JPH0785233A - データキャリア - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は電磁結合方式のデータキャリアの通
信可能距離を大きくするとデータキャリアの構成要素の
耐電圧を大きくしなければならないと云う問題を解決す
る。 【構成】 データキャリアの受信コイルに並列に直流電
源電圧で制御される可変抵抗素子を接続し、過大な電力
をこの可変抵抗素子で消費するようにする。 【効果】 データキャリアに誘導される電圧が過大にな
らず、データキャリアの構成要素の耐電圧を下げること
が可能となった。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電磁結合方式の非接触型
データキャリアのうち固定施設から制御信号を含むデー
タを受信する機能を有するものの改良に関するものであ
り、工業用データタッグ、非接触型のＩＣカード等を包
含するものである。

【０００２】

【従来の技術】電磁結合方式の非接触型データキャリア
には大きく分けて電池を内蔵するものとしないものに分
類される。又、別の分け方によればデータの流れがデー
タキャリアから固定施設へ向けて一方向のみのものと双
方向のものとがある。このうち電池を内蔵せず双方向通
信を行うものでは、データキャリアに電力を供給するた
め固定施設から強力な交流電磁界を発生すると共に、該
交流磁界を変調してデータ（又は制御信号）を伝送す
る。しかし電磁結合は２個のコイル間の相互誘導による
ものであるから、二次側の誘導電圧は固定施設とデータ
キャリアの距離によって極めて大きく変動する。従って
一定の距離をおいて十分な電力供給を達成しようとする
と、固定施設（一次側コイル）に供給する電流を十分に
大きくする必要がある。このことはデータキャリアを固
定施設に近づけた時にデータキャリアのコイル（二次側
コイル）に誘導される電圧が極めて大きくなることを意
味している。このため、データキャリアを構成するコン
デンサや半導体の耐電圧を大きくしたり、二次側コイル
と並列にツェナーダイオードを接続して電圧の上昇を制
限することが行われていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらデータキ
ャリアを構成する素子の耐電圧を大きくすると素子の形
状が大きくなり、結果的にデータキャリアの形状が大き
くなってしまうという問題があった。また、ＩＣ等の半
導体の耐電圧を大きくするためには特別な製造プロセス
を必要とするためにコストが大巾に上昇するという問題
があった。

【０００４】一方、二次側コイルにツェナーダイオード
を並列接続して過剰な電圧をカットするような電圧クラ
ンパーを設ける場合、固定施設が発生する交流電磁界を
振巾変調することによって固定施設からデータキャリア
にデータを伝送する場合に問題が起きる。すなわちデー
タキャリアを固定施設に近づけた時は二次側誘導電圧の
ピークがカットされるので振巾変調されたデータの喪失
が起きる。このため交流電磁界の最大値を制限しなけれ
ばならず通信可能な距離が小さくなってしまう。この問
題は交流電磁界の変調方式を１００％ＡＭ変調にした
り、ＦＳＫ方式やＰＳＫ方式にする場合は回避できるの
であるが、データキャリア内部のシステム制御用クロッ
ク信号を上記交流電磁界から生成させる方式のものでは
クロックの停止や位相の乱れ等の不都合を避けることが
できなかった。

【０００５】電流結合方式の非接触型データキャリアに
おける過剰な高圧電圧の発生の問題は電池を内蔵してお
り電力供給の必要がない方式のデータキャリアの場合も
同様である。すなわちデータ伝送用交流電磁界の大きさ
とデータキャリア構成素子の耐電圧の関係、並びに電圧
クランパーと通信可能距離の関係がデータキャリア設計
上の制約となっていた。

【０００６】本発明の目的は電磁結合方式のデータキャ
リアにおいて、固定施設が発生する交流電磁界の強さを
十分に大きくして遠距離での安定な動作を確保しつつ、
データキャリアが固定施設の至近距離に持ってこられて
も二次側コイルに誘導される電圧を一定の許容される値
に抑圧するとともに、前記交流電磁界の振幅変調によっ
て行われる固定施設からデータキャリアへのデータ伝送
をその変調深さにかかわらず安定に行なえるデータキャ
リアを提供することである。

【０００７】この目的を達成するため、本発明者は嘗て
データキャリアに内蔵する二次側コイルに並列に非線形
負荷を接続することを提案した。この技術は、特願平３
−３４７６９２に於て出願してある。しかし当該技術は
データキャリアのコイルに誘導される電圧の瞬時値を検
出し、その瞬時値が過大であるときにコイルの負荷を大
きくするように作用するものであった。このため、コイ
ルに誘導される電圧のピーク値付近だけを振幅圧縮する
ことになり、コイルに誘導される電圧波形に歪みを生じ
て振幅変調の変調率に変化を生じていた。極端な場合に
は、ツェナーダイオードによる電圧クランパーを設けた
ときと同様にデータの喪失が発生することもあった。本
発明は上記の欠点を取り除き、過大な電力供給がされる
ような場合でも振幅変調率を変動させないで安定にデー
タ転送ができるようにするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
本発明においては、電磁結合方式のデータキャリアに内
蔵する二次側コイルの負荷として可変抵抗素子を接続
し、該可変抵抗素子を前記二次側コイルに誘導される交
流電圧を整流した直流電圧、即ちデータキャリアの電源
電圧で制御するようにした。可変抵抗素子の実現手段と
しては様々なものが考えられるが以下にその特性につい
て述べる。

【０００９】可変抵抗素子は実質的に３端子の能動要素
であり、その１端子に印加される電圧Ｖによって他の２
端子の間の抵抗値が変化するものである。すなわち、印
加電圧が小さい時は抵抗値が大きいが、印加電圧が一定
値電圧Ｖｗを超えると徐々に抵抗値が減り始め、それ以
後は電圧の増大と共に抵抗値が急速に減少するような特
性を有している。ここで電圧Ｖｗはデータキャリアが安
定に動作するために最低限必要な電圧より大きな値に設
定されることが望ましい。図２は上記可変抵抗素子の特
性を表しているグラフであり、横軸は前記電圧Ｖを、縦
軸は可変抵抗素子のコンダクタンスＭを表している。グ
ラフより明らかなように電圧Ｖが小さいときはコンダク
タンスＭの値は非常に小さいが、電圧Ｖが一定値電圧Ｖ
ｗを超えるとコンダクタンスＭが徐々に増大する。この
ような特性を持った可変抵抗素子は図５または図６に示
されるトランジスタ回路によって容易に実現することが
でき、２個のゲートバイアス抵抗の値を選択することで
一定値電圧Ｖｗを設定することができる。

【００１０】なお半導体を使用した回路装置では回路の
抵抗値は多かれ少なかれ電圧依存性を有し、電源電圧に
よって抵抗値の変化を生ずるが、そのままでは本目的に
合った電圧抵抗特性を得られることはまれであり、本発
明はそのような自然発生的特性を含まない。

【００１１】

【作用】以上のような構成により、データキャリアを固
定施設のアンテナコイルに極めて接近させたり、該アン
テナコイルに流す電流を大きくしていったりすることに
よってデータキャリアの二次側コイルに誘導される交流
電圧が大きくなる時、該交流電圧を整流して得られる直
流電圧もまた大きくなる。該直流電圧はデータキャリア
の電源として作用するが、その大きさが一定値電圧Ｖｗ
を超えると前記の可変抵抗素子の抵抗値が減少する。こ
の結果二次側コイルの電流が増大するので該コイルのイ
ンピーダンスによる電圧降下が大きくなり、該コイルの
端子電圧がデータキャリアの構成要素の耐電圧より大き
くなるのを遅らせるのである。

【００１２】一方、データキャリアを固定施設のアンテ
ナから遠ざける等により、データキャリアの二次側コイ
ルに誘導される電力を小さくしていく場合、直流電圧も
小さくなるので可変抵抗素子の抵抗値が増大しコイルの
電流が少なくなる。その結果コイルの端子電圧の電圧降
下が小さくなるので、データキャリアに供給される電圧
が小さくなるのを遅らせることができる。

【００１３】このようにして固定施設が発生する交流電
磁界の強さの上限を拡大することができるのである。
又、可変抵抗素子の制御電圧が直流電圧であるので、二
次側コイルの端子電圧の瞬時値で該コイルの負荷特性が
変化することはなく、従ってコイルの端子電圧の波形が
歪むことはない。この結果、交流電磁界に施された振幅
変調の深さはそのままコイルの端子電圧の振幅変調の深
さに伝達され、安定なデータ転送が可能になる。

【００１４】

【実施例】以下に本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。

【００１５】図４は本発明のデータキャリアと固定施設
の原理的関係を示しているもので、本発明の基本的な実
施例である。図において固定施設１のアンテナコイル
（一次側コイル）２に流れている電流により交流電磁界
Φが発生している。データキャリアのコイル（二次側コ
イル）３には交流電磁界Φに比例した強さの起電力が発
生しデータキャリア主回路４及び図２に示した特性を有
する可変抵抗素子５と整流回路６に交流電圧を供給す
る。該交流電圧は整流回路６で整流され、データキャリ
アの電源となる直流電圧Ｖを発生する。図３は交流電磁
界Φと電圧Ｖの関係を表わすグラクである。一般にデー
タキャリアの回路は消費電力を極めて小さく抑えること
で二次側コイルに誘起される電力の効率利用を計ってい
るので、仮に可変抵抗素子５を除去して考えると電圧Ｖ
は交流電磁界Φの大きさに比例し、図３のグラフに点線
で示されるようになる。

【００１６】可変抵抗素子５を有する図４の実施例の場
合も交流電磁界Φの値が小さい領域では、可変抵抗素子
を有さない場合と同様に電圧Ｖが直線的に増大する。更
に交流電磁界Φが大きくなると電圧Ｖは一定電圧Ｖｗを
超える。その結果可変抵抗素子５の電流が急速に増加す
る。これにより交流電磁界Φの変化に対する電圧Ｖの変
化率は急速に小さくなり、グラフ図３上の実線の曲線で
表わされるように変化する。今データキャリア主回路４
の構成要素であるＩＣの耐電圧をＶｍａｘで示すと可変
抵抗素子がなければΦ1 なる強さの交流電磁界で電圧Ｖ
が耐電圧Ｖｍａｘに到達してしまう。しかし可変抵抗素
子５を使用することでより大きな交流電磁界Φ2 までＩ
Ｃの耐電圧Ｖｍａｘを越えない。その結果データキャリ
アを使用できる範囲が大幅に拡大できる。

【００１７】図１は本発明のデータキャリアのより具体
的な実施例である。図面の回路図について説明すると、
二次側コイル３の一端はＶDD線に接続され、データキャ
リアの各構成要素の基準電位を成し、他端はレベルシフ
ト用コンデンサＣ1 の一端に接続されている。該レベル
シフト用コンデンサＣ1 の他端は電力信号を伝達するＶ
ｃ線に接続されている。ツェナーダイオードＤｚはコン
デンサＣ1 と共働し、二次側コイル３に誘導された交流
電圧のレベルシフトをして電力信号を生成すると共に、
Ｖｃ線の電力信号のピークがツェナー電圧以上になる場
合に電圧クランプをする。

【００１８】Ｖｃ線には、整流器Ｄ1 とコンデンサＣ2
から成る整流回路６と、整流器Ｄ2と抵抗Ｒ1 とコンデ
ンサＣ3 から成る信号検波回路７と、トランジスタＴ1
とコンデンサＣ4 と抵抗Ｒ2 とから成る振巾変調回路８
と、トランジスタＴ2 と抵抗Ｒ3 と抵抗Ｒ4 とから成る
可変抵抗素子５とが接続されている。又、Ｖｃ線はデー
タキャリア主回路４に接続され、電力信号をデータキャ
リア主回路４のクロック信号φとして供給する。

【００１９】前記整流回路７の出力電圧Ｖは定電圧回路
９によって安定化され、データキャリア主回路４のマイ
ナス側電源Ｖｓｓとして使用される一方、前記可変抵抗
素子５の制御端子に接続されている。

【００２０】前記信号検波回路８は二次側コイル３に誘
導される交流電圧に重畳した振巾変調データを検波し、
データキャリア主回路４に入力信号Ｄｉとして伝送す
る。一方、前記振巾変調回路９はデータキャリアから固
定施設に向けてデータを発信するための回路であり、デ
ータキャリア主回路４から出力信号Ｄ0 を受け、これに
よってトランジスタＴ1 をスイッチングし、以て二次側
コイル３とコンデンサＣ4 と抵抗Ｒ2 とから成る直列共
振回路のＱ値を変えて共振電流を変化させる回路であ
る。

【００２１】可変抵抗素子５は大きい抵抗値を有する抵
抗Ｒ3 及び抵抗Ｒ4 により前記整流回路７の出力電圧Ｖ
を分割してトランジスタＴ2 のゲート電圧として印加し
ている。該ゲート電圧は前記電圧Ｖが一定の電圧値Ｖｗ
を越えた時にトランジスタＴ2 のスレッショルド電圧を
越え、該トランジスタＴ2 が導通し始める。これにより
前記二次側コイルの負荷電流が増大し始め、該コイルの
端子電圧が過度に上昇するのを抑制するのである。

【００２２】図５は本発明のデータキャリアに使用可能
な可変抵抗素子を実現する具体的な方法を示す回路図で
ある。本実施例は図１の実施例に示した可変抵抗素子の
トランジスタにドレイン抵抗を付け加え、より安定な電
圧抵抗特性を実現することができる。

【００２３】図６もまた本発明のデータキャリアに使用
可能な可変抵抗素子を実現する具体的な方法を示す回路
図である。本実施例はトランジスタのゲートバイアス回
路をツェナーダイオードと抵抗の組合せで実現したもの
で、ツェナー電圧が上述したＶｗになるように構成され
ている。この実施例の場合でもトランジスタのドレイン
抵抗を用いてトランジスタの特性のバラツキによる影響
を少なくすることが可能である。

【００２４】図１、図５及び図６に示した可変抵抗素子
の実施例では印加電圧の方向に対しての抵抗特性が対称
ではない。このような場合は図１の実施例のように二次
側コイルの誘導電圧を波型シフトして基準電位に対する
電力信号の電位が常に負又は正の一方に寄せられている
ような回路に使用するのが適当である。

【００２５】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば電磁結合方式のデータキャリアにおいて、データ
キャリアが固定施設から受け取る交流電磁界の強さが小
さい時は二次側コイルに誘導される電力の消費を可能な
限り小さく抑えてデータキャリアの回路要素に十分な大
きさの電圧を供給するようにし、逆に交流電磁界の強さ
が非常に強力になって二次側コイルに誘導される電力が
大きすぎる時は電流を可変抵抗素子に流すことで過度な
電圧がデータキャリアの回路要素に加わらないようにす
ることができた。この結果データキャリアの回路要素の
耐電圧に対して許容される交流電磁界の範囲が大巾に拡
大され、遠方から至近距離まで安定にデータの授受がで
きるようなデータキャリアが実現される。同時にデータ
キャリアの回路要素の耐電圧特性をむやみに高くする必
要がなくなったので小型でかつ安価な部品を使用するこ
とができるようになり、データキャリアの製造コストを
大巾に節約できるようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す回路図である。

【図２】可変抵抗素子の電圧対コンダクタンス特性を示
すグラフである。

【図３】本発明における交流電磁界Φの強さとデータキ
ャリアの電源電圧Ｖの関係を示すグラフである。

【図４】本発明の原理的実施例を示す回路図である。

【図５】可変抵抗素子の具体的な実施例を示す回路図で
ある。

【図６】可変抵抗素子の具体的な実施例を示す回路図で
ある。

【符号の説明】

１ 固定施設 ２ アンテナコイル（一次側コイル） ３ データキャリアのコイル（二次側コイル） ４ データキャリア主回路 ５ 可変抵抗素子 ６ 整流回路 ７ 信号検波回路 ８ 振幅変調回路 ９ 定電圧回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定施設から、発せられる交流電磁界に
   よりデータの伝送又は電力の供給を受けるデータキャリ
   アにおいて、前記交流電磁界によって誘導電力を発生す
   るコイルと、該コイルに対し並列接続されデータキャリ
   アの直流電源電圧によって制御される可変抵抗素子とを
   有することを特徴とするデータキャリア。