JP4823943B2 - 無線タグ、無線タグリーダ及びパルス符号化鍵検出回路とそれらを用いた無線タグシステム - Google Patents

無線タグ、無線タグリーダ及びパルス符号化鍵検出回路とそれらを用いた無線タグシステム Download PDF

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Description

本発明は、無線タグ及び無線タグリーダ並びにこれら無線タグと無線タグリーダとを備えた無線ダグシステムに関し、特に同一周波数帯で定期起動型セミパッシブタグとリモート起動型セミパッシブタグの共存を可能とし、かつ長寿命で高速データ伝送を可能とする異種タグ複合無線リード・ライトシステムに関する。
特開２００１−００６０６１号公報 特開２００５−０３８０３７号公報 ２００６年電子情報通信学会総合大会予稿（ＣＢＳ−１−６ ＵＨＦ Ｂａｎｄ ＲＦ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ ｆｏｒ ＲＦＩＤ Ｔａｇ ｗｉｔｈ Ｂａｔｔｅｒｙ Ｓｕｐｐｌｙ，Ｍａｒ．２００６） 近年、ユビキタスネットワークやユビキタスサービス或いはセンサフュージョン等のように、利用者が特に意識することなく、全ての人や物があらゆる場所でのコンピュータネットワークへの接続を可能とすると共に、情報の提供や検索・統合解析による安全・安心で便利な社会を実現するためには、長寿命で無線接続可能な様々な種類のセンサタグや機能タグがインクラストラクチャとして配備・利用できる環境を整備しなければならないと考えられる。
この際、無線接続技術の分野では、多くのタグを読み取るために、長距離化と高速伝送化とが不可欠となっており、長寿命化を考慮すると定期起動型セミパッシブタグとリモート起動型セミパッシブタグの利用が好ましいと考えられている。
定期起動型セミパッシブタグは、起動用の内蔵電池の消耗を少なくするために、通常は消費電力の小さいタイマ待ち状態とし、定期的に受信及び応答動作を行う方式であるが、リアルタイム応答性に欠けるという欠点を有している。
一方、リモート起動型セミパッシブタグは、同じく起動用の内蔵電池の消耗を少なくするために、通常は電源をＯＦＦ状態にし、無線タグリーダ側からの無線電力供給があった場合のみ、その電力供給を利用してリモート起動（電源をＯＮ状態に）する方式であるが、リアルタイム応答性は良いものの、同一周波数帯域内で別のシステム（無線ＬＡＮや定期起動型セミパッシブタグリーダ等）と共存した場合に、これらのシステム起動に関連して必要のないリモート起動を繰り返してしまい、内蔵電池の消耗を早めてしまうという欠点を有している（例えば、特許文献１，２参照）。
そこで、同一周波数帯域内で利用される無線ＬＡＮや定期起動型セミパッシブタグ用リーダ、或いはリモート起動型セミパッシブタグ用リーダやパッシブタグ用リーダ等が混在している環境下においてこれらの何れかのシステムが同時使用されている状態でも内臓電池の消耗を少なくすることができるリモート起動型セミパッシブタグが望まれている。また、伝送レートの高い無線通信方式の実現や、様々な組み合わせのセンサタグシステムやユビキタスサービスの実現が望まれている。
一方、従来の無線タグとしては、図１（Ａ）に示すように（例えば、特許文献３参照）、入力（Ｐｉｎ）１に送信変調回路２を介して接続された通常受信切替スイッチ３を、整合回路４ａとＤＣ検波回路４ｂとを備えたウェイクアップ用検波回路４に接続し、そのＤＣ検波回路４ｂの出力電圧をウェイクアップ側Ａ／Ｄ変換機５で読み取ることで図示を略する無線タグリーダからのＲＦ電力供給の有無を監視し、その無線タグリーダからのＲＦ電力供給があった場合には、受信切替スイッチ３をＡＳＫ変調波受信回路６側に切替接続すると共に無線タグリーダからの送信コマンドを復調し、ＡＳＫ変調波受信回路側Ａ／Ｄ変換機７で読み取ったうえでデジタル信号処理回路８で解析して応答信号を送信変調回路２の送信スイッチ２ａのＯＮ／ＯＦＦ繰り返しによって返送している。
尚、ここで使用されているＤＣ検波回路４ｂは、図１（Ｂ）に示すように、８段の積層形ダイオード検波回路が用いられている。また、ＡＳＫ変調波受信回路６は、整合回路６ａ、受信検波回路６ｂ、リミッタ６ｃ、オペアンプ６ｄを備えている。
このような起動方式では、無線タグリーダからの応答要求（無線タグリーダからのＲＦ電力供給）がない場合であっても常にウェイクアップ側Ａ／Ｄ変換機５を動作させておく必要があることから、内臓電池（図示せず）の消耗が早いと考えられる。
また、ウェイクアップ用検波回路４の出力電圧は、ＲＦ入力電力−１５．３ｄＢｍにおいて１Ｖ（負荷抵抗１ＭΩ）を出力するものであるために、容易にこの出力を用いてタグ回路全体の電源供給のためのスイッチ（図示せず）のＯＮ／ＯＦＦ制御も可能であると想定される。
しかしながら、これら上述した各種無線タグ及び無線タグシステムでは、以下に示すような欠点がある。
（１）積層形ダイオード検波回路では、昇圧比（ダイオードの段数）を増やすことによる出力インピーダンスの増加量が極めて大きく、ＣＲ時定数の効果によって高速データの受信ができなくなる。例えば、上述したＤＣ検波回路、図１（Ｂ）のような８倍昇圧整流回路の場合、従来方式の出力インピーダンスが約２００ｋΩである。
そこで、本発明のスタブ共振型昇圧整流方式の出力インピーダンスを約５ｋΩとし、同一感度かつ同一容量性負荷のＡＳＫ復調器に用いた場合には、上述した方式に対して約４０倍の高速データ受信を可能とすることで無線タグリーダから無線タグへのデータ伝送の高速化を実現しようとするものである。
（２）上述したウェイクアップ回路として、上述した特許文献１に開示の発明では、電磁誘導電力供給の有無しか監視することができないため、他のシステムからの外部電力供給がある度にウェイクアップ動作を繰り返してしまい、必要のない電源立ち上げを繰り返すことによる内蔵電池の消耗を早めてしまうという欠点がある。
また、上述した特許文献２に開示の発明では、ウェイクアップ回路の高感度化のための共振昇圧方法に関する技術が開示されている。この特許文献２に開示の通信起動監視回路は、エネルギー捕捉用アンテナ、コイル、２個のコンデンサ、２個の抵抗、ダイオード、ツェナーダイオードを有し、エネルギー捕捉用アンテナを用いて互いに並列に配置されたコイルと１つのコンデンサとが並列共振し、一つの抵抗に対してエネルギー捕捉用アンテナの開放電圧を与えることで非昇圧動作（チューニング効果のみあり）となり、エネルギー捕捉用アンテナを外してコイルをアンテナとして用いれば、コイルと１つのコンデンサとは直列共振して抵抗に対して昇圧動作するものである。
そして、このようなエネルギー捕捉用アンテナを用いた方式を採用することにより、直径３ｍの送信アンテナに１Ａの電流を流しても７．５ｍ程度の制御を可能としている。
これに対し、本発明では、２．４５ＧＨｚ帯で２０ｃｍ×２０ｃｍ程度の平面アンテナから３００ｍＷ程度の電磁波を送信することで上記と同程度の制御を可能とし、しかも、不要なウェイクアップ動作を阻止するために外部からの電力供給パターンを監視するための具体的な機能を提供することにより、例えば、外部供給電力のみで実現する方法として市販されているパッシブ型無線タグとして２．４５ＧＨｚ帯のＡＲＩＢ ＳＴＤ−Ｔ８１規格動作（前者規格動作）のタグで動作距離１ｍ程度、９００ＭＨｚ帯のＡＲＩＢ ＳＴＤ−Ｔ８９規格動作（後者規格動作）のタグで動作距離５ｍ程度であるのに対し、本発明のパルス符号化鍵検出回路を用いることで外部供給電力のみでの動作距離を消費電力の低減と受信昇圧効果によって、前者規格動作で５ｍ程度、後者規格動作で３０ｍ程度と長距離化することができる無線タグシステムを提供することを目的とする。
また、本発明では特に、他のシステム（無線ＬＡＮや他方式のタグリーダ）との共存環境において無線タグ側での平均消費電流が２μＡ程度と極めて少なく、かつ動作距離が９０ｍ程度にも達する無線タグの受信およびＩＤ検出方法を提供することを目的とする。
（３）図１に示した無線タグでは、返送信号を作るために送信スイッチ２ａをＯＮ／ＯＦＦさせることによって直接ＡＳＫ変調波にビット列情報を乗せることとなるため、図２（Ａ）に示すような無線タグＴからの応答信号の復調方法において、（Ｉ２(t)＋Ｑ２(t)）の強度変化として容易にタグ応答信号の復調が可能である反面、無線タグＴ以外の反射体Ｓによる受信スペクトルがタグ応答スペクトル（図２（Ｂ）のグラフ図の斜線領域）と重なってしまうために、受信誤りの発生頻度が高いという問題が生じていた。
また、タグ側応答信号をサブキャリアωsの位相に乗せて返送する方法も容易に考えられるが、Ｉ(t)及びＱ(t)信号からの復調が難しいという新たな問題が発生していた。また、一定の返送電力でより情報伝送効率の高い変調方式としてＢＰＳＫ変調やＱＰＳ変調に一般化したＭＰＳＫ変調方式を利用することが考えられるが、タグ応答信号をサブキャリアωsの位相に乗せる事になり、Ｉ(t)信号とＱ(t)信号の直交性や位相基準を検出する等、さらに復調を難しくするという問題も生じていた。
そこで、本発明では、無線タグ側で容易にＭＰＳＫ変調サブキャリア信号を返送する方法に加えて、無線タグリーダ側でその変調波を精度良く復調するための通信プロトコルや回路方式を実現することができ、無線タグから無線ダグリーダへのデータ伝送の高速化を実現しようとするものである。
本発明の無線タグシステムは、無線タグ側においては共振型昇圧回路及びパルス符号化鍵検出回路を用い、無線タグリーダ側においては直交検波補償回路を有する４倍サンプリングＤＦＴ回路を用いることにより、同一周波数帯で定期起動型タグとリモート起動型タグの共存を可能とすると共に高速データ伝送が可能な異種タグ複合無線リード・ライトシステムを提供することができる。尚、無線タグはパッシブ型・セミパッシブ型・アクティブ型等、特に限定されるものではない。
また、本発明の無線タグシステムは、前記共振型昇圧回路には一定の周波数で高いＱ値のインダクティブインピーダンスを示す共振器にＣｆ＝１ｐＦ・ＧＨｚ以下の微小容量を経由して給電することによって、ＧＨｚ高周波帯でも高い昇圧比を得ることができるうえ、共振器と給電系微小容量の接続点から容量性の負荷を取ることで共振周波数の僅かな変化はあるものの負荷による昇圧比の低下が極めて小さい共振型昇圧回路とすることができる。この際、共振器には、λｇ／４ショートスタブの他、同軸型誘電体共振器や空洞型共振器を用いることができる。
さらに、本発明の無線タグシステムは、前記パルス符号化鍵検出回路を入力信号に応じて動作することとし、具体的には、少なくとも２組の充放電時定数回路と、それぞれに接続する２組のコンパレータ及び入力信号とこれら２組のコンパレータ出力の論理積によって、入力パルス幅が一定範囲内であるか否かを判定するパルス幅検出回路を利用する。尚、この際の論理積は論理ＮＯＴ回路をコンパレータとして利用しても良い。
また、本発明の無線タグシステムは、前記パルス符号化鍵検出回路において、少なくともパルス幅検出範囲が異なる２組以上のパルス幅検出回路・論理保持回路・時定数回路を組み合わせて順序論理回路を構成し、２組以上のパルス幅で構成されるパルス列鍵を検出しても良い。
また、本発明の無線タグシステムは、前記無線タグリーダの前記直交検波補償回路として４倍サンプリングＤＦＴ回路を用いると共に、その４倍サンプリングＤＦＴ回路はサブキャリア直交検波ｆｓ周波数帯においてＩ（ｔ）信号または、Ｑ（ｔ）信号いずれか一方づつに対してそれぞれスケーリングと回転操作を行うことにより、精密なＭＰＳＫ復調が可能となるためにタグからリーダへの高速データ伝送ができる。尚、このスケーリングと回転操作は、ＤＦＴ処理前であっても後であっても良く、スケーリングと回転操作とを別々にＤＦＴ処理の前と後、Ｉ（ｔ）信号とＱ（ｔ）信号のように分けることもできる。
また、本発明の無線タグシステムは、前記無線タグから無線タグリーダへのＭＰＳＫ変調応答を、サブキャリア信号ｆｓの停止区間と０°基準位相区間とを有する比較的短い時間のパケット応答の繰り返しとすることにより、パケット毎にサブキャリアｆｓの基準位相補正を行うことができるばかりでなく、比較的高速で移動する無線タグからの応答信号でも精度の高いＭＰＳＫ復調を可能とすることができる。
また、本発明の無線タグシステムは、前記無線タグから前記無線タグリーダへのＭＰＳＫ変調応答信号の発生は、制御回路の応答データビット例に対応した異なる位相のｆｓ短形波数サイクル出力サブルーチンの呼び出し繰り返しによって実現することにより、異なるサブキャリア周波数ｆｓに対するサブルーチンやｆｓ短形波の発生サイクル数の異なるサブルーチンを用意することによって無線タグリーダ側からのコマンドに応じて応答信号の伝送ビットレートを比較的容易に変更することができる。
ここで、例えば、８アレーＰＳＫ変調の場合、０°→０００、４５→００１°、９０°→０１０、１３５°→０１１、１８０°→１００、２２５°→１０１、２７０°→１１０、３１５°→１１１で出力サブルーチンを呼び出すようにする。
また、本発明の無線タグシステムは、前記無線タグシステムにおいて、無線タグリーダ側の受信状況（レベルや誤り検出）に応じて無線タグに対する応答信号伝送ビットレートの指定コマンドを送信し、無線タグ側では応答信号のビットレートを選択することにより、前記無線タグリーダ側でもサンプリング・クロック周波数４ｆｓを変更したり、ＤＦＴ積分サイクル数Ｍを変更したりすることによって、容易にタグ応答ＭＰＳＫ変調信号の復調を可能とすることができるうえ、無線タグリーダ側で受信復調可能なタグ応答信号の伝送ビットレートが無線タグリーダと無線タグとの離間距離に依存して大きく変化することに対応することができる。
しかも、本発明の無線タグシステムは、前記無線タグリーダからのコマンドやＩＤ指定及び書き込みデータの受信復調回路において、前記共振型昇圧回路出力から容量性カップリングで駆動される僅かに順バイアスされたダイオードと同じ特性で共振型昇圧回路出力から絶緑された僅かに順バイアスされたダイオードとのそれぞれに生じる電圧の差によって共振型昇圧回路に誘起するタグアンテナ受信ＲＦ信号の有無を高い感度で検出ＡＳＫ復調するレベル比較器（コンパレータ）を備えた受信回路を備えている。
本発明の無線タグシステムは、無線タグ側で容易にＭＰＳＫ変調サブキャリア信号を返送する方法に加えて、無線タグリーダ側でその変調波を精度良く復調するための通信プロトコルや回路方式を実現することができ、無線タグから無線ダグリーダへのデータ伝送の高速化を実現することができる。
次に、本発明の一実施形態に係る無線タグシステムについて、図面を参照して説明する。
図３は本発明の一実施形態に係わる無線タグシステムの基本構成を示す。
この無線タグシステムでは、長距離通信には適しているがリアルタイム応答性に欠ける定期起動型セミパッシブ無線タグ２０と、通信可能距離は比較的短いがリアルタイム応答性に優れているリモート起動型セミパッシブ無線タグ３０とが混在した環境で共通してリード・ライト可能な無線タグリーダ４０を提供している。
この無線タグシステムにおける無線タグリーダ４０は、特定小電力無線局であるＡＲＩＢ ＳＴＤ−Ｔ８１規格動作（２．４５ＧＨｚ帯、送信電力２３ｄＢｍ、アンテナ利動作利得１２ｄＢｉ）のものを用い、定期起動型セミパッシブ無線タグ２０のリード・ライト通信距離が数十ｍ、リモート起動型セミパッシブ無線タグ３０のリード・ライト通信距離が数ｍと比較的長距離の通信が可能であり、しかも各無線タグ２０，３０が、５５×２５×４ｍｍ程度のサイズで製作可能であり、リード・ライトのデータ伝送レート３００Ｋｂｐｓ程度を満足し、同一周波数帯域内に無線ＬＡＮ等の他の通信システムが存在していても各無線タグ２０，３０に小型ボタン電池等の内蔵電池２１，３１で数年の寿命を満足する。
以下、図３の無線タグシステムの概要の動作を説明する。尚、各機能ブロック毎の回路構成及び詳細動作については後述する。
無線タグリーダ４０は、発振源４１、パルス変調器４２、バンドパスフィルタ４３、パワーアンプ４４により生成されたキャリア信号としての周波数ホッピング方式のＣＷ信号をパルスＡＳＫ変調データに変調してアンテナ４５から送信する。
パルスＡＳＫ変調データとしては、図３の各無線タグ２０，３０の間に示したデータフォーマットのように、各無線タグ２０，３０からの応答待ちのためのＣＷ（無変調波）、リモート起動型セミパッシブ無線タグ３０を起動させるためのパルス符号化鍵（鍵となる特別なパルス列）、各無線タグ２０，３０に対して通信相手を特定・指定するためのＩＤコードの全部又は一部及び特定・指定された無線タグに対するコマンドやライト情報である。尚、ここでの特定とは無線タグ２０，３０の有無を探す動作を意味する。
定期起動型セミパッシブ無線タグ２０は、無線タグアンテナ２２で受信した無線タグリーダ４０からのＲＦ信号をスタブ共振型昇圧回路２３でインピーダンス変換し、ＲＦ信号のまま約１０倍の電圧に昇圧する。無線タグ２０に内蔵された制御回路２４としてのマイクロプロセッサ（μ−ＣＰＵ）は、内蔵タイマ２５によって一定期間ごとにＡＳＫ復調回路２６に電源供給して、昇圧された受信ＲＦ信号をＡＳＫ復調する。
そのＡＳＫ復調された無線タグリーダ４０からのＩＤ指定コードやコマンドをマイクロプロセッサで解析し、必要な応答信号をマイクロプロセッサで合成し、アンテナ４５に装荷した可変インピーダンス素子（バラクタダイオード等）を駆動して、無線タグリーダ４０からのＣＷキャリア信号を変調・返送する。
ここで、制御回路２４で合成する応答信号は、周波数ｆｓのＭＰＳＫ変調波であって、データ返送前に必ず一定期間の出力ＯＦＦ状態と基準位相０°出力を含む比較的短い（１００μｓ程度）パケット構成として、返送データを複数パケットに分けて作る事を特徴とする。
この無線タグ２０では、ＡＳＫ復調回路２６にアンプを用いることができるために高い受信感度を得ることができ、長距離通信が可能である反面、内蔵電池２１の消耗を少なくするためにタイマ待ちと受信チェック動作を繰り返すシーケンスが必要であるためにリアルタイム応答性能が犠牲になってしまう欠点がある。
リモート起動型セミパッシブ無線タグ３０は、無線タグアンテナ３２で受信した無線タグリーダ４０からのＲＦ信号をスタブ共振型昇圧整流回路３３で昇圧ＡＳＫ復調し、この信号を電源として動作するパルス符号化鍵検出回路３４によってリモート起動鍵のチェックを行い、無線タグ３０の固有鍵と一致した場合のみ信号出力して制御回路３５に電源供給する。
一旦、電源供給された制御回路３５は、自らの電源供給を維持するために、電源保持出力をＯＮにして、パルス符号化鍵検出回路３４の出力が無くなっても制御回路３５の動作を継続して、スタブ共振型昇圧整流回路３３からのＡＳＫ復調受信信号を制御回路３５で解析して、必要な応答信号を制御回路３５で合成し無線タグアンテナ３２に供給する。応答信号の返送方法は、前記定期起動型セミパッシブ無線タグと同じである。制御回路は、応答信号の返送を終了した後、自ら電源保持出力をＯＦＦして電源供給を止めるか、タイマ待ち状態を選択する。
パルス符号化鍵検出回路３４は、入力パルス幅と順序を検出する回路であり、無線タグアンテナ３２で受信したＲＦ信号のみで動作させるために定期起動型セミパッシブ無線タグ２０よりも感度が悪く通信距離が短い欠点がある。
尚、パルス符号化鍵検出回路３４とその詳細動作に関しては、後述する。
一方、無線タグリーダ４０は、無線タグ２０，３０からの返送信号をアンテナ（送受共用）４５で受けて方向性結合器（サーキュレータやハイブリッド回路）４６，バンドパスフィルタ４７，低ノイズアンプ４８で受信信号を選択し、ミキサ４９，５０で送信信号とミキシングしてＩ・Ｑ検波信号を得る。
そのＩ・Ｑ検波信号は、９０°移相器５１の位相ずれやミキサ４９，５０の特性によって利得バランスや直交性に誤差が生じてしまう。ＬＰＦ５２，５３を通過して高周波成分を除去したＩ・Ｑ信号は、直交検波補償回路５４によって利得バランスや直交性の補正が行われ、サンプリング周波数発信回路５５から出力された無線タグ応答信号サブキャリア成分周波数ｆｓの４倍のサンプリング周波数を用いてＡＤ変換機５６，５７でＡＤ変換され、ｆｓ複素ＤＦＴ生成回路５８で処理される。
そのＤＦＴ処理されたＲｅ(t)及びＩｍ(t)は、強度位相検出器５９によって強度Ａ(t)＝Ｒｅ２(t)＋Ｉｍ２(t)と、位相Ｐ(t)＝ｔａｍ−１（Ｉｍ(t)／Ｒｅ(t)）とに演算処理される。
強度Ａ(t)の立ち上がりからタグ応答０°の出力区間におけるＰ(t)の平均値をＰoとし、タグ応答ＭＰＳＫデータ区間におけるＰ(t)−ＰoからＭＰＳＫ復調回路６０によってＭＰＳＫ復調データを得る。
この方式では、比較的速い速度で移動する無線タグからの応答信号のＭＰＳＫ復調が可能であるばかりでなく、高周波帯で調整が難しいＩ・Ｑ検波回路の利得バランスや直交性の補正をｆｓ（低い周波数）で行う事ができるために精度の高い位相検出（ＭＰＳＫ復調）が可能になる。
次に、本発明を具現化するための具体的な回路構成や詳細動作について述べる。
図４は本発明の定期起動型セミパッシブ無線タグ回路の一例を示し、２．４５ＧＨｚ帯で５５×２５×４ｍｍ程度のサイズに組み込みが可能であると共に、ＡＲＩＢ ＳＴＤ−Ｔ８１規格動作の無線タグリーダで９０ｍ以上離れてのリード・ライトを可能とし、１秒当たり３回の無線タグリーダ応答チェック動作をさせた場合であっても、内臓電池２１として小型ボタン電池ＣＲ１２２０（３Ｖ，３５ｍＡｈ）を用いて連続約２年間の動作寿命を実現することができる。
図４に示した定期起動型セミパッシブ無線タグ回路では、アンテナ２２は受信及び応答共用のバラクタダイオードＤ１，Ｄ２を装荷した２分割マイクロストリップアンテナであり、動作利得は約４．５ｄＢｉである。アンテナ２２の一方の端子と地板間で受信した無線タグリーダ４０からの２．４５ＧＨｚ帯ＲＦ電力は、スタブ（λｇ／４ｓｈｏｒｔ ｓｔｕｂ）２７と微小容量コンデンサＣ１とを用いたスタブ共振型昇圧回路２３で昇圧する。
この定期起動型セミパッシブ無線タグ回路は、高いＱ値を示すスタブ２７のインダクティブ・インピーダンスと微小容量によるキャパシティブ・インピーダンスとを共振させるタンク回路であり、５０Ω給電２．４５ＧＨｚ帯で１０倍程度の昇圧比を得ることができる。また、この定期起動型セミパッシブ無線タグ回路の負荷インピーダンスは、コンデンサＣ２とショットキーバリアダイオードＤ３の直列回路となり、容量性の負荷インピーダンスとなるが、スタブ２７の共振周波数を僅かに低下させる程度の効果であり、定期起動型セミパッシブ無線タグ回路の昇圧比に殆ど影響しないという利点がある。
制御回路２４には、常時は内蔵電池２１から電源供給されているが、内臓電池２１の消耗を少なくするために、平均約３３０ｍｓスリープさせた後に約３００μＳだけ制御回路２４のＰｏｕｔから抵抗Ｒ９を介してＡＳＫ復調回路２６に電源供給して、無線タグリーダ４０からの応答要求信号Ｄｉｎをチェックする動作を繰り返すようになっている。制御回路２４及びＡＳＫ復調回路２６の動作時における消費電流は、それぞれ３３０μＡと５８０μＡであり、タイマ待ちスリープ時の制御回路２４の消費電流は約１μＡと極めて小さい。上述した繰り返し動作における内蔵電池２１からの平均供給電流は約２μＡであり、３５ｍＡｈの容量から計算すると約２年間連続が可能である。また、内蔵電池２１にもう少し大きいコイン型電池（例えば、ＣＲ２３２０（φ２３．０×２ｍｍ））を用いた場合には電池容量が１３０ｍＡｈであることから、計算上の寿命は約７年間となる。
図４の定期起動型セミパッシブ無線タグ回路図において、ＡＳＫ復調回路２６の動作を説明する。抵抗Ｒ９は、制御回路２４のＰｏｕｔからの電源供給電流を制限する目的で挿入されており、コンデンサＣ４はＡＳＫ復調回路２６の電源電圧を安定させる目的で挿入されている。コンデンサＣ２を介して受信昇圧ＲＦ信号が供給されるショットキーバリアダイオードＤ３及び同じ特性を有するショットキーバリアダイオードＤ４には、それぞれ抵抗Ｒ３，Ｒ４を介して順方向バイアス電流が印加されるが、Ｒ３＜Ｒ４としている為にコンデンサＣ２を介して受信昇圧ＲＦ信号の供給が無い場合には、ショットキーバリアダイオードＤ３のアノード端子電圧をＶＤ３、ショットキーバリアダイオードＤ４のアノード端子電圧をＶＤ４としたときＶＤ３＞ＶＤ４となり、コンパレータＶ１の出力はＨｉｇｈレベルとなる。
尚、抵抗Ｒ８はコンパレータ出力（オープンコレクタ）をプルアップする目的で挿入しており、抵抗Ｒ５はショットキーバリアダイオードＤ３に供給されるＲＦ信号とコンパレータＵ１入力端子の高周波結合を弱める目的で挿入しており、抵抗Ｒ６はコンパレータＵ１のもう一方の入力端子が同じ条件で動作するように挿入している。
ショットキーバリアダイオードＤ３，Ｄ４のカソード端子に接続されている抵抗Ｒ７及びコンデンサＣ３は、ＶＤ３，ＶＤ４共通のオフセット電圧を得るために挿入されているが、これは、コンパレータＵ１の入力電圧許容範囲がコンパレータＵ１の電源電圧の１／２付近に限定される為である。ここで、コンデンサＣ２を介して受信昇圧ＲＦ信号がショットキーバリアダイオードＤ３に供給された場合、ＶＤ３＜ＶＤ４となり、コンパレータＵ１の出力レベルはＬｏｗとなる。また、コンパレータＵ１の出力端子は制御回路２４のＤｉｎに接続されており、無線タグリーダ４０からの送信信号は、ＡＳＫ復調回路２６でＡＳＫ復調されて負論理（信号なしでＨｉｇｈレベル、信号ありでＬｏｗレベル）で制御回路２４によって受信解析される。
図５は、図４の無線タグ２０と無線タグリーダ４０との間で伝送可能なビットレートを無線タグ２０と無線タグリーダ４０との離間距離をパラメータとして評価した結果である。
この図を見て分かるように、無線タグリーダ４０側から９０ｍ範囲程度にある全ての無線タグ２０を対象に無線タグ２０の検出を行う場合、無線タグリーダ４０側からは、無線タグ２０側で受信可能な伝送レートの最も低い値（５０ｋｂｐｓ）未満のビットレートで無線タグ２０のＩＤ検索コマンドを送信しなければならない。
このコマンドを受信した全ての無線タグ２０（３０）では、自らがＩＤ検索の対象外（ＩＤ検索は無線タグＩＤビット列の上位バイト部分から下位バイト部分に分けて複数回のコマンド送信と応答受信によって行う）であった場合には、一定時間（例えば数秒間）スリープして受信データのチェックを行わない。
また、自らがＩＤ検索の対象である場合には、無線タグリーダ４０側で受信可能な応答伝送レートの最も低い値（１２．５ｋｂｐｓ）のビットレートの無変調サブキャリアｆｓを未指定最上位バイトの自らのＩＤコードに対応したタイムスロットに応答出力する。
例えば、検索コマンドが最上位バイト８の指定であった場合、ＩＤコード８６ＸＸは６番目のタイムスロットに応答出力し、ＩＤコード８３ＸＸは３番目のタイムスロットに応答出力する。次に検索指定が８６に進んだ場合、ＩＤコード８６７Ｘは７番目のタイムスロットにＩＤコード８６９Ｘは９番目のタイムスロットにそれぞれ応答出力する。
無線タグリーダ４０側では、ｆｓ＝２５ｋＨｚでＤＦＴ検波を行い、無線タグ２０の有無と下位バイトの推定を行う。ただし、ＩＤ検索の途中では、同一の指定済みバイトＩＤコードでの衝突が考える為に、順次下位バイト指定検索コマンドの送信と無線タグ応答チェックを行って最終的には１個の無線タグ２０からの応答のみを得てＩＤ検出を完了した後に無線タグ２０の応答用ＤＦＴ検波レベルから無線タグ２０側で受信可能な伝送レート及び無線タグリーダ４０側で受信可能な伝送レートを決定し、無線タグ２０側にこれらの条件を送信し、これ以降は、指定した伝送レートで無線タグ２０・無線タグリーダ４０間の通信を行い、無線タグ２０からのデータ読み出しや無線タグ２０へのデータ書き込みを行う。無線タグか２０から無線タグリーダ４０へのデータ伝送では、前述したように一定期間の出力ＯＦＦ状態と基準位相０°出力期間を含むサブキャリア周波数ｆｓのＭＰＳＫ変調波を用いたパケット通信を行う。また、サブキャリア周波数ｆｓのＭＰＳＫ変調は、周波数ｆｓに対応した方形波信号を発生する複数位相のサブルーチンプログラムを制御回路２４内に用意してデータビット列に対応した位相のｆｓ方形波発生サブルーチンを順次実行し、制御回路２４のＤｏｕｔから出力させるようにする。
ここで示した無線タグＩＤの検索方法はＩＤコードの上位バイトから始めて、バイト単位で順次下位バイトを決定するものであったが、逆順であっても良いし、バイト単位での検索でなく任意のｂｉｔ数単位での検索であっても良い。また、すでに指定すべき無線タグ２０のＩＤコードが分っている場合には、検索コマンド送出時に一括全ビット指定を行っても良い。
尚、図４の抵抗Ｒ１はバラクタダイオードＤ１，Ｄ２のアノード端子をサブキャリア信号ｆｓに対して接地電位を与え、抵抗Ｒ２はバラクタダイオードＤ１，Ｄ２のカソード端子に対してサブキャリア信号ｆｓによる逆バイアス電圧を与えることでアンテナの共振周波数が変化し、無線タグリーダからの送信波に対する反射応答波を与えている。
また、コンデンサＣ５は内蔵電池２１の出力抵抗が比較的大きいために、負荷電流の変化による制御回路２４電源電圧の変化を抑制する目的で挿入している。
図６は本発明のリモート起動型セミパッシブ無線タグ回路の一例であり、２．４５ＧＨｚ帯で５５×２５×４ｍｍ程度のサイズに組み込みが可能であり、ＡＲＩＢ ＳＴＤ−Ｔ８１規格動作の無線タグリーダ４０で５ｍ離れてリモート起動し、無線タグ３０内情報のリード・ライトが可能である。
この無線タグ３０の特徴は、リモート起動しない限り内蔵電池３１の消費電流は０．１μＡ以下であり内臓電池３１の自然放電と略同等である。また、リモート起動コマンドによって特定の無線タグ３０のみを選択起動して通信が始められるためにリアルタイムでの読み取り及び書き込みアプリケーションに適している。
受信ＡＳＫ復調回路はパッシブ動作であるために殆ど内蔵電池の消耗はなく、応答動作中及びコマンドの解析や情報の書き込み動作中のみ制御回路３５で３３０μＡの電流消費がある。
図６の回路では、アンテナ３２は受信及び応答共用のバラクタダイオードＤ１１，Ｄ１２を装荷した２分割マイクロストリップアンテナであり、動作利得は約４．５ｄＢｉである。アンテナ３２の一方の端子と地板間で受信した無線タグリーダからの２．４５ＧＨｚ帯ＲＦ電力はスタブ（λｇ／４ ｓｈｏｒｔ ｓｔｕｂ）３６と微小容量コンデンサＣ１１を用いたタンク回路によって昇圧されてショットキーバリアダイオードＤ１３で整流されてコンデンサＣ１２を充電する。
コンデンサＣ１２の電荷はショットキーバリアダイオードＤ１４を介してコンデンサＣ１３を充電し、論理ゲート回路Ｕ１３，Ｕ１４，Ｕ１５及びＰｕｌｓｅ ｇａｔｅ ｃｉｒｃｕｉｔ（パルス符号化鍵検出回路３４）に電源供給する。
抵抗Ｒ１６はショットキーバリアダイオードＤ１４の逆方向リーク電流による電圧上昇を抑制する目的で挿入されており、論理ゲート回路Ｕ１３の出力にはショットキーバリアダイオードＤ１３で検波された無線タグリーダからの受信信号のＡＳＫ復調信号を得ることができる。
論理ゲート回路Ｕ１３の出力は、パルス符号化鍵検出回路３４に入力されて特定鍵コードの有無が判定出力される。この判定出力信号は、論理ゲート回路Ｕ１４，抵抗Ｒ１４によってレベル変換されて論理ゲート回路Ｕ１１に入力される。ここで論理ゲート回路Ｕ１４，Ｕ１５はオープンドレイン出力の反転論理回路である。論理ゲート回路Ｕ１１の電源は内臓電池３１から得ており、パルス符号化鍵検出回路から鍵有の判定出力が得られた場合、論理ゲート回路Ｕ１１の出力はＨｉｇｈレベルとなって制御回路３５に電源供給する。制御回路３５では、一旦電源が入ると鍵有の判定出力が無くなっても自ら電源を維持するためにＰｏｎ出力をＨｉｇｈにする。抵抗Ｒ１５は、制御回路３５に電源供給されていない状態でＰｏｎ出力をＬｏｗレベルに確定させる目的で挿入されている。また、論理ゲート回路Ｕ１３の出力である受信ＡＳＫ復調信号は、論理ゲート回路Ｕ１５，抵抗Ｒ１３によってレベル変換され制御回路３５のＤｉｎに接続されて制御回路３５によって受信解析される。この無線タグでは、リモート起動の為に比較的大きな受信電力（−１５ｄＢｍ以上）が必要であり、無線タグ・無線タグリーダ間の距離が数ｍ以内に制限されてしまう反面、無線タグ・無線タグリーダ間でのデータ伝送レートを速く設定することができる。
一旦起動した無線タグでは、前記の定期起動型セミパッシブ無線タグと同様に無線タグＩＤの検索や無線タグリーダからのコマンドに対する応答動作を行い、終了後、自らＰｏｎ出力をＬｏｗレベルにして電源供給を止める。
尚、図６の抵抗Ｒ１１は、バラクタダイオードＤ１１，Ｄ１２のアノード端子をサブキャリア信号ｆｓに対して接地電位を与え、抵抗Ｒ１２はバラクタダイオードＤ１１，Ｄ１２のカソード端子に対してサブキャリア信号ｆｓによる逆バイアス電圧を与えることでアンテナの共振周波数が変化し、無線タグリーダからの送信波に対する反射応答波を与えている。また、コンデンサＣ１５は内臓電池３１の出力抵抗が比較的大きいために、負荷電流の変化による論理ゲート回路Ｕ１１電源電圧の変化を抑制する目的で挿入している。また、ショットキーバリアダイオードＤ１５とコンデンサＣ１４とは、パルス符号化鍵検出回路３４の判定出力が２μｓ幅程度のパルス出力となるために、制御回路３５起動後Ｐｏｎ出力までの消費電力をコンデンサＣ１４に蓄積して供給するようにしている。
また、無線タグ３０と無線タグリーダ４０とが近づき過ぎた場合、論理ゲート回路Ｕ１３〜Ｕ１５及びパルス符号化鍵検出回路３４に供給される電源電圧が過大になる可能性がある。
そこで、ショットキーバリアダイオードＤ１３のカソード端子とショットキーバリアダイオードＤ１４のアノード端子間に抵抗Ｒ１７を挿入し、かつショットキーバリアダイオードＤ１４のアノード端子とＧＮＤ間にツェナーダイオードＤ１６を挿入して過電圧保護を行っている。
次に、図６を参照してパルス符号化鍵検出回路３４の具体的な回路構成例と動作について述べる。図７及び図８は、それぞれ１パルス鍵検出回路及び２パルス鍵検出回路の例である。
図７の回路では、負論理ＡＳＫ変調パルス受信ＲＦ信号に対して、パルス幅ＰＷが１２０μｓ＜ＰＷ＜４００μｓの条件でのみ出力信号を得る回路である。入力に接続されたショットキーバリアダイオードＤ２１，Ｄ２２はＩｎｐｕｔ端子がＬｏｗレベルのとき、抵抗Ｒ２１，Ｒ２２を介してコンデンサＣ２１，Ｃ２２を放電させる目的で入っており、それぞれｔ２，ｔ４の時定数を実現する。また、Ｉｎｐｕｔ端子がＨｉｇｈレベルでは、抵抗Ｒ２３，Ｒ２４を介してコンデンサＣ２１，Ｃ２２が、それぞれ、ｔ１，ｔ３の時定数で充電される。ここで、回路中のＡ，Ｂ，Ｃ点におけるパルス入力応答をＰＷ＞ｔ３，ｔ１＜ＰＷ＜ｔ３，ＰＷ＜ｔ１の３通りについて見ると、図７に示す通り、ｔ１＜ＰＷ＜ｔ３の場合のみ出力パルス信号を得ることによってパルス幅ＰＷに対する鍵の検出が可能であることが分かる。
尚、図７では、少なくとも２組の充放電時定数回路としてのコンデンサＣ２１，Ｃ２２と、それぞれに接続する２組のコンパレータＵ２２，Ｕ２３及び入力信号とこれら２組のコンパレータＵ２２，Ｕ２３からの出力の論理積を得るＵ２４によって、入力パルス幅が一定範囲内であるか否かを判定する。尚、コンパレータＵ２２，Ｕ２３として論理ＮＯＴ回路を利用した。
図８は、図７の回路に対して、ショットキーバリアダイオードＤ２１，Ｄ２２をショットキーバリアダイオードＤ３１，Ｄ３２及びショットキーバリアダイオードＤ４１，Ｄ４２に対応させ、抵抗Ｒ２１〜Ｒ２４を、それぞれ、抵抗Ｒ３１〜Ｒ３４及び抵抗Ｒ４１〜Ｒ４４に対応させ、コンデンサＣ２１，Ｃ２２をコンデンサＣ３１，Ｃ３２及びコンデンサＣ４１，Ｃ４２に対応させ、論理ゲート回路Ｕ２１を論理ゲート回路Ｕ３１に、論理ゲート回路Ｕ２２〜Ｕ２４を、それぞれ、論理ゲート回路Ｕ３２〜Ｕ３４及び論理ゲート回路Ｕ４２〜Ｕ４４に対応させた同じ接続回路である。ただし、抵抗Ｒ４３と抵抗Ｒ４４は、抵抗Ｒ２３，Ｒ２４よりも小さな抵抗値として、コンデンサＣ４１，Ｃ４２の充電時定数をコンデンサＣ２１，Ｃ２２の場合の１／４とした。
従って、論理ゲート回路Ｕ３４の出力は入力パルス幅ＰＷ１として１２０μｓ＜ＰＷ１＜４００μｓのときだけ出力を得、論理ゲート回路Ｕ４４の出力は入力パルス幅ＰＷ２として、３０μｓ＜ＰＷ２＜１００μｓのときだけ出力を得る。論理ゲート回路Ｕ３４の出力は、ショットキーバリアダイオードＤ３３を介してコンデンサＣ３３を充電するようにしており、一旦論理ゲート回路Ｕ３４から正論理パルスが出力されると、τ＝Ｃ３３・Ｒ３５・α１の時間だけＨｉｇｈレベルを保持する。このレベルは論理ゲート回路Ｕ４５によって論理ゲート回路Ｕ４４のＰＷ２検出出力と論理積を取っているので、ＰＷ１検出後、τ時間内にＰＷ２を検出した場合のみ鍵検出判定出力を得る。
図９，図１０は、図３に示した本発明の無線タグリーダにおける直交検波補償回路とｆｓ無線タグ応答受信サブキャリア信号の複素ＤＦＴ処理回路の例である。
図９の例では、Ｉ・Ｑ検波信号を周波数ｆｓにおいてアナログ的に直交検波補償し、ＡＤＣにて４ｆｓサンプリング・クロックでデジタル化した信号をシフトレジスタＤに取り込みながら、加減算処理によってｆｓ信号１周期分づつの複素スライディングＤＦＴ積分結果（Ｒｅ（ｔ）＋ｊＩｍ（ｔ））を得ている。図９の回路では、入力信号Ｉ（ｔ）は固定して、Ｑ（ｔ）信号のみスケーリングk及び回転θを与えている。
式１はＱ（ｔ）信号のスケーリング及び回転を表しており、Ｒｄ＝Ｒｂ／（k・cosθ）とし、△＝（１−sinθ）／２とすれば良い。
Figure 0004823943
式２は、直交補償後の（Ｉ'(t)＋ｊＱ'(t)）に対するｆｓ信号１周期分のフーリエ積分処理によって得られるＤＦＴ出力（Ｒｅ(t)＋ｊＩｍ(t)）を表す。
Figure 0004823943
この出力信号は、精密な直交検波信号であるために無線タグ応答のＭＰＳＫ（Ｍ−ａｒｙ ｐｈａｓｅ ｓｈｉｆｔ ｋｅｙｉｎｇ）信号の位相を正確に復調しデータ化することができる。
図１０の例では、Ｉ・Ｑ検波信号をＡＤＣにて４ｆｓサンプリング・クロックでデジタル化した信号を取り込みながら加減算処理によってＩ(t)信号とＱ(t)信号をそれぞれｆｓ信号Ｍ周期分づつ複素ＤＦＴ積分して（Ｒｅ｛ＦＩ（ｆｓ）｝＋ｊＩｍ｛ＦＩ（ｆｓ）｝）と（Ｒｅ｛ＦＱ（ｆｓ）｝＋ｊＩｍ｛ＦＱ（ｆｓ）｝）を得ている。但し、この出力は直交検波誤差を含んだ値で精密ではない。図１０の点線で囲んだ回路は、直交検波誤差をデジタル的に補償する回路であり、式３に示すようにＩ(t)を固定し、Ｑ(t)のフーリエ変換のスケーリングk及び回転θを与えることができる。
この回路では、k倍回路６１，６２及び演算回路６３〜６６による乗算演算が多いため高速化が難しいが、ｆｓ信号Ｍ周期に１回づつの演算処理となるために比較的周波数の高いｆｓにも対応可能である。尚、図中の記号−１は符号反転演算回路を示す。
Figure 0004823943
式４は、直交検波信号（Ｉ(t)＋ｊＱ(t)）のフーリエ変換が、Ｉ(t)信号及びＱ(t)信号それぞれのフーリエ変換結果の合成で求められることを示している。図１０の回路では、Ｒｅ｛ＦＱ（ｆｓ）｝及びＩｍ｛ＦＱ（ｆｓ）｝の代わりに直交検波補償を行ったＲｅ'｛ＦＱ（ｆｓ）｝及びＩｍ'｛ＦＱ（ｆｓ）｝を用いて、Ｆ（ｆｓ）＝Ｒｅ｛ＦＩ（ｆｓ）｝−Ｉｍ’｛ＦＱ（ｆｓ）｝＋ｊ（Ｉｍ｛ＦＩ（ｆｓ）｝＋Ｒｅ'｛ＦＱ（ｆｓ）｝）から、精密な複素ＤＦＴ出力（Ｒｅ｛Ｆ（ｆｓ）｝＋ｊＩｍ｛Ｆ（ｆｓ）｝）を得ている。
Figure 0004823943
この出力信号は、精密な直交検波信号であるとともに、ｆｓ信号一定で伝送ビットレートの遅い信号の復調に有利である。すなわち、ｆｓ信号の積分周期Ｍを大きくすることによってＳ／Ｎ比を大きくすることができるために受信感度の改善が可能である。
（その他の形態）
図１１はリモート起動型パッシブ無線タグの他の形態を示し、アンテナ７１からの受信信号をスタブ共振型昇圧回路７２で共振昇圧したうえで整流回路７３で整流することでパルス符号化鍵検出回路７４を駆動するものである。
コッククロフト・ウォルトン昇圧整流回路７５（具体的には、図１（Ｂ）など）は出力インピーダンスが高く、ゆっくりと電力蓄積コンデンサＣ５１にエネルギーを蓄積することができる。
また、アンテナ７１からの受信信号にパルス符号化鍵が含まれる場合のみパルス符号化鍵検出回路７４の出力がＨｉｇｈレベルとなり制御回路７６に電力蓄積コンデンサＣ５１に蓄えられた電力が供給される。
すなわち、パルス符号化鍵検出回路７４でパルス符号化鍵検出を行うことによって制御回路７６の無駄な起動を抑制することによってパッシブ無線タグ内の電力蓄積を効率化することができる。
図１２は、リモート起動型アクティブ無線タグの他の形態を示し、待ち受け状態では、内蔵電池８１からはＡＳＫ復調回路８２とパルス符号化鍵検出回路８３にのみ電源供給され、高い感度でパルス符号化鍵検出をすることができるようになっている。
また、Ｒｘアンテナ８４で受信した受信信号にパルス符号化鍵が含まれる場合のみ、パルス符号化鍵検出回路８３の出力がＨｉｇｈレベルとなり制御回路８６に内蔵電池８１の電力を供給し、受信データの解析及びＶｐをＨｉｇｈレベル出力して発振器８７、変調器８８、アンプ８９を経てＴｘアンテナ９０からデータの送信を行うことができる。
すなわち、高感度のアクティブ無線タグでありながら、リアルタイム応答が可能であると共に、待ち受け時の内蔵電池８１の消費電力を比較的少なくし得て、長寿命化に貢献することができる。
図１３は、カウンタを用いたパルス符号化鍵検出回路を示し、パルス幅ＰＷ０検出回路９１で検出されるＰＷ０とＰＷ０との間にパルス幅ＰＷ１検出回路９２で検出されるＮ回のＰＷ１が含まれている場合にのみ検出判定を出力するものである。尚、抵抗Ｒ６１とコンデンサＣ６１とはパルス遅延回路を構成する。
また、図７、図８及び図１３に示したパルス符号化鍵検出回路は図６に示したように外部からの入力信号電力数μＷのみで他の電源を用いることなく外部供給電力パターンを判定することができるために、例えば電波のみでなく音波や光を用いたリモコンの受信機として利用することができる。
従来のバッテリー駆動電子無線タグを示し、（Ａ）は無線タグの回路図、（Ｂ）は検波回路の回路図である。 従来の無線タグにおける応答信号の復調回路図である。 本発明の無線タグシステムの一実施形態を示すシステム回路図である。 本発明の無線タグシステムの一実施形態を示し、定期起動型セミパッシブ無線タグの具体例を示す回路図である。 本発明の無線タグシステムの一実施形態を示し、定期起動型セミパッシブ無線タグのリード・ライト動作におけるシステム性能の実験評価結果である。 本発明の無線タグシステムの一実施形態を示し、リモート起動型セミパッシブ無線タグの具体例を示す回路図である。 本発明の無線タグシステムの一実施形態を示し、リモート起動型セミパッシブ無線タグで使用するパルス符号化鍵検出部の具体的な動作例１の回路図である。 本発明の無線タグシステムの一実施形態を示し、リモート起動型セミパッシブ無線タグで使用するパルス符号化鍵検出部の具体的な動作例２の回路図である。 本発明の無線タグシステムの一実施形態を示し、図３に示した無線タグリーダにおける直交検波補償回路と無線タグ応答受信サブキャリアｆｓ信号の複素ＤＦＴ処理回路の一例の回路図である。 本発明の無線タグシステムの一実施形態を示し、図３に示した無線タグリーダにおける直交検波補償回路と無線タグ応答受信サブキャリアｆｓ信号の複素ＤＦＴ処理回路の他例の回路図である。 本発明の無線タグシステムの一実施形態を示し、リモート起動型パッシブ無線タグの他の形態の回路図である。 本発明の無線タグシステムの一実施形態を示し、リモート起動型アクティブ無線タグの他の形態の回路図である。 本発明の無線タグシステムの一実施形態を示し、カウンタを用いたパルス符号化鍵検出回路の回路図である。
符号の説明
１ 入力（Ｐｉｎ）
２ 送信変調回路
２ａ 送信スイッチ
３ 通常受信切替スイッチ
４ ウェイクアップ用検波回路
４ａ 整合回路
４ｂ ＤＣ検波回路
５ ウェイクアップ側Ａ／Ｄ変換機
６ ＡＳＫ変調波受信回路
６ａ 整合回路
６ｂ 受信検波回路
６ｃ リミッタ
６ｄ オペアンプ
７ ＡＳＫ変調波受信回路側Ａ／Ｄ変換機
８ デジタル信号処理回路
２０ 定期起動型セミパッシブ無線タグ
２１ 小型ボタン電池等の内蔵電池
２２ 無線タグアンテナ
２３ スタブ共振型昇圧回路
２４ 制御回路
２５ 内蔵タイマ
２６ ＡＳＫ復調回路
２７ スタブ
３０ リモート起動型セミパッシブ無線タグ
３１ 小型ボタン電池等の内蔵電池
３２ 無線タグアンテナ
３３ スタブ共振型昇圧整流回路
３４ パルス符号化鍵検出回路
３５ 制御回路
３６ スタブ
４０ 無線タグリーダ
４１ 発振器
４２ パルス変調器
４３ バンドパスフィルタ
４４ パワーアンプ
４５ アンテナ（送受共用）
４６ 方向性結合器（サーキュレータやハイブリッド回路）
４７ バンドパスフィルタ
４８ 低ノイズアンプ
４９ ミキサ
５０ ミキサ
５１ ９０°移相器
５２ ＬＰＦ
５３ ＬＰＦ
５４ 直交検波補償回路
５５ サンプリング周波数発信回路（４倍サンプリングＤＦＴ処理用クロック回路）
５６ ＡＤ変換機
５７ ＡＤ変換機
５８ ｆｓ複素ＤＦＴ処理回路
５９ 強度位相検出器
６０ ＭＰＳＫ復調回路
６１，６２ ｋ倍回路
６３〜６６ 乗算回路
７１ アンテナ
７２ スタブ共振型昇圧回路
７３ 整流回路
７４ パルス符号化鍵検出回路
７５ コッククロフト・ウォルトン昇圧整流回路
７６ 制御回路
８１ 内蔵電池
８２ ＡＳＫ復調回路
８３ パルス符号化鍵検出回路
８４ Ｒｘアンテナ
８５ スタブ共振型昇圧回路
８６ 制御回路
８７ 発振器
８８ 変調器
８９ アンプ
９０ Ｔｘアンテナ

Claims (9)

  1. 無線タグリーダと無線タグとの間で無線通信を行う際に使用される無線タグであって、前記無線タグは前記無線タグリーダからの問いかけを検出するためのスタブ共振型昇圧回路と検波回路とを備え、これを用いて受信信号のＡＳＫ復調を行うと共に、受信復調されたパルス信号のパルス幅が一定範囲内であるか否かを判定するパルス符号化鍵検出回路を備えることによって低消費電力かつ周波数選択型高感度で受信誤りの極めて少ない受信待ち受け機能を具備することを特徴とする無線タグ。
  2. 無線タグリーダと無線タグとの間で無線通信を行う際に使用される無線タグリーダであって、前記無線タグは前記無線タグリーダからの質問キャリア周波数foに対して±fsだけ周波数オフセットしたサブキャリア信号に返送情報を乗せるものとし、前記無線タグリーダは前記無線タグからの応答受信信号を質問キャリア周波数foで直交検波し、かつサンプリング周波数４fsを得るための発振回路を備え、前記直交検波された受信信号を４fsでサンプリングし、加減算による複素DFT処理を行い＋fs成分又は−fs成分を復調することによって目的の無線タグ以外からの反射波等の影響を受けることなく高い精度で無線タグからの返送情報であるサブキャリアの位相及び振幅を検出することを特徴とし、かつ複素サブキャリア信号のDFT処理を行うために容易に前記foでの直交検波誤差の補償手段を具備することを特徴とする無線タグリーダ。
  3. 無線タグで使用されるパルス符号化鍵検出回路であって、
    入力パルス信号の幅ＰＷが一定範囲内であるか否かを判断するために入力パルス信号で動作する少なくとも２組の充放電時定数回路を備え、その２組の充放電時定数回路はそれぞれコンデンサ、抵抗及びダイオードで構成され、充電時定数をt１及びt３とし、放電時定数をt２及びt４として、t３＞t１＞t４＞t２の関係になるようにするものとし、それぞれの充放電時定数回路の出力を、一定閾値電圧を有するコンパレータの入力へそれぞれ接続して、それぞれの充放電時定数回路のパルス幅ＰＷのパルス信号応答がt１＜ＰＷ＜t３の場合にのみパルス幅t２の出力パルス信号を得るように各コンパレータ出力と入力パルス信号の論理積を取ることによって外部からの入力パルス幅が一定範囲内であるか否かを判定する手段を少なくとも１以上具備し、これらの判定出力によって入力パルス列に鍵符号を含むか判断することを特徴とするパルス符号化鍵検出回路。
  4. 無線タグリーダと無線タグとの間で無線通信を行う無線タグシステムであって、前記無線タグは前記無線タグリーダからの問いかけを検出するためのスタブ共振型昇圧回路と検波回路とを備え、これを用いて受信信号のＡＳＫ復調を行うと共に、受信復調されたパルス信号のパルス幅が一定範囲内であるか否かを判定するパルス符号化鍵検出回路を備えることによって低消費電力かつ周波数選択型高感度で受信誤りの極めて少ない受信待ち受け機能を具備すると共に、
    前記無線タグは前記無線タグリーダからの質問キャリア周波数foに対して±fsだけ周波数オフセットしたサブキャリア信号に返送情報を乗せるものとし、前記無線タグリーダは前記無線タグからの応答受信信号を質問キャリア周波数foで直交検波し、かつサンプリング周波数４fsを得るための発振回路を備え、前記直交検波された受信信号を４fsでサンプリングし、加減算による複素DFT処理を行い＋fs成分又は−fs成分を復調することによって目的の無線タグ以外からの反射波等の影響を受けることなく高い精度で無線タグからの返送情報であるサブキャリアの位相及び振幅を検出することを特徴とし、かつ複素サブキャリア信号のDFT処理を行うために容易に前記foでの直交検波誤差の補償手段を具備することを特徴とする無線タグシステム。
  5. 前記無線タグからの応答受信信号を前記無線タグリーダからの質問キャリア信号で直交検波したI(t)信号及びQ(t) 信号は±fsのサブキャリア位相変調返送情報を含むものとし、前記無線タグから返送されたサブキャリア信号の位相を正確に復調するためにI(t) 信号及びQ(t) 信号を周波数４fsでサンプリングして複素DFT処理を行うと共に、
    前記無線タグリーダの前記直交検波誤差の補償手段において、I(t)信号又はQ(t)信号の何れか一方に対してスケーリング操作をもう一方に対して検波軸の回転操作を行うか、またはI(t)信号又はQ(t)信号の何れか一方に対してのみスケーリング操作と検波軸の回転操作を行うことによって、高い位相分割数を用いるＭＰＳＫ方式の利用を可能にしたことを特徴とする請求項４に記載の無線タグシステム。
  6. 前記無線タグは前記無線タグリーダからの質問キャリア周波数foに対して±fsだけ周波数オフセットしたサブキャリア信号の位相に返送情報を乗せるものとし、前記無線タグから前記無線タグリーダへのＭＰＳＫ変調応答を、サブキャリア信号の停止区間と０°基準位相区間とを有する短時間のパケット応答を繰り返すことによって、速い速度で移動する無線タグに対しても応答ＭＰＳＫ変調信号を誤りなく復調することを可能にしたことを特徴とする請求項４又は５に記載の無線タグシステム。
  7. 前記無線タグから前記無線タグリーダへのＭＰＳＫ変調応答信号波形の発生で、応答データビット列に対して位相分割多重化bit数（例えば、４値ＰＳＫでは２bit、８値ＰＳＫでは３bit）分だけ順次取り出してその符号に対応した位相の矩形波（例えば、00=0°、01=90°、10=180°、11=270°）を数サイクル分だけ出力する制御回路のサブルーチンを呼び出し実行し、これを全データビット列分繰り返し利用することによって、通信環境に応じて呼び出す前記サブルーチンを切り替え選択することで容易に応答信号のサブキャリア周波数fs及びＭＰＳＫの位相分割数とfs単位サイクル数による応答伝送ビットレートの変更を可能にしたことを特徴とする請求項４乃至６の何れか１項に記載の無線タグシステム。
  8. 前記無線タグリーダは、その受信状況に応じて前記無線タグに対する応答信号のサブキャリア周波数fs及び多値位相変調（ＭＰＳＫ）の位相分割数とfs単位サイクル数による応答伝送ビットレートの指定コマンドを送信し、
    前記無線タグは、指定されたサブキャリア周波数fs及びＭＰＳＫの位相分割数とfs単位サイクル数によってその応答ビットレートを選択することによって、
    前記無線タグリーダでは前記無線タグからの応答信号の復調のためのサンプリング周波数４fsの切り替えやＤＦＴ積分サイクル数の切り替えのみで対応し、周辺反射物の影響や他の通信システム等による干渉雑音の影響を選択的に回避し安定な通信を獲得するようにしたことを特徴とする請求項４乃至７の何れか１項に記載の無線タグシステム。
  9. 前記無線タグリーダからのコマンド・ＩＤ指定及び書き込みデータの受信復調を行う前記スタブ共振型昇圧回路および前記検波回路は、アンテナから取り出した受信ＲＦ信号を１pF未満の微小容量とスタブを用いて共振昇圧してから僅かに順バイアスされたダイオード１に加えて検波するものとし、これと同じ特性のダイオードでＲＦ信号を加えないで僅かに順バイアスされただけのダイオード２とを具備するものとし、これら２つのダイオードに生じる電圧の差によってアンテナ受信ＲＦ信号の有無を高感度で検出してＡＳＫ復調するためのレベル比較器を有する受信回路を備え、前記無線タグでは低消費電力かつ周波数選択型高感度で前記無線タグリーダからのコマンド・ＩＤ指定及び書き込みデータを受信復調することを可能にしたことを特徴とする請求項４乃至８の何れか１項に記載の無線タグシステム。
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