JPH07193516A

JPH07193516A - 自動アンテナ同調方法及びその回路構成

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Publication number: JPH07193516A
Application number: JP6146708A
Authority: JP
Inventors: Thomas J Flaxl; ジェイ．フラックスルトーマス
Original assignee: Texas Instruments Deutschland GmbH
Current assignee: Texas Instruments Deutschland GmbH
Priority date: 1993-06-28
Filing date: 1994-06-28
Publication date: 1995-07-28
Also published as: EP0663724A2; DE69426013D1; US5491715A; EP0663724B1; EP0663724A3; DE69426013T2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】送信出力周波数にアンテナ回路の共振周波数
を整合させる回路を提供する。【構成】送信機出力段からのパワー信号をアンテナ共
振回路１８、４６で受信する。このアンテナ共振回路は
同調回路４８から成る。該同調回路は、アンテナ共振回
路の共振周波数を可変的に修正する。アンテナ共振回路
はその出力で、該パワー信号と共振周波数との間の周波
数差に対する既知の関連性を有す位相相関信号を提供す
る。次に、位相比較器６０が、位相相関信号とパワー信
号とを受信し、既知の位相の関連性に基づきアンテナ共
振回路の共振周波数を対応的に調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】この発明は、一般的に、送信出力段の出力
周波数にアンテナ共振回路の共振周波数を整合させる方
法に関連する。

【０００２】

【従来技術】発明の範囲を限定することなく、例として
無線周波数識別システム（Radio Frequency Identifica
tion System RFID) について記述する。この無線周波数
識別システムの一つが、テキサスインスッルメンツ社に
譲渡されたスキャーマン（Schuermann) 他による米国特
許５、５０５３、７７４に開示されている。他の無線周
波数識別システムが、テキサスインスッルメンツ社に譲
渡されたメイア（Meier)他による米国特許出願番号０７
／９８１、６３５に記述されている。これらのシステム
は、応答機と通信する質問機を有している。この通信
は、応答機のアンテナと質問機のアンテナとの間で無線
方式により行われる。該質問機ＲＦモジュールは、質問
機のアンテナを介して応答機と通信するための、送信及
び受信回路を備えている。質問機が最大の電界強度で送
信するために、該質問機アンテナは該ＲＦモジュールか
らの周波数入力に等しい共振周波数を有するように同調
されなければならない。アンテナを共振周波数に同調さ
せる幾つかの従来技術の方法が知られている。

【０００３】従来技術の１つに、該ＲＦ段の送信電力段
の供給電圧ピンへの電力供給電流を測定する方法があ
る。このピンへの供給電流は、アンテナの共振周波数と
ＲＦモジュールからの入力周波数とが等しいときに最大
になる。他の従来技術として、アンテナへのＲＦモジュ
ールにより発生される電界強度を測定する方法がある。
この方法では、ピックアップコイルがアンテナに近接し
て配置される。このピックアップコイルに、アンテナか
らＲＦ送信によりＲＦ電圧が誘起される。アンテナが共
振周波数に同調されたとき、ピックアップコイルでの誘
起電圧は最大値に達する。

【０００４】

【従来技術の課題】これらの従来方法の課題は、最大電
流或いは測定最大電界強度を見つけ出すために、既知の
周波数範囲においてアンテナの周波数を掃引し、そし
て、ピークとなる周波数を選択しなければならないとい
う事実にある。

【０００５】

【発明の概要】従来技術の以前に認識された問題点は、
従来技術のシステムが、アンテナの同調周波数が増大或
いは減少するか否かを決定する絶対的な測定を行い得な
いという事実にある。該ＲＦモジュールからの信号入力
と比較されるとき、アンテナ回路の共振周波数が、該Ｒ
Ｆモジュールからの入力信号に対して、高いか、低い
か、ほぼ等しいかについての絶対的な指示を与える信号
を提供することによって、本発明の好適な実施例はこれ
及び他の問題を解決する。

【０００６】

【実施例】異なる図で対応する番号及び符号は、特に指
示がない限り対応する部材を示している。図１は、ＲＦ
ＩＤシステムのブロック図を示している。このシステム
において、質問機１０は、応答機１２へのＲＦ質問を送
信することができる。該応答機１２はアンテナ１６と制
御回路１４とを有する。質問機１０はアンテナ１８とＲ
Ｆモジュール２０とを有する。質問機１０は、好適には
オペレータの手の中に入り、ＲＦ質問パルスを送信する
ように構成される。該応答機１２は、好適にはそれ自身
には電源を有しない小さな、自己収容型（self-contain
ed) ユニットである。質問機１０は、応答機１２からの
ＲＦ信号を受信し、該ＲＦ信号に含まれる情報を検出す
ることができる。この実施例において、応答機１２は、
該質問パルスと同じ周波数を有するＲＦ信号を送り返す
ことにより、ＲＦ質問パルスの送信に答える。好適に
は、該ＲＦ信号は、ＦＳＫ(frequency shift keying)変
調方式を用いて応答機１２によってデータで変調され
る。動作電力は、ロジック電力供給器２２と送信電力供
給器２４によりＲＦモジュール２０へ供給される。ロジ
ック電力供給器２２からの電流Ｉ_SLは、ＲＦモジュール
２０のＶ_SL入力へ供給される。送信機動作電流Ｉ_SPは、
ＲＦモジュール２０の入力である入力Ｖ_SPへ送信電力供
給器２４により提供される。

【０００７】図２は、従来技術の質問機の同調構成のブ
ロック図である。この従来技術の例においては、ＲＦモ
ジュール２０ａに、アンテナ１８との電子接続が与えら
れている。該アンテナ１８は、変成器４２を介してｏｓ
ｃ／ｘｍｉｔ回路４４と受信回路４５と接続されてい
る。該ｏｓｃ／ｘｍｉｔ回路４４はそのＶ_SP入力で電力
供給され、発振を継続するための発振器への、そして、
アンテナ１８を駆動するための送信機への電力を供給す
る。Ｖ_SL入力の電圧は送信電力供給器２４により供給さ
れる。該Ｖ_SLは、ｏｓｃ／ｘｍｉｔ回路４４と受信回路
４５とへ入力し、受信及び送信ロジックへの電力を提供
する。Ｖ_SL入力のための電圧は、ロジック電力供給器２
２により提供される。アンテナ１８及びコンデンサ４６
は、アンテナ共振回路１８、４６を構成する。従来技術
の同調は、典型的にはＲＦモジュール２０ａの外部に設
けられ、結線２０８でＲＦモジュール２０ａの同調回路
４８と接続されたマイクロプロセッサ２００により行わ
れる。

【０００８】引き続き図２を参照し、アンテナ共振回路
１８、４６とｏｓｃ／ｘｍｉｔ回路４４との間の同調の
程度を測定する従来技術の１つに、質問機１０のｏｓｃ
／ｘｍｉｔ回路４４の、電圧供給ピンＶ_SPへの電力供給
電流を測定する方法がある。このピンへの供給電流は、
アンテナ共振回路１８、４６の共振周波数ｆ_resが、従
来技術のＲＦモジュール２０ａからの入力周波数ｆ_osz
に等しいとき最大になる。電流計２０２は、マイクロプ
ロセッサ２００のため電流測定を行う。以前に述べたよ
うに、従来技術の課題は、マイクロプロセッサ２００が
従来技術のＲＦモジュール２０ａの入力周波数ｆ_oszに
共振回路１８、４６の共振周波数ｆ_resをほぼ等しくす
る同調処理を行わなければならないことにある。ピーク
に達したか否かを決定することができる絶対的な測定の
利点がなければ、ピークの両側において少なくとも一回
測定を行う必要がある。従って、従来技術のマイクロプ
ロセッサ２００は、少なくとも以前の測定値を保持する
メモリを有していなければならず、測定値が増大するこ
とを停止して定常的に減少するまで同調処理を続ける必
要があった。他の課題は過誤の共振周波数にある。図３
に示されているように、同調回路で典型的に用いられて
いる同調コンデンサの製造許容差により、入力周波数ｆ
_oszに近づくにつれて、同調回路４８のキャパシタンス
が単一に増加しない現象を引き起こし得るため、共振振
幅が同調ステップで一定に増加しないことがある。この
課題のため、測定された振幅の増大が停止し、減少が開
始した後に本当のピークを過ぎたかを確認するため、少
なくとも測定の度に一回チェックが必要であった。この
方法の他の課題は、電流計２０２から従来技術のＲＦモ
ジュール２０ａへの結線を行うことにある。更に、マイ
クロプロセッサ２００から従来技術のＲＦモジュール２
０ａの同調回路４８への結線２０８を行わなければなら
ない。加えて、電流計２０２とスイッチ２０６とを結ぶ
結線２１０、２１２、２１４を供給ラインＩ_SPと直列に
行わなければならない。勿論、ＲＦモジュール２０ａの
マイクロプロセッサ２００と電流計２０２とを含む全て
の外部同調回路を、外部結線を省くために一体に組み込
むことは可能である。しかしながら、この回路を組み込
むことは、マイクロプロセッサのプログラムを変更する
ことにより同調処理へ変更を加えることを困難にする。
更に、この回路を組み込むことにより、従来技術のＲＦ
モジュール２０ａのコストと、大きさと、電力消費とを
増大させることになり得る。

【０００９】図２は従来技術のＲＦモジュール２０ａと
アンテナ共振回路１８、４６との間の同調の程度を測定
する別の例が示されている。この例において、電流計２
０２の代わりに、ピックアップコイル即ちセンサ２０４
を、アンテナ１８を駆動する従来技術のＲＦモジュール
２０ａにより発生される電界強度を測定するため、アン
テナ１８に近接させて配置させている。ＲＦ電圧がアン
テナ１８によりピックアップコイル２０４に誘起され
る。そして、ちょうど電流計２０２が電流Ｉ_SPの情報を
送信したように、該ピックアップコイル２０４は、外部
結線２０８を介してマイクロプロセッサ２００へ電界強
度情報を送出する。この点から当該例は、ピークを決定
する絶対的な測定を有さず、図３に示す過誤のピークを
有するという同じ欠点を有する。更に、この例は、マイ
クロプロセッサ２００から従来技術のＲＦモジュール２
０ａへの外部結線を必要とする。

【００１０】図４は、好適な実施例の質問機の同調構成
のブロック図である。ＲＦモジュール２０ｂに、アンテ
ナ１８による電子接続が与えられている。該アンテナ１
８は、変成器４２を介してｏｓｃ／ｘｍｉｔ回路４４と
受信回路４５と接続されている。該ｏｓｃ／ｘｍｉｔ回
路４４は、そのＶ_SP入力で電力供給され、発振を継続す
るための発振器への、そして、アンテナ１８を駆動する
ための送信機への電力を供給する。Ｖ_SP入力の電圧は送
信電力供給器２４により供給される。ｏｓｃ／ｘｍｉｔ
回路４４と受信機４５との入力Ｖ_SLは、受信及び送信ロ
ジックへ電力を順次提供する。Ｖ_SL入力のための電圧
は、ロジック電力供給器２２により提供される。アンテ
ナ１８とコンデンサ４６はアンテナ共振回路１８、４６
を構成する。該好適な実施例での同調は制御回路２２０
により行われ、これはｏｓｃ／ｘｍｉｔ段４４からの基
準信号“ｏｓｚ”を受信する。制御回路は、信号“ｏｓ
ｚ”と“ｒｅｓ”信号との位相を比較する。該好適実施
例は、図５（ａ）、図５（ｂ）に示されている共振回路
の特性を用いる。該共振回路１８、４６の伝達関数の特
性は、共振回路１８、４６の共振周波数ｆ_resよりも低
い周波数のｆ_oszを有する信号に対して位相進みを引き
起こし、共振回路１８、４６の共振周波数ｆ_re _sよりも
高い周波数のｆ_oszを有する信号に対して位相遅れを引
き起こす。共振回路のこの伝達関数特性は、図５
（ａ）、図５（ｂ）に大きさと位相とのバウドプロット
（Ｂｏｄｅｐｌｏｔｓ）として示されている。この認
識により、該方法が、以前に定義した同調エラー内に位
相進み／遅れを減らすまで、同調回路４８を用いる共振
回路１８、４６の共振周波数を好適に調整する。これら
２つの信号の間の位相差が絶対的な測定であり、本発明
の利点を高めることができる。該同調方法を、以下詳細
に述べ、少ない出費で迅速な同調を行うための技術を開
示する。

【００１１】図６は、好適な実施例の質問機１０のブロ
ック図である。該質問機１０は動作電力を入力Ｖ_SP及び
Ｖ_SLで受ける。ＲＦモジュール２０ｂは、送信ロジック
３０と受信ロジック３４用の内蔵型の供給電圧調整器２
２、２４を有する。これら調整器２２、２４は、Ｖ_SLと
グランドとの間で電圧を調整する。ｏｓｃ／ｘｍｉｔ段
２６は、ラインＶ_spとグランド上のその供給電圧を受信
する。ＲＦモジュール２０ｂの代わりに、電力グランド
ラインＧＮＤＰを抵抗器２８によってグランドから分離
する。該送信機制御ロジック３０は、水晶制御式発振器
（図示せず）からの周波数ｆ_oszの送信機クロック信号
“ｏｓｚ”を発生する。該送信機クロック信号はｏｓｃ
／ｘｍｉｔ段２６で増幅され、ＲＦモジュール２０ｂの
アンテナ回路３２へ供給される。該送信機ロジック３０
は、送信機制御ラインＴＸＣＴが“ロウ”であるため活
性状態にある。

【００１２】選択的な受信機３４は、アンテナ１８から
の受信されたＦＳＫ信号を増幅し変調する。該受信機イ
ンターフェイス３６は、復調された信号をＬＳ−ＴＴＬ
及びＨＣＭＯＳ−ロジックへの両用可能なデータ信号Ｒ
ＸＣＫ及びＲＸＤＸに変換する。これは制御及びチェッ
クビットのデータを含む。復調信号のロジックレベルへ
の変換は、ＴＸＣＴ信号が活性にされた後のＴＸ_min
の最小時間に行われる。ＴＸＣＴ信号が不活性にされ
たとき、ＴＲＸ_minの最小時間に該変換が行われる。信
号ＲＸＣＫは、ＲＸＤＴデータ列をデコードするのに用
いられる基準クロック信号である。。該ＲＸＣＫ信号
は、それぞれのデータビットの真ん中で、“ロウ”から
“ハイ”に変化する。

【００１３】信号ＲＸＳＳは、受信されたＲＦ信号強
度が予め定められたレベルを越えるとき、“ロウ”にス
イッチされる。このレベルはＲＦモジュールのポテンシ
ョンメータ３８によって調整することができる。

【００１４】質問機アンテナ１８は、好適にはコイル
で、アンテナ回路３２によって駆動される（図７参
照）。以前に記述したように、送信及び受信機能の最適
動作のため、アンテナ共振回路１８、３２は送信周波数
ｆ_oszに同調されなければならない。

【００１５】質問機アンテナ１８は、高いＱを有するべ
きである。好適な実施例において、このアンテナは最大
単一線の直径が０．１mmのＲＦリッツ線を用いる。好適
にはリッツ線は少なくとも１２０本の単一の絶縁線から
成る。

【００１６】図７は、アンテナ回路３２とｏｓｃ／ｘｍ
ｉｔ段２６を詳細に示すブロック図である。該ｏｓｃ／
ｘｍｉｔ段は、変成器４２を介してアンテナ共振回路１
８、４６に接続されるｏｓｃ／ｘｍｉｔ回路４４を有す
る。コンデンサ４６と共に、コイル１８はアンテナ共振
回路１８、４６を構成する。同調回路４８は、アンテナ
共振回路１８、４６の共振周波数を調整できるようコン
デンサ４６と並列に設けられる。制御ユニット５０は、
同調バス５２上で同調回路４８を制御するために設けら
れる。同調バス５２は、同調回路４８内の同調コンデン
サの数に基づき予め定められた数の結線を有する。ダン
ピング回路５４が、ＴＸＣＴがロウ（活性）になった
後に応答機１２からの最初の受信を可能にするため設け
られる。ｏｓｃ／ｘｍｉｔ回路４４は、変成器４２の入
力への第１信号を提供し、これはアンテナ共振回路１
８、４６への第２信号を次に提供する。信号“ｏｓｚ”
は、ｏｓｃ／ｘｍｉｔ回路４４から位相偏移器５８と制
御ユニット５０へ提供される。信号“ｏｓｚ”は、変成
器４２へ供給された第１信号と同じ位相と周波数とを有
する基準信号である。アンテナ共振回路１８、４６は、
第１信号に応答する第２信号として変成器４２の出力を
提供することにより、ｏｓｃ／ｘｍｉｔ段４４の出力に
同調される。アンテナ回路３２において、同調回路４８
がコンデンサ４６と並列に設けられ、該同調回路４８
は、コンデンサ４６とコイル１８との並列結合の初期共
振周波数から、共振回路１８、４６の共振周波数を可変
的に修正できるよう選択可能である。アンテナ共振回路
１８、４６において、位相相関信号“ｒｅｓ”が提供さ
れ、該“ｒｅｓ”の波形は、第１信号“ｏｓｚ”の周波
数ｆ _oszよりもアンテナ共振回路１８、４６の共振周波
数ｆ_resが低いとき、第１信号の立ち下がり端を遅らせ
る頂点を有するサイン曲線に実質的になる。位相相関信
号“ｒｅｓ”の立下がり端は、第１信号“ｏｓｚ”の周
波数ｆ_oszにアンテナ回路１８、４６の共振周波数ｆ
_resが近似しているとき、第１信号の立下がり端に近似
している。位相相関信号“ｒｅｓ”の立下がり端は、第
１信号“ｏｓｚ”の周波数ｆ_oszよりもアンテナ共振回
路１８、４６の共振周波数ｆ_resが高いとき、第１信号
“ｏｓｚ”の立下がり端を進める。

【００１７】本発明の好適な実施例において、第１信号
の立下がり端とサイン波の頂点との間の位相差の大きさ
を位相差と呼ぶ。該位相差は、第１信号の周波数にアン
テナ共振回路１８、４６の共振信号ｆ_resが近づくに従
い単純に減少する。例示的な適用において、ゼロクロス
検出器５６は、相関信号“ｒｅｓ”と、デェジタルロジ
ック回路との共用のための実質的に方形波となる信号の
状態とを受信する。更に、この例示的実施例に含まれる
のは、ゼロクロス検出器５６で本来的に誘起される位相
シフトに対応させるために第１信号の位相シフトを誘起
させる位相偏移器５８を含んでいる。

【００１８】そこで、比較器６０が、位相検出器５８と
ゼロクロス検出器５６との出力を受信する。次に、比較
器６０は、位相偏移器５８の出力よりもゼロクロス検出
器５６の出力の振幅の方が小さいとき第１ロジックレベ
ルの出力を提供し、位相偏移器５８の出力よりもゼロク
ロス検出器５６の出力の振幅の方が大きいとき第２ロジ
ックレベルの出力を提供する。制御ユニット５０が設け
られ、比較器６０から受信された信号に応答し同調回路
４８を制御することにより、共振回路１８、４６の共振
周波数ｆ_resを調整する。如何にして比較器６０と同調
回路５８が、ゼロクロス検出器５６と位相偏移器５８か
らの受信された信号に応答し、アンテナ共振回路１８、
４６の自動同調を行うかの詳細について、以下更に詳し
く説明する。

【００１９】図８は、同調回路４８の模式図である。こ
れは、同調バスからの入力ＡＴＣ１、ＡＴＣ２、ＡＴＣ
３、ＡＴＣ４、ＡＴＣ５、ＡＴＣ６、及び、ＡＴＣＸを
受信する。入力ＡＴＣ１は、コンデンサ４６と並列で重
み値“１”を有するコンデンサ６６を接続するスイッチ
６７を閉じる。入力ＡＴＣ２は、コンデンサ４６と並列
で重み値“２”を有するコンデンサ６８を接続するスイ
ッチ６９を閉じる。入力ＡＴＣ３は、コンデンサ４６と
並列で重み値“４”を有するコンデンサ７０を接続する
スイッチ７１を閉じる。入力ＡＴＣ４、ＡＴＣ５、及
び、ＡＴＣ６は、それぞれ２進式に増大する重み値８、
１６、３２を有するコンデンサ７２、７４、７６を同様
に動作させる。この発明の好適な実施例において、他の
コンデンサ６４を入力ＡＴＣＸにより制御されるスイッ
チ６５と直列に設けることができる。これらスイッチの
制御手順は図１３−図１４の説明において詳細に記述す
る。

【００２０】図９は、ＲＦモジュールから受信された基
準信号の周波数ｆ_oszよりも低い共振周波数ｆ_resを有
するアンテナ回路のための波形グラフである。図９の信
号１は、ＲＦモジュール送信機からの基準信号を示して
いる。半分の発振周期（Ｔ／２）と４分の１の発振周期
（Ｔ／４）を示すマークが示されている。図９の信号２
は、アンテナ回路１８、４６の電圧を示している。信号
３は、ゼロクロス検出器５６により信号２から発生され
る。信号４は、信号１から位相偏移器５８によって発生
される。該ゼロクロス検出器５６は、信号２を受信し、
該信号をロジック回路の動作と共用できるデジタルの形
に変換する。矢“Ａ”及び“Ｂ”は信号３の変移と信号
２のゼロクロスとの間の対応を示している。矢“Ｃ”
は、Ｖ_oszとＶ_antとの間の未共振基準（raw resonance
criteria) を示している。矢“Ｃ”から分かるよう
に、発振器基準信号（信号１）の立下がり端は、この状
態のアンテナ回路１８、４６で電圧のピークを進める。
しかしながら、位相比較を促進するため、信号２をゼロ
クロス検出器５６により信号３に示されている形にする
ことが望ましい。基準信号（信号１）を位相シフトし、
矢“Ｄ”に示すよう信号４を形作ることによりこの比較
を更に促進することが望ましい。この手法で、ゼロクロ
ス検出器５６の出力の位相（信号３）が位相シフト器５
８の出力の位相（信号４）と比較される、有用な共振基
準が構成される。未共振基準のために、信号１の変移が
信号２のピークのとき同調された周波数で対応する。し
かしながら、有用な共振基準のため同調状態で、信号３
と信号４の信号は共に同時に変移する。図９で矢“Ｅ”
は、受信された基準信号よりもアンテナ回路１８、４６
の共振信号の方が未だ低いことを示す信号３の立上がり
端を進める信号４の立下がり端を示している。信号３と
信号４との関係を“有用な”相関基準として記述した
が、他の信号の位相関係を有用でないと示唆しているも
のではない。

【００２１】図１０は、ＲＦモジュールから受信された
基準信号の周波数よりも高い共振周波数を有するアンテ
ナ回路１８、４６の波形グラフである。この図は図９と
近似した有用な共振基準を示しているが、この例では、
信号４の立下がり端が、アンテナ回路１８、４６の共振
周波数が受信された基準信号よりも高いことを示す信号
３の立上がり端を遅らせる。

【００２２】図１１は、ＲＦモジュールから受信された
信号の周波数とほぼ等しい共振周波数を有するアンテナ
回路１８、４６の波形グラフである。以前に記述したよ
うに、この状態で、信号４の立下がり端は、信号３の立
上がり端と同時に発生する。アンテナ回路１８、４６で
信号Ｖ_antの大きさは、４つ全てのグラフでほぼ等しく
示されているが、この大きさは、アンテナ共振周波数ｆ
_resが基準信号ｆ_oszの周波数に近づくとき実際に最大
になる。

【００２３】図１２は、従来技術のアンテナ回路の同調
のための処理を示すフローチャートである。スタートブ
ロック８０から、アンテナ回路が信号ＴＸＣＴにより
付勢されると、処理がブロック８２で開始される。この
信号は“ロウ”活性信号であるため、アンテナは信号が
“ロウ”を取ることで活性化される。ひとたびアンテナ
が活性化されたなら、ｏｓｃ／ｘｍｉｔ段２６の電流の
測定、或いは、アンテナ１８の周囲の電界強度の測定な
どの公知の従来技術を用いて、同調の相対的な程度が測
定される。ブロック８４で次のステップが起こされ、同
調／ダンピング回路６２の全てのスイッチ６５、６７、
６９、７１、７３、７５、７７を閉じることにより、周
波数が最低に（ｆ_min）に設定される。これが、同調処
理に一貫した方法を用いることができる既知の開始点を
与える。次のブロック８６のステップでは、供給電圧Ｖ
_SPと直列な電流計２０４によりｏｓｃ／ｘｍｉｔ段２６
への電流が測定され、或いは、アンテナ１８に近接した
電界強度検出器２０２によって電界強度が測定される。
記述したように、従来技術の同調方法の課題は、第１及
び第２周波数でアンテナ共振回路１８、４６の発振の強
さを常に比較しなければならないことに起因する。当該
処理のこの段階において、ブロック８６で振幅が一度測
定されているため、第２の読み出しを新たな周波数で行
わなければならず、このため、ブロック８８で、同調回
路４８の同調容量が１ステップ増大される。重みの増大
は、２進の重み付けられたコンデンサの組のため２進ス
テップで行うことができる。しかしながら、この方法で
は、他のステップサイズを用いることができる。今、ブ
ロック９０で電界強度が再び測定される。判断ブロック
９２で、新たな電界強度が過去の電界強度と比較され
る。もしもこの新しい電界強度が古い電界強度よりも高
いときは、処理はブロック８８へ戻り、ブロック８８、
９０が繰り返される。ブロック９０からの以前に測定さ
れた電界強度と、ブロック９０の最新の測定された電界
強度とを用いて新たな判断がブロック９２で行われる。
しかしながら、ブロック９２において、もし新たな電界
強度が古い電界強度よもり低いときは、処理はブロック
９４へ移行し、同調キャパシタンスは他の同調ステップ
にて増大される。ブロック９６で電界強度が再び測定さ
れ、新たに判断ブロック９８が実施される。新たな電界
強度が、ブロック９０の時の以前の電界強度と比較され
る。この電界強度が古い電界強度よりも高いときは、手
続きが再びブロック８８へ戻り、処理を繰り返す。新た
な電界強度が古い電界強度よりも低いときは、ブロック
１００から進み、ブロック８８とブロック９４との２つ
のステップでの同調容量の増大を補償するため２ステッ
プ分同調キャパシタンスを減少させる。測定された電界
強度或いは電流がそのピークから減少し始めるまで、正
しい同調周波数を越えるときが分からないため、この方
法ではステップ１００が必要となる。このため、同調回
路が最適な共振周波数を越えたかを決定する間に電界強
度を減少させた２ステップを戻さなければならない。正
しい同調共振周波数であるとして過誤のピークを読み出
すことを防ぐという理由から、ブロック８８、９０、９
２をブロック９４、９６、９８で本質的に繰り返す必要
がある。過誤のピークは、共振周波数が２進同調ステッ
プに伴い単一に増加しないため発生する。共振ピークが
通過するまで共振ピークが分からず、そして、過誤のピ
ークが存在するかが分からないことに、従来技術の当該
方法の課題が存在することが理解されるでああろう。過
誤のピークは、アンテナ共振回路１８、４６が送信機周
波数ｆ_oszに等しい共振周波数ｆ_resを有する所望の周
波数から識別されなければならない。

【００２４】図１３は、位相相関判定基準を用いる改善
された同調処理を示している。この処理は開始ブロック
１１０から続けられ、ブロック１１２でアンテナがＴＸ
ＣＴのロウの選択で活性化される。処理は継続され、ブ
ロック１１４で全てのスイッチが閉じられ同調回路の周
波数はその最低のｆ_minに設定される。ブロック１１６
で、ｏｓｃ／ｘｍｉｔ段２６から直接受信された基準信
号“ｏｓｚ”と、アンテナ共振回路で直接測定された信
号“ｒｅｓ”との間の位相差を算出する。判断ブロック
１１８で、簡単な判断基準を用いて同調処理を継続すべ
きか否かを決定する。“ｏｓｃ”と“ｒｅｓ”との間の
位相差がゼロより大きいなら、同調処理は継続される。
判断ブロック１１８で周波数差がゼロより大きいなら処
理はブロック１２０へと続き、同調回路の同調キャパシ
タンスが１つの２進ステップで増大される。周波数の差
がブロック１１６で再び測定され、位相差が符号を正か
ら負に変化させるまでブロック１１８の判断が繰り返さ
れる。周波数が同調回路によってｆ_minからステップ毎
に増大されることにより、ｆ_resがｆ_oszより大きくな
り符号が変わるまで位相差の大きさが徐々に減少され
る。勿論処理はブロック１２２で終了する。

【００２５】図１４は、アンテナ回路の同調の別発明の
方法を示している。この処理は、挿入されている２つの
ステップを除き図１３に示されたものと同じである。ス
テップ１１５がステップ１４とステップ１１６との間に
挿入されている。ステップ１１５は、コンデンサ４６に
並列に接続されている補助コンデンサ６４の接続から成
る。補助コンデンサ６４は、入力ＡＴＣＸで制御される
スイッチ６５によりコンデンサ６４に接続される。補助
コンデンサ６４は、最小の同調コンデンサの半分のキャ
パシタンスを有している。通常の同調処理は、判断ブロ
ック１１８で再び周波数差が符号を正から負へ変えるま
で、このポイントで開始される。このとき、補助コンデ
ンサ６４はブロック１２１で接続が解かれる。図１４の
該処理とこの処理との違いは、なまり（rounding) と打
ち切り(truncation)との違いに似ている。図１３の前述
の方法は、処理が目標周波数を越えるまで続く打ち切り
に似ており、これにより、アンテナ共振回路間の周波数
エラーは＋１ステップまでになり、勿論減らされる。図
１４の方法において、補助コンデンサ６４は最小の同調
コンデンサの半分の値を有する。該補助コンデンサ６４
は、同調処理が完了したら接続が解かれ、アンテナ共振
回路１８、４６のアンテナ共振の最高の周波数ｆ
_resは、入力信号の＋１／２ステップ分越えることがあ
る。アンテナ共振回路１８、４６の周波数ｆ_resは、ｆ
_oszよりも−１／２ステップ分まで少なくできる。これ
により、最大同調エラーは、１から１／２同調ステップ
へ減らすことができる。

【００２６】記述した同調方法で、アンテナ共振回路１
８、４６の発振の大きさを測定に用いないため、パワー
バースト（powering burst) の間でさえ同調を行うこと
が可能となる。図１５に例示的に示す同調方法は、“動
的自動同調”と呼ぶことができ、ここではアンテナ共振
回路１８、４６が、図１５のフローチャートに示すよう
にそれぞれの読み出し／書き込みサイクルに動的に同調
される。この方法は図１３、図１４に記述したものと似
ているが、許容範囲｜Δφ｜内か否かを確認するための
位相差のチェックのステップ１１７を有している。もし
も位相差が該許容範囲の外にあったなら、位相差の符号
がチェックされ、アンテナ共振回路１８、４６の周波数
ｆ_resを高めるか下げるかが判断される。この位相差の
符号により、動的な同調回路がステップ１１６へ戻る前
に、ステップ１２０又は１２０ａが実行される。該“動
的自動同調”は、金属物質がアンテナ１８に近接してい
るときのようにアンテナ１８が離調されるような例のと
きに非常に有用である。

【００２７】図１３−図１５で詳細に示されたの３つの
処理は、位相相関判定基準を好適に用いる処理の例であ
る。多くの他の方法が該適用から予想され得る。例え
ば、連続的な概算調整を、共振回路を更に迅速に同調さ
せるために用いることができる。共振回路の容量を増大
或いは減少させるか、及び、その値を決定するのに絶対
的な判断基準が必要であるため、従来技術の回路では連
続的な概算を用いることができなかった。記述したよう
に、同調ステップは２進ステップで出来、或いは、対数
的に行うことができ、更には、他の重み付けを用いるこ
ともできる。

【００２８】記述した同調方法は従来公知の方法よりも
非常に早いため、望なら同調をそれぞれの送信バースト
（transmit burst) において完了させることができる。
この方法の簡易さが、該同調をハードウェア装置で行わ
せることを可能にする。従来の方法は、新たな強度測定
値を古い測定値と比較する更に複雑な、更に精密な装置
を必要とした。従って、従来技術の方法ではメモリを用
いなければならなかった。更に、位相相関判断基準は、
アンテナ共振回路１８、４８の発振の大きさを用いる方
法よりも温度に依存しない。従って、好適な実施例の共
振回路１８、４６の同調は、従来技術の方法よりも温度
の影響を受けない。

【００２９】図１６は、上述したと同じ原理をＦＳＫデ
ータ復調器３００に適用している。共振回路は、コイル
３０２とコンデンサ３０４との並列結合から形成されて
いる。この実施例において、共振回路３０２、３０４の
共振周波数ｆ_resは、変調される２つのＦＳＫ周波数ｆ
₁とｆ₂との間になるよう選択されている。バッファ３
０８は通常の方式で分離を行っている。上述したよう
に、入力周波数がｆ₁で、ｆ₁がｆ_resよりも低いと
き、比較器即ちフリップフロップ３０６の出力は第１の
値を有する。入力周波数がｆ₂で、ｆ₂がｆ_resよりも
高いとき、比較器３０６の出力は他の値を有する。

【００３０】以下の単一のテーブルは、実施例と図との
概略を提供している。

【表１】

【表２】

【表３】

【表４】

【００３１】幾つかの好適な実施例を以上詳細に記述し
た。本発明の範囲に、特許請求の範囲内ではあるが、こ
れらの記述とは異なる実施例を含むことを理解すべきで
ある。

【００３２】幾つかの文中の“マイクロコンピュータ”
はメモリを必要とするマイクロコンピュータを意味し、
“マイクロプロセッサ”は必要としないものを意味す
る。ここでの用法は、これら用語は同意語であることが
あり、均等な物についても及んでいる。“処理回路”或
いは“制御回路”の用語は、ＡＳＩＣ（適用特定集積回
路）、ＰＡＬ（プログラム可能アレーロジック）、ＰＬ
Ａ（プログラム可能ロジックアレー）、デコーダ、メモ
リ、処理装置に基づく非−ソフトウェア、他の回路、或
いは、いかなるアーチテクチャのマイクロプロセッサ、
マイクロプコンピュータを含むデェジタルコンピュー
タ、更には、これらの結合を含むものである。メモリ装
置は、ＳＲＡＭ（スタティックランダムアクセスメモ
リ）、ＤＲＡＭ（ダイナミックランダムアクセスメモ
リ）、疑似−スタティックＲＡＭ、ラッチ、ＥＥＰＲＯ
Ｍ（電気的に消去可能な、プログラム可能読み出し専用
メモリ）、ＥＰＲＯＭ（消去可能な、プログラム可能読
み出し専用メモリ）、レジスタ、或いは、該技術の公知
の他のメモリ装置を含むものである。含まれる単語は、
発明の範囲を考慮する際に、非包括的に解されるべきで
ある。

【００３３】ディスクリート回路、或いは、シリコン、
ガリュームひ素、他の電子材料族かな成る完全な集積回
路、同様に、光或いは他の技術に基づく様式を実施化す
ることが、本発明の実現の際に考慮される。本発明の種
々の実施例が、ハードウェア、ソフトウェア、或いは、
マイクロコード化されたファームウェアを採用すること
により実施できることが理解されるべきである。

【００３４】例示的な実施例を参照してこの発明を記述
したが、この記述は限定的な解釈を意図したものではな
い。発明の他の実施例と同様に種々の改変及び例示的実
施例の結合が、この記述を参照することにより当業者に
は明らかになるであろう。従って、添付の特許請求の範
囲は、このような改変或いは実施例を含むことを意図し
ている。

【００３５】以上の説明に関連して以下の項を開示す
る。（１）アンテナ共振回路の共振周波数を送信機出力段の
出力周波数に整合させる方法であって、ａ）前記送信機出力段から前記アンテナ共振回路へパワ
ー信号を供給するステップと、ｂ）前記パワー信号を前記アンテナ共振回路で受信する
ステップと、前記アンテナ共振回路は同調回路を有し、
前記同調回路は前記共振回路の前記共振周波数を可変的
に修正することができ、前記アンテナ共振回路はその出
力の位相相関信号を有し、前記位相相関信号の位相は前
記パワー信号と前記共振周波数との間の周波数差に対す
る既知の関連を有する前記パワー信号に関連し、ｃ）前記位相相関信号と前記パワー信号とを位相比較器
で受信するステップと、ｄ）前記位相比較器の受信された出力に応じて前記共
振回路の共振周波数を調整するステップとを有する方
法。

【００３６】（２）第１項記載の方法において、前記共
振回路が更にコイルとコンデンサとを有する方法。（３）第２項記載の方法において、前記同調回路が、前
記コイルと前記コンデンサとに並列なコンデンサのネッ
トワークである方法。（４）第３項記載の方法において、前記コイルと前記コ
ンデンサとの並列共振周波数が前記パワー信号の既知の
最低信号よりも低く選択され、そして、前記共振回路の
共振周波数がその初期値から前記パワー信号の周波数に
ほぼ等しくなるよう増大されるまでステップで同調回路
の容量を減少することにより、前記共振回路の共振周波
数が調整される方法。（５）第３項記載の方法において、前記コンデンサのネ
ットワークが、前記共振回路に並列に接続される２進−
重み付けされた同調コンデンサの組である方法。

【００３７】（６）第５項の方法であって、前記２進−
重み付けされた同調コンデンサの組が、前記同調回路の
容量がほぼリニア式に増大するように２進同調ステップ
で行われる方法。（７）第５項記載の方法において、前記２進−重み付け
された同調コンデンサの組が連続的な概算で行われる方
法。（８）第３項記載の方法において、前記コンデンサのネ
ットワークが、前記共振回路に並列に接続される対数的
に−重み付けされた同調コンデンサの組である方法。（９）第８項記載の方法において、対数的に−重み付け
された同調コンデンサの組を付勢或いは消勢するステッ
プが適用性のある方法で行われ、これにより同調ステッ
プのサイズが前記パワー信号と前記位相相関信号との間
の位相差の大きさに比例する方法。

【００３８】（１０）アンテナ共振回路の共振周波数を
送信機出力段の出力周波数に整合させる方法であって、ａ）前記送信機出力段から変成器のパワー巻線へパワー
信号を供給するステップと、前記パワー信号の形は立上
がりと立下がり端を有する実質的に方形波で、前記パワ
ー信号の周波数が正確には知られていないが、最高及び
最低周波数の間で下がることが知られており、ｂ）前記パワー信号に応じてアンテナ信号を、その第２
巻線で前記変成器により供給するステップと、ｃ）前記アンテナ信号を前記アンテナ共振回路で受信す
るステップと、前記アンテナ共振回路はコイルとコンデ
ンサと同調回路とから成り、前記コイルと前記コンデン
サとは前記第２巻線の第１及び第２端子の間に直列に接
続され、そして、前記コイルと前記コンデンサとの間の
結線で共振回路出力を規定し、そして、前記同調回路は
前記コンデンサと並列で、前記共振回路の共振周波数を
前記コイルと前記コンデンサとの並列結合の初期の共振
周波数から可変的に修正し、ｄ）その形が実質的に頂点を有するサイン曲線となる位
相相関信号を前記アンテナ共振回路の出力から提供する
ステップと、ここで；ｉ）アンテナ共振回路の共振周波数が前記パワー信号の
周波数よりも低いときに前記パワー信号の立下がり端を
遅らせ、 ii) アンテナ共振回路の共振周波数が前記パワー信号の
周波数とほぼ等しいときに前記パワー信号の立下がり端
でほぼ等しくなり、 iii)アンテナ共振回路の共振周波数が前記パワー出信号
周波数よりも高いときに前記パワー信号の立下がり端を
進ませ、前記パワー信号の立下がり端とサイン曲線の頂点との距
離の大きさが位相差で、前記位相差が前記共振周波数と
前記パワー信号との周波数差の大きさに関連し、ｅ）前記相関信号をゼロクロス検出器で受信し、この信
号をデェジタルロジック回路と共用可能な実質的に方形
波に整えるステップと、ｆ）前記パワー信号を位相偏移器で受信するステップ
と、前記位相偏移器は前記ゼロクロス検出器で本来的に
誘起される位相シフトに相当する前記パワー信号の位相
シフトを誘起し、ｇ）前記位相検出器と前記ゼロクロス検出器との出力を
位相比較器で受信するステップと、前記位相比較器は、
位相差が基準値よりも小さいときに第１のロジックレベ
ルの出力を提供し、位相差が基準値よりも大きいときに
第２のロジックレベルの出力を提供し、ｈ）前記位相比較器からの受信された出力に応じて制御
ユニットにより前記共振回路の共振周波数を調整するス
テップとから成る方法。

【００３９】（１１）アンテナ共振回路の共振周波数を
送信機出力段の出力周波数に整合させる回路構成であっ
て、ａ）パワー信号を供給する送信機出力段と、ｂ）前記パワー信号を受信するアンテナ共振回路と、前記アンテナ共振回路は予め定められた共振周波数を有
し、そして、同調回路を含み、そこでは前記共振周波数
が前記同調回路の値に依存し、前記アンテナ共振回路は
その出力の位相相関信号を有し、前記位相相関信号の位
相は前記パワー信号と前記共振周波数との間の周波数差
に対する既知の関連を有する前記パワー信号に関連し、ｃ）前記位相相関信号と前記パワー信号とを受信し、そ
れらの間の位相差を測定する位相比較器と、該位相比較器は更に、前記同調回路を制御して前記位相
差に基づき前記共振回路の共振周波数を調整し、から成
る回路構成。

【００４０】（１２）第１１項記載の回路構成であっ
て、前記共振回路が更にコイルとコンデンサとを有する
回路構成る回路構成。（１３）第１２項記載の回路構成であって、前記同調回
路が、前記コイルと前記コンデンサとに並列なコンデン
サのネットワークである回路構成。（１４）第１３項記載の回路構成において、前記コイル
と前記コンデンサとの並列共振周波数が前記パワー信号
の既知の最低信号よりも低く選択され、そして、前記共
振回路の共振周波数がその初期値から前記パワー信号の
周波数にほぼ等しくなるよう増大されるまでステップで
同調回路の容量を減少することにより、前記共振回路の
共振周波数が調整される回路構成。（１５）第１３項記載の回路構成において、前記コンデ
ンサのネットワークが、前記共振回路に並列に接続され
る２進−重み付けされた同調コンデンサの組である回路
構成。

【００４１】（１６）第１５項の回路構成であって、前
記２進−重み付けされた同調コンデンサの組が、前記同
調回路の容量がほぼリニア式に増大するように２進同調
ステップで行われる回路構成。（１７）第１５項記載の回路構成において、前記２進−
重み付けされた同調コンデンサの組が連続的な概算で行
われる回路構成。（１８）第１３項記載の回路構成において、前記コンデ
ンサのネットワークが、前記共振回路に並列に接続され
る対数的に−重み付けされた同調コンデンサの組である
回路構成。（１９）第１８項記載の回路構成において、対数的に−
重み付けされた同調コンデンサの組を付勢或いは消勢す
ることが適用性のある方法で行われ、これにより同調ス
テップのサイズが前記パワー信号と前記位相相関信号と
の間の位相差の大きさに比例する回路構成。

【００４２】（２０）アンテナ共振回路の共振周波数を
送信機出力段の出力周波数に整合させるＦＳＫ変調の方
法であって、ａ）第１と第２のＦＳＫ周波数を有するＦＳＫ−変調さ
れた送信データを受信するステップと、ｂ）アンテナ共振回路を提供するステップと、前記アン
テナ共振回路は、前記第１と前記第２のＦＳＫ周波数の
間の共振周波数を有し、ｃ）ＦＳＫ変調された送信データをアンテナ共振回路で
受信するステップと、ｄ）前記アンテナ共振回路からの位相相関信号を提供す
るステップと、前記ＦＳＫ変調された送信データと関連
する前記位相相関信号の位相は、前記ＦＳＫ変調された
送信データと前記共振周波数との間の周波数差の既知の
関連性を有し、ｅ）前記位相相関信号と前記ＦＳＫ変調された送信デー
タとを位相比較器で受信するステップと、ｆ）前記位相相関信号と前記ＦＳＫ変調された送信デー
タとの受信に応じて前記位相比較器から復調されたデー
タ流を提供し、そして、該共振回路の共振周波数と前記
ＦＳＫ変調された送信データとの間の周波数差と、それ
らの間の位相差の既知の関連性に基づき、前記ＦＳＫ変
調された送信データの周波数が共振周波数よりも高いと
きの状態と、前記ＦＳＫ変調された送信データの周波数
が共振周波数よりも低いときの状態との間の相違分を操
作するステップとを有する方法。

【００４３】（２１）アンテナ共振回路（１８、４６）
の共振周波数を送信機出力段（２６）の出力周波数に整
合する方法であって、該方法は、送信機出力段（２６）
からのパワー信号をアンテナ共振回路（１８、４６）に
供給するステップを有する。該方法は、アンテナ共振回
路（１８、４６）で該パワー信号を受信するステップを
更に含む。このアンテナ共振回路（１８、４６）は同調
回路（４８）から成る。該同調回路（４８）は、共振回
路（１８、４６）の共振周波数を可変的に修正すること
ができる。アンテナ共振回路（１８、４６）はその出力
で、該パワー信号と共振周波数との間の周波数差に対す
る既知の関連性を有す位相相関信号を提供する。次に、
位相比較器（６０）が、位相相関信号とパワー信号とを
受信し、既知の位相の関連性に基づき共振回路（１８、
４６）の共振周波数を対応的に調整する。他の装置、シ
ステム、方法がまた開示されている。

【００４４】関連特許の参照以下の同じ譲受人の特許出願は本願の参照に採り入れら
れる。特許番号／出願番号出願日ＴＩケース番号５、０５３、７７４２／１３／９１ＴＩ−１２７９７Ａ５、１７０、４９６６／１５／９０ＴＩ−１４１９８０７／９８１、６３５１１／２５／９２ＴＩ−１６６８８

【図面の簡単な説明】

【図１】応答機と質問機とから成るＲＦＩＤシステムの
ブロック図である。

【図２】従来技術の質問機の同調構成のブロック図であ
る。

【図３】同調ステップの１０進値に対する共振回路の出
力の大きさをプロットしたものである。

【図４】好適な質問機の同調構成のブロック図である。

【図５】図５（ａ）、図５（ｂ）は、それぞれ、その共
振周波数についての共振回路の大きさと位相特性のバウ
ドプロット（Bode plots) である。

【図６】好適な実施例の質問機のブロック図である。

【図７】好適実施例の質問機のアンテナ回路のブロック
図である。

【図８】好適実施例の同調回路の模式図である。

【図９】ＲＦモジュールからの受信された入力信号の周
波数よりも低い共振周波数を有するアンテナ回路の波形
図である。

【図１０】ＲＦモジュールからの受信された入力信号の
周波数よりも高い共振周波数を有するアンテナ回路の波
形図である。

【図１１】ＲＦモジュールからの受信された入力信号の
周波数とほぼ等しい共振周波数を有するアンテナ回路の
波形図である。

【図１２】質問機アンテナを同調する従来技術の方法の
フローチャートである。

【図１３】質問機アンテナを同調する第１の方法のフロ
ーチャートである。

【図１４】質問機アンテナを同調する第２の方法のフロ
ーチャートである。

【図１５】質問機アンテナを同調する第３の方法のフロ
ーチャートである。

【図１６】位相相関判定基準を採用する好適な実施例の
復調回路のブロック図である。

【符号の説明】

１０質問機１２応答機１８アンテナ２０ＲＦモジュール２６送信機出力段４６アンテナ共振回路４８同調回路５８位相偏移器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アンテナ共振回路の共振周波数を送信機
出力段の出力周波数に整合させる方法であって、ａ）前記送信機出力段から前記アンテナ共振回路へパワ
ー信号を供給するステップと、ｂ）前記パワー信号を前記アンテナ共振回路で受信する
ステップと、前記アンテナ共振回路は同調回路を有し、
前記同調回路は前記共振回路の前記共振周波数を可変的
に修正することができ、前記アンテナ共振回路はその出
力の位相相関信号を有し、前記位相相関信号の位相は前
記パワー信号と前記共振周波数との間の周波数差に対す
る既知の関連を有する前記パワー信号に関連し、ｃ）前記位相相関信号と前記パワー信号とを位相比較器
で受信するステップと、ｄ）前記位相比較器の受信された出力に応じて前記共振
回路の共振周波数を調整するステップとを有する方法。
【請求項２】アンテナ共振回路の共振周波数を送信機
出力段の出力周波数に整合させる回路構成であって、ａ）パワー信号を供給する送信機出力段と、ｂ）前記パワー信号を受信するアンテナ共振回路と、前記アンテナ共振回路は予め定められた共振周波数を有
し、そして、同調回路を含み、そこでは前記共振周波数
が前記同調回路の値に依存し、前記アンテナ共振回路は
その出力の位相相関信号を有し、前記位相相関信号の位
相は前記パワー信号と前記共振周波数との間の周波数差
に対する既知の関連を有する前記パワー信号に関連し、ｃ）前記位相相関信号と前記パワー信号とを受信し、そ
れらの間の位相差を測定する位相比較器と、該位相比較器は更に、前記同調回路を制御して前記位相
差に基づき前記共振回路の共振周波数を調整し、から成る回路構成。