JPH01311391A - 無触式信号およびエネルギー伝送装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、マイクロステーション（以下ＭＳとする）と
マイクロユニット（以下ＭＥとする）とを有する、無接
触動作型のエネルギーおよびデータ伝送装置に関する。

従来の技術 集積電子構成素子を有する例えはチップカードの形ヤの
データ担体およびデータ装置が種々の適用分野で使用さ
れる。市場で入手されるこの神の装置のｌ’ｔとんどす
べては、読出器とカードとの間の接触を用いるよう設計
されている。

穿触は汚染や静電帯電、振動および損耗の際に不才１１
に作用する。

この欠点は無接触で訣導性に動作する装置の場合発生し
ない。

エネルギーおよび信号を接触せずに伝送する場合、次の
ような伝送周波数を第１」用することは容易に想到され
る。すなわち、Ｍ　Ｅ　９１１１でＭＥ内に使用されて
いる重子構成群の駆動のために使用することができるク
ロック信号と同じ伝送周波数かまたは当該クロック信号
から分割により直接得ることのできる伝送周波数を利用
することは容易に想到される。その他、用いる周波数は
国際指橋要綱ないし規定に相応するものとすべきである
。そのため使用周波Ｖを一定に保持しなければならない
。しかしこれは、伝送５ｉｌｉ１７１を形成するために
使用する振動回路内の構成素子の変化（老化、製造公差
）と相客れないものである。そのため、このように構成
素子のパラメータが変化すると、振動回路の固有周波数
が制御周波数ともはや一致しないようになり、引いては
〜＋ＳからＭＥへのエネルギー変換率が低下する。

その他の条件として、ＭＥ側での信号識別を明確にする
ために、相互に一定の位相関係を有しなければならない
２つの振論回路を構成しなければならないということが
ある。

上述の間ＦＩｊＡは実質的に以下の要求にまとめること
かできる。すなわち、不変で印加された（すなわち制御
された）所定の周波数において振動電子回路を、製造公
差や種々異なる環境影響があっても制御周波数に従った
固有周波数に最適調整するという要求である。この目的
は例えば次のようにして連成される。すなわち、並列振
動回路において、容量ダイオードを用いて並列接続され
た共振容量を制御することにより連成される。付加的て
注意すべきことは、グイオ−ドが電圧で入力制御される
その山ω作領域において使用されることである。

ここに開示された発明は以下の％徴を有する。

１、　マイクロユニットは独立の電子ユニット（例えば
マイクロコンピュータシステム）であり、無接触でその
ために設けられたマイクロステーションにて駆１１させ
ることができる。

２、　マイクロユニットは、駆動のためにマイクロステ
ーション内に１有の発振器を必要としない。なぜなら、
エネルギー伝送により４作処理クロックを得るからであ
る。

３、ＭＳもＭＥも共に、装置の駆動か、ＭＳの収納装置
内のＭ　Ｅの位置状態に依存せず、機械的適合性を考慮
して保証されるように構成されている。

４、マイクロステーションとマイクロユニット間のエネ
ルギー伝送および双方向のデータ伝送は無接触で西独特
許Ｆ　３　＋　４７５６０．５号の位相跳躍法および同
期スイッチング方式に従い行われる。

５゜誘導性エネルギー結合に対して必要な、マイクロス
テーション内のドライバ段は制御区間によって駆動され
る。この制御区間によってマイクロステーションの簡単
な製造が可能になり、ｆさ、性伝送へのいずれの重大な
影響も低減される。

６、　マイクロユニットは請求の範囲第１項記載の電気
椿能に加えて、同様に磁気テープを装体して磁りカード
として同時に動作することができる。その際、磁気テー
プ読出しないし詔導性無接鯉信号伝送に障害の発生する
ことはない。確実な動作を行う念めと誘導性のエネルギ
ー伝送区間およびｒ−夕伝送区間を構成するためにいく
つかのパラメータを維持し７なければならない。この要
求は物理的基礎から生じる。なぜなら、伝送媒体として
使用する磁界に対し、常に場所、空間および方向性を考
・憲しなければならないからである。

以下のテキストで、誘導性伝送区間に発生するすべての
問題のあるパラメータを除去することの可能な方法を述
べる。

この装置の舒Ｉ性伝送区間は次の重要な特徴に分けられ
る。

−エネルギー伝送 一制御回路 一磁気テープコンパチビリティ 一データ伝送 一位や状態のバリエーション 一クロック発生 マイクロステーションからマイクロユニット（ｆ／ｌｌ
えはチップカード）へのエネルギー伝送は、誘渚的に２
つのコイルを介して１つの周波数領域で行われる。この
周波数領域はマイクロユニットに対して必要とするシス
テムクロックのオーダにある。なぜならＭＥ、例えばマ
イクロコンピュータに対するシステムクロックｕＮ接伝
送周波数から褒出することができ、そのためＭＥＫは発
振器が必要ないからである。

エネルギー処理は、周波数結合された２つの振動・回路
（第１図：Ｔ１．ＳｌおよびＴ２．Ｓ２）にて、例えば
６ＭＨｚの周波数で行う。

振動回路のフェライトコアコイルは空隙を有し、この空
隙にＭＥのそれぞれ偏平なコイルＳ３とＳ４が挿入され
ている。従って磁束流は偏平コイルに対し垂直である。

２つの振動回路は相互に＋／−９０°の制御された位相
ずれで動・作する。

振動回路の使用には次のような利点がある。

すなわち、振動回路が非常に選択的に共振私性によって
動作するならば、すなわち固有共振付近で１作するなら
ば、装置の駆動に対するエネルギーコストは比較的に僅
かなもので済むということである。

外部影響、構成部材特性のばらつきおよび種々異なるＭ
Ｅにより、構成が簡単な場合、回路ｓ１と回路Ｓ２の離
調を来たす。その結果状のことが生じるであろう。

−〜ＩＥに対するエネルギーが過度に少ない−ＳｌとＳ
２との間の必要な位相差９００が得られない。

機ｍ・障害に至るようなこの欠陥は、ＳｌとＳ２の各回
路を同じ周波数の独立した１つの制御回路に構成するこ
とにより除去される。

制御回路 第２図は制御回路の基本構成を示す。制御回路は振動回
路の物理的特質を利用する。すなわち、それぞれ得られ
た共振状態では、卯２図の回路Ｓｌ／Ｓ２’ｌ−ｊ専ら
実抵抗として作用することを利用する。この場合、第２
図のドライバトランジスタＴのコレクタとベース間の電
圧の位相状態は正確に１８０°である。回路に離層が発
生するとすぐに、Ｕｃ対Ｕｂ＝１８０°の条件が得られ
なくなる（第３図）。

回路の位相状粁は電圧Ｕｃにより測定される。

過変幅されたＭＯＳ−トランジスタＴＭ、卯２図により
、低電圧で動作する論理素子Ｕ１．およびＥＸＯＲ−デ
ートへのレベル適合が行われる（同様のことがＰＬＯ＝
位相同期ループにも言える）。そこから得られた電圧Ｕ
ｘは、回路に元から存在している電圧の１つで発振器か
ら導出された電圧Ｕｐ　、卯、１図（Ｑ２または０３）
および１２図下（Ｕｐ＝Ｕｂ−９０°）、と比較される
。

この一方のチャネル、例えばＱ　２　（＝＝　１図）に
対して必要な基準信号Ｕｐばそれぞれ他方のチャネル、
例えばＱ３（第１図）から得られる。

それによりコヒーレントな信号特性経過が制御に利；用
される。それにより２つの振動を回路が同じ周波数を一
定の周波数ずれのもとで維持することが保証される。

Ｕｆのキーイング比が対称であるのは（第３図、ン合Ａ
）回路が平衡状態にある掌合のみである。対称なキーイ
ング比によって積分素子Ｒ３、Ｃ３（第２図）　Ｋ　テ
Ｔｔ圧ｎ　ＬＩｎ＝ＬＩｖ／２となる。後置接続された
ＯＰｌはＵｎとＵＶ／２とを比較し、その増幅度によっ
て制御電圧Ｕｄが回路の大信号特性に適合するよう調整
する。Ｕｘ＝Ｕｂ＋／−１８０°であればＵｎ−ＵＶ／
２である。

回路は共振点（第４図）で動作する。

Ｕｘ　カＵｂ＋／−１８０’テナ＜　７２ツテＭｉ、ｌ
−ヨび不平衡状態が生じるとＵｎがＵＶ／２でなくなり
、回路けＵｄを介して微調整される。

回路の共振特性への制御調整掃作は電圧に依存する容量
ダイオードＫＤｌｌ十にＤ１２（第２図）により制御電
圧ＬＪｄを介して行われる。

フィルタの恥、合の同調力法とは反対にこのキー合、こ
とができる（第４図）。このようなことができるのは、
伝送コイルＬｌ（第２図）に可能な限り高い電流を流す
ために必要な振動回路の大信号特性によるものである。

コンデンサＣ１ｌとＣ１２は、直列に接続された容量ダ
イオードＫＤＩ　１とＫＤＩ　２　（第２図）の許容遮
断電圧を上回らないための分圧器として酸１作する。

容量ダイオードは関数Ｃ＝ｆ（Ｕｄ）（第４図、曲線３
）に対して折曲した特性曲線を有し、それが出力信号の
ひずみになり得る。このひずみは特性曲線による励振が
一層なされればなされるほどきくなる。この理由から２
つの容量ダイオード（ＫＤＩＩ、ＫＤＩ２、第２図）ｌ
−１交汁で見れば逆並列に回路に接続されており、それ
によ１１・回路のひずみが相殺される。

ｆ２図の前置制御器は回路Ｓ１，ＴｌおよびＳ２．Ｔ２
（第１図）に対して２重に構成されている。

利点ニ ーパラメータ変化が制御さｈる 一周囲からの影響が除去制御される 一位相変調に対して必要なＳｌとＳ２の間の９０°（第
１図）が監視され保持される 一回路の損出電力が最小に抑えられる 以下機訃経過の説明により制御特性を示す。

諸影響下では、例えば構成素子特性のばらつき、神々異
なるマイクロユニットの作動を行なうものとすると、振
動回路の容量成分は増大していることになる。この坂１
合、コイルおよびコンデンサを有する個々の回路の固有
共振周波数は低下する。しかし外部からドライバてより
固定周波数を設定しているので、位相ひいては振幅も変
化する（Ｆ４図参照）。電圧Ｕｘの位相は電圧Ｕｐに対
し９０°以上の位相差で遅れる（和合Ｂ、ｆ３図）。信
号ｕｆ（Ｕｎ）の平均値は上昇する。ＵＶ／２（Ｕｖ＝
供給電圧）との比較により制御電圧Ｕｄは上昇する。Ｌ
ｉｄが上昇すると、同様に調整容素Ｖｉ急低下、回路の
実際の離調を妨げる作用をする（ｖ４図参照）。

同じことが、但し制御特性が逆であるだけで、誘導件の
離調である場合Ｃ（勢３図）についても当てはまる。

枦２図に従って実親された制御回路は、必要な付加的作
用を有する。なぜなら回ＦＩｉ、５２ＣＷＩ図）ＵＥＸ
ＯＲ−４−ト”５”Ｋ！　ｂＭＥＫ伝送すべきデータと
共に狙作するからである。

この位相責任があっても制御電圧Ｌｌｎの変化を生じて
はならない。なぜならそれにより回路が離調することと
なるからである。段Ｔ２．Ｓ２の接続は、例外を除いて
段Ｔ１，Ｓｌと同じである。段Ｔ２．５２はＷ２図から
れかるように、位相切換可曲な信号ＴＭ２によって駆動
される０ＥＸＯＲゲートＵ１での比較に対する基進位相
はＵ２から得られる。データ伝送の場合、制御電圧を一
定保持するために、信号ＴＭ２と同様に、信号Ｑ２、Ｅ
ＸＯＲゲートＵ２を介して反転される。ｔえは切換中の
短期間の小さな障害がもはや検知されないようになる。

なぜなら時定数Ｔ±Ｒ３Ｃ５を十分に大きく選択するこ
とができるからである。

磁気テーブコンノ４チビリティ 磁気テープをＭＥとして有するチップカードを使用する
際に、磁気テープでの磁気符号化は何ら影響を受けない
。

この特質は、周波数ＩＭＨ２９上の磁束がカードを垂直
方向に貫通するからである。磁気テープの磁気粒子（微
小磁片）はその慣性と方向性のためその位置ないし状態
を変化することができない。

データ伝送 冒頭に述べたように、２つの振動回路は＋／−９００の
位相差で動作する。休止状態（データ伝送が行われ々い
）では、振動回路Ｓ１は常に振動回路Ｓ２に対して９０
’進んでいる。マイクロユニットにｆ−タ伝送を行う場
合は、Ｓ２が１８０°切換えられ、それに基づきこの回
路は回路Ｓ１に対して９０’進む。この過程はＭＥによ
り評価される。

Ｍ　ＥからＭＳへ向けられたデータ伝送は、ＭＥ側の高
められた電流消費によシ行われる。マイクロステーショ
ン内のソースの内部抵抗を介して電圧降下が検出される
。この方法は西独特許１’　３４４７５６．０５号明細
書に記載されている口 位置状態のバリエーション 請求項のｇｇ３点に記載したように、装置の機能は収納
装置内の〜ＩＥの位置状態に体育しない。

この目的のためにチップカード装置では、それぞれ２つ
の必要なコイルがＭ　ＥとＭＳに設けられている（西独
実用新案登録願第８７１６５４８．１号参照）。それに
より、〜１Ｅがどう構成されているかに無関係に〜ＩＳ
の収納装置への１４１人前に、ＭＥの２つのコイルとＭ
Ｓの２つのコイルが対向するように回転されることが保
証される。それにより機能が常に保証され、装置の扱い
が容易になる。

クロック形成 マイクロユニットには計算装置、マイクロコンピュータ
等を設けることができる。所要の処理動作クロックはエ
ネルギー伝送の周波数から直接または、この周波数を分
周して得られる（第７図参照）。Ｕ３とＵ４は受信コイ
ルの正弦波状アナログ電圧からディダタル悄号を形成す
る。マイクロユニットに対しては固１有の発振器は必要
ない。それによりＭ　Ｅが実質的に簡単化される。ＭＥ
内の計算装置が申し分なく動作するための基本条件は、
処理動作クロックがシステマチックに、不均一でなく利
用できることである。ＭＥはＭＳ内の任意の挿入位置で
１作すべきものであるので、クロックがそれぞれ非変嘔
１コイルから取り出されるように（１，６図）気を付け
なければいけない。

位相跳蹟は才１図かられかるように笥にコイルＳ２を介
して行われる。この基本条件と別の基本φ件により、デ
ータ変調なしでコイルＳ１ｄ　’％にコイルＳ２より９
０°だけ進み、ＭＥ側で任意の〜作状態を識別できる。

そのために、ＭＥ内に＃７７図による回路が設けられて
いる。

繍、合１と場合２は異なる動作状態における椋々の信号
経過を示す（これについては第６図も参照）。

オ→合ｌは、Ｕ３がＵ４に対して進み：位相変襖へ１ば
Ｕ４に遅れて行われ：クロツク形成はＵ３から行われる
；ことを示す。

塙合２ば、Ｕ４がＵ３に対して進み；位相変調はＵ３に
遅れて行われ：クロック形成はＵ４から行われる；こと
を示す。

フリップフロップＵ５は、場合１に対しては出力側で論
理“１″で識別し、場合２に対しては論理“ＯＮで識別
する。時間的にやや遅れる。

すなわち、ＭＥの動作電圧が形成され、１ミリ秒の遅延
時間が経過してから、正のリセット側縁が７リツプフロ
ツプＵ６で生じる。これについてけｒコ５図を参照。

この過程は、たとえデータ伝送が行われなくても動作開
始時に常に１度だけ行われる。

信号ＵＬけマルチプレクサの制御入力側に印加される。

場合１ではＬＪＬ＝１であり、チャネル■１がｊｆｉ＞
逆接続される。一方娼合２ではＵＬ＝０であり、チャネ
ルＩＯが導通接続される。

この状態は合皮ハ作接続期間にわたって保持される。

クロック配列の同じ原丹に従い、データ線路Ｌ）Ｒ（２
，７図）のレベルと基本＄７．．態を設定することがで
きる。ここで異なるのは、そのためにｒ−夕信号のレベ
ル設定が行われるのみであってマルチプレクサは必要な
い点である。

発明の効果 本賢明により、無接触のデータ伝送およびエネルギー伝
送装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図および２．２図は本発明の詳細な説明するための
回路図、第３図および第４図は本発明の詳細な説明する
ための線図、第５図〜第７図に本発明の詳細な説明する
念めのブロック図である。 （第１図） ｎＧ、　６ 任意位置状態 マイクロユニット （この場合テツゾカード）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．　非可動のマイクロステーシヨンと可動のマイクロ
   ユニツトとから成り、発振器の振動が２つの別個の振動
   （Ｑ２，Ｑ３）に分割され、そのうちの一方の振動（Ｑ
   ３）はデータ流（ＴＭ１）に依存して他方の振動（Ｑ２
   ）に対して位相をずらされ、当該位相のずらされた振動
   （ＴＭ２）は第１のコイル対（Ｓ２，Ｓ３）を介し、ま
   た、他方の振動（Ｑ２）は第２のコイル対（Ｓ１，Ｓ４
   ）を介してマイクロユニツトに供給され、さらに電力伝
   送が前記２つの振動（Ｑ２，ＴＭ２）によつて同じコイ
   ル対（Ｓ２，Ｓ３；Ｓ１，Ｓ４）を介して行われ、その
   際マイクロユニツト内で、伝送された振動は位相比較器
   （ＩＣ２，ＩＣ３）に供給され、該位相比較器は位相ず
   れにより、データ流からデータを再生し、さらにマイク
   ロユニツトからマイクロステーシヨンヘのデータ伝送は
   マイクロユニツトの２つのコイル（Ｓ３，Ｓ４）におけ
   る同時の負荷変化によつて行われ、それによりマイクロ
   ステーシヨンの２つのコイル（Ｓ１，Ｓ２）の一方にて
   、コイル対の対応接続関係を誤つた場合でも負荷変化の
   検出が可能である、無接触式信号およびエネルギー伝送
   装置において、マイクロステーシヨン内に存在する２つ
   の振動回路（Ｓ１ないしＳ２）はそれぞれ誘導素子（Ｌ
   １ないしＬ２）、容量素子（Ｃ１，Ｃ１１，Ｃ１２ない
   しＣ２，Ｃ２１，Ｃ２２）、容量ダイオード（ＫＤ１１
   ，ＫＤ１２ないしＫＤ２１，ＫＤ２２）を有し、ここで
   これら素子は相互に位相をずらして共振安定化されてお
   り、そのために固定して位相のずれた２つのコヒーレン
   トな振動を、各振動回路を制御するためにドライバとし
   てのトランジスタＴを介して得られるようにし、前記振
   動回路のうちの１つの共振時には該１つの振動回路は実
   オーム抵抗として、その振動回路に直列に接続されたド
   ライバトランジスタＴに作用し、それによりドライバト
   ランジスタのベースの振動を形成する信号Ｕｂと振動回
   路から取出される電圧Ｕｃとの間で正確に１８０°の位
   相ずれが発生し、該位相ずれは非共振状態では前記の位
   相値から偏位し、該偏位は基準信号との比較により適当
   な回路素子（ＴＭ，ＥＸ）を介して、位相ずれに依存す
   る、パルス列のキーイング比に変換され、該キーイング
   比はＲＣ素子（Ｒ３，Ｃ３）を介して積分され、それに
   よつて得られた電圧値が基準電圧値と比較され、かつ演
   算増幅器（ＯＰＩ）を介して容量ダイオードを制御し、
   それにより振動回路はその供給される周波数に安定化さ
   れ、 上記と同じ手法を第２の振動回路に適用し、該第２の振
   動回路は同様に誘導素子、容量素子、容量ダイオードな
   らびにドライバトランジスタを有し、その際振動を形成
   する信号として、誘導素子（Ｌ２）を介して供給される
   コヒーレントな、位相のずれた部分が使用され、当該第
   ２の振動回路も同じ周波数に安定化され、それにより周
   波数の安定化された２つの振動は定まつた位相ずれを相
   互に有し、該２つの振動は誘導素子（Ｌ１，Ｌ２）を介
   して、マイクロユニツトにて、周波数安定化され位相を
   ずらされて現われ、かつ位相ずれの識別と評価を行わせ
   しめ、周波数の安定化に基づき、データ流の時間的に定
   まつた規準化されたボーレートが保証されることを特徴
   とする無接式信号およびエネルギー伝送装置。