JP4657574B2

JP4657574B2 - Non-contact IC card reader / writer

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Publication number: JP4657574B2
Application number: JP2002374383A
Authority: JP
Inventors: 太志出口; 洋吉永; 明彦平田; 雅彦田中
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-12-25
Filing date: 2002-12-25
Publication date: 2011-03-23
Anticipated expiration: 2022-12-25
Also published as: JP2004206383A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は非接触ＩＣカードシステムで用いられる読取／書込装置に係り、特に非接触ＩＣカードへの電力伝送効率、および非接触ＩＣカードからのデータ受信効率を改良した非接触ＩＣカード読取／書込装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＩＣカードを用いた読取／書込システムは、一般に非接触ＩＣカードシステムと呼ばれ、例えば１３．５６ＭＨｚの周波数帯を利用した物流システム、交通システム、航空貨物管理システム等々に実用化されつつある。ここで、図１０は従来の非接触ＩＣカードシステムの説明図である。このシステムは、図１０に示すように、１枚の樹脂製カード上にＩＣチップ１０３とアンテナコイル１０２を備えた非接触ＩＣカード１０１と、この非接触ＩＣカード１０１との通信を行う読取／書込装置１０５とを備え、この読取／書込装置１０５にはループアンテナ１０４が備えられている。このループアンテナ１０４により電力と送信データを常時または間欠に送信し、この電力と送信データを受信できる範囲内にある非接触ＩＣカード１０１からの受信データを得るものである。
【０００３】
一例として（特許文献１）に記載の非接触ＩＣカードシステムの読取／書込装置を図１１に示す。なお、図１１は従来の非接触ＩＣカードシステムの読取／書込装置と非接触ＩＣカードの結合に関連する部分を示したブロック図である。以下、図１０および図１１を用いて、非接触ＩＣカードシステムの動作を説明する。
【０００４】
まず、送信データ伝送の場合は、前段の発振器からの搬送波を変調器へ入力し、送信データによりこれを変調する（図示せず）。そしてこの変調波を図１１に示す電力増幅器１０６で増幅し、マッチング回路１０７を介してループアンテナ１０８から送信する。
【０００５】
また、電力伝送のみの場合は、前段の発振器からの搬送波を無変調のままで送信する。この読取／書込装置から非接触ＩＣカードへの送信は、電磁結合によりループアンテナ１０８が生成する磁束が非接触ＩＣカードのアンテナコイル１０９と鎖交し、誘起電圧を励起することにより行われる。非接触ＩＣカード側では、アンテナコイル１０９の誘起電圧をＩＣチップ内の整流回路（図示せず）で整流し、非接触ＩＣカード内の各回路の電源として用いる。また、同じ誘起電圧を復調回路（図示せず）へ導いて読取／書込装置からのデータを復調する。
【０００６】
次に、非接触ＩＣカードより読取／書込装置へのデータ伝送時には、読取／書込装置は無変調の搬送波を送信して、非接触ＩＣカードへ電力供給のみを行っている。非接触ＩＣカード側では、ＩＣチップ内のメモリ（図示せず）から読み出されたデータに応じて、例えばアンテナコイル１０９に接続された負荷抵抗（図示せず）とスイッチ（図示せず）とからなる変調回路（図示せず）にて、データの“１”、“０”ビットに応じて、このスイッチがオン、オフされる。上記のようにスイッチがオン、オフすると、アンテナコイル１０９に対する負荷Ｚが変動し、この変動が読取／書込装置側のループアンテナ１０８へ電磁誘導により伝わり、ループアンテナ１０８側のインピーダンスが変動し、図１１（ａ）の点Ａに於ける電圧／電流すなわちインピーダンスが、非接触ＩＣカードの送信データに応じて変化する。結果として高周波信号の振幅が変動する。即ち、この高周波信号はＩＣカードのデータによって振幅変調される。この変調高周波信号が復調回路１１０で復調されて受信データが得られる。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−００７９７６号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
第一の従来例として図１１（ａ）は並列共振を用いたときの復調回路１１０の周辺を詳細に示したもので、コンデンサ１１４がループアンテナ１０８と並列共振する。この場合、並列共振回路のインピーダンスはその共振点付近では大きな値となるから、マッチング回路１０７の出力側インピーダンスもそれに合わせて大きな値であり、このハイインピーダンス点の電圧Ｖを抵抗器１１３を介して復調回路１１０へ取り込み復調することとなる。この構成では、搬送波電流は抵抗器１１３と復調回路１１０の搬送波帯での入力インピーダンスとの直列インピーダンスが、ループアンテナ１０８とコンデンサ１１４からなる並列回路に並列に入ることになり、非接触ＩＣカードからのデータ検出のために共振回路のＱを低下させることとなってしまう。これは直ちに非接触ＩＣカードへの電力伝送効率を低下させる。
【０００９】
また、図１１（ｂ）は、第二の従来例として、直列共振を用いたときの復調回路１１０の周辺を示したもので、この場合にはループアンテナ１０８とコンデンサ１１４とからなる直列共振回路を形成している。直列共振時にはその回路のインピーダンスは小さい値となるので、この場合は電力増幅器１０６からの電流Ｉを抵抗器１１３へ流し、その電圧降下を復調回路１１０で検出する。従って、抵抗器１１３に於ける電力消費が生じ、さらにこの場合には直列共振回路に抵抗器１１３が直列に入ることになってＱが低下し、非接触ＩＣカードへの電力伝送効率を低下させる。
【００１０】
上記のように第一から第二の従来例のいずれの回路においても、共振回路は一つであり、電力と送信信号を伝送する搬送波の周波数と、ＩＣカード側からの受信信号の周波数に対し、両方の周波数をカバーする必要が有った。それゆえ従来の回路においては、アンテナのＱ値を下げる必要が有り、Ｑ値を下げるためループアンテナ１０８に直列または並列に抵抗を挿入していた（図示せず）。その特性を示したのが図４である。なお、図４はアンテナの周波数とＱ値の関係を示すグラフである。図においてアンテナのＱが低い場合、実線（Ｑ＝Ｌ）で示すように送信信号を伝送する搬送波の周波数を中心に、受信信号の周波数である±副搬送波周波数の範囲まで帯域を広げる必要があった。そのためＱ値を下げる事により電力と送信信号を伝送する搬送波のレベルが大幅に低下し、その結果非接触ＩＣカードへの電力伝送効率が大幅に低下するという課題があった。さらに受信データを取得する場合も、共振回路は一つであるがゆえに電力増幅器１０６からの大振幅の高周波信号が復調回路１１０へ流入する事になり、この大振幅の高周波信号をフィルタリングする為に、高性能な帯域阻止特性を有するフィルタ回路を復調回路１１０の前段に設けねばならないという課題があった。
【００１１】
そこで、本発明は上記従来の課題を解決するものであり、良好な送受信特性を有する非接触ＩＣカード読取／書込装置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】
本発明は、非接触ＩＣカードに電磁誘導により電力と送信信号を供給し、前記非接触ＩＣカードからの受信信号を負荷変動により取得するループアンテナと、前記ループアンテナを、電力と送信信号を伝送する搬送波の周波数に共振させるための第一の共振回路部と、
前記第一の共振回路部を介し前記ループアンテナに電力と送信データを供給する無線送信部と、前記ループアンテナに接続され、前記非接触ＩＣカード側の負荷変動にて形成される変調副搬送波の周波数に共振させるための第二の共振回路部と、前記第二の共振回路部を介して、前記ループアンテナからの受信信号を取得する無線受信部と、前記非接触ＩＣカードからのデータを復調する復調回路とを備え、前記変調副搬送波の周波数は前記搬送波の周波数の近傍の周波数であって、かつ負荷変調された受信変調側波帯に特化した周波数であり、前記第一の共振回路は、前記無線送信部と前記ループアンテナとの間に直列に設けられた第一のコンデンサと、前記ループアンテナを含み、前記第二の共振回路は、前記第一のコンデンサを介することなく、前記ループアンテナと前記無線受信部との間に並列に接続されていることを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、非接触ＩＣカードに電磁誘導により電力と送信信号を供給し、前記非接触ＩＣカードからの受信信号を負荷変動により取得するループアンテナと、前記ループアンテナを、電力と送信信号を伝送する搬送波の周波数に共振させるための第一の共振回路部と、前記第一の共振回路部を介し前記ループアンテナに電力と送信データを供給する無線送信部と、前記ループアンテナに接続され、前記非接触ＩＣカード側の負荷変動にて形成される変調副搬送波の周波数に共振させるための第二の共振回路部と、前記第二の共振回路部を介して、前記ループアンテナからの受信信号を取得する無線受信部と、前記非接触ＩＣカードからのデータを復調する復調回路とを備え、前記変調副搬送波の周波数は前記搬送波の周波数の近傍の周波数であって、かつ負荷変調された受信変調側波帯に特化した周波数であり、前記第一の共振回路は、前記無線送信部と前記ループアンテナとの間に直列に設けられた第一のコンデンサと、前記ループアンテナを含み、前記第二の共振回路は、前記第一のコンデンサを介することなく、前記ループアンテナと前記無線受信部との間に並列に接続された非接触ＩＣカードシステムの読取／書込装置である。この構成にする事により、送信周波数専用の共振回路と受信周波数専用の共振回路を設ける事ができ、Ｑ値の最大化が計れ、効率よく電力と送信信号を伝送できるため電力伝送効率が向上する。
【００１５】
さらに非接触ＩＣカード側からのデータの受信時において、負荷変調された受信変調側波帯に特化した周波数に第二の共振回路部の共振周波数を設定する事により、Ｑ値の最大化が計れ搬送波の受信側への回り込みを大幅に低減でき、その結果効率よく受信信号を受信できるため受信効率が向上する。
【００１６】
請求項２に記載の発明は、第二の共振回路部を構成する第一のコイルに近接設置され、相互誘導にて結合された第二のコイルを設け、第一のコイルの一端を第一のグランドに、第二のコイルの一端を第二のグランドに接地し、送信部およびアンテナ回路部と受信部のグランドを分離した構成にしたことにより、送信部からの大振幅の搬送波信号により受信側のグランドが振られる事を防止し受信性能を大幅に改善したものである。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、第二の共振回路部を構成する第一のコイルＬ３の巻数ｎ１と、相互誘導にて結合された第二のコイルＬ４の巻数ｎ２を、第二の共振回路部の出力インピーダンスＺ１と前記無線受信部の入力インピーダンスＺ２に夫々整合する様に選定した構成にしたことにより、第一のコイルＬ３と第二のコイルＬ４にインピーダンス変換機能を持たせたもので、不整合損失を低減でき受信性能を改善したものである。
【００１８】
請求項４に記載の発明は、第二の共振回路部を構成する第二のコイルＬ４の一端と他端間に、第二のコンデンサＣ１および第三のコンデンサＣ２を直列に接続し、そのＣ１−Ｃ２の接合点より出力信号を取り出し、前記無線受信部の入力インピーダンスに整合する様に接続する構成にしたことにより、第二の共振回路機能と前記無線受信部とのインピーダンス変換機能を併用させ、回路規模の小型化および受信効率を向上させたものである。
【００１９】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の第二の共振回路部を構成する第一のコイルＬ３と、相互誘導にて結合された第二のコイルＬ４からなる構成において、第二の共振回路部の共振周波数を、非接触ＩＣカード側の負荷変動にて形成される両側波帯のうち、下側の変調副搬送波の周波数に設定した構成にしたことにより、受信側から見れば搬送波は非希望波（Ｕ）、変調副搬送波は希望波（Ｄ）であり、それゆえＤＵ比を大きくするためには、当然の事であるが希望波（Ｄ）を大きく、非希望波（Ｕ）を小さくする必要がある。Ｌ３とＬ４は誘導結合されている為、Ｌ３とＬ４は周波数が高い程結合度が低く、周波数が低い程結合度が高くなる。よって周波数が高い非希望波（Ｕ）より、周波数の低い希望波（Ｄ）の方が結合度が大きくなる。それゆえＤＵ比の改善が計れ受信性能を向上させたものである。
【００２０】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の第二のコイルＬ４の一端と他端間に、第一のコンデンサＣ１および第二のコンデンサＣ２を直列に接続し、そのＣ１−Ｃ２の接合点より出力信号を取り出す構成において、第二の共振回路部の共振周波数を、非接触ＩＣカード側の負荷変動にて形成される両側波帯のうち、上側の変調副搬送波の周波数に設定した構成にしたことにより、受信側から見れば搬送波は非希望波（Ｕ）、変調副搬送波は希望波（Ｄ）であり、それゆえＤＵ比を大きくするためには、当然の事であるが希望波（Ｄ）を大きく、非希望波（Ｕ）を小さくする必要がある。搬送波の周波数に共振している第一の共振回路と、上側の変調副搬送波に共振している第二の共振回路は結合コンデンサＣ３で結合している為、高い周波数では結合度が大きく、低い周波数では結合度が小さくなる。それゆえ周波数が高い希望波（Ｄ）の方が周波数の低い非希望波（Ｕ）より結合度が大きくなりそれゆえＤＵ比の改善が計れ受信性能を向上させたものである。さらに受信部とインピーダンス整合する為に誘導結合での２次巻き線でのインピーダンス変換でははなく、共振回路のコンデンサによるタップダウン回路を用いることでこのＤＵ比を確保したまま、インピーダンスの変換も可能となる。
【００２２】
請求項７に記載の発明は、前記第二の共振回路部と前記無線受信部間に中間周波トランスを設け、前記中間周波トランスの第一のコイルＬ５の一端を前記第二の共振回路部のグランドに、前記中間周波トランスの第二のコイルＬ６の一端を前記無線受信部のグランドに接地し、第二の共振回路部および無線受信部のグランドを分離しするとともに、中間周波トランスにより搬送波と受信信号波を周波数的に分離した構成にしたことにより、第二の共振回路部からの大振幅の搬送波にて無線受信部のグランドが振られる事を防止し、さらに無線受信部への搬送波周波数成分の流入を大幅に抑圧することが可能となり、受信性能を改善することができる。
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図９を用いて説明する。なお、本発明における非接触ＩＣカードの定義は、いわゆるカードに限定されるものではなく、非接触で読取／書込装置との通信を行うことができる無線通信媒体である。よって、用途によってはＩＣタグ、ＩＤタグ、識別ラベルと呼ばれるものを含む。
【００２４】
まず、図３を用いて副搬送波を利用した変調方式について説明する。図３は周波数と信号強度の関係を示すグラフである。図３に示すように非接触ＩＣカードシステムでは、副搬送波を利用した変調方式が主に周波数範囲１３．５６ＭＨｚでのシステムにおける非接触ＩＣカード側から読取／書込装置へのデータ転送のための負荷変調に使用される。ここで、図９は１３．５６ＭＨｚシステム比較表を示す図である。１３．５６ＭＨｚでのシステムでは、図９に示すように副搬送波周波数８４７ＫＨｚ（１３．５６ＭＨｚ／１６）、４２３ＫＨｚ（１３．５６ＭＨｚ／３２）または２１２ＫＨｚ（１３．５６ＭＨｚ／６４）が通常使用される。図３に示すように、副搬送波での負荷変調は、搬送波周波数の近傍の±副搬送波周波数ｆＨの所に、２つのスペクトルを発生させる。結合度の弱い非接触ＩＣカードシステムでは、読取／書込装置の搬送波信号と負荷変調された受信変調側波帯との差は、約８０〜９０ｄＢの範囲で変動する。２つの副搬送波変調のうち情報はどちらの側波帯にも含まれるため周波数は下側副搬送波が使用されても、上側副搬送波が使用されても良い。
【００２５】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態に係る非接触ＩＣカード読取／書込装置を示すブロック図である。図１（ａ）は本発明の実施の形態に係る非接触ＩＣカード読取／書込装置を示すブロック図、図１（ｂ）は（ａ）の部分詳細図であり、共振回路の一例として直列共振回路を用いた場合の詳細図である。図１において送信データ伝送の場合は、発振器７からの搬送波を変調器８へ入力し、送信データによりこれを変調する。そしてこれを電力増幅器９で増幅し、マッチング回路１０を経て、図１に示すＣ１、Ｃ２、Ｌ１から成る第一の共振回路４を介してループアンテナ３から送信する。また、電力伝送のみの場合は、発振器７からの搬送波を無変調のままで送信する。この読取／書込装置１１１から非接触ＩＣカード１１２への送信は、電磁結合によりループアンテナ３が生成する磁束が非接触ＩＣカード１１２のアンテナコイル１２と鎖交し、誘起電圧を励起することにより行われる。非接触ＩＣカード１１２では、アンテナコイル１２の誘起電圧をＩＣチップ１３内の整流回路（図示せず）で整流して非接触ＩＣカード内の各回路の電源として用いる。また、同じ誘起電圧を復調回路（図示せず）へ導いて読取／書込装置からのデータを復調する。
【００２６】
次に、非接触ＩＣカード１１２より読取／書込装置１１１へのデータ伝送時には、読取／書込装置は無変調の搬送波を送信して、非接触ＩＣカードへ電力供給のみを行っている。非接触ＩＣカード側では、ＩＣチップ１３内のメモリ（図示せず）から読み出されたデータＤＡＴＡｂに応じて、例えばアンテナコイル１３に接続された負荷抵抗（図示せず）とスイッチ（図示せず）とからなる変調回路（図示せず）において、データの“１”、“０”ビットに応じて、このスイッチがオン、オフされる。読取／書込装置１１１においては、上記のようにスイッチがオン、オフすると、アンテナコイル１２に対する負荷が変動する。この変動が読取／書込装置側のループアンテナ３へ電磁誘導により伝わり、ループアンテナ３側のインピーダンスが変動する。ループアンテナ３に接続されたカップリングコンデンサＣ３を介して、Ｃ４、Ｌ３から成る第二の共振回路５を介して、無線受信部２の復調器１１でデータが復調される。上記の構成にする事により、送信周波数専用の共振回路と受信周波数専用の共振回路を設ける事が送受信特性の改善が計れる。
【００２７】
（実施の形態２）
図１（ｂ）において、第一の共振回路部４のＣ１、Ｃ２、Ｌ１の値を電力と送信信号を伝送する搬送波の周波数になるよう設定し、第二の共振回路部５のＣ４、Ｌ３の値を、接触ＩＣカード側の負荷変動にて形成される変調副搬送波の周波数になるよう設定する事により、図５に示すように、読取／書込装置１１１からの送信時において、電力と送信信号を伝送する搬送波周波数に特化した周波数に、第一の共振回路部の共振周波数を設定する事により、Ｑ値の最大化が計れ、効率よく電力と送信信号を伝送できるため電力伝送効率が向上する。なお、図５は同調回路の周波数とＱ値の関係を示すグラフである。
【００２８】
さらにＩＣカード側からのデータの受信時において、負荷変調された受信変調側波帯に特化した周波数に、第二の共振回路部の共振周波数を設定する事により、Ｑ値の最大化が計れ、搬送波の受信側への回り込みを大幅に低減でき、その結果効率よく受信信号を受信できるため受信効率が向上する。
【００２９】
（実施の形態３）
図１（ｂ）において、第二の共振回路部５を構成する第一のコイルＬ３に近接設置され、相互誘導にて結合された第二のコイルＬ４を設け、第一のコイルＬ３の一端を第一のグランドＧ１に、第二のコイルＬ４の一端を第二のグランドＧ２に接地し、無線送信部およびアンテナインターフェース部のグランドＧ１と受信部のグランドＧ２を分離した構成にしたことにより、送信部からの大振幅の搬送波信号により、受信側のグランドＧ２が振られる事を防止し受信性能を大幅に改善したものである。
【００３０】
（実施の形態４）
図１（ｂ）において、第二の共振回路部を構成する第一のコイルＬ３の巻数ｎ１と、相互誘導にて結合された第二のコイルＬ４の巻数ｎ２を、第二の共振回路部の出力インピーダンスＺ１と前記無線受信部の入力インピーダンスＺ２に夫々整合する様に選定した構成にしたことにより、第一のコイルＬ３と第二のコイルＬ４にインピーダンス変換機能を持たせたもので、不整合損失を低減でき受信性能を改善するとともにインピーダンス変換回路を別途設ける必要がなくなり、回路規模の小型化およびコストダウン効果が計られる。
【００３１】
（実施の形態５）
図２は本発明の実施の形態に係る非接触ＩＣカード読取／書込装置を示すブロック図である。図２（ａ）は本発明の実施の形態に係る非接触ＩＣカード読取／書込装置を示すブロック図、図２（ｂ）は（ａ）の部分詳細図であり、第一の共振回路の一例として直列共振回路を用いた場合の詳細図である。図２に示すように第二の共振回路部を構成する第二のコイルＬ４の一端と他端間に、第一のコンデンサＣ６および第二のコンデンサＣ７を直列に接続し、そのＣ６−Ｃ７の接合点より出力信号を取り出し、前記無線受信部の入力インピーダンスに整合する様に接続する構成にしたことにより、第二の共振回路機能と前記無線受信部とのインピーダンス変換機能を併用させ、回路規模の小型化および受信効率を向上させたものである。
【００３２】
（実施の形態６）
図１（ｂ）において、第二の共振回路部５を構成する第一のコイルＬ３と、相互誘導にて結合された第二のコイルＬ４からなる構成において、第二の共振回路部５の共振周波数を、図６（ｂ）に示すように接触ＩＣカード側の負荷変動にて形成される両側波帯のうち、下側の変調副搬送波の周波数に設定した構成にしたことにより、受信側から見れば搬送波は非希望波（Ｕ）、変調副搬送波は希望波（Ｄ）であり、それゆえＤＵ比を大きくするためには、当然の事であるが希望波（Ｄ）を大きく、非希望波（Ｕ）を小さくする必要がある。Ｌ３とＬ４は誘導結合されている為、図６（ａ）に示すようにＬ３とＬ４は周波数が高い程結合度が低く、周波数が低い程結合度が高くなる。よって周波数が高い非希望波（Ｕ）より、周波数の低い希望波（Ｄ）の方が結合度が大きくなる。それゆえＤＵ比の改善が計れ受信性能を向上させたものである。なお、図６は周波数対結合度および受信信号強度を示すグラフである。
【００３３】
（実施の形態７）
図２（ｂ）において、第二の共振回路部５を構成する第一のコイルＬ３と、相互誘導にて結合された第二のコイルＬ４からなる構成において、コイルＬ４の一端と他端間に、第一のコンデンサＣ６および第二のコンデンサＣ７を直列に接続し、そのＣ６−Ｃ７間の中点より出力信号を取りす構成において、第二の共振回路部５の共振周波数を、図７（ｂ）に示すように接触ＩＣカード側の負荷変動にて形成される両側波帯のうち、上側の変調副搬送波の周波数に設定した構成にしたことにより、受信側から見れば搬送波は非希望波（Ｕ）、変調副搬送波は希望波（Ｄ）であり、それゆえＤＵ比を大きくするためには、当然の事であるが希望波（Ｄ）を大きく、非希望波（Ｕ）を小さくする必要がある。搬送波の周波数に共振している第一の共振回路と、上側の変調副搬送波に共振している第二の共振回路は結合コンデンサＣ３で結合している為、図７（ａ）に示すように高い周波数では結合度が大きく、低い周波数では結合度が小さくなる。それゆえ周波数が高い希望波（Ｄ）の方が周波数の低い非希望波（Ｕ）より結合度が大きくなりそれゆえＤＵ比の改善が計れ受信性能を向上させたものである。さらに受信部とインピーダンス整合する為に誘導結合での２次巻き線でのインピーダンス変換でははなく、共振回路のコンデンサによるタップダウン回路を用いることでこのＤＵ比を確保したまま、インピーダンスの変換も可能となり、回路規模の小型化も計れる。なお、図７は周波数対結合度および受信信号強度を示すグラフである。
【００３４】
（実施の形態８）
図２（ｂ）において、搬送波の周波数に共振している第一の共振回路と、変調副搬送波に共振している第二の共振回路を、結合コンデンサＣ３で結合し副同調回路を構成する。まず図８（ａ）に示すように結合コンデンサＣ３の特性により、高い周波数では結合度が大きく、低い周波数では結合度が小さくなる。これとは逆に、第二の共振回路部を構成する第一のコイルＬ３と、相互誘導にて結合された第二のコイルＬ４の特性は、誘導結合されているがゆえに周波数が高い程結合度が小さく、周波数が低い程結合度が大きくなる。したがって、これら相反する特性を有する二つの回路を組み合わせた場合、各々の特性が相殺しあいフラットな周波数特性を有する広帯域な共振回路を得ることができる。その結果、図８（ｂ）に示すように周波数に関係無く変調副搬送波が２１２ＫＨｚ、４８４ＫＨｚ、８４７ＫＨｚと異なるシステムでも一つのハードウェアーでＤＵ比が一定にとれ、回路規模の小型化と共に安定した受信特性を得ることができる。なお、図８は周波数対結合度および受信信号強度を示すグラフである。
【００３５】
（実施の形態９）
図２（ｂ）において、第二の共振回路部と無線受信部間に中間周波トランス１４を設け、中間周波トランスの第一のコイルＬ５の一端を第二の共振回路部のグランドＧ２に、中間周波トランスの第二のコイルＬ６の一端を無線受信部のグランドＧ３に接地し、第二の共振回路部および無線受信部のグランドを分離しするとともに、中間周波トランス１４により搬送波と受信信号波を周波数的に分離した構成にしたことにより、第二の共振回路部からの大振幅の搬送波にて無線受信部のグランドが振られる事を防止し、さらに無線受信部への搬送波周波数成分の流入を大幅に抑圧することが可能となり、受信性能を改善することができる。
【００３６】
以上、本発明の実施の形態１〜９について説明したが、上述したように、発振器からの搬送波は電力増幅器で増幅されるが、その増幅にはＥ級増幅器（Ｅクラスアンプ）を用いることが好ましい。Ｅ級増幅器を用いることによって、高効率動作を実現することが可能となる。よって、送信出力を上げても発熱を抑えることができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように本発明により、第一の共振回路部の共振周波数を電力と送信信号を伝送する搬送波の周波数に設定し、第二の共振回路部の共振周波数を、非接触ＩＣカード側の負荷変動にて形成される変調副搬送波の周波数に設定する。これにより読取／書込装置からの送信時は、電力と送信信号を伝送する搬送波周波数に特化した周波数に、第一の共振回路部の共振周波数を設定する事により、Ｑ値の最大化が計れ電力伝送効率が向上する。さらに非接触ＩＣカード側からのデータの受信時は、負荷変調された受信変調側波帯に特化した周波数に、第二の共振回路部の共振周波数を設定する事により、Ｑ値の最大化が計れ搬送波の受信側への回り込みを大幅に低減でき、受信効率が向上する。上記のごとく本発明により、良好な送受信特性を有する非接触ＩＣカード読取／書込装置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に係る非接触ＩＣカード読取／書込装置のブロック図
【図２】本発明の実施の形態に係る非接触ＩＣカード読取／書込装置のブロック図
【図３】周波数と信号強度の関係を示すグラフ
【図４】アンテナの周波数とＱ値の関係を示すグラフ
【図５】同調回路の周波数とＱ値の関係を示すグラフ
【図６】周波数対結合度および受信信号強度を示すグラフ
【図７】周波数対結合度および受信信号強度を示すグラフ
【図８】周波数対結合度および受信信号強度を示すグラフ
【図９】１３．５６ＭＨｚシステム比較表を示す図
【図１０】従来の非接触ＩＣカードシステムの説明図
【図１１】従来の非接触ＩＣカードシステムの読取／書込装置と非接触ＩＣカードの結合に関連する部分を示したブロック図
【符号の説明】
１無線送信部
２無線受信部
３ループアンテナ
４第一の共振回路
５第二の共振回路
６インピーダンス変性器
７発振器
８変調器
９電力増幅器
１０マッチング回路
１１復調回路
１２アンテナコイル
１３ＩＣチップ
１４中間周波トランス
１０１非接触ＩＣカード
１０２アンテナコイル
１０３ＩＣチップ
１０４ループアンテナ
１０５読取／書込装置
１０６電力増幅器
１０７マッチング回路
１０８ループアンテナ
１０９アンテナコイル
１１０復調回路
１１１読取／書込装置
１１２非接触ＩＣカード
１１３抵抗器
１１４コンデンサ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a read / write device used in a non-contact IC card system, and more particularly to a non-contact IC card read / write with improved power transmission efficiency to the non-contact IC card and data reception efficiency from the non-contact IC card. Is related to the insertion device.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a read / write system using an IC card is generally called a non-contact IC card system, and is being put into practical use in, for example, a logistics system, a traffic system, an air freight management system, etc. using a 13.56 MHz frequency band. is there. Here, FIG. 10 is an explanatory diagram of a conventional non-contact IC card system. As shown in FIG. 10, this system includes a non-contact IC card 101 having an IC chip 103 and an antenna coil 102 on a single resin card, and reading / writing for communication with the non-contact IC card 101. The reading / writing device 105 is provided with a loop antenna 104. The loop antenna 104 transmits power and transmission data constantly or intermittently, and obtains reception data from the non-contact IC card 101 within a range where the power and transmission data can be received.
[0003]
As an example, FIG. 11 shows a reading / writing device of a non-contact IC card system described in (Patent Document 1). FIG. 11 is a block diagram showing a portion related to the combination of the reader / writer of the conventional non-contact IC card system and the non-contact IC card. Hereinafter, the operation of the non-contact IC card system will be described with reference to FIGS. 10 and 11.
[0004]
First, in the case of transmission data transmission, a carrier wave from the preceding oscillator is input to a modulator, and this is modulated by transmission data (not shown). This modulated wave is amplified by the power amplifier 106 shown in FIG. 11 and transmitted from the loop antenna 108 via the matching circuit 107.
[0005]
In the case of only power transmission, the carrier wave from the preceding oscillator is transmitted without being modulated. Transmission from the reading / writing device to the non-contact IC card is performed by exciting magnetic flux generated by the loop antenna 108 by electromagnetic coupling with the antenna coil 109 of the non-contact IC card and exciting the induced voltage. On the non-contact IC card side, the induced voltage of the antenna coil 109 is rectified by a rectifier circuit (not shown) in the IC chip and used as a power source for each circuit in the non-contact IC card. The same induced voltage is guided to a demodulation circuit (not shown) to demodulate data from the reading / writing device.
[0006]
Next, at the time of data transmission from the non-contact IC card to the reading / writing device, the reading / writing device transmits an unmodulated carrier wave and only supplies power to the non-contact IC card. On the non-contact IC card side, according to data read from a memory (not shown) in the IC chip, for example, a load resistor (not shown) connected to the antenna coil 109 and a switch (not shown) This switch is turned on and off in accordance with the “1” and “0” bits of the data in a modulation circuit (not shown) comprising: When the switch is turned on and off as described above, the load Z on the antenna coil 109 fluctuates, this fluctuation is transmitted to the loop antenna 108 on the reading / writing device side by electromagnetic induction, and the impedance on the loop antenna 108 side fluctuates. The voltage / current, that is, the impedance at the point A in FIG. 11A changes according to the transmission data of the non-contact IC card. As a result, the amplitude of the high frequency signal varies. That is, the high frequency signal is amplitude-modulated by the IC card data. The modulated high frequency signal is demodulated by the demodulation circuit 110 to obtain received data.
[0007]
[Patent Document 1]
JP 2002-007976 A
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
As a first conventional example, FIG. 11A shows in detail the periphery of the demodulation circuit 110 when parallel resonance is used, and the capacitor 114 resonates in parallel with the loop antenna 108. In this case, since the impedance of the parallel resonance circuit has a large value in the vicinity of the resonance point, the output-side impedance of the matching circuit 107 also has a large value accordingly. The voltage V at the high impedance point is passed through the resistor 113. The data is taken into the demodulation circuit 110 and demodulated. In this configuration, the carrier current is a series impedance of the resistor 113 and the input impedance in the carrier band of the demodulator circuit 110 enters in parallel to the parallel circuit composed of the loop antenna 108 and the capacitor 114. Therefore, the Q of the resonance circuit is lowered for the data detection. This immediately reduces the power transmission efficiency to the contactless IC card.
[0009]
FIG. 11B shows the periphery of the demodulation circuit 110 when using series resonance as a second conventional example. In this case, a series resonance circuit including a loop antenna 108 and a capacitor 114 is shown. Is forming. At the time of series resonance, the impedance of the circuit becomes a small value. In this case, the current I from the power amplifier 106 is supplied to the resistor 113 and the voltage drop is detected by the demodulation circuit 110. Therefore, power consumption occurs in the resistor 113, and in this case, the resistor 113 enters the series resonance circuit in series, Q is lowered, and power transmission efficiency to the contactless IC card is lowered. .
[0010]
As described above, in any of the circuits of the first to second conventional examples, there is one resonance circuit, and the frequency of the carrier wave that transmits power and the transmission signal and the frequency of the reception signal from the IC card side. Had to cover both frequencies. Therefore, in the conventional circuit, it is necessary to lower the Q value of the antenna, and a resistor is inserted in series or in parallel with the loop antenna 108 in order to lower the Q value (not shown). FIG. 4 shows the characteristics. FIG. 4 is a graph showing the relationship between the antenna frequency and the Q value. In the figure, when the antenna Q is low, as shown by the solid line (Q = L), it is necessary to expand the band to the range of ± subcarrier frequency that is the frequency of the received signal, centering on the frequency of the carrier that transmits the transmission signal. It was. Therefore, there is a problem that lowering the Q value significantly reduces the level of the carrier wave for transmitting the power and the transmission signal, and as a result, the power transmission efficiency to the non-contact IC card is greatly reduced. Further, when receiving the received data, since there is only one resonance circuit, a high-amplitude high-frequency signal from the power amplifier 106 flows into the demodulation circuit 110, and in order to filter this high-amplitude high-frequency signal. Therefore, there is a problem that a filter circuit having a high-performance band rejection characteristic must be provided in front of the demodulation circuit 110.
[0011]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide a non-contact IC card reading / writing device having good transmission / reception characteristics.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides a non-contact IC card by supplying electric power and a transmission signal by electromagnetic induction, and a loop antenna for acquiring a reception signal from the non-contact IC card by load variation; Said Loop antenna , A first resonant circuit section for resonating with the frequency of a carrier wave for transmitting power and a transmission signal;
Wireless transmission unit for supplying power and transmission data to the loop antenna via the first resonance circuit unit When, Connected to the loop antenna and resonates with the frequency of the modulated subcarrier formed by the load fluctuation on the non-contact IC card side To make Second resonant circuit section And the second resonant circuit section A wireless reception unit for obtaining a reception signal from the loop antenna via When, Demodulate data from the contactless IC card A frequency of the modulation subcarrier is a frequency in the vicinity of the frequency of the carrier and is a frequency specialized for a load-modulated reception modulation sideband, and the first resonant circuit is A first capacitor provided in series between the wireless transmission unit and the loop antenna, and the loop antenna, wherein the second resonant circuit does not go through the first capacitor, and the loop It is connected in parallel between an antenna and the wireless receiver Is.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The invention according to claim 1 of the present invention is a loop antenna that supplies electric power and a transmission signal to a non-contact IC card by electromagnetic induction, and obtains a reception signal from the non-contact IC card by load variation; Said Loop antenna , A first resonance circuit unit for resonating with the frequency of a carrier wave for transmitting power and a transmission signal, and a wireless transmission unit for supplying power and transmission data to the loop antenna via the first resonance circuit unit When, Connected to the loop antenna and resonates with the frequency of the modulated subcarrier formed by the load fluctuation on the non-contact IC card side To make Second resonant circuit section And the second resonant circuit section A wireless reception unit for obtaining a reception signal from the loop antenna via When, Demodulate data from the contactless IC card A frequency of the modulation subcarrier is a frequency in the vicinity of the frequency of the carrier and is a frequency specialized for a load-modulated reception modulation sideband, and the first resonant circuit is A first capacitor provided in series between the wireless transmission unit and the loop antenna, and the loop antenna, wherein the second resonant circuit does not go through the first capacitor, and the loop Connected in parallel between the antenna and the wireless receiver. And a non-contact IC card system reading / writing device. By adopting this configuration, it is possible to provide a resonance circuit dedicated to the transmission frequency and a resonance circuit dedicated to the reception frequency, thereby maximizing the Q value and efficiently transmitting power and transmission signals, thereby improving power transmission efficiency. .
[0015]
Furthermore, when data is received from the non-contact IC card side, the Q value can be maximized by setting the resonance frequency of the second resonance circuit unit to a frequency specialized for the load-modulated reception modulation sideband. The wraparound of the measured carrier wave to the reception side can be greatly reduced, and as a result, the reception signal can be received efficiently, so that the reception efficiency is improved.
[0016]
Claim 2 In the invention described in (1), a second coil that is installed in proximity to the first coil constituting the second resonance circuit unit and coupled by mutual induction is provided, and one end of the first coil is connected to the first ground. The first coil is grounded at one end to the second ground, and the ground of the transmitting unit, the antenna circuit unit and the receiving unit is separated. The reception performance is greatly improved by preventing the signal from being shaken.
[0017]
Claim 3 In the invention described in the above, the number n1 of turns of the first coil L3 constituting the second resonance circuit unit and the number n2 of turns of the second coil L4 coupled by mutual induction are output from the second resonance circuit unit. The first coil L3 and the second coil L4 are provided with an impedance conversion function by selecting the impedance Z1 and the input impedance Z2 of the wireless receiver so as to match with each other. The reception performance is improved.
[0018]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the second coil L4 constituting the second resonance circuit section between the one end and the other end. two Capacitor C1 and the second three The capacitor C2 is connected in series, the output signal is taken out from the junction point of C1-C2, and the connection is made so as to match the input impedance of the wireless receiving unit. By combining the impedance conversion function with the wireless receiver, the circuit scale is reduced and the reception efficiency is improved.
[0019]
Claim 5 According to the invention described in claim 4, in the configuration comprising the first coil L3 constituting the second resonance circuit section according to claim 4 and the second coil L4 coupled by mutual induction, the second resonance circuit The resonance frequency of the part is set to the frequency of the lower modulation subcarrier in the double sidebands formed by the load fluctuation on the non-contact IC card side, so that the carrier wave is not seen from the reception side. The desired wave (U) and the modulated subcarrier are the desired wave (D). Therefore, in order to increase the DU ratio, it is natural that the desired wave (D) is increased and the undesired wave (U) is increased. It needs to be small. Since L3 and L4 are inductively coupled, L3 and L4 have a lower degree of coupling as the frequency is higher, and a degree of coupling is higher as the frequency is lower. Accordingly, the desired wave (D) having a lower frequency has a higher degree of coupling than the undesired wave (U) having a higher frequency. Therefore, the DU ratio is improved and the reception performance is improved.
[0020]
Claim 6 In the invention described in claim 5, the first capacitor C1 and the second capacitor C2 are connected in series between one end and the other end of the second coil L4 described in claim 5, and the junction point of C1-C2 Take the output signal Out In this configuration, the resonance frequency of the second resonance circuit unit is set to the frequency of the upper modulation subcarrier in the double sideband formed by the load fluctuation on the non-contact IC card side, From the reception side, the carrier wave is an undesired wave (U) and the modulation subcarrier wave is a desired wave (D). Therefore, in order to increase the DU ratio, it is natural that the desired wave (D) is increased. It is necessary to reduce the undesired wave (U). Since the first resonance circuit that resonates with the frequency of the carrier wave and the second resonance circuit that resonates with the upper modulation subcarrier wave are coupled by the coupling capacitor C3, the coupling degree is large and low at a high frequency. The degree of coupling decreases with frequency. Therefore, the desired wave (D) having a higher frequency has a higher degree of coupling than the undesired wave (U) having a lower frequency, and therefore the DU ratio is improved and the reception performance is improved. Furthermore, in order to match the impedance with the receiver, impedance conversion is possible while maintaining this DU ratio by using a tap-down circuit with a capacitor of the resonance circuit, instead of impedance conversion with a secondary winding by inductive coupling. It becomes.
[0022]
Claim 7 In the invention described in the above, an intermediate frequency transformer is provided between the second resonance circuit unit and the wireless reception unit, and one end of the first coil L5 of the intermediate frequency transformer is connected to the ground of the second resonance circuit unit. One end of the second coil L6 of the intermediate frequency transformer is grounded to the ground of the wireless receiving unit, and the ground of the second resonance circuit unit and the wireless receiving unit is separated, and the carrier wave and the received signal wave are separated by the intermediate frequency transformer. Is separated in terms of frequency to prevent the ground of the wireless receiving unit from being shaken by a large amplitude carrier wave from the second resonance circuit unit, and further the inflow of the carrier frequency component to the wireless receiving unit Can be significantly suppressed, and the reception performance can be improved.
[0023]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. The definition of the non-contact IC card in the present invention is not limited to a so-called card, but is a wireless communication medium that can communicate with a reading / writing device in a non-contact manner. Therefore, depending on the application, what is called an IC tag, an ID tag, or an identification label is included.
[0024]
First, a modulation scheme using a subcarrier will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a graph showing the relationship between frequency and signal strength. As shown in FIG. 3, in the non-contact IC card system, the modulation method using the subcarrier is mainly for data transfer from the non-contact IC card side to the reading / writing device in the system in the frequency range of 13.56 MHz. Used for load modulation. Here, FIG. 9 is a diagram showing a 13.56 MHz system comparison table. In a system at 13.56 MHz, a subcarrier frequency of 847 KHz (13.56 MHz / 16), 423 KHz (13.56 MHz / 32) or 212 KHz (13.56 MHz / 64) is usually used as shown in FIG. As shown in FIG. 3, load modulation with a subcarrier generates two spectra at ± subcarrier frequency fH near the carrier frequency. In a contactless IC card system with a weak coupling degree, the difference between the carrier signal of the reading / writing device and the load-modulated reception modulation sideband varies in the range of about 80 to 90 dB. Since information is included in either sideband of the two subcarrier modulations, the lower subcarrier may be used or the upper subcarrier may be used for the frequency.
[0025]
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram showing a non-contact IC card reading / writing device according to an embodiment of the present invention. FIG. 1A is a block diagram showing a non-contact IC card reading / writing device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a partial detailed view of FIG. It is detail drawing at the time of using a resonant circuit. In the case of transmission data transmission in FIG. 1, a carrier wave from an oscillator 7 is input to a modulator 8, and this is modulated by transmission data. Then, this is amplified by the power amplifier 9 and transmitted from the loop antenna 3 via the matching circuit 10 and the first resonance circuit 4 including C1, C2, and L1 shown in FIG. In the case of only power transmission, the carrier wave from the oscillator 7 is transmitted without being modulated. Transmission from the reading / writing device 111 to the non-contact IC card 112 is performed by exciting magnetic flux generated by the loop antenna 3 by electromagnetic coupling with the antenna coil 12 of the non-contact IC card 112 and exciting the induced voltage. Done. In the non-contact IC card 112, the induced voltage of the antenna coil 12 is rectified by a rectifier circuit (not shown) in the IC chip 13 and used as a power source for each circuit in the non-contact IC card. The same induced voltage is guided to a demodulation circuit (not shown) to demodulate data from the reading / writing device.
[0026]
Next, at the time of data transmission from the non-contact IC card 112 to the reading / writing device 111, the reading / writing device transmits an unmodulated carrier wave and only supplies power to the non-contact IC card. On the non-contact IC card side, for example, a load resistor (not shown) and a switch (not shown) connected to the antenna coil 13 according to data DATAb read from a memory (not shown) in the IC chip 13. ) Is turned on and off in accordance with the “1” and “0” bits of the data. In the reading / writing device 111, when the switch is turned on and off as described above, the load on the antenna coil 12 varies. This variation is transmitted to the loop antenna 3 on the reading / writing device side by electromagnetic induction, and the impedance on the loop antenna 3 side varies. The data is demodulated by the demodulator 11 of the wireless receiver 2 via the coupling capacitor C3 connected to the loop antenna 3 and the second resonance circuit 5 composed of C4 and L3. With the above configuration, the transmission / reception characteristics can be improved by providing a resonance circuit dedicated to the transmission frequency and a resonance circuit dedicated to the reception frequency.
[0027]
(Embodiment 2)
In FIG. 1B, the values of C1, C2, and L1 of the first resonance circuit unit 4 are set to be the frequencies of the carrier waves that transmit power and transmission signals, and C4 and L3 of the second resonance circuit unit 5 are set. Is set to be the frequency of the modulated subcarrier formed by the load fluctuation on the contact IC card side, so that, as shown in FIG. By setting the resonance frequency of the first resonant circuit section to a frequency that is specific to the carrier wave frequency for transmitting the transmission signal, the Q value can be maximized and power and transmission signals can be transmitted efficiently. Will improve. FIG. 5 is a graph showing the relationship between the frequency of the tuning circuit and the Q value.
[0028]
Furthermore, at the time of data reception from the IC card side, the Q value can be maximized by setting the resonance frequency of the second resonance circuit unit to the frequency specialized for the load-modulated reception modulation sideband. The wraparound of the carrier wave to the receiving side can be greatly reduced, and as a result, the received signal can be received efficiently, so that the receiving efficiency is improved.
[0029]
(Embodiment 3)
In FIG.1 (b), the 2nd coil L4 which was installed in the vicinity of the 1st coil L3 which comprises the 2nd resonance circuit part 5, and was couple | bonded by the mutual induction was provided, and the end of the 1st coil L3 was provided. Since the first ground G1 has one end of the second coil L4 grounded to the second ground G2, and the ground G1 of the wireless transmission unit and the antenna interface unit and the ground G2 of the reception unit are separated, transmission is performed. The receiving side ground G2 is prevented from being shaken by the large amplitude carrier wave signal from the signal receiving section, and the receiving performance is greatly improved.
[0030]
(Embodiment 4)
In FIG. 1B, the number of turns n1 of the first coil L3 constituting the second resonance circuit unit and the number of turns n2 of the second coil L4 coupled by mutual induction are represented by the second resonance circuit unit. The first coil L3 and the second coil L4 are provided with an impedance conversion function by the configuration selected so as to match the output impedance Z1 and the input impedance Z2 of the wireless receiver, respectively. Loss can be reduced, reception performance is improved, and it is not necessary to provide an impedance conversion circuit separately, so that the circuit scale can be reduced and the cost can be reduced.
[0031]
(Embodiment 5)
FIG. 2 is a block diagram showing a non-contact IC card reading / writing device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2A is a block diagram showing a non-contact IC card reading / writing device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2B is a partial detailed view of FIG. It is a detailed figure at the time of using a series resonance circuit as an example. As shown in FIG. 2, a first capacitor C6 and a second capacitor C7 are connected in series between one end and the other end of the second coil L4 constituting the second resonance circuit unit, and the C6-C7 By taking out the output signal from the junction and connecting it so as to match the input impedance of the wireless receiving unit, the impedance conversion function between the second resonance circuit function and the wireless receiving unit is used together, and the circuit scale The size is reduced and the reception efficiency is improved.
[0032]
(Embodiment 6)
In FIG. 1B, in the configuration including the first coil L3 constituting the second resonance circuit unit 5 and the second coil L4 coupled by mutual induction, the resonance of the second resonance circuit unit 5 is achieved. Since the frequency is set to the frequency of the lower modulation subcarrier among the double sidebands formed by the load fluctuation on the contact IC card side as shown in FIG. As seen, the carrier wave is an undesired wave (U) and the modulation subcarrier wave is a desired wave (D). Therefore, in order to increase the DU ratio, it is natural that the desired wave (D) is increased and undesired. It is necessary to reduce the wave (U). Since L3 and L4 are inductively coupled, as shown in FIG. 6A, the coupling degree of L3 and L4 is lower as the frequency is higher, and the coupling degree is higher as the frequency is lower. Accordingly, the desired wave (D) having a lower frequency has a higher degree of coupling than the undesired wave (U) having a higher frequency. Therefore, the DU ratio is improved and the reception performance is improved. FIG. 6 is a graph showing the frequency pair coupling degree and the received signal strength.
[0033]
(Embodiment 7)
In FIG. 2B, in the configuration including the first coil L3 constituting the second resonance circuit unit 5 and the second coil L4 coupled by mutual induction, between one end and the other end of the coil L4. In the configuration in which the first capacitor C6 and the second capacitor C7 are connected in series and the output signal is taken from the midpoint between the C6-C7, the resonance frequency of the second resonance circuit unit 5 is shown in FIG. As shown in b), the carrier wave is an undesired wave when viewed from the receiving side by setting the frequency of the upper modulation subcarrier out of the double sidebands formed by the load fluctuation on the contact IC card side. (U), the modulation subcarrier is the desired wave (D). Therefore, in order to increase the DU ratio, it is natural that the desired wave (D) is increased and the undesired wave (U) is decreased. There is a need. Since the first resonance circuit that resonates with the frequency of the carrier wave and the second resonance circuit that resonates with the upper modulation subcarrier wave are coupled by the coupling capacitor C3, as shown in FIG. The coupling degree is large at a high frequency, and the coupling degree is small at a low frequency. Therefore, the desired wave (D) having a higher frequency has a higher degree of coupling than the undesired wave (U) having a lower frequency, and therefore the DU ratio is improved and the reception performance is improved. Furthermore, in order to match the impedance with the receiver, impedance conversion is possible while maintaining this DU ratio by using a tap-down circuit with a capacitor of the resonance circuit, instead of impedance conversion with a secondary winding by inductive coupling. Thus, the circuit scale can be reduced. FIG. 7 is a graph showing the frequency pair coupling degree and the received signal strength.
[0034]
(Embodiment 8)
In FIG. 2B, a first resonance circuit resonating with the frequency of the carrier wave and a second resonance circuit resonating with the modulation sub-carrier wave are coupled by a coupling capacitor C3 to form a sub-tuning circuit. First, as shown in FIG. 8A, due to the characteristics of the coupling capacitor C3, the degree of coupling is high at high frequencies and the degree of coupling is low at low frequencies. On the other hand, the characteristics of the first coil L3 constituting the second resonance circuit section and the second coil L4 coupled by mutual induction are coupled as the frequency increases because of the inductive coupling. The degree of coupling increases as the degree decreases and the frequency decreases. Therefore, when two circuits having these contradictory characteristics are combined, the respective characteristics cancel each other, and a broadband resonance circuit having a flat frequency characteristic can be obtained. As a result, as shown in FIG. 8 (b), even in a system where the modulation subcarrier is different from 212 KHz, 484 KHz, and 847 KHz regardless of the frequency, the DU ratio can be kept constant with a single hardware, and stable reception is achieved with a reduction in circuit scale. Characteristics can be obtained. FIG. 8 is a graph showing the frequency pair coupling degree and the received signal strength.
[0035]
(Embodiment 9)
In FIG. 2B, an intermediate frequency transformer 14 is provided between the second resonance circuit unit and the wireless reception unit, and one end of the first coil L5 of the intermediate frequency transformer is connected to the ground G2 of the second resonance circuit unit. One end of the second coil L6 of the frequency transformer is grounded to the ground G3 of the wireless receiving unit, and the ground of the second resonance circuit unit and the wireless receiving unit is separated, and the carrier wave and the received signal wave are transmitted by the intermediate frequency transformer 14. By separating the frequency, the ground of the wireless receiver is prevented from being shaken by a large amplitude carrier wave from the second resonance circuit, and further the inflow of the carrier frequency component to the wireless receiver is prevented. Significant suppression is possible, and reception performance can be improved.
[0036]
As described above, the first to ninth embodiments of the present invention have been described. As described above, the carrier wave from the oscillator is amplified by the power amplifier, and a class E amplifier (E class amplifier) is used for the amplification. preferable. By using a class E amplifier, it is possible to realize high-efficiency operation. Therefore, heat generation can be suppressed even if the transmission output is increased.
[0037]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the resonance frequency of the first resonance circuit unit is set to the frequency of the carrier wave that transmits power and a transmission signal, and the resonance frequency of the second resonance circuit unit is set to the load on the non-contact IC card side. Set to the frequency of the modulated subcarrier formed by the variation. As a result, at the time of transmission from the reading / writing device, the Q value can be maximized by setting the resonance frequency of the first resonance circuit unit to a frequency specialized for the carrier frequency for transmitting power and transmission signals. Measurement power transmission efficiency is improved. Furthermore, when data is received from the non-contact IC card side, the Q value is maximized by setting the resonance frequency of the second resonance circuit section to a frequency specialized for the load-modulated reception modulation sideband. Therefore, the wraparound of the carrier wave to the receiving side can be greatly reduced, and the receiving efficiency is improved. As described above, the present invention can provide a non-contact IC card reading / writing device having good transmission / reception characteristics.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of a non-contact IC card reading / writing device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram of a non-contact IC card reading / writing device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a graph showing the relationship between frequency and signal strength.
FIG. 4 is a graph showing the relationship between antenna frequency and Q value.
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the frequency of the tuning circuit and the Q value.
FIG. 6 is a graph showing frequency versus coupling degree and received signal strength.
FIG. 7 is a graph showing the degree of coupling versus frequency and received signal strength.
FIG. 8 is a graph showing the degree of coupling versus frequency and received signal strength.
FIG. 9 is a diagram showing a 13.56 MHz system comparison table;
FIG. 10 is an explanatory diagram of a conventional non-contact IC card system.
FIG. 11 is a block diagram showing a part related to the combination of a reader / writer of a conventional non-contact IC card system and a non-contact IC card.
[Explanation of symbols]
1 Wireless transmitter
2 wireless receiver
3 Loop antenna
4 First resonant circuit
5 Second resonant circuit
6 Impedance modifier
7 Oscillator
8 Modulator
9 Power amplifier
10 Matching circuit
11 Demodulator circuit
12 Antenna coil
13 IC chip
14 Intermediate frequency transformer
101 Non-contact IC card
102 Antenna coil
103 IC chip
104 Loop antenna
105 Reading / writing device
106 Power amplifier
107 Matching circuit
108 Loop antenna
109 Antenna coil
110 Demodulation circuit
111 Reading / writing device
112 Contactless IC card
113 resistors
114 capacitor

Claims

A loop antenna that supplies electric power and a transmission signal to the non-contact IC card by electromagnetic induction, and obtains a reception signal from the non-contact IC card by load fluctuation;
The loop antenna, the first resonance circuit for resonating with the frequency of carrier waves transporting the power and transmission signal,
A wireless transmission unit for supplying power and transmission data to the loop antenna via the first resonant circuit unit ;
A second resonance circuit connected to the loop antenna and resonating with a frequency of a modulated subcarrier formed by a load variation on the contactless IC card side ;
A radio reception unit for obtaining a reception signal from the loop antenna via the second resonance circuit unit ;
A demodulation circuit for demodulating data from the non-contact IC card ,
The frequency of the modulation subcarrier is a frequency in the vicinity of the frequency of the carrier and is a frequency specialized for the reception modulation sideband subjected to load modulation, and the first resonance circuit includes the radio transmission unit and A first capacitor provided in series with the loop antenna; and the loop antenna, wherein the second resonance circuit does not go through the first capacitor, and the loop antenna and the wireless receiver. And a non-contact IC card reading / writing device characterized by being connected in parallel with each other .

Providing a second coil that is installed close to the first coil constituting the second resonance circuit unit and coupled by mutual induction, one end of the first coil to the first ground, and the second coil 2. The non-contact IC card reading / writing device according to claim 1, wherein one end of the coil is grounded to a second ground, and the ground of the transmitting unit, the antenna circuit unit, and the receiving unit is separated. .

The number of turns n1 of the first coil constituting the second resonance circuit unit and the number of turns n2 of the second coil coupled by mutual induction are set as the output impedance Z1 of the second resonance circuit unit and the wireless reception. 2. The non-contact IC card according to claim 1, wherein the first impedance and the second coil are each provided with an impedance conversion function so as to be matched with the input impedance Z <b> 2 of the first section. Read / write device.

A second capacitor C1 and a third capacitor C2 are connected in series between one end and the other end of the second coil, an output signal is taken out from the junction point of C1-C2, and the second capacitor C1 and the second capacitor C2 are connected. at third capacitor C2, the non-contact IC card reader / writer according to claim 2-3 any one, characterized in that gave an impedance conversion function.

The resonance frequency of the second resonance circuit unit is configured to be set to the frequency of the lower modulation subcarrier among the double sidebands formed by the load fluctuation on the non-contact IC card side. The non-contact IC card reading / writing device according to claim 1.

The resonance frequency of the second resonance circuit unit is configured to be set to the frequency of the upper modulation subcarrier among the double sidebands formed by the load fluctuation on the non-contact IC card side. 2. The non-contact IC card reading / writing device according to 1.

2. The configuration according to claim 1, wherein an intermediate frequency transformer is provided between the second resonance circuit unit and the radio reception unit, and the ground of the second resonance circuit unit and the radio reception unit is separated. Non-contact IC card reading / writing device.