JP6739190B2 - 非接触通信媒体及びそれを用いた電子機器 - Google Patents

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Description

本発明は、自動改札システム、情報カードシステム等に用いられる非接触通信媒体及びそれを用いた電子機器に関する。
昨今、近距離無線通信を利用した非接触通信媒体は、自動改札システム、情報カードシステム等で情報の送受信に使用される。非接触通信媒体では、例えば、識別番号、識別情報、価値情報、信用情報等の通信、記憶等が行われる。非接触通信媒体としては、例えば、人、車、荷物等に付けられて使用されるデータキャリア、カード型の非接触ＩＣカード等がある。近距離無線通信の一種として１３．５６ＭＨｚを搬送周波数として用いるＮＦＣ（Ｎｅａｒ Ｆｉｅｌｄ ＣｏｍｍｕｎＩＣａｔｉｏｎ）方式による無線通信がある。
近距離無線通信でＮＦＣ方式以外では、例えば、１００ｋＨｚ〜２００ｋＨｚの周波数を用いるＱｉ方式、６．７８ＭＨｚの周波数を用いるＡ４ＷＰ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｓｏｒｔｉｕｍ）方式等が知られている。なお、Ａ４ＷＰとＰＭＡ（Ｐｏｗｅｒ Ｍａｔｔｅｒｓ Ａｌｌｉａｎｃｅ）は、２０１５年１１月に合併し、新たな名称が「Ａｉｒ Ｆｕｅｌ Ａｌｌｉａｎｃｅ」となり、これら両者の無線方式が「Ａｉｒ Ｆｕｅｌ」となる模様である。
無線給電には、例えば、次の２つの方式が良く知られている。１つ目は磁界共鳴方式である。磁界共鳴方式は、送電側コイルを含む送電側共振回路を給電器に用い、受電側コイルを含む受電側共振回路を受電器に用いる。これらの送電側共振回路と受電側共振回路との共振周波数は共通の所定の周波数に設定される。送電側コイルに交流電流を流すことにより、送電側コイルに磁界が発生する。この磁界により受電側コイルに交流電流が流れる。すなわち、送電側コイルを含む送電側共振回路から受電側コイルを含む受電側共振回路へ電力が供給される。磁界共鳴方式は、例えば、Ａ４ＷＰ方式で採用されている。
２つ目は電磁誘導方式である。電磁誘導方式では、２つのコイルを近接させて配置し、一方のコイルに電流を流して発生する磁束を他方のコイルに結合させることにより、他方のコイルに電力エネルギーを生成する。電磁誘導方式としては例えばＱｉ方式、ＰＭＡ方式及びＮＦＣ方式が良く知られている。
最近では、磁界共鳴方式と電磁誘導方式の両者に対応できる非接触通信媒体も出現してきている。
特許文献１には、磁界共鳴方式を用いた非接触型情報カード及びＩＣが記載されている。この非接触型情報カード及びＩＣでは、並列共振回路がループアンテナ、コンデンサ及び可変容量素子により構成される。非接触型情報カード及びＩＣのリーダ／ライタのループアンテナと非常に接近している場合、非接触型情報カード及びＩＣのループアンテナで受信する電力エネルギーが増加する。この場合、可変容量素子に印加される電圧が変化し、可変容量素子の容量値が変化する。それにより、受信電圧に応じて共振周波数がずらされ、受信効率が低下する。その結果、受信電圧が過大になることが防止される。
特許文献２には、磁界共鳴方式を用いた受電装置、送電装置及び非接触給電システムが記載されている。受電装置は、受電側コイル及び受電側容量を含む受電側共振回路に接続される回路であり、磁界共鳴を利用して受電側コイルで受電した電力に基づき出力電力を生成する受電回路を備える。さらに電力の受電に先立ち、受電側共振回路の共振周波数を基準周波数から変更するか又は受電側コイルを短絡する変更／短絡回路を備える。特許文献２、段落０００６には、異物が給電台上に配置されている状態において、送電側コイルが発生した強磁界で異物が破壊されることを示唆し、給電台上の異物のコイルの端子電圧が例えば１００Ｖ〜２００Ｖまで増大することを指摘する。また、段落００５４には送電側コイルで発生する磁界強度が例えば４５〜６０Ａ／ｍ程度であることを示唆し、この大きさは、ＮＦＣの規格で定められた上限値である７．５Ａ／ｍの磁界強度より大きいことを示唆する。また、特許文献２、図２２には共振周波数を変更させる回路が、図３７には受信側コイルを短絡させる回路がそれぞれ示されている。
特許文献３には、磁界共鳴方式を用いた半導体ＩＣ装置及び非接触型ＩＣカードが記載されている。この半導体ＩＣ装置は、アンテナを介して受信した情報信号を復調する受信回路を具備し、受信回路はアンテナに接続されるアンテナ端子と、アンテナ端子に与えられる交流信号を整流平滑する整流回路を具備する。非接触型ＩＣカードは、アンテナを構成するコイルと、ＩＣカードの表面上に具備される入出力端子と、コイルに接続される上記ＩＣ装置とを搭載する。
特許文献４には磁界共鳴方式とは異なる電磁誘導方式を用いた電磁誘導結合装置が記載されている。特許文献４の電磁誘導結合装置は、電磁誘導されるコイルと、このコイルを介して取り込まれる電力エネルギーを全波整流する整流回路と、整流回路の出力を平滑化して所定の内部電源を生成する平滑回路を備える。さらにコイルの両端間に並列接続され、平滑回路の出力を受けて作動するＭＯＳトランジスタを備える。
非特許文献１には、ＩＳＯ／ＩＥＣ１４４４３に準拠した非接触ＩＣカードについて、実証結果を反映し互換性確保に必要な「拡張仕様」が示されている。非特許文献１、第１１頁〜第１３頁にはＰＩＣＣ（Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ ＩＣ Ｃａｒｄ；近接型ＩＣカード）及びＰＣＤ（Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ Ｃｏｕｐｌｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅ；近接型結合装置）の物理特性、電気的特性が記述され、それらのアンテナ形状、共振周波数、発生磁界等を記述する。例えば、ＰＩＣＣの共振周波数は１３．５６ＭＨｚ以上を提案している。また、第４０頁には、「試験対象品ＰＣＤの試験」について記述し、最大発生磁界はＰＣＤの動作範囲において受信電圧が３Ｖ以下であることを提案している。
特許３７６１００１号公報 特開２０１５−２０２０２５号公報 特許４３９２２５６公報 国際公開０２／０７１７３号公報
近接型通信インタフェース実装規約書、第２版、平成１６年３月、財団法人 ニューメディア開発協会
給電器と受電器との間で無線給電が行われている場合、給電器の周辺には磁界共鳴方式及び電磁誘導方式に関わらず強磁界が発生している。このような給電器に非接触通信媒体が接近し強磁界に曝されると、非接触通信媒体内の共振回路等によって非接触通信媒体の内部回路に高電圧が発生する。この高電圧により、非接触通信媒体の内部回路が破壊されてしまう可能性がある。
このような無線給電に対応しない媒体、異物等が誤って給電器に接近した場合に給電を停止する技術が提案されている。しかしながら、このような技術が使用されていない給電器に非接触通信媒体が接近することも考えられるため、非接触通信媒体自体に電圧保護回路を設けることが望ましい。
特許文献１の非接触型情報カード及びＩＣは、通信先装置から放出された電磁波によって内部回路を駆動させる電力が供給されると共に、通信先装置とのデータ通信を行うものに限定される。したがって、当該発明が適用される範囲は、非接触型情報カード及びＩＣと通信先装置とがシステム的に一体化されたものに限定される。換言すれば、ＲＦＩＤカード、ＮＦＣカード等、カード全般に対しては、特許文献１でいう過電圧保護は期待できない。
特許文献２は、受電側の共振回路の動作を制御又は停止するものであり、情報カードそのものに破損防止等の対策を講ずるものではない。このため、受電側の共振回路が停止される前に情報カード自体が劣化又は使用に耐えられない状態に陥る不具合が生じうる。
特許文献３は、受電側装置を保護するものであって、情報カードの保護についてはなんら開示していない。このため特許文献２と同様に、受電側装置が保護される前に情報カードに保持された各種情報が劣化又は使用に耐えられない状態に陥るという不具合が生じうる。
特許文献４は、平滑回路の出力を受けコイルに並列接続されたＭＯＳトランジスタを用いて整流回路に加える交流電力自体を制限することが示唆されていることは認められる。しかし、平滑回路の出力の具体的な大きさや磁界の具体的な大きさには開示されていないので実用化には期待できない。
特許文献１〜特許文献４は磁界が強くなると、磁界感度を減衰させる手段を有する点で共通する。しかし、そうした磁界感度の減衰手段がＩＳＯ／ＩＥＣ１４４４３で定められた磁界強度に適応したものであるかどうかは定かでない。したがって、減衰手段が動作しても、その減衰手段の動作点がＩＳＯ／ＩＥＣ１４４４３で定められた磁界を大きく超えたり、あるいは所定の磁界強度よりも弱い磁界強度で動作したりするという懸念が残る。
そこで、本発明は、送電装置及び受電装置の少なくとも一方を備えた電子機器から発生する磁界に関わらず、強磁界対策を施した非接触通信媒体を提供することを目的とする。また、本発明は、ＩＳＯ／ＩＥＣ１４４４３に規定された具体的な磁界強度に適応した非接触通信媒体を提供することを目的とする。また、本発明は所定の磁界強度を所定の電圧に変換できる非接触通信媒体を提供することを目的とする。さらに、本発明は非接触通信媒体と電磁的に結合し、非接触通信により非接触通信媒体に情報の書き込み又は読み出し又は非接触通信媒体のコイルに駆動電流を供給する電子機器を提供することを目的とする。
本発明の「非接触通信媒体」は、広義的にはＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ＩＤｅｎｔｉｆａｔｉｏｎ）の１つである。すなわち、本発明でいう「非接触通信媒体」は、磁界や電波などを用いた近距離（数センチメートル〜数メートル）の通信によって情報のやり取りを行うＩＤ情報が埋め込まれたＲＦタグの１つである。
また本発明でいう「非接触通信媒体」はＰＩＣＣ（近接型ＩＣカード）の１つである。したがって、ＮＦＣ方式、Ｑｉ方式、Ａ４ＷＰ方式、ＩＳＯ／ＩＥＣ１４４４３の規格に適合するものはもちろんのこと、これら以外のすべての非接触ＲＦタグも本発明でいう「非接触通信媒体」に含まれる。
また、本発明の「非接触通信媒体」は、ＲＦＩＤの内部に各種電子機器から放射される電力エネルギーに感応するコイルを少なくとも含む。また、本発明の「非接触通信媒体」は電力エネルギーである電磁力、磁界の強度に比例した直流電圧を生成する整流回路、平滑回路、負荷インピーダンス調整手段等を含む。整流回路はダイオード素子を含む。ダイオード素子には、シリコンを用いたＰＮ接合ダイオード、ショットキーバリアダイオードはもちろんのこと、ＭＯＳトランジスタやバイポーラトランジスタをダイオード素子と構成したものも含まれる。
また、本発明の「非接触通信媒体」は、コイルが感応する電力エネルギーが所定の強度を超えた場合に、コイルが感応する感度を減衰させるスイッチを含む。
本発明に係る非接触通信媒体は、例えば
（ａ）磁界に感応するコイルと、
（ｂ）前記コイルに生起された交番の電力エネルギーを整流する整流回路と、
（ｃ）前記整流回路から出力される整流出力を平滑し直流の電圧を生成する平滑回路と、
（ｄ）前記平滑回路に接続される出力端子と
（ｅ）前記出力端子から取り出される出力電圧と基準電圧とを比較する電圧検出回路と
（ｆ）前記電圧検出回路の出力に応じて動作し前記出力電圧が所定の値に到達したときに前記コイルに生起される前記交番の電力エネルギーを減衰させるスイッチと
（ｇ）前記出力端子に接続される負荷を有し、
（ｈ）前記負荷のインピーダンスは、前記コイルに印加される磁界が実効値１２Ａ／ｍ以上であるときに前記出力電圧が所定の値になるように調整されている。
本発明によれば、「非接触通信媒体」が例えば、リーダ／ライタ等の電子機器から発生した強磁界に曝された場合であっても、磁界エネルギーを減衰させる回路を動作させることにより、一定値を超える受信電圧の発生が防止される非接触通信媒体を提供することができる。
本発明に係る非接触通信媒体が磁界共鳴（共振）方式の電子機器から放射される磁界に曝される状態を示す概略外観図である。 図１に示した電子機器に曝される可能性がある本発明に係る第１の実施形態に係る非接触通信媒体のブロック回路図である。 図２のブロック回路図に適合させた回路図であり、非接触通信媒体が磁界共鳴方式の回路構成を成し、整流回路にＰＮ接合ダイオードを用い、共振回路を短絡させる１つの制御方法を示す。 図２の別の実施形態であり、整流回路にショットキーバリアダイオードを用いた一例である。 図２の別の実施形態であり、整流回路にＭＯＳトランジスタを用いた一例である。 図３の別の実施形態であり、共振回路を制御する別の方法を示す回路図である。 図６とは別の共振回路を制御する方法を示す回路図である。 平滑回路の後段に結合される負荷インピーダンスを調整する別の方法を示す回路図である。 非接触通信媒体が受信する磁界強度と整流回路の出力である出力電圧との相関を求める実験回路図である。 図３に示した本発明に係る第１の実施形態において、コイルＬ２にＩＳＯ／ＩＥＣ１４４４３で規定されたコイルＰＩＣＣ１を用いた場合に、コイルＬ２に供給される磁界強度と平滑回路から出力される出力電圧Ｖｏｕｔとの関係を測定した特性図である。 図３に示した本発明に係る第１の実施形態において、コイルＬ２にＩＳＯ／ＩＥＣ１４４４３で規定されたコイルＰＩＣＣ３を用いた場合に、コイルＬ２に供給される磁界強度と平滑回路から出力される出力電圧Ｖｏｕｔとの関係を測定した特性図である。 図３に示した本発明に係る第１の実施形態において、コイルＬ２にＩＳＯ／ＩＥＣ１４４４３で規定されたコイルＰＩＣＣ６を用いた場合に、コイルＬ２に供給される磁界強度と平滑回路から出力される出力電圧Ｖｏｕｔとの関係を測定した特性図である。 図３に示した磁界共鳴（共振）方式の非接触通信媒体において、コイルＬ２（インダクタンスｌ２）とキャパシタＣ２（キャパシタンスｃ２）から成る共振回路での共振周波数を求める計算特性図である。 図１２に基づき、共振周波数が６．７８ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、２７．１２ＭＨｚに設定するに必要なインダクタンスｌ２とキャパシタンスｃ２を求めるノモグラフである。 本発明係る非接触通信媒体が電磁誘導方式の電子機器から放射される磁界に曝される状態を示す概略概観図である。 図１３に示した電子機器に曝される可能性がある本発明に係る第２の実施形態に係る非接触通信媒体の回路図である。 図１６に示した実施の形態の変更例である。
（本発明の概要図）
図１は、本発明に係る非接触通信媒体１００が例えば、磁界共鳴（共振）方式の電子機器から放射される磁界に曝される状態を示す概略外観図である。
本発明の非接触通信媒体１００、無線給電器９００及び無線受電器９０１について図面を参照しながら説明する。無線給電器９００及び無線受電器９０１は本発明での電子機器にあたるが、本発明で取り上げる非接触通信媒体１００は、これらの電子機器との非接触通信に適合するものであったり、まったく適合しないものであったりする。適合するものである場合には、非接触通信媒体１００は、これらの電子機器と各種情報信号の送受信を行う。各種情報は、例えば、個人の識別番号、識別情報、価値情報、信用情報等である。非接触通信媒体１００は、これらの電子機器や近くの他の電子機器と各種情報信号の送受信はまったく行わない場合も少なくない。
非接触通信媒体１００が無線給電９００に近接した場合や、無線給電器９００と無線受電器９０１との間に置かれた場合、非接触通信媒体１００は、許容される以上の強磁界を受ける可能性がある。これにより、非接触通信媒体が保持する各種情報に劣化や破壊が生じることが考えられる。非接触通信媒体１００には、例えば、個人の識別番号、識別情報、価値情報、信用情報等が含まれていることが少ないので、非接触通信媒体１００が保持する各種情報を劣化や破壊から防護する必要がある。
無線給電器９００は、例えばＡＣ／ＤＣ変換部９０２、送電側ＩＣ９０３、及び送電側共振回路９０４を含む。送電側共振回路９０４は、キャパシタＣ１及びコイルＬ１を含む。無線受電器９０１は、受電側共振回路９０５、受電側ＩＣ９０６、及び機能回路９０７を含む。受電側共振回路９０５は、キャパシタＣ２及びコイルＬ２を含む。無線受電器９０１は、例えば、携帯電話機、スマートフォン、携帯情報端末、タブレット型パーソナルコンピュータ、デジタルカメラ等である。
ＡＣ／ＤＣ変換部９０２は、交流電圧ＡＣから所定の電圧を有する直流電圧を生成して出力する。送電側ＩＣ９０３は、ＡＣ／ＤＣ変換部９０２からの出力電圧により動作し、送電側共振回路９０４に交流電流を流す。これにより、送電側共振回路９０４は、コイルＬ１に所定の共振周波数に調整された交番磁界を発生させる。
受電側共振回路９０５のコイルＬ２は、無線給電器９００から交番磁界を受けると交流電流を受電側ＩＣ９０６に流す。これにより、受電側ＩＣ９０６が動作する。受電側ＩＣ９０６により機能回路９０７が動作する。機能回路９０７は、無線受電器９０１が実現すべき任意の回路機能を実現する。
このように、無線給電器９００と無線受電器９０１とが所定の範囲内に存在するとき、磁界共鳴を利用して無線給電器９００と無線受電器９０１とが通信、送電、受電等を行うことが可能となる。磁界共鳴は、磁界共振とも称される。
無線給電器９００及び無線受電器９０１との間における送電及び受電には、１００ｋＨｚ〜２００ｋＨｚの周波数を用いるＱｉ方式、６．７８ＭＨｚの周波数を用いるＡ４ＷＰ方式、１３．５６ＭＨｚの周波数を用いるＮＦＣ方式等がある。これらのいずれかの方式又は別の方式により、無線給電器９００及び無線受電器９０１間で電力伝送が行われる。
本発明が適用される非接触通信媒体１００は回路構成上、コイル、整流回路、平滑回路、及び電圧検出回路等を有するが各種通信方式に限定されない。しかし好ましくは、例えば、Ｑｉ方式、Ａ４ＷＰ方式、ＮＦＣ方式等のＩＳＯ／ＩＥＣ１４４４３で規定された各通信方式に適用される仕様を有することが望ましい。国際標準或いは各コンソーシアムで決められたこれらの方式に対応させることにより、本発明が適用される非接触通信媒体１００の汎用性が広がる。本発明に係る非接触通信媒体１００は、磁界強度が予期できないあらゆるＲＦＩＤ通信において非接触通信媒体の劣化や破壊を未然に防護することができる。
なお、国際標準規格であるＩＳＯ／ＩＥＣ１４４４３には、ＰＣＤ（Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ Ｃｏｕｐｌｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅ）（近接型結合装置）で使用される磁界強度の範囲について規定されている。本発明の非接触通信媒体１００は、この近接型結合装置に該当する。また、ＩＳＯ／ＩＥＣ１４４４３には、コイル（アンテナ）ＰＩＣＣ１〜ＰＩＣＣ６の６つの規格についても示されている。これらのコイル（アンテナ）ＰＩＣＣ１〜ＰＩＣＣ６の６つの規格毎に、ＰＩＣＣ（Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ ＩＣ Ｃａｒｄ）（近接型ＩＣカード）で使用される磁界強度の範囲について規定されている。例えば、ＰＩＣＣ１、ＰＩＣＣ３及びＰＩＣＣ６の３つのコイルに着目すると、それぞれのコイルを用いた非接触通信媒体で使用される磁界強度は、周波数が１３．５６ＭＨｚにおける実効値（ｒｍｓ）が、それぞれ、７．５Ａ／ｍ、８．５Ａ／ｍ、１８Ａ／ｍと規定されている。また、定常的な状態ではなく３０秒という時間の制約はあるものの最大の磁界強度の（８／５＝１．６）倍まで耐用できなければならないことが規定されている。したがって、例えば、ＰＩＣＣ１、ＰＩＣＣ３及びＰＩＣＣ６の３種類のアンテナ（コイル）を用いた非接触通信媒体が耐用できなければならない最大磁界強度は、それぞれ、１２Ａ／ｍ、１３．６Ａ／ｍ、及び２８．８Ａ／ｍとなる。したがって、本発明に係る非接触通信媒体１００は、最も磁界感度が高いＰＩＣＣ１のコイルが採用される場合に鑑み、１２Ａ／ｍ以上の磁界に曝された場合に各種情報が劣化及び破壊されないように対策を講じる。なお、「ＩＳＯ」とは、「Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｎａｌ Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｓｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎ」のことであり、「国際標準化機構」と呼ばれる。また、「ＩＥＣ」とは、「Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｎａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ」のことであり、「国際電気標準会議」と呼ばれる。両団体が合同して策定した規格が「ＩＳＯ／ＩＥＣ」として表記される。
図１に示す無線給電器９００に、強磁界に対策を講じていない非接触通信媒体１００が接近すると、非接触通信媒体１００が保持する各種情報が劣化又は破壊するという不具合が生じうる。一方、強磁界に対策を講じた本発明の非接触通信媒体１００は、このような不具合を回避することができる。詳細については以下に説明する。
（本発明の概念を示すブロック回路図）
図２は、本発明に係る非接触通信媒体のブロック回路である。以下、本発明に係る非接触通信媒体１００のブロック回路図について図面を参照しながら説明する。なお、同一機能を有するものについては同一符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
図２の本発明に係る非接触通信媒体１００は、コイル１０、整流回路２０、平滑回路３０、負荷インピーダンス調整手段４０、電圧検出回路５０、スイッチ６０、及び機能回路７０を含む。機能回路７０は、例えば、論理回路７１、記憶回路７２、通信回路７３等を含む。機能回路７０は、図１に示した無線給電器９００や受電器９０１と通信を行う場合や図示しない電子機器と通信を行う場合、これらの電子機器とはまったく通信しない場合であっても設けられる。
コイル１０は、磁界共鳴（共振）方式及び磁界誘導型を構成するために設けられ、所定の磁界強度に感応する。磁界共鳴方式の場合には、後述のキャパシタと共に並列共振回路や直列共振回路を構成する。磁界誘導型の場合には、共振回路は不要であるが、コイル１０に相当するコイルが必要となる。なお、磁界共鳴方式及び磁界誘導型の両方に適合できるようにあらかじめ共振回路が設けられてもよい。
整流回路２０は、コイル１０に生じた交番の電磁力を直流電圧（出力電圧Ｖｏｕｔ）に変換するために用いられる。整流回路２０としては、ダイオード素子を用いた全波整流回路や半波整流回路が採用される。ダイオード素子としては、例えば、シリコンのＰＮ接合ダイオード、ショットキーバリアダイオード、ＭＯＳトランジスタ等が用いられる。これらの順方向電圧はダイオード素子の種類によって異なり、整流回路２０から出力される直流電圧の大きさもダイオード素子の種類によって異なる。
平滑回路３０は、整流回路２０から出力された交番磁界を直流電圧に変換するために用いられる。平滑回路３０は、キャパシタ、抵抗及びコイルが並列又は直列に接続され構成される。平滑回路３０は、高周波成分を除去し、低周波成分を通過させるローパスフィルタ（ＬＰＦ）として構成される。
負荷インピーダンス調整手段４０は、負荷の１つであり、出力端子Ｖｏ及び平滑回路３０に接続される。負荷インピーダンス調整手段４０は、平滑回路３０と並列又は直列に接続される。図２において、負荷インピーダンス調整手段４０は、平滑回路３０と並列に接続される。負荷インピーダンス調整手段４０は、平滑回路３０の一部とみなすことができるが、平滑回路から出力される出力電圧Ｖｏｕｔの大きさを調整するために用いられるため、平滑回路３０と区別している。負荷インピーダンス調整手段４０は、平滑回路３０の放電時定数を調整するいわゆる放電回路の回路機能も有する。負荷インピーダンス調整手段４０は、可変抵抗を有してもよい。可変抵抗値を調整して平滑回路３０で生成される出力電圧Ｖｏｕｔを調整する。負荷インピーダンス調整手段４０で設定される抵抗値と、出力電圧Ｖｏｕｔとは比例の関係を有する。したがって、抵抗値が小さい場合には、出力電圧Ｖｏｕｔは小さくなり、抵抗値が大きい場合には、出力電圧Ｖｏｕｔは大きくなる。なお、整流回路２０を構成するダイオード素子の種類を替えることにより出力電圧Ｖｏｕｔの制御を行うことができる。出力電圧Ｖｏの大きさは順方向電圧の大きさに反比例する。例えば、整流回路２０にショットキーバリアダイオードが用いられ出力電圧Ｖｏｕｔが大きくなりすぎた場合には、ＰＮ接合ダイオードが用いられるとよい。しかし、ＰＮ接合ダイオードやショットキーバリアダイオードの順方向電圧は一義的に決まっているので、出力電圧Ｖｏｕｔを微調整する場合には、しきい値電圧を調整することができるＭＯＳトランジスタが用いられるとよい。
電圧検出回路５０は、負荷インピーダンス調整手段及び平滑回路３０の少なくとも一方で調整された出力電圧Ｖｏｕｔと基準電圧Ｖｒｅｆとを比較する。例えば、電圧検出回路５０は、出力電圧Ｖｏｕｔが３Ｖに達したときにハイレベル又はローレベルの電圧を出力する。電圧検出回路５０は単独のコンパレータ、複数のコンパレータを用いたウインドウコンパレータ等から構成される。
スイッチ６０は、前段の電圧検出回路５０からハイレベル又はローレベルの電圧を受け、コイルＬ２に流れる電流を遮断又はその大きさを変更するために用いられる。例えば、スイッチ６０は、単体のＮＭＯＳトランジスタ、ＮＰＮバイポーラトランジスタ、これらトランジスタと抵抗との直列回路等から構成される。なお、スイッチ６０を比較的低い電圧で動作させるために電圧検出回路５０とスイッチ６０との間に図示しないレベルシフト回路が設けられてもよい。
機能回路７０は、負荷の１つであり、非接触通信媒体１００に内蔵され、出力電圧Ｖｏｕｔを電源電圧として動作する。機能回路７０には、図１に示した無線給電器９００や無線受電器９０１から成る電子機器との間での各種情報のやりとりを処理するための論理回路７１、各種情報を、記憶する記憶回路７２、及び電子機器と通信を行う通信回路７３等を有する。記憶回路７２は、例えば、不揮発性メモリから構成される。機能回路７０に許容される最大定格の電源電圧は、例えば、３Ｖである。
以上のように、非接触通信媒体１００が強磁界に曝された場合に、平滑回路３０、負荷インピーダンス調整手段４０、電圧検出回路５０及びスイッチ６０は、整流回路２０に印加される交番電圧を遮断又は減衰させるように協働する。これにより、コイル１０（Ｌ２）に強磁界が印加され非接触通信媒体１００の出力電圧Ｖｏｕｔが所定の値より高くなることを防護することにより、非接触通信媒体１００が保持する各種情報の劣化や破壊を防護することができる。
図３は図２のブロック回路図に適合する本発明に係る実施形態を示す具体的な回路図である。非接触通信媒体１００Ａは、磁界共鳴方式の電子機器に適合できるように共振回路を有し、整流回路２０ＡにはＰＮ接合ダイオードが用いられ、コイルに生起される電磁力を遮断するために共振回路を短絡させる。以下、図３の非接触通信媒体１００Ａによる１つの制御方法について説明する。
非接触通信媒体１００Ａは、コイル１０、整流回路２０、平滑回路３０、負荷インピーダンス調整手段４０、電圧検出回路５０、スイッチ６０、及び機能回路７０を有する。
コイル１０（Ｌ２）とキャパシタＣ２とは並列に接続され、共振回路１０Ａが構成される。共振回路１０Ａは、コイル１０が受電する入力磁界Ｓｍの周波数に同調するように構成される。後述する共振周波数ｆｒは、コイル１０とキャパシタＣ２とが並列接続であっても直列接続でもあっても同じとなり、コイル１０（Ｌ２）のインダクタンスｌ２及びキャパシタＣ２のキャパシタンスｃ２によって共振周波数ｆｒが設定される。そのため、コイル１０とキャパシタＣ２とは、並列に接続されるのではなく直列に接続されてもかまわない。共振周波数ｆｒはｆｒ＝１／（２π√ｌ２・ｃ２）となる。共振周波数ｆｒ及びインダクタンスｌ２、キャパシタンスｃ２の具体的な数値については後述する。
整流回路２０Ａは、共振回路１０Ａから取り出される交番電磁力を直流電圧に変換するために用いられる。整流回路２０はダイオード素子Ｄ１〜Ｄ４で構成される。ダイオード素子Ｄ１のアノード及びカソードはノードＮ１及びノードＮ２に各別に接続される。ダイオード素子Ｄ２のアノード及びカソードはノードＮ３及びノードＮ２に各別に接続される。ダイオード素子Ｄ３のアノード及びカソードはノードＮ４及びノードＮ１に各別に接続される。ダイオード素子Ｄ４のアノード及びカソードはノードＮ４及びノードＮ３に各別に接続される。ダイードＤ１〜Ｄ４で構成される整流回路は全波整流器と呼ばれている。なお、整流回路２０Ａは、ダイオード素子Ｄ１〜Ｄ４は４つのダイオードではなく、例えば、２つのダイオードを用いた半波整流器で構成されてもかまわない。ダイオード素子Ｄ１〜Ｄ４は、例えば、ＰＮ接合ダイオード、ショットキ−バリアダイオード、ＭＯＳトランジスタのいずれか１つが用いられる。
平滑回路３０は、整流回路２０Ａの出力であるノードＮ２から取り出された交番電圧を直流電圧に平滑するために用いられる。具体的には、平滑回路３０は、キャパシタ、又はキャパシタと抵抗で構成される。本発明では、平滑回路３０は、キャパシタンスが１０μＦ〜０．１μＦのキャパシタで構成される。
負荷インピーダンス調整手段４０は、ノードＮ２に生起され出力端子Ｖｏから取り出される出力電圧Ｖｏｕｔを所定の高さに調整するために用いられる。ここで、所定の出力電圧Ｖｏｕｔは、例えば、非特許文献１に記述された３Ｖに設定される。所定の出力電圧Ｖｏｕｔは、コイルＬ２を用いた非接触通信媒体１００Ａの許容範囲の磁界強度に基づき設定される。例えば、コイルＬ２がＩＳＯ／ＩＥＣ１４４４３に規定されるコイルＰＩＣＣ１であり、７．５Ａ／ｍ（ｒｍｓ）の強磁界に曝される場合には、負荷インピーダンス調整手段４０により出力電圧Ｖｏｕｔが３Ｖになるように調整される。なお、ＩＳＯ／ＩＥＣ１４４４３によれば、コイルＰＩＣＣ１を用いた非接触通信媒体は、最大磁界強度Ｈｍａｘである７．５Ａ／ｍ（ｒｍｓ）だけではなく、平均時間で３０秒という制限はあるものの、周波数１３，５６ＭＨｚで、最大磁界強度Ｈｍａｘの（８／５＝１．６）倍まで耐用できるが要求されている。したがって、コイルＰＩＣＣ１を用いた非接触通信媒体は、７．５Ａ／ｍの磁界強度の（８／５＝１．６）倍である１２Ａ／ｍの磁界強度まで耐用できることが要求される。すなわち、コイルＰＩＣＣ１を用いた非接触通信媒体は、定常状態では７．５Ａ／ｍ、過渡的には１２Ａ／ｍまで耐用できることが要求される。
同様に、コイルＰＩＣＣ６に着目すると、ＰＩＣＣ６を用いた非接触通信媒体は、最大磁界強度Ｈｍａｘである１８Ａ／ｍ（ｒｍｓ）に耐用できることが要求される。これにも（８／５＝１．６）倍の規定が適用されるので、ＰＩＣＣ６を用いた非接触通信媒体は、実質的な最大磁界強度である２８．８Ａ／ｍに耐用できることが要求される。こうしたことに鑑み、本発明に係る非接触通信媒体１００Ａは、コイルＰＩＣＣ１からコイルＰＩＣＣ６に対応させるために、コイルＬ２に印加される磁界が７．５Ａ／ｍを超えた場合に、負荷インピーダンス調整手段４０により出力電圧Ｖｏｕｔが３Ｖになるように調整される。
また、整流回路２０を構成するダイオード素子Ｄ１〜Ｄ４に用いる種類を選択することによっても出力電圧Ｖｏｕｔを調整することができる。例えば、ダイード素子Ｄ１〜Ｄ４がＰＮ接合ダイオードではなく、順方向電圧が小さなショットキーバリアダイオードで構成された場合には、出力電圧Ｖｏｕｔは高くなるので、負荷インピーダンス調整手段４０の抵抗は低く調整されることになる。また、ダイオード素子Ｄ１〜Ｄ４がＭＯＳトランジスタで構成された場合には、ＭＯＳトランジスタのしきい値電圧を制御することにより出力電圧Ｖｏｕｔの高さを調整することができる。
なお、負荷インピーダンス調整手段４０は抵抗素子だけで構成されてもよい。また、抵抗と、ダイオード等の定電圧素子との組み合わせにより構成されてもよい。さらに、抵抗、ダイオード及びトランジスタの組み合わせにより構成されてもよい。また、後述するように負荷インピーダンス調整手段４０として、機能回路７０が利用されてもよい。
電圧検出回路５０は、出力端子Ｖｏ（ノードＮ２）に出力される出力電圧Ｖｏｕｔの高さを検出する。電圧検出回路５０は、コンパレータＣＭＰ１段で構成するのが最もシンプルであるが、図示しないコンパレータをもう１つ設け、２つのコンパレータでウインドウコンパレータが構成され、例えば、出力電圧Ｖｏｕｔが２Ｖ〜３Ｖの範囲である場合に出力が切り替わるようにしてもよい。電圧検出回路５０は、出力電圧Ｖｏｕｔが、例えば、３Ｖになったときに電圧や信号を出力する。なお、電圧検出回路５０は、機能回路７０に供給される電源電圧（Ｖｏｕｔ）を監視することにもなり、機能回路７０に供給される過電圧を抑制する役目も有する。
スイッチ６０は、電圧検出回路５０の出力を受けて共振回路１０Ａを制御する。最もシンプルな制御方法は、共振回路１０Ａの回路動作を停止させることである。しかし、共振回路１０Ａの共振周波数をずらして交番電圧Ｓｒｐを低下させる別の制御方法が用いられてもよい。
機能回路７０は、ノードＮ３に生成された出力電圧Ｖｏｕｔを電源電圧として動作する。機能回路７０は、例えば、論理回路７１、記憶回路７２、及び通信回路７３を有する。通信回路７３は、図１に示した無線給電器９００又は図示しない各種電子機器との通信を行う。なお、機能回路７０は必ずしも通信機能を有する必要はない。この場合には、通信回路７３は不要となる。
図４は、非接触通信媒体１００Ｂを示す。非接触通信媒体１００Ｂの整流回路２０Ｂは、ショットキーバリアダイオードで構成されている。このことは、図３に示した整流回路２０ＡにＰＮ接合ダイオードが用いられている点と相違する。整流回路２０Ｂは、ショットキーバリアダイオードＤｂ１〜Ｄｂ４で構成され、それぞれが図３に示したダイオード素子Ｄ１〜Ｄ４と同等の働きを有する。ショットキーバリアイオードの順方向電圧は、０．２〜０．３Ｖ程度である。一方、シリコンのＰＮ接合ダイードの順方向電圧は、０．６〜０．７Ｖである。そのため、ショットキーバリアイオードの順方向電圧は、シリコンのＰＮ接合ダイードの順方向電圧に比べて低い。ショットキーバリアダイオードＤｂ１〜Ｄｂ４が用いられることによるメリットは、ＰＮ接合ダイオードに比べて順方向電圧が低いので高い出力電圧Ｖｏｕｔが得られることである。すなわち、コイル１０Ａ（コイルＬ２）から出力される交番電圧Ｓｒｐが同じ場合には、ＰＮ接合ダイオードを用いるよりも、ショットキーバリアダイオードＤｂ１〜Ｄｂ４を用いる方がより高い出力電圧Ｖｏｕｔを出力端子Ｖｏから取り出すことができる。
図５は、非接触通信媒体１００Ｃを示す。非接触通信媒体１００Ｃは、図３に示した非接触通信媒体１００Ａと次の２点で異なる。第１の相違点は、図３に示す整流回路２０Ａのダイオード素子Ｄ１〜Ｄ４はシリコンのＰＮ接合ダイオードで構成されるが、整流回路２０ＣはＭＯＳトランジスタで構成されることである。第２の相違点は、スイッチ６０としてＭＯＳトランジスタＱが用いられることである。なお、スイッチ６０はＭＯＳトランジスタに限らずにバイポーラトランジスタであってもかまわない。非接触通信媒体１００Ｃは、この２点以外については図３に示す非接触通信媒体１００Ａと同じである。したがって、ここでは整流回路２０Ｃについて述べる。
整流回路２０Ｃは、ＭＯＳトランジスタＱ１〜Ｑ４で構成され、それぞれが図３に示したダイオード素子Ｄ１〜Ｄ４と同等の働きを有する。ＭＯＳトランジスタＱ１〜Ｑ４を整流回路２０Ｃに用いるメリットは、しきい値電圧を調整できる点にある。しきい値電圧の調整は、ダイオード素子の順方向電圧を自在に調整できることにつながる。ＭＯＳトランジスタＱ１〜Ｑ４は、それぞれダイオード素子Ｄ１〜Ｄ４として用いられる。ＭＯＳトランジスタＱ１〜Ｑ４のしきい値電圧は、ダイオード素子の順方向電圧として利用されるため、ＭＯＳトランジスタのゲートとドレイン（又はソース）は共通に接続され、この共通接続ノードとソース（又はドレイン）との導電路がダイオード素子として用いられる。シリコンのＰＮ接合ダイオード及びショットキーバリアダイオードの順方向電圧は、一義的に定まってしまうが、ＭＯＳトランジスタの順方向電圧は、ＭＯＳトランジスタのしきい値電圧を調整することで、自在に設定することができる。すなわち、ＭＯＳトランジスタＱ１〜Ｑ４を整流回路２０Ｃに用いることにより、交番電圧Ｓｒｐを出力電圧Ｖｏｕｔに変換する変換効率を自在に設定できるという効果が奏される。なお、ＭＯＳトランジスタのしきい値電圧はチャネル領域の不純物濃度、酸化膜の厚み、基板の電位（基板バイアス）等を調整することで可能となる。なお、電圧検出回路５０とスイッチ６０とにレベルシフト回路８０を設け、ＭＯＳトランジスタＱのゲートに与えるゲート電圧を調整する場合には、ＭＯＳトランジスタＱのドレインとソースとの間に介在するオン抵抗を所定の大きさに制御することができる。
図６は、非接触通信媒体１００Ｄを示す。非接触通信媒体１００Ｄの共振回路１０Ａとスイッチ６０との回路接続は、図３に示した非接触媒体通信１００Ａの共振回路１０Ａとスイッチ６０との回路接続とは異なる。図６において、コイルＬ２とキャパシタＣ２とは並列に接続されるが、キャパシタＣ２とスイッチ６０（Ｓ１）とは直列に接続される。通常、スイッチＳ１は閉じた状態（オン）であり、コイルＬ２とキャパシタＣ２とによって共振回路１０Ａが形成される。スイッチＳ１が電圧検出回路５０の出力によって開いた状態（オフ）になると、コイルＬ２とキャパシタＣ２とによる共振回路は構成されなくなる。なお、スイッチ６０は、キャパシタＣ２側だけではなく、コイルＬ２側にも設けられてもよい。また、図示しない抵抗とスイッチが設けられスイッチ６０のオン、オフに応じて、図示しない抵抗が共振回路１０Ａと並列又は直列に接続されてもかまわない。さらに、スイッチ６０は、スイッチＳ１と抵抗とが直列に接続され構成されてもよい。なお、図６に示す非接触通信媒体１００Ｄにおいて、スイッチ６０が開いた状態（オフ）でも、コイルＬ２と並列又は直列にキャパシタＣ２とほぼ同じキャパシタンスを有する浮遊容量が存在すると実質的に共振回路が形成されるという不具合が生じうる。そのため、コイルＬ２側の浮遊容量の大きさを配慮して、コイルＬ２及びキャパシタＣ２の値を選ぶことになる。なお、図６において、整流回路２０、平滑回路３０、負荷インピーダンス調整手段４０、電圧検出回路５０、及び機能回路７０は図３に示したそれらと同じであるので説明は省略する。
図７は、非接触通信媒体１００Ｅを示す。非接触通信媒体１００Ｅの共振回路１０Ａとスイッチ６０（Ｓ１）との回路接続は、図３に示した非接触媒体通信１００Ａの共振回路１０Ａとスイッチ６０（Ｓ１）との回路接続とは異なる。また、図７は、図６と同様にスイッチ６０のオンオフによって共振回路１０Ａの回路構成を変更するものではあるが、スイッチ６０がコイルＬ２側に接続されることが相違する。共振回路１０Ａは、コイルＬ２、キャパシタＣ２、及びスイッチ６０で構成される。コイルＬ２とスイッチ６０は直列に接続される。この直列接続体とキャパシタＣ２とが並列に接続される。スイッチ６０は通常動作においては閉じた状態（オン）であるので、共振回路１０Ａは、共振条件に応じた交番電圧Ｓｒｐを出力する。電圧検出回路５０は、所定の大きさ（例えば３Ｖ）の出力電圧Ｖｏｕｔを検出すると、スイッチ６０を開状態（オフ）に切り替える。このとき、共振回路１０Ａの回路構成は、当初の共振回路の構成とは異なるので、交番電圧Ｓｒｐは０であるか又は減衰される。コイルＬ２とスイッチ６０との直列接続体とキャパシタＣ２を並列に接続することで、スイッチ６０のオンオフに関わらず、コイルＬ２、スイッチ６０、及びキャパシタＣの接続体にたとえ浮遊容量が存在したとしても不所望な並列（直列）共振回路の形成が防止される。したがって、図７の非接触通信媒体１００Ｅは、図６で生じうる不具合を排除することができる。なお、図７において、整流回路２０、平滑回路３０、負荷インピーダンス調整手段４０、電圧検出回路５０、及び機能回路７０は図３に示したそれらと同じであるので説明は省略する。
図８は、非接触通信媒体１００Ｆを示す。図８示の非接触通信媒体１００Ｆは、図３の非接触通信媒体１００Ａとは、機能回路７０Ａが負荷インピーダンス調整手段４０Ａを兼ねていることで異なる。機能回路７０Ａは、論理回路７１、記憶回路７２、及び通信回路７３を有する。さらに図示しない回路部を有することも少なくない。図３〜図７に示したインピーダンス調整手段４０は出力端子Ｖｏ（ノードＮ２）と接地電位ＧＮＤ（ノードＮ４）との間に接続される。図８に示す機能回路７０Ａは出力端子Ｖｏと接地端子ＴＧ７０との間に接続される。そのため、機能回路７０Ａに負荷インピーダンス調整手段を備えさせることは比較的容易となる。ただし、機能回路７０Ａも抵抗インピーダンスとみることはできるが、そのインピーダンスの大きさは機能回路７０Ａに流れる負荷電流ｉ７０に依存するため、機能回路７０Ａに負荷インピーダンス調整手段４０Ａを備えさせることは、図３〜図７に示した回路構成とは異なる制約を受けることになる。
機能回路７０Ａに流れる負荷電流をｉ７０、機能回路７０Ａの電源端子となる端子ＴＤ７０に印加される電源電圧をＶ７０とすると、機能回路７０Ａの電源端子ＴＤ７０と接地電位ＧＮＤとの間の抵抗インピーダンスＺ７０は、Ｚ７０＝Ｖ７０／ｉ７０となる。電源電圧Ｖ７０は出力電圧Ｖｏｕｔと同じであるから、Ｚ７０＝Ｖｏｕｔ／ｉ７０となる。例えば、Ｖｏｕｔ＝３Ｖとし、電流ｉ７０＝３０ｍＡとすると、抵抗インピーダンスＺ７０＝３０００／３０＝１００Ωとなる。換言すれば、図８おける非接触通信媒体１００Ｆでは、機能回路７０Ａに流れる負荷電流ｉ７０を自在に調整できる範囲であれば図３〜図７と同等の効果を奏することができる。
図９は、ＩＳＯ／ＩＥＣ１４４４３で規定されたアンテナＰＩＣＣ１、ＰＩＣＣ３、及びＰＩＣＣ６が用いられ、印加される磁界強度と整流回路から出力される出力電圧Ｖｏとの入出力特性を求めるために用いられる測定回路である。測定回路は、図３に示す非接触通信媒体１００Ａを構成する回路部の多くが採用されている。コイルＬ２は、入力磁界Ｓｍに曝されると感応するように構成される。コイルＰＩＣＣ１、ＰＩＣＣ３、及びＰＩＣＣ６の３つのコイルの代替としてコイルＬ２が示されている。コイルＬ２（ＰＩＣＣ１、ＰＩＣＣ３、ＰＩＣＣ６）には、既知の磁界強度の入力磁界Ｓｍが印加される。また、測定回路では、キャパシタＣ２が設けられる。コイルＬ２とキャパシタＣ２とによって共振回路１０Ａが構成される。図９に示す共振回路１０Ａは、並列共振回路であるが直列共振回路が構成されるようにしてもかまわない。コイルＬ２とキャパシタＣ２とが共振するときの共振周波数は並列であっても直列であっても同じ数式で表される。本発明の測定に使用された共振周波数は、ＩＳＯ／ＩＥＣ１４４４３に準拠した１３．５６ＭＨｚである。また、本発明の測定に使用されたキャパシタＣ２のキャパシタンスは、１０μＦ〜０．１μＦである。
キャパシタＣ２として、キャパシタンスが調整できるキャパシタが使用された。可変の範囲は、例えば、３ｐＦから１７０ｐＦの範囲である。この可変範囲は、アンテナＰＩＣＣ１、ＰＩＣＣ３、及びＰＩＣＣ６が有するインダクタンスの大きさによって変わる。
整流回路２０Ａには、４個シリコンのＰＮ接合ダイオードによる全波整流回路が使用された。なお、ＰＮ接合ダイオードに替えて、例えば、ショットキーバリアダイオードが使用されてもよい。また、本書に記述した非特許文献１、第４６頁、９．５.４．１ 電力伝送試験用基準ＰＩＣＣ-Ｓ／Ｍ／Ｌを参照すると測定回路にショットキーバリアダイオードが採用されている。
平滑回路３０は、整流回路２０Ａから出力される交番電圧を直流電圧に変換する。平滑回路３０はキャパシタ、コイル、及び抵抗の組み合わせで構成される。
負荷インピーダンス調整手段４０は、平滑回路３０から出力される直流電圧を所定の高さに調整するために微調整に適した可変抵抗器が使用された。可変抵抗器の可変範囲は、例えば、３０Ωから５００Ωの範囲である。なお、本発明の測定においては、負荷インピーダンス調整手段４０は、０．０１Ωの単位で調整できる可変抵抗器が単独で構成されたが、２〜３個の固定抵抗器と可変抵抗器とを並列又は直列に接続して微調整を行うことができるように構成されてもよい。なお、最終的には、負荷インピーダンス調整手段４０で調整された抵抗値にあった固定抵抗器が負荷インピーダンス調整手段４０のかわりに接続されてもよい。
出力端子Ｖｏは、負荷インピーダンス調整手段４０で調整された出力電圧Ｖｏｕｔを取り出すために用いられる。出力電圧Ｖｏｕｔは、接地電位ＧＮＤを基準にして測定される。出力電圧Ｖｏｕｔは、負荷インピーダンス調整手段４０を構成する可変抵抗器の調整により、所定の高さである、例えば、３Ｖに調整される。図９を用いた測定回路による測定結果は後述する。
図１０は、図９に示した測定回路に基づき、コイルＬ２としてコイルＰＩＣＣ１が採用された場合のコイルＬ２に印加される入力磁界Ｓｍの磁界強度と出力電圧Ｖｏｕｔとの入出力特性を示す。図１０において、横軸は、入力磁界Ｓｍの磁界強度を実効値（ｒｍｓ）で、縦軸は出力電圧Ｖｏｕｔ（Ｖ）をそれぞれ示す。出力電圧Ｖｏｕｔは、コイルＬ２が曝される磁界強度に比例する。図１０では、磁界強度が１２Ａ／ｍ（ｒｍｓ）であるときに出力電圧Ｖｏｕｔが３Ｖになるように負荷インピーダンス調整手段４０の抵抗値が調整され、その抵抗値を測定したところ約４９Ωであった。入力磁界Ｓｍと出力電圧Ｖｏｕｔとの入出力は、ほぼ直線で表される。ＩＳＯ／ＩＥＣ１４４４３で規定されたコイルＰＩＣＣ１を用いた非接触通信媒体は、７．５Ａ／ｍの磁界強度に耐用できることが要求されており、また、時間的な制約はあるものの、その（８／５＝１．６）倍である１２Ａ／ｍまで耐用できることが要求されている。また、非特許文献１の第４０頁に、「試験対象品ＰＣＤの試験」について記述され、最大発生磁界はＰＣＤの動作範囲において受信電圧が３Ｖ以下であることが提案されている。そのため、磁界強度が１２Ａ／ｍ（ｒｍｓ）のときに出力電圧Ｖｏｕｔが３Ｖになるように負荷インピーダンス調整手段４０の抵抗値が調整された。そのため、本発明の非接触通信媒体は、出力電圧Ｖｏｕｔが３Ｖに達したときに共振回路１０Ａの回路動作を停止させるか又は共振回路１０Ａの共振周波数をずらし、出力電圧Ｖｏｕｔが３Ｖを超えないように制御される。また、出力電圧Ｖｏｕｔ＝３Ｖに制御されることについては、前に述べた機能回路７０が許容できる電源電圧の高さが、例えば、３．３Ｖであったことも考慮されている。なお、磁界強度１２Ａ／ｍであるときに出力電圧Ｖｏｕｔが３Ｖになるように調整されたが、磁界強度７．５Ａ／ｍであるときに出力電圧Ｖｏｕｔが３Ｖになるように調整されてもかまわない。負荷インピーダンス調整手段４０が低い磁界強度で動作する場合には、強磁界から保護される信頼性はさらに高められる。
図１１は、図９に示した測定回路に基づき、コイルＬ２としてコイルＰＩＣＣ３が採用された場合のコイルＬ２に印加される入力磁界Ｓｍの磁界強度と出力電圧Ｖｏｕｔとの入出力特性を示す。図１１において、横軸は入力磁界Ｓｍの磁界強度を実効値（ｒｍｓ）で、縦軸は出力電圧Ｖｏｕｔ（Ｖ）をそれぞれ示す。出力電圧Ｖｏｕｔは、コイルＬ２が曝される磁界強度に比例する。図１１では、磁界強度が１３．６Ａ／ｍ（ｒｍｓ）であるときに出力電圧Ｖｏｕｔが３Ｖになるように負荷インピーダンス調整手段４０の抵抗値が調整され、その抵抗値を測定したところ約７１Ωであった。入力磁界Ｓｍと出力電圧Ｖｏｕｔとの入出力はほぼ直線で表される。ＩＳＯ／ＩＥＣ１４４４３で規定されたコイルＰＩＣＣ１を用いた非接触通信媒体は、８．５Ａ／ｍの磁界強度に耐用できることが要求されており、また、時間的な制約はあるものの、その（８／５＝１．６）倍である１３．６Ａ／ｍまで耐用できることが要求されている。また、非特許文献１の第４０頁に、「試験対象品ＰＣＤの試験」について記述され、最大発生磁界はＰＣＤの動作範囲において受信電圧が３Ｖ以下であることが提案されている。そのため、磁界強度が１３．６Ａ／ｍ（ｒｍｓ）のときに出力電圧Ｖｏｕｔが３Ｖになるように負荷インピーダンス調整手段４０の抵抗値が調整された。そのため、本発明の非接触通信媒体は、出力電圧Ｖｏｕｔが３Ｖに達したときに共振回路１０Ａの回路動作を停止させるか又は共振回路１０Ａの共振周波数をずらし、出力電圧Ｖｏｕｔが３Ｖを超えないように制御される。また、出力電圧Ｖｏｕｔ＝３Ｖに制御されることについては、前に述べた機能回路７０が許容できる電源電圧の高さが、例えば、３．３Ｖであったことも考慮されている。なお、磁界強度１３．６Ａ／ｍであるときに出力電圧Ｖｏｕｔが３Ｖになるように調整されたが、磁界強度８．５Ａ／ｍであるときに出力電圧Ｖｏｕｔが３Ｖになるように調整されてもかまわない。負荷インピーダンス調整手段４０が低い磁界強度で動作する場合には、強磁界から保護される信頼性はさらに高められる。
図１２は、図９に示した測定回路に基づき、コイルＬ２としてコイルＰＩＣＣ６が採用された場合のコイルＬ２に印加される入力磁界Ｓｍの磁界強度と出力電圧Ｖｏｕｔとの入出力特性を示す。コイルＰＩＣＣ６に最も強度の磁界に耐えることが要求されることは前に述べたとおりである。図１２において、横軸は入力磁界Ｓｍの磁界強度を実効値（ｒｍｓ）で、縦軸は出力電圧Ｖｏｕｔ（Ｖ）をそれぞれ示す。出力電圧Ｖｏｕｔは、コイルＬ２が曝される磁界強度に比例する。図１２では、磁界強度が２８．８Ａ／ｍ（ｒｍｓ）であるときに出力電圧Ｖｏｕｔが３Ｖになるように負荷インピーダンス調整手段４０の抵抗値が調整され、その抵抗値を測定したところ約７１Ωであった。入力磁界Ｓｍと出力電圧Ｖｏｕｔとの入出力はほぼ直線で表される。ＩＳＯ／ＩＥＣ１４４４３で規定されたコイルＰＩＣＣ６を用いた非接触通信媒体は、１８Ａ／ｍの磁界強度に耐用できることが要求されており、また、時間的な制約はあるものの、その（８／５＝１．６）倍である２８．８Ａ／ｍまで耐用できることが要求されている。また、非特許文献１の第４０頁に、「試験対象品ＰＣＤの試験」について記述され、最大発生磁界はＰＣＤの動作範囲において受信電圧が３Ｖ以下であることが提案されている。そのため、磁界強度が１８Ａ／ｍ（ｒｍｓ）のときに出力電圧Ｖｏｕｔが３Ｖになるように負荷インピーダンス調整手段４０の抵抗値が調整された。そのため、本発明の非接触通信媒体は、出力電圧Ｖｏｕｔが３Ｖに達したときに共振回路１０Ａの回路動作を停止させるか又は共振回路１０Ａの共振周波数をずらし、出力電圧Ｖｏｕｔが３Ｖを超えないように制御される。なお、磁界強度２８．８Ａ／ｍであるときに出力電圧Ｖｏｕｔが３Ｖになるように調整されたが、磁界強度１８Ａ／ｍであるときに出力電圧Ｖｏｕｔが３Ｖになるように調整されてもかまわない。負荷インピーダンス調整手段４０が低い磁界強度で動作する場合には、強磁界から保護される信頼性はさらに高められる。
以上述べたように、図１０〜図１２にそれぞれ示した、コイルＰＩＣＣ１、ＰＩＣＣ３、及びＰＩＣＣ６に適した負荷インピーダンス調整手段４０の抵抗値はそれぞれ、４９Ω、７１Ω、及び７１Ωであったことが実験的に求められた。しかし、この値は、コイルＰＩＣＣ１、ＰＩＣＣ３、及びＰＩＣＣ６が有するインダクタンスや抵抗成分、整流回路２０Ａの回路構成、及び平滑回路３０の回路構成等よって変わってくる。所定の入力磁界強度（例えば７．５Ａ／ｍ）であるときに所定の出力電圧（例えば３Ｖ）になるように実験的に求めるには多くの組み合わせの実験が必要となるが、本発明者は、出力端子Ｖｏからみた負荷インピーダンスが３０Ω〜５００Ωの範囲に調整できるように、負荷インピーダンス調整手段４０の抵抗値が調整できれば十分であると推測する。
本発明に係る非接触通信媒体の１つの特徴は、ＩＳＯ／ＩＥＣ１４４４３で規定された６つのアンテナコイルＰＩＣＣ１〜ＰＩＣＣ６の中で最も高い磁界強度に対する耐用が要求されるアンテナコイルＰＩＣＣ６に適合することである。すなわち、近い将来、非接触通信媒体は、２８．８Ａ／ｍ以上の磁界強度に曝される可能性がでてくることを予測している。そこで本発明の非接触通信媒体はＰＩＣＣ６のアンテナコイルに適合した電子機器に近接しても各種情報が劣化又は破壊されないように強磁界に対策を講じるものである。
図１３は、共振周波数ｆｒを所定の大きさに設定するために使用されるべきコイルＬ２のインダクタンスｌ２とキャパシタＣ２のキャパシタンスｃ２との積ｌ２・ｃ２の大きさを示す。前に述べた図１０〜図１１は共振周波数ｆｒ＝１３．５６ＭＨｚとして説明した。しかし、共振周波数は１３．５６ＭＨｚだけではなく、６．７８ＭＨｚということも考えられる。また、１３．５６ＭＨｚの２倍である２７．１２ＭＨｚになることも今後推測される。さらに、共振周波数が１００ＫＨｚに設定される場合も起こりうる。そこで、本書では、広範囲に亘る共振周波数ｆｒに対応させるべくコイルＬ２のインダクタンスｌ２とキャパシタＣ２のキャパシタンスｃ２との積であるｌ２・ｃ２の値をあらかじめ計算し準備しておくことを提案する。こうした準備は、共振回路の設計及び測定、実験等で各種特性を求めるために有用と考える。
図１３で横軸は共振周波数ｆｒを示す。縦軸はコイルＬ２のインダクタンスｌ２とキャパシタＣ２のキャパシタンスｃ２との積ｌ２・ｃ２を示す。図３に示した共振回路１０Ａにおいて共振周波数ｆｒはｆｒ＝１／（２π√（ｌ２・ｃ２））となる。共振周波数ｆｒを求めるのに２πの値や√（ｌ２・ｃ２）の値を求めることは煩わしい。そこで、図１３は、２πや√（ルート）の計算をあらかじめ行い準備したものである。（ｌ２・ｃ２）の値は、共振周波数ｆｒを求める式、ｆｒ＝１／（２π√（ｌ２・ｃ２））を変形すると容易に求められ、ｌ２・ｃ２＝１／（４π２ｆｒ２）となり、具体的には、ｌ２・ｃ２＝０．０２５３３／ｆｒ２で求められる。この式にいくつかの周波数を代入してみると次のとおりとなる。例えば、共振周波数ｆｒ＝１３．５６ＭＨｚに設定する場合の（ｌ２・ｃ２）の値は１．３８×１０-１６（ｓ２）となる。また、共振周波数ｆｒ＝６．７８ＭＨｚに設定する場合の値（ｌ２・ｃ２）は５．５１×１０-１６（ｓ２）となる。また共振周波数ｆｒ＝２７．１２ＭＨｚに設定する場合の値ｌ２・ｃ２は３．４４×１０-１７（ｓ２）となる。したがって、例えば共振周波数２７．１２ＭＨｚ〜６．７８ＭＨｚまでの共振条件を満たすｌ２・ｃ２の値は３．４４×１０-１7（ｓ２）〜５．５１×１０-１６（ｓ２）の範囲となる。これらの範囲に例えば５０％のマージンをとってみると、１．７２×１０-１7（ｓ２）〜８．２７×１０-１６（ｓ２）の範囲となる。なお、（ｌ２・ｃ２）の単位は時間の秒（ｓ）の２乗（ｓ２）である。なお、図１３は（ｌ２・ｃ２）の値を求めることを目的としているためインダクタンスｌ２及びキャパシタンスｃ２の具体的な値を求めるためには次の図１４が有用となる。
図１４は、共振周波数ｆｒからインダクタンスｌ２及びキャパシタンスｃ２を求めるノモグラフである。図１４で、横軸はコイルＬ２のインダクタンスｌ２を、縦軸はキャパシタＣ２のキャパシタンスｃ２をそれぞれ示す。これらの値を求めるためにパラメータとして、ｆｒ＝６．７８ＭＨｚ、ｆｒ＝１３．５６ＭＨｚ、及びｆｒ＝２７．１２ＭＨｚの３つの共振周波数ｆｒを示す。共振周波数ｆｒ＝６，７８ＭＨｚ及び共振周波数ｆｒ＝１３，５６ＭＨｚは現在使用されているが、共振周波数ｆｒ＝２７．１２ＭＨｚについては現在使用までは至っていないと思われる。今後の技術要請、技術革新に鑑み、共振周波数ｆｒ＝１３，５６ＭＨｚの２倍の周波数を発明者が予測した周波数である。例えば、コイルＬ２のインダクタンスｌ２を５μＨに固定してみると、共振周波数ｆｒ＝１３．５６ＭＨｚに設定するにはキャパシタＣ２のキャパシタンスｃ２はｃ２＝２７．６ｐＦとなる、また、共振周波数ｆｒ＝６．７８ＭＨｚに設定するには、キャパシタンスｃ２＝１１０．２ｐＦとなる。同様に共振周波数ｆｒ＝２７．１２ＭＨｚに設定するにはキャパシタＣ２のキャパシタンスｃ２＝６．８８ｐＦとなる。したがって、共振周波数ｆｒを６．７８ＭＨｚから２７．１２ＭＨｚの範囲に設定する場合には、キャパシタンスＣ２のキャパシタンスｃ２の調整範囲は１１０．２ｐＦ〜６．８８ｐＦとなる。この調整範囲に５０％程度のマージンをとると、キャパシタンスｃ２の調整範囲は１７０ｐＦ〜３ｐＦとなる。なお、共振周波数ｆｒを調整するときには、コイルのインダクタンスを調整するよりもキャパシタンスを調整する方法が一般的であるが、キャパシタンスを固定し、インダクタンスを調整してもかまわない。また、コスト高にはなるがキャパシタンスとインダクタンスの両方が調整できるようにするならば、さらに広範囲の共振周波数を調整することができる。
共振周波数ｆｒ＝６．７８ＭＨｚ〜２７．１２ＭＨｚの範囲で使用されるインダクタンスｌ２及びキャパシタンスｃ２の範囲は図１４に示したが、本発明者が実験で知見したインダクタンスｌ２の好ましい範囲は０．５μＨ〜１００μＨであった。さらに好ましい範囲は０．９μＨ〜５０μＨであった。インダクタンスｌ２を０．５μＨ以下に作製することはその値を精度よくコントロールすることが難しく、また、５０μＨ以上の比較的高いインダクタンスを作製することは媒体に占める面積が大きくなり物理的に好ましくなかった。したがって、共振周波数ｆｒ＝６．７８ＭＨｚ、ｆｒ＝１３．５６ＭＨｚ、及びｆｒ＝２７．１２ＭＨｚの３つに随時変更できるようにするためには符号Ｙで示した範囲にキャパシタンスｃ２及びインダクタンスｌ２を調整できるようにしておくことが好ましい。
図１５は、本発明に係る非接触通信媒体１００が、電磁誘導方式の電子機器から放射される磁界に曝される状態を示す概略外観図である。これまでの図１〜図１４は磁界共鳴方式に基づくが、図１５はこれらとは異なる電磁誘導方式の電子機器に本発明に係る非接触通信媒体が曝される状態を示す。電磁誘導方式は例えばＱｉ方式に採用され、周波数は１００ｋＨｚ〜２００ｋＨｚであり、送電側及び受電側に共振回路を有していない。電磁誘導方式は伝送効率が磁気共鳴方式よりも優れるが、発熱や媒体の位置の自由度に課題があるといわれている。このように、電磁誘導方式にも電界強度という概念が適用される。
図１５に示した電子機器９００は、本発明に係る非接触通信媒体１００ａ、無線給電器９００Ａ及び無線受電器９０１Ａを有する。無線給電器９００Ａ及び無線受電器９０１Ａは本発明での電子機器にあたるが、本発明で取り上げる非接触通信媒体１００ａは、これらの電子機器との非接触通信に適合したものであったり、まったく適合しないものであったりする。適合するものである場合には、非接触通信媒体は、これらの電子機器と各種情報信号の送受信を行う。また、本発明に係る非接触通信媒体１００ａは、これらの電子機器とはまったく独立し、これらの電子機器と各種情報信号の送受信がまったく行わない場合も少なくない。
非接触通信媒体１００が無線給電器９００Ａに近接した場合や、無線給電器９００Ａと無線受電器９０１Ａとの間に置かれた場合、非接触通信媒体１００は、許容以上の強い磁界を受ける可能性がある。これにより、媒体が有する各種情報の劣化や破壊に至ることが考えられる。非接触通信媒体１００には、例えば、個人の識別番号、識別情報、価値情報、信用情報等が含まれていることが少ないので、非接触通信媒体１００を劣化や破壊から防護する必要がある。
図１５の無線給電器９００Ａは、例えば、ＡＣ／ＤＣ変換部９０２Ａ、送電側ＩＣ９０３Ａ、及び送電側コイル９０４Ａを含む。コイル９０４ＡはコイルＬ１Ａを含むが、図示しないキャパシタが共振回路を構成しない条件でコイルＬ１Ａと直列又は並列に接続されることも少なくない。無線受電器９０１Ａは、受電側コイル９０５Ａ、受電側ＩＣ９０６Ａ、及び機能回路９０７Ａを含む。受電側コイル９０５Ａは、共振回路を構成しない範囲で図示しないコイルＬ１Ａと直列又は並列に接続されることも少なくない。もちろん、電磁誘導方式を磁界共鳴方式に切り替えるために受電側コイル９０５ＡにコイルＬ２Ａと直列又は並列に接続できる図示しないキャパシタを用いることもできる。無線受電器９０１Ａは、例えば、携帯電話機、スマートフォン、携帯情報端末、タブレット型パーソナルコンピュータ、デジタルカメラ等である。
ＡＣ／ＤＣ変換部９０２Ａは、交流電圧ＡＣから所定の電圧を有する直流電圧を生成して出力する。送電側ＩＣ９０３Ａは、ＡＣ／ＤＣ変換部９０２Ａからの出力電圧により動作し、コイル９０４Ａに交流電流を流す。これにより、コイル９０４Ａは、コイルＬ１Ａに所定の周波数の磁界を発生させる。
受電側コイル９０５ＡのコイルＬ２Ａは、所定の周波数の磁界を受けると交流電流を受電側ＩＣ９０６Ａに流す。これにより、受電側ＩＣ９０６Ａが動作する。受電側ＩＣ９０６Ａには図示しない整流回路等が含まれる。具体的な整流回路は後述されるが、既に述べた図３、図４、及び図５にそれぞれ示した整流回路２０Ａ、整流回路２０Ｂ、及び整流回路２０Ｃを用いることができる。受電側ＩＣ９０６Ａにより機能回路９０７Ａが動作する。機能回路９０７Ａは、無線受電器９０１Ａが実現すべき任意の機能を実現する。機能回路９０７Ａの回路構成は例えば図３に示した機能回路７０と同じものを採用することができる。
非接触通信媒体１００ａが無線給電器９００Ａ及び無線受電器９０１Ａとの所定の範囲内に存在するとき、電磁誘導を利用して無線給電器９００Ａと無線受電器９０１Ａとが通信、送電、受電等を行うことが可能となる。
図１６は、図１５に示す電磁誘導方式に適合した本発明に係る非接触通信媒体を示す。非接触通信媒体１００Ｇは、回路構成的には磁界共鳴方式とほぼ同じであり、図３に示す非接触通信媒体１００Ａに極めて類似する。図１６に示す非接触通信媒体１００Ｇと図３に示す非接触通信媒体１００Ａとの違いは、端的に言えば、非接触通信媒体１００Ｇにコイルと共振させるキャパシタが採用されていないことである。その他はほぼ同じである。
非接触通信媒体１００Ｇは、コイル１０Ａ（Ｌ２Ａ）、整流回路２０、平滑回路３０、負荷インピーダンス調整手段４０、電圧検出回路５０、スイッチ６０、及び機能回路７０を有する。
コイル１０ＡはコイルＬ２Ａを含む。図１６の非接触通信媒体のコイル１０ＡとコイルＬ２Ａとが同一であると示したが、コイルＬ２Ａには図示しないキャパシタが含まれることもあるのであえて異なる符号で示す。コイル１０Ａは、入力磁界Ｓｍ１に近接して配置され、入力磁界Ｓｎで発生する磁束に感応する。コイル１０Ａ（Ｌ２Ａ）は、例えば、０．５μＨ〜５０μＨの範囲に選ばれる。
整流回路２０は、コイル１０Ａから取り出される出力磁力Ｓｐ１を直流電圧に変換するために用いられる。整流回路２０は、ダイオード素子Ｄ１〜Ｄ４で構成される。ダイオード素子Ｄ１のアノード及びカソードは、ノードＮ１及びノードＮ２に各別に接続される。ダイオード素子Ｄ２のアノード及びカソードは、ノードＮ３及びノードＮ２に各別に接続される。ダイオード素子Ｄ３のアノード及びカソードは、ノードＮ４及びノードＮ１に各別に接続される。ダイオード素子Ｄ４のアノード及びカソードは、ノードＮ４及びノードＮ３に各別に接続される。ダイード素子Ｄ１〜Ｄ４で構成される整流回路は、全波整流器と呼ばれている。なお、ダイオード素子Ｄ１〜Ｄ４の４つのダイオードではなく、例えば、２つのダイオードを用いた半波整流器で構成されてもかまわない。ダイオード素子Ｄ１〜Ｄ４は、例えば、シリコンのＰＮ接合ダイオード、ショットキ−バリアダイオード、ＭＯＳトランジスタのいずれか１つを用いることができる。
平滑回路３０は、整流回路２０の出力であるノードＮ２から取り出された交流電圧を直流電圧に平滑するために用いられる。平滑回路３０は、前に述べたようにキャパシタ、コイル、及び抵抗を組み合わせたローパスフィルタ（ＬＰＦ）として構成される。
負荷インピーダンス調整手段４０は、ノードＮ２に生起される出力電圧Ｖｏｕｔを所定の大きさに調整するために用いられる。ここで、所定の出力電圧Ｖｏｕｔは、例えば、非特許文献１に記述された３Ｖに設定される。所定の出力電圧Ｖｏｕｔは、コイルＬ２の許容範囲の磁界強度に基づき設定される。例えば、コイルＬ２がＩＳＯ／ＩＥＣ１４４４３に規定されるコイルＰＩＣＣ１であり、７．５Ａ／ｍ（ｒｍｓ）の強磁界に曝される場合には、負荷インピーダンス調整手段４０により出力電圧Ｖｏｕｔが３Ｖになるように調整される。なお、ＩＳＯ／ＩＥＣ１４４４３によれば、コイルＰＩＣＣ１を用いた非接触通信媒体は、最大磁界強度Ｈｍａｘである７．５Ａ／ｍ（ｒｍｓ）だけではなく、平均時間で３０秒という制限はあるものの、周波数１３，５６ＭＨｚで、最大磁界強度Ｈｍａｘの（８／５＝１．６）倍まで耐用できなければならないことが要求されている。したがって、コイルＰＩＣＣ１を用いた非接触通信媒体は、７．５Ａ／ｍの磁界強度の（８／５＝１．６）倍である１２Ａ／ｍの磁界強度まで耐用できることが要求される。すなわち、コイルＰＩＣＣ１を用いた非接触通信媒体は、定常状態では７．５Ａ／ｍ、過渡的には１２Ａ／ｍまで耐用できることが要求される。
ＩＳＯ／ＩＥＣ１４４４３では、ＰＩＣＣ３を用いた非接触通信媒体は、最大磁界強度Ｈｍａｘである８．５Ａ／ｍ（ｒｍｓ）に耐用できることが要求される。これにも（８／５＝１．６）倍の規定が適用されるので、ＰＩＣＣ３を用いた非接触通信媒体は、実質的な最大磁界強度である１３．６Ａ／ｍに耐用できることが要求される。このためにコイルＬ２が８．５Ａ／ｍ（ｒｍｓ）又は１３．６Ａ／ｍ（ｒｍｓ）の磁界強度に曝されたときに負荷インピーダンス調整手段４０等の調整により、電圧検出回路５０の動作を切り替え、スイッチ６０を動作させ、コイルＬ２が磁界に感応する感度を減衰（低下）させるようにする。
同様に、コイルＰＩＣＣ６に着目すると、ＰＩＣＣ６を用いた非接触通信媒体は、最大磁界強度Ｈｍａｘである１８Ａ／ｍ（ｒｍｓ）に耐用できることが要求される。これにも（８／５＝１．６）倍の規定が適用されるので、ＰＩＣＣ６を用いた非接触通信媒体は、実質的な最大磁界強度である２８．８Ａ／ｍに耐用できることが要求される。こうしたことに鑑み、本発明に係る非接触通信媒体１００Ｇは、コイルＰＩＣＣ１からコイルＰＩＣＣ６に対応させるために、コイルＬ２に印加される磁界が７．５Ａ／ｍを超えた場合に、負荷インピーダンス調整手段４０により出力電圧Ｖｏｕｔが３Ｖになるように調整される。
また、整流回路２０を構成するダイオード素子Ｄ１〜Ｄ４に用いる種類を選択することによっても出力電圧Ｖｏｕｔを調整することができる。例えば、ダイード素子Ｄ１〜Ｄ４がＰＮ接合ダイオードではなく、順方向電圧が小さなショットキーバリアダイオードで構成された場合には、出力電圧Ｖｏｕｔは高くなるので、負荷インピーダンス調整手段４０の抵抗は低く調整されることになる。また、ダイオード素子Ｄ１〜Ｄ４がＭＯＳトランジスタで構成された場合には、ＭＯＳトランジスタのしきい値電圧を制御することにより出力電圧Ｖｏｕｔの高さを調整することができる。
なお、負荷インピーダンス調整手段４０は抵抗素子だけで構成されてもよい。また、抵抗と、ダイオード等の定電圧素子との組み合わせにより構成されてもよい。さらに、抵抗、ダイオード及びトランジスタの組み合わせにより構成されてもよい。また、後述するように負荷インピーダンス調整手段４０として、機能回路７０が利用されてもよい。
電圧検出回路５０は、出力端子Ｖｏ（ノードＮ２）に出力される出力電圧Ｖｏｕｔの高さを検出する。電圧検出回路５０は、コンパレータＣＭＰ１段で構成するのが最もシンプルであるが、図示しないコンパレータをもう１つ設け、２つのコンパレータでウインドウコンパレータが構成され、例えば、出力電圧Ｖｏｕｔが２Ｖ〜３Ｖの範囲である場合に出力が切り替わるようにしてもよい。電圧検出回路５０は、出力電圧Ｖｏｕｔが、例えば、３Ｖになったときに電圧や信号を出力する。なお、電圧検出回路５０は、機能回路７０に供給される電源電圧（Ｖｏｕｔ）を監視することにもなり、機能回路７０に供給される過電圧を抑制する役目も有する。
スイッチ６０は、電圧検出回路５０の出力を受けてコイル１０Ａ（Ｌ２Ａ）を制御する。最もシンプルな制御方法は、コイルＬ２Ａの両端を短絡することである。スイッチ６０はノーマル状態ではオープン状態（開）であり、コイル１０Ａに生起した電磁力を整流回路２０Ａに供給する。スイッチ６０は、電圧検出回路５０の動作に応動しコイル１０Ａ（Ｌ２Ａ）を短絡させる。電圧検出回路５０は、出力電圧Ｖｏｕｔが所定の値（例えば３Ｖ）に達すると、出力論理が反転し、スイッチ６０をオン又はオフさせる。コイル１０Ａ（コイルＬ２Ａ）を短絡させる。コイル１０Ａが短絡されると整流回路２０Ａに供給される電磁力はなくなり、出力電圧Ｖｏｕｔはほぼ０となる。出力電圧Ｖｏｕｔが０Ｖになると機能回路７０に供給される電源電圧はほぼ０となり、機能回路７０が保有する各種情報データが劣化又は破壊されるのを防護する。
機能回路７０は、ノードＮ３に生成された出力電圧Ｖｏｕｔを電源電圧として動作する。機能回路７０は、例えば論理回路７１、記憶回路７２、及び通信回路７３を有する。通信回路７３は図１５に示した無線給電器９００Ａ又は図示しない各種電子機器との通信を行う。機能回路７０に必ずしも通信機能をもたせる必要はなく、その場合には通信回路７３は不要となる。
本発明に係る非接触通信媒体は、磁界共鳴（共振）方式及び電磁誘導方式に関わらず非接触通信媒体が有するコイルに許容以上の磁界、電磁力が印加された場合に、これらの磁界、電磁力を整流して直流電圧に変換し、この直流電圧を基準電圧と比較し、コイルから出力される交番電圧を０又は減衰させる。これによって、磁界、電磁力を電力エネルギーとして動作させる機能回路に印加される電源電圧を０又は低減させ、機能回路が保持する各種情報が劣化又は破壊するという不具合を防護できる。こうした非接触通信媒体は広く利用することができる。そのため、本発明は、産業上の利用可能性は高い。
１０ コイル
２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ、２０Ｅ 整流回路
３０ 平滑回路
４０、４０Ａ 負荷インピーダンス調整手段
５０ 電圧検出回路
６０（Ｓ１） スイッチ
７０、７０Ａ 機能回路
７１ 論理回路
７２ 記憶回路
７３ 通信回路
１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ、１００Ｅ、１００Ｆ、１００Ｇ、１００Ｈ 非接触通信媒体
９００、９００Ａ 無線給電器
９０１、９０１Ａ 無線受電器
９０２、９０２Ａ ＡＣ／ＤＣ変換部
９０３、９０３Ａ 送電側ＩＣ
９０４ 送電側共振回路
９０４Ａ 送電側回路
９０５ 受電側共振回路
９０５Ａ 受電側回路
９０６、９０６Ａ 受電側ＩＣ
９０７、９０７Ａ 機能回路
Ｃ１、Ｃ２ キャパシタ
Ｌ１、Ｌ２ コイル
Ｄ１〜Ｄ４ ダイオード素子
Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４ ノード
Ｓｍ、Ｓｍ１ 入力磁界
Ｓｒｐ 交番電圧
Ｖｏｕｔ 出力電圧
Ｖｒｅｆ 基準電圧

Claims (25)

  1. 磁界に感応するコイルと、
    前記コイルに直列接続されたスイッチと、
    前記コイル及び前記スイッチの直列接続体に並列接続されたキャパシタと、
    前記コイルに生起された交番の電力エネルギーを整流する整流回路と、
    前記整流回路から出力される整流出力を平滑し直流の出力電圧を生成する平滑回路と、
    前記平滑回路に接続される出力端子と、
    前記出力端子から取り出される前記出力電圧と所定の値以下に設定された基準電圧とを比較し、前記出力電圧が前記基準電圧に到達したときに前記スイッチを閉状態から開状態に切り替えることにより、前記コイルに生起される前記交番の電力エネルギーを減衰させる電圧検出回路と、
    前記出力端子に接続される負荷とを有し、
    前記負荷のインピーダンスは、前記コイルに印加される磁界の実効値が１２Ａ／ｍ以上であるときに前記出力電圧が前記所定の値になるように調整されている非接触通信媒体。
  2. 前記負荷は、前記平滑回路に並列又は直列に接続され前記負荷のインピーダンスにより前記平滑回路の放電時定数が調整されている請求項１に記載の非接触通信媒体。
  3. 前記負荷は固定抵抗である請求項２に記載の非接触通信媒体。
  4. 前記負荷は可変抵抗を含む請求項２に記載の非接触通信媒体。
  5. 前記負荷は３０Ω〜５００Ωの範囲である請求項１〜４のいずれか一項に記載の非接触通信媒体。
  6. 前記磁界の実効値が１３．６Ａ／ｍ（ｒｍｓ）以上であるときに前記コイルが前記磁界に感応する感度が減衰される請求項１に記載の非接触通信媒体。
  7. 前記磁界の実効値が１８Ａ／ｍ（ｒｍｓ）以上であるときに前記コイルが前記磁界に感応する感度が減衰される請求項６に記載の非接触通信媒体。
  8. 前記磁界の実効値が２８．８Ａ／ｍ（ｒｍｓ）以上であるときに前記コイルが前記磁界に感応する感度が減衰される請求項７に記載の非接触通信媒体。
  9. 前記磁界の実効値はＩＳＯ１４４４３の規格に準拠する請求項１〜８のいずれか一項に記載の非接触通信媒体。
  10. 前記磁界の実効値である１２Ａ／ｍ（ｒｍｓ）は、ＩＳＯ１４４４３、ＰＩＣＣ１に適用されるものである請求項１に記載の非接触通信媒体。
  11. 前記磁界の実効値である１３．６Ａ／ｍ（ｒｍｓ）は、ＩＳＯ１４４４３、ＰＩＣＣ３に適用されるものである請求項６に記載の非接触通信媒体。
  12. 前記磁界の実効値である１８Ａ／ｍ（ｒｍｓ）は、ＩＳＯ１４４４３、ＰＩＣＣ６に適用されるものである請求項７に記載の非接触通信媒体。
  13. 前記磁界の実効値である２８．８Ａ／ｍ（ｒｍｓ）は、ＩＳＯ１４４４３、ＰＩＣＣ６に適用されるものである請求項８に記載の非接触通信媒体。
  14. 前記所定の値は３Ｖである請求項１に記載の非接触通信媒体。
  15. 前記出力端子に接続される機能回路をさらに含み前記機能回路の電源電圧が前記出力端子から出力される前記出力電圧である請求項１に記載の非接触通信媒体。
  16. 前記機能回路の最大定格の電源電圧は前記出力電圧と同じか又はそれ以下である請求項１５に記載の非接触通信媒体。
  17. 前記コイル及び前記キャパシタを含む共振回路の共振周波数が１００ＫＨｚ〜２７．１２ＭＨｚの範囲に選ばれるように前記コイルのインダクタンスと前記キャパシタのキャパンタンスが選ばれる請求項１に記載の非接触通信媒体。
  18. 前記コイルのインダクタンスの大きさをｌ２、前記キャパシタのキャパシタンスをｃ２としたときにｌ２とｃ２との積であるｌ２・ｃ２は１．７２×１０−１７（ｓ２）〜８．２７×１０−１６（ｓ２）の範囲に選ばれる請求項１７に記載の非接触通信媒体。
  19. 前記キャパシタンスｃ２は３ｐＦ〜１７０ｐＦの範囲に選ばれる請求項１８に記載の非接触通信媒体。
  20. 前記インダクタンスｌ２は０．５μＨ〜１００μＨの範囲に選ばれる請求項１８に記載の非接触通信媒体。
  21. 前記インダクタンスｌ２は０．９μＨ〜５０μＨの範囲に選ばれる請求項２０に記載の非接触通信媒体。
  22. 前記整流回路はダイオード素子で構成された全波整流回路又は半波整流回路で構成される請求項１に記載の非接触通信媒体。
  23. 前記ダイオード素子は、ＰＮ接合ダイオード、ショットキーバリアダイオード、及びＭＯＳトランジスタのいずれか１つで構成される請求項２２に記載の非接触通信媒体。
  24. 請求項１〜２３のいずれか一項の非接触通信媒体との間で非接触通信を行い前記非接触通信媒体に情報の書き込み又は読み出し又は前記非接触通信媒体の前記コイルに駆動電流を供給する電子機器。
  25. Ｑｉ方式、Ａ４ＷＰ方式、ＮＦＣ方式及びＰＭＡ方式のいずれか１つに適用される請求項２４に記載の電子機器。
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