JP3991424B2

JP3991424B2 - 非接触型ｉｃカードの変調信号入力回路

Info

Publication number: JP3991424B2
Application number: JP05771298A
Authority: JP
Inventors: 武志齋藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-03-10
Filing date: 1998-03-10
Publication date: 2007-10-17
Anticipated expiration: 2018-03-10
Also published as: JPH11261339A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電源や電池およびクロックや搬送波などの信号源を持たない非接触型ＩＣカードに係り、特にＩＣカード上に設けられたアンテナあるいはコイルから得られる高周波信号から、論理回路やメモリなどの信号処理回路を動作させるためのクロック，データ，電力を取り出し、受信したデータに応じて当該メモリの内容の一部を送信データとしてアンテナあるいはコイルを介して送信する送受信回路構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の非接触型ＩＣカードシステムの例を実開平2−94168号に見ることができる。上記従来例の「情報カード」を図４に示した。電池を持った情報カード（ＩＣカード）が情報を送信するのに、ダイポールアンテナの信号入出力端子間に可変インピーダンス素子としてのＦＥＴ（電界効果トランジスタ）を接続し、ゲートに印加する電圧をメモリから受けることにより、情報に応じて変化させ、ダイポールアンテナの入力端子間のインピーダンスを変化させている様子がうかがえる。ダイポールアンテナの入出力端子間のインピーダンスを変化させるとダイポールアンテナの入出力端子間の電圧が変化し、情報カードからダイポールアンテナを介して放射される電磁波の強度が変化し、これが、質問器において受信されて情報として処理されることになる。
【０００３】
また、ＩＣカード内に電池を持たずに、受信した電力から電源を作り出す場合の変調回路例が特開平8−185497 号に記載されている。この従来例の変調回路を図５に示す。ここではアンテナに相当する部分は、ループアンテナで構成されている。アンテナの入出力端子間に現れる受信電力を定電圧レギュレータで取り出して、ＩＣカードの駆動電源としている。アンテナの入出力端子の一端と接地間に接続したＦＥＴのゲートにディジタル信号処理部からのディジタル信号に応じて電圧が印加され、ＦＥＴのインピーダンスが変化し、これが、アンテナの入出力端子間の電圧を変化させ、質問器で受信する電力の変化に対応してディジタル信号として、ＩＣカードと質問器の間で情報のやりとりが可能となる。
【０００４】
ＩＣカードシステムの搬送波としてマイクロ波などの高周波信号を使用した場合、ＦＥＴがマイクロ波で動作する必要があり、マイクロ波帯でのＦＥＴの性能が送信信号の品質に大きく影響し、ＩＣカードシステムの通信品質を左右することになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明では、マイクロ波帯などの高周波帯での変調が容易に行え、高周波特性に直接左右されずに、安定で良好な通信品質が得られるＩＣカードシステムの変調回路を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明では、受信した電力をショットキバリヤダイオードを使用した検波・整流回路によって、情報処理回路やメモリを駆動する電源として使用する方式のＩＣカードで、変調信号を出力する情報処理回路とショットキバリヤダイオードを使用した検波・整流回路との間に、ショットキバリヤダイオードを配置して、ショットキバリヤダイオードを使用した検波・整流回路を変調回路として駆動する方法を採用した。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明を適用する非接触型ＩＣカード（タグ）の構成を図３に示す。図３において、６１はＩＣカード、６２はマイクロストリップ・パッチアンテナ、６３は送受信回路、６４はＣＭＯＳで構成される論理ＩＣ、６５はメモリ、６６は質問器、６７はアンテナ、６８は下り信号、６９は上り信号である。質問器６６から送出されるマイクロ波などの高周波搬送波を変調した下り信号６８を照射されたＩＣカード６１はマイクロストリップアンテナで共振する搬送は周波数に対して、電力が有効に取り出せ、この電力を送受信回路６３に入力することで送受信回路内の検波整流のための、ショットキダイオードによって、搬送は信号に変調された信号を復調し、電力を取り出す。電力は、ＣＭＯＳ論理回路６４および、ＣＭＯＳ論理回路から制御され、データの読み出し，書き込みを行うメモリに供給される。また、メモリの内容を質問器に送信する際には、送受信回路６３のショットキダイオードの動作を乱して、インピーダンスの変化を起こさせ、このインピーダンスの変化がマイクロストリップアンテナ６２およびアンテナ６７を介して、質問器６６において信号電力の変化として上り信号として識別される。これらの動作の繰り返しで、カード６１と質問器６６の間で信号のやりとりが行われる。
【０００８】
本発明では、データおよびクロックを検波復調するためのショットキダイオード群と電力を取り出すために検波整流するためのショットキダイオード群を別個に設け、それぞれに高周波の整合回路および倍圧整流のためのコンデンサ（フライングコンデンサ）を設け、データ送出のためのスイッチング回路を電力用のショットキダイオード群である２段構成の倍圧整流回路の段間に設けることとした回路構成を提案している。この回路を元に、本発明の実施形態を説明する。
【０００９】
図１に、本発明の第１の実施例である送受信回路における変調信号入力回路を示す。既に出願済みの送受信回路の構成は以下の通りである。１は高周波信号入力端子であり、アンテナが接続される。２は一端が接地されたマイクロストリップ線路などのインピーダンス素子、３，９，１６はマイクロストリップ線路などで構成されるインピーダンス素子である。４，１１，１８はフライングコンデンサ、５，６，１２，１３，１７，１９はそれぞれショットキバリヤダイオードである。７，１５，２０はコンデンサ、８は抵抗器である。１０はクロックおよびデータの出力端子、１４はデータ送出のための変調信号入力端子、２１は駆動電力出力端子である。
【００１０】
図１において、新たに、変調信号入力回路として設けたのが、２３のショットキバリヤダイオードである。
【００１１】
アンテナで受信されたマイクロ波などの高周波信号は高周波信号入力端子１より入力され、インピーダンス素子２とインピーダンス素子３，９，１６の比率に応じてそれぞれステップアップを受けて入力電圧が昇圧されるとともに、高周波的な整合がとられる。昇圧された電圧はフライングコンデンサ４，１１，１８に印加される。
【００１２】
フライングコンデンサ４およびショットキバリヤダイオード５，６，コンデンサ７からなる回路は一般的に倍圧整流回路と呼ばれ、スイッチングレギュレータ電源やチャージポンプ回路等に多用されている。倍圧整流回路２２ａからクロック・データ出力端子１０を介してデータとクロックを含む信号が出力され、当該送受信回路の後段に接続される信号処理回路に供給される。出力端子１０から出力されるデータやクロックはコンデンサ７や抵抗器８で決定される時定数に応じて波形整形される。クロックや搬送波信号源を持たない非接触型のＩＣカードやタグなどでは出力端子１０から出力される信号からクロックとデータを分離再生することになる。
【００１３】
フライングコンデンサ１１，ショットキバリヤダイオード１２，１３，コンデンサ１５からなる回路２２ｂおよびフライングコンデンサ１８，ショットキバリヤダイオード１７，１９，コンデンサ２０から成る回路２２ｃもまた倍圧整流回路である。倍圧整流回路２２ｂで倍圧整流された信号が次段の倍圧整流回路22ｃでさらに昇圧されて、駆動電力出力端子２１より出力され、後段に接続される論理回路やメモリ回路などの信号処理回路を駆動する。
【００１４】
電源電圧出力用の倍圧整流回路の変調信号入力端子１４にはショットキバリヤダイオード２３が直列に接続され、ショットキバリヤダイオード２３のカソードが変調信号入力端子１４に向いている。変調信号入力端子１４には、コンデンサ１５に蓄積された電荷を放電するためのスイッチング回路が接続され、放電状態と充電状態でのショットキバリヤダイオード１２，１３，１７，１９の高周波におけるインピーダンスを変化させる。送受信回路は高周波信号入力端子１から入力される高周波信号に同調して動作している共振系を形成している。コンデンサ１５の放電／充電状態で回路の外部からみたインピーダンスが変化することを利用して、質問器に対して、信号を送り返す。質問器はＩＣカードおよびタグに対して、搬送波を変調したクロックおよびデータをＩＣカードおよびタグに対して送信する。送信内容に対するＩＣカードおよびタグからの返送データの受信は、質問器は一定（例えば「１」）の信号を発信し続け、回路ではそのインピーダンスが変化することにより受信状態が変化することを質問器が検知することにより行われる。
【００１５】
フライングコンデンサ４，１１，１８に印加する電力の、高周波入力端子１からの入力信号に対する比率はインピーダンス素子２とインピーダンス素子３，９，１６のインピーダンスの比率で設定し、たとえば、電力に重点を置いた設計や、送信用の変調に重点を置いた設計や、クロックおよびデータの再生に重点を置いた設計が可能である。
【００１６】
また、入力端子１の特性インピーダンスを測定系の５０オームに合わせることもアンテナのインピーダンスに合わせることにおいても自由度が高い。
【００１７】
第２の実施例は、図２に示すように図１における第１の実施例のショットキバリヤダイオード２３の代わりに、ショットキバリヤダイオード２４を設けて、変調信号入力回路を構成したことにある。第２の実施例の第１の実施例と異なる点は、ショットキバリヤダイオードの極性が逆になっていることで、ショットキバリヤダイオード２４のアノードが、変調信号入力端子１４の方を向いている点である。
【００１８】
第１の実施例では、変調信号入力端子１４に印加される信号が、ディジタルデータで論理“１”、つまり、駆動電力出力端子２１の電圧相当の時には、ショットキバリヤダイオード２３が逆バイアスされ、送受信回路に与える影響は十分に少ないが、変調信号入力端子１４に印加される信号が、ディジタルデータで論理“０”、つまり、駆動電力出力端子２１が電気的に接地状態に近い時には、ショットキバリヤダイオード２３は導通状態となり、ショットキバリヤダイオード１３と１７の接続点に蓄積した電荷を放電させることになると同時に、倍圧整流回路２２ｂ，２２ｃのインピーダンスが変化し、この変化分が、高周波信号入力端子に現れるために、質問器が受信するデータとしては、質問器が出した「１」の信号が論理“０”として観測されることになる。ディジタルデータで論理“０”の時間に応じて放電が続くことになるので、長時間の論理“０”状態はＩＣカードの駆動電力低減につながり、質問器との間の交信が不可能になる。
【００１９】
第２の実施例では、変調信号入力端子１４に印加される信号が論理“０”、つまり、駆動電力出力端子２１の電圧が接地電位に近い時にショットキバリヤダイオード２４が不導通状態となり、送受信回路にはインピーダンス的な変化を与えないが、変調信号入力端子１４に印加される信号が論理“１”、つまり、駆動電力出力端子２１の電圧相当の時にショットキバリヤダイオード２４が導通状態になる。変調信号入力端子１４に印加される信号の電圧値は、最大でも、送受信回路の駆動電力出力端子２１から出力される電圧以上にはならないために、第１の実施例の時よりも、ショットキバリヤダイオード１３と１７の接続点に蓄積した電荷を放電させる効果が少なく、したがって、質問器の受信回路で検出される論理“１”の信号の電圧が低く、かつ、雑音電圧の抑圧効果が低いが、駆動電力出力端子の駆動電圧の低下が、第１の実施例の場合よりも少ない。
【００２０】
第１の実施例および第２の実施例は駆動電力の大小の選択あるいは質問器における受信信号の大小の選択に合わせて、適宜選択することで、システムの最適化が図れる。
【００２１】
【発明の効果】
本発明の変調信号入力回路は、ショットキバリヤダイオードで構成された送受信回路の直流的な、あるいは変調信号帯域での変調回路となるために、高周波的な特性にはほとんど影響しない。したがって変調信号を発生させる論理回路での高周波特性の影響はほとんど考慮しなくてもよい。また、第１および、第２の実施例では、変調信号入力回路として、ショットキバリヤダイオードを使用したが、これは、ショットキバリヤダイオードの静特性における遮断特性が優れているためと、送受信回路ごとＩＣ化するための利便性を考えたためであるが、バイポーラトランジスタ，ＦＥＴ（電解効果型トランジスタ），一般的なダイオード，バラクタダイオードなどでも高周波特性を考慮するまでもなく同様の効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示す回路図。
【図２】本発明の第２の実施例を示す回路図。
【図３】本発明のＩＣカードシステムを示すブロック図。
【図４】第１の従来例を表すＩＣカードの構成例を示すブロック図。
【図５】第２の従来例を示すＩＣカードの回路例を示すブロック図。
【符号の説明】
１…高周波信号入力端子、２，３，９，１８…インピーダンス素子、４，１１，１８…フライングコンデンサ、５，６，１２，１３，１７，１９…ショットキバリヤダイオード、１０…クロック／データの出力端子、１４…データ送信用変調信号入力端子、２１…駆動電力出力端子、２２ａ，２２ｂ，２２ｃ…倍圧整流回路、２３，２４…ショットキバリヤダイオード、６１…ＩＣカード、６２…マイクロストリップアンテナ、６３…送受信回路、６４…ＣＭＯＳ論理回路、６５…メモリ、６６…質問器、６７…アンテナ、６８…下り信号、６９…上り信号、７０…アンテナ端子、７１，７２，７３…ショットキダイオード、７４，７５…コンデンサ、７６…信号取り出し端子、７７…電力取り出し端子、７８…スイッチング素子。

Claims

アンテナと、上記アンテナを介して受信した信号から電力を取り出す送受信回路と、
メモリと該メモリのデータの読み書きを制御する論理回路とを有し、
上記メモリと上記論理回路は上記送受信回路で取り出された上記電力を供給されて動作し、
上記送受信回路は、
第１端を接地した第１のインピーダンス素子と、
上記第１のインピーダンス素子の第２端に第１端が接続される第２のインピーダンス素子と、
上記第２のインピーダンス素子の第２端に第１端が接続される第３のインピーダンス素子と、
上記第３のインピーダンス素子の第２端に第１端が接続される第４のインピーダンス素子と、
第１の整流素子と第２の整流素子と、上記第１の整流素子の第２端と上記第２の整流素子の第１端との接続点に第１端が接続される第１コンデンサと、上記第２の整流素子の第２端と接地間に配置される第２コンデンサとを有する第１、第２、第３の倍圧整流回路とを有し
上記第１及び第２のインピーダンス素子の接続点より上記アンテナを介して受信される高周波信号を入力し、
上記第１の倍圧整流回路にあって、上記第１の整流素子の第１端は接地され、上記第１コンデンサの第２端は上記第２のインピーダンス素子の第２端に接続され、上記第２の整流素子の第２端はさらに上記論理回路への復調信号出力端子に接続され、
上記第２の倍圧整流回路にあって、上記第１の整流素子の第１端は接地され、上記第１コンデンサの第２端は上記第３のインピーダンス素子の第２端に接続され、上記第２の整流素子の第２端は上記第３の倍圧整流回路の第１の整流素子の第１端に接続されるとともに第３の整流素子を介して上記論理回路からの変調信号入力端子に接続され、
上記第３の倍圧整流回路にあって、上記第１コンデンサの第２端は上記第４のインピーダンス素子の第２端に接続され、上記第２の整流素子の第２端は上記送受信回路で取り出される電力の出力端子に接続されていることを特徴とする非接触ＩＣカード。
上記第１、第２、第３の整流素子は、ショットキバリヤダイオードであることを特徴とする請求項１記載の非接触ＩＣカード。
請求項１記載の送受信回路において、上記第１の倍圧整流回路の第２の整流素子と上記第１のコンデンサの接続点に抵抗器を接続したことを特徴とする送受信回路。
請求項１記載の送受信回路において、上記第１、第２、第３、第４のインピーダンス素子をマイクロストリップ線路で構成したことを特徴とする送受信回路。