JP4463891B2

JP4463891B2 - トランスポンダ

Info

Publication number: JP4463891B2
Application number: JP36468198A
Authority: JP
Inventors: ロッツティエリー
Original assignee: イーエムマイクロエレクトロニック−マリンソシエテアノニム
Priority date: 1997-12-23
Filing date: 1998-12-22
Publication date: 2010-05-19
Anticipated expiration: 2018-12-22
Also published as: TW425780B; JPH11251958A; US6127929A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トランスポンダ、特に半二重通信用トランスポンダに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から未知の物体を離れたところから識別できるような数多くの携帯用装置が存在する。一般には、データは、基地局と、トランスポンダを使って通常作られる携帯用装置との間で無線電気信号の形式で転送される。
図１は、無線電気信号の形式でデータを受信および送信するためのアンテナ３と、受信したデータおよび送信すべきデータを処理するための、アンテナ３に接続された処理手段５と、供給電圧Vdd をトランスポンダ１の種々の構成要素、特に処理手段５に提供するための供給手段７とを有する従来のトランスポンダ１を示す。
【０００３】
基地局とトランスポンダ1 との間の半二重通信は、２つの動作段階、すなわち受信段階と送信段階とを有する。
受信段階中は、基地局は無線電気信号X1を送信し、アンテナ３はそれを受信してそれを電気電圧Ｕ₁へ変換する。基地局はまた、十分に高い電力で信号X1を送信することによって、トランスポンダ１の電気供給に必要な電気エネルギーを供給することができる。特にこの場合では、トランスポンダ１は「受動」構成要素のように動作し、供給手段７はこの電気エネルギーを蓄えることを目的とするストレージキャパシタ(strage capacitor)を有する。
【０００４】
送信段階中、処理手段５の端子には電気電圧Ｕ₂が存在し、その電気電圧Ｕ₂を無線電気信号X2へ変換するアンテナ３にこの電圧は供給される。トランスポンダ１が受動である特にこの場合では、受信段階中に電気エネルギーを蓄えるキャパシタ８は、送信段階中、処理手段５の動作に必要な電気エネルギーを供給する。
【０００５】
そのような通信中に直面する問題は、アンテナ３と処理手段５との間で転送される電気エネルギーの最適化にある。
この問題に関する従来の解決策は、図１に示すような並列ＬＣ形の回路を形成するよう、キャパシタ８をアンテナ３と並列に接続することである。この回路は最大振幅での電圧Ｕ₁を供給することが可能であるが、それが可能なのはその電圧の周波数がこの回路の共振周波数foと等しいときである。このとき、ＬＣ回路は電圧共振であるといえる。ＬＣ回路の共振周波数foは次のように定義されることを想起されたい。
【０００６】
【数１】

【０００７】
実例として、図２は、回路が並列ＬＣ形である場合の、周波数ｆの関数として電圧Ｕ₁の変化を例示する波形９を示す。従って、この電圧の周波数ｆが実質的に共振周波数foに等しいとき、電圧Ｕ₁の振幅は最大であり、参照符号Ｕ_1maxは最大電圧値を表わす。
従って、信号X1は周波数foで周期的であると仮定すると、処理手段５によって吸収される平均電力は、電圧値Ｕ_1maxの２乗に正比例し、この電力は前述の形の通信における受信段階中は最適である。換言すれば、アンテナ３と処理手段５との間の電気エネルギーの転送は、受信段階中は最適である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来の解決策の欠点は、送信段階中、並列ＬＣ回路は、処理手段５とアンテナ3 との間のエネルギーの転送を最適化することができないという事実にある。実際には、この段階中は、処理手段５の端子に接続された回路は並列ＬＣ形であるという場合、処理手段５は電流I2を供給し、処理手段５の端子にかかって存在する電圧U2は入力特性によって制限される。送信段階中そのようなアンテナによって生成される磁界の他にアンテナ3 におけるエネルギーが制限されることになる。
【０００９】
このように本発明の出願人は、前で詳細に説明したように、半二重通信中の電気エネルギーのやり取りは最適ではないので、図１を参照して説明されるような従来のトランスポンダでは、上述の問題を満足に耐えるものとはいえないことを述べた。
本発明の目的は、従来のトランスポンダの欠点を克服するトランスポンダを提供することであり、特に、半二重通信中の受信および送信段階においてやり取りされる電気エネルギーを最適化することである。
【００１０】
本発明の別の目的は、複雑さおよび費用に関して半導体工業での従来の基準にこたえるトランスポンダを提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
これらの目的その他は、請求項１によるトランスポンダによって達成される。
本発明によるトランスポンダのスイッチング手段の利点は、受信段階と送信段階とにおいて、トランスポンダに関する２つの異なる形態を得ることができ、アンテナと処理手段との間でやり取りされる電力を最適化することができる。
【００１２】
本発明によるトランスポンダの利点は、半導体工業で通常製造される構成要素、特に、公知のＣＭＯＳ形の処理ステップで製造することによって形成されるということである。
本発明の目的、特徴および利点その他は、添付の図面を参照して、単に実例としてあげられる本発明の好適な実施例の詳細な説明を読むことによってより明白になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図３は本発明によるトランスポンダ30を示す図である。
図３に示すトランスポンダ30は、図１に示すトランスポンダ１に近い構造を有することに注目する。それゆえ、簡略化のために図１と同じ参照番号で表わされた図３に示す構成要素は、図１において表わされるものと実質的に同一である。
【００１４】
従ってトランスポンダ30は、アンテナ３、キャパシタ８、処理手段33および供給手段７を有する。前で定義されるような半二重通信の間、トランスポンダ30は受信段階中はデータを受信し、送信段階中は他のデータを提供することを目的としている。この目的のために、前述の構成要素は、以下に説明するように構成され接続される。
【００１５】
アンテナ３は、基地局 (図示せず) と処理手段33との間でやり取りされるデータを含む無線電気信号X1およびX2を受信および送信するために構成される。この目的のために、アンテナ３は２つの接続端子3aおよび3bを有し、それを介して、送信されるべきデータを含む電気電圧U2だけではなく、処理手段33によって処理されるべきデータを含む電気電圧U1も提供される。さらに、端子3bはトランスポンダ30のアースに接続される。
【００１６】
アンテナ３は公知の方法でコイルを使って作られる。
キャパシタ８は、アンテナ３に接続することができるように構成される。この目的のために、キャパシタ８は、アンテナ３の端子3aに接続された第１の端子8aと、第２の接続端子8bとを有する。
キャパシタ８は公知の方法で容量性構成要素を使って作られる。
【００１７】
処理手段33はアンテナ３でやり取りされたそのデータを、受信し処理し供給することができるように構成される。この目的のために、処理手段33は、電圧U1を受信するための、アンテナ３の端子3aに接続される入力端子33a と、電圧U2を供給するための、出力端子33b とを有する。さらに、処理手段33は、電力供給を受信することができる供給端子33c と、トランスポンダ30のアースに接続されるアース端子33d と、制御信号Ｓを提供することができる制御端子33e とを有する。
【００１８】
処理手段33は、従来の論理ブロックと、そのブロックとアンテナ３との間に構成される従来のインターフェースとを形成することによって作られる。
供給手段７は、供給電圧Vdd の形式で、電力供給を処理手段33に提供することができるように構成される。この目的のために、供給手段７は、処理手段33の端子33c に接続された接続端子7aと、トランスポンダ30のアースに接続されたアース端子7bとを有する。
【００１９】
供給手段７を作るために、公知のトランスポンダは２つのタイプで区別される。トランスポンダ30が「受動」であるような前述の場合では、供給手段７は、受信段階中に送信される電気エネルギーを蓄えることを目的としたストレージキャパシタを使って作られる。反対に、「能動」トランスポンダの場合、供給手段７は、従来のリチウム電池を使って作られる。
【００２０】
さらに、トランスポンダ30は、キャパシタ８と処理手段33とトランスポンダのアースとに接続されたスイッチング手段32を有する。この目的のために、スイッチング手段32は、キャパシタ８の端子8bに接続された第１の接続端子32a と、処理手段33の端子33b に接続された第２の接続端子32b と、トランスポンダ30のアースに接続された第３の接続端子32c とを有する。さらに、スイッチング手段32は、信号Ｓを受信するために、処理手段33の端子33e に接続された制御端子32d を有する。
【００２１】
本質的には、スイッチング手段32は、信号Ｓによって制御できるように、端子32d に接続された２つのスイッチ36および37を有する。さらに、スイッチ36は端子32a と端子32b との間に接続され、スイッチ37は端子32a と端子32c との間に接続される。
スイッチング手段32は、以下に詳細に説明されるように、処理手段33により供給される制御信号Ｓを端子32d を介して受信することができ、処理手段33、キャパシタ８およびアンテナ３に応じて接続されるように構成される。
【００２２】
受信段階の開始時では、処理手段33はスイッチ37の閉およびスイッチ36の開を制御する。
図４は、受信段階中のトランスポンダ30の詳細について、特に、スイッチング手段32によって成立する接続を示す図である。
従って、図４のトランスポンダは図３のトランスポンダと同じ構造を有するので、図３および４に示される構成要素は、これら２つの図においては同じ参照番号で表わされる。
【００２３】
スイッチング手段32は、受信段階中、アンテナ３をキャパシタ８と並列に接続するために端子32a を端子32c に接続することに注目する。換言すれば、キャパシタ８とアンテナ３とは、並列ＬＣ回路を形成するために接続される。この場合、図１を参照して前述された従来のトランスポンダ１の形態に近い形態を再び見ることになる。
【００２４】
半二重通信中は、受信段階のあとには送信段階が続く。送信段階の開始時では、処理手段33はスイッチ37の開およびスイッチ36の閉を制御する。
図５は、送信段階中のトランスポンダ30の詳細について、特に、スイッチング手段32によって成立する接続を示す図である。
従って、図５のトランスポンダは図３のトランスポンダと同じ構造を有するので、図３および５に示される構成要素は、これら２つの図においては同じ参照番号で表わされる。
【００２５】
スイッチング手段32は、送信段階中、アンテナ３をキャパシタ８と直列に接続するために端子32a を端子32bに接続することに注目する。換言すれば、キャパシタ８とアンテナ３とは、直列ＬＣ回路を形成するために接続される。
好適には、キャパシタ８、スイッチング手段32および処理手段33は、単一の半導体基板でのモノリシック方法(monolithic manner) で作られる。代わりの実施例によれば、これらの構成要素に加えて、アンテナ３もまたモノリシック方法で作られてもよい。
【００２６】
図６は、２つのスイッチ36および37をそれぞれ形成するための、２つの電界効果トランジスタT1およびT2を有するスイッチング手段32の好適な実施例を示す図である。単に実例では、基板はＰ形シリコン基板であり、トランジスタT1はＰチャネルトランジスタであり、トランジスタT2はＮチャネルトランジスタであると仮定する。
【００２７】
トランジスタT1およびT2のそれぞれは、ゲート端子、ドレイン端子およびソース端子を有する。トランジスタT1のドレイン端子は端子32b に接続されており、ソース端子は端子32a に接続されている。トランジスタT2のソース端子は端子32c に接続されており、ドレイン端子は端子32a に接続されている。端子T1およびT2のゲート端子は、処理手段33によって制御されるように端子32d に接続されており、トランジスタT2はトランジスタT1が導通しているときブロックされ、かつその逆も成り立つが、このことは図４および５を参照して説明されたトランスポンダ30の２つの形態によって得られる。
【００２８】
単に実例として、図３から６を参照して上述された構造を有するトランスポンダ30の動作モードを説明するが、そのようなモードは半二重通信の間である。
トランスポンダ30の形態は、受信段階中、既に述べたように、図１および２を参照して説明した従来のトランスポンダの形態と実質的に同一である。
それゆえ、局は、無線電気信号X1を、式(1) で定義されるような周波数で送信する。トランスポンダ30のアンテナ３は、周波数が前述の周波数foに等しいような電圧U1へこの信号を変換する。処理手段33は、並列ＬＣ回路を形成するようにアンテナ３とキャパシタ８とを接続するようスイッチング手段32を制御する。そうすると、ＬＣ回路は電圧共振を発生し、アンテナ３から処理手段33へ供給される電力が最適となる。
【００２９】
送信段階中、処理手段の端子に接続された回路は、直列ＬＣ回路であるので、図１を参照して説明した処理手段33が電気電流I2を供給するような従来のトランスポンダの場合とは反対に、処理手段は電気電圧U2を供給する。送信段階中、トランスポンダ30に存在する電流I2は制限されないことは明らかである。さらに、電流I2は前で定義された共振周波数foと等しい周波数で供給される。図７は、送信段階中の、この電流I2についての振幅と周波数との関係を例示する波形50を示す。従って、この電流I2の周波数ｆが共振周波数foに実質的に等しいとき、電流I2の振幅は最大となる。このとき、直列ＬＣ回路は電流共振であるといえる。
【００３０】
従って、本発明によるトランスポンダは、受信段階および送信段階におけるこのトランスポンダの形態によって、アンテナと処理手段との間でやり取りされる電力を最適化することができるので、特に有利である。
上述の詳細な説明は、本発明の範囲を逸脱することなく様々に修正することができることは、当業者にとってはいうまでもないことである。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術によるトランスポンダを示す図である。
【図２】図１のトランスポンダにおける信号の振幅と周波数との間の関係を例示する波形を示す図である。
【図３】本発明によるトランスポンダを示す図である。
【図４】受信段階中のトランスポンダの詳細を示す図である。
【図５】送信段階中のトランスポンダの詳細を示す図である。
【図６】図３のトランスポンダのスイッチング手段の好適な実施例を示す図である。
【図７】送信段階中の図３のトランスポンダにおける信号の振幅と周波数との間の関係を例示する波形を示す図である。
【符号の説明】
３…コイル
７…供給手段
８…キャパシタ
３０…トランスポンダ
３２…スイッチング手段
３３…処理手段

Claims

第１の段階中、すなわち受信段階中にデータを受信し、第２の段階中、すなわち送信段階中に他のデータを提供することを目的とするトランスポンダ(30)であって、
前記データを含む無線電気信号を受信および送信することができるようなアンテナとして構成される一つのコイル(3) と、
共振回路を形成するために、前記コイルに接続される一つのキャパシタ(8) であって、該キャパシタの第１の端子(8a) によって前記コイルの第１の端子(3a) に接続される一つのキャパシタと、
前記データを受信し処理し供給することができるように構成される処理手段(33)と、
該処理手段に接続され、前記トランスポンダの種々の構成要素に電気供給信号を提供することができるように構成される供給手段(7) とを有するトランスポンダにおいて、
該トランスポンダは、前記キャパシタの第２の端子(8b) と前記処理手段との間に接続され、かつ、前記処理手段の制御の下で、受信段階中にわたっては、制御信号により前記キャパシタの第２の端子(8b) を前記コイルの第２の端子(3b) に接続することによって、並列ＬＣ回路を形成するように切り換え動作し、送信段階中にわたっては、前記キャパシタの第２の端子(8b) を前記処理手段の特定の端子(33b) に接続することによって、直列ＬＣ回路を形成するように切り換え動作するスイッチング手段(32)をさらに有することを特徴とするトランスポンダ。
前記コイル(3) 、前記キャパシタ(8) 、前記スイッチング手段(32)および前記処理手段(33)は、単一の半導体基板でモノリシック方法で作られる請求項１に記載のトランスポンダ。
前記アンテナ(3) は、前記基板でモノリシック方法で作られる請求項２に記載のトランスポンダ。
前記スイッチング手段(32)は、Ｎチャネルの電界効果トランジスタである第１のトランジスタ(37)と、
Ｐチャネルの電界効果トランジスタである第２のトランジスタ(36)とを有する請求項２または３に記載のトランスポンダ。
前記スイッチング手段(32)は、Ｐチャネルの電界効果トランジスタである第１のトランジスタ(37)と、
Ｎチャネルの電界効果トランジスタである第２のトランジスタ(36)とを有する請求項２または３に記載のトランスポンダ。
前記第１のトランジスタ(37)および前記第２のトランジスタ(36)のゲート端子が、前記第１のトランジスタ(37)および前記第２のトランジスタ(36)のうち一方が導通しているときはもう一方がブロックされるよう前記処理手段(33)によって提供される制御信号によって制御されることで、前記並列ＬＣ回路が形成されるかあるいは前記直列ＬＣ回路が形成されるかが切り換えられる請求項４または５に記載のトランスポンダ。