JP3851009B2

JP3851009B2 - データキャリア

Info

Publication number: JP3851009B2
Application number: JP36900598A
Authority: JP
Inventors: 敏彦清水; 聡田中
Original assignee: Renesas Technology Corp
Current assignee: Renesas Technology Corp
Priority date: 1998-12-25
Filing date: 1998-12-25
Publication date: 2006-11-29
Anticipated expiration: 2018-12-25
Also published as: JP2000194809A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非接触に双方向で情報交信するデータキャリアシステムに係り、特にマイクロ波を伝送媒体とし、データキャリア自身が電池を内蔵しないシステムで使用するデータキャリアに関する。
【０００２】
【従来の技術】
データキャリアシステムは、移動体に取り付けたデータキャリア（応答器）と固定の質問器の間で非接触に双方向で情報交信するシステムで、組立てライン制御、製品入出庫管理、入出退管理等の工場オートメーション、流通、セキュリティなどの分野で急速に発展しつつある。データキャリアと質問器の間の距離は、高々数ｍで、データキャリアに例えばカードが用いられる。
【０００３】
データキャリア及び質問器によって構成されるシステムの例を図７に示す〔例えば平成６年８月エーアイエムジャパン(国際自動認識工業会）発行「これでわかったデータキャリア」第１０頁〜第１８頁参照〕。質問器１は、アンテナユニット２及びコントローラ３からなる。データキャリア４は、アンテナ５で受けた搬送波から受信データを変復調回路６で復調した後、シリアル−パラレル変換（以下「Ｓ／Ｐ変換」という），パラレル−シリアル変換（以下「Ｐ／Ｓ変換」という）回路８でＳ／Ｐ変換を行ない、論理回路９を介してメモリ１０への情報の書き込み及び読み出しを行なう。
【０００４】
データキャリア４と質問器１が数ｍ離れて使用される場合には、２．４５ＧＨzのマイクロ波を伝送媒体とするマイクロ波方式が一般に用いられる。マイクロ波方式で、しかもデータキャリアに電池を内蔵しないシステムでは、一般的に図８の上部に示す電源発生回路７が用いられる。電源発生回路７は、同時に変復調回路６の変調回路６１が接続される。更に、図８の下部に変復調回路６の復調回路６２を示す。
【０００５】
データキャリア４は、質問器１から情報伝送時以外は無変調で常時送信される搬送波（マイクロ波）をアンテナ５で受信し、受信信号をアンテナ５の端子１１から電源発生回路７に入力する。電源発生回路７は、整流用ダイオード１２，１３及び容量１４，１５からなる２倍波整流回路を備え、インピーダンス整合回路１６を介して２倍波整流回路に入力した受信信号に対して２倍波整流を行ない、容量１５に電荷を充電し、電源端子１８に電源電圧Ｖcを発生させる。
【０００６】
質問器１は、搬送波に送信データのビットで振幅変調を施すことによって変調波を生成し、これをデータキャリア４に送信して情報伝送を行なう。データキャリア４は、送られてきた変調波に対して、ダイオード１９，２０、容量２１、２２、抵抗２３及びインピーダンス整合回路２４からなる復調回路６２を用いて包絡線検波を行ない、検波端子２６に復調したデータを出力する。データキャリア４は、復調データに基づき、情報をデータキャリア４内のメモリ１０に書き込むほか、メモリ１０内のＮビットの情報を読み出し、Ｎビットの読み出しデータにＳ／Ｐ変換，Ｐ／Ｓ変換回路８でＰ／Ｓ変換を行なって１ビットずつ質問器１側へ送る動作を行なう。
【０００７】
その変調及び送信は、具体的に以下のように行なわれる。電源発生回路７の整流用ダイオード１２のカソードと整流用ダイオード１３のアノードの接続点に接続した変調用ダイオード２７のカソード側の端子２８にデータを入力してダイオード２７をオンオフさせ、アンテナ５の端子１１でのインピーダンスに変化を起させると、データキャリア４が受信している無変調搬送波の反射波の強度がそれに応じて変化する。その反射波強度の変化を質問器１が検出してデータを復調する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
データキャリア４がデータを送信する場合は、ダイオード２７がオン状態になることによってアンテナ５の端子１１でのインピーダンスが変化し、反射波が強まるため、質問器１からの電波がデータキャリアに入らなくなり、容量１５への充電が止まる。
【０００９】
このときダイオード１３は、電源電圧Ｖcからダイオード２７のオン電圧Ｖonを差し引いた電圧で逆バイアスされるが、その逆方向リーク電流が大きいと容量１５を放電し、電源電圧Ｖcを減少させる。
【００１０】
電源電圧Ｖcの減少を防ぐには、逆バイアスされる電圧を高くするか、逆方向リーク電流を小さくすることが必要である。ショットキーダイオードは、オン電圧が０．３Ｖ程度と低く、低い逆バイアス電圧でも逆方向リーク電流が小さいという好ましい特性を有している。しかし、標準のＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）プロセスで形成することができず、論理回路やメモリとのオンチップ化が難しいという欠点がある。
【００１１】
一方、標準ＣＭＯＳプロセスで形成可能な接合ダイオードは、オン電圧が０．８Ｖ程度と高く、高い逆バイアス電圧が必要になるという問題がある。更に、ダイオード２７のオンオフでアンテナ５の端子１１のインピーダンスを変化させるには、電源用のダイオード１２，１３に匹敵する大きさのダイオードが必要で、素子サイズが大きくなるという問題がある。
【００１２】
また別に、ダイオード１個のオンオフによってデータをシリアルに送信する従来の方法では、１ビットずつしか情報を伝送することができず、送信効率が悪いという問題もある。
【００１３】
本発明の主たる目的は、送信時に充電を停止したときに電源電圧が低下するのを防ぐことができる新規なデータキャリアを提供することにある。
【００１４】
本発明の別の目的は、１ビットずつの情報伝送よりも高い送信効率を得ることができる新規なデータキャリアを提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の最大の特徴は、整流用の２個のダイオードの接続点と接地の間に電界効果トランジスタ（以下「ＦＥＴ」という）によるスイッチを接続することにある。なお、接続点では、ダイオードの電極が相互に逆極性である。ＦＥＴスイッチにデータを入力し、データによってＦＥＴスイッチをオン状態にすると、接続点が接地とほぼ同電位になり、これによって、アンテナ端子のインピーダンスが変化すると共に、整流用の電源端子側のダイオードに大きい逆バイアス電圧が掛かる。従って、電源電圧の低下を防ぐことができる。
【００１６】
更に、ＦＥＴスイッチは、標準のＣＭＯＳプロセスで容易に製作可能であるほか、後述するように整流用ダイオードに比べて素子サイズを小さくすることが可能であり、集積化に有効となる。
【００１７】
本発明の別の特徴は、整流用の２個のダイオードの接続点と接地の間に複数のＦＥＴスイッチを接続することにある。データに応じてオンさせるスイッチの数を変えることにより、アンテナ端子でのインピーダンスをその数に応じて変化させることが可能になる。即ち、アンテナ端子でのインピーダンスを多値化することが可能になる。インピーダンスの多値化によってアンテナ端子での無変調搬送波の反射強度が多値化され、多値データの送信が可能となる。これによって複数ビットずつデータを同時に送信することが可能になり送信効率を高めることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るデータキャリアを図面に示した幾つかの実施例による発明の実施の形態を参照して更に詳細に説明する。なお、図１〜図８における同一の記号は、同一物又は類似物を表示するものとする。
【００１９】
【実施例】
＜実施例１＞
図１において、３０は、整流用ダイオード１２，１３の接続点と接地の間にドレインを接続点に接地にソースを接続したＦＥＴスイッチ、３１は、ＦＥＴスイッチ３０のゲートに変調データを入力するための端子である。
【００２０】
本実施例では、ＦＥＴスイッチ３０によって変調回路が形成され、変調データがＳ／Ｐ変換，Ｐ／Ｓ変換回路８から与えられる。また、図１では、電源発生回路と変調回路をまとめて電源発生回路／変調回路３３として示した。その他の構成は、図７，８に示したのと同様である。整流用ダイオード１２，１３及び容量１４，１５によって２倍波整流回路が構成され、インピーダンス整合回路１６と容量１４の接続点がアンテナ５からの受信信号を受ける２倍波整流回路の端子となる。ダイオード１２，１３の接続点では、ダイオード１２のカソードとダイオード１３のアノードが接続されている。即ち、接続点では、ダイオードの電極が相互に逆極性である。
【００２１】
本発明のデータキャリアにおいても、電源発生回路７は、電流駆動能力が大きく、かつオン抵抗が低い、従って素子サイズの大きいダイオード１２，１３を用いて比較的容量値の大きい容量１４，１５への充電動作を行なうため、復調回路６２に比べ、アンテナ５に接続されるインピーダンスに対して支配的な回路となる。そのため、アンテナ５の端子１１のインピーダンスを変化させるには、電源発生回路７のインピーダンスを変えることが必要になる。
【００２２】
本発明では、端子３１への変調データでＦＥＴスイッチ３０をオンオフし、それによってアンテナ５の端子１１のインピーダンスを変化させ、データキャリアからの反射波強度を変化させる。この反射波強度の変化によって質問器からの搬送波に変調が掛けられ、質問器側へ情報が送出される。
【００２３】
アンテナ５の端子１１のインピーダンスは、ＦＥＴスイッチ３０のオフ時にダイオード１２，１３及び容量１５によるインピーダンスが支配的なのに対して、ＦＥＴスイッチ３０のオン時は、ダイオード１２のカソード及びダイオード１３のアノードが接地されるため、ＦＥＴスイッチ３０のインピーダンスが支配的となる。そのため、比較的小さい充電用のダイオード１２，１３の十分の一以下の素子面積のＦＥＴで、端子１１のインピーダンスに大きな変化を起すことができる。
【００２４】
ＦＥＴスイッチ３０は、同一の半導体プロセスにより他の素子との集積化が可能であり、しかも素子面積を小さくすることができるので、チップサイズの省面積化に有効である。
【００２５】
ＦＥＴスイッチ３０のオン時にダイオード１３のアノードが接地状態となるため、ダイオード１３に対する逆バイアスが従来よりも高くなる。従って、リーク電流を低減することができ、容量１５に充電した電源電圧の低下を防ぐことができる。
【００２６】
本実施例は、電源端子１８に正電圧を得るものであるが、電源電圧に負電圧が必要となる場合は、ダイオード１２とダイオード１３の接続方向を逆にし、ダイオード１２のアノードとダイオード１３のカソードを相互に接続する。
【００２７】
以上のデータキャリアを非接触のＩＣ（Integrated Circuit）カードとして構成した。その構造を図２に示す。同図において、３５はＩＣカードの支持基板であり、アンテナ５が同基板上に金属印刷パターンとして形成される。更に図２において、３６は、電源発生回路／変調回路８、復調回路６２、Ｓ／Ｐ変換，Ｐ／Ｓ変換回路８、論理回路９及びメモリ回路１０からなるデータキャリアの構成回路を同一半導体プロセスで形成したＩＣチップであり、同ＩＣチップが基板３５上に実装される。図２の３７は、印刷パターンのアンテナ５をＩＣチップ３６に接続するボンディングワイヤである。
【００２８】
本データキャリアは、支持基板３２に印刷されたアンテナ５と１個のＩＣチップ３６とで構成されるので、実装工程が少なく、低コスト化が容易である。
【００２９】
＜実施例２＞
実施例１の整流用ダイオードをダイオード接続のＭＯＳ(Metal Oxide Semiconductor）ＦＥＴに代え、ＦＥＴスイッチをＭＯＳＦＥＴによるスイッチとした実施例を図３に示す。図３ａと図３ｂとでは、ＭＯＳＦＥＴの導電性が相互に異なっている。
【００３０】
図３ａは、Ｐ形シリコン基板上に素子を形成する場合で、３２ａは、ダイオード接続のＮ型ＭＯＳＦＥＴ、３３ａは、ダイオード接続のＰ型ＭＯＳＦＥＴ、３０ａは、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴで構成したスイッチである。
【００３１】
図３ｂは、Ｎ形シリコン基板上に素子を形成する場合で、３２ｂは、ダイオード接続のＰ型ＭＯＳＦＥＴ、３３ｂは、ダイオード接続のＮ型ＭＯＳＦＥＴ、３０ｂは、Ｐ型ＭＯＳＦＥＴで構成したスイッチである。
【００３２】
このように、整流用ダイオードをＭＯＳＦＥＴによるダイオードとし、ＦＥＴスイッチをＭＯＳＦＥＴとすることにより、標準ＣＭＯＳプロセスで全てを形成することができ、他の回路部とオンチップ化が可能となり、高集積化を実現することができる。それにより、データキャリアの高性能化、低コスト化を実現することができる。
【００３３】
＜実施例３＞
実施例１のＦＥＴスイッチを複数のＦＥＴスイッチの並列接続とした実施例を図４に示す。図４において、４０ａ，４０ｂ，……，４０ｍは、ｍ個の並列接続の個々のＦＥＴスイッチ、４１ａ，４１ｂ，……，４１ｍは、各ＦＥＴスイッチのゲートにパラレルに入力する論理回路９からの複数ビット（ｌｏｇ₂ｍビット）に対応する変調データである。なお、本実施例においては、復調回路６２の出力のシリアルのデータに対しては、それをパラレルに変換するＳ／Ｐ変換回路３８が用いられる。
【００３４】
各ＦＥＴスイッチは、同じ素子サイズとしたが、異なる素子サイズとすることも可能である。各ＦＥＴスイッチが順次一つずつオン状態にしていくに従ってアンテナ５の端子１１での反射波強度が一定の割合で変化するように、複数ビットの変調データの全てのビットパターンに対し、ＦＥＴスイッチをオンオフするパターンを設定した。そのような設定により、反射波強度の変化を搬送波の多値振幅変調とすることができる。
【００３５】
実施例１，２のように、１個のＦＥＴスイッチのオンオフによってデータをシリアルに送出する場合は、１ビットずつの情報の伝送となるのに対し、本実施例では２ビット以上の情報を同時に伝送することでき、送信伝送効率が向上する。そして、１個のデータキャリアが質問器と交信する時間が短縮し、より多くのデータキャリアが１個の質問器と交信することができるようになるため、システムの情報処理容量を増大させることができる。
【００３６】
＜実施例４＞
実施例３の並列接続のＦＥＴスイッチのそれぞれに整流用ダイオードを設けた実施例を図５に示す。図５において、１２ｉ（ｉ＝ａ，ｂ，ｃ，……，ｍ）は、並列接続用ＦＥＴスイッチ４０ｉにカソードを接続した整流用ダイオード、１３ｉは、同ＦＥＴスイッチにアノードを接続しダイオードである。このように本実施例では、ダイオード１２ｉ，１３ｉ及びＦＥＴスイッチ４０ｉを１個の機能ブロックとし、複数の機能ブロックを容量１４と容量１５の間に接続したものである。これらを集積回路上にレイアウトするときに対称に配置することができるため、特性上のバラツキを小さくすることができる。
【００３７】
＜実施例５＞
多値振幅変調によってＮビットのデータを同時に送受信するマイクロ波方式データキャリアシステムの構成を図６に示す。図６の質問器１において、２ａは、Ｎビットのデータを同時に変復調し、それをアンテナから送受信するアンテナユニット、同図のデータキャリア４において、６ａは、Ｎビットのデータを同時に変復調する変復調回路、９ａは、変復調回路６ａとの間でＮビットのパラレルのデータの授受を行なうと共に、Ｎビットのデータの信号処理を行ない、更に、メモリ１０にアクセスして同メモリに対して情報の書き込みや読み出しを行なう論理回路である。
【００３８】
多値振幅変調によってＮビットのデータの同時送受信を行なう本実施例では、アンテナを介して送受信する電波の強度が複数レベル存在するので、質問器１及びデータキャリア４は、予めそのレベルを知っておく必要がある。そこで、システムが動作可能な状態に立ち上がった後、データの送受信を始める前に、送信するデータの全てのビットパターンに対応する変調データを質問器１及びデータキャリア４がそれぞれ順次送信し、受信側でその電波強度を測定して値をメモリに記憶しておき、その値を多値の比較基準として使用する機能を質問器１及びデータキャリア４に設けた。
【００３９】
本実施例は、Ｎビットのデータを質問器１からデータキャリア４へ、またデータキャリア４から質問器１へ、双方向で送受信可能なシステムであり、１ビットずつシリアルに送受信するシステムに比べ、伝送効率がＮ倍に向上する。それにより、１個のデータキャリアが質問器と交信する時間が短縮され、より多くのデータキャリアが１個の質問器と交信可能な状態を作ることができるので、データキャリアシステムとしてのシステム容量が向上するという効果がある。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、整流用の２個のダイオードの接続点と接地の間にＦＥＴスイッチを接続し、同スイッチをオンオフさせてデータの変調と送信を行なうようにしたので、整流用ダイオードに高い逆バイアスを掛けることが可能になり、送信時に電源電圧が低下するのを防ぐことができる。また、素子サイズの小さいＦＥＴスイッチの採用が可能であるので、省チップ化の効果を得ることができる。
【００４１】
更に、整流用ダイオードをダイオード接続のＭＯＳＦＥＴとすることにより、標準ＣＭＯＳプロセスで全てを形成することが可能になって他の回路部とオンチップ化が可能となり、高集積による高性能化、低コスト化を実現することができる。
【００４２】
また、２個の整流用ダイオードの接続点と接地の間に複数のＦＥＴスイッチを接続することによって多値振幅変調を行なうことを可能にしたので、Ｎビットの情報を同時に伝送することが可能になり、送信伝送効率をＮ倍に向上させることができる。送信効率の向上によって１個のデータキャリアが質問器と交信する時間を短縮することができるので、従来よりも多くのデータキャリアが１個の質問器と交信可能となり、データキャリアシステムのシステム容量を向上させる効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るデータキャリアの第１の実施例を説明するための回路構成図。
【図２】第１の実施例の具体的構造を説明するための図。
【図３】本発明の第２の実施例を説明するための回路構成図。
【図４】本発明の第３の実施例を説明するための回路構成図。
【図５】本発明の第４の実施例を説明するための回路構成図。
【図６】本発明の第５の実施例を説明するためのシステム構成図。
【図７】従来のデータキャリアシステムを説明するための回路構成図。
【図８】従来のデータキャリアの電源発生回路及び変復調回路を説明するための回路構成図。
【符号の説明】
１…質問器、４…データキャリア、５…アンテナ、６…変復調回路、６１…変調回路、６２…復調回路、７…電源発生回路、８…Ｓ／Ｐ変換，Ｐ／Ｓ変換回路、９…論理回路、１０…メモリ回路、１１…アンテナ端子、１２,１３…ダイオード、１４,１５…容量、１６…インピーダンス整合回路、１８…電源端子、３０，４０…ＦＥＴスイッチ、３１…変調データ入力端子、３３…電源発生回路／変調回路。

Claims

質問器と共にマイクロ波方式のデータキャリアシステムを構成するデータキャリアであって、質問器から発射されるマイクロ波をアンテナで受信して電源を生成する電源発生回路を有し、当該電源発生回路は、アンテナからの受信信号を受ける端子と接地の間に直列に接続した第１の容量及び第１のダイオードと、第１の容量と第１のダイオードの接続点と接地の間に直列に接続した第２のダイオード及び第２の容量とからなる２倍波整流回路を備えているデータキャリアにおいて、
送信するデータによってオンオフ動作を行なう少なくとも１個の電界効果トランジスタ（以下「ＦＥＴ」という）スイッチを第１のダイオードと第２のダイオードの接続点と接地の間に接続してなる変調回路を備え、当該変調回路は、ＦＥＴスイッチのオンオフ動作によってアンテナの端子でのインピーダンスを変化させるものであり、当該インピーダンス変化による前記マイクロ波の反射波電力強度の変化によって質問器へのデータの送信が行なわれ、
前記変調回路は、前記第１のダイオードと第２のダイオードの接続点と接地の間に接続したＦＥＴスイッチの数が複数であり、かつ、複数ビットの送信データの全てのビットパターンに対応して変化する複数のＦＥＴスイッチのオンオフパターンに従ってアンテナの端子のインピーダンスを変化させるものであり、当該インピーダンス変化による前記マイクロ波の反射波強度の変化により、質問器へのデータの送信を多値振幅変調によって行なうことを特徴とするデータキャリア。
質問器と共にマイクロ波方式のデータキャリアシステムを構成するデータキャリアであって、質問器から発射されるマイクロ波をアンテナで受信して電源を生成する電源発生回路を有し、当該電源発生回路は、アンテナからの受信信号を受ける端子と接地の間に直列に接続した第１の容量及び第１のダイオードと、第１の容量と第１のダイオードの接続点と接地の間に直列に接続した第２のダイオード及び第２の容量とからなる２倍波整流回路を備えているデータキャリアにおいて、
送信するデータによってオンオフ動作を行なう少なくとも１個の電界効果トランジスタ（以下「ＦＥＴ」という）スイッチを第１のダイオードと第２のダイオードの接続点と接地の間に接続してなる変調回路を備え、当該変調回路は、ＦＥＴスイッチのオンオフ動作によってアンテナの端子でのインピーダンスを変化させるものであり、当該インピーダンス変化による前記マイクロ波の反射波電力強度の変化によって質問器へのデータの送信が行なわれ、
前記第１のダイオードと第２のダイオードとその接続点に接続したＦＥＴスイッチを１個の機能ブロックとし、前記変調回路は、複数の当該機能ブロックを第１の容量と第２の容量との間に接続したものであり、かつ、複数ビットの送信データの全てのビットパターンに対応して変化する複数のＦＥＴスイッチのオンオフパターンに従ってアンテナの端子のインピーダンスを変化させるものであり、当該インピーダンス変化による前記マイクロ波の反射波強度の変化により、質問器へのデータの送信を多値振幅変調によって行なうことを特徴とするデータキャリア。
質問器と請求項１又は請求項２に記載のデータキャリアとからなり、当該データキャリアが質問器に対して複数ビットずつデータを同時に送信することを特徴とするマイクロ波方式のデータキャリアシステム。
データキャリアからデータを実際に送信する前に送信データの全てのビットパターンに対応するＦＥＴスイッチのオンオフパターンを順次切り換え、それに対応する反射波電力強度を質問器で予め測定し、オンオフパターン毎の強度を実際の送信時データの多値の比較基準とすることを特徴とする請求項３に記載のデータキャリアシステム。
前記質問器がデータキャリアに対してデータを多値振幅変調によって複数ビットずつ同時に送信することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載のデータキャリアシステム。