JP4763536B2 - 通信システム、リーダ・ライタおよび通信方法 - Google Patents

Description

本発明は通信システム及び通信方法に関し、特に、無線通信を行うＩＣタグ、リーダ・ライタを用いた通信システム及び通信方法に関する。

近年、例えば工場での物流管理や、小売店での物品管理などにおいて、ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）に関する技術が注目されている。この技術は、商品の固有情報を書き込んだＩＣを有するタグを商品などに貼り付けて、その情報を無線アンテナで読み取る技術である。

このような技術では、リーダ・ライタとＲＦＩＤ用のタグ（以下、ＩＣタグと称す）が用いられる。リーダ・ライタは、データ、基準パルスおよび搬送波を含む変調された無線信号によってコマンドデータをＩＣタグに送信し、ＩＣタグから送信された無線信号を受信するものである。ＩＣタグは受信した無線信号を復調し、受信したコマンドデータに基づいた処理を行う。また、ＩＣタグは受信したコマンドデータが応答データを要求するものである場合には、返答データをリーダ・ライタに送信する。ここで、ＩＣタグは、例えばＩＣチップとアンテナとが一体化されたものである。

ＩＣタグの中でもパッシブ型と呼ばれるＩＣタグでは、リーダ・ライタから無線信号を受け取り、この無線信号により動作する電源電圧を生成している。すなわち、パッシブ型のＩＣタグでは、リーダ・ライタとの間で通信に利用される無線信号が電力供給とデータ送受信に利用されている。また、リーダ・ライタから送信される無線信号には、所定期間ごとに基準パルスが重畳されている。ＩＣタグは、この基準パルスに基づいて内部回路が動作するための内部クロックを生成している。つまりＩＣタグ内では、この基準パルスの周波数に対応する周波数のクロックをＩＣタグ内部の回路が動作するための基準クロックとしている。

ここで、ＲＦＩＤに関わる通信システムでは、リーダ・ライタからＩＣタグに対してコマンドデータや書き込みデータを送信する場合と、ＩＣタグからリーダ・ライタに対して応答データを送信する場合がある。ここで、リーダ・ライタからＩＣタグへ送信されるデータにはコマンドデータが含まれる、コマンドデータはほぼ常に送信されるのに対し、応答データは常に送信されるわけでないため、リーダ・ライタとＩＣタグとの間で送受信されるデータ全体では、リーダ・ライタからの送信データの割合が高くなる。

尚、無線通信を行うシステムとしてＩＣカードシステムが知られている。従来のＩＣカードシステムとして、特許文献１が知られている。特許文献１では、ＩＣカードからリーダ・ライタに対して送信を行う場合に、ＩＣカード内で受信信号の搬送波周波数よりも高速な搬送波が生成される。そして、この高速な搬送波を利用してリーダ・ライタにデータが送信される。このようにしてＩＣカードは内部で高速な搬送波を生成し、リーダ・ライタに対しての送信速度を向上させている。
特開平１１−２７２８１４号公報

そのためＲＦＩＤに用いられるＩＣタグでは、コマンドデータの受信およびデコードが出来る限り速やかに行われるのが好ましい。しかしながら、従来のＲＦＩＤに関わる通信システムでは、リーダ・ライタからのデータの送信、ＩＣタグからの応答データの送信に関わらず、ＩＣタグは一定間隔の基準パルスに基づいて動作を行っている。そのため、通信システム全体としての通信速度が低下してしまっていた。

本発明の１態様による通信システムは、受信する無線信号に基づいて動作するＩＣタグと、前記ＩＣタグで実行されるコマンドを前記無線信号により送信するリーダ・ライタとを有する通信システムであって、前記ＩＣタグは、前記コマンドに対する処理の応答を前記リーダ・ライタへ送信し、前記リーダ・ライタは、前記ＩＣタグへ前記コマンドを送信する場合は、第１の通信速度に対応する無線信号を前記ＩＣタグへ送信し、前記ＩＣタグの応答を受信する場合は、第２の通信速度に対応する無線信号を前記ＩＣタグへ送信し、前記無線信号は、前記ＩＣタグの動作する基準となる基準パルスを含み、前記基準パルスの周波数に基づいて前記第１の通信速度と前記第２の通信速度が決定されることを特徴とする。

また、本発明の１態様による通信方法は、受信する無線信号に基づいて動作するＩＣタグと、前記ＩＣタグで実行されるコマンドを前記無線信号により送信するリーダ・ライタとの通信方法であって、前記ＩＣタグは、前記コマンドに対する処理の応答を前記リーダ・ライタへ送信し、前記リーダ・ライタは、前記ＩＣタグへ前記コマンドを送信する場合は、第１の通信速度に対応する無線信号を前記ＩＣタグへ送信し、前記ＩＣタグの応答を受信する場合は、第２の通信速度に対応する無線信号を前記ＩＣタグへ送信し、前記無線信号は、前記ＩＣタグの動作する基準となる基準パルスを含み、前記基準パルスの周波数に基づいて前記第１の通信速度と前記第２の通信速度が決定されることを特徴とする。
この通信システム、通信方法により、システム全体としての通信速度を向上させることが可能である。

本発明の１態様による通信システムは、リーダ・ライタと、前記リーダ・ライタが送信する基準パルスに基づいて動作するＩＣタグと、を有し、前記基準パルスに同期してデータの通信を行う通信システムであって、前記ＩＣタグが前記リーダ・ライタへ応答データを送信する応答データ送信時には、前記リーダ・ライタは前記基準パルスの周波数を第１の周波数に設定し、前記応答データ送信時以外には、前記リーダ・ライタは前記基準パルスの周波数を前記第１の周波数よりも大きい第２の周波数に設定することを特徴とする。

本発明の１態様によるリーダ・ライタは、ＩＣタグに対して前記ＩＣタグが動作する基準パルスを送信するリーダ・ライタであって、前記ＩＣタグからの応答データ受信時は、前記リーダ・ライタは第１の周波数の基準パルスを送信し、前記応答データ受信時以外には、前記リーダ・ライタは、前記第１の周波数よりも大きい第２の周波数の前記基準パルスを送信することを特徴とする。

本発明によれば、通信速度の切り替えが可能で、全体としての通信速度を向上させた通信方法及び通信システムを提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は実施の形態にかかるＲＦＩＤに関するシステムを示す概略図である。このシステムはＲＦＩＤ用のＩＣタグ１とリーダ・ライタ２を有している。なお、この実施の形態では、ＩＣタグ１はリーダ・ライタ２と２．４５ＧＨｚ帯などの高い周波数で通信を行うシステムである。

リーダ・ライタ２は、データおよび搬送波（２．４５ＧＨｚ）を含む変調された無線信号をＩＣタグ１に送信し、また、ＩＣタグ１から送信された無線信号を受信する装置である。また、この実施の形態のリーダ・ライタ２は、ＩＣタグ１に対してＩＣタグ１が動作するときの基準となる同期信号（基準パルス）も送信している。

ＩＣタグ１は受信した無線信号を復調し、そこに含まれるコマンドデータに基づいた処理を行う。また、ＩＣタグ１は受信したコマンドデータに対する応答データなどをリーダ・ライタ２に送信する。この実施の形態のＩＣタグ１は、内部に電源を有していないパッシブ型のＩＣタグ１であり、半導体装置１０とアンテナ１１とが一体化されたものである。

図２は、本実施形態にかかるリーダ・ライタ２を示すブロック図である。図２に示すように、このリーダ・ライタ２は、アンテナ２１、受信回路２２、送信回路２３及び信号処理回路２４を有している。

アンテナ２１は、ＩＣタグ１と無線信号の送受信を行うものである。受信回路２２は、アンテナ２１によって受信された無線信号を検波し、検波出力として信号処理回路２４に出力する。本実施の形態の受信回路２２は、受信信号検出回路２５およびＡＳＫ検波回路２６を有している。受信信号検出回路２５は、ミキサ２５１、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２５２を有している。ミキサにはリーダ・ライタ２が送信する信号と、アンテナ２１が受信した無線信号が入力されている。このミキサ２５１は、リーダ・ライタ２が送信した信号を利用して、アンテナ２１が受信する無線信号から搬送波に相当する周波数成分を取り除いている。ＢＰＦ２５２は、後述する副搬送波の周波数帯域を通過させた信号を出力している。

ＡＳＫ検波回路２６は、例えば抵抗とキャパシタからなる積分回路などで構成されている。ＡＳＫ検波回路２６の出力は、受信信号検出回路２５の出力する信号から、ＩＣタグ１から送信された応答データに基づいたレベルの信号を出力する。このＡＳＫ検波回路２６の出力が受信回路２２の検波出力となる。

送信回路２３は、信号処理回路２４から出力されるデータ信号Ｓｄ、速度切り替え信号Ｓｆに基づいて、ＩＣタグ１に送信する無線信号を生成している。この送信回路２３の出力する信号はアンテナ２１を介してＩＣタグ１に送信される。本実施の形態では、送信回路２３は、パルス列出力回路２７、ミキサ２８および発振回路２９を有している。

パルス列出力回路２７は、信号処理回路２４から出力されたデータ信号Ｓｄに対応するパルス列と一定周期の基準パルスを重畳して出力する。そのため、このパルス列出力回路２７は、図示しない基準パルス発振回路を有している。このパルス列出力回路２７で重畳される基準パルスの周波数は、信号処理回路２４から出力される速度切り替え信号Ｓｆに基づいて決定される。この周波数の切替は、例えば基準パルス発振回路の発振周波数を分周して低速用基準パルスとする。あるいは低速用と高速用の２つの基準パルス発振回路を切り替えて私用することなどで実現可能である。なお、パルス列生成回路２７で生成されるパルス列の詳細については後述する。発振回路２９は、上記した搬送波（２．４５ＧＨｚ）に相当する発振を行う回路である。ミキサ２８は、パルス列出力回路２７の出力と搬送波を重畳し、変調された信号を生成する。この変調された信号はアンテナ２１を介してＩＣタグ１に送信される。

信号処理回路２４は、送信回路２３に対して送信データのデータ信号Ｓｄおよび速度切り替え信号Ｓｆを出力する。ここでデータ信号Ｓｄは、２進数における「０」あるいは「１」を示す信号であり、速度切り替え信号Ｓｆは、上記した基準パルスの周波数を決定する信号である。また、信号処理回路２４には、受信回路２２からの検波出力が入力されている。信号処理回路２４は、その検波出力のレベルに基づいて受信した応答データが２進数における「０」、「１」（以後、それぞれ「データ０」。「データ１」と称す）のどちらかを判定し、受信データとして出力する。

図３は、この実施の形態のＩＣタグ１を示すブロック図である。図３に示すように、ＩＣタグ１は、アンテナ１１と、半導体装置１０とを有している。アンテナ１１はリーダ・ライタ２との通信を行うものである。半導体装置１０は、通信したデータの記憶や読み出し、送信する無線信号の作成などを行う。

半導体装置１０は、受信回路１２、基準クロック生成回路１３、データ検出回路１４、制御回路１５、記憶回路１６および送信回路１７を有している。また、半導体装置１０は、電源電圧生成回路１８を有している。電源電圧生成回路１８は、アンテナ１１を介して与えられた無線信号から、電源電圧を生成し、半導体装置１０の各部に供給している。

受信回路１２は、リーダ・ライタ２からＩＣタグ１が受信した無線信号を復調し、復調信号（受信パルス列）として出力する。基準クロック生成回路１３は、復調信号に含まれる基準パルスから半導体装置１０が動作するための基準クロックを生成し、各部に出力する。データ検出回路１４は、復調信号に含まれているデータ０あるいはデータ１を示す信号を検出する。

制御回路１５には、データ検出回路１４からデータ０信号あるいはデータ１信号が連続して入力されている。制御回路１５は、複数のデータ０信号あるいはデータ１信号からなるコマンドをデコードし、半導体装置１０の動作を制御する部分である。記憶回路１６は、制御回路１５によって制御され、個別情報などを記憶する。

送信回路１７は、送信データ生成回路１７１、変調回路１７２、スイッチング回路１７３を有している。送信データ生成回路１７１は、制御回路１５や記憶回路１６からパラレルデータとして与えられた送信データをシリアルデータに変換する。変調回路１７２は、送信データに対して、副搬送波成分で第1の変調を行う回路である。スイッチング回路１７３は、送信データに対応して受信している無線信号の反射の割合を変化させて、第２の変調を行う回路である。これらの回路の詳細については後述する。

ここで、図４を用いて、本実施の形態のリーダ・ライタ２からＩＣタグ１へ送信される信号について説明する。図４（ａ）は、上記したパルス列出力回路２７の出力するパルス列の例を示している。図４（ｂ）は、図４（ａ）のパルス列を変調し無線信号として送受信される変調信号の例を示している。本実施の形態では、この変調にＡＳＫ（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）変調が用いられている。なお、図４（ａ）および（ｂ）を用いて示される信号は、リーダ・ライタ２からＩＣタグ１へ送信する信号の１方式を示したのみであり、特に信号の送信方式を図４によって示される方式に限定するものではない。

本実施の形態において、リーダ・ライタ２からＩＣタグ１に送信されるデータの有無およびデータの内容（データ０あるいはデータ１）は、フレームと呼ばれる単位時間内のパルスの数に応じて決定される。ここで、各フレームでは、フレームの区切りであることを示すフレームパルスと呼ばれるパルス信号が生成されている。このフレームパルスは、フレームという単位時間を示すために生成されるパルス信号である。そのため、このフレームパルスは、半導体装置１０において、基準クロック生成回路１３が基準クロックを生成するための同期信号として用いられている。つまり、本実施の形態では、このフレームパルスが上記した基準パルスに相当する。本実施の形態では、１フレーム内で、このフレームパルスの前にいくつのパルスが連続するかによって、データの有無およびデータ０、データ１が表現される。

仮に、１つのフレーム内で送信されるパルスがフレームパルスのみで、その他のパルスが送信されない場合、そのフレームにはデータが無いことを示している（図４（ａ）、右端部参照）。また、１つのフレームパルスの前に２つパルスが連続している場合は、データを有する信号であることを示し、本実施の形態では、データ１を示している（図４（ａ）、左端部参照）。１つのフレームパルスの前のパルスが１つである場合は、データ０を示している（図４（ａ）、中央部参照）。コマンドデータは、このデータ１とデータ０を複数組み合わせて構成される。上述したように、リーダ・ライタ２からＩＣタグ１へ送信する信号は、この方式にとらわれず、パルス幅で、データ０、データ１を判別してもよい。また、同期信号となる基準パルスとデータの内容を示す信号は別々に送られるような方式であってもよい。詳細は後述するが、本実施の形態では、このフレームパルスで示されるフレームの単位時間が、リーダ・ライタ２がコマンドデータを送信する場合と、ＩＣタグ１から応答データを受信する場合とで異なっている。

また、図５を用いて、本実施の形態のＩＣタグ１からリーダ・ライタ２へ送信される信号について説明する。本実施の形態では、ＩＣタグ１は、リーダ・ライタ２から受信した無線信号を反射させることで、送信するデータを生成している。また、この実施の形態では、ＩＣタグ１からリーダ・ライタ２にデータを送信する際は、副搬送波と言うある周波数の信号をデータに基づいて第１の変調を行い、その第１の変調波で、さらに搬送波をＡＳＫ（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）変調させた第２の変調波信号が送信されている。図５では、図５（ａ）が、ＩＣタグ１から送信される応答データを示している。図５（ｂ）が、上記の副搬送波を示している。図５（ｃ）が、データを副搬送波で変調した波形（本実施の形態では、応答データと副搬送波の論理積波形）を示している。図５（ｄ）が、ＩＣタグ１内でのＡＳＫ変調波を示している。また、図５（ｅ）が、伝播路上で計測したＩＣタグ１からデータが送信されているときの無線波形を示している。図５は、ＩＣタグ１からリーダ・ライタ２に送信される信号の形式を説明するためのものであるため、フレームパルスは、省略されている。

副搬送波を用いた場合、まずデータにより、副搬送波を変調した第１の変調信号が生成される(図５（ｃ）参照)。この第１の変調信号は、上記した変調回路１７２において、送信データの信号と、副搬送波に相当する信号との論理積をとることによって生成される。その後、この第１の変調信号で搬送波を変調してデータを送信するための第２の変調信号が生成される（図５（ｄ）参照）。本実施の形態では、この第２の変調信号は、アンテナ１１に接続される負荷を、第１の変調信号に基づいて変化させることにより生成される。これは、例えば、第１の変調信号により上記したスイッチング回路のオン、オフを制御して、受信している無線信号に対するインピーダンスマッチングを変化させることで実施することが可能である。ただし、図５（ｄ）に示すのは、ＩＣタグ１が、受信した搬送波を反射させることでデータを送信している場合に、受信した搬送波をＩＣタグ１内で計測したときの波形である。つまり、無線信号に対してインピーダンスマッチングが取れた状態で受信すれば、搬送波の振幅全てを受信し、インピーダンスマッチングが取れない状態で受信すれば搬送波の一部を反射し、振幅が小さくなっている状態を示している。

そのため、ＩＣタグ１とリーダ・ライタ２間の伝播路（つまり空中）で計測される無線信号の波形は図５（ｅ）のようになる。例えば、ＩＣタグ１が受信した搬送波の一部を反射することで、データ１をリーダ・ライタ２に送信する場合、伝播路上では送信している搬送波信号と反射された信号が重畳され、図５（ｅ）に示すような波形となる。
したがって、この実施の形態でＩＣタグ１からリーダ・ライタ２に送信される無線信号は搬送波をＡＳＫ変調させたデータであるが、上記に説明したような副搬送波の成分を有し、さらに副搬送波によって反射された一部の搬送波が重畳された無線信号である。

ＩＣタグ１からリーダ・ライタ２に対してデータ０信号を送信する場合、ＩＣタグ１は搬送波に対して変調をかけない無線信号を送信する（図５（ａ）及び（ｅ）参照）。ＩＣタグ１からリーダ・ライタ２に対してデータ１信号を送信する場合、ＩＣタグ１は搬送波に対してＡＳＫ変調をかけた無線信号を送信する（図５（ａ）及び（ｅ）参照）。

図６は、本実施の形態におけるリーダ・ライタ２の動作フローを示す図である。以下、図６を用いて、本実施の形態のリーダ・ライタ２の動作について説明する。

図６においてリーダ・ライタ２とＩＣタグ１の通信が開始された瞬間は、例えば第２の通信速度（以下、低速通信と称す）に対応する周波数の基準パルスがパルス列出力回路２７で生成されているとする。

ステップＳ６０１において、リーダ・ライタ２は、ＩＣタグ１に対してコマンドデータの送信を開始するかどうかを判断する。ここで、リーダ・ライタ２がコマンドデータの送信を開始する場合は、ステップＳ６０２へと進み、コマンドデータの送信を行わない場合は、再びステップＳ６０１へと戻り、コマンドデータの送信開始を待つ。

ステップＳ６０１においてリーダ・ライタ２が、ＩＣタグ１に対してコマンド送信を開始すると判断した場合、ステップＳ６０２において、信号処理回路２４が基準パルスの周波数を第１の通信速度（以下高速通信と称す）に設定する速度切り替え信号Ｓｆを出力する。また、信号処理回路２４はコマンドデータに対応するデータ信号Ｓｄをパルス列出力回路２７に出力する。

ステップＳ６０３において、パルス列出力回路２７は、信号処理回路２４からの速度切り替え信号Ｓｆに基づいて基準パルスの周波数を高速通信に対応する周波数に設定する。ここで、例えば高速通信（第１の通信速度）で用いられる基準パルスの周波数は、低速通信（第２の通信速度）で用いられる基準パルスの周波数よりも高い周波数である。つまり、速度切り替え信号Ｓｆに基づいて、パルス列出力回路２７に内蔵される基準パルス発振回路の発振周波数が高く設定される。また、パルス列出力回路２７は、高速通信に対応した基準パルスとデータを示す信号Ｓｄに基づいて、図４を用いて説明したようなパルス列を出力する。このパルス列出力回路２７の出力に基づいて搬送波がＡＳＫ変調されて出力される。

このステップＳ６０３では、リーダ・ライタ２がコマンドデータを全て送信した後でも、ＩＣタグ１において、コマンドデータのデコードなどの論理処理が行われている期間中は、リーダ・ライタ２は、高速通信に対応する周波数の基準クロックを生成している。ＩＣタグ１がコマンドをデコードしている期間では、高速通信用の基準クロックはデータを有さない無線信号（図４、右端部参照）としてＩＣタグ１に供給されている。したがって、ＩＣタグ１は、コマンド受信中及びコマンドのデコード中は高速な基準クロックに基づいて高速に動作する。そして、ステップＳ６０４において、リーダ・ライタ２からＩＣタグ１に対するコマンドの送信及びＩＣタグ１によるデコードの期間が終了し、次のステップでリーダ・ライタ２がＩＣタグ１からの応答データを受信する場合に処理はステップＳ６０５へと進む。連続してコマンドを送信する場合、コマンドデータの送信及びＩＣタグ１でコマンドのデコードが終了していない間はステップＳ６０３に戻り、コマンドの送信及び高速通信に対応する基準パルスの送信を継続する。

ステップＳ６０５では、リーダ・ライタ２がＩＣタグ１からの応答データを受信するモードに移行するため、信号処理回路２４が速度切り替え信号Ｓｆを出力する。この速度切り替え信号Ｓｆに基づいてパルス列出力回路２７は、低速通信（第２の通信速度）に対応する周波数の基準パルス列を出力する。このとき、リーダ・ライタ２は、ＩＣタグ１からの応答データを受信すればよいため、送信する無線信号はデータを有さない基準パルスのみの信号である（Ｓ６０６）。

ＩＣタグ１は、リーダ・ライタ２から与えられる基準パルスに基づいて動作する。より正確には、ＩＣタグ１は、基準パルスを元に生成した基準クロックに基づいて動作する。ＩＣタグ１は、応答データに基づいて、搬送波に対して変調をかけない信号あるいは搬送波を変調した信号（搬送波を一部反射した信号）を送信する。ステップＳ６０７において、リーダ・ライタ２は、ＩＣタグ１からの応答データを受信する。ステップＳ６０８において、ＩＣタグ１からの応答データを全て受信したと判断された場合、リーダ・ライタ２とＩＣタグ１の通信が終了する。ＩＣタグ１からの応答データの受信が完了していない場合、ステップＳ６０７に戻り、応答データの受信を継続する。

図７は、上記したステップＳ６０３におけるコマンド送信時およびステップＳ６０６、６０７における応答データ受信時のタイミングを詳細に示す波形図である。図７（ａ）〜（ｃ）は、リーダ・ライタ２からＩＣタグ１へコマンドを送信する場合及びＩＣタグ１が受信したコマンドをデコードしている場合のタイミングを示している（ステップＳ６０３参照）。図７（ａ）に示すようにリーダ・ライタ２は、送信するコマンドに応じたデータ０あるいはデータ１を示す信号と基準パルスを重畳した信号をＩＣタグ１に送信している。この時、基準パルスの周期はたとえば高速通信の周波数に対応したＴ１である。また、リーダ・ライタ２は、コマンドデータを送信した後でも、ＩＣタグ１が、受信したコマンドをデコードしている間は、高速通信に応じた基準パルスを生成して送信している。

ＩＣタグ１では、受信した信号を元に、受信回路１２がパルスを検出して図７（ｂ）に示すパルス検出信号として出力している。データ検出回路１４は、このパルス検出信号からデータ０またはデータ１を検出して出力している。また基準クロック生成回路１３では送信される無線信号に含まれている基準パルスから基準クロックを生成して出力している（図７（ｃ）参照）。ＩＣタグ１は、データ検出回路１４の検出するデータ及びこの基準クロックに基づいてコマンドで指定された処理を行う。

図７（ｄ）〜（ｈ）は、ＩＣタグ１からの応答データ受信時のタイミングを示している（ステップＳ６０６、６０７参照）。図７（ｄ）に示すように、リーダ・ライタ２は基準パルスのみをＩＣタグ１に対して送信している。この時の基準パルスの周期は、低速通信の周波数に対応したＴ２である。ここで、応答データ受信時はコマンドデータの送信時よりも低い周波数の基準パルスを送信しているため、周期で言えばＴ１＜Ｔ２となる。

ＩＣタグ１では、このリーダ・ライタ２から送られてくる基準パルスを基に、図７（ｅ）に示すような基準クロックを生成している。ＩＣ１タグは、送信する応答データがデータ０を示す場合は、リーダ・ライタ２から送信される無線信号に変調をかけずに、そのまま応答データの無線信号としている。応答データがデータ１を示す場合には、リーダ・ライタ２から送信される無線信号をＡＳＫ変調して送信している。なお、ＩＣタグ１の内部回路は、基準クロック生成回路１３が生成する基準クロックに基づいて動作しているため、変調がかかり始めるタイミングは、タグ内部の基準クロックに同期している（図７（ｆ）参照）。

リーダ・ライタ２では、受信回路１２によってＩＣタグ１から受信した信号から、搬送波、副搬送波の成分が除去され、検波出力として出力される。この時、ＩＣタグ１からの応答データがデータ０に相当するのであれば、搬送波の成分に変調がかけられていないため、ほぼ一定の振幅となる。それに対し、応答データがデータ１を示す場合は、搬送波と搬送波の反射波が重畳された信号を受信するため、その振幅が増幅されている部分がある。そのため、受信回路１２により搬送波、副搬送波の成分を取り除いた検波出力のレベルは、データ０とデータ１で異なっている。本実施の形態では、データ１を示す出力レベルの方がデータ０を示す出力レベルよりも大きくなっている。信号処理回路２４では、リーダ・ライタ２が送信するＲＦ信号の基準パルス生成時に、検波出力のレベルがあるしきい値に対して大きいか小さいかで応答データのデータ０あるいはデータ１を判断している（図７（ｄ）、（ｇ）、（ｈ）参照）。

なお、この判定は、リーダ・ライタ２が生成する基準パルスのタイミングに合わせて行われている。図７（ｇ）、（ｈ）から分かるように、リーダ・ライタ２が基準パルスを生成したときに、しきい値よりも高い値となっていればデータ０と判定し、しきい値よりも低くなっていればデータ１と判定される。

ＩＣタグ１では、その内部での起電力の低下などを最小限に抑えるため、ＩＣタグ１で行うＡＳＫ変調の変調度などはきわめて小さく設定されている。これはＩＣタグ１内では、上記に図５（ｄ）を用いて示した第２の変調波を用いて電源電圧を生成しているため、ＩＣタグ１からの反射を大きくすると、ＩＣタグ１側での信号の振幅が小さくなり、起電力が小さくなってしまうからである。また副搬送波による第１の変調を行うことで、振幅が減少する部分をさらに少なくしている

そのため、図７（ｄ）に示すＩＣタグ１からの応答データを含む無線信号から正確に応答データを検出するには、データが安定する時間が必要となる。応答データ図７（ｇ）に示す検波出力を生成するためには、リーダ・ライタ２側にある程度の容量を有するキャパシタを設け、所定期間信号を受信して検波出力を確実に判断しなくてはならない。応答データ受信時にリーダ・ライタ２がＩＣタグ１に対して送信する基準パルスは、このデータを判断するために必要な時間に基づいた周波数である。

なお、この応答時の基準パルスの周波数は、リーダ・ライタ２のＡＳＫ検波回路２６の出力を基準パルス送信時に一度オフ状態とし、その後、入力された応答データを含む無線信号に基づいてＡＳＫ検波回路の出力が安定化するまでの時間に基づいている。基準パルス送信時にＡＳＫ検波回路２６を一度オフ状態とすることでＡＳＫ検波回路には、基準パルス送信時に、送信回路からのノイズの回り込みが起こることが無く、基準パルスにあわせたオフ動作を行わなかった場合に比べて、応答データを検波して安定化するまでの時間を短縮することが可能となる。

このように、本実施の形態では、ＩＣタグ１に対するコマンド送信及びＩＣタグ１内の処理時には第１の通信速度に基づいた基準パルスをリーダ・ライタ２が出力している。そのため、ＩＣタグ１のコマンドデータの受信及びＩＣタグ１の動作基準となる基準クロックが高速に設定され、ＩＣタグ１を高速に動作させることが可能となる。

それに対し、リーダ・ライタ２が応答データを受信する場合には、リーダ・ライタ２側で応答データを確実に判定できる時間をもとに基準パルスを生成し、この基準パルスに基づいて応答データの判定を行っているため、応答データの誤認識等も低減させることができる。また、ＲＦＩＤを用いた通信システム全体として、通信速度が向上し、より高速な動作を実現することが可能となる。

以上、本発明の実施の形態に基づいて詳細に説明したが、本発明は本発明の主旨を変更しない限り、種々の変形が可能である。例えば、ＩＣタグによるコマンドのデコード時に基準パルスとして第３の通信速度を設定し、コマンドデコードの動作に最適な基準パルスを作成するようにしてもよい。例えば、コマンド受信後のデコード動作、書き込み、読み出し動作、応答信号作成動作などの個々の動作にあわせて種々の基準パルスを作成してもよい。

本発明にかかる通信システムの構成図である。 本発明にかかるリーダ・ライタの構成を示すブロック図である。 本発明にかかるＩＣタグの構成を示すブロック図である。 本発明にかかるリーダ・ライタの出力する無線信号の波形を示す図である。 本発明にかかるＩＣタグの出力する無線信号の波形を示す図である。 本発明にかかるリーダ・ライタの処理を示すフローチャートである。 本発明にかかる通信システムのタイミングを示す図である。

符号の説明

１ ＩＣタグ ２ リーダ・ライタ １０ 半導体装置
１１ アンテナ １２ 受信回路 １３ 基準クロック生成回路
１４ データ検出回路 １５ 制御回路 １６ 記憶回路
１７ 送信回路
２１ アンテナ ２２ 受信回路 ２３ 送信回路
２４ 信号処理回路 ２５ 受信信号検出回路 ２６ ＡＳＫ検波回路
２７ パルス列出力回路 ２８ ミキサ ２９ 発振回路
Ｓｄ データ信号
Ｓｆ 速度切り替え信号

Claims (15)

1. 受信する無線信号に基づいて動作するＩＣタグと、前記ＩＣタグで実行されるコマンドを前記無線信号により送信するリーダ・ライタとを有する通信システムであって、
   前記ＩＣタグは、前記コマンドに対する処理の応答を前記リーダ・ライタへ送信し、
   前記リーダ・ライタは、前記ＩＣタグへ前記コマンドを送信する場合は、第１の通信速度に対応する無線信号を前記ＩＣタグへ送信し、前記ＩＣタグの応答を受信する場合は、第２の通信速度に対応する無線信号を前記ＩＣタグへ送信し、
   前記無線信号は、前記ＩＣタグの動作する基準となる基準パルスを含み、前記基準パルスの周波数に基づいて前記第１の通信速度と前記第２の通信速度が決定されることを特徴とする通信システム。
2. 前記第１の通信速度は、前記第２の通信速度よりも速いことを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
3. 前記リーダ・ライタは、前記ＩＣタグによるコマンドデコード時に、前記第１の通信速度に対応する無線信号を送信することを特徴とする請求項１あるいは２に記載の通信システム。
4. 前記リーダ・ライタは、
   前記基準パルスの周波数を決定する速度切り替え信号を出力する信号処理回路と、
   前記速度切り替え信号に基づいて前記基準パルスを生成するパルス列出力回路とを有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の通信システム。
5. 前記リーダ・ライタは、前記ＩＣタグの応答を検波する検波回路を有し、前記基準パルスを送信するときに、当該検波回路をオフ状態にすることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の通信システム。
6. 受信する無線信号に基づいて動作するＩＣタグと、前記ＩＣタグで実行されるコマンドを前記無線信号により送信するリーダ・ライタとの通信方法であって、
   前記ＩＣタグは、前記コマンドに対する処理の応答を前記リーダ・ライタへ送信し、
   前記リーダ・ライタは、前記ＩＣタグへ前記コマンドを送信する場合は、第１の通信速度に対応する無線信号を前記ＩＣタグへ送信し、前記ＩＣタグの応答を受信する場合は、第２の通信速度に対応する無線信号を前記ＩＣタグへ送信し、
   前記無線信号は、前記ＩＣタグの動作する基準となる基準パルスを含み、前記基準パルスの周波数に基づいて前記第１の通信速度と前記第２の通信速度が決定されることを特徴とする通信方法。
7. 前記第１の通信速度は、前記第２の通信速度よりも速いことを特徴とする請求項６に記載の通信方法。
8. 前記リーダ・ライタは、前記ＩＣタグによるコマンドデコード時に、前記第１の通信速度に対応する無線信号を送信することを特徴とする請求項６あるいは７に記載の通信方法。
9. 前記リーダ・ライタは、前記ＩＣタグの応答を検波する検波回路を有し、前記基準パルスを送信するときに、当該検波回路をオフ状態にすることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の通信方法。
10. リーダ・ライタと、前記リーダ・ライタが送信する基準パルスに基づいて動作するＩＣタグと、を有し、前記基準パルスに同期してデータの通信を行う通信システムであって、
    前記ＩＣタグが前記リーダ・ライタへ応答データを送信する応答データ送信時には、前記リーダ・ライタは前記基準パルスの周波数を第１の周波数に設定し、
    前記応答データ送信時以外には、前記リーダ・ライタは前記基準パルスの周波数を前記第１の周波数よりも大きい第２の周波数に設定することを特徴とする通信システム。
11. 前記応答データ送信時以外には、前記リーダ・ライタが前記ＩＣタグへコマンドデータを送信するコマンドデータ送信時が含まれる、ことを特徴とする請求項１０に記載の通信システム。
12. 前記リーダ・ライタは、前記ＩＣタグからの応答データを検波する検波回路を有し、前記基準パルスを送信するときに、当該検波回路をオフ状態にすることを特徴とする請求項１０又は１１項に記載の通信システム。
13. ＩＣタグに対して前記ＩＣタグが動作する基準パルスを送信するリーダ・ライタであって、
    前記ＩＣタグからの応答データ受信時は、前記リーダ・ライタは第１の周波数の基準パルスを送信し、
    前記応答データ受信時以外には、前記リーダ・ライタは、前記第１の周波数よりも大きい第２の周波数の前記基準パルスを送信することを特徴とするリーダ・ライタ。
14. 前記リーダ・ライタは、
    前記基準パルスの周波数を決定する速度切り替え信号を出力する信号処理回路と、
    前記速度切り替え信号に基づいて前記基準パルスを生成するパルス列出力回路とを有することを特徴とする請求項１３に記載のリーダ・ライタ。
15. 前記リーダ・ライタは、前記ＩＣタグからの応答データを検波する検波回路を有し、前記基準パルスを送信するときに、当該検波回路をオフ状態にすることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の通信システム。

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