JP5701464B1 - 非接触通信装置 - Google Patents
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Abstract
従来のＩＣチップをそのまま使用しつつ、ＩＣチップへの電力伝送を不要とし、通信距離も長くすることができる非接触通信装置を提供する。ＩＣチップに接続可能な非接触通信装置であって、アンテナ部と、前記アンテナ部で受信した信号から第１検波信号を取り出す第１検波部と、前記第１検波部で取り出した第１検波信号を用いてクロック信号を振幅変調し、この振幅変調された信号を前記ＩＣチップに入力する振幅変調部と、前記ＩＣチップの出力信号から第２検波信号を取り出す第２検波部と、前記第２検波部で取り出した第２検波信号を用いて前記アンテナ部から取り出した搬送波を負荷変調し前記アンテナ部に入力する負荷変調部と、電源部と、を備える。
Description
本発明は、非接触ＩＣカードなどの非接触通信装置に関する。
駅の改札機やスーパーのレジなどで利用される非接触通信装置は、負荷変調方式によりデータを送受信する（非特許文献１）。
苅部浩著、「トコトンやさしい 非接触ＩＣカードの本」、初版３刷、日刊工業新聞社、２００５年１１月２０日
従来の非接触通信装置では、信号の送受信のみならず、ＩＣチップへの電力伝送が必要であったために、大きな負荷変調を掛けることができず、結果的に、通信距離も短くせざるを得なかった。
そこで、本発明は、従来のＩＣチップをそのまま使用しつつ、ＩＣチップへの電力伝送を不要とし、通信距離も長くすることができる非接触通信装置を提供することを目的とする。
本発明によれば、上記課題は、次の手段により解決される。
本発明は、ＩＣチップに接続可能な非接触通信装置であって、アンテナ部と、前記アンテナ部で受信した信号から第１検波信号を取り出す第１検波部と、前記第１検波部で取り出した第１検波信号を用いてクロック信号を振幅変調し、この振幅変調された信号を前記ＩＣチップに入力する振幅変調部と、前記ＩＣチップの出力信号から第２検波信号を取り出す第２検波部と、前記第２検波部で取り出した第２検波信号を用いて前記アンテナ部から取り出した搬送波を負荷変調し前記アンテナ部に入力する負荷変調部と、前記第１検波部、前記振幅変調部、及び前記第２検波部に電力を供給する電源部と、を備え、前記電源部は電池であり、前記第１検波部、前記振幅変調部、及び前記第２検波部は、前記電源部から供給された電力で動作する、ことを特徴とする非接触通信装置である。
以下に、添付した図面を参照しつつ、本発明を実施するための形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る非接触通信装置の概略論理回路図であり、図２は、本発明の一実施形態に係る非接触通信装置における概略タイミングチャートである。
図１に示すように、本発明の一実施形態に係る非接触通信装置１は、ＩＣチップ４０に接続可能な非接触通信装置であり、アンテナ部１０と、第１検波部２０と、振幅変調部３０と、第２検波部５０と、負荷変調部６０と、電源部７０と、を備えている。以下、順に説明する。なお、非接触通信装置１は、読取装置（図示せず）との間で半二重通信を行う。
［アンテナ部１０］
アンテナ部１０は、読取装置（例：駅の改札機やスーパーのレジなどに備え付けられたリーダ）との間で信号を送受信する。アンテナ部１０は、例えば、アンテナコイル１１と同調用のコンデンサ１２とを備え、アンテナコイル１１を横切る磁界を用いて信号を送受信する。
アンテナ部１０は、読取装置（例：駅の改札機やスーパーのレジなどに備え付けられたリーダ）との間で信号を送受信する。アンテナ部１０は、例えば、アンテナコイル１１と同調用のコンデンサ１２とを備え、アンテナコイル１１を横切る磁界を用いて信号を送受信する。
［第１検波部２０］
第１検波部２０は、アンテナ部１０で受信した信号（図２：Ａ）から第１検波信号（図２：Ｂ）を取り出す。第１検波部２０は、例えば、増幅器２１と、検波ダイオード２２と、抵抗２３と、コンデンサ２４、２５と、コンパレータ２６と、を備え、アンテナ部１０で受信した信号が所定の閾値よりも高いか低いかで「１」または「０」を出力する。この出力信号が第１検波信号となる。
第１検波部２０は、アンテナ部１０で受信した信号（図２：Ａ）から第１検波信号（図２：Ｂ）を取り出す。第１検波部２０は、例えば、増幅器２１と、検波ダイオード２２と、抵抗２３と、コンデンサ２４、２５と、コンパレータ２６と、を備え、アンテナ部１０で受信した信号が所定の閾値よりも高いか低いかで「１」または「０」を出力する。この出力信号が第１検波信号となる。
第１検波部２０は、電源部７０から供給された電力で動作する。
［振幅変調部３０］
振幅変調部３０は、第１検波部２０で取り出した第１検波信号（図２：Ｂ）を用いてクロック信号（図２：Ｃ）を振幅変調し、この振幅変調された信号（図２：Ｄ３）をＩＣチップ４０に入力する。
振幅変調部３０は、第１検波部２０で取り出した第１検波信号（図２：Ｂ）を用いてクロック信号（図２：Ｃ）を振幅変調し、この振幅変調された信号（図２：Ｄ３）をＩＣチップ４０に入力する。
振幅変調部３０は、差動回路として構成されており、例えば、電流バッファ３１ａ、ＡＮＤ入力型電流バッファ３２ａと、抵抗３３ａ、３４ａと、を備える第１回路と、反転電流バッファ３１ｂ、反転ＡＮＤ入力型電流バッファ３２ｂと、抵抗３３ｂ、３４ｂと、を備える第２回路と、を有している。第１回路からは図２のＤ１に示した信号が出力され、第２回路からは図２のＤ２に示した信号が出力されるが、ＩＣチップ４０は内部にインピーダンスを有しているため、結果として、振幅変調部３０の全体としての出力信号は、図２のＤ３に示した信号となる。なお、差動回路は、振幅変調部３０の一例である。
振幅変調部３０は、電源部７０から供給された電力で動作する。
［ＩＣチップ４０］
ＩＣチップ４０は、振幅変調部３０で振幅変調された信号（図２：Ｄ３）を受けて、応答信号（図２：Ｅ）を出力する。
ＩＣチップ４０は、振幅変調部３０で振幅変調された信号（図２：Ｄ３）を受けて、応答信号（図２：Ｅ）を出力する。
ＩＣチップ４０は、電力供給端子を有しておらず、振幅変調部３０から入力された信号を用いて、自らが使用する電力を作り出し動作する。
［第２検波部５０］
第２検波部５０は、ＩＣチップ４０の出力信号（図２：Ｅ）から第２検波信号（図２：Ｆ）を取り出す。第２検波部５０は、例えば、整流ダイオード５１ａ、５１ｂと、抵抗５２と、コンデンサ５３と、コンデンサ５４と、コンパレータ５５と、を備え、ＩＣチップ４０の出力信号が所定の閾値よりも高いか低いかで「１」または「０」を出力する。この出力信号が第２検波信号となる。
第２検波部５０は、ＩＣチップ４０の出力信号（図２：Ｅ）から第２検波信号（図２：Ｆ）を取り出す。第２検波部５０は、例えば、整流ダイオード５１ａ、５１ｂと、抵抗５２と、コンデンサ５３と、コンデンサ５４と、コンパレータ５５と、を備え、ＩＣチップ４０の出力信号が所定の閾値よりも高いか低いかで「１」または「０」を出力する。この出力信号が第２検波信号となる。
第２検波部５０は、電源部７０から供給された電力で動作する。
第２検波部５０は、ＩＣチップ４０に有線で接続されているため、ＩＣチップ４０から出力される信号を受ける入力特性（例：ＳＮ比や入力レベル）が変動しない。
［負荷変調部６０］
負荷変調部６０は、第２検波部５０で取り出した第２検波信号（図２：Ｆ）を用いてアンテナ部１０で受信した搬送波（図２：Ｇ）を負荷変調し、この負荷変調された信号（図２：Ｈ）をアンテナ部１０に入力する。アンテナ部１０からは、この負荷変調された信号（図２：Ｈ）が送信される。負荷変調部６０は、例えば、ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：電界効果型トランジスタ）６１と、抵抗６２と、を備えている。
負荷変調部６０は、第２検波部５０で取り出した第２検波信号（図２：Ｆ）を用いてアンテナ部１０で受信した搬送波（図２：Ｇ）を負荷変調し、この負荷変調された信号（図２：Ｈ）をアンテナ部１０に入力する。アンテナ部１０からは、この負荷変調された信号（図２：Ｈ）が送信される。負荷変調部６０は、例えば、ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：電界効果型トランジスタ）６１と、抵抗６２と、を備えている。
抵抗６２がない場合は、ＦＥＴ６１がオンした時に、差動増幅器８１ａにおける２つの差動入力が短絡するために、クロック取出部８１からクロック信号を取り出すことができなくなり、ＩＣチップ４０に電力が供給できなくなる。そこで、本発明の一実施形態では抵抗６２を設けている。しかし、抵抗６２は、大きな負荷変調を掛けることができるようになるべく小さい値がよく、ＦＥＴ６１に必要とされるオン抵抗がある場合は省くこともできる。クロック取出部８１からクロック信号を取り出せる限り、抵抗６２とＦＥＴ６１のオン抵抗とを限りなく小さくして、大きな負荷変調を掛けることができる。
従来の非接触通信装置では、大きな負荷変調を掛けようとすると、ＩＣチップ４０の内部にある電力受信回路で得られる電力が小さくなり、ＩＣチップ４０の動作に必要な電力に達せず、ＩＣチップ４０が動作を停止してしまう。これに対して、本発明の一実施形態では、抵抗６２とＦＥＴ６１のオン抵抗とを限りなく小さくしても、クロック取出部８１からクロック信号を取り出せる限り、ＩＣチップ４０が動作を停止することはないので、大きな負荷変調を掛ける場合の制約が緩和される。したがって、本発明の一実施形態によれば、大きな負荷変調を掛けることができる。なお、本発明の一実施形態では、負荷変調部６０による負荷変調の大きさＹ（図２：Ｈ）が、読取装置（図示せず）による負荷変調の大きさＸ（図２：Ａ）の９倍程度になる形態を一例として示したが、これは一例である。
［電源部７０］
電源部７０は 第１検波部２０、振幅変調部３０、及び第２検波部５０に電力を供給する。したがって、これら各部は、電源部７０から供給された電力で動作する。
電源部７０は 第１検波部２０、振幅変調部３０、及び第２検波部５０に電力を供給する。したがって、これら各部は、電源部７０から供給された電力で動作する。
以上述べたとおり、本発明の一実施形態に係る非接触通信装置１によれば、従来のＩＣチップ４０をそのまま使用することができる。また、電源部７０を用いるため、ＩＣチップ４０への電力伝送が不要となる。さらに、大きな負荷変調を掛けることができるため、通信距離も長くすることができる。
以下、さらに詳細に説明する。
［クロック取出部８１、クロック装置８２］
クロック取出部８１は、アンテナ部１０で受信した信号からクロック信号（図２：Ｃ）を取り出す。クロック取出部８１は、例えば、差動増幅器８１ａとコンパレータ８１ｂとを備える。
クロック取出部８１は、アンテナ部１０で受信した信号からクロック信号（図２：Ｃ）を取り出す。クロック取出部８１は、例えば、差動増幅器８１ａとコンパレータ８１ｂとを備える。
クロック装置８２は、クロック信号（図２：Ｃ）を生成し出力する装置である。クロック装置８２は、例えば、クリスタルオシレータを用いることができる。クロック装置８２は、読取装置（図示せず）との間ではなく、携帯電話やスマートフォンなどの外部装置（図示せず）との間で通信を行う場合に、クロック取出部８１からクロック信号が出力されなくなるため、用いられる。
［第１スイッチ部９１、第２スイッチ部９２］
第１スイッチ部９１は、クロック取出部８１とクロック装置８２とを切り替えるスイッチである。第１スイッチ部９１は、読取装置（図示せず）との間で通信を行う場合にはクロック取出部８１と振幅変調部３０とを接続し、携帯電話やスマートフォンなどの外部装置（図示せず）との間で通信を行う場合にはクロック装置８２と振幅変調部３０とを接続する。これにより、振幅変調部３０は、読取装置（図示せず）との間で通信を行う場合は、クロック取出部８１から取り出したクロック信号（図２：Ｃ）を振幅変調し、外部装置（図示せず）との間で通信を行う場合は、クロック装置８２で生成されたクロック信号（図２：Ｃ）を振幅変調する。
第１スイッチ部９１は、クロック取出部８１とクロック装置８２とを切り替えるスイッチである。第１スイッチ部９１は、読取装置（図示せず）との間で通信を行う場合にはクロック取出部８１と振幅変調部３０とを接続し、携帯電話やスマートフォンなどの外部装置（図示せず）との間で通信を行う場合にはクロック装置８２と振幅変調部３０とを接続する。これにより、振幅変調部３０は、読取装置（図示せず）との間で通信を行う場合は、クロック取出部８１から取り出したクロック信号（図２：Ｃ）を振幅変調し、外部装置（図示せず）との間で通信を行う場合は、クロック装置８２で生成されたクロック信号（図２：Ｃ）を振幅変調する。
第２スイッチ部９２は、第１検波部２０と携帯電話やスマートフォンなどの外部装置（図示せず）とを切り替えるスイッチである。第２スイッチ部９２は、読取装置（図示せず）との間で通信を行う場合には第１検波部２０と振幅変調部３０とを接続し、外部装置（図示せず）との間で通信を行う場合には外部装置（図示せず）と振幅変調部３０とを接続する。これにより、振幅変調部３０は、読取装置（図示せず）との間で通信を行う場合は、第１検波部２０から出力される第１検波信号でクロック信号（図２：Ｃ）を振幅変調し、外部装置（図示せず）との間で通信を行う場合は、外部装置（図示せず）から入力された信号でクロック信号（図２：Ｃ）を振幅変調する。
なお、第１スイッチ部９１と第２スイッチ部９２とは、目的に応じて連動させてもよい。
［その他］
第２検波部５０は、携帯電話やスマートフォンなどの外部装置（図示せず）に接続可能に構成されており、外部装置（図示せず）との間で通信を行う場合は、第２検波部５０から出力される第２検波信号が外部装置（図示せず）に入力される。
第２検波部５０は、携帯電話やスマートフォンなどの外部装置（図示せず）に接続可能に構成されており、外部装置（図示せず）との間で通信を行う場合は、第２検波部５０から出力される第２検波信号が外部装置（図示せず）に入力される。
本発明の一実施形態に係る非接触通信装置において、第１スイッチ部９１、第２スイッチ部９２、電流バッファ３１ａ、ＡＮＤ入力型電流バッファ３２ａ、反転電流バッファ３１ｂ、及び反転ＡＮＤ入力型電流バッファ３２ｂは、例えば、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）により構成することができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、これらの説明は、本発明の一例に関するものであり、本発明は、これらの説明によって何ら限定されるものではない。
１ 非接触通信装置
１０ アンテナ部
１１ アンテナコイル
１２ コンデンサ
２０ 第１検波部
２１ 増幅器
２２ 検波ダイオード
２３ 抵抗
２４ コンデンサ
２５ コンデンサ
２６ コンパレータ
３０ 振幅変調部
３１ａ 電流バッファ
３２ａ ＡＮＤ入力型電流バッファ
３３ａ 抵抗
３４ａ 抵抗
３１ｂ 反転電流バッファ
３２ｂ 反転ＡＮＤ入力型電流バッファ
３３ｂ 抵抗
３４ｂ 抵抗
４０ ＩＣチップ
５０ 第２検波部
５１ａ 整流ダイオード
５１ｂ 整流ダイオード
５２ 抵抗
５３ コンデンサ
５４ コンデンサ
５５ コンパレータ
６０ 負荷変調部
６１ ＦＥＴ
６２ 抵抗
７０ 電源部
８１ クロック抽出部
８１ａ 差動増幅器
８１ｂ コンパレータ
８２ クロック装置
９１ 第１スイッチ部
９２ 第２スイッチ部
１０ アンテナ部
１１ アンテナコイル
１２ コンデンサ
２０ 第１検波部
２１ 増幅器
２２ 検波ダイオード
２３ 抵抗
２４ コンデンサ
２５ コンデンサ
２６ コンパレータ
３０ 振幅変調部
３１ａ 電流バッファ
３２ａ ＡＮＤ入力型電流バッファ
３３ａ 抵抗
３４ａ 抵抗
３１ｂ 反転電流バッファ
３２ｂ 反転ＡＮＤ入力型電流バッファ
３３ｂ 抵抗
３４ｂ 抵抗
４０ ＩＣチップ
５０ 第２検波部
５１ａ 整流ダイオード
５１ｂ 整流ダイオード
５２ 抵抗
５３ コンデンサ
５４ コンデンサ
５５ コンパレータ
６０ 負荷変調部
６１ ＦＥＴ
６２ 抵抗
７０ 電源部
８１ クロック抽出部
８１ａ 差動増幅器
８１ｂ コンパレータ
８２ クロック装置
９１ 第１スイッチ部
９２ 第２スイッチ部
Claims (3)
- ＩＣチップに接続可能な非接触通信装置であって、
アンテナ部と、
前記アンテナ部で受信した信号から第１検波信号を取り出す第１検波部と、
前記第１検波部で取り出した第１検波信号を用いてクロック信号を振幅変調し、この振幅変調された信号を前記ＩＣチップに入力する振幅変調部と、
前記ＩＣチップの出力信号から第２検波信号を取り出す第２検波部と、
前記第２検波部で取り出した第２検波信号を用いて前記アンテナ部から取り出した搬送波を負荷変調し前記アンテナ部に入力する負荷変調部と、
前記第１検波部、前記振幅変調部、及び前記第２検波部に電力を供給する電源部と、
を備え、
前記電源部は電池であり、
前記第１検波部、前記振幅変調部、及び前記第２検波部は、前記電源部から供給された電力で動作する、
ことを特徴とする非接触通信装置。 - 前記振幅変調部は差動回路であることを特徴とする請求項１に記載の非接触通信装置。
- 前記第１検波部と外部装置とを切り替えるスイッチを備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の非接触通信装置。
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