JP3940939B2

JP3940939B2 - データキャリア

Info

Publication number: JP3940939B2
Application number: JP24248397A
Authority: JP
Inventors: 英一石井
Original assignee: 吉川アールエフシステム株式会社
Priority date: 1997-09-08
Filing date: 1997-09-08
Publication date: 2007-07-04
Anticipated expiration: 2017-09-08
Also published as: JPH1188243A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、データキャリアに関し、質問機と応答機（データキャリア）との間で信号の授受行う非接触式ＩＣカード型のデータキャリアに関する。
【０００２】
【従来の技術】
質問機と応答機のカードとの間で、電磁結合方式又は電磁誘導方式等により信号の授受を行う方式のデータキャリアシステム（例えば、「非接触式ＩＣカードシステム」として実用化が進められている）が広く知られている。特に、搬送波を応答機側で整流して、応答機の電力として使用する無電池方式の非接触式ＩＣカードシステムがＩＤカード用、搬送物の認識用タグ等として広く用いられる様になってきた。
【０００３】
このような電磁結合方式の非接触式ＩＣカードシステムにおいては、質問機は、ＯＳＣ（発振器）で発生させた搬送波を送信データに応じて変調し、その変調波をドライバー回路で増幅し、アンテナコイルを駆動して応答機に送信する。応答機は、アンテナコイルで質問機からの信号を受信すると、整流回路で搬送波を整流して内部で使用する電力を得るとともに、復調回路で受信信号を復調してデータ処理回路に送り、データ処理回路でデータ処理を行う。図３に従来のデータキャリアシステムの一例を示す。
【０００４】
ところで、応答機で使用する電力は質問機から受信した信号を整流回路で整流して発生しているが、得られる電力は応答機のアンテナコイル３１と質問機のアンテナコイル１７の距離に応じて変化する。一般的には応答機のアンテナコイル３１と質問機のアンテナコイル１７の距離が近い方がより大きな誘導起電力を得る事が出来る。
【０００５】
通信可能距離を長く取ろうとすると、最大通信可能距離で充分な電力が得られるようにアンテナコイルの大きさや質問機での送信電力の大きさ等が設定される。すると今度は応答機のアンテナコイル３１と質問機のアンテナコイル１７の距離が近い場合に得られる電力が大きくなり過ぎてデータキャリア内の素子の耐圧を大きくしなければならないと言う問題が発生する。
【０００６】
従来はこの問題を解決するために、電圧検出回路４０を用いて整流回路の出力を監視し、整流回路の出力が所定電圧よりも大きくなった場合には整流回路の入力に過電圧防止用負荷回路３８’を接続して受信信号電流をこの過電圧防止用負荷回路３８’に流して熱として消費することにより、過電圧の発生を防止していた。
【０００７】
またデータキャリアから質問機へデータを送信する場合には、応答機のアンテナコイル３１に並列に可変負荷手段としてのトランジスタ３７を接続し、このトランジスタを送信データで駆動する事によりアンテナコイル３１を流れる電流を変化させ、アンテナコイル３１と質問機のアンテナコイル１７との結合状態を変化させる事によりデータを送信していた。
【０００８】
応答機の電源としてのアンテナコイル３１から見ると負荷としてこの送信用負荷と、先述の過電圧防止用負荷回路の２つの負荷回路が接続されていることになる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
データ送信時には通常のデータ処理時よりも数倍の電力が消費される。通常この電力は整流回路３３の平滑コンデンサ３３ｂに蓄積された電荷で賄われるが、過電圧防止用負荷回路３８’を制御する電圧検出回路４０が通常のデータ処理に必要な電圧よりも高い電圧の発生を検出して、過電圧防止用負荷回路３８’が活性状態にある時に、データ送信のモードに切り替わった場合に平滑コンデンサに蓄積された電荷がデータ送信を維持するのに充分な電荷量でなかった時にはデータ送信の途中で、電力不足になり、通信がストップする恐れがあった。特に質問機と応答機の距離が応答限界距離に近い時には平滑コンデンサ３３ｂに蓄積された電荷が通常のデータ処理には充分であるが、データ送信には不充分な場合にはこの問題が起こりやすくなる。
【００１０】
この問題は一つの質問機で複数の応答機に対応するマルチ対応のデータキャリアシステムの場合に特に問題となる。一台でもこの様に不安定な応答機が存在するとこの応答機に対して何回もデータ送信要求を繰り返すためにシステム全体が止まってしまうと言う現象が起こるからである。
この問題を解決するには平滑コンデンサ３３ｂを大きくするか、平滑コンデンサ３３ｂに蓄積された電荷で充分な短い期間に送信データを分割して送信し、分割送信の間に平滑コンデンサに充電を行う方法が考えられるが、前者では応答機のサイズが大きく成るとともにコストも増大すると言う別の問題が発生し、後者では一台の応答機とのデータのやりとりに長時間有し、搬送システム等の用途に用いた場合等には、搬送システム内の応答機を付着する物体の移動速度を制限せざるを得ないと言った問題を発生させている。
【００１１】
本発明は、上記問題を解決し、応答機が通信距離限界付近で動作する場合に充分な送信電力を確保できるデータキャリアを提供する事を目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明のデータキャリアは、送受信コイルとこれに接続された同調コンデンサを備えた同調回路と、前記同調回路の両端に発生する信号を整流する整流回路と、前記整流回路の出力電圧を検出する電圧検出手段と、前記整流回路の出力によって電力が供給され、送信信号を出力する信号処理回路と、前記同調回路の両端に接続される、ゲートに供給される前記電圧検出手段からの制御信号に応じた負荷を前記同調回路の出力端に与える第１の負荷用トランジスタと、前記同調回路の両端に接続される、前記送信信号の論理値“０”又は“１”に応じてオン・オフすることにより、前記送信信号に応じた負荷を前記同調回路の出力端に与える第２の負荷用トランジスタと、前記電圧検出手段の出力と前記第１の負荷用トランジスタのゲートと間に接続され、前記電圧検出手段と前記第１の負荷用トランジスタとの接続を切り替える切換手段と、を備え、信号受信時には、前記切換手段により前記電圧検出手段と前記第１の負荷用トランジスタとを接続し、信号送信時には、前記切換手段により前記送信信号が一方の論理値を示す場合に前記第１の負荷用トランジスタと前記電圧検出手段とを接続し、他方の論理値を示す場合に前記第１の負荷用トランジスタと前記電圧検出手段との接続を切り離し、前記第２の負荷用トランジスタは前記送信信号が前記一方の論理値を示す場合にオン状態となり、前記他方の論理値を示す場合にオフ状態となる事を特徴とする。
【００１３】
応答機が通信距離限界付近で動作する場合は整流回路の出力電圧が低下し、電圧検出手段がこの出力電圧の低下を検出し、第１の負荷用トランジスタのインピーダンスを増加させること等によって第１の負荷用トランジスタによる負荷を減少させ、第１の負荷用トランジスタでの電力消費を減少させ、データ送信等の電力消費の大きな動作を可能にする。
【００１４】
また、一つの形態として、切換手段は送信信号が一方の論理値を示す場合に第１の負荷用トランジスタのゲートに電圧検出手段の出力を供給し、他方の論理値を示す場合に第１の負荷用トランジスタを非動作状態にする信号を供給する。ここで第２の負荷用トランジスタは一方の論理値の送信信号が供給された場合に負荷を増大させ、他方の論理値の送信信号が供給された場合に負荷を減少させる。このようにすることにより、第１の負荷用トランジスタもデータ送信用の負荷として使用する事ができより効率的なデータ送信が可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。図１は本発明の第１の実施の形態のデータキャリアを用いたデータキャリアシステムの構成を示す図である。図において、質問機１０は搬送波の基本信号を発生する発振回路１１と、発振回路１１からの基本信号をそれぞれ異なる分周比で分周して第１、第２の搬送波を発生する分周回路１２、１３、と第１、第２の搬送波から１つの搬送波を選択して出力する選択回路１５と、出力増幅器１６、アンテナコイル１７、および同調コンデンサ１８を備える。質問機１０は更に、送信信号を生成する内部処理回路１９と、アンテナコイル１７で受信した信号を処理する復調回路２０を備える。この図では復調回路２０の入力をアンテナコイル１７としたが、アンテナコイル１７と同心に別途受信コイルを設けてもよい。
【００１６】
応答機３０は送受信コイル３１と、送受信コイル３１に並列に接続された同調コンデンサ３２と、整流回路３３と、ＦＳＫ復調を行う復調回路３４、内部処理回路３５、送信用変調回路３６、送信用負荷トランジスタ３７、電圧調整用負荷トランジスタ３８、スイッチ３９、電圧検出回路４０および電圧レギュレータ回路４１を有する。内部処理回路３５は一般的な信号処理回路と同様に、ＣＰＵ３５ａ、ＲＡＭ３５ｂ、プログラム等を記憶したＲＯＭ３５ｃ、電気的に書き換え可能なＥＥＰＲＯＭ３５ｄおよびインタフェース３５ｅを備えている。なお、整流回路３３で整流された電力は、復調回路３４、内部処理回路３５、送信用変調回路３６に供給される。
【００１７】
発振回路１１はたとえば４ＭＨｚの基準信号を生成する。この基準信号は第１、第２の分周回路１２、１３に供給され、第１の分周回路１２で１／３２に分周された信号（１２５ＫＨｚ）と第２の分周回路１３で１／３４に分周された信号（１１７．６４７０５８８ＫＨｚ）が得られる。
内部処理回路１９が論理値“１”のデータの送信を指示する場合には選択回路１５で第１の分周回路１２の出力を選択して１２５ＫＨｚの信号を出力増幅器１６を介してアンテナコイル１７に送る。一方、内部処理回路１９が論理値“０”のデータの送信を指示する場合には選択回路１５で第２の分周回路１３の出力を選択して１１７．６４７０５８８ＫＨｚの信号を出力増幅器１６を介してアンテナコイル１７に送る。
【００１８】
データ送信後は応答機への電力送信の為に選択回路１５で第１の分周回路１２の出力を選択して１２５ＫＨｚの信号を出力増幅器１６を介してアンテナコイル１７に送り続ける。
応答機３０の送受信コイル３１と同調コンデンサ３２から構成される同調回路の同調周波数は、１２５ＫＨｚと１１７．６４７０５８８ＫＨｚの２つの周波数の中心、即ちルート（１２５ＫＨｚ×１１７．６４７０５８８）＝１２１．２６７８１２５ＫＨｚに設定されている。従って、応答機３０では論理値“１”を受信する場合も論理値“０”を受信する場合もほぼ同じ強度の信号を受信する事が出来る。
【００１９】
応答機３０での電力は送受信コイル３１と同調コンデンサ３２から構成される同調回路で受信した搬送波を整流回路３３のダイオード３３ａおよび平滑コンデンサ３３ｂで直流に変換して使用している。内部処理回路３５で用いる電圧を更に安定させるために電圧レギュレータ４１が設けられている。電圧検出回路４０は整流回路３３の出力電圧を検出している。
【００２０】
応答機３０から質問機１０へデータ送信を行う場合には、内部処理回路３５の内部のＣＰＵで発生したデータがインタフェース３５ｅを介して変調回路３６に伝えられ、変調回路の出力に応じて送信用負荷トランジスタ３７をオン・オフ動作させる。すると送受信コイル３１に流れる電流が変化し、送受信コイル３１とアンテナコイル１７間の電磁結合の強さが変化する。質問機１０の復調回路２０はアンテナコイル１７の両端に発生する電圧の変化、具体的には第１の分周回路１４から出力される１２５ＫＨｚの信号の振幅変化を検出して応答機３０からのデータを復調する。実際にはバンドパスフィルタで、第１の分周回路１４から出力される１２５ＫＨｚの信号のサブバンドの振幅および位相の変化をとらえて復調動作を行う。
【００２１】
応答機３０と質問機１０の距離が比較的近い場合には、スイッチ３９は電圧検出回路４０と電圧調整用負荷トランジスタ３８のゲート端を結んでいる。電圧検出回路４０は整流回路３３の出力電圧を検出して整流回路３３の出力電圧が一定値以上になると電圧調整用負荷トランジスタ３８を動作させ、送受および電圧調整用負荷トランジスタ３８から成る電流バイパス路を接続し、このバイパス路に電流を流す事によって整流回路３３に流れる電流を制限して電圧の上昇を抑える。
【００２２】
内部処理回路３５はデータ送信時にはスイッチ３９を切換えて、電圧調整用負荷トランジスタ３８オフさせる。このことにより、送受信コイル３１と同調コンデンサ３２から構成される同調回路の両端の電圧が維持され、充分な送信用の電力を確保することができる。
尚、応答機３０と質問機１０の距離が比較的近く同調回路の発生する電圧が高い場合にスイッチ３９を切り替えて電圧検出回路４０を切り離すと、送信データが論理“０”の場合の同調回路の負荷が少なくなり電圧上昇を招く恐れがあるので、図１に点線で示すように電圧検出回路４０の検出出力をインタフェース３５ｅを介して内部処理回路３５に取り込み電圧検出回路４０の出力が一定値以上の場合にはスイッチ３９の切換を行わない様にする。
【００２３】
若しくは、図２に示すように高電圧時の電圧調整用負荷トランジスタ４２を別途設け、同調回路の出力電圧が高い場合にはよりインピーダンスの低い負荷（電圧調整用負荷トランジスタ４２）を同調回路の出力端に接続し、同調回路の出力電圧が相対的に低い場合にはインピーダンスの相対的に高い負荷（電圧調整用負荷トランジスタ３８）を同調回路の出力端に接続する様にしてもよい。
【００２４】
以上のようにこの実施の形態によれば、データ送信時に電圧制限用の電圧調整用負荷トランジスタ３８が動作して送信動作に必要な電力が得られないといった問題が発生しない。
次に本発明の第２の実施の形態を説明する。この本発明の第２の実施の形態は構成は第１の実施の形態のものと同じであるので図１をそのまま用いて説明する。第１の実施の形態では、内部処理回路３５はデータ送信時にはスイッチ３９を切換えて、電圧調整用負荷トランジスタ３８オフさせていたが、本実施の形態では、内部処理回路３５はデータ送信時にはスイッチ３９を切換えて送信データが論理“１”の場合には電圧検出回路４０と電圧調整用負荷トランジスタ３８のゲート端を接続し、送信データが論理“０”の場合には開放する。送信用負荷トランジスタ３７も送信データが論理“１”の場合にはオンし、送信データが論理“０”の場合にはオフするように動作する。従って、送信データが論理“１”の場合には送信用負荷はトランジスタ３７とトランジスタ３８の並列回路のインピーダンスになり、送信用負荷トランジスタ３７１つの場合のインピーダンスよりも小さな値となり、送受信コイル３１の両端の電圧変化を大きくする事ができ、より強いＡＭ変調をかける事が出来る。
【００２５】
以上のようにこの実施の形態によれば、データ送信時に電圧制限用の電圧調整用負荷トランジスタ３８が動作して送信動作に必要な電力が得られないといった問題が発生しないとともに、電圧調整用負荷トランジスタ３８も送信用負荷として用いるのでより強いＡＭ変調をかける事が出来、データ送信距離を伸ばす事ができる。
【００２６】
【発明の効果】
応答機が通信距離限界付近で動作する場合に充分な送信電力を確保できるデータキャリアを提供する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態のデータキャリアを示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態のデータキャリアの変形例を示すブロック図である。
【図３】従来のデータキャリアを示すブロック図である。
【符号の説明】
１０質問機
１１発振回路
１２分周回路
１３分周回路
１５選択回路
１７アンテナコイル
１８同調コンデンサ
１９内部処理回路
２０復調回路
３０応答機
３１送受信コイル
３２同調コンデンサ
３３整流回路
３５内部処理回路
３７送信用負荷トランジスタ
３８電圧調整用負荷トランジスタ
３９スイッチ
４０電圧検出回路
４１電圧レギュレータ

Claims

送受信コイルとこれに接続された同調コンデンサと、
前記送受信コイルで受信した信号を整流する整流回路と、
前記整流回路の出力電力で駆動され、送信信号を前記送受信コイルに供給する送信回路と、
整流された電圧を検出する電圧検出回路と、
前記整流回路の入力端間を結び、ゲートに供給される前記電圧検出回路の出力に応じて流れる電流を変化させるバイパストランジスタと、
前記電圧検出回路の出力と前記バイパストランジスタのゲートと間に接続され、前記電圧検出回路と前記バイパストランジスタとの接続を切り替える切換手段と、を備え、
信号受信時には、前記切換手段により前記電圧検出回路と前記バイパストランジスタとを接続し、
信号送信時には、前記切換手段により、前記電圧検出回路と前記バイパストランジスタとの接続を切り離し、前記送受信コイルに発生する電圧が高くなって前記電圧検出回路の出力が一定値以上となったときには前記電圧検圧回路と前記バイパストランジスタとを接続する事を特徴とするデータキャリア。
送受信コイルとこれに接続された同調コンデンサを備えた同調回路と、
前記同調回路の両端に発生する信号を整流する整流回路と、
前記整流回路の出力電圧を検出する電圧検出手段と、
前記整流回路の出力によって電力が供給され、送信信号を出力する信号処理回路と、
前記同調回路の両端に接続される、ゲートに供給される前記電圧検出手段からの制御信号に応じた負荷を前記同調回路の出力端に与える第１の負荷用トランジスタと、
前記同調回路の両端に接続される、前記送信信号の論理値“０”又は“１”に応じてオン・オフすることにより、前記送信信号に応じた負荷を前記同調回路の出力端に与える第２の負荷用トランジスタと、
前記電圧検出手段の出力と前記第１の負荷用トランジスタのゲートと間に接続され、前記電圧検出手段と前記第１の負荷用トランジスタとの接続を切り替える切換手段と、を備え、
信号受信時には、前記切換手段により前記電圧検出手段と前記第１の負荷用トランジスタとを接続し、
信号送信時には、前記切換手段により前記送信信号が一方の論理値を示す場合に前記第１の負荷用トランジスタと前記電圧検出手段とを接続し、他方の論理値を示す場合に前記第１の負荷用トランジスタと前記電圧検出手段との接続を切り離し、前記第２の負荷用トランジスタは前記送信信号が前記一方の論理値を示す場合にオン状態となり、前記他方の論理値を示す場合にオフ状態となる事を特徴とするデータキャリア。