JPH04293320A - 共振回路を備えた非接触媒体通信用送信回路 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＬＣ直列共振回路を使
用して、電力の受電部およびデータ通信部を備えた非接
触媒体に対して電力供給とデータ送信を行う非接触媒体
通信用の送信回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気カードなどの接触式媒体との間で情
報交換する従来のシステムに代えて、現在提案されてい
るのものに共振回路を使用した通信システムがある。

【０００３】共振回路を備えた非接触媒体通信用の送信
回路は、ＬＣ直列共振回路またはＬＣ並列共振回路に交
流電力（キャリア）を供給し、このキャリアを通信デー
タで変調する。このときＬＣ共振回路がアンテナとして
働き、変調された電磁波を外部に出力する。定期券など
の非接触媒体は内部にレジスタを含むデータ処理を備え
ている。この非接触媒体と上記非接触媒体通信用の送信
回路とが電磁波によって結合することにより、電力供給
とデータ伝送か同時に行われ、両者の間で情報交換が行
われる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の従来の
非接触媒体通信用の送信回路は、共振回路として単純な
ＬＣ回路を使用しているために次のような欠点があった
。

【０００５】（１）データ伝送速度が電磁波の周波数に
よって限定されてしまうために高速なデータ伝送ができ
ない。

【０００６】（２）上記（１）において周波数を高くす
れば法的規制（λ／２πの位置での電界強度が１５ｍＶ
以下であること）より出力を大きくできず、伝送距離が
低下する。

【０００７】（３）また周波数が低いまま高速データ伝
送を行おうとすると、共振回路での残留振動が無視出来
なくなるため、事実上共振回路の使用が不可能になる。 この結果、非常に大きな皮相電力を送信側コイルに対し
て供給する必要が生じてくる。

【０００８】本発明は、低い周波数でも小さい皮相電力
の供給で長距離，高速のデータ伝送を可能にすることを
目的となる。

【０００９】

【課題を解決するための手段】ＬＣ直列共振回路と、前
記ＬＣ直列共振回路に直列に接続したスイッチ素子と、
前記ＬＣ直列共振回路に交流電力を供給する電力供給部
と、前記ＬＣ直列共振回路のコンデンサエネルギが最大
になったときのタイミングを検出する回路と、前記タイ
ミングで前記スイッチ素子をオフし、前記電力供給部か
らの入力電圧または入力電流の位相が前記スイッチ素子
オフの位相に一致するタイミングのうち送信データに応
じたタイミングで前記スイッチ素子をオンする手段と、
を備えてなることを特徴とする。

【００１０】また、ＬＣ直列共振回路と、前記ＬＣ直列
共振回路のコイルに並列に接続したスイッチ素子と、前
記ＬＣ直列共振回路に交流電力を供給する電力供給部と
、前記ＬＣ直列共振回路のコイル電流が最大のときのタ
イミングを検出する回路と、前記タイミングで前記スイ
ッチ素子をオンし、前記電力供給部からの入力電圧また
は入力電流の位相が前記スイッチ素子オンの位相に一致
するタイミングのうち送信データに応じたタイミングで
前記スイッチ素子をオフする手段と、を備えてなること
を特徴とする。

【００１１】

【作用】ＬＣ直列共振回路に交流電力が供給されている
共振状態において、コンデンサエネルギが最大になった
タイミングでスイッチ素子がオフする。このとき、コイ
ルに流れる電流は０であり、スイッチ素子をオフしても
コイルからのエネルギー放出はない。したがって、コイ
ルをアンテナとしておいた場合、このコイルからも電磁
波の放出がない。一方、ＬＣ直列共振回路に入力する入
力電圧（または入力電流（共振時において同位相にある
））の位相が、前記スイッチ素子が先にオフした位相に
一致するタイミングになると、そのタイミングでそのス
イッチ素子をオンすれば、コンデンサエネルギの放出に
基づく共振電流の位相と、共振回路に入力する上記入力
電圧の位相とが一致するために減衰，振動を起こすこと
なくすぐに共振状態に入る。すなわち、直ちに共振電流
が流れ、アンテナコイルとしてのコイルから外部に対し
て電磁波が放出される。したがって、入力電圧の位相は
スイッチ素子オフの位相に一致するタイミングのうち送
信データに応じたタイミングでスイッチ素子をオンすれ
ば、ＬＣ直列共振回路の減衰振動を起こすことなく、送
信データに応じたデータ伝送が行われる。

【００１２】また、ＬＣ直列共振回路のコイルに並列に
スイッチ素子を接続し、コイル電流が最大のときのタイ
ミングでスイッチ素子をオンすると、次に電力供給部か
らの入力電流（または入力電圧）の位相が前記スイッチ
素子オンの位相に一致するタイミングでそのスイッチ素
子をオフすると、共振回路のコイルに蓄えられていたエ
ネルギの放出に伴うコイル電流位相と、上記入力電流位
相が一致するために減衰振動を起こすことがなくなる。 この場合も送信データに応じて、スイッチ素子がオフす
るタイミングが、入力電流位相がスイッチ素子オン位相
に一致するタイミングの中から選ばれる。

【００１３】

【実施例】図１は、本発明の実施例の回路図を示す。

【００１４】本実施例はＬＣ直列共振回路のＬをアンテ
ナコイルとして使用する。アンテナコイルＬにはアナロ
グスイッチからなるスイッチ素子ＳＷが直列に接続され
、電力供給部ｅの周波数はＬＣ直列共振回路の共振周波
数ｆ０　に設定されている。

【００１５】位相検出回路１は電力供給部ｅから供給さ
れる交流電力の電圧ｅ１のゼロクロス点を検出する。共
振時においてはこの電圧ｅ１と共振電流（コイル電流）
Ｉｌ　とは同位相であるために、入力電圧ｅ１のゼロク
ロス点はコイル電流Ｉｌ　のゼロクロス点に等しい。す
なわち、コンデンサＣの充電電圧ｅ２が最大になった時
点（コンデンサエネルギが最大になった時点）がコイル
電流ＩＬ　＝０のときであるから、位相検出回路１によ
ってゼロクロス点を検出することによりコンデンサＣの
エネルギーが最大になった時点を検出することができる
。位相検出回路１からはホールド回路２に対してスイッ
チ開閉タイミング信号ｓが出力される。このホールド回
路２は上記スイッチ開閉タイミング信号ｓをトリガとし
て、入力されるデータ（送信データ）をホールドしてス
イッチ素子ＳＷに対してスイッチング信号として出力す
る。 スイッチング信号は、スイッチ素子ＳＷをオンまたはオ
フする。送信データはキャリア周波数ｆ０　と送信デー
タのボーレートの比より同期回路３によってキャリアと
同期をとられてホールド回路２に対して出力される。例
えばボーレート＝ｆ０　／２のときには同期回路３から
Ｔ＝２／ｆ０　毎にｆ０　と同期をとりながらホールド
回路２に対してデータが出力されていく。

【００１６】図２は図１の回路におけるデータ送信時の
タイミングチャートである。共振状態において位相検出
回路１が入力電圧ｅ１のゼロクロス点を検出すると、ス
イッチ開閉タイミング信号ｓをホールド回路２に対して
出力する。このときのデータが０であるとホールド回路
２はスイッチ素子ＳＷをオフするスイッチング信号を出
力する。続いて、上記のようにしてスイッチ素子ＳＷが
オフした位相に一致する入力電圧ｅ１の位相のタイミン
グで、位相検出回路１がホールド回路２に対してスイッ
チ開閉タイミング信号ｓを出力する。ホールド回路２は
この信号ｓを受けたときにデータが“０”か“１”かを
判定する。もし“１”であればスイッチング信号を出力
してスイッチ素子ＳＷをオンする。データが“０”であ
ればスイッチ素子ＳＷをオフのままにする。図２におい
ては、最初にスイッチ素子ＳＷがオフするタイミングｔ
１　において入力電圧ｅ１の位相は立ち下がりの位相で
ある。したがって、この立ち下がりの位相と同じ位相の
タイミングは１周期毎に（ｔ２　，ｔ３　，・・・）く
るが、ｔ２　のタイミングで送信データが“１”である
から、このタイミングｔ２　でスイッチング信号を出し
スイッチ素子ＳＷをオンする。

【００１７】上記の動作により、ｔ２　のタイミングで
は直ちに共振電流が流れ始める。

【００１８】図３はこの発明の他の実施例の回路図を示
している。本実施例では、スイッチ素子ＳＷをコイルＬ
に並列に接続している点で図１に示す実施例と相違して
いる。

【００１９】図４は図３に示す回路の送信時のタイミン
グチャートである。位相検出回路１がコイル電流ＩＬ　
の最大になるタイミングで、すなわち、入力電圧ｅ１が
最大になるタイミングを検出すると、ホールド回路２に
対してスイッチ開閉タイミング信号ｓを出す。このとき
、データが“０”であればスイッチ素子ＳＷをオンする
（ｔ１　）スイッチ素子ＳＷがオンすることによってコ
イルＬに蓄積されていたエネルギは保存されるが、その
ときのコンデンサＣの電荷は０であるためにスイッチ素
子ＳＷを介してエネルギが減衰するということがない。 次に上記のようにしてスイッチ素子ＳＷがオンしたとき
の入力電圧ｅ１の位相と同じ位相のタイミングになるの
を待つ。このタイミングは１周期毎にやってくる（ｔ２
　，ｔ３　，・・・）。位相検出回路１はその度にホー
ルド回路２に対してスイッチ開閉タイミング信号ｓを出
力する。ホールド回路２においては、この信号ｓを受け
取ったときにデータの状態を判定する。もしそのときに
データが“１”であればスイッチング信号を出力してス
イッチ素子ＳＷをオフする。このスイッチ素子ＳＷがオ
フするタイミングでの入力電圧ｅ１の位相は、前回にス
イッチ素子ＳＷがオンしたときの入力電圧ｅ１の位相と
同じであるとともに（正の反サイクルの最大値をとる位
相）、このタイミングｔ２　でスイッチ素子ＳＷをオフ
しても、減衰を起こすことなく直ちに共振電流ＩＬ　が
流れる。

【００２０】なお、図１の実施例と図３の実施例を比較
すると、それぞれ次のような特徴がある。

【００２１】先ず、図３に示す実施例では、スイッチ素
子ＳＷに流す電流が一方向のみで良いために、半導体ス
イッチ素子等を使用する上において回路が簡単になる利
点がある。また、図４に示すような共振電流ＩＬ　が流
れるために、媒体側での受信電圧は、図に示すようにサ
イン波形の０またはπから０またはπで終わる波形とな
る。これに対して図１に示す実施例では共振電流ＩＬが
図２に示すような波形となるために、媒体側での受信電
圧はコサイン波形の０またはπで始まり、０またはπで
終わる波形となる。一方、媒体がカードの場合、カード
の表側を近づけた場合と裏側を近づけた場合とで受信電
圧波形の極性が変わる。図５は、図３の実施例の場合の
受信電圧波形を示し、図６は図１の実施例の場合の受信
電圧波形を示している。したがって、図５では、カード
の表、裏に関係なく受信電圧の＋側の山に同期してデー
タを取り込めば良いことがわかる。これに対して、図６
に示す方式では、受信電圧波形がコサイン波形の位相０
またはπでスイッチ素子ＳＷがオン・オフするために波
形が＋側と−側で対称でなく、そのためにデータ取込み
時にその極性を検出するための回路が必要となってくる
。なお、図５，図６では、データを高速で送信するため
に一周期単位でスイッチ素子ＳＷをオン・オフする方式
にしている。

【００２２】次に、図３に示す構成ではスイッチ素子Ｓ
Ｗオン時にコイルＬに大きな電流が流れ続けるために、
コイルの内部抵抗およびスイッチ素子部で電力損失が生
じ、この時間が長いと再度スイッチ素子ＳＷをオフした
ときの共振回路の電圧が下がってしまい送信電力も多少
下がってしまうという欠点がある。図１に示す構成では
そのようなことがない。

【００２３】

【発明の効果】小さな皮相電力の供給で大きなコイル電
流を流すことができ、長距離，高信頼性の高いデータ通
信が可能となる。また、低い周波数でも高速のデータ通
信が可能となる。さらに、大きな磁界を発生することが
できるために、データ以外に電力をも伝送することが可
能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の回路図を示す。

【図２】図１の回路における送信時のタイミングチャー
トを示す。

【図３】本発明の第２の実施例の回路図を示す。

【図４】図３の回路における送信時のタイミングチャー
トを示す。

【図５】図１の実施例での非接触媒体側（カード側）の
受信電圧波形を示す図

【図６】図３の実施例での非接触媒体側（カード側）の
受信電圧波形を示す図

【符号の説明】

Ｌ−コイル（アンテナコイル） Ｃ−コンデンサ ｅ−電力供給部 ＳＷ−スイッチ素子 １−位相検出回路 ２−ホールド回路 ３−同期回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ＬＣ直列共振回路と、前記ＬＣ直列共振回
   路に直列に接続したスイッチ素子と、前記ＬＣ直列共振
   回路に交流電力を供給する電力供給部と、前記ＬＣ直列
   共振回路のコンデンサエネルギが最大になったときのタ
   イミングを検出する回路と、前記タイミングで前記スイ
   ッチ素子をオフし、前記電力供給部からの入力電圧また
   は入力電流の位相が前記スイッチ素子オフの位相に一致
   するタイミングのうち送信データに応じたタイミングで
   前記スイッチ素子をオンする手段と、を備えてなる共振
   回路を備えた非接触媒体通信用送信回路。
2. 【請求項２】ＬＣ直列共振回路と、前記ＬＣ直列共振回
   路のコイルに並列に接続したスイッチ素子と、前記ＬＣ
   直列共振回路に交流電力を供給する電力供給部と、前記
   ＬＣ直列共振回路のコイル電流が最大になったときのタ
   イミングを検出する回路と、前記タイミングで前記スイ
   ッチ素子をオンし、前記電力供給部からの入力電圧また
   は入力電流の位相が前記スイッチ素子オンの位相に一致
   するタイミングのうち送信データに応じたタイミングで
   前記スイッチ素子をオフする手段と、を備えてなる共振
   回路を備えた非接触媒体通信用送信回路。