JP4637204B2 - 通信装置、及びアンテナ特性の制御方法 - Google Patents
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Description
本発明の一実施形態について説明する。本実施形態は、非接触通信する通信装置に関し、特に、アンテナ端電圧を検知し、その検知結果に応じてアンテナ特性を変化させることで通信不可領域の発生を回避する技術に関する。当該技術は、所定の閾値に基づいてアンテナ特性が制御される点に1つの特徴を有する。
まず、図1を参照しながら、本実施形態に係る通信装置100の機能構成について説明する。図1は、本実施形態に係る通信装置100の機能構成を示す説明図である。
電圧検知部104は、アンテナ102のアンテナ端電圧を検知する手段である。電圧検知部104は、通信装置100がアンテナ102を介して搬送波又は変調波を受信した際に、そのアンテナ102のアンテナ端電圧を検知する。電圧検知部104により検知されたアンテナ端電圧は、特性制御部108に入力される。
抵抗付加部106は、アンテナ102の負荷を変化させる手段である。抵抗付加部106は、例えば、特性制御部108から入力された制御信号に応じて、アンテナ102に対して抵抗を付加し、或いは、付加した抵抗を削除して、アンテナ102の負荷を切り替える。つまり、抵抗付加部106は、アンテナ102の特性を変更するための変更手段である。また、抵抗付加部106は、通信部112から取得した返信信号に応じてアンテナの負荷を切り替えることで、アンテナ102から発生する磁場を変調する。この変調された磁場により返信信号が送信される。尚、ここで言う返信信号とは、他の通信装置10から送信された送信信号に応じて返信される信号のことを意味する。
特性制御部108は、電圧検知部104により検知されたアンテナ102のアンテナ端電圧に応じてアンテナ102の特性を制御する制御手段である。特に、特性制御部108は、記憶部110に記録された一又は複数の閾値に基づいてアンテナ102の特性を制御する。このとき、特性制御部108は、抵抗付加部106によりアンテナ102の抵抗値を増減させることでアンテナ102の特性を制御する。尚、記憶部110には、一又は複数の閾値(例えば、第1閾値th1、第2閾値th2)が予め記録されている。これらの閾値については後述する。
通信部112は、返信信号を生成し、当該返信信号に応じて抵抗付加部106を制御することで信号を送信する手段である。例えば、通信部112は、抵抗付加部106を介してアンテナ102の負荷を繰り返し切り替えることで、アンテナ102から発生する磁場の強度を周期的に変化させることができる。そのため、通信部112は、アンテナ102の負荷を切り替えて搬送波にASK(Amplitude Shift Keying)方式の信号変調を施すことができる。
ここで、図2Aを参照しながら、通信不可領域の発生要因について簡単に説明する。図2Aは、通信不可領域の発生要因を説明するための説明図である。また、以下の説明の中で、適宜、図2B〜図2Fを参照する。これらの図は、非接触通信距離dとヌルの発生原因との関係を説明するための説明図である。尚、以下の説明において、説明の便宜上、通信装置100を非接触ICカード、他の通信装置10をリーダ/ライタと仮定して説明する。もちろん、本実施形態に係る技術はこれに限定されず、互いに非接触通信する装置において好適に適用される。
図3〜図6を参照しながら、本実施形態に係る閾値の設定方法について説明する。図3〜図6は、本実施形態に係る閾値の設定方法を示す説明図である。尚、ここでは、説明の都合上、2つの閾値(第1閾値、第2閾値)を設定する方法について述べるが、本実施形態は、これに限定されるものではない。
まず、図3を参照しながら、非接触ICカード側での負荷制御方法について説明する。図3は、非接触ICカード(通信装置100)におけるアンテナ端電圧の変化と閾値の設定例とを示した説明図である。
次に、図4を参照しながら、リーダ/ライタ側での負荷制御方法について説明する。図4は、リーダ/ライタ側におけるアンテナ端電圧の変化と閾値の設定例とを示した説明図である。但し、リーダ/ライタが通信装置100の機能構成を有するものとする。
次に、図5を参照しながら、第2閾値の設定方法について説明する。図5(A)は、非接触ICカード側(図3に対応)における第2閾値の設定方法を示す説明図である。一方、図5(B)は、リーダ/ライタ側(図4に対応)における第2閾値の設定方法を示す説明図である。
次に、図6を参照しながら、第1閾値の設定方法について説明する。図6(A)は、非接触ICカード側(図3に対応)における第2閾値の設定方法を示す説明図である。一方、図6(B)は、リーダ/ライタ側(図4に対応)における第2閾値の設定方法を示す説明図である。
図5及び図6を参照しながら説明したように、例えば、通信不可領域の発生を回避するように第1閾値が設定され、最大通信可能距離が所定値以上となるように第2閾値が設定される。これらの閾値は、例えば、非接触ICカード、及びリーダ/ライタの回路構成等により決定される。そのため、第1及び第2閾値を図3又は図4に示すような好適な値に設定することにより、最大通信可能距離を所定値以上に維持しつつ、通信不可領域の発生を回避することが可能になる。
次に、図7〜図10を参照しながら、通信装置100が備える抵抗付加部106、及び特性制御部108等の具体的な回路構成の例について説明する。
図7は、受信側の通信装置100が備える抵抗付加部106、及び特性制御部108等の具体的な回路構成例を示す説明図である。当該回路構成は、アンテナ端電圧のフィードバックを利用した通信装置100における負荷制御回路の一例である。そこで、以下では、この回路構成を負荷制御回路と呼ぶことにする。
負荷変調ブロック170は、抵抗付加部106の一機能に対応し、通信部112による信号入力に応じて負荷変調を施すことで信号を送信する手段である。負荷変調ブロック170は、例えば、スイッチ154と、抵抗156とにより構成される。尚、スイッチ154と抵抗156とは直列に接続されている。スイッチ154は、通信部112による信号入力に応じてオン/オフが切り替えられ、アンテナ102の負荷を抵抗156の分だけ変調することができる。そのため、スイッチ154の切り替えに応じたアンテナ特性の変化を利用してASK方式の信号変調が実現される。
特性制御ブロック180は、抵抗付加部106の一機能に対応し、コンパレータ164による入力信号に応じてアンテナ特性を切り替える手段である。特性制御ブロック180は、例えば、スイッチ158と、抵抗160とにより構成される。尚、抵抗160に代えてコンデンサを用いてもよい。また、スイッチ158と抵抗160とは直列に接続されている。さらに、特性制御ブロック180は、負荷変調ブロック170に対して並列に接続されている。
ここで、図8を参照しながら、本実施形態に係る負荷制御回路の変形例として、多段並列抵抗型の負荷制御回路について説明する。図8は、本実施形態に係る負荷制御回路の変形例を示す説明図である。尚、図7の構成と実質的に同一の構成要素については重複説明を避けるため、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
特性制御ブロック280は、複数のスイッチ258(SW1〜SWn)と、複数の抵抗260とにより構成されている。また、一のスイッチ258には、一の抵抗260が直列に接続されている。そして、スイッチ258と抵抗260との組は、互いに並列に接続されている。そのため、オンにするスイッチ258の個数を変えることで、アンテナ102に付加される負荷量を調整することが可能である。
例えば、受信側の通信装置100が非接触ICカードであり、送信側がリーダ/ライタである場合について考える。この場合、非接触ICカードのアンテナ端電圧が第1閾値を越えると、スイッチ158がオフからオンに切り替えられて抵抗160が有効になる。その結果、非接触ICカードとリーダ/ライタとが至近距離に位置しても、両者のアンテナが密結合して通信不可状態が発生するのを回避することができる。さらに、アンテナ端電圧が第2閾値を下回った場合、非接触ICカードは、スイッチ158をオフに切り替えることで抵抗160を無効にする。その結果、アンテナの負荷が増大したことにより発生する通信状態の劣化により、最大通信可能距離が所定値よりも低下することを防止することができる。
上記の具体例2と同様に、受信側の通信装置100が非接触ICカードであり、送信側がリーダ/ライタである場合について考える。この場合、複数組のスイッチ258及び抵抗260が多段に並列接続されている。そのため、非接触ICカードは、アンテナ端電圧をモニターし、そのアンテナ端電圧に応じた抵抗値になるようにスイッチ258を切り替える。例えば、非接触ICカードがリーダ/ライタに近接して磁場が強くなるにつれて多くのスイッチをオンに切り替えてもよい。こうすると、オンになったスイッチ258の数だけアンテナ102に掛かる抵抗値が小さくなるので負荷を大きくすることができる。
図9は、送信側の通信装置100が備える抵抗付加部106、及び特性制御部108等の具体的な回路構成例を示す説明図である。当該回路構成は、アンテナ端電圧のフィードバックを利用した通信装置100における負荷制御回路の一例である。
特性制御ブロック180は、抵抗付加部106の一機能に対応し、コンパレータ164による入力信号に応じてアンテナ特性を切り替える手段である。特性制御ブロック180は、例えば、スイッチ158と、抵抗160とにより構成される。尚、抵抗160に代えてコンデンサを用いてもよい。また、スイッチ158と抵抗160とは直列に接続されている。さらに、特性制御ブロック180は、負荷変調ブロック170に対して並列に接続されている。
ここで、図10を参照しながら、本実施形態に係る負荷制御回路の変形例として、多段並列抵抗型の負荷制御回路について説明する。図10は、本実施形態に係る負荷制御回路の変形例を示す説明図である。尚、図9の構成と実質的に同一の構成要素については重複説明を避けるため、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
特性制御ブロック280は、複数のスイッチ258(SW1〜SWn)と、複数の抵抗260とにより構成されている。また、一のスイッチ258には、一の抵抗260が直列に接続されている。そして、スイッチ258と抵抗260との組は、互いに並列に接続されている。そのため、オンにするスイッチ258の個数を変えることで、アンテナ102に付加される負荷量を調整することが可能である。
例えば、受信側の通信装置100が非接触ICカードであり、送信側がリーダ/ライタである場合について考える。この場合、リーダ/ライタのアンテナ端電圧が第1閾値を下回ると、スイッチ158がオフからオンに切り替えられて抵抗160が有効になる。その結果、出力磁場の強度が減少し、非接触ICカードとリーダ/ライタとが至近距離に位置しても、両者のアンテナが密結合して通信不可状態が発生するのを回避することができる。さらに、アンテナ端電圧が第2閾値を越えた場合、リーダ/ライタは、スイッチ158をオフに切り替えることで抵抗160を無効にする。すると、出力磁場の強度が増大し、最大通信可能距離が所定値以上に維持される。
上記の具体例3と同様に、受信側の通信装置100が非接触ICカードであり、送信側がリーダ/ライタである場合について考える。この場合、複数組のスイッチ258及び抵抗260が多段に並列接続されている。そのため、リーダ/ライタは、アンテナ端電圧をモニターし、そのアンテナ端電圧に応じた抵抗値になるようにスイッチ258を切り替える。例えば、非接触ICカードがリーダ/ライタに近接してリーダ/ライタのアンテナ端電圧が減少するにつれて多くのスイッチをオンに切り替えてもよい。こうすることで、オンになったスイッチ258の数だけ出力磁場を小さくすることができる。
ここで、図11を参照しながら、上記の装置が有する機能を実現することが可能な非接触通信装置の装置構成例について簡単に説明する。図11は、非接触通信装置の装置構成例を示す説明図である。尚、上記の装置が有する機能は、この非接触通信装置が有する構成要素の一部のみを利用して実現してもよい。また、重複する符号が付された構成要素は、一体のハードウェア資源により構成されていてもよい。
ICカード機能提供ブロックは、例えば、アンテナ902と、フロントエンド回路904と、変調器906と、コマンド再生器908と、クロック再生器910と、制御回路912と、暗号化回路914と、メモリ916と、有線インターフェース回路918とにより構成される。
リーダ/ライタ機能提供ブロックは、例えば、アンテナ902と、フィルタ932と、受信アンプ934と、周波数変換器936と、識別器938と、ロジック回路940と、制御回路912と、メモリ916と、有線インターフェース回路942と、変調器946と、局部発振器950と、送信アンプ948とにより構成される。
ここで、図12を参照しながら、本実施形態に係るアンテナ特性の判断/変更タイミングについて説明する。図12は、本実施形態に係るアンテナ特性の判断/変更タイミングを示す説明図である。図12には、リーダ/ライタ側での送受信タイミングと、この送受信タイミングに対応する非接触ICカード側での送受信タイミングとが模式的に示されている。図12の横軸は、例えば、右方向に向かって経過時間を示している。
102 アンテナ
104 電圧検知部
106 抵抗付加部
108 特性制御部
110 記憶部
112 通信部
154、158、258 スイッチ
156、160、260 抵抗
162 整流回路
164、264 コンパレータ
170 負荷変調ブロック
180、280 特性制御ブロック
902 アンテナ
904 フロントエンド回路
906、944 変調器
908 コマンド再生器
910 クロック再生器
912 制御回路(CPU)
914 暗号化回路
916 メモリ
918、942 有線I/F回路
922 コントローラ
932 フィルタ
934 受信アンプ
936 周波数変換器
938 識別器
940 ロジック回路
948 送信アンプ
Claims (11)
- リーダ/ライタからの磁界信号に対し、非接触ICカードの負荷変調を用いて非接触通信する場合に、前記非接触ICカードのアンテナ端電圧を検知する電圧検知部と、
前記電圧検知部により検知されたアンテナ端電圧に応じて前記非接触ICカードのアンテナの特性を変化させる特性制御部と、
を備え、
前記特性制御部は、前記アンテナ端電圧が、通信不可領域におけるアンテナ端電圧よりも小さな値に設定された所定の第1閾値を上回った場合に前記アンテナの負荷を増加させ、所定の最大通信可能距離を確保することが可能なアンテナ端電圧よりも大きな値に設定された所定の第2閾値を下回った場合に前記アンテナの負荷を低減させる、
通信装置。 - 前記特性制御部は、
前記アンテナ端電圧が前記所定の第1閾値を上回った場合に、当該アンテナ端電圧が前記所定の第2閾値を下回らない範囲で前記アンテナの負荷を増加させ、
前記アンテナ端電圧が前記所定の第2閾値を下回った場合に、当該アンテナ端電圧が前記所定の第1閾値を上回らない範囲で前記アンテナの負荷を低減させる、
請求項1に記載の通信装置。 - 前記アンテナに対して抵抗を付加するためのスイッチをさらに備え、
前記特性制御部は、前記アンテナ端電圧が前記所定の第1閾値を上回った場合に前記スイッチをオンに切り替え、前記アンテナ端電圧が前記所定の第2閾値を下回った場合に前記スイッチをオフに切り替える、
請求項2に記載の通信装置。 - 前記アンテナに対して複数の抵抗を並列に付加するための複数のスイッチをさらに備え、
前記特性制御部は、前記アンテナ端電圧が前記所定の第1閾値を上回った場合に、当該アンテナ端電圧が前記所定の第2閾値を下回らないように前記スイッチの一部又は全部をオンに切り替え、前記アンテナ端電圧が前記所定の第2閾値を下回った場合に、当該アンテナ端電圧が前記所定の第1閾値を上回らないように前記スイッチの一部又は全部をオフに切り替える、
請求項2に記載の通信装置。 - リーダ/ライタからの磁界信号に対し、非接触ICカードの負荷変調を用いて非接触通信する場合に、前記非接触ICカードのアンテナ端電圧を検知する電圧検知部と、
前記電圧検知部により検知されたアンテナ端電圧に応じて前記リーダ/ライタのアンテナの特性を変化させる特性制御部と、
を備え、
前記特性制御部は、前記アンテナ端電圧が、通信不可領域におけるアンテナ端電圧よりも小さな値に設定された所定の第1閾値を下回った場合に前記アンテナの負荷を増加させ、所定の最大通信可能距離を確保することが可能なアンテナ端電圧よりも大きな値に設定された所定の第2閾値を上回った場合に前記アンテナの負荷を低減させる、
通信装置。 - 前記特性制御部は、
前記アンテナ端電圧が前記所定の第1閾値を下回った場合に、当該アンテナ端電圧が前記所定の第2閾値を上回らない範囲で前記アンテナの負荷を増加させ、
前記アンテナ端電圧が前記所定の第2閾値を上回った場合に、当該アンテナ端電圧が前記所定の第1閾値を下回らない範囲で前記アンテナの負荷を低減させる、
請求項5に記載の通信装置。 - 前記アンテナに対して抵抗を付加するためのスイッチをさらに備え、
前記特性制御部は、前記アンテナ端電圧が前記所定の第1閾値を下回った場合に前記スイッチをオフに切り替え、前記アンテナ端電圧が前記所定の第2閾値を上回った場合に前記スイッチをオンに切り替える、
請求項6に記載の通信装置。 - 前記アンテナに対して複数の抵抗を並列に付加するための複数のスイッチをさらに備え、
前記特性制御部は、前記アンテナ端電圧が前記所定の第1閾値を下回った場合に、当該アンテナ端電圧が前記所定の第2閾値を上回らないように前記スイッチの一部又は全部をオンに切り替え、前記アンテナ端電圧が前記所定の第2閾値を上回った場合に、当該アンテナ端電圧が前記所定の第1閾値を下回らないように前記スイッチの一部又は全部をオフに切り替える、
請求項6に記載の通信装置。 - 前記特性制御部は、データが送受信されていないタイミングで前記アンテナの特性を変化させる、
請求項2又は6に記載の通信装置。 - リーダ/ライタからの磁界信号に対し、非接触ICカードの負荷変調を用いて非接触通信する場合に、前記非接触ICカードのアンテナ端電圧を検知する電圧検知ステップと、
前記電圧検知ステップで検知されたアンテナ端電圧に応じて前記非接触ICカードのアンテナの特性を変化させる特性制御ステップと、
を含み、
前記特性制御ステップでは、前記アンテナ端電圧が、通信不可領域におけるアンテナ端電圧よりも小さな値に設定された所定の第1閾値を上回った場合に前記アンテナの負荷を増加させ、所定の最大通信可能距離を確保することが可能なアンテナ端電圧よりも大きな値に設定された所定の第2閾値を下回った場合に前記アンテナの負荷を低減させる、
アンテナ特性の制御方法。 - リーダ/ライタからの磁界信号に対し、非接触ICカードの負荷変調を用いて非接触通信する場合に、前記非接触ICカードのアンテナ端電圧を検知する電圧検知ステップと、
前記電圧検知ステップで検知されたアンテナ端電圧に応じて前記リーダ/ライタのアンテナの特性を変化させる特性制御ステップと、
を含み、
前記特性制御ステップでは、前記アンテナ端電圧が、通信不可領域におけるアンテナ端電圧よりも小さな値に設定された所定の第1閾値を下回った場合に前記アンテナの負荷を増加させ、所定の最大通信可能距離を確保することが可能なアンテナ端電圧よりも大きな値に設定された所定の第2閾値を上回った場合に前記アンテナの負荷を低減させる、
アンテナ特性の制御方法。
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