JP5808849B1 - 制御方法、非接触通信装置、非接触給電装置、プログラム及び駆動回路 - Google Patents

Abstract

【課題】様々な要因による共振周波数の変動に対応でき、良好な通信特性を得ることができる制御方法、非接触通信装置、非接触給電装置、プログラム及び駆動回路を提供する。【解決手段】少なくとも一部が可変容量コンデンサＶＣ１を含む共振回路を少なくとも有するアンテナを備える送受信装置１００による制御方法であって、ＬＰＰ処理およびディスカバリ処理により、送受信装置１００が通信可能な範囲内に通信機器が存在するか否かを検出する検出ステップと、検出ステップにおける検出結果に基づき、チューニングを実行するか否かを決定する決定ステップと、決定ステップにおいてチューニングを実行すると決定した場合に、チューニングを実行するチューニングステップとを含む。【選択図】図１０

Description

本発明は、制御方法、非接触通信装置、非接触給電装置、プログラム及び駆動回路に関する。

近年、近距離における非接触通信技術であるＮＦＣ（Near Field Communication）を利用した非接触通信システムの普及が著しい。このような非接触通信システムでは、システム専用のリーダ／ライタ（以下、Ｒ／Ｗと記す）装置の送信アンテナ（共振回路）から出力された送信信号を、非接触ＩＣ（Integrated circuit）カード内に設けられた受信アンテナが電磁誘導作用により受信する。

このような非接触通信システムでは、良好な通信特性を得るためには、Ｒ／Ｗ装置内の信号源の周波数と、Ｒ／Ｗ装置の送信アンテナの共振周波数と、非接触ＩＣカード内の受信アンテナ（共振回路）の共振周波数とが互いに一致することが重要である。しかしながら、非接触ＩＣカードの受信アンテナまたはＲ／Ｗ装置の送信アンテナの共振周波数は、様々な要因により変動する。この場合、非接触ＩＣカードおよびＲ／Ｗ装置間で安定して情報を送受信することが困難になる。

そこで、非接触通信システムの技術分野では、あらゆる条件下において、良好な通信状態を保つための様々な技術が提案されている。特許文献１には、電磁誘導作用により外部と非接触通信を行う送信装置として、送信アンテナ、信号出力部、モニタ回路部、および補正回路部を備える構成として、通信状態をモニタしながら通信特性の最適化を図る技術が開示されている。この送信装置は、モニタ回路部がアンテナコイルに流れる電流に関する情報をモニタして、そのモニタされた情報に基づいて通信状態を判別し、補正回路部がモニタ回路部での判別結果に基づいて、通信特性を補正する（例えば特許文献１の段落［０１３７］等参照）。

特開２０１３−５８１７０号公報

上述のように、アンテナの共振周波数は、様々な要因により変動する。例えばそれは、アンテナの特性の製造上のばらつき、使用環境、経時変化等によって変動する。これらの要因に基づく共振周波数の変動に対する新たな対策が望まれる。

本発明の目的は、上記要因による共振周波数の変動に対応でき、良好な通信特性を得ることができる制御方法、非接触通信装置、非接触給電装置、プログラム及び駆動回路を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る制御方法は、
少なくとも一部が可変容量コンデンサを含む共振回路を少なくとも有するアンテナを備える送受信装置による制御方法であって、
ＬＰＰ処理およびディスカバリ処理により、前記送受信装置が通信可能な範囲内に通信機器が存在するか否かを検出する検出ステップと、
前記検出ステップにおける検出結果に基づき、チューニングを実行するか否かを決定する決定ステップと、
前記決定ステップにおいて前記チューニングを実行すると決定した場合に、前記チューニングを実行するチューニングステップとを含む。

前記検出ステップで、前記ＬＰＰ処理および前記ディスカバリ処理の双方において、前記通信機器が存在しないことを検出した場合、
前記決定ステップで、前記チューニングを実行することを決定してもよい。

前記検出ステップで、前記ＬＰＰ処理において前記通信機器が存在することを検出し、前記ディスカバリ処理において前記通信機器が存在しないことを検出した場合、
前記決定ステップで、前記チューニングを実行することを決定してもよい。

前記検出ステップで、前記ＬＰＰ処理において前記通信機器が存在することを検出し、前記ディスカバリ処理において前記通信機器が存在しないことを検出した場合、
前記決定ステップで、前記チューニングを実行しないことを決定してもよい。

前記ディスカバリ処理は、前記通信機器からの信号を前記アンテナにより検出するカードモードと、所定の周波数の信号を前記アンテナから発信するＲ／Ｗモードとの少なくともいずれかを含んでいてもよい。

前記チューニングにおいて算出された前記アンテナを駆動する駆動回路への制御電圧である可変容量調整値と、当該チューニング前における前記駆動回路への制御電圧との差が、所定範囲以上である場合に、前記可変容量調整値を前記駆動回路への制御電圧として設定する設定ステップをさらに含んでいてもよい。

また、本発明の一形態に係る非接触通信装置は、
少なくとも一部が可変容量コンデンサを含む共振回路を少なくとも有するアンテナと、
ＬＰＰ処理およびディスカバリ処理により、前記アンテナを使用して通信可能な範囲内に通信機器が存在するか否かを検出し、該検出結果に基づきチューニングを実行するか否かを決定し、前記チューニングを実行すると決定した場合に前記チューニングを実行する制御部とを備える。

また、本発明の一形態に係る非接触給電装置は、
少なくとも一部が可変容量コンデンサを含む共振回路を少なくとも有するアンテナと、
ＬＰＰ処理およびディスカバリ処理により、前記アンテナを使用して通信可能な範囲内に通信機器が存在するか否かを検出し、該検出結果に基づきチューニングを実行するか否かを決定し、前記チューニングを実行すると決定した場合に前記チューニングを実行する制御部とを備える。

また、本発明の一形態に係るプログラムは、
少なくとも一部が可変容量コンデンサを含む共振回路を少なくとも有するアンテナを備える非接触通信装置に、
ＬＰＰ処理およびディスカバリ処理により、前記非接触通信装置が通信可能な範囲内に通信機器が存在するか否かを検出する検出ステップと、
前記検出ステップにおける検出結果に基づき、チューニングを実行するか否かを決定する決定ステップと、
前記決定ステップにおいて前記チューニングを実行すると決定した場合に、前記チューニングを実行するチューニングステップとを実行させる。

また、本発明の一形態に係る駆動回路は、
制御部を備える非接触通信装置の駆動回路であって、
前記制御部が行うチューニングであって、ＬＰＰ処理およびディスカバリ処理により前記非接触通信装置が通信可能な範囲内に通信機器が存在するか否かを検出し、該検出結果に基づいてチューニングを実行するか否かを決定し、前記チューニングを実行すると決定した場合に実行される前記チューニングにより算出された制御電圧である可変容量調整値と、当該チューニング前における制御電圧との差が、所定範囲以上である場合に、前記可変容量調整値を、制御電圧として、少なくとも一部が可変容量コンデンサを含む共振回路を少なくとも有するアンテナに印加することにより、該アンテナを駆動する。

本発明によれば、様々な要因による共振周波数の変動に対応でき、良好な通信特性を得ることができる。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る非接触通信システムの概略構成を示す機能ブロック図である。 図２は、本発明の第１の実施形態に係る非接触通信装置の回路構成を示す。 図３Ａは、シングル駆動型のインピーダンスマッチング回路を示し、図３Ｂは、差動駆動型のインピーダンスマッチング回路を示し、図３Ｃは図３Ｂの変形例を示し、図３Ｄは図３Ａの変形例を示す。 図４Ａは、ＬＳＩ電流とその位相、およびアンテナを流れるアンテナ電流とその位相の特性を示すグラフであり、図４Ｂは、アンテナ駆動部からアンテナを見たインピーダンスとその位相の特性を示すグラフである。 図５は、共振点（位相０の周波数）とインピーダンス最小での周波数とのずれを拡大して示したグラフである。 図６は、共振周波数の、並列共振コンデンサの容量およびインピーダンスとの一般的関係を示すグラフである。 図７は、アンテナコイルの異なるインダクタンスでの、共振周波数とＬＳＩ電流との関係を示すグラフである。 図８は、非接触通信装置の工場出荷時において、非接触通信装置が自動で共振周波数のチューニングする処理を示すフローチャートである。 図９は、図８に示した処理のタイミングチャートを示す図である。 図１０は、非接触通信装置の工場出荷後において、非接触通信装置が自動で共振周波数のチューニングする処理を行うか否かを判断するためのモードを決定する処理のフローチャートである。 図１１は、モード１およびモード３におけるタイミングチャートの一例を示す図である。 図１２は、モード２およびモード４におけるタイミングチャートの一例を示す図である。 図１３は、非接触通信装置の工場出荷後における、非接触通信装置によるセルフチューニングの処理を示すフローチャートである。 図１４は、本発明の第２の実施形態に係る非接触通信装置の回路構成を示す。 図１５は、本発明の第３の実施形態に係る非接触通信装置の回路構成を示す。 図１６は、図１に示した非接触通信システムの技術を、非接触給電システムに適用した場合における非接触給電システムの概略構成を示す機能ブロック図である。 図１７は、給電装置における受電装置の検出（デバイス検出）から、充電（電力伝送）までのシーケンスを示す。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。

［第１の実施形態］
（非接触通信システム）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る非接触通信システムの概略構成を示す機能ブロック図である。図１において、各回路ブロック間において情報の入出力に関する配線を実線矢印で示し、電力の供給に関する配線を破線矢印で示す。

本実施形態に係る非接触通信システム１は、国際標準規格ＩＳＯ／ＩＥＣ１８０９２を基礎とするＮＦＣ−Ａ、ＮＦＣ−Ｂ、ＮＦＣ−Ｆ等を含む近距離無線通信技術であるＮＦＣ（Near Field Communication）や、非接触給電技術であるＷＰＣ（Wireless Power Consortium）等に適用される。すなわち、非接触通信システム１は、１次側アンテナ部と２次側アンテナ部のコイル間の電磁誘導によって非接触に通信や給電を行う通信・給電システムに適用される。

非接触通信システム１は、送信装置１００（送受信装置１００）と、受信装置２００とを備える。送信装置１００および受信装置２００は、それぞれ非接触通信装置として機能することができる。非接触通信システム１は、送信装置１００と受信装置２００との間で非接触通信により情報の送受信を行う。非接触通信システム１の例としては、例えば、Ｆｅｌｉｃａ（登録商標）に代表されるような非接触ＩＣカード規格と、ＮＦＣ規格とを組み合わせた通信システムが挙げられる。

（送信装置）
送信装置１００について説明する。送信装置１００は、受信装置２００に対して非接触でデータを読み書きするリーダライタ（Ｒ／Ｗ）機能を有する装置である。送信装置１００は、図１に示すように、アンテナ共振部（アンテナ回路）１１０、送受信制御部１１３、送信信号生成部１１４、変調回路１１６、復調回路１１７、およびシステム制御部１１８を備える。

アンテナ共振部１１０は、１次側アンテナ部１１１およびインピーダンスマッチング部１１２を有し、後述するように、アンテナコイルおよび共振コンデンサ（可変容量コンデンサを有するコンデンサ部）を備える共振回路を構成する。アンテナ共振部１１０は、受信装置２００の２次側アンテナ部２０１との間で、電磁結合により信号を送受信する。

送受信制御部１１３は、共振コンデンサの容量を調整する電圧発生回路（主に後述するＤＡＣ（デジタル／アナログ変換器）１３３）と、後述するアンテナ駆動部（アンテナ駆動装置）１３０の出力電流を測定する測定器（主に後述する差動増幅器Ａ３およびＡＤＣ（アナログ／デジタル変換器）１３４）を有する。１次側アンテナ部１１１は、共振回路により所望の周波数の送信信号を送信すると共に、後述する受信装置２００からの応答信号を受信する。

インピーダンスマッチング部１１２は、送信信号生成部１１４と１次側アンテナ部１１１との間のインピーダンスの整合を取るマッチング回路としての機能を有する。なお、図１には示さないが、インピーダンスマッチング部１１２は、可変容量コンデンサ（以下、可変コンデンサともいう）を備える。本実施形態では、電圧発生回路において、後述するように可変コンデンサの容量を調整することにより、送信信号生成部１１４と１次側アンテナ部１１１との間のインピーダンスマッチングおよび共振周波数の最適化を実現する。

可変コンデンサとしては、典型的には、小型セラミックタイプのものが用いられる。その強誘電体材料としては、BaSrTiO₃等が用いられ、この材料の比誘電率を変化させることで容量が変化する。可変コンデンサとして、ＲＦスイッチを利用するタイプや、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）タイプが用いられてもよい。

送信信号生成部１１４は、変調回路１１６から入力された送信データにより所望の周波数（例えば13.56MHz）のキャリア信号を変調し、インピーダンスマッチング部１１２を介して、当該変調したキャリア信号を１次側アンテナ部１１１に出力する。

変調回路１１６は、システム制御部１１８から入力された送信データを符号化し、当該符号化した送信データを送信信号生成部１１４に出力する。

復調回路１１７は、インピーダンスマッチング部１１２を介して１次側アンテナ部１１１で受信した応答信号を取得し、該応答信号を復調する。そして、復調回路１１７は、復調した応答データをシステム制御部１１８に出力する。

システム制御部１１８は、外部からの指令や内蔵するプログラムにしたがって、各種制御用のコントロール信号を生成し、該コントロール信号を変調回路１１６および送受信制御部１１３に出力して、変調回路１１６および送受信制御部１１３の動作を制御する。また、システム制御部１１８は、コントロール信号（指令信号）に対応した送信データを生成し、該送信データを変調回路１１６に供給する。さらに、システム制御部１１８は、復調回路１１７で復調された応答データに基づいて所定の処理を行う。

なお、図１に示す例では、送信装置１００において、送受信制御部１１３とシステム制御部１１８とをそれぞれ別個に設けるとして説明したが、送信装置１００は、この例に限定されない。例えば、送信装置１００において、送受信制御部１１３がシステム制御部１１８に含まれるように、回路を構成してもよい。

（受信装置）
次に、受信装置２００について説明する。なお、図１では、受信装置２００を非接触ＩＣカード（データキャリア）として構成した例を示す。

受信装置２００は、図１に示すように、受信アンテナとしての機能を有する２次側アンテナ部２０１、受信制御部２０２、システム制御部２０３、整流部２０４、復調回路２０５、変調回路２０６、定電圧部２０７、およびバッテリ２０８を備える。

２次側アンテナ部２０１は、例えば図示しない共振コイルおよび複数の共振コンデンサからなる共振回路を有する。この共振コンデンサは、制御電圧を印加することにより容量が変化する可変コンデンサを含む。２次側アンテナ部２０１は、送信装置１００の１次側アンテナ部１１１と電磁結合により通信を行い、１次側アンテナ部１１１が発生する磁界を受けて、送信装置１００からの送信信号を受信する。この際、２次側アンテナ部２０１の共振周波数が所望の周波数となるように、可変コンデンサの容量が調整される。

整流部２０４は、例えば、整流用ダイオードと整流用コンデンサとからなる半波整流回路で構成され、２次側アンテナ部２０１で受信した交流電力を直流電力に整流し、当該整流した直流電力を定電圧部２０７に出力する。

定電圧部２０７は、整流部２０４から入力された電気信号（直流電力）に対して電圧変動（データ成分）の抑制処理および安定化処理を施し、当該処理された直流電力を受信制御部２０２に供給する。整流部２０４および定電圧部２０７を介して出力された直流電力は、受信装置２００内のＩＣを動作させるための電源として使用される。

受信制御部２０２は、２次側アンテナ部２０１の共振特性を制御して、受信時における共振周波数の最適化を図る機能を有する。具体的には、２次側アンテナ部２０１内に含まれる可変コンデンサに制御電圧を印加してその容量を調整し、これにより、２次側アンテナ部２０１の共振周波数を調整する。

復調回路２０５は、２次側アンテナ部２０１で受信した受信信号を復調し、当該復調した信号をシステム制御部２０３に出力する。

システム制御部２０３は、復調回路２０５で復調された信号に基づいて、その内容を判断して必要な処理を行い、変調回路２０６および受信制御部２０２を制御する。

変調回路２０６は、システム制御部２０３で判断された結果（復調信号の内容）に従って受信キャリアを変調して応答信号を生成する。また、変調回路２０６は、生成した応答信号を２次側アンテナ部２０１に出力する。変調回路２０６から出力された応答信号は、非接触通信により、２次側アンテナ部２０１から１次側アンテナ部１１１に送信される。

バッテリ２０８は、システム制御部２０３に電力を供給する。このバッテリ２０８への充電は、その充電端子を外部電源５０に接続することにより行われる。図１に示すように受信装置２００がバッテリ２０８を内蔵する構成である場合には、より安定した電力をシステム制御部２０３に供給することができ、安定した動作が可能となる。

なお、受信装置２００は、バッテリ２０８を使用せずに、整流部２０４および定電圧部２０７を介して生成される直流電力を用いて、システム制御部２０３を駆動する構成であってもよい。

本実施形態の非接触通信システム１では、送信装置１００の１次側アンテナ部１１１と受信装置２００の２次側アンテナ部２０１との間において、電磁結合を介して非接触でデータ通信を行う。このため、送信装置１００および受信装置２００において効率良く通信を行うために、１次側アンテナ部１１１および２次側アンテナ部２０１の各共振回路が同じキャリア周波数（例えば13.56MHz）で共振するように構成される。

（非接触通信装置の回路構成）
図２は、非接触通信装置である送信装置１００の回路構成を示す。非接触通信装置は、アンテナ共振部１１０、フィルタ部１２０、アンテナ駆動部１３０、制御部１４０および記憶部１４１を備える。

アンテナ共振部１１０は、アンテナコイルＬ３およびインピーダンスマッチング部１１２を有する。アンテナ共振部１１０は、アンテナコイルＬ３に、インピーダンスマッチング部１１２が接続されて構成される。インピーダンスマッチング部１１２は、アンテナ駆動部１３０とアンテナコイルＬ３のインピーダンス不整合を防ぎ、アンテナ駆動部１３０の負荷をアンテナコイルＬ３によらず常に一定、かつ純抵抗にしている。

具体的には、アンテナ共振部１１０は、例えば可変コンデンサ（並列共振コンデンサ部）ＶＣ１が並列接続され、固定容量のコンデンサＣ２およびＣ５（直列共振コンデンサ部）が直列接続された直並列共振回路として構成される。可変コンデンサＶＣ１は、入力される制御電圧（制御信号）が変化することにより容量が変化し、これにより、アンテナ共振部１１０の共振周波数が変化する。なお、可変コンデンサは、複数設けられ、それら複数の可変コンデンサの容量が、同じ制御電圧値により変化するように構成されていてもよい。

コンデンサＣ７およびＣ８は、可変コンデンサＶＣ１に印加される上記制御電圧（ＤＣ電圧）がアンテナＬ３に漏れないようにするためのＤＣカットの機能を有する。コンデンサＣ９およびＣ１０は、アンテナサイズの違い等によるアンテナ特性差を吸収するための追加のコンデンサである。

インピーダンスマッチング部１１２は、アンテナ共振部１１０のＱ値（Quality Factor、先鋭度）を決めるダンピング抵抗Ｒ１およびＲ２を有する。

フィルタ部１２０は、コイルＬ１およびＬ２と、コンデンサＣ１およびＣ４とを有し、ＥＭＣ（Electro Magnetic Compatibility）機能を有する。アンテナ駆動部１３０から出力される高周波の発振信号（上述の送信信号）は矩形波である。フィルタ部１２０は、この発振信号による高周波ノイズを除去する。コイルＬ１およびＬ２は、コンデンサＣ２およびＣ５の一方の端子にそれぞれ接続されている。コンデンサＣ１およびＣ４は、コイルＬ１およびＬ２のそれぞれとグランドとの間に接続されている。

アンテナ駆動部１３０は、発振周波数を制御可能な発振部１３１と、発振部１３１により得られる発振信号をアンテナ共振部１１０に供給する出力部１３５と、発振部１３１の出力ゲインを制御するゲインコントローラ１３２とを備える。また、アンテナ駆動部１３０は、後述する制御部１４０からのデジタルの制御電圧値をアナログ信号に変換するＤＡＣ１３３と、出力部１３５からの出力電流を測定する差動増幅器Ａ３により構成される測定部と、差動増幅器Ａ３の出力信号が入力され、これをデジタル信号に変換するＡＤＣ１３４とを含む。アンテナ駆動部１３０は、例えばＬＳＩ（Large Scale Integration）により構成される。

また、非接触通信装置は、発振部１３１の発振周波数およびアンテナ共振部１１０のアンテナ共振周波数を制御する制御部１４０と、アンテナパラメータおよび発振部１３１による発振周波数等の設定値を記憶する記憶部１４１とを備える。制御部１４０は、図１における送受信制御部１１３およびシステム制御部１１８、または、この２つが一体となって機能する機能部に相当する。

発振部１３１は、制御部１４０から供給される周波数制御信号により発振周波数が例えば１２〜１７ＭＨｚの広範囲に亘って制御可能な周波数可変発振器により構成される。特に、発振部１３１は、後述するように、所定の周波数からオフセットされて設定された発振周波数の信号を、アンテナ共振部１１０に出力可能に構成される。

本実施形態では、「所定の周波数」は、後述するように、アンテナ共振部１１０のインダクタンス、Ｑ値、インピーダンス等の設計により決まる設計値であり、インピーダンス位相が０になる周波数である。これらはアンテナ特性を決定する設計値である。インピーダンス位相が０になる周波数は、規格値である13.56MHzと一致する場合もあるし、一致せずにずれる場合もある。

また本実施形態では、所定の周波数からオフセットされて得られる最終的な発振周波数であるターゲット周波数は、規格値である13.56MHzでもよいし、メーカによってはその規格値と異なる、規格値の近傍の値に設定されてもよい。ターゲット周波数は、例えば、アンテナ駆動部１３０の出力電流（以下、ＬＳＩ電流ともいう）が最小となる周波数である。

従って、所定の周波数およびターゲット周波数は、メーカまたは製品モデルによって異なる固有値である。

出力部１３５は、発振部１３１から供給される高周波の発振信号を、正相の発振信号および逆相の発振信号として出力する一対の差動増幅器Ａ１およびＡ２を備える。

測定部は、出力部１３５の差動増幅器Ａ１の入力端と出力端に接続されている。測定部は、差動増幅器Ａ１の出力電流（以下、ＬＳＩ電流という）I_lsiを測定する。ＬＳＩ電流は、差動増幅器Ａ１に入力される発振信号の電圧Ｖ１および差動増幅器Ａ１から出力される正相の発振信号の電圧Ｖ２との電圧差を出力抵抗によって換算することで測定される。測定部は、ＡＤＣ１３４を介して、その測定結果を制御部１４０に供給する。

制御部１４０は、非接触通信装置のＲ／Ｗ機能とカード機能を制御する機能を有する。Ｒ／Ｗ機能は、非接触通信装置が、図１に示した送信装置として、２次側機器（相手側機器）である受信装置２００と通信（データの読み書き）を行う機能である。カード機能とは、図１に示した２次側機器である受信装置２００の機能であり、非接触通信装置が、その機能を持つことを意味する。

制御部１４０は、アンテナ共振部１１０の共振周波数が、設定された所定の周波数になるように、可変コンデンサＶＣ１に印加する制御電圧を制御する。ＤＡＣ１３３は、制御部１４０から出力されるデジタル制御電圧値をアナログ制御電圧信号Ｖｃnｔに変換して、アンテナ共振部１１０の制御信号ライン１１９を介して可変コンデンサＶＣ１に印加する。これにより、アンテナ共振部１１０のインピーダンスを１ｍｓ以下で高速に変えることが可能となる。なお、制御部１４０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等により構成される。

アンテナ駆動部１３０において、制御値入力部１３９は、制御部１４０からの制御電圧値が入力される端子またはラインである。

ＮＦＣシステム等の非接触通信において使用される基本的なマッチング回路としては、図３Ａ〜Ｄにそれぞれ示すタイプの回路構成がある。図３Ａに示すタイプは、１チャンネルでアンテナコイルＬ３を駆動するシングル駆動型であり、図３Ｂに示すタイプは、２チャンネルでアンテナコイルＬ３を駆動する差動駆動型である。図３Ａおよび図３Ｂのいずれに示す回路構成においても基本動作は同じである。Ｔｘ１端子とＴｘ２端子はアンテナ駆動部１３０の駆動端子である。図３Ｃに示すマッチング回路は、図３Ｂの変形例であり、図３Ｂと同様に非接触通信で使われる。図３Ｄに示すマッチング回路は、図３Ａの変形例で直列共振回路の構成となっており、例えば非接触給電等で使われる。

非接触通信装置におけるアンテナ共振部１１０は、２チャンネルでアンテナコイルＬ３を駆動する差動駆動型の回路構成である。

図２において、アンテナ共振部１１０における、Ｔｘ１端子およびＴｘ２にそれぞれ接続されたラインは、発振部１３１からの発振信号が入力される入力ライン１２９である。２チャンネルの場合、入力ライン１２９は２本であり、１チャンネルの場合、入力ライン１２９は１本である。

Ｒ／Ｗモードでは、制御部１４０は、発振部１３１を上記した周波数範囲のうち任意の周波数で発振させ、その周波数を持つ正相の発振信号と逆相の発振信号が出力部１３５からＴｘ１端子およびＴｘ２端子に出力されるように制御を行う。

カードモードでは、制御部１４０は、アンテナ共振部１１０のアンテナコイルＬ３に誘起される受信信号を、図示しない受信回路で検出し、負荷変調により応答する制御を行う。

図４Ａは、ＬＳＩ電流とその位相、アンテナコイルＬ３を流れるアンテナ電流とその位相の特性を示すグラフである。図４Ｂは、インピーダンス（アンテナ駆動部１３０からアンテナを見たインピーダンス）とその位相の特性を示すグラフである。実線がインピーダンス（Ω）、破線が位相（deg）である。横軸が周波数である。図４Ａの左縦軸が電流値、右縦軸が位相、図４Ｂの左縦軸がインピーダンス、下の右縦軸が位相を示す。

本実施形態のように、直並列共振回路では、図４Ｂのグラフに示すように、インピーダンス位相が０になる共振点が２箇所存在する（図４における第１の位相０点および第２の位相０点）。周波数が低い方の共振点（すなわち第１の位相０点）は、インピーダンス位相がマイナスからプラスになる点であり、主として直列共振コンデンサ部であるコンデンサＣ２およびＣ５と、アンテナコイルＬ３とによる直列共振点である。第１の位相０点において、直列共振によりインピーダンスが最小となる周波数が存在する。直並列共振回路のうち並列共振コンデンサである可変コンデンサＶＣ１等の影響により、位相０の周波数より低い周波数で、インピーダンスが最小となる。

周波数が高い方の共振点（すなわち第２の位相０点）は、インピーダンス位相がプラスからマイナスになる点であり、主として、可変コンデンサＶＣ１とアンテナコイルＬ３との並列共振点である。第２の位相０点において、並列共振によりインピーダンスが最大となる周波数が存在する。直並列共振回路のうち直列共振コンデンサであるコンデンサＣ２およびＣ５の影響により、位相０の周波数より高い周波数で、インピーダンスが最大となる。

ここで、チューニングの一般的な設計として、直列共振点をシステム周波数（例えば13.56MHz）に合わせる方法と、並列共振点をそのシステム周波数に合わせる方法の二通りがあり、使用するＬＳＩによりどちらかが選択される。

共振点（位相０の周波数）とインピーダンス最小または最大での周波数とのずれ量は、アンテナコイルのインダクタンス、Ｑ値、インピーダンス等の設計値によって変わる。図５は、このずれを拡大して示したグラフである。このグラフは、直並列の各共振コンデンサを固定したまま、発振部１３１の発振周波数を変えて、アンテナのインピーダンスと、アンテナ共振部１１０の各電流を計算した結果を示す。ここでは、Ｌ＝1.25uHのアンテナが用いられ、直列共振点を例えば13.56MHzに合わせ、インピーダンスＺ＝8Ω（低インピーダンス型）で設計されている（これに対し、図４では、並列共振点を13.56MHzに合わせた例を示している）。図５に示す各電流は、アンテナ電流、ＬＳＩ電流、およびフィルタ電流（フィルタ部１２０を流れる電流）である。

図５に示すように、アンテナ電流は設計どおり13.56MHzでピークとなるが、インピーダンスが最小になる周波数およびＬＳＩ電流が最大になる周波数は、13.56MHzから100KHz程度低い周波数である13.46Hzにずれていることがわかる。

このように、共振点（位相０の周波数）（図４参照）とインピーダンス最小または最大での周波数とのずれが発生するため、このずれを補正するために、上述したように、オフセット値（当該ずれ量）に基づくターゲット周波数が設定される。オフセット値は、例えば製品モデルごとに計算し実測して定められる。

ここで、直列共振点を13.56MHzに合わせるタイプの低インピーダンス型のアンテナデバイスは、ＬＳＩの出力抵抗の影響を受けやすく、１Ω以下の出力抵抗を持つＬＳＩと組み合わせて使うのが一般的である。直列共振点を使用するので、共振点近傍では共振周波数ずれに対してインピーダンスの変化が小さく安定である。

一方、並列共振点を13.56MHzに合わせるタイプの高インピーダンス型のアンテナデバイス（例えば図４に示したグラフを参照）は、ＬＳＩの出力抵抗が大きくても、その影響を受けににくく、出力抵抗が数ΩのＬＳＩと組み合わせて使うのが一般的である。並列共振点を利用してインピーダンスを高くすることでＬＳＩ電流を減らすことができるというメリットがある。

図４に示した例は、上記のように並列共振点を13.56MHzに合わせるタイプの高インピーダンス型（例えば80Ω）のアンテナデバイスの特性を示している。ここで、本実施形態では、高インピーダンス型のアンテナデバイスのマッチング定数を設計した例を主として説明する。

図６は、共振周波数の、並列共振コンデンサ部の容量およびインピーダンスとの一般的関係を示すグラフである。このグラフは、一般的な関係性（特性）を示すものであり、グラフに示される数値に限定するものではない。図６におけるアンテナコイルのインダクタンスは1.25μHである。共振周波数と容量との関係は直線で近似できる。インピーダンスは13.56MHz近傍でピークとなる。並列共振コンデンサの容量を変えることにより、共振周波数とインピーダンスを変えられることがわかる。

図７は、アンテナコイルの異なるインダクタンス（L=0.75μH、1.0μH、1.25μH、1.5μH）での、共振周波数とＬＳＩ電流との関係を示すグラフである。アンテナコイルのインダクタンスに無関係にＬＳＩ電流の最小値は一致している。これにより、インダクタンスとは無関係に、共振周波数がほぼＬＳＩ電流最小での周波数であることがわかる。つまり、本開示の発明者は、所定の周波数からオフセットされた発振周波数をターゲット周波数として使用することで、直並列共振回路の並列共振コンデンサの容量を変化させて並列共振点を使って共振周波数のチューニングを行なう場合、並列共振コンデンサの容量を変化させながらＬＳＩ電流を測定してその最小値を検出すればよいことを見出した。本実施形態においては、このようにＬＳＩ電流の最小値を検出することにより、共振周波数のチューニングを行うとして説明するが、直列共振点を使って共振周波数のチューニングを行なう場合は、それとは逆に、並列共振コンデンサの容量を変化させながらＬＳＩ電流の最大値を検出すればよい。

図４に示したように、実際に位相０となる共振周波数と、インピーダンスが最大（ＬＳＩ電流が最小）になる周波数とがずれる。したがって、上述のように、設計者が、アンテナ共振部１１０の設計値（インダクタンス、Ｑ値、インピーダンス等）、およびＬＳＩ電流が最小となる周波数に基づいて、所定の周波数および所定の周波数からのずれ量（オフセット値）を予め見積り、それらの値を例えば記憶部１４１（図２参照）に記憶させておく。この場合、オフセットされて得られる周波数であるターゲット周波数が記憶されてもよく、所定の周波数およびオフセット値の両方が記憶されてもよい。

制御部１４０は、このターゲット周波数を得るために、ＬＳＩ電流の最小値を得るための、可変コンデンサＶＣ１への制御電圧信号である最適制御値を出力する。この場合、例えば図４で示したように、並列共振点は、所定の周波数（典型的には13.56MHz）から低い方へずれる場合、チューニング用の周波数、つまりターゲット周波数として、並列共振点からオフセット値分高く設定しておく。

直並列共振回路の並列共振コンデンサ、つまり可変コンデンサＶＣ１を変化させて、直列共振点を使って共振周波数のチューニングを行う場合も上記と同様である。この場合、実際に位相０となる共振周波数とインピーダンスが最小になる周波数とが図４に示したようにずれる。直列共振点は、所定の周波数（典型的には13.56MHz）から高い方へずれるため、ターゲット周波数として、直列共振点からオフセット値分だけ低く設定しておけばよい。

上述したように、メーカによっては、通信特性が最良になるように経験的に得た、13.56MHzからずらした周波数を、ターゲット周波数として、設定する場合もある。

本実施形態に係る非接触通信装置は、特許文献１に示されているアンテナ電流ではなくＬＳＩ電流を使ったチューニングを行うことで、後でも述べるように、ＬＳＩに低コストでチューニング機能を搭載することができる。ただし図５に示したように、インピーダンス位相（図４参照）が０となる共振周波数とアンテナ電流の最大値は良く一致するが、ＬＳＩ電流の最小または最大値がずれるため、このことが誤差の要因となっている。したがって、このずれをオフセットとして補正することで、正確なチューニングを行えるようにしている。

上述したように、オフセット値は周波数として記憶する以外にも、例えば図６に示した容量対共振周波数の特性から、周波数オフセットを容量オフセットに変換し、その容量オフセットに相当する電圧値として記憶することも可能である。この場合、製造段階において、オフセット無しの所定の周波数にて共振周波数のチューニングを実行し、求めた電圧値に上記オフセットに相当する電圧を加えることで、周波数オフセットと同等な効果を得ることができる。この場合、周波数オフセットが不要であるため、所定の周波数がシステム周波数の13.56MHzである場合は、発振部１３１は発振周波数を固定周波数13.56MHzに設定でき、ＬＳＩの回路が簡単になると言うメリットがある。

（非接触通信装置の処理）
＜工場出荷時＞
図８は、この非接触通信装置の工場出荷時において、非接触通信装置が自動で共振周波数のチューニングする処理を示すフローチャートである。

制御部１４０は、初期化として、所定の周波数からオフセットされた、ターゲット周波数f0を、記憶部１４１から読み出し、これを発振部１３１に設定する（ステップ１０１）。

制御部１４０は、初期化として、予め記憶部１４１に記憶されているアンテナパラメータを、制御部１４０の内部レジスタやゲインコントローラ１３２等に設定する（ステップ１０２）。アンテナパラメータとは、例えば、インピーダンス、Ｑ値、発振部１３１から出力される発振信号のゲイン、可変コンデンサＶＣ１へのＤＡＣ１３３の制御電圧値（ここでは初期値として例えば０Ｖ）等である。

制御部１４０は、ＤＡＣ１３３への制御電圧値を、例えば０Ｖから１ステップごとに、単位電圧ずつ増加させ、その１ステップごとに測定部によりＬＳＩ電流を測定する（ステップ１０３）。例えば制御部１４０は、システム電圧の最大値である３Ｖまで制御電圧値を増加させていく。０〜３Ｖまでの間に、制御部１４０がＬＳＩ電流の最小値を検出すると（ステップ１０４のＹｅｓ）、制御部１４０は、ＬＳＩ電流が最小のときの、ＤＡＣ１３３への制御電圧値である最適制御値を、記憶部１４１に記憶する（ステップ１０５）。

なお、制御部１４０、必ずしも３Ｖまで制御電圧値を増加させる必要はなく、０Ｖからの制御電圧値の増加途中で、制御部１４０が最小値を検出すれば、その時点でステップ１０５へ進めばよい。

その後、制御部１４０は、通信用の発振周波数（例えば13.56MHz）を、発振部１３１に設定する（ステップ１０６）。制御部１４０は、通信用のアンテナパラメータを設定して（ステップ１０７）、チューニング処理を終了する。通信用のアンテナパラメータの１つとして、記憶部１４１に記憶された最適制御値がある。つまり、通信時には、制御部１４０は、記憶部１４１に記憶された最適制御値を使用して共振周波数を制御する。

なお、以下でも説明するように、通信用のアンテナパラメータとして、チューニング用のそれとは異なるパラメータがある。そのパラメータの１つは、例えば発振部１３１による発振信号のゲインである。

図９は、図８に示した処理のタイミングチャートを示す。横方向は時間経過、縦方向はＬＳＩ電流値を模式的に示す。制御部１４０は、チューニング用のアンテナパラメータを設定後、１ステップごとに、単位電圧ずつＤＡＣ１３３への制御電圧値を上げることにより、ＬＳＩ電流の変化を検出し、最小値を検出する。その後、通信用のアンテナパラメータが設定され、通信が行われる。

ＬＳＩ電流の最小値（または最大値）の検出期間は、50〜100μsが望ましい。これは、後述するディスカバリ時間の300msに比べると十分に小さい値である。

ここで、図９に示すように、ＬＳＩ電流の大きさ、つまり、出力部１３５からの発振信号のゲインとして、通信時での値（第１の値）より、検出期間での値（第２の値）の方が大きくなるように、当該ゲインが設定される。これにより、検出時において電流信号のＳＮ比を高めることができるので、制御部１４０は、正確な最適制御値を得ることができる。例えば、第２の値が、第１の値の１．５〜２倍とされるのが好ましいが、ＬＳＩの許容電流の範囲内に設定される。

＜工場出荷後＞
図１０は、非接触通信装置の工場出荷後、例えば、ユーザがこの非接触通信装置を使用する場合の、非接触通信装置が自動で共振周波数のチューニングする処理（セルフチューニング処理）を行うか否かを判断するためのモードを決定する処理（モード決定処理）のフローチャートである。本実施形態の非接触通信装置によるセルフチューニング処理は、非接触通信装置（またはこれを搭載した電子機器）がＬＰＰ（low power polling：ローパワーポーリング）処理およびディスカバリ処理に基づき、所定の条件を満たした場合に実行される。

ＬＰＰ処理とは、例えば50〜300μsecの短時間のキャリア信号を間欠的に送出してポーリングを行うことにより、非接触通信装置の通信可能な範囲内にカード機能を有する送受信装置が存在するか否かについての簡易検出を行う処理である。ＬＰＰ処理では、キャリア信号を短時間の間に間欠的に送出するため、通常のポーリングと比較して消費電力が大幅に削減できる。本実施形態において、カード機能を有する送受信装置がＩＣカードであるとして以下説明するが、カード機能を有する送受信装置はこれに限られない。

ディスカバリ処理とは、例えば非接触通信装置が、Ｒ／Ｗ機能およびカード機能の両方を備える場合に、Ｒ／Ｗ機能を持つ機器（Ｒ／Ｗモード）と、カード機能を持つ機器（カードモード）とに交互に入れ替わり、２次側機器を検出する処理である。ディスカバリ処理において、非接触通信装置は、Ｒ／Ｗモードもしくはカードモード、またはその両方の動作を行う。本実施形態において、非接触通信装置は、Ｒ／Ｗモードおよびカードモードの両方の動作モードを行うことによりディスカバリ処理を行うとして、以下説明する。

ＬＰＰ処理では、間欠的にキャリア信号を送出してポーリングを行うため、非接触通信装置がＬＰＰ処理によってＩＣカードの存在を検出したとしても、その検出は必ずしも精度が高くない場合がある。すなわち、非接触通信装置がＬＰＰ処理によってＩＣカードが存在することを検出しても、当該検出が誤検出であり、実際にはＩＣカードが存在しない場合がある。また、その反対に、ＬＰＰ処理による検出感度が低い場合に、被検出通信装置がＬＰＰ処理によってＩＣカードが存在しないことを検出しても、当該検出が誤検出であり、実際にはＩＣカードが存在する場合がある。

ＬＰＰ処理における誤検出は、工場出荷後の条件の変化によるアンテナの特性変化によっても発生する。例えば、工場出荷前における非接触通信装置の周囲の温度と、工場出荷後に非接触通信装置が設置された位置の温度とが変化した場合、アンテナの特性が変化する場合がある。また、例えば工場出荷後に非接触通信装置が同一の場所に置かれていた場合であっても、季節変化による周囲の温度変化等により、アンテナの特性が変化する場合がある。また、例えば、非接触通信装置の周囲に金属が存在する場合、非接触通信装置に対する金属の位置および非接触通信装置と金属との距離等に応じて、アンテナ特性が変化する場合がある。これらの例の他、任意の条件の変化によってアンテナの特性が変化した場合、ＬＰＰ処理において、非接触通信装置の周辺にＩＣカードが存在しなくても、ＩＣカードが存在すると検出する場合がある。

ＬＰＰ処理に対して、ディスカバリ処理では、Ｒ／Ｗモードにおいてキャリア信号を連続的に送出することにより、ＩＣカードの存在の有無を検出するポーリングを行う。そのため、ディスカバリ処理では、非接触通信装置の周辺にＩＣカードが存在するか否かを、ＬＰＰ処理と比較して、高い精度で検出できる。

本実施形態の非接触通信装置は、ＬＰＰ処理とディスカバリ処理とを行うことによりＩＣカードの存在の有無を検出し、検出した結果に応じて、自動で共振周波数のセルフチューニングする処理を行うか否かを判断するためのモードを決定する。モードは、ＬＰＰ処理およびディスカバリ処理において、それぞれＩＣカードの存在が検出されたか否かによって分類される。本実施形態において、非接触通信装置は、モード１からモード４の４通りのいずれかのモードを決定する。

非接触通信装置は、ＬＰＰ処理およびディスカバリ処理において、ともにＩＣカードの存在を検出した場合、モード１であると決定する。モード１においては、非接触通信装置の周辺にＩＣカードが存在し、非接触通信装置が当該ＩＣカードと通信可能な状態である。非接触通信装置は、モード１と決定した場合、セルフチューニング処理を行わず、ＩＣカードとの通信を開始する。

非接触通信装置は、ＬＰＰ処理においてＩＣカードの存在を検出したが、ディスカバリ処理においてＩＣカードの存在を検出しない場合、モード２であると決定する。モード２において、ＬＰＰ処理によりＩＣカードの存在が検出されている。しかし、ディスカバリ処理によってはＩＣカードの存在が検出されていないため、実際には、非接触通信装置の周辺にＩＣカードは存在しない。従って、ＬＰＰ処理による検出は誤検出である。つまり、モード２は、条件の変化によってアンテナの特定が変化していることを示す。この場合、条件が変化していることにより誤検出が発生しているため、非接触通信装置はセルフチューニング処理を行わなくてもよい。また、非接触通信装置は、条件の変化に合わせてセルフチューニング処理を行ってもよい。また、非接触通信装置がセルフチューニングを行うか否かは、例えば予めユーザの入力操作等により決定されていてもよい。本実施形態では、モード２の場合、非接触通信装置は、セルフチューニング処理を行うとして説明する。

非接触通信装置は、ＬＰＰ処理においてＩＣカードの存在を検出しないが、ディスカバリ処理においてＩＣカードの存在を検出した場合、モード３であると決定する。モード３においては、ディスカバリ処理によりＩＣカードの存在が検出されているため、ＬＰＰ処理による検出は精度が高くないことによる誤検出であり、実際には非接触通信装置の周辺にＩＣカードが存在する。従って、モード３において、非接触通信装置はＩＣカードと通信可能な状態である。そのため、非接触通信装置は、モード３と決定した場合、セルフチューニング処理を行わず、ＩＣカードとの通信を開始する。

非接触通信装置は、ＬＰＰ処理およびディスカバリ処理において、ともにＩＣカードの存在を検出しない場合、モード４であると決定する。モード４においては、非接触通信装置の周辺にＩＣカードが存在せず、非接触通信装置はセルフチューニング処理を行う。

ＬＰＰ処理およびディスカバリ処理による検出結果と、非接触通信装置が決定するモードとの関係を、表１に示す。非接触通信装置は、上記説明及び表１に記載の通り、ＬＰＰ処理およびディスカバリ処理の結果に基づいて、モードを決定する。そして、非接触通信装置は、決定したモードに基づいて、ＩＣカードとの通信またはセルフチューニング処理を行う。

図１０を参照して、非接触通信装置が行うモード決定処理について、具体的に説明する。まず、制御部１４０は、ＩＣカード検出の初期化を行う（ステップ２０１）。そして、制御部１４０は、ＬＰＰ処理により、キャリア信号を間欠的に送出することによって、２次側機器であるＩＣカードが通信可能な範囲内に存在するか否かを判断する（ステップ２０２）。

制御部１４０は、ＬＰＰ処理によってＩＣカードが通信可能な範囲内に存在すると判断すると（ステップ２０２のＹｅｓ）、次にディスカバリ処理を行う。

具体的には、制御部１４０は、非接触通信装置を、初期モードのＲ／Ｗモードに設定する（ステップ２０３）。そして、制御部１４０は、２次側機器として周辺にＩＣカードが存在するか否かを監視する（ステップ２０４）。ステップ２０２では、非接触通信装置が所定時間間隔で発振信号を出力することで、その存在の有無を検出する。

制御部１４０は、ＩＣカードが存在すると判断すると（ステップ２０４のＹｅｓ）、モード１であると決定する（ステップ２０８）。そして、このフローは終了し、非接触通信装置は、検出したＩＣカードと通信を開始する。

一方、制御部１４０は、ＩＣカードが存在しないと判断すると（ステップ２０４のＮ）、動作モードをＲ／Ｗモードからカードモードに切り替える（ステップ２０５）。そして、制御部１４０は、相手側機器としてＲ／Ｗが存在するか否かを監視する（ステップ２０６）。

制御部１４０は、Ｒ／Ｗが存在すると判断した場合（ステップ２０６のＹｅｓ）、モード１であると決定する（ステップ２０８）。そして、このフローは終了し、非接触通信装置は、検出したＲ／Ｗと通信を開始する。

制御部１４０は、Ｒ／Ｗが存在しないと判断した場合（ステップＳ２０６のＮｏ）、タイムアウトしたか否かを判断する（ステップ２０７）。制御部１４０は、例えばステップ２０５でカードモードに切り替えるタイミングで、タイマのカウントアップを開始する。

制御部１４０は、タイムアウトしていないと判断した場合（ステップ２０７のＮｏ）、ステップ２０３に戻り、タイムアウトするまで、ステップ２０３から２０７の処理を繰り返す。

制御部１４０は、タイムアウトしたと判断した場合（ステップ２０７のＹｅｓ）、例えば非接触通信装置による電力の消耗を減らすため、ディスカバリを停止し、スタンバイ等の低消費モードに移行するとともに、モード２であると決定する（ステップ２０９）。そして、このフローは終了し、制御部１４０は、工場出荷後のセルフチューニング処理を実行する。

一方、制御部１４０は、ＬＰＰ処理によってＩＣカードが通信可能な範囲内に存在しないと判断すると（ステップ２０２のＮｏ）、タイムアウトしたか否かを判断する（ステップＳ２１０）。制御部１４０は、例えば最初にステップ２０２に移行したときに、タイマのカウントアップを開始する。

制御部１４０は、タイムアウトしていないと判断した場合（ステップ２１０のＮｏ）、ステップ２０２に戻り、タイムアウトするまで、ＬＰＰ処理によりＩＣカードが存在するか否かの検出を繰り返す。

制御部１４０は、ＬＰＰ処理でＩＣカードが通信可能な範囲内に存在することを検出しないままタイムアウトした場合（ステップ２１０のＹｅｓ）、次に、ステップ２１１からステップ２１５においてディスカバリ処理を行う。

ここで、ステップ２１１からステップ２１５は、それぞれステップ２０３からステップ２０７に対応し、具体的なディスカバリ処理は、ステップ２０３からステップ２０７と同一であるため、詳細な説明を省略する。

制御部１４０は、ステップ２１２でＩＣカードが存在すると判断した場合（ステップ２１２のＹｅｓ）、モード３であると決定する（ステップ２１６）。そして、このフローは終了し、非接触通信装置は、検出したＩＣカードと通信を開始する。

また、制御部１４０は、ステップ２１４でＲ／Ｗが存在すると判断した場合（ステップ２１４のＹｅｓ）、モード３であると決定する（ステップ２１６）。そして、このフローは終了し、非接触通信装置は、検出したＲ／Ｗと通信を開始する。

一方、制御部１４０は、ディスカバリ処理においてタイムアウトしたと判断した場合（ステップ２１５のＮｏ）、例えば非接触通信装置による電力の消耗を減らすため、ディスカバリを停止し、スタンバイ等の低消費モードに移行するとともに、モード４であると決定する（ステップ２１７）。そして、このフローは終了し、制御部１４０は、工場出荷後のセルフチューニング処理を実行する。

なお、図１０の説明において、非接触通信装置は、ＬＰＰ処理およびディスカバリ処理の両方を行うものとして説明したが、機器の性質または設定等によっては、いずれかの処理を実行しなくてもよい。例えば、非接触通信装置は、カード機能のみを有する場合、ＬＰＰ処理を使用しないか、またはＬＰＰ処理の機能を有さないように設定されることがある。この場合、非接触通信装置は、ＬＰＰ処理を実行せずに、ディスカバリ処理を実行することによって、セルフチューニングを実行するか否かを判断してもよい。

図１１は、モード１およびモード３におけるタイミングチャートの一例を示す図である。図１１のタイミングチャートにおいて、横方向は時間経過、縦方向はＬＳＩ電流値を模式的に示す。非接触通信装置は、ＬＰＰ処理を実行した後、ディスカバリ処理を行う。本実施形態では、ディスカバリ処理として、まずＲ／Ｗモードでポーリングを実行した後、カードモードにより周辺にＲ／Ｗが存在するかを検出する。非接触通信装置は、ＬＰＰ処理およびディスカバリ処理の結果、モード１またはモード３であると決定すると、存在を確認した周辺の通信装置と通信を行う。

図１２は、モード２およびモード４におけるタイミングチャートの一例を示す図である。図１２のタイミングチャートにおいて、横方向は時間経過、縦方向はＬＳＩ電流値を模式的に示す。非接触通信装置は、ＬＰＰ処理を実行した後、ディスカバリ処理を行う。本実施形態では、ディスカバリ処理として、まずＲ／Ｗモードでポーリングを実行した後、カードモードにより周辺にＲ／Ｗが存在するかを検出する。非接触通信装置は、ＬＰＰ処理およびディスカバリ処理の結果、モード２またはモード４であると決定すると、セルフチューニングを実行する。

次に、本実施形態において、モード２またはモード４において、非接触通信装置が行うセルフチューニング処理について説明する。図１３は、非接触通信装置の工場出荷後における、非接触通信装置によるセルフチューニングの処理を示すフローチャートである。

制御部１４０は、初期化として、所定の周波数f1を、記憶部１４１から読み出し、これを発振部１３１に設定する（ステップ３０１）。所定の周波数f1は、例えば13.56MHzとすることができる。

制御部１４０は、初期化として、予め記憶部１４１に記憶されているアンテナパラメータを、制御部１４０の内部レジスタやゲインコントローラ１３２等に設定する（ステップ３０２）。

制御部１４０は、ＤＡＣ１３３への制御電圧値を、例えば０Ｖから１ステップごとに、単位電圧ずつ増加させ、その１ステップごとに測定部によりＬＳＩ電流を測定する（ステップ３０３）。

制御部１４０は、測定したＬＳＩ電流が最小値であるか否かを判断する（ステップ３０４）。

制御部１４０は、測定したＬＳＩ電流が最小値でないと判断した場合（ステップ３０４のＮｏ）、掃引されたＤＡＣ１３３への制御電圧が３Ｖであるか否かを判断する（ステップ３１１）。

制御部１４０は、掃引されたＤＡＣ１３３への制御電圧が３Ｖでないと判断すると（ステップ３１１のＮｏ）、ステップ３０３に移行する。

一方、制御部１４０は、掃引されたＤＡＣ１３３への制御電圧が３Ｖであると判断すると（ステップ３１１のＹｅｓ）、エラー処理を実行する（ステップ３１２）。エラー処理は、例えば、非接触通信装置からエラー信号をユーザに通知することにより行う。そして、このフローを終了する。

制御部１４０は、ステップ３０４においてＬＳＩ電流が最小であると判断すると（ステップ３０４のＹｅｓ）、ＬＳＩ電流が最小のときのＤＡＣ１３３への制御電圧値を、最適制御値と決定する（ステップ３０５）。

なお、制御部１４０、必ずしも３Ｖまで制御電圧値を増加させる必要はなく、０Ｖからの制御電圧値の増加途中で、制御部１４０が極小を検出すれば、それを最小値とみなして、その時点でステップ３０５へ進んでもよい。

次に、制御部１４０は、発振部１３１に設定された制御電圧（可変容量調整値）と、ステップ３０５において記憶部１４１に記憶された電圧との差が所定の範囲以上であるか否かを判断する（ステップ３０６）。所定の範囲は、適宜設定することができる。例えば、ＤＡＣ１３３が５ビットＤＡＣの場合、１ビットが約９０ｍＶの電圧に相当し、所定の範囲を２ビットに設定してもよい。

制御部１４０が、予め記憶されていた可変容量調整値と、最適制御値との差が所定の範囲より小さいと判断した場合（ステップ３０６のＮｏ）、ステップ３０７およびステップ３０８を経ずに、ステップ３０９に進む。

一方、制御部１４０が、予め記憶されていた可変容量調整値と、最適制御値との差が所定の範囲以上であると判断した場合（ステップ３０６のＹｅｓ）、最適制御値を、記憶部１４１に記憶する（ステップ３０７）。そして、制御部１４０は、記憶部１４１に記憶された電圧を、発振部１３１に設定するようにして、発振部１３１の制御電圧を更新する（ステップ３０８）。

その後、制御部１４０は、通信用の発振周波数（例えば13.56MHz）を、発振部１３１に設定する（ステップ３０９）。制御部１４０は、通信用のアンテナパラメータを設定して（ステップ３１０）、セルフチューニング処理を終了する。通信用のアンテナパラメータの１つとして、記憶部１４１に記憶された最適制御値がある。つまり、通信時には、制御部１４０は、記憶部１４１に記憶された最適制御値を使用して共振周波数を制御する。

なお、非接触通信装置が行うセルフチューニング処理は、図１３に示したフローに限られない。例えば、図１３に示したフローでは、ステップ３０１からステップ３０５において、ＬＳＩ電流の最小値を検出して、その場合のＤＡＣ１３３への制御電圧を記憶するとして説明している。しかし、かかるセルフチューニング処理に代えて、他の値を検出することにより、最適制御値を検出するようにしてセルフチューニング処理を実行してもよい。上記他の値として、例えば、以下の複数の例１）〜４）を検出してもよい。
１）アンテナコイルに流れる電流であるアンテナ電流の位相が０となる制御電圧値、
２）アンテナ電流が最小または最大となる制御電圧値、
３）アンテナインピーダンスの位相が０となる制御電圧値、
４）ＬＳＩ電流の位相が０となる制御電圧値

上記１）、３）、４）の各位相が０になる点は、図４において破線で示す曲線の位相０°の点に相当する。なお、図４はシミュレーション結果を示しており、上記１）のアンテナ電流位相については、−２７０°の点が本来の位相０°に相当し、上記４）のＬＳＩ電流の位相については、−１８０°の点が本来の位相０°に相当することに注意する必要がある。

チューニング期間は、前述したように50〜100μs程度であるため、電力の消費もほぼ無視でき、ユーザはチューニング処理について意識することはない。

また、図１３に示すフローにおいて、制御部１４０は、ステップ３０８でＤＡＣ１３３への制御電圧を更新するたびに、更新した制御電圧を記憶部１４１に記憶させてもよい。ユーザは、所定の操作により、記憶部１４１に蓄積された制御電圧の履歴を閲覧でき、例えば、メンテナンス時の参考として使用できる。

本例では、非接触通信装置が、Ｒ／Ｗ機能およびカード機能の両方を備える場合について述べたが、Ｒ／Ｗ機能のみ、または、カード機能のみを備える非接触通信装置においても、同様の処理を行うことができる。例えば非接触通信装置は、Ｒ／Ｗ機能のみを有する場合、Ｒ／Ｗ機能として非接触通信装置の周辺にＲ／Ｗの存在が検出されても通信に移行しない。また、非接触通信装置は、カード機能のみを有する場合、カード機能として非接触通信装置の周辺にＩＣカードの存在が検出されても通信に移行しない。

他の例として、非接触通信装置は、Ｒ／Ｗ機能のみを有する場合、Ｒ／Ｗ機能として周辺にＩＣカードが存在するか否かを監視し、その存在が検出されない場合、タイムアウトすればよい。非接触通信装置は、カード機能のみを有する場合、カード機能として周辺にＲ／Ｗが存在するかを監視し、その存在が検出されない場合、タイムアウトすればよい。このように、非接触通信装置は、機能に基づくタイムアウトを行うことにより、周辺の通信機器の存在を検出する時間が短くなるという利点を有する。

（まとめ）
以上のように、本実施形態に係る非接触通信装置では、測定部が、発振部１３１からの出力電流を測定し、制御部１４０が、その出力電流の最小値を検出し、その最小値に対応する最適制御値を使用して共振周波数を制御する。したがって、アンテナ特性の製造上のばらつきによって、あるいは、使用環境や経時変化によって共振周波数が変動する場合があっても、設定された共振周波数による良好な通信特性を得ることができる。

本実施形態に係る非接触通信装置では、ＬＳＩ電流の測定部である差動増幅器Ａ３が、アンテナ駆動部１３０内に設けられる。したがって、特許文献１のようにアンテナ共振部１１０におけるアンテナ電流をモニタするための抵抗や配線を、アンテナ共振部１１０とアンテナ駆動部１３０との間に設ける必要がない。またそのために、アンテナ駆動部１３０の端子数も増やすことがないので、シンプルな回路構成とすることができる。これにより、アンテナ駆動部１３０の設計の容易化、低コスト化を実現できる。また、これにより、ノイズが発生しにくくなり、良好な通信特性を得ることができる。

本実施形態に係る非接触通信装置は、工場出荷時に、自動でチューニングを行うことが可能な構成であるので、製造ライン上での作業者による手動でのチューニングを必要としない。これにより低コスト化を実現できる。

非接触通信装置の使用環境、アンテナ共振部１１０の経時変化により、上記工場出荷時の最適制御値と、ユーザの非接触通信装置の使用時の最適制御値が異なる場合もある。本実施形態に係る非接触通信装置は、工場出荷後にユーザがこれを使用する場面でも、自動のセルフチューニングが可能であるため、良好な通信特性を維持することができる。

しかも、本実施形態に係る非接触通信装置は、ＬＰＰ処理とディスカバリ処理とを行うことによりセルフチューニング処理の実行の要否を判断するため、工場出荷後の条件の変化に対応して、外部機器による調整ずれを生じることなく、セルフチューニング処理を実行できる。また、かかる条件の変化に対するセルフチューニング処理は、ユーザの選択によって実行しないこととすることもできるため、ユーザの使用態様に合わせたセルフチューニングが可能である。

また、本実施形態に係る非接触通信装置は、可変容量調整値と、算出されて記憶部１４１に記憶された電圧との差が所定の範囲以上の場合にＤＡＣ１３３への制御電圧を更新するため、当該差が所定の範囲より小さく、制御電圧の更新が不要である場合に更新処理が行われない。このようにして、本実施形態に係る非接触通信装置は、更新処理の回数を減らすことができる。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。これ以降の説明では、第１の実施形態に係る装置が含む部材や機能等について実質的に同様の要素については同一の符号を付し、その説明を簡略化または省略し、異なる点を中心に説明する。

図１４は、第２の実施形態に係る非接触通信装置の回路構成を示す。この非接触通信装置３００のコンデンサ部は、上記実施形態と同様に、直列共振コンデンサ部および並列共振コンデンサ部を備える。上記実施形態と異なる点として、直列共振コンデンサ部は、例えば２つの可変コンデンサＶＣ１、ＶＣ２を含み、並列共振コンデンサ部は、例えば２つの固定容量コンデンサＣ９、Ｃ１０を含む。可変コンデンサＶＣ１に、ＤＣカットのためのコンデンサＣ２、Ｃ５が直列接続され、また、同様に可変コンデンサＶＣ２に、コンデンサＣ３、Ｃ６が直列接続されている。制御部１４０は、アンテナ駆動部１３０内に設けられたＤＡＣ１３３を介して、制御電圧信号Ｖｃｎｔを可変コンデンサＶＣ１、ＶＣ２に出力し、これらの容量を可変に制御する。

このように、直列共振コンデンサ部の容量が可変に制御されることにより、上記第１の実施形態と同様に、様々な要因による共振周波数の変動を吸収することができ、良好な通信特性を得ることができる。

［第３の実施形態］
図１５は、本発明の第３の実施形態に係る非接触通信装置の回路構成を示す。この非接触通信装置４００では、コンデンサ部としての、直列共振コンデンサ部および並列共振コンデンサ部の両方が、可変容量コンデンサを含む。並列共振コンデンサ部は、図２に示すそれと同様の可変コンデンサＶＣ１で構成される。直列共振コンデンサ部は、図１４で示すそれと同様に、２つの可変コンデンサＶＣ２、ＶＣ３で構成される。

制御部１４０は、ＤＡＣ（１）１３５Ａを介して、制御電圧信号Ｖｃｎｔ１を可変コンデンサＶＣ１に出力し、ＤＡＣ（２）１３５Ｂを介して、制御電圧信号Ｖｃｎｔ２を可変コンデンサＶＣ２、ＶＣ３に出力して、これらの容量を可変に制御する。本実施形態では、並列共振コンデンサ部（可変コンデンサＶＣ１）の容量を変化させた場合、その変化に見合った、直列共振コンデンサ部（可変コンデンサＶＣ２、ＶＣ３）の容量の変化が必要となるので、トラッキング調整が行われる。

具体的には、例えば、並列共振コンデンサ部の容量の変化（またはそれに対応するＤＡＣ（１）１３３Ａによる制御値）に、最適な直列共振コンデンサ部の容量（またはそれに対応するＤＡＣ（２）１３３Ｂによる制御値）を関連付け、これをテーブルとして予め記憶部１４１に記憶しておけばよい。そして、チューニング処理では、制御部１４０は、図８で示したフローチャートにおけるステップ１０５または図１３で示したフローチャートにおけるステップ３０５において最適制御値を得、テーブルに基づき、その最適制御値に対応する直列共振コンデンサ部への最適制御値を得ることで、共振周波数を最適に制御することができる。

［第４の実施形態］
図１６は、上記非接触通信システム１（図１参照）の技術を、非接触給電システム２に適用した形態に係る当該非接触給電システム２の構成を示すブロック図である。非接触給電システム２においてもデータ通信を行うので、その点は非接触通信システム１と同じである。この非接触給電システム２と、図１に示す非接触通信システム１の異なる点は、給電モードが設けられる点であり、受電装置２５０に充電制御部２１９が設けられる点である。ここでは、送受の双方向通信に対応する方式を示している。

給電装置１５０のアンテナ共振部１１０は、ＬＣの共振回路で構成されており、例えばＱｉフォーマットで知られる電磁誘導方式では、100〜200kHzの出力周波数を持つ。このようにシステムが、フォーマットとして複数の方式を許容する場合、ＬＳＩ（アンテナ駆動部１３０）により使用する発振周波数や、アンテナ共振部１１０におけるアンテナコイルの仕様が違ってくる。

この非接触給電システム２の給電方式として、電磁誘導や磁界共鳴等の方式が適用可能であり、方式によらない。給電装置１５０は、キャリア信号を送出し、１次側アンテナ部１１１を経てアンテナに電流を流す。アンテナコイルに流れた電流により発生する磁界が、受電装置２５０の２次側アンテナ部２０１と磁気的に結合することで、２次側アンテナ部２０１に電圧が励起されエネルギーの伝送が行われる。

非接触通信システム１の通信状態では、送信装置１００と受信装置２００との通信距離が長く、距離が変わる。しかし、例えば給電方式として、Ｑｉフォーマットで知られる電磁誘導方式では、給電装置１５０（例えば給電送信パッド）に受電装置２５０（例えば携帯電話デバイス）を置く形となるため、両者の距離は常にほぼ一定となる。このような非接触給電システム２は、給電装置１５０および受電装置２５０にそれぞれ共振回路を有しており、位置ずれや給電される機器によりその共振周波数がずれるという課題は、上記非接触通信システム１の（非接触通信システム１で解決される）課題と同じである。

具体的には、１次側アンテナ部１１１および２次側アンテナ部２０１は、効率的な伝送を行うため、キャリア周波数で共振するように共振回路により構成されている。一般にエネルギー効率は、電磁誘導結合の結合係数ｋとアンテナのＱ値の掛け算で決まるため、大きなｋと高いＱであることが望ましい。しかしながら共振回路のＱを高くすると、定数のばらつきにより共振周波数が大きくずれてしまうため、非常に高精度の部品を使うか、前述したように共振周波数を調整する必要がある。

図１７は、給電装置１５０における受電装置の検出（デバイス検出）から、充電（電力伝送）までのシーケンスを示す。非接触給電システム２は、エネルギーを伝送するとともに、キャリア信号の大きさを変調することによりデータ通信を行い、機器認証や必要受電電力量の要求を行う。例えばＱｉフォーマットでは、受電装置２５０が、負荷変調、つまり負荷の大きさを変えることでキャリアを変調し、これにより各種のデータを送信する。

非接触給電の場合、給電装置１５０は、一般的に、50〜100μs程度の短い時間、１次側アンテナ部１１１に電流を間欠的に流し、その電流値が変化した場合に、受電装置２５０がおかれたと判断する。これが、反応確認（PING）に相当する。図１７には、「信号強度」と表しているが、実際には給電装置１５０が１次側アンテナ部１１１の電流の変化を検出する。したがって、この電流変化がない状態で、給電装置１５０が、図１３に示したチューニング処理を開始することで、製品の工場出荷後についても、上記実施形態と同様にチューニングを行うことが可能となる。認証ＯＫの場合は、給電装置１５０は、電力伝送モードで動作し、電力を受電装置２５０に伝送する。この場合、給電装置１５０は、長時間の充電を行うため、認識処理を間欠的に行うことで安全性を確保している。

［その他の実施形態］
本発明は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態を実現することができる。

上記実施形態において、通信時には、制御部１４０は、可変コンデンサＶＣ１への制御電圧値として最適制御値を使用して共振周波数を制御した。しかし、必ずしも最適制御値に限られず、ＬＳＩ電流の最小または最大値の、例えば隣の値に対応する制御値により、共振周波数が制御されてもよい。すなわち制御部１４０は、最適制御値を含む任意の範囲の制御値で共振周波数を制御してもよい。

上記第１、第２の実施形態では、並列共振コンデンサ部は、１つの可変コンデンサＶＣ１により構成されていたが、複数の可変コンデンサにより構成されていてもよい。

上記各実施形態では、例えば図２等に示すように、制御部１４０および記憶部１４１は、アンテナ駆動部１３０の外に設けられていたが、これらは、アンテナ駆動部１３０内、例えばＬＳＩに一体として設けられていてもよい。

以上説明した各形態の特徴部分のうち、少なくとも２つの特徴部分を組み合わせることも可能である。

ＶＣ１、ＶＣ２、ＶＣ３…可変コンデンサ
Ｌ３…アンテナコイル
１…非接触通信システム
２…非接触給電システム
１００、３００、４００…送信装置（非接触通信装置）
１１０…アンテナ共振部
１１３…送受信制御部
１１９…制御信号ライン
１２９…入力ライン
１３０…アンテナ駆動部
１３１…発振部
１３２…ゲインコントローラ
１３３…ＤＡＣ
１３４…ＡＤＣ
１３５…出力部
１３９…制御値入力部
１４０…制御部
１４１…記憶部
１５０…給電装置
２５０…受電装置

Claims (10)

1. 少なくとも一部が可変容量コンデンサを含む共振回路を少なくとも有するアンテナを備える送受信装置による制御方法であって、
   ＬＰＰ処理およびディスカバリ処理により、前記送受信装置が通信可能な範囲内に通信機器が存在するか否かを検出する検出ステップと、
   前記検出ステップにおける検出結果に基づき、チューニングを実行するか否かを決定する決定ステップと、
   前記決定ステップにおいて前記チューニングを実行すると決定した場合に、前記チューニングを実行するチューニングステップと
   を含む制御方法。
2. 前記検出ステップで、前記ＬＰＰ処理および前記ディスカバリ処理の双方において、前記通信機器が存在しないことを検出した場合、
   前記決定ステップで、前記チューニングを実行することを決定する、
   請求項１に記載の制御方法。
3. 前記検出ステップで、前記ＬＰＰ処理において前記通信機器が存在することを検出し、前記ディスカバリ処理において前記通信機器が存在しないことを検出した場合、
   前記決定ステップで、前記チューニングを実行することを決定する、
   請求項１または請求項２に記載の制御方法。
4. 前記検出ステップで、前記ＬＰＰ処理において前記通信機器が存在することを検出し、前記ディスカバリ処理において前記通信機器が存在しないことを検出した場合、
   前記決定ステップで、前記チューニングを実行しないことを決定する、
   請求項１または請求項２に記載の制御方法。
5. 前記ディスカバリ処理は、前記通信機器からの信号を前記アンテナにより検出するカードモードと、所定の周波数の信号を前記アンテナから発信するＲ／Ｗモードとの少なくともいずれかを含む、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の制御方法。
6. 前記チューニングにおいて算出された前記アンテナを駆動する駆動回路への制御電圧である可変容量調整値と、当該チューニング前における前記駆動回路への制御電圧との差が、所定範囲以上である場合に、前記可変容量調整値を前記駆動回路への制御電圧として設定する設定ステップをさらに含む、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の制御方法。
7. 少なくとも一部が可変容量コンデンサを含む共振回路を少なくとも有するアンテナと、
   ＬＰＰ処理およびディスカバリ処理により、前記アンテナを使用して通信可能な範囲内に通信機器が存在するか否かを検出し、該検出結果に基づきチューニングを実行するか否かを決定し、前記チューニングを実行すると決定した場合に前記チューニングを実行する制御部と
   を備える非接触通信装置。
8. 少なくとも一部が可変容量コンデンサを含む共振回路を少なくとも有するアンテナと、
   ＬＰＰ処理およびディスカバリ処理により、前記アンテナを使用して通信可能な範囲内に通信機器が存在するか否かを検出し、該検出結果に基づきチューニングを実行するか否かを決定し、前記チューニングを実行すると決定した場合に前記チューニングを実行する制御部と
   を備える非接触給電装置。
9. 少なくとも一部が可変容量コンデンサを含む共振回路を少なくとも有するアンテナを備える非接触通信装置に、
   ＬＰＰ処理およびディスカバリ処理により、前記非接触通信装置が通信可能な範囲内に通信機器が存在するか否かを検出する検出ステップと、
   前記検出ステップにおける検出結果に基づき、チューニングを実行するか否かを決定する決定ステップと、
   前記決定ステップにおいて前記チューニングを実行すると決定した場合に、前記チューニングを実行するチューニングステップと
   を実行させるプログラム。
10. 制御部を備える非接触通信装置の駆動回路であって、
    前記制御部が行うチューニングであって、ＬＰＰ処理およびディスカバリ処理により前記非接触通信装置が通信可能な範囲内に通信機器が存在するか否かを検出し、該検出結果に基づいてチューニングを実行するか否かを決定し、前記チューニングを実行すると決定した場合に実行される前記チューニングにより算出された制御電圧である可変容量調整値と、当該チューニング前における制御電圧との差が、所定範囲以上である場合に、前記可変容量調整値を、制御電圧として、少なくとも一部が可変容量コンデンサを含む共振回路を少なくとも有するアンテナに印加することにより、該アンテナを駆動する、駆動回路。

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