JP4209331B2 - トランスポンダ - Google Patents

Description

本発明は、コードに対応する周期で基地局から送られる無線周波数信号を変化させることにより、基地局にコードを供給するトランスポンダに関する。

未公開の国際特許出願ＥＰ０１／０９６２０には識別トランスポンダについて記載されており、これは基地局またはスキャナと共に図１に示されている。基地局ＢＳはＲＦ信号を送信し、その一部は結合Ｐ１；Ｐ３、Ｐ２；Ｐ４によって、この場合は静電結合によって整流器ＲＴＦに送られ、上記整流器ＲＴＦはダイオードＤ１および負荷トランジスタＴＬ、平滑コンデンサＣで形成されている。その結果、整流器ＲＴＦの出力端子１および２の間で供給電圧Ｖが得られる。識別トランスポンダＩＤＴは更に、共に供給電圧Ｖが供給される所謂リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）および変調器を含む識別コード生成器ＩＤＣＧを備えている。負荷トランジスタＴＬは、パッドＰ１および出力端子２の間の主電流経路に連結されている。動作中、識別コード生成器ＩＤＣＧは負荷トランジスタＴＬの制御電極に直列ビットパターンを送る。直列ビットパターンは、ＲＯＭに記憶されているデータによって決定される。その結果、出力端子１および２の間の負荷が、直列ビットパターンの周期で変化する。そのため、整流器ＲＴＦの入力電流は、上記周期で変化させられる。この周期は、結合Ｐ１；Ｐ３、Ｐ２；Ｐ４によって基地局ＢＳで検出することができる。例えば、ＲＯＭは対象のバーコードであってもよく、このコードは例えば対象の価格など、対象についての情報を含んでいる。この情報は、基地局ＢＳとの一時結合によって基地局ＢＳに転送される。識別トランスポンダＩＤＴは例えば集積回路に配置してもよく、この集積回路は例えば重合体などの有機材料で作られる。これにより、厚さが小さく、かつ機械的適応性の大きな回路と共に製造することができるという利点が得られる。一般に、しかしながら電子回路が有機材料から製造される場合は特に、必要な電子部品の数を減らすことができるので有利である。従って、図１に示す識別トランスポンダＩＤＴにおいて、負荷トランジスタＴＬは二重機能、つまり可変負荷の機能と整流器要素の機能を実行する。これにより、電子部品の数が１つ節約される。結局、整流器ＲＴＦに必要なダイオードは１つのみとなり、また（そのため）電子回路には他に余分な部品は追加されていない。

本発明の目的は、トランスポンダの効率を高め、またはＲＦ信号の変調深さを大きくすることにある。

これに関して、本発明は、コードに対応する周期で基地局から到来する無線周波数信号を変化させることによって基地局にコードを供給するトランスポンダであって、コードを生成する識別コード生成手段と、無線周波数信号とＡＣ結合するように配置されて生成手段に供給電圧を印加し、整流器として動作する少なくとも１つの回路を含む整流器手段と、主電流経路を有する変調トランジスタであって、整流器手段により提供される可変負荷を生成してそれによって上記周期で無線周波数信号が変化するコードを受け取るために結合される制御電極を含む変調トランジスタと、コードの電圧レベルを適合化させ、かつ、適合化された電圧レベルでコードを変調トランジスタの制御電極に供給する電圧適合化手段と、別個の供給電圧を電圧適合化手段に印加する別の整流器手段とを備え、整流器として動作する上記回路の少なくとも１つが上記変調トランジスタの主電流経路を含んでいる、トランスポンダを提供する。

ＲＦ信号の変調深さは、変調トランジスタ（図１の負荷トランジスタＴＬに相当する）の制御電極における（コード）信号の電圧レベルに大きく依存しているものと思われる。このことは特に重合体などの有機材料で作られる電子部品への応用に適用されている。欧州特許第１／０９６２０号に記載されるトランスポンダにおいて、これらの電圧レベルは、整流器で供給される電圧に直接結合されている。別の整流器手段と電圧適合化手段とを本発明によるトランスポンダに適用することにより、上記電圧レベルを自由な値に、つまり整流器手段によって（識別コード）生成手段に印加される供給電圧とは独立に変化させることができる。その結果、ＲＦ信号の効率は高まり、またはその変調深さをより深くすることができる。

本発明の別の有利な実施の形態は、請求項２〜７に明記されている。

次に、添付図面を参照にして本発明を更に説明する。

同様の参照符号はこれら図面における同様の部品または要素を示す。

図２は、本発明による識別トランスポンダＩＤＴの第１の実施の形態の回路図を示す。また、図２はＲＦ信号を送信する基地局ＢＳも図示している。識別トランスポンダＩＤＴは、基地局ＢＳの導電パッドＰ３に結合される導電パッドＰ１と、基地局ＢＳの導電パッドＰ４に結合される導電パッドＰ２とを備える。識別トランスポンダＩＤＴは、整流器手段ＲＴＦと、別の整流器手段ＦＲＴＦと、電圧適合化手段ＶＡＤＰＴと、識別コード生成手段ＩＤＣＧとを更に備える。整流器手段ＲＴＦは、ダイオードＤ１と、変調電界効果トランジスタＴＭと、平滑コンデンサＣとを含む。ダイオードＤ１は、陰極および陽極によって、導電パッドＰ１および導電パッドＰ２にそれぞれ接続される。識別コード生成手段ＩＤＣＧの第１供給端子１は、第２導電パッドＰ２に接続される。変調トランジスタＴＭのソースは、導電パッドＰ１に接続される。変調トランジスタＴＭのドレインは、識別コード生成手段ＩＤＣＧの第２供給端子２に接続される。平滑コンデンサＣは、第１供給端子１と第２供給端子２との間に接続される。第１供給端子１と第２供給端子２との間の供給電圧をＶ_１と呼ぶ。識別コード生成手段ＩＤＣＧの信号出力端子３は、電圧適合化手段ＶＡＤＰＴの入力８に結合される。電圧適合化手段ＶＡＤＰＴの出力９は、変調トランジスタＴＭのゲートに結合される。電圧適合化手段ＶＡＤＰＴの接続点１１および１０の間には別の供給電圧Ｖ_２が存在し、この別の供給電圧Ｖ_２は、電圧適合化手段ＶＡＤＰＴの各接続点１１および１０に別の整流器手段ＦＲＴＦの接続点６および７を結合することによって別の整流器手段ＦＲＴＦによって生成される。電圧適合化手段ＶＡＤＰＴの接続点４および５は、導電パッドＰ１および導電パッドＰ２に接続される。

図２に示す電子システムは以下のように動作する。導電性接触パッドＰ１〜Ｐ４は、基地局ＲＦと識別トランスポンダＩＤＴとの間に静電結合を構成する。その結果、ＲＦ信号の一部は、整流器手段ＲＴＦと別の整流器手段ＦＲＴＦとに供給される。別の整流器手段ＦＲＴＦの目的は別の供給電圧Ｖ_２を電圧適合化手段ＶＡＤＰＴに印加可能にすることにあり、供給電圧Ｖ_１の値とは異なる別の供給電圧Ｖ_２の値を選ぶ可能性が存在する。別の整流器手段ＦＲＴＦに供給されるＲＦ信号の部分は通常、整流器手段ＲＴＦに供給されるＲＦ信号の部分よりも非常に小さい。電圧適合化手段ＶＡＤＰＴは、信号出力端子３と第１供給端子１との間にコード信号を供給する。電圧適合化手段ＶＡＤＰＴは、更なる供給電圧（Ｖ２）を用いて「適合化された電圧レベル」を供給するようコード信号の電圧レベルを適合化させる。この更なる供給電圧（Ｖ２）は、供給電圧（Ｖ１）とは無関係に自由に変更され得る。適合化された電圧レベルを有するコード信号は接続点９に供給され、したがって、変調トランジスタＴＭのゲートに印加される。変調トランジスタＴＭの伝導性は、電圧適合化されたコード信号に応じて変化する。変調トランジスタＴＭが伝導状態にある場合、図７のダイオードＤ２などのダイオードの機能を果たす。ダイオードＤ１の機能は、導電パッドＰ１〜Ｐ４に流れる平均電流またはこれらから流れてくる平均電流が平均でゼロに等しくなるようにすることである。これにより、導電パッドＰ１とＰ３との間、およびＰ２とＰ４との間でＤＣ電圧の上昇をそれぞれ回避することができる。これによって、識別トランスポンダＩＤＴの動作が沈滞するようになる。整流されたＲＦ信号は、平滑コンデンサＣによって平滑化される。その結果、識別コード生成手段ＩＤＣＧの第１および第２供給端子１および２の間には、ほぼ一定の供給電圧Ｖ_１が存在することになる。整流器手段ＲＴＦの負荷は識別コード生成手段ＩＤＣＧのみではなく、変調トランジスタＴＭによっても決定される。識別コード生成手段ＩＤＣＧは、信号出力端子３のコード信号を供給するよう配置されている。この信号は、識別コードに対応する周期で変化する。識別コードは、例えば、スキャンすべき対象の価格を表す。可変信号は最終的に（電圧レベル適合化されたコード信号を経て）変調トランジスタＴＭのゲートに送られるので、変調トランジスタＴＭの伝導性も識別コードに対応する周期で変化する。その結果、基地局ＢＳから抽出されるＲＦ信号の量も、上記周期で変化する。ＲＦ信号におけるこの変化は、例えば、公開番号ＷＯ９９／３０４３２の国際特許出願の図２に示す方法など、既知の方法で検出することができる。

図６の回路図も、変調トランジスタＴＭの主電流経路が、導電パッドＰ１と供給端子２との間に接続される代わりに、導電パッドＰ２と供給端子１との間に接続されているが、この回路図を図２に示す回路図と同等の代替図として使用しても良い。

図７は本発明による実施の形態の回路図であり、図２および図６の場合のようにダイオードＤ２（例えば図７を参照）の機能が変調トランジスタＴＭによって果たされるのではなく、ダイオードＤ１（例えば図２を参照）の機能が変調トランジスタＴＭによって果たされている。

図８は回路図であり、これは図７の回路図と同等の代替図を形成している。ここでダイオードＤ２は、導電パッドＰ１と供給端子２との間に代えて、導電パッドＰ２と供給端子１との間に接続されている。

図９および１０はそれぞれ、基地局ＢＳと識別トランスポンダＩＤＴとの間の結合は、静電的ではなく、電磁的に達成されるという条件で、図２および６にそれぞれ示す実施の形態に対応する本発明による実施の形態の回路図を示している。この目的のため、識別トランスポンダＩＤＴのコイルＬ１は、基地局ＢＳのコイルＬ２に結合される。電磁結合の結果、図２および６に示すダイオードＤ１は、図９および１０に示す回路図において冗長となっている。

図３は、本発明によるトランスポンダＩＤＴで使用されるべき別の整流器手段ＦＲＴＦの第１の実施の形態の回路図を示す。この回路は整流器回路の最も基本的な形状であり、これは接続点４および６の間に接続されたダイオードｄ１と、一方では接続点６と、他方では相互接続された接続点５および７と、の間に接続された平滑コンデンサＣ１とを含む。接続点６に接する接続点７の電位に対してプラスの電位が存在する。望まれる場合は、ダイオードｄ１の極性を反転することができ、これにより接続点６の電位が接続点７の電位に対してマイナスになる。フリーホイール・ダイオードＤ１はトランスポンダＩＤＴの他の位置にすでに存在しているので（特に図２を参照）、図３のダイオードｄ１が指示された極性に接続されている場合、図３に示す回路においては、このフリーホイール・ダイオードはもはや必要ではない。（接続点６に接する接続点７に対してマイナスの電位を生成するために）ダイオードｄ１の反転極性が存在する場合、追加のフリーホイール・ダイオードが必要となる。この追加のフリーホイール・ダイオードは、図３のｄ３で示されており、接続点４および５の間の破線で描かれている。この追加のフリーホイール・ダイオードｄ３が実際に反並列にフリーホイール・ダイオードＤ１に接続されているのが観察されるはずである（図２を参照）。導電パッドＰ２に対して導電パッドＰ１に肯定極性が存在するという（図２における）事実のために、追加のフリーホイール・ダイオードｄ３は整流器手段ＲＴＦの入力で望ましくない（損失）負荷を実際に形成する。別の整流器手段ＦＲＴＦは（整流器手段ＲＦＴと比べて）比較的小さな電流を送る必要があるため、追加のフリーホイール・ダイオードｄ３の寸法もフリーホイール・ダイオードＤ１の寸法と比べて比較的小さい。その結果、追加のフリーホイール・ダイオードｄ３によって生じるエネルギーの損失は小さい。

図４は、本発明によるトランスポンダＩＤＴで使用されるべき別の整流器手段ＦＲＴＦの第２の実施の形態の回路図を示す。この回路は実際には図３に示す回路の二重配置であり、そこでは接続点６の接地（＝図２の供給端子１）に対してプラスの電位が存在し、そこではまた接続点７における接地に対してマイナスの電位が存在する。

図９および１０に示すトランスポンダＩＤＴにおいては、コイルＬ１が整流器手段ＲＴＦおよび別の整流器手段ＦＲＴＦの入力にＤＣ接続をすでに確立しているという事実のため、フリーホイール・ダイオードが不要であることが観察されるはずである。

図５は、本発明によるトランスポンダで使用されるべき電圧適合化手段ＶＡＤＰＴの実施の一形態の回路図を示す。この回路は、適合化トランジスタＴ_ａｄｐｔの主電流経路および抵抗素子Ｒの直列組合せを含む。この例の抵抗素子Ｒは、ソースおよびゲートで短絡されるＰタイプ電界効果トランジスタにおいて具体化されている。適合化トランジスタＴ_ａｄｐｔのソースは、接続点１１を形成している。適合化トランジスタＴ_ａｄｐｔのゲートは、接続点８を形成している。適合化トランジスタＴ_ａｄｐｔのドレインと抵抗素子Ｒとの共通接合部は、接続点９を形成している。抵抗素子Ｒの他方の側（ドレイン）は、接続点１０を形成している。適合化トランジスタＴ_ａｄｐｔのゲートは、信号出力端子３からコード信号を受け取り、適合化トランジスタＴ _ａｄｐｔ のソースは、更なる供給電圧Ｖ２を受け取る。それに応じて、適合化トランジスタＴ_ａｄｐｔは抵抗素子Ｒを介して電流を送るが、この電流はコード信号に応答して変化する。出力端子３から受け取られたコード信号は、供給電圧Ｖ１とは無関係に自由に変更され得る更なる供給電圧Ｖ２を用いて適合化されるので、結果として、適合化された電圧レベルを有するコード信号が、接続点９に生じる。

特に図２を参照し、変調トランジスタＴＭのソースおよびゲート間にＡＣクロストークが存在し得ることが観察されるはずである。このＡＣクロストークは、したがって、電圧適合化手段ＶＡＤＰＴの接続点９で生じる。このＡＣクロストークは、トランスポンダＩＤＴの効率を下げることがある。これを回避するために、図５の破線に示すコンデンサを接続点９および１０の間に挿入することができる。このコンデンサの容量は、ＡＣクロストークを十分に抑制できるようかなり大きく選択されるべきである。しかしながら、（被適合化電圧レベルを有する）コード信号を抑制してはならないため、この容量を任意の値で選択することはできない。最良の容量は、例えばコンピュータのシミュレーションなどの実験で確立することができる。

図６、８および１０を参照して、別の整流器手段ＦＲＴＦの接続点４も供給端子２の代わりに供給端子１に接続できることが観察されるはずである。

図７および８を参照して、この構成における変調トランジスタＴｍが、その機能の１つ、すなわちフリーホイール・ダイオードＤ１の機能（特に図２を参照）に関してさほど動作しないと思われることが確認されるはずである。この構成におけるトランスポンダＩＤＴの動作を向上させるために、フリーホイール・ダイオードを変調トランジスタＴＭの主電流経路と並列に接続することができる。このフリーホイール・ダイオードを、図７および８の破線で示す。変調トランジスタＴＭの寸法に対するこのフリーホイール・ダイオードの最適面は、コンピュータのシミュレーションで決定しても良い。

図９および１０を参照して、（破線で示す）同調用可変コンデンサをコイルＬ１に並列に接続できることが観察されるはずである。その結果、ＲＦ信号の周波数に対して同調を行うことができ、これにより、より大きな効率が得られる。

また、全ての実施の形態について、例えば一般に知られる「ウィーンブリッジ」（４ダイオード）を適用することによって、片側整流（例えばダイオードＤ２）の代わりに、両側整流も利用できることが観察されるはずである。

図示された実施の形態について、Ｐタイプ電界効果トランジスタの代わりに、Ｎタイプ電界効果トランジスタも変調トランジスタＴＭとして使用できると考えられる。バイポーラトランジスタを利用することも可能である。なされた選択に応じて、ダイオードＤ１またはダイオードＤ２の陰極および陽極接続を交換すべきであり、また可変信号の極性を信号出力端子３および接続点９に対して適合化すべきである。ダイオードＤ１またはＤ２は、例えばダイオードとして配置されるトランジスタと共に設計しても良い。

図１１は、識別コード生成器ＩＤＣＧの回路図の例を示している。識別コードは、例えばブロックＢＬＫ２に対して示されるように、それぞれ４ビットの２つのワードで構成され、上記ブロックは４ビットの２つのワード、すなわちＢ０〜Ｂ３を備える第１ワードとＢ４〜Ｂ７を備える第２ワードとを受け取ることができる。クロック入力ｃｌｋのクロック生成器ＣＬＫＧからのクロック周波数ｆで制御されるブロックＢＬＫ１は、２進信号ＢＡ、ＢＢ、ＢＣおよびＢＤを生成してブロックＢＬＫ２に送る。２進信号ＢＡの制御の下、ビットＢ０およびＢ４がそれぞれ出力ＯＬＡおよびＯＬＢに転送される。２進信号ＢＢの制御の下、ビットＢ１およびＢ５がそれぞれ出力ＯＬＡおよびＯＬＢに転送される。２進信号ＢＣの制御の下、ビットＢ２およびＢ６がそれぞれ出力ＯＬＡおよびＯＬＢに転送される。２進信号ＢＤの制御の下、ビットＢ３およびＢ７がそれぞれ出力ＯＬＡおよびＯＬＢに転送される。２進信号ＢＡ、ＢＢ、ＢＣおよびＢＤはブロックＢＬＫ２に順次転送される。その結果、第１ワードは、ブロックＢＬＫ２の出力ＯＬＡからブロックＢＬＫ３の入力ＯＬＡに直列に転送される。同時に、第２ワードは、ブロックＢＬＫ２の出力ＯＬＢからブロックＢＬＫ３の入力ＯＬＢに転送される。ブロックＢＬＫ１の出力はブロックＢＬＫ４のクロック入力ｃｌｋに結合されて、ブロックＢＬＫ１のクロック周波数の１／４であるレート（ｆ／４）を有するクロック周波数を提供する。ワード選択信号ＷＡおよびＷＢはブロックＢＬＫ３からブロックＢＬＫ４に送られて、ブロックＢＬＫ２から、第１ワードまたは第２ワードのいずれかを信号出力端子３に転送すべきかを指示する。ワード信号ＷＡおよびＷＢを順次活性化することにより、まず第１ワードが信号出力端子３に切り換えられ、次に第２ワードが信号出力３に切り換えられるので、ビットＢ０〜Ｂ７が信号出力端子３に順次現れる。また、固定パターンワードＦＰは、信号出力端子３に順次切り換えられる。この固定パターンワードＦＰの目的は、第１ビットＢ０が開始して最終ビットＢ７が終わる時を基地局ＢＳに知らせることにある。固定パターンは、例えば１組の４つの論理ゼロが後に続く１組の４つの論理ゼロであっても良い。しかしながら、他のパターンもまた、基地局ＢＳが何らかの方法でこのパターンを認識する限り、選択して良い。

欧州特許第１／０９６２０に記載される識別トランスポンダを示す。 本発明による識別トランスポンダの第１の実施の形態の回路図を示す。 本発明によるトランスポンダで使用される別の整流器手段の第１の実施の形態の回路図を示す。 本発明によるトランスポンダで使用される別の整流器手段の第２の実施の形態の回路図を示す。 本発明によるトランスポンダで使用される電圧適合化手段の実施の一形態の回路図を示す。 本発明による識別トランスポンダの第２の実施の形態の回路図を示す。 本発明による識別トランスポンダの第３の実施の形態の回路図を示す。 本発明による識別トランスポンダの第４の実施の形態の回路図を示す。 本発明による識別トランスポンダの第５の実施の形態の回路図を示す。 本発明による識別トランスポンダの第６の実施の形態の回路図を示す。 本発明によるトランスポンダで使用可能な識別コード生成手段の回路図の一例を示す。

Claims (7)

1. 基地局から入来する無線周波数信号をコードに対応する周期で変化させることにより前記コードを基地局に供給するトランスポンダであって、
   コード信号の形で前記コードを生成する識別コード生成手段と、
   無線周波数信号とＡＣ結合するように配置され、前記生成手段に供給電圧を印加する整流器手段であって、整流器として動作する少なくとも１つの回路を含む整流器手段と、
   主電流経路を有する変調トランジスタであって、前記無線周波数信号が前記周期を有して変化するように前記整流器手段によって提供される可変負荷を生成するために前記コード信号を受け取るよう結合される制御電極を有する変調トランジスタと、
   当該電圧適合化手段へ供給される更なる供給電圧により前記コード信号の電圧レベルを適合化させ、適合化された電圧レベルを有する前記コード信号を前記変調トランジスタの前記制御電極に供給する電圧適合化手段と、
   前記更なる供給電圧を前記電圧適合化手段に印加する別の整流器手段とを備え、
   整流器として動作する前記回路の少なくとも１つは、前記変調トランジスタの主電流経路を含む、トランスポンダ。
2. 前記電圧適合化手段は、適合化トランジスタの主電流経路と抵抗素子との直列結合を含み、この直列結合は前記更なる供給電圧を受け取るために結合され、前記適合化トランジスタの制御電極は、前記識別コード生成手段によって供給される前記コード信号を受け取るために結合され、前記適合化トランジスタと前記抵抗素子との共通接合は、前記変調トランジスタの前記制御電極に結合されることを特徴とする、請求項１に記載のトランスポンダ。
3. 当該トランスポンダが前記基地局の第１接続パッドとの静電結合のための第１接続パッドを備えるために、かつ、当該トランスポンダが前記基地局の第２接続パッドとの静電結合のための第２接続パッドを含むために、前記ＡＣ結合は静電結合であり、
   前記整流器手段は、前記変調トランジスタではなく整流器として動作して当該トランスポンダの前記第１接続パッドと当該トランスポンダの前記第２接続パッドとの間に結合される回路を含み、
   前記変調トランジスタの前記主電流経路は、前記識別コード生成手段の供給端子と直列に接続され、
   前記別の整流器手段は、前記静電結合を介して前記無線周波数信号と結合されるよう配置されることを特徴とする、請求項１または２に記載のトランスポンダ。
4. 当該トランスポンダが基地局の第１接続パッドとの静電結合のための第１接続パッドを含み、また当該トランスポンダが基地局の第２接続パッドとの静電結合のための第２接続パッドを含むため、前記ＡＣ結合は静電結合であり、
   前記変調トランジスタの前記主電流経路は、当該トランスポンダの第１接続パッドと当該トランスポンダの第２接続パッドとの間に結合され、
   前記整流器手段は、変調トランジスタではなく整流器として動作して前記識別コード生成手段の供給端子と直列に結合される回路を含み、
   前記別の整流器手段は、前記静電結合を介して前記無線周波数信号と結合されるよう構成されることを特徴とする、請求項１または２に記載のトランスポンダ。
5. 当該トランスポンダが前記基地局のコイルとの電磁結合のためのコイルを備えるために、前記ＡＣ結合は電磁結合であり、
   前記コイルは、前記整流器手段と前記別の整流器手段とに電気的に結合されて前記無線周波数信号を受け取り、
   前記変調トランジスタの前記主電流経路は、前記識別コード生成手段の供給端子と直列に結合されることを特徴とする、請求項１または２に記載のトランスポンダ。
6. トランスポンダは、単一または複数の有機材料から主に製造される電子部品を備えることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載のトランスポンダ。
7. 前記有機材料の少なくとも１つは重合体であることを特徴とする、請求項６に記載のトランスポンダ。

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