の出力電圧を評価してアンテナ回路２０，２１のインピーダンス（質問装置１から見た非接触応答装置２のインピーダンス）を高速に調整することが特徴である。電子スイッチＳのスイッチング周期を指定するスイッチングクロック信号は、スイッチングクロック生成回路２８によって生成される。スイッチングクロック信号は、独立した自立発振回路によって生成されるクロック信号でもよいし、プログラム回路３０に別途クロックが供給されて、それからカウンタ等によって生成されるクロック信号であっても差し支えない。
【００６９】
しかし、通常の非接触通信システムの非接触応答装置２では、クロック生成回路２７で生成される内部クロック信号は、キャリア周波数を抽出し、場合によっては分周することで生成される。したがって、このクロック信号を入力とし、分周してスイッチングクロック信号を生成する方が簡便でより好ましい。本実施の形態では、図２に示すように、スイッチングクロック生成回路２８内の分周回路２８ａによってクロック信号を分周してスイッチングクロック信号を生成している。
【００７０】
プログラム回路３０は、受信電力検出回路２９による出力電圧検出の結果を踏まえて電子スイッチＳの制御を行うため、スイッチングクロック信号と同期して動作することが望ましい。スイッチングクロック信号の上限は、整流回路２２に含まれる平滑容量素子の充電に要する時間によって制限される。平滑容量素子が充電に要する時間は、主として容量の値によって左右されるので一概に言えないものの、概略１μｓ程度である。
【００７１】
したがって、スイッチングクロック信号の周波数が１ＭＨｚを超えると、整流回路２２内の平滑容量素子が十分に充電しないうちに、受信電力検出回路２９及びプログラム回路３０による出力電圧評価のプロセスが始まることになるため、インピーダンス制御が不正確になって好ましくない。また、逆にスイッチングクロック信号が低速になると、インピーダンス制御に要する時間が長くなって、応答のオーバーヘッドが長くなる。
【００７２】
非接触通信システムの通信速度は、例えば近接型ＩＣカードの場合で１０６〜２１２ｋｂｐｓ、近傍型ＩＣカードの場合で６〜２６ｋｂｐｓである。応答に対するオーバーヘッドは相対的なものであるため、システムの通信速度に応じてスイッチングクロック信号の周波数の下限を決めればよいが、このような通信速度と比較して著しく遅くなることは好ましくない。
【００７３】
電子スイッチＳのスイッチング動作が所定の電圧状態になるまで繰り返し行われることも考慮すると、スイッチングクロック信号の周波数は１ｋＨｚ以上であることが望ましい。そして、整流回路２２内の平滑容量素子の充電が終了したときに直ちに整流回路２２の出力電圧を評価することが好ましく、したがって１００ｋＨｚ以上、５００ｋＨｚ以下がより好ましい。
【００７４】
また、容量調整回路３１内の容量切替回路の個数は、あまり少ないと、１つの電子スイッチＳの状態変化による整流回路２２の出力電圧変化が大きくなって動作が不安定になるという理由と、整流回路２２の出力電圧を電圧設定値ＶＨに低下させるときにオーバーシュートが生じて出力電圧が非接触応答装置２の各構成回路の最低必要電圧を下回って動作不良を起こす危険性があるという理由と、図８のような周回動作を考慮すると３個以上がよいという理由から、３個以上がよい。
【００７５】
また、容量切替回路の個数が、あまり多くなると、１つの電子スイッチＳによる整流回路２２の出力電圧変化がノイズと同等レベルになって、最適化が困難になるため、最大１００個以下がよい。より好ましくは５個以上、３０個以下である。
【００７６】
本発明は、非接触で通信を行う携帯可搬の電子非接触応答装置なら、どのようなものであっても差し支えなく、ＲＦタグ、携帯情報端末などにも利用できる。しかし、より有用な適用領域はＩＣカードであり、その中でも近接型ＩＣカードおよび近傍型ＩＣカードはもっとも有用である。そこで、以降は、質問装置１をＩＳＯ／ＩＥＣ１４４４３に記述されているタイプＢのリーダーライタとし、非接触応答装置２を同タイプＢの近接型ＩＣカードとして、本実施の形態の非接触通信システムをより詳細に説明する。
【００７７】
図１０はプログラム回路３０の制御アルゴリズムを示すフローチャート図、図１１はインピーダンス制御回路３３によるインピーダンス制御の動作を示すフローチャート図である。ここでは、容量調整回路３１内の容量切替回路の個数を２０個とする。また、定電圧回路２３の出力電圧を２Ｖとし、電圧設定値ＶＨ２を６Ｖ、ＶＨを７Ｖ、ＶＬを４Ｖとし、スイッチングクロック信号の周波数を３３３ｋＨｚとする。
【００７８】
質問装置（リーダーライタ）１には非接触応答装置（カード）２を固定するスロットがあり、そこに非接触応答装置２を挿入することで、質問装置１と非接触応答装置２の相対的な位置関係が固定される。
このような非接触通信システムを用いると、非接触応答装置２を質問装置１のスロットに挿入したとき、受信電力量が０の段階で質問装置１からの給電を受けることになるので、プログラム回路３０は、初期化状態と認識して（図１０ステップ１０１）、インピーダンス制御を開始し（ステップ１０２）、受信電力量をＰＨ２レベルにする。
【００７９】
このときのインピーダンス制御を図１１を用いて説明すると、プログラム回路３０は、ターゲットとする電圧設定値ＶｓをＶＨ２とし（図１１ステップ２０１）、現在の容量調整回路３１の電子スイッチＳの状態を認識して（ステップ２０２）、スイッチングクロック信号の周期分待機する（ステップ２０３）。以上の動作は、図４で説明したキャリア波受信時の動作に相当する。
【００８０】
次に、受信電力検出回路２９は、整流回路２２の出力電圧Ｖ（ｉ）を検出する（ステップ２０４）。プログラム回路３０は、スイッチングクロックの周期分待機した後、受信電力検出回路２９の検出結果に基づいて、出力電圧Ｖ（ｉ）が電圧設定値Ｖｓ以上で、かつ電圧設定値Ｖｓに電圧制御マージンαを加えた電圧以下かどうかを判定する（ステップ２０５）。
【００８１】
ステップ２０５で判定ＹＥＳの場合、プログラム回路３０は、インピーダンス制御を停止したことを示すステータスを内部ロジック回路２５に出力し（ステップ２１６）、容量調整回路３１の現在の電子スイッチＳの状態を固定して（ステップ２１７）、インピーダンス制御を停止する。
【００８２】
一方、ステップ２０５で判定ＮＯの場合、プログラム回路３０は、次に制御する電子スイッチＳを選択して（ステップ２０６）、選択した電子スイッチＳをオンさせるようスイッチ制御回路３２に指示を出す。この指示に応じて、スイッチ制御回路３２は、選択された電子スイッチＳをオンさせる制御信号ＣＴＬを容量調整回路３１に出力する（ステップ２０７）。そして、プログラム回路３０は、スイッチングクロックの周期分待機する（ステップ２０８）。
【００８３】
次に、受信電力検出回路２９は、整流回路２２の出力電圧Ｖ（ｉ＋ｎ）を検出し（ステップ２０９）、スイッチングクロックの周期分待機したプログラム回路３０は、受信電力検出回路２９の検出結果に基づいて、現在の出力電圧Ｖ（ｉ＋ｎ）から１スイッチングクロック前の出力電圧Ｖ（ｉ）を引いた値が０以上かどうかを判定する（ステップ２１０）。
【００８４】
ステップ２１０において判定ＹＥＳの場合、プログラム回路３０は、電圧設定値Ｖｓから出力電圧Ｖ（ｉ＋ｎ）を引いた値が０以上かどうかを判定する（ステップ２１１）。ステップ２１１において判定ＹＥＳの場合、プログラム回路３０は、ステップ２０５に戻る。すなわち、整流回路２２の出力電圧が１スイッチングクロック前よりも上昇して、かつ出力電圧が電圧設定値Ｖｓ＝ＶＨ２に達していない場合には、ステップ２０５〜２１２の処理が繰り返されることになる。
【００８５】
一方、ステップ２１０において判定ＮＯの場合、プログラム回路３０は、電圧設定値Ｖｓから出力電圧Ｖ（ｉ＋ｎ）を引いた値が０以上かどうかを判定する（ステップ２１３）。ステップ２１３においてＮＯの場合、プログラム回路３０は、ステップ２１２に進む。
【００８６】
また、ステップ２１３において判定ＹＥＳの場合、プログラム回路３０は、ステップ２１５でｎ＝ｎ×（−１）を実行した後に、ステップ２０５に戻る。ステップ２１５は、直前にオンした電子スイッチＳをステップ２０６でオフにするための処理であり、図８における時刻ｔ６の処理を実行するためのものである。
【００８７】
以上のインピーダンス制御により、整流回路２２の出力電圧が電圧設定値Ｖｓ＝ＶＨ２＝６Ｖ以上になると（図１０ステップ１０３、図１１ステップ２０５）、プログラム回路３０は、インピーダンス制御を停止して、容量調整回路３１の現在の電子スイッチＳの状態を固定し（図１０ステップ１０４、図１１ステップ２１７）、インピーダンス制御を停止したことを示すステータスを内部ロジック回路２５に出力する（ステップ１０５）。
【００８８】
そして、プログラム回路３０は、内部ロジック回路２５のＣＰＵ２５ａからの通信ステータスを待つ待機状態となる（ステップ１０６）。
整流回路２２の出力電圧が０の状態から、６Ｖになるまでに本実施の形態では２００μｓ要した。
【００８９】
次に、プログラム回路３０からのステータスを受けたＣＰＵ２５ａは、衝突防止プロトコルに対応するために、不揮発メモリ２５ｄの所定のアドレスから、必要なデータを読み出して、所定のレジスタに格納して、初期化処理を実行する。ＣＰＵ２５ａは、初期化処理の終了後、初期化処理が終了したことを示す通信ステータスをプログラム回路３０に出力し、以後はアイドル状態となって、質問装置１からの質問を待つ待機状態となる（ステップ１０７）。
【００９０】
ＣＰＵ２５ａからの通信ステータスを受けたプログラム回路３０は、インピーダンス制御を開始し（ステップ１０８）、受信電力量をＰＬレベルにする。すなわち、プログラム回路３０は、整流回路２２の出力電圧が低下するように容量調整回路３１の電子スイッチＳを制御し、出力電圧が電圧設定値Ｖｓ＝ＶＬ＝４Ｖを下回らない範囲で設定値Ｖｓ付近になったとき（ステップ１０９）、インピーダンス制御を停止して、容量調整回路３１の現在の電子スイッチＳの状態を固定し（ステップ１１０）、インピーダンス制御を停止したことを示すステータスを内部ロジック回路２５に出力する（ステップ１１１）。
【００９１】
そして、プログラム回路３０は、内部ロジック回路２５からのステータスを待つ待機状態となる（ステップ１１２）。
整流回路２２の出力電圧が６Ｖから４Ｖに低下するまでに、本実施の形態では１００μｓを要しなかった。
【００９２】
次に、内部ロジック回路２５のＣＰＵ２５ａは、復調回路２４によって復調されたコマンドから抽出したＩＤが自装置のＩＤである場合、前記コマンドが自装置への質問であると認識して、質問に対する内部演算処理を開始する前に、自装置への質問を受信したことを示す通信ステータスをプログラム回路３０に出力する（ステップ１１３）。
【００９３】
ＣＰＵ２５ａからの通信ステータスを受けたプログラム回路３０は、インピーダンス制御を開始し（ステップ１１４）、受信電力量をＰＨレベルにする。すなわち、プログラム回路３０は、整流回路２２の出力電圧が上昇するように容量調整回路３０の電子スイッチＳを制御し、出力電圧が電圧設定値Ｖｓ＝ＶＨ＝７Ｖ以上、Ｖｓ＋α以下の範囲で設定値Ｖｓ付近になったとき（ステップ１１５）、インピーダンス制御を停止して、容量調整回路３１の現在の電子スイッチＳの状態を固定し（ステップ１１６）、インピーダンス制御を停止したことを示すステータスを内部ロジック回路２５に出力する（ステップ１１７）。
【００９４】
そして、プログラム回路３０は、内部ロジック回路２５からのステータスを待つ待機状態となる（ステップ１１８）。
整流回路２２の出力電圧が４Ｖから７Ｖに上昇するのに要した時間は、１００μｓ以内であった。
プログラム回路３０からのステータスを受けたＣＰＵ２５ａは、質問に対する内部演算処理を開始して、応答波を質問装置１に送信した後、応答処理が終了して待機状態になったことを示す通信ステータスをプログラム回路３０に出力する（ステップ１１９）。
【００９５】
ＣＰＵ２５ａからのステータスを受けたプログラム回路３０は、インピーダンス制御を開始し（ステップ１２０）、整流回路２２の出力電圧が低下するように容量調整回路３１の電子スイッチＳを制御し、出力電圧が電圧設定値Ｖｓ＝ＶＬを下回らない範囲で設定値Ｖｓ付近になったとき（ステップ１２１）、インピーダンス制御を停止して、容量調整回路３１の現在の電子スイッチＳの状態を固定し（ステップ１２２）、インピーダンス制御を停止したことを示すステータスを内部ロジック回路２５に出力する（ステップ１２３）。そして、プログラム回路３０は待機状態となる（ステップ１２４）。
以後、ステップ１１３〜１２４の処理が繰り返される。
【００９６】
質問装置１との初期応答処理においては、アトリビュートコマンドにより質問装置１からＩＤが付与される。ＩＤが付与された後は、通常の伝送モードとなる。ＩＣカードでは、アトリビュートを完了して、カードがアクティブになってからを伝送モードと呼ぶが、応答の高速性が要求されるのは、リクエスト信号に対する応答の部分だけであり、アトリビュートコマンドに対する応答の時間的制限は、伝送モードと同等になるので、本発明の電力制御の観点からは、アトリビュート以降においては伝送モードと同様な制御を行うことで差し支えない。
【００９７】
【発明の効果】
本発明によれば、質問装置から見た自装置のインピーダンスを変化させるインピーダンス制御回路を設け、このインピーダンス制御回路が、自装置が質問装置からの質問データを待つ待機状態になったとき、質問装置からの受信電力量が質問データの認識に最低限必要な電力量ＰＬとなるようアンテナ回路の受電効率を低下させ、自装置に対する質問データを受信したとき、受信電力量が応答波の生成・送信に最低限必要な電力量ＰＨ（ＰＬ＜ＰＨ）となるようアンテナ回路の受電効率を増大させることにより、非接触応答装置の伝送モードにおける電力消費量を適切な量に設定することができ、待機状態における非接触応答装置の電力消費量を低減することができるので、非接触通信システムにおける電力消費の効率を向上させることができる。また、待機状態における非接触応答装置の電力消費量を低減させる結果、非接触応答装置の発熱を抑制することができる。また、電力の分配を効率良く行えることから、質問装置から複数の非接触応答装置に対して質問を同時に発するようにすれば、従来よりも多くの非接触応答装置をコマンド処理状態にすることができる。
【００９８】
また、自装置が質問装置からの電力供給を受け始めたとき、インピーダンス制御回路が、内部ロジック回路による初期化処理の前に、質問装置からの受信電力量が初期化処理に最低限必要な電力量ＰＨ２（ＰＬ＜ＰＨ２≦ＰＨ）となるようアンテナ回路の受電効率を増大させることにより、非接触応答装置の初期化処理の際の電力消費量を適切な量に設定することができ、非接触通信システムにおける電力消費の効率を向上させることができる。
【００９９】
また、インピーダンス制御回路が、受信電力量をＰＬ，ＰＨ又はＰＨ２にするとき、整流回路の出力電圧を検出して、この出力電圧がＰＬ，ＰＨ又はＰＨ２に対応する電圧設定値ＶＬ，ＶＨ又はＶＨ２（ＶＬ＜ＶＨ２≦ＶＨ）となるよう自装置のインピーダンス制御を行うことにより、整流回路の出力電圧に基づいて質問装置からの受信電力量を検出することができ、インピーダンス制御回路による受信電力量の制御を容易に実現することができる。
【０１００】
また、インピーダンス制御回路を、容量素子と電子スイッチとを直列に接続した容量切替回路をアンテナ回路と並列に複数個配置した容量調整回路と、整流回路の出力電圧を検出する受信電力検出回路と、整流回路の出力電圧が所望の電圧設定値になるように、容量調整回路の各電子スイッチの状態を決定するプログラム回路と、このプログラム回路の決定に従って容量調整回路の各電子スイッチのオン／オフを制御するスイッチ制御回路とから構成することにより、質問装置から見た自装置のインピーダンスを容易に変化させることができ、インピーダンス制御を動的に行って、質問装置からの受信電力量を制御するインピーダンス制御回路を容易に実現することができる。
【０１０１】
また、電子スイッチのスイッチングクロックを生成するスイッチングクロック生成回路をインピーダンス制御回路に設け、プログラム回路による電子スイッチの状態決定と、スイッチ制御回路による電子スイッチの制御と、受信電力検出回路による整流回路の出力電圧検出とを１スイッチングクロック毎に繰り返し行うことにより、インピーダンスを段階的に変化させて、整流回路の出力電圧を所望の電圧設定値に漸近させることにより、整流回路の出力電圧を所望の電圧設定値に正確、かつ容易に設定することができる。
【０１０２】
また、プログラム回路が、整流回路の出力電圧が所望の電圧設定値になったときに、電子スイッチの状態を固定し、インピーダンス制御を停止したことを示すステータスを内部ロジック回路に出力することにより、内部ロジック回路は、受信電力量が現在の状態に必要な電力量になったことを認識することができる。
【０１０３】
また、内部ロジック回路が通信ステータスをプログラム回路に出力することにより、プログラム回路は、整流回路の出力電圧が通信ステータスに応じた電圧設定値となるようインピーダンス制御を行うことができる。すなわち、内部ロジック回路が、初期化処理が終了したことを示す通信ステータス又は待機状態になったことを示す通信ステータスを出力することにより、プログラム回路は、整流回路の出力電圧が初期化処理の終了時点または待機状態にとって望ましい電圧設定値ＶＬとなるようインピーダンス制御を行うことができる。また、内部ロジック回路が、自装置に対する質問データを受信したことを示す通信ステータスを出力することにより、プログラム回路は、整流回路の出力電圧が応答波の生成・送信にとって望ましい電圧設定値ＶＨとなるようインピーダンス制御を行うことができる。
【０１０４】
また、容量切替回路の個数を３個以上１００個以下とすることにより、１つの電子スイッチの状態変化による整流回路の出力電圧変化を適切な量にすることができ、整流回路の出力電圧を低下させるときに出力電圧が非接触応答装置の各回路の最低必要電圧を下回って動作不良を起こすという危険性を回避することができる。
【０１０５】
また、スイッチングクロックの周波数を１ｋＨｚ以上１ＭＨｚ以下とすることにより、質問装置から見た自装置のインピーダンスを変化させるインピーダンス制御とこれに付随する整流回路の出力電圧検出とを正確に実行でき、かつインピーダンス制御に要する時間を短くして、質問装置に応答を返すまでの時間を短くすることができる。
【０１０６】
また、シャント型レギュレータからなる定電圧回路を整流回路の後段に設けることにより、整流回路から見た定電圧回路以降の回路全体の負荷が内部ロジック回路の動作状態に関わらず一定となるので、整流回路の出力電圧に基づいて質問装置からの受信電力量を検出することができ、インピーダンス制御回路による受信電力量の制御が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態となる非接触通信システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態における非接触応答装置のインピーダンス制御回路の詳細な構成を示すブロック図である。
【図３】伝送モードにおける質問装置と非接触応答装置との通信及び非接触応答装置の受信電力量を時系列的に表したタイミングチャート図である。
【図４】初期化モードにおける非接触応答装置の受信電力量を時系列的に表したタイミングチャート図である。
【図５】本発明の実施の形態における非接触応答装置の容量調整回路の構成を示す回路図である。
【図６】プログラム回路及びスイッチ制御回路による容量調整回路のスイッチ制御と整流回路の出力電圧との関係の１例を示す図である。
【図７】プログラム回路及びスイッチ制御回路による容量調整回路のスイッチ制御と整流回路の出力電圧との関係の他の例を示す図である。
【図８】プログラム回路及びスイッチ制御回路による容量調整回路のスイッチ制御と整流回路の出力電圧との関係の他の例を示す図である。
【図９】受信電力検出回路の受信電力比較部内の各回路の出力と整流回路の出力電圧との関係を示す図である。
【図１０】プログラム回路の制御アルゴリズムを示すフローチャート図である。
【図１１】インピーダンス制御回路によるインピーダンス制御の動作を示すフローチャート図である。
【符号の説明】
１…質問装置、２…非接触応答装置、１０…キャリア波発生回路、１１…アンテナ、１２…共振回路、２０…アンテナ、２１…共振回路、２２…整流回路、２３…定電圧回路、２４…復調回路、２５…内部ロジック回路、２６…変調回路、２７…クロック生成回路、２８…スイッチングクロック生成回路、２９…受信電力検出回路、３０…プログラム回路、３１…容量調整回路、３２…スイッチ制御回路、３３…インピーダンス制御回路、２５ａ…ＣＰＵ、２５ｂ…ＲＯＭ、２５ｃ…ＲＡＭ、２５ｄ…不揮発メモリ、２８ａ…分周回路、２９ａ…受信電力変動検出部、２９ｂ…受信電力比較部、２９ａ−１…サンプルホールド回路、２９ａ−２…コンパレータ、２９ｂ−１、２９ｂ−２…シュミットトリガ、２９ｂ−３…インバータ、２９ｂ−４…ＯＲ回路、Ｃ１、Ｃ２、Ｃｖ１〜Ｃｖｉ…容量素子、Ｓ…電子スイッチ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a non-contact communication system including an interrogation device and a non-contact response device that perform power supply and data communication in a non-contact state using electromagnetic induction, and in particular, dynamically change the characteristics of an internal circuit according to the communication state. It is related with the non-contact response apparatus which can improve the efficiency of electric power transmission by changing to.
[0002]
[Prior art]
In recent years, portable portable electronic data carriers such as IC cards, RF tags, and data carriers have been used as non-contact response devices, and contactless using electromagnetic induction using a carrier frequency of about 0.1 MHz to several tens of MHz. A non-contact communication system that supplies data to a non-contact response device and performs data communication by superimposing data by modulating a carrier wave is being actively studied and commercialized. In such a non-contact communication system, a plurality of non-contact response devices can be simultaneously fed by the electromagnetic field of one interrogation device, and each non-contact response device can be in an active state in which it can operate. There is a feature that communication with each non-contact response device is possible.
[0003]
However, in such a non-contact communication system, the output characteristics of the electromagnetic field are limited by laws and regulations such as the Radio Law, and are established by, for example, the Council for Voluntary Regulations of Radio Wave Interference, such as information processing equipment, commonly called the VCCI. Various restrictions are also imposed by the self-regulatory operation rules such as the “Self-Regulatory Operation Rules for Interference Waves Generated from Information Processing Devices and Electronic Office Equipment”. Due to such a restriction, as a result of setting the transmission output of the interrogation device low, the power that can be received by the non-contact response device must be set low, and the data processing function of the non-contact response device needs to be suppressed. Moreover, since it is necessary to suppress the transmission output of the interrogation device, the actual situation is that the communication function between the interrogation device and the plurality of non-contact response devices, which is a feature of the non-contact communication system, is impaired.
[0004]
One of the technical problems behind such a problem is the power consumption characteristics of the contactless response device. In order to perform stable data communication modulation / demodulation while receiving power from the interrogation device by electromagnetic induction, the power supply circuit in the non-contact response device is usually designed with constant power to suppress internal signal noise due to the operation of the entire circuit. Designed to be When the processing inside the non-contact response device is simple and the power consumption is small, the power supply circuit changes the surplus power into heat with a resistance component. As a result, the non-contact response device consumes a certain amount of power regardless of the state of internal processing.
[0005]
If a plurality of such non-contact response devices enter the transmission electromagnetic field of the interrogator and take an active state, each of them receives a constant received power regardless of the communication state with the interrogator and the internal processing state. Try to secure. From the point of view of power consumption of the contactless communication system, at a certain time, there is only one device that responds to the interrogation device, and the other contactless response device is only in a state of waiting for the question, From the standpoint of energy efficiency, the large power consumption of the non-contact response device in the standby state has been a problem.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the conventional contactless communication system, all contactless response devices that have entered the transmission electromagnetic field of the interrogator have a constant power regardless of the communication state with the interrogator and the internal processing state. There was a problem of consumption.
The present invention has been made in order to solve the above-described problem, and realizes efficient control of the amount of received power from the interrogation device and can improve the efficiency of power consumption in a contactless communication system. An object is to provide an apparatus.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The non-contact response device of the present invention receives the carrier wave from the interrogation device and transmits the response wave to the interrogation device (20, 21) and the carrier wave received by the antenna circuit. A rectifier circuit (22) for obtaining drive power for the device, and internal logic for generating response data for the query data and transmitting it as a response wave from the antenna circuit when query data for the device is obtained from the carrier wave A circuit (25) and an impedance control circuit (33) for changing the impedance of the own device viewed from the interrogator, the impedance control circuit being in a standby state in which the own device waits for interrogation data from the interrogator The received power amount from the interrogation device becomes the minimum power amount PL necessary for recognizing the interrogation data. The antenna so as to reduce the power reception efficiency of the antenna circuit so that the received power amount becomes the minimum power amount PH (PL <PH) necessary for generating and transmitting the response wave when the inquiry data for the device is received. Increase power receiving efficiency of the circuit When the received power amount is set to PL or PH, the output voltage of the rectifier circuit is detected, and the output voltage is set to a voltage setting value VL or VH (VL <VH) corresponding to the PL or PH. The impedance control of the device is performed so that the received power amount is controlled. It is what I did. Thus, in the present invention, when the non-contact response device is in a standby state in a state where the non-contact response device receives power supply from the interrogation device and communicates with the interrogation device, the impedance of the own device viewed from the interrogation device When the non-contact answering device receives the question data from the interrogator and enters the command processing state, the own device viewed from the interrogator The power reception efficiency is increased by changing the impedance and the received power amount from the interrogation device is PH, so that the power consumption of the non-contact response device in the standby state can be reduced.
[0008]
The non-contact response device of the present invention An antenna circuit that receives a carrier wave from the interrogator and transmits a response wave to the interrogator, a rectifier circuit that obtains driving power for the apparatus from the carrier wave received by the antenna circuit, When query data for the device itself is obtained from a carrier wave, response data for the query data is generated and transmitted as a response wave from the antenna circuit, and the impedance of the device viewed from the question device is changed. And the impedance control circuit is configured such that when the device enters a standby state waiting for question data from the interrogation device, the amount of received power from the interrogation device is the minimum for recognizing the question data. Decrease the power reception efficiency of the antenna circuit so that the required amount of power PL is reached, and , The power reception efficiency of the antenna circuit is increased so that the received power amount becomes the minimum power amount PH (PL <PH) necessary for generating and transmitting the response wave, When entering the transmission electromagnetic field region and starting to receive power supply from the interrogation device, the amount of received power from the interrogation device is the minimum required for the initialization process before the initialization process by the internal logic circuit The power reception efficiency of the antenna circuit is increased so that a sufficient amount of power PH2 (PL <PH2 ≦ PH). When the received power amount is set to PL, PH, or PH2, the output voltage of the rectifier circuit is detected. Then, the impedance of the device is controlled so that the output voltage becomes a voltage set value VL, VH or VH2 (VL <VH2 ≦ VH) corresponding to the PL, PH or PH2, and the reception It was to control the amount of force Is. As described above, in the present invention, in the initialization process of the non-contact response device, the power reception efficiency is increased by changing the impedance of the own device viewed from the interrogation device, and the received power amount from the interrogation device is set as the electric energy PH2. Therefore, the power consumption during the initialization process can be set to an appropriate amount. Also, In the present invention, the amount of received power from the interrogation device can be easily controlled based on the output voltage of the rectifier circuit.
[0009]
As one configuration example of the non-contact response device according to the present invention, the impedance control circuit includes a capacitance switching circuit in which capacitive elements (Cv1 to Cvi) and electronic switches (S1 to Si) are connected in series to the antenna circuit. A plurality of capacitance adjusting circuits (31) arranged in parallel, a received power detection circuit (29) for detecting the output voltage of the rectifier circuit, and the output voltage of the rectifier circuit so that the output voltage of the rectifier circuit becomes a desired voltage setting value. A program circuit (30) for determining the state of each electronic switch of the capacity adjustment circuit, and a switch control circuit (32) for controlling on / off of each electronic switch of the capacity adjustment circuit according to the determination of the program circuit. . By providing the capacity adjustment circuit, it is possible to easily change the impedance of the own device viewed from the interrogation device.
As one configuration example of the non-contact response device according to the present invention, the impedance control circuit includes a switching clock generation circuit (28) that generates a switching clock of the electronic switch, and the state of the electronic switch is determined by the program circuit. And by repeatedly performing the control of the electronic switch by the switch control circuit and the output voltage detection of the rectifier circuit by the received power detection circuit for each switching clock, the impedance is changed stepwise, The output voltage of the rectifier circuit is made asymptotic to the desired voltage setting value.
[0010]
Further, as one configuration example of the non-contact response device of the present invention, the program circuit fixes the state of the electronic switch when the output voltage of the rectifier circuit reaches the desired voltage setting value, and the impedance A status indicating that the control is stopped is output to the internal logic circuit.
Further, as one configuration example of the non-contact response device according to the present invention, the internal logic circuit includes a communication status indicating that the initialization process has been completed, a communication status indicating that the standby state has been reached, or the self-device. A communication status indicating that the inquiry data has been received is output to the program circuit.
In the configuration example of the non-contact response device according to the present invention, the number of the capacitance switching circuits is 3 or more and 100 or less.
Moreover, in one structural example of the non-contact response apparatus of this invention, the frequency of the said switching clock is 1 kHz or more and 1 MHz or less.
Further, as a configuration example of the non-contact response device of the present invention, a constant voltage circuit including a shunt type regulator is provided at the subsequent stage of the rectifier circuit.
In one configuration example of the non-contact response device of the present invention, the non-contact response device is an IC card.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention is characterized in that, by using a non-contact response device equipped with an impedance control circuit, impedance control is dynamically performed in a transmission state to control the power consumption of the non-contact response device.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a non-contact communication system according to an embodiment of the present invention.
[0012]
The non-contact communication system of FIG. 1 includes an interrogation device 1 and a non-contact response device 2. The interrogation device 1 transmits an unmodulated carrier wave at times other than data transmission to supply power to the contactless response device 2. And when the inquiry apparatus 1 and the non-contact response apparatus 2 transmit data, they modulate a carrier wave and superimpose data.
[0013]
The interrogation device 1 transmits a carrier wave generation circuit 10 that generates an unmodulated carrier wave, and an unmodulated carrier wave or a modulated carrier wave that is output from the carrier wave generation circuit 10, or a non-contact response device 2 The antenna 11 for receiving the response wave transmitted from the antenna 11 and the resonance circuit 12 for obtaining the resonance state of the antenna 11 are provided. In FIG. 1, a modulation circuit that modulates a carrier wave at the time of data transmission, a demodulation circuit that receives and demodulates a response wave from the non-contact response device 2, and generates or demodulates data to the non-contact response device 2 A description of a circuit such as a control circuit that processes data demodulated by the circuit is omitted. The antenna 11 and the resonance circuit 12 constitute an antenna circuit.
[0014]
The non-contact response device 2 includes an antenna 20 for receiving a carrier wave transmitted from the interrogation device 1 and transmitting a response wave, a resonance circuit 21 for obtaining a resonance state of the antenna 20, and an antenna circuit A rectifier circuit 22 that rectifies the carrier wave received at 20, 21 to obtain power for driving each circuit of the non-contact response device 2, a constant voltage circuit 23 that converts the output voltage of the rectifier circuit 22 to a constant voltage, and an antenna When the demodulating circuit 24 that demodulates the modulated carrier wave received by the circuits 20 and 21 and the inquiry data for the device itself are obtained from the carrier wave, the response data for the inquiry data is generated and the antenna circuits 20 and 21 are obtained. An internal logic circuit 25 that transmits the response wave as a response wave, a modulation circuit 26 that modulates the carrier wave with the response data output from the internal logic circuit 25, an antenna A clock generation circuit 27 that extracts a clock component from the carrier waves received by the circuits 20 and 21 to generate a clock signal, and a switching clock generation that generates a switching clock signal based on the clock signal generated by the clock generation circuit 27 According to the circuit 28, the received power detection circuit 29 that detects the received power amount of the non-contact response device 2 by detecting the output voltage of the rectifier circuit 22, the detection result of the received power detection circuit 29 and a predetermined impedance control algorithm An impedance control for changing the impedance of the own device viewed from the interrogator 1 and a program switching circuit 30 for controlling the received power amount of the non-contact response device 2 and a capacitance switching circuit in which a capacitive element and an electronic switch are connected in series. Capacitance adjustment circuit arranged in parallel with antenna circuits 20 and 21 1, and a switch control circuit 32 for controlling the electronic switches of the capacity adjustment circuit 31 in accordance with the output of the program circuit 30. The antenna 20 and the resonance circuit 21 constitute an antenna circuit.
[0015]
The internal logic circuit 25 includes a CPU 25a, a ROM 25b, a RAM 25c, and a nonvolatile memory 25d.
The switching clock generation circuit 28, the reception power detection circuit 29, the program circuit 30, the capacity adjustment circuit 31, and the switch control circuit 32 constitute an impedance control circuit 33.
[0016]
FIG. 2 is a block diagram showing a detailed configuration of the impedance control circuit 33.
The switching clock generation circuit 28 includes a frequency dividing circuit 28 a that divides the clock signal generated by the clock generation circuit 27 to generate a switching clock signal.
The received power detection circuit 29 detects a change in the output voltage of the rectifier circuit 22 for each switching clock, and outputs a detection result to the program circuit 30. The received power fluctuation detection unit 29 a outputs the detection voltage to the program circuit 30. And a received power comparison unit 29 b that outputs a comparison result to the program circuit 30 in comparison with the threshold value of
[0017]
The received power fluctuation detector 29a is held by the sample hold circuit 29a-1 that samples and holds the output voltage of the rectifier circuit 22 in synchronization with the switching clock signal output from the program circuit 30, and the sample hold circuit 29a-1. It has a comparator 29 a-2 that compares the output voltage of the rectifier circuit 22 one sample before with the current output voltage of the rectifier circuit 22 and outputs the comparison result to the program circuit 30.
[0018]
The received power comparison unit 29b includes a first Schmitt trigger 29b-1, a second Schmitt trigger 29b-2 having a threshold value different from that of the first Schmitt trigger 29b-1, and the second Schmitt trigger 29b-2. And an OR circuit 29b-4 for calculating the logical sum of the output of the Schmitt trigger 29b-1 and the output of the inverter 29b-3.
[0019]
The power supplied from the interrogation device 1 to the non-contact response device 2 is a function of the matching state of both impedances. When matching is performed, power is supplied with high efficiency, and when matching is mismatched, power is reflected. The power received by the non-contact response device 2 decreases. Normally, the impedance control of the antenna circuits 20 and 21 is used for impedance matching for increasing the received power. However, in the present invention, in order to reduce the extra power consumption of the non-contact response device 2, the impedance matching is conversely performed. It is also used for control for mismatching.
[0020]
As an example of communication between the interrogation device 1 and the plurality of non-contact response devices 2, the present invention will be described by taking a case where there are three non-contact response devices 2 as an example. FIG. 3 is a timing chart showing the timing of the question from the interrogation device 1 and the response from the non-contact response device 2 and the received power amount of the non-contact response device 2 at that time in time series.
[0021]
The amount of received power of the non-contact response device 2 is controlled by the impedance control circuit 33. PH in FIG. 3 is the minimum power level required for the non-contact response device 2 to process a command from the interrogation device 1, and PL is a command when the non-contact response device 2 normally receives the command from the interrogation device 1. The power level is determined by adding an appropriate margin to the minimum amount of power required for recognition.
[0022]
Questions from the inquiry device 1 to the non-contact response device 2 generally use an identification number (hereinafter abbreviated as ID) and add an ID to the command frame of the inquiry, It is done by specifying it uniquely. The ID of the non-contact response device 2 is given to the non-contact response device 2 in the initial response procedure in which the interrogation device 1 recognizes the non-contact response device 2 or is unique to the non-contact response device 2 in advance. However, the present invention does not stick to the method of assigning IDs. Here, ID1, ID2, and ID3 correspond to the non-contact response devices 2-1, 2-2, and 2-3, respectively.
[0023]
When the antenna circuits 20 and 21 receive unmodulated carrier waves from the interrogator 1, the rectifier circuits 22 of the non-contact response devices 2-1 to 2-3 perform full-wave rectification on the carrier waves to obtain a constant voltage. The circuit 23 converts the voltage output from the rectifier circuit 22 to a constant voltage. The clock generation circuit 27 extracts a clock component from the carrier wave and generates a clock signal. Then, the demodulation circuit 24 demodulates the carrier wave. However, since an unmodulated carrier wave is demodulated here, there is no data obtained by demodulation.
[0024]
The internal logic circuit 25 of each contactless response device 2-1 to 2-3 receives power supply from the constant voltage circuit 23 and operates in synchronization with the clock signal output from the clock generation circuit 27. The impedance control circuit 33 sets the impedance matching to the mismatch state before receiving the question from the questioning apparatus 1 (standby state in which an unmodulated carrier wave is received). Thereby, each non-contact response apparatus 2-1 to 2-3 is in a standby state with power consumption of PL level.
[0025]
Next, as shown in FIG. 3, when the questions Q-1, Q-2, and Q-3 are sequentially issued from the questioning apparatus 1, and the IDs added thereto are ID1, ID3, and ID2, respectively, the question Q The non-contact response device 2-1, the non-contact response device 2-3, and the non-contact response device 2-2 react to -1, Q-2, and Q-3, respectively.
That is, a modulation circuit (not shown) of the interrogation apparatus 1 modulates the unmodulated carrier wave output from the carrier wave generation circuit 10 with a command to which an ID is added. Thereby, the modulated carrier wave (question wave) is transmitted from the antenna circuit 11 of the interrogation device 1.
[0026]
The CPU 25a of the internal logic circuit 25 of each of the non-contact response devices 2-1 to 2-3 extracts the ID from the command demodulated by the demodulation circuit 24 and stores the extracted ID and its own device stored in advance in the nonvolatile memory 25d. To determine whether the extracted ID is the ID of its own device. When the extracted ID is the ID of the own device, the CPU 25a recognizes that the command demodulated by the demodulation device 24 is a question to the own device. When receiving the question from the questioning apparatus 1, the impedance control circuit 33 sets the impedance matching to the matching state. As a result, the non-contact response device 2 specified by the ID becomes PH level power consumption and enters the command processing state.
[0027]
Moreover, CPU25a performs the internal calculation process with respect to the question (command) transmitted from the question apparatus 1, when extracted ID is ID of an own apparatus. The internal calculation processing for the question includes calculation by the CPU 25a or a coprocessor (not shown), data reading from the nonvolatile memory 25d, data writing or erasing to the nonvolatile memory 25d, response data generation, and the like.
[0028]
Then, the CPU 25a outputs the generated response data to the modulation circuit 26. The modulation circuit 26 modulates the carrier wave with response data. Thereby, the modulated carrier wave (response wave) is transmitted from the antenna circuits 20 and 21 of the non-contact response device 2.
After returning the response, the impedance control circuit 33 causes the impedance matching to be in a mismatch state, and causes the power consumption of the non-contact response device 2 to transition from the PH level to the PL level.
[0029]
In the question and response sequence as described above, the question apparatus 1 issues the questions Q-1, Q-2, and Q-3 in time series. And the question apparatus 1 shall not issue the question to the other non-contact response apparatus 2 until the response with respect to each question Q-1 to Q-3 is received. Thereby, in each non-contact response device 2-1-2-3, there is only one that receives a question at a certain moment and the power consumption becomes a PH level, and the other non-contact response devices 2 have a PL level. It remains in the standby state.
[0030]
On the other hand, the present invention is different from the present invention in that all non-contact response devices that have received a carrier wave from an interrogation device and are in an active state tried to maintain a PH level state. Therefore, according to the present invention, the power distribution efficiency as seen in the entire system can be improved as compared with the conventional system.
Further, if questions are issued simultaneously to the plurality of non-contact response devices 2 from the interrogation device 1, more non-contact response devices 2 can be put into a command processing state than before. This is particularly effective when the transmission output of the interrogation device 1 is limited by a restriction value.
[0031]
In the example of FIG. 3, the number of the non-contact response devices 2 is three, but the number is not limited to this, and it is obvious that other numbers may be used according to the principle of the present invention.
The PH level and the PL level of the power consumption are values that can be set in advance according to the power consumption characteristics of the internal circuit in the non-contact response device 2. Here, a circuit such as a shunt regulator, in which the load of the entire circuit after the constant voltage circuit viewed from the rectifier circuit 22 is basically constant regardless of the operation state of the internal logic circuit 25, is used as the constant voltage circuit 23. When used, the power consumption can be evaluated with the output voltage of the rectifier circuit 22, and the PH level and the PL level can be easily controlled.
[0032]
Further, the present invention can be applied even if a series regulator is used for the constant voltage circuit 23. However, since the output voltage of the rectifier circuit 22 changes with the operation of the internal logic circuit 25, the voltage set value VH (the output voltage of the rectifier circuit 22 when the power consumption is at the PH level) and the voltage set value VL ( The output voltage of the rectifier circuit 22 at the PL level must be set in consideration of the amount of change in the output voltage of the rectifier circuit 22, which makes control difficult.
[0033]
In any case, the voltage control is easier than the evaluation and detection of the power consumption of the non-contact response device 2 (the amount of received power from the interrogation device 1) as it is. As a specific method for controlling the output voltage, the output voltage of the rectifier circuit 22 is controlled. That is, the received power detection circuit 29 detects the output voltage of the rectifier circuit 22 and controls the received power amount based on the detection result.
[0034]
In a state where the non-contact response device 2 communicates with the interrogation device 1 while receiving power supply from the interrogation device 1, a non-contact communication system having a sequence as shown in FIG. 3 is useful. Is initialized by entering into the transmission electromagnetic field of the interrogator 1, and when the initial response is made with the interrogator 1, the received power starts from 0, so the same method as in FIG. 3 is not necessarily taken. Absent.
[0035]
Therefore, when the non-contact response device 2 enters the transmission electromagnetic field of the interrogation device 1 and starts to receive power supply from the interrogation device 1, the impedance control circuit 33 before the initialization process by the internal logic circuit 25, By the impedance control, the power reception efficiency is increased so that the amount of received power from the interrogation device 1 becomes the minimum amount of power PH2 required for the initialization process.
[0036]
Hereinafter, the activation process of the non-contact response device 2 will be described in order using a typical example. The non-contact response device 2 receives the carrier wave from the interrogation device 1 and receives power, the smoothing capacitance element (not shown) inside the rectifier circuit 22 is charged, and the output voltage of the rectifier circuit 22 reaches a predetermined threshold value. If exceeded, the internal logic circuit 25 is reset. The reset CPU 25a of the internal logic circuit 25 reads predetermined data from the nonvolatile memory 25d, and performs initialization processing of the non-contact response device 2.
[0037]
In this initialization processing, although many of the internal circuits of the non-contact response device 2 operate, a power consuming process such as encryption processing is not executed, and a power margin is obtained because only a predetermined routine operates. Therefore, the same amount of received power as the PH level is not always necessary. For this reason, the power level PH2 required for the initialization process does not need to be equal to PH, and can usually be set to PH or lower.
[0038]
Therefore, as shown in FIG. 4, when power is received from the interrogator 1 when the received power amount is 0, the program circuit 30 in the impedance control circuit 33 is initialized by the internal logic circuit 25. Before receiving, the received power amount is set to the PH2 level. FIG. 4 is a timing chart showing the received power amount of the non-contact response device in the initialization mode in time series.
[0039]
After the initialization process is completed, the CPU 25a receives a question command for an initial response from the question apparatus 1, and executes the initial response process. Usually, the initial response process between the interrogation device 1 and the non-contact response device 2 often includes a process for preventing a collision, assuming the presence of a plurality of non-contact response devices 2, so that the quick response In order to satisfy the processing speed, the received power amount may be maintained at the PH2 level or may be changed to the PH level without lowering the received power amount in the section from the completion time of the initialization process to the start time of the initial response process.
[0040]
However, the time interval at which the command for detecting the contactless response device is transmitted by a transmission method usually called polling must be long, particularly when there is other transmission communication processing, so the initialization process is completed. The time from the point in time to the start point of the initial response process must be long.
[0041]
Therefore, when the initialization process is completed, it is more preferable to temporarily reduce the received power amount from the PH2 level to the PL level as shown in FIG. Since the initialization response process is the same as the normal transmission mode described with reference to FIG. 3, the received power amount in the initialization response process may be at the PH level. In the present invention, in order to actually control these, the PH2 level is controlled by the output voltage VH2 of the rectifier circuit 22 as described above.
[0042]
Next, the operation of the impedance control circuit 33 will be described in more detail. FIG. 5 is a circuit diagram showing the configuration of the capacity adjustment circuit 31. The capacity adjustment circuit 31 includes a plurality of capacity switching circuits in which a capacitive element Cv (Cv1 to Cvi) and an electronic switch S (S1 to Si) made of, for example, a transistor or the like are connected in series with the antenna circuits 20 and 21 in parallel. Is.
[0043]
The program circuit 30 determines the on / off state of each electronic switch S of the capacitance adjustment circuit 31 according to a predetermined impedance control algorithm. In response to the determination of the program circuit 30, the switch control circuit 32 outputs a control signal CTL for turning on / off the electronic switch S of the capacitance adjustment circuit 31 in synchronization with the switching clock signal from the switching clock generation circuit 28. .
The electronic switch S of the capacity adjustment circuit 31 is turned on or off according to the control signal CTL. When the electronic switch S is turned on / off, the capacitance value inserted in parallel with the antenna circuits 20 and 21 changes, so that the impedance matching state changes.
[0044]
The non-contact response device 2 according to the present embodiment determines the state of the electronic switch S by the program circuit 30, controls the electronic switch S by the switch control circuit 32, and outputs the rectifier circuit 22 by the received power detection circuit 29. By repeatedly performing the voltage detection for each switching clock, the impedance of the antenna circuits 20 and 21 is changed stepwise to make the output voltage of the rectifier circuit 22 asymptotic to a desired voltage setting value.
[0045]
In the resonance circuit 21, a capacitive element C <b> 1 is disposed in parallel with the antenna 20, and a capacitive element C <b> 2 is disposed in series with the antenna 20. In order to reduce the number of elements, it is possible to remove one of the capacitive elements C1 or C2 and insert the capacitive adjustment circuit 31 at the place where the capacitive element is removed, but as the antenna circuits 20 and 21 are approached, The voltage applied to the electronic switch S increases, and the possibility that the withstand voltage of the electronic switch S is exceeded increases. Therefore, it is preferable that the capacitance adjustment circuit 31 is arranged at the subsequent stage of the resonance circuit 21.
[0046]
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of the relationship between the switch control (impedance control) of the capacitance adjustment circuit 31 by the program circuit 30 and the switch control circuit 32 and the output voltage of the rectifier circuit 22. Here, in the capacity adjustment circuit 31 shown in FIG. 5, it is assumed that the number of capacity switching circuits including the capacity element Cv and the electronic switch S is 10, and the capacity elements Cv are connected to Cv1 to Cv10 and the capacity elements Cv1 to Cv10. It is assumed that the codes S1 to S10 are assigned to the electronic switches S that have been made.
[0047]
In addition, the program circuit 30 receives a communication status from the internal logic circuit 25 indicating that it has received question data for its own device, and executes a program for gradually increasing the output voltage of the rectifier circuit 22 from VL to VH. To do. Furthermore, it is assumed that at time t0 in FIG. 6, the electronic switch S is in a state where S1 to S3 are turned on and the output voltage of the rectifier circuit 22 is stable in the vicinity of the voltage set value VL. Further, the intervals between times t0, t1, t2, t3, t4, and t5 shown in FIG. 6 are equal to the cycle of the switching clock signal.
[0048]
Here, when the program circuit 30 starts to operate according to the program at time t1, the received power detection circuit 29 first detects the output voltage of the rectifier circuit 22 and outputs the detection result to the program circuit 30.
The program circuit 30 first instructs the switch control circuit 32 to turn on the electronic switch S4 of the capacitance adjustment circuit 31 at time t1. In response to this instruction, the switch control circuit 32 outputs a control signal CTL for turning on the electronic switch S4.
[0049]
When the electronic switch S4 is turned on, the capacitive element Cv4 is added in parallel with the antenna circuits 20 and 21 to change the impedance, and the output voltage of the rectifier circuit 22 increases as shown in FIG. Later, the output voltage is almost stabilized.
At time t2, the received power detection circuit 29 detects the output voltage of the rectifier circuit 22, and notifies the program circuit 30 that the output voltage has increased and has approached the voltage setting value VH.
[0050]
In response to this notification, the program circuit 30 fixes the electronic switch S4 to the on state and issues an instruction to the switch control circuit 32 to turn on the next electronic switch S5. The switch control circuit 32 turns on the electronic switch S5. Let
At time t3, the received power detection circuit 29 notifies the program circuit 30 that the output voltage of the rectifier circuit 22 has risen and approached the voltage setting value VH.
[0051]
In response to this notification, the program circuit 30 instructs the switch control circuit 32 to fix the electronic switch S5 to the on state and turn on the next electronic switch S6. Thereafter, similarly, the detection of the output voltage of the rectifier circuit 22 by the received power detection circuit 29 and the electronic switch control by the program circuit 30 are repeated, and when the output voltage of the rectifier circuit 22 exceeds the voltage setting value VH at time t5, Here, the program circuit 30 fixes the states of the electronic switches S1 to S10 to the current state and stops the impedance control.
[0052]
When the impedance control is stopped, the internal logic circuit 25 may not be notified, but it is more preferable to output a status indicating that the impedance control is stopped to the internal logic circuit 25. By receiving this status, the internal logic circuit 25 can determine that it has received sufficient power supply and can perform processing without causing malfunction.
[0053]
The initial state of each electronic switch S of the capacity adjustment circuit 31 is preferably normally off, but may be normally on. In this case, ON / OFF of the electronic switch S is evaluated with priority given to OFF.
Further, although the value of each capacitive element Cv of the capacitance adjusting circuit 31 is affected by the setting of the values of the capacitive elements C1 and C2 of the resonant circuit 21, the capacitance value of several pF to several hundred pF as a whole is usually set. If it can be changed, it is sufficient in terms of function.
[0054]
FIG. 7 is a diagram illustrating another example of the relationship between the impedance control and the output voltage of the rectifier circuit 22. The example of FIG. 7 is a case where the output voltage of the rectifier circuit 22 is changed from the voltage setting value VH to VL, contrary to FIG. Here, it is assumed that the electronic switches S1 to S7 are turned on at time t0.
At time t <b> 1 in FIG. 7, the reception power detection circuit 29 first detects the output voltage of the rectifier circuit 22 and outputs the detection result to the program circuit 30.
[0055]
The program circuit 30 instructs the switch control circuit 32 to turn off the electronic switch S7 of the capacitance adjustment circuit 31 at time t1, and the switch control circuit 32 outputs a control signal CTL that turns off the electronic switch S7.
When the electronic switch S7 is turned off, the capacitive element Cv7 added in parallel with the antenna circuits 20 and 21 is removed, the impedance changes, and the output voltage of the rectifier circuit 22 decreases as shown in FIG.
[0056]
At time t2, the received power detection circuit 29 informs the program circuit 30 that the output voltage of the rectifier circuit 22 has dropped to approach the voltage setting value VL.
In response to this notification, the program circuit 30 instructs the switch control circuit 32 to turn off the next electronic switch S6, and the switch control circuit 32 turns off the electronic switch S6.
[0057]
Hereinafter, similarly, the detection of the output voltage of the rectifier circuit 22 by the received power detection circuit 29 and the electronic switch control by the program circuit 30 are repeated, and when the output voltage of the rectifier circuit 22 falls below the voltage setting value VL at time t6, The program circuit 30 returns the electronic switch S3 that was turned off immediately before to the ON state. The program circuit 30 confirms that the output voltage of the rectifier circuit 22 has exceeded the voltage setting value VL at the next time t7, and then stops the impedance control.
[0058]
However, depending on the method of setting the voltage setting value VL and the number of capacitance switching circuits in the capacity adjustment circuit 31, if the voltage setting value VL is set near the operation limit of the internal circuit in the non-contact response device 2, the voltage There is a possibility of causing a malfunction at a stage where the value falls below the set value VL. Therefore, rather than performing control including a step that falls below the voltage setting value VL, more preferably, the voltage setting value VL is estimated in anticipation of a decrease in the output voltage of the rectifier circuit 22 due to ON / OFF of the electronic switch S to be evaluated next. Impedance control is stopped at a stage that does not fall below, or the voltage setting value VL is set to a value VL ′ obtained by adding a margin equal to or greater than the output voltage drop due to one electronic switch change to the original voltage setting value VL. It is better to stop the impedance control when it falls below '.
[0059]
Further, when the impedance control is stopped, it is more preferable to output a status indicating that the impedance control is stopped to the internal logic circuit 25. By receiving this status, the internal logic circuit 25 can recognize that it has entered a so-called sleep mode, and when the next question is received from the interrogator 1, the communication status requesting impedance control is surely given to the program circuit 30. Can be output.
[0060]
FIG. 8 is a diagram illustrating another example of the relationship between the impedance control and the output voltage of the rectifier circuit 22. The example of FIG. 8 shows a case where the received power amount cannot be sufficiently obtained even if the non-contact response device 2 performs the impedance control due to the reason that the distance between the interrogation device 1 and the non-contact response device 2 is large. Yes. When the amount of received power is not sufficient and the output voltage of the rectifier circuit 22 is lower than the voltage setting value VH, as shown in FIG. 8, after the output voltage of the rectifier circuit 22 is maximized by impedance control, the loop operation is performed. become.
[0061]
The circuit operation is performed when the electronic switch S of the capacitance adjustment circuit 31 is sequentially turned on, when the capacitance value exceeds the optimum value and the output voltage of the rectifier circuit 22 is decreased, the received power detection circuit. 29 notifies the program circuit 30 of the output voltage drop of the rectifier circuit 22 as a status, and upon receipt of this status, the electronic switch S that was turned on immediately before (in the example of FIG. 8, the electronic switch S turned on at time t5). Is to turn off.
[0062]
In this case, even if the electronic switch S is turned off, the output voltage of the rectifier circuit 22 does not reach the voltage setting value VH, so that the program circuit 30 turns on the electronic switch S that has been turned off again. Therefore, the above-described circulation operation is repeated. Such a circular operation may be continued as it is. However, since communication to the interrogation device 1 and processing of the internal logic circuit 25 may be barely performed, it is more preferable to suppress the power fluctuation by stopping the circular operation.
[0063]
Therefore, by providing the program circuit 30 with operation stop means for setting the voltage allowable ranges of the lower limit value VL and the upper limit value VH in advance and stopping the control when the output voltage of the rectifier circuit 22 is within the voltage allowable range, Circulation operation can be stopped. However, after the control is stopped, the distance or angle between the interrogation device 1 and the non-contact response device 2 changes, or the amount of power necessary for driving the internal circuit of the non-contact response device 2 changes, The output voltage of the rectifier circuit 22 may fluctuate. Therefore, the program circuit 30 should detect the fluctuation of the output voltage of the rectifier circuit 22 even after the control is stopped, and resume the control when the output voltage of the rectifier circuit 22 is out of the allowable voltage range. .
[0064]
In addition, when the interrogation device 1 modulates the carrier wave to transmit a signal and the transmission power changes equivalently with time, the output voltage of the rectifier circuit 22 is also adjusted in accordance with this change. fluctuate. Therefore, when the operation stop means is provided in the program circuit 30, if the output voltage of the rectifier circuit 22 is in the vicinity of VH or VL, the control operation is repeatedly stopped and restarted as the transmission power varies. May cause communication errors.
[0065]
Therefore, a communication error can be prevented by changing the threshold when the impedance control circuit 31 stops the control operation and the threshold when the impedance control circuit 31 resumes the control operation. In order to prevent such a communication error, the reception power comparison unit 29b described above is used. As two threshold values of the first Schmitt trigger 29b-1, VL−ΔV2 is set as a threshold value when the output voltage of the rectifier circuit 22 decreases, and when the output voltage of the rectifier circuit 22 increases. VL is set as the threshold value. Further, as the two threshold values of the second Schmitt trigger 29b-2, VH is set as a threshold value when the output voltage of the rectifier circuit 22 decreases, and when the output voltage of the rectifier circuit increases. VH + ΔV1 is set as the threshold value.
[0066]
FIG. 9 shows the relationship between the output X of the Schmitt trigger 29b-1, the output Y of the Schmitt trigger 29b-2, the output Z of the inverter 29b-3, the output OUT of the OR circuit 29b-4, and the output voltage of the rectifier circuit 22. FIG. With the circuit configuration as shown in FIG. 2, when the output voltage of the rectifier circuit 22 falls within the first voltage allowable range of the lower limit value VL and the upper limit value VH (VL <output voltage of the rectifier circuit <VH), The output OUT of the received power comparison unit 29b (OR circuit 29b-4) changes from the “H” level to the “L” level, and the output voltage of the rectifier circuit 22 is the second voltage tolerance of the lower limit value VL−ΔV2 and the upper limit value VH + ΔV1. When out of the range (the output voltage of the rectifier circuit 22> VH + ΔV1 or the output voltage of the rectifier circuit 22 <VL−ΔV2), the output OUT of the received power comparison unit 29b changes from the “L” level to the “H” level.
[0067]
The program circuit 30 stops the control operation when the output OUT of the received power comparison unit 29b changes to the “L” level during the control operation, and after the operation stops, the output OUT of the output voltage comparison unit 29b goes to the “H” level. When changed, the control operation is resumed. By appropriately setting ΔV1 and ΔV2 so as to be larger than the fluctuation range of the output voltage of the rectifier circuit 22 that fluctuates due to amplitude modulation by the interrogator 1, the output voltage of the rectifier circuit 22 is in the vicinity of VH or VL. Even if it fluctuates, the stop and restart of the control operation will not be repeated.
[0068]
In the present invention, the electronic switch S of the capacity adjustment circuit 31 is turned on or off at high speed, the resulting output voltage of the rectifier circuit 22 is evaluated, and the impedance of the antenna circuits 20 and 21 (non-contact response as viewed from the interrogator 1). The characteristic is that the impedance of the device 2 is adjusted at high speed. A switching clock signal that specifies the switching period of the electronic switch S is generated by the switching clock generation circuit 28. The switching clock signal may be a clock signal generated by an independent self-sustained oscillation circuit, or may be a clock signal that is separately supplied to the program circuit 30 and then generated by a counter or the like.
[0069]
However, in the non-contact response device 2 of a normal non-contact communication system, the internal clock signal generated by the clock generation circuit 27 is generated by extracting the carrier frequency and dividing it in some cases. Therefore, it is more convenient and more preferable to use this clock signal as input and divide the frequency to generate a switching clock signal. In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the clock signal is divided by the frequency dividing circuit 28a in the switching clock generating circuit 28 to generate the switching clock signal.
[0070]
The program circuit 30 desirably operates in synchronization with the switching clock signal in order to control the electronic switch S based on the result of the output voltage detection by the reception power detection circuit 29. The upper limit of the switching clock signal is limited by the time required for charging the smoothing capacitive element included in the rectifier circuit 22. The time required for the smoothing capacitor element to charge is mainly about 1 μs although it cannot be generally stated because it depends mainly on the capacitance value.
[0071]
Therefore, when the frequency of the switching clock signal exceeds 1 MHz, the output voltage evaluation process by the received power detection circuit 29 and the program circuit 30 starts before the smoothing capacitor element in the rectifier circuit 22 is sufficiently charged. Impedance control becomes inaccurate, which is not preferable. Conversely, when the switching clock signal becomes low speed, the time required for impedance control becomes long and the response overhead becomes long.
[0072]
The communication speed of the contactless communication system is, for example, 106 to 212 kbps in the case of a proximity IC card, and 6 to 26 kbps in the case of a proximity IC card. Since the overhead with respect to the response is relative, the lower limit of the frequency of the switching clock signal may be determined according to the communication speed of the system. However, it is not preferable that the speed is significantly slower than the communication speed.
[0073]
Considering that the switching operation of the electronic switch S is repeatedly performed until the voltage reaches a predetermined voltage state, the frequency of the switching clock signal is preferably 1 kHz or more. Then, it is preferable to immediately evaluate the output voltage of the rectifier circuit 22 when charging of the smoothing capacitive element in the rectifier circuit 22 is completed, and therefore, more preferably 100 kHz or more and 500 kHz or less.
[0074]
Further, if the number of capacitance switching circuits in the capacitance adjustment circuit 31 is too small, the change in the output voltage of the rectifier circuit 22 due to the change in the state of one electronic switch S becomes large, and the operation becomes unstable. The reason is that overshoot occurs when the output voltage of the circuit 22 is lowered to the voltage set value VH, and the output voltage falls below the minimum required voltage of each component circuit of the non-contact response device 2 and there is a risk of causing malfunction. Considering the circular operation as shown in FIG. 8, 3 or more is preferable because 3 or more is preferable.
[0075]
If the number of capacitance switching circuits is too large, the change in the output voltage of the rectifier circuit 22 by one electronic switch S will be at the same level as noise, making optimization difficult. More preferably, it is 5 or more and 30 or less.
[0076]
The present invention can be any portable electronic non-contact response device that performs non-contact communication, and can be used for an RF tag, a portable information terminal, and the like. However, a more useful application area is an IC card, among which a proximity IC card and a proximity IC card are most useful. Therefore, hereinafter, the interrogation device 1 is a type B reader / writer described in ISO / IEC 14443, and the non-contact response device 2 is a proximity IC card of the same type B. This will be described in more detail.
[0077]
FIG. 10 is a flowchart showing the control algorithm of the program circuit 30, and FIG. 11 is a flowchart showing the impedance control operation by the impedance control circuit 33. Here, the number of capacitance switching circuits in the capacitance adjustment circuit 31 is 20. The output voltage of the constant voltage circuit 23 is 2V, the voltage setting value VH2 is 6V, VH is 7V, VL is 4V, and the frequency of the switching clock signal is 333 kHz.
[0078]
The interrogation device (reader / writer) 1 has a slot for fixing a non-contact response device (card) 2. By inserting the non-contact response device 2 there, the interrogation device 1 and the non-contact response device 2 can be compared with each other. The positional relationship is fixed.
When such a non-contact communication system is used, when the non-contact response device 2 is inserted into the slot of the interrogation device 1, power is received from the interrogation device 1 when the received power amount is 0. Therefore, the program circuit 30 recognizes the initialization state (step 101 in FIG. 10), starts impedance control (step 102), and sets the received power amount to the PH2 level.
[0079]
The impedance control at this time will be described with reference to FIG. 11. The program circuit 30 sets the target voltage setting value Vs to VH2 (step 201 in FIG. 11), and recognizes the current state of the electronic switch S of the capacity adjustment circuit 31. (Step 202), and waits for the period of the switching clock signal (Step 203). The above operation corresponds to the operation at the time of carrier wave reception described in FIG.
[0080]
Next, the received power detection circuit 29 detects the output voltage V (i) of the rectifier circuit 22 (step 204). The program circuit 30 waits for the period of the switching clock, and then, based on the detection result of the received power detection circuit 29, the output voltage V (i) is equal to or higher than the voltage set value Vs and the voltage control margin α is set to the voltage set value Vs. It is determined whether or not the voltage is equal to or lower than the voltage applied (step 205).
[0081]
If the determination in step 205 is YES, the program circuit 30 outputs a status indicating that the impedance control has been stopped to the internal logic circuit 25 (step 216), and fixes the current state of the electronic switch S of the capacity adjustment circuit 31. (Step 217), the impedance control is stopped.
[0082]
On the other hand, if the determination is NO in step 205, the program circuit 30 selects the next electronic switch S to be controlled (step 206), and instructs the switch control circuit 32 to turn on the selected electronic switch S. In response to this instruction, the switch control circuit 32 outputs a control signal CTL for turning on the selected electronic switch S to the capacitance adjustment circuit 31 (step 207). Then, the program circuit 30 waits for the period of the switching clock (step 208).
[0083]
Next, the received power detection circuit 29 detects the output voltage V (i + n) of the rectifier circuit 22 (step 209), and the program circuit 30 that has waited for the period of the switching clock is based on the detection result of the received power detection circuit 29. Then, it is determined whether or not the value obtained by subtracting the output voltage V (i) one switching clock before from the current output voltage V (i + n) is 0 or more (step 210).
[0084]
If the determination is YES in step 210, the program circuit 30 determines whether or not the value obtained by subtracting the output voltage V (i + n) from the voltage setting value Vs is 0 or more (step 211). If the determination in step 211 is YES, the program circuit 30 returns to step 205. That is, when the output voltage of the rectifier circuit 22 is higher than that before one switching clock and the output voltage does not reach the voltage setting value Vs = VH2, the processes in steps 205 to 212 are repeated.
[0085]
On the other hand, in the case of determination NO in step 210, the program circuit 30 determines whether or not the value obtained by subtracting the output voltage V (i + n) from the voltage setting value Vs is 0 or more (step 213). If NO at step 213, program circuit 30 proceeds to step 212.
[0086]
If YES in step 213, the program circuit 30 returns to step 205 after executing n = n × (−1) in step 215. Step 215 is a process for turning off the electronic switch S that was turned on immediately before in Step 206, and is for executing the process at time t6 in FIG.
[0087]
When the output voltage of the rectifier circuit 22 becomes equal to or higher than the voltage setting value Vs = VH2 = 6 V by the above impedance control (step 103 in FIG. 10, step 205 in FIG. 11), the program circuit 30 stops the impedance control and adjusts the capacitance. The current state of the electronic switch S of the circuit 31 is fixed (step 104 in FIG. 10, step 217 in FIG. 11), and a status indicating that the impedance control is stopped is output to the internal logic circuit 25 (step 105).
[0088]
Then, the program circuit 30 enters a standby state waiting for a communication status from the CPU 25a of the internal logic circuit 25 (step 106).
In this embodiment, 200 μs is required from the state where the output voltage of the rectifier circuit 22 is 0 to 6V.
[0089]
Next, the CPU 25a receiving the status from the program circuit 30 reads out necessary data from a predetermined address of the nonvolatile memory 25d, stores it in a predetermined register, and initializes it in order to cope with the collision prevention protocol. Execute the process. After completion of the initialization process, the CPU 25a outputs a communication status indicating that the initialization process has been completed to the program circuit 30, and thereafter enters an idle state and waits for a question from the interrogation device 1 ( Step 107).
[0090]
Receiving the communication status from the CPU 25a, the program circuit 30 starts impedance control (step 108) and sets the received power amount to the PL level. In other words, the program circuit 30 controls the electronic switch S of the capacity adjustment circuit 31 so that the output voltage of the rectifier circuit 22 is lowered, and the set value Vs is in the range where the output voltage does not fall below the voltage set value Vs = VL = 4V. (Step 109), the impedance control is stopped, the current state of the electronic switch S of the capacitance adjusting circuit 31 is fixed (step 110), and the status indicating that the impedance control is stopped is displayed in the internal logic circuit 25. (Step 111).
[0091]
Then, the program circuit 30 enters a standby state waiting for the status from the internal logic circuit 25 (step 112).
In this embodiment, 100 μs was not required until the output voltage of the rectifier circuit 22 decreased from 6V to 4V.
[0092]
Next, when the ID extracted from the command demodulated by the demodulation circuit 24 is the ID of the own device, the CPU 25a of the internal logic circuit 25 recognizes that the command is a question to the own device, and the internal logic for the question. Before starting the arithmetic processing, a communication status indicating that a question to the device itself has been received is output to the program circuit 30 (step 113).
[0093]
Receiving the communication status from the CPU 25a, the program circuit 30 starts impedance control (step 114) and sets the received power amount to the PH level. That is, the program circuit 30 controls the electronic switch S of the capacity adjustment circuit 30 so that the output voltage of the rectifier circuit 22 increases, and the output voltage is set within a range of the voltage set value Vs = VH = 7 V or more and Vs + α or less. When near Vs (step 115), the impedance control is stopped, the current state of the electronic switch S of the capacitance adjustment circuit 31 is fixed (step 116), and the status indicating that the impedance control is stopped is displayed in the internal logic. It outputs to the circuit 25 (step 117).
[0094]
Then, the program circuit 30 enters a standby state waiting for the status from the internal logic circuit 25 (step 118).
The time required for the output voltage of the rectifier circuit 22 to rise from 4V to 7V was within 100 μs.
Upon receiving the status from the program circuit 30, the CPU 25 a starts internal calculation processing for the question, transmits a response wave to the questioning device 1, and then displays a communication status indicating that the response processing is completed and the standby state is entered. The data is output to the program circuit 30 (step 119).
[0095]
Receiving the status from the CPU 25a, the program circuit 30 starts impedance control (step 120), controls the electronic switch S of the capacity adjustment circuit 31 so that the output voltage of the rectifier circuit 22 decreases, and the output voltage is set to the voltage. When the value Vs is close to the set value Vs within a range not lower than VL (step 121), the impedance control is stopped and the current state of the electronic switch S of the capacity adjustment circuit 31 is fixed (step 122). A status indicating that the control is stopped is output to the internal logic circuit 25 (step 123). Then, the program circuit 30 enters a standby state (step 124).
Thereafter, the processing of steps 113 to 124 is repeated.
[0096]
In the initial response process with the interrogator 1, an ID is given from the interrogator 1 by an attribute command. After the ID is assigned, the normal transmission mode is set. In the IC card, after the attribute is completed and the card becomes active, the transmission mode is called the transmission mode. However, the response speed is required only for the response part to the request signal, and the response to the attribute command is required. Since the time limit is equivalent to the transmission mode, from the viewpoint of the power control of the present invention, after the attribute, control similar to the transmission mode may be performed.
[0097]
【The invention's effect】
According to the present invention, an impedance control circuit for changing the impedance of the own device viewed from the interrogation device is provided, and when the impedance control circuit enters a standby state waiting for question data from the interrogation device, the interrogation device The reception power of the antenna circuit is reduced so that the amount of power received from the receiver becomes the minimum amount of power PL necessary for the recognition of the query data. By increasing the power reception efficiency of the antenna circuit so that the minimum required power amount PH (PL <PH) is satisfied, the power consumption in the transmission mode of the non-contact response device can be set to an appropriate amount, and standby Since the power consumption of the contactless response device in the state can be reduced, the power consumption efficiency in the contactless communication system can be improved. That. Moreover, as a result of reducing the power consumption of the non-contact response device in the standby state, heat generation of the non-contact response device can be suppressed. In addition, since power can be distributed efficiently, if a question device issues a question to a plurality of non-contact response devices simultaneously, more non-contact response devices can be put into a command processing state than before. it can.
[0098]
In addition, when the own device starts to receive power supply from the interrogation device, the impedance control circuit requires the power received from the interrogation device to be the minimum power required for the initialization processing before the initialization processing by the internal logic circuit. By increasing the power reception efficiency of the antenna circuit so that the amount PH2 (PL <PH2 ≦ PH), the power consumption during the initialization process of the non-contact response device can be set to an appropriate amount, and the non-contact The efficiency of power consumption in the communication system can be improved.
[0099]
When the impedance control circuit sets the received power amount to PL, PH, or PH2, the output voltage of the rectifier circuit is detected, and the output voltage is set to a voltage setting value VL, VH, or VH2 corresponding to PL, PH, or PH2. By controlling the impedance of the own device so that (VL <VH2 ≦ VH), the amount of received power from the interrogator can be detected based on the output voltage of the rectifier circuit, and the amount of received power by the impedance control circuit can be detected. Control can be easily realized.
[0100]
In addition, an impedance control circuit, a capacitance adjustment circuit in which a plurality of capacitance switching circuits in which a capacitive element and an electronic switch are connected in series are arranged in parallel with the antenna circuit, a received power detection circuit that detects an output voltage of the rectifier circuit, A program circuit that determines the state of each electronic switch of the capacity adjustment circuit so that the output voltage of the rectifier circuit becomes a desired voltage setting value, and on / off of each electronic switch of the capacity adjustment circuit according to the determination of this program circuit By configuring the switch control circuit to control, the impedance of the own device as seen from the interrogation device can be easily changed, and the impedance is controlled dynamically to control the amount of power received from the interrogation device A control circuit can be easily realized.
[0101]
In addition, a switching clock generation circuit for generating a switching clock for the electronic switch is provided in the impedance control circuit, the state of the electronic switch is determined by the program circuit, the electronic switch is controlled by the switch control circuit, and the output of the rectifier circuit by the received power detection circuit By repeatedly performing voltage detection every switching clock, the impedance is changed stepwise to make the output voltage of the rectifier circuit asymptotic to the desired voltage setting value, thereby setting the output voltage of the rectifier circuit to the desired voltage setting. The value can be set accurately and easily.
[0102]
In addition, when the output voltage of the rectifier circuit reaches a desired voltage setting value, the program circuit fixes the state of the electronic switch and outputs a status indicating that the impedance control is stopped to the internal logic circuit, The internal logic circuit can recognize that the received power amount has reached the power amount necessary for the current state.
[0103]
Further, when the internal logic circuit outputs the communication status to the program circuit, the program circuit can perform impedance control so that the output voltage of the rectifier circuit becomes a voltage setting value corresponding to the communication status. In other words, the internal logic circuit outputs a communication status indicating that the initialization process has been completed or a communication status indicating that the internal circuit has entered a standby state. Impedance control can be performed so that the voltage setting value VL is desirable for the time or standby state. Further, when the internal logic circuit outputs a communication status indicating that the inquiry data for its own device has been received, the program circuit has the output voltage of the rectifier circuit set to a desired voltage setting value VH for generating / transmitting the response wave. Impedance control can be performed.
[0104]
Also, by setting the number of capacitance switching circuits to 3 or more and 100 or less, the change in the output voltage of the rectifier circuit due to the change in the state of one electronic switch can be made an appropriate amount, and the output voltage of the rectifier circuit is lowered. The risk that the output voltage falls below the minimum required voltage of each circuit of the non-contact response device and causes malfunctions can be avoided.
[0105]
In addition, by setting the frequency of the switching clock to 1 kHz or more and 1 MHz or less, impedance control for changing the impedance of the own device viewed from the interrogation device and output voltage detection of the rectifier circuit associated therewith can be accurately executed, and impedance The time required for the control can be shortened, and the time required for returning a response to the interrogator can be shortened.
[0106]
In addition, by providing a constant voltage circuit consisting of a shunt-type regulator in the subsequent stage of the rectifier circuit, the load of the entire circuit after the constant voltage circuit viewed from the rectifier circuit becomes constant regardless of the operating state of the internal logic circuit. The amount of received power from the interrogator can be detected based on the output voltage of the circuit, and the received power amount can be easily controlled by the impedance control circuit.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a non-contact communication system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a detailed configuration of an impedance control circuit of the non-contact response device in the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a timing chart showing the communication between the inquiry device and the non-contact response device in the transmission mode and the received power amount of the non-contact response device in time series.
FIG. 4 is a timing chart showing the received power amount of the non-contact response device in the initialization mode in time series.
FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration of a capacity adjustment circuit of the non-contact response device in the embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a relationship between switch control of a capacity adjustment circuit by a program circuit and a switch control circuit and an output voltage of a rectifier circuit.
FIG. 7 is a diagram illustrating another example of the relationship between the switch control of the capacitance adjustment circuit by the program circuit and the switch control circuit and the output voltage of the rectifier circuit.
FIG. 8 is a diagram illustrating another example of the relationship between the switch control of the capacitance adjustment circuit by the program circuit and the switch control circuit and the output voltage of the rectifier circuit.
FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the output of each circuit in the received power comparison unit of the received power detection circuit and the output voltage of the rectifier circuit.
FIG. 10 is a flowchart showing a control algorithm of the program circuit.
FIG. 11 is a flowchart showing an operation of impedance control by the impedance control circuit.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Interrogation device, 2 ... Non-contact response device, 10 ... Carrier wave generation circuit, 11 ... Antenna, 12 ... Resonance circuit, 20 ... Antenna, 21 ... Resonance circuit, 22 ... Rectification circuit, 23 ... Constant voltage circuit, 24 ... Demodulation circuit 25 ... Internal logic circuit 26 ... Modulation circuit 27 ... Clock generation circuit 28 ... Switching clock generation circuit 29 ... Reception power detection circuit 30 ... Program circuit 31 ... Capacity adjustment circuit 32 ... Switch control circuit 33 ... Impedance control circuit, 25a ... CPU, 25b ... ROM, 25c ... RAM, 25d ... Non-volatile memory, 28a ... Frequency divider, 29a ... Received power fluctuation detector, 29b ... Received power comparator, 29a-1 ... Sample Hold circuit, 29a-2 ... comparator, 29b-1, 29b-2 ... Schmitt trigger, 29b-3 ... inverter, 29b 4 ... OR circuit, C1, C2, Cv1~Cvi ... capacitive element, S ... electronic switch.

Claims

An antenna circuit that receives a carrier wave from the interrogator and transmits a response wave to the interrogator, a rectifier that obtains driving power for the apparatus from the carrier wave received by the antenna circuit, and a carrier wave An internal logic circuit that generates response data for the question data and transmits it as a response wave from the antenna circuit when the query data for the device itself is acquired, from the question device in a non-contact state using electromagnetic induction In a non-contact response device that receives power supply and performs data communication with the interrogation device,
Having an impedance control circuit for changing the impedance of the device as seen from the interrogation device;
The impedance control circuit is configured such that when the device enters a standby state waiting for question data from the interrogator, the amount of received power from the interrogator becomes the minimum amount of power PL necessary for recognizing the interrogation data. When the power reception efficiency of the antenna circuit is reduced and the inquiry data for the device is received, the received power amount is set to a minimum power amount PH (PL <PH) necessary for generating and transmitting the response wave. When increasing the received power amount to PL or PH, the output voltage of the rectifier circuit is detected and the output voltage is set to a voltage setting value VL or VH (corresponding to the PL or PH). A non-contact response device that performs impedance control of the device itself so as to satisfy VL <VH, and controls the received power amount .

An antenna circuit that receives a carrier wave from the interrogator and transmits a response wave to the interrogator, a rectifier that obtains driving power for the apparatus from the carrier wave received by the antenna circuit, and a carrier wave An internal logic circuit that generates response data for the question data and transmits it as a response wave from the antenna circuit when the query data for the device itself is acquired, from the question device in a non-contact state using electromagnetic induction In a non-contact response device that receives power supply and performs data communication with the interrogation device ,
Having an impedance control circuit for changing the impedance of the device as seen from the interrogation device;
The impedance control circuit is configured such that when the device enters a standby state waiting for question data from the interrogator, the amount of received power from the interrogator becomes the minimum amount of power PL necessary for recognizing the interrogation data. When the power reception efficiency of the antenna circuit is reduced and the inquiry data for the device is received, the received power amount is set to a minimum power amount PH (PL <PH) necessary for generating and transmitting the response wave. Increasing the power receiving efficiency, and when the own device enters the transmission electromagnetic field region of the interrogator and starts receiving power supply from the interrogator, before the initialization process by the internal logic circuit, from the interrogator Power reception efficiency of the antenna circuit is increased so that the minimum received power amount PH2 (PL <PH2 ≦ PH) is required for the initialization process. When the amount is set to PL, PH or PH2, the output voltage of the rectifier circuit is detected, and this output voltage is a voltage set value VL, VH or VH2 (VL <VH2 ≦ VH) corresponding to the PL, PH or PH2. The contactless response device , wherein the impedance of the device is controlled so that the received power amount is controlled .

The contactless response device according to claim 1 or 2,
The impedance control circuit includes:
A capacitance adjusting circuit in which a plurality of capacitance switching circuits in which a capacitive element and an electronic switch are connected in series are arranged in parallel with the antenna circuit;
A received power detection circuit for detecting an output voltage of the rectifier circuit;
A program circuit for determining a state of each electronic switch of the capacitance adjustment circuit so that an output voltage of the rectifier circuit becomes a desired voltage setting value;
And a switch control circuit for controlling on / off of each electronic switch of the capacitance adjusting circuit according to the determination of the program circuit .

The non-contact response device according to claim 3,
The impedance control circuit includes a switching clock generation circuit that generates a switching clock of the electronic switch ,
By repeatedly performing the state determination of the electronic switch by the program circuit, the control of the electronic switch by the switch control circuit, and the output voltage detection of the rectifier circuit by the received power detection circuit, for each switching clock, A non-contact response device characterized by gradually changing the impedance to make the output voltage of the rectifier circuit asymptotically approach the desired voltage setting value .

The non-contact response device according to claim 3 ,
When the output voltage of the rectifier circuit reaches the desired voltage setting value, the program circuit fixes the state of the electronic switch and outputs a status indicating that the impedance control is stopped to the internal logic circuit A non-contact response device.

The non-contact response device according to claim 3 ,
The internal logic circuit provides the program circuit with a communication status indicating that the initialization process has been completed, a communication status indicating that the standby processing has been completed, or a communication status indicating that the inquiry data for the device has been received. A non-contact response device characterized by outputting .

The non-contact response device according to claim 3 ,
The non-contact response device, wherein the number of the capacitance switching circuits is 3 or more and 100 or less .

The non-contact response device according to claim 4,
The non-contact response device according to claim 1, wherein the frequency of the switching clock is 1 kHz or more and 1 MHz or less .

The contactless response device according to claim 1 or 2 ,
A non-contact response device comprising a constant voltage circuit comprising a shunt-type regulator at a subsequent stage of the rectifier circuit .