JPH1188240A - データキャリアシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 親機と子機の距離が比較的近くなった場合の
誘導起電圧の減少を防止する。 【解決手段】 親機１０の送信出力回路４にはアンテナ
コイル７、同調コンデンサ８およびダンピング抵抗６の
直列回路が接続される。子機２０のアンテナコイル１１
には整流回路１５等の内部回路が接続されている。ダン
ピング抵抗６の抵抗値Ｒ１は、内部回路の等価インピー
ダンスＲＬと、アンテナコイル７のインダクタンスＬ
１、アンテナコイル１１のインダクタンスＬ２、定数Ａ
から、Ｒ１＝ＲＬ×（Ｌ１／Ｌ２）×（１／Ａ）で求め
られる抵抗値に設定されている。ここで定数Ａは親機１
０のアンテナコイル７と子機２０アンテナコイル１１の
結合度に応じて予め定められた１０乃至１５間の値が設
定される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、データキャリアに
関し、親機と子機（データキャリア）との間で信号の授
受行う非接触式ＩＣカード型のデータキャリアに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】親機と子機のカードとの間で、電磁結合
方式又は電磁誘導方式等により信号の授受を行う方式の
データキャリアシステム（例えば、「非接触式ＩＣカー
ドシステム」として実用化が進められている）が広く知
られている。特に、搬送波を子機側で整流して、子機の
電力として使用する無電池方式の非接触式ＩＣカードシ
ステムがＩＤカード用、搬送物の認識用タグ等として広
く用いられる様になってきた。

【０００３】このような電磁結合方式の非接触式ＩＣカ
ードシステムにおいては、親機は、ＯＳＣ（発振器）で
発生させた搬送波を送信データに応じて変調し、その変
調波をドライバー回路で増幅し、アンテナコイルを駆動
して子機に送信する。子機は、アンテナコイルで親機か
らの信号を受信すると、整流回路で搬送波を整流して内
部で使用する電力を得るとともに、復調回路で受信信号
を復調してデータ処理回路に送り、データ処理回路でデ
ータ処理を行う。

【０００４】ところで、子機で使用する電力は親機から
受信した信号を整流回路で整流して発生しているが、得
られる電力は子機のアンテナコイルＣＬ１と親機のアン
テナコイルＣＬ２の距離に応じて変化する。一般的には
子機のアンテナコイルＣＬ１と親機のアンテナコイルＣ
Ｌ２の距離が近い方がより大きな誘導起電力を得る事が
出来る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、子機には親
機からの信号の選択度を高めるため、アンテナコイルと
並列にコンデンサを接続して同調用共振回路が形成され
ている事が多い。この場合には、子機のアンテナコイル
ＣＬ１と親機のアンテナコイルＣＬ２の距離が近くて、
且つ両コイルのサイズ（径）が近い場合には両コイル間
で相互結合の影響が出て、両コイルのミューチャルイン
ダクタンスＭが大きくなり、結果として子機側のアンテ
ナコイルＣＬ１に誘起される起電力が小さくなってしま
うと言う問題があった。

【０００６】図３に上記条件の場合における誘起起電圧
のグラフを示す。図３は送信出力回路４の駆動インピー
ダンスを５オームと小さくした場合の例である。図３に
おいて横軸は周波数を示し、縦軸は誘起起電圧を示して
いる。図３にて明らかなように、結合度が０．０１の時
は中心周波数を中心に狭く低い電圧が得られているが、
結合度が０．０１、０．０５と上昇するに従って起電圧
は上昇し、結合度が０．１の時には結合度が０．０１の
時の約４倍の電圧を得る事が出来る。しかしそれ以上結
合度を上げて行くとミューチャルインダクタンスの影響
で起電圧が下がると共に、波形が双極性の波形となって
子機の同調用共振回路の共振周波数からずれた周波数で
ピークを持つ様になる。従って、子機側で充分な電力が
得られなくなる。

【０００７】親機側の送信回路で出力インピーダンスの
極めて高い電流出力回路で送信コイルＣＬ２を駆動すれ
ば相互インダクタンスの問題は防止出来るが、図４に示
すように、結合度による出力電圧の変動幅が大きくな
り、通信可能距離がかなり制限されると言った問題があ
る。本発明は以上のような従来技術の問題点を解決しよ
うとするものであり、親機と子機の距離が比較的近くな
った場合の誘導起電圧の減少を防止する事を目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明のデータキャリアシステムでは、送信データに
応じて搬送波を変調する変調回路と、変調回路に接続さ
れた送信コイルを備えたデータキャリア用送信手段と、
受信コイルと、受信コイルに接続された第１の共振コン
デンサと、受信コイルに接続された整流回路と、受信コ
イルに接続された復調回路を含む内部回路を備えたデー
タキャリア手段とを有するデータキャリアシステムにお
いて、内部回路の等価抵抗に応じた抵抗値を有するダン
ピング抵抗をデータキャリア用送信手段の送信コイルと
直列に接続している。

【０００９】親機と子機の距離が至近距離になって、送
信コイルと受信コイルとがトランス結合の状態に近づく
と、送信コイルと受信コイルそれぞれに相互インダクタ
ンスの影響がでて誘導起電圧を押さえる様になるが、本
発明ではダンピング抵抗を入れることにより送信コイル
と受信コイルの結合を意図的に弱め、相互インダクタン
スの影響を少なくしている。

【００１０】ダンピング抵抗は原理的には子機側に設け
ても同様の効果を得ることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明をデータキャリアシ
ステムの１つである非接触式ＩＣカード型のデータキャ
リアに適用した実施の形態を図面を用いて説明する。図
１に本発明の実施の形態のデータキャリアのブロック図
を示す。図１に示す本発明の実施の形態のデータキャリ
アシステムにおいては、親機１０は、搬送波の基本波を
発生する発振回路１と、内部での信号処理を行う信号処
理回路２と、信号処理回路２からの送信信号で発振回路
１からの搬送波を変調する変調回路３、と送信出力回路
４、送信用のアンテナコイル７、同調コンデンサ８およ
び本発明で追加されたダンピング抵抗６を備える。アン
テナコイル７と同調コンデンサ８で共振回路を構成し、
搬送波の周波数を同調周波数とする同調回路としてい
る。

【００１２】子機２０は受信用のアンテナコイル１１と
同調コンデンサ１２、復調回路１４、整流回路１５、信
号処理回路１６、および変調回路１７を有する。子機２
０の符号１３で示す点線で囲まれた領域はアンテナコイ
ル１１と同調コンデンサ１２で構成される同調回路の負
荷回路と考える事ができ、これを等価インピーダンスＲ
Ｌで代表させると、図２に示すように、同調回路を構成
するアンテナコイル１１と同調コンデンサ１２に負荷イ
ンピーダンスＲＬが接続された回路に置き換える事が出
来る。

【００１３】親機１０のアンテナコイル７と子機２０ア
ンテナコイル１１の直径はほぼ同じ大きさに設定されて
いる。実際は親機１０のアンテナコイル７の方が子機２
０アンテナコイル１１の直径よりもわずかに大きくして
ある場合が多い。ダンピング抵抗６の抵抗値Ｒ１は、内
部回路の等価インピーダンスＲＬと、アンテナコイル７
のインダクタンスＬ１、アンテナコイル１１のインダク
タンスＬ２、定数Ａから、 Ｒ１＝ＲＬ×（Ｌ１／Ｌ２）×（１／Ａ） で求められる抵抗値に設定されている。ここで定数Ａは
親機１０のアンテナコイル７と子機２０アンテナコイル
１１の結合度に応じて予め定められた１０乃至１５間の
値が設定される。この結合度はデータキャリアシステム
の適用される分野においてそれぞれ異なり、平均的な使
用形態での親機１０と子機２０の距離から求められる親
機１０のアンテナコイル７と子機２０アンテナコイル１
１の結合度から設計的に決定される。

【００１４】図５は図１の回路の誘起起電圧と結合度の
関係を示す図である。横軸は周波数を示し、縦軸に誘導
起電圧を示している。図１の回路において、アンテナコ
イル７のインダクタンスＬ１＝０．４μＨ、アンテナコ
イル１１のインダクタンスＬ２＝０．４μＨ、等価抵抗
ＲＬ＝４ＫΩ、ダンピング抵抗６の抵抗値Ｒ１＝３３０
Ωで、送信パワーＰＷ＝（Ｖ×Ｖ）／Ｒ１＝２０ｍＷの
場合に結合度ｋをｋ＝０．１からｋ＝０．８まで変化さ
せた時の誘導起電圧を求めた実験データである。

【００１５】図５からわかるように誘導起電圧は結合度
がｋ＝０．１（同調出力電圧２．７Ｖ）から大きく成る
に従って上昇し、ｋ＝０．３でピーク（同調出力電圧
４．４Ｖ）を示した後、下降に転じてｋ＝０．８で結合
度がｋ＝０．１の時とほぼ同じ電圧と成っている。ここ
で注目したいのは結合度をｋ＝０．１からｋ＝０．８の
間で変化させた場合に誘導起電圧の比が約１．６倍しか
変動していない点である。

【００１６】このように、誘導起電圧が親機１０のアン
テナコイル７と子機２０アンテナコイル１１の距離すな
わち結合度の変化に対して大きく変動しないことは子機
２０の内部回路の動作電圧を安定化するためには非常に
好ましく。変動幅が２倍程度であれば、電圧レギュレー
タの回路規模を小さくできる。尚、従来例として説明し
た図３のデータは図５との比較のために非常に小さなダ
ンピング抵抗６（抵抗値Ｒ１＝５Ω）を接続し、同一送
信パワー（ＰＷ＝２０ｍＷ）で送信した時の子機側での
出力電圧をシミュレーションしたものである。

【００１７】上記説明ではダンピング抵抗６を親機側の
アンテナコイル７に直列に接続した例を示したが、図６
に示す本発明の第２の実施の形態の様に子機側のアンテ
ナコイル１１に直列にダンピング抵抗６’を接続するこ
とによっても同様の効果を得る事が出来る。これは、相
互インダクタンスはトランス結合する双方のコイルに等
しく影響を及ぼすからである。

【００１８】しかしながら、一般的にデータキャリアシ
ステムにおいては子機を小型化することが求められてい
るとともに、親機１台に対して、子機はこの数百、数千
倍以上の台数が用いられる事が多く、費用の点からも親
機にダンピング抵抗６を設ける事が望ましい。

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば、親機と子機の距離が比
較的近くなった場合の誘導起電圧の減少を防止する事が
でき、安定的な誘導起電圧を得られるデータキャリアシ
ステムを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態のデータキャリアシ
ステムの回路図である。

【図２】図１の回路を一部等価抵抗で置き換えた回路図
である。

【図３】従来のデータキャリアの課題を説明する為の特
性図である。

【図４】従来のデータキャリアの課題を説明する為の特
性図である。

【図５】本発明の第１の実施の形態のデータキャリアの
効果を説明する為の特性図である。

【図６】本発明の第２の実施の形態のデータキャリアシ
ステムの回路図である。

【符号の説明】

１ 発信回路 ２ 信号処理回路 ３ 変調回路 ４ 送信出力回路 ６ ダンピング抵抗 ７ アンテナコイル ８ 同調コンデンサ １１ アンテナコイル １２ 同調コンデンサ １３ 内部回路 １４ 復調回路 １５ 整流回路 １６ 信号処理回路 １７ 変調回路

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 送信データに応じて搬送波を変調する変
   調回路と、前記変調回路に接続された送信コイルを備え
   たデータキャリア用送信手段と；受信コイルと、前記受
   信コイルに接続された第１の共振コンデンサと、前記受
   信コイルに接続された整流回路と、前記受信コイルに接
   続された復調回路を含む内部回路を備えたデータキャリ
   ア手段とを有するデータキャリアシステムにおいて、 前記内部回路の等価抵抗に応じた抵抗値を有するダンピ
   ング抵抗を前記データキャリア用送信手段の前記送信コ
   イルと直列に接続した事を特徴とするデータキャリアシ
   ステム。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記ダンピング抵抗
   の抵抗値Ｒ１は、前記内部回路の等価抵抗をＲＬとし、
   前記送信コイルのインダクタンスをＬ１、前記受信コイ
   ルのインダクタンスをＬ２、定数をＡとした場合に、Ｒ
   １＝ＲＬ×（Ｌ１／Ｌ２）×（１／Ａ）で求められる抵
   抗値に設定され、前記定数Ａが前記受信コイルと前記送
   信コイルの結合度に応じて予め定められた１０乃至１５
   の値を取る事を特徴とするデータキャリアシステム。
3. 【請求項３】 請求項２において、前記定数Ａは前記受
   信コイルと前記送信コイルの密着時の結合度が高い場合
   には相対的に小さな値とし、前記受信コイルと前記送信
   コイルの密着時の結合度が低い場合には相対的に大きな
   値とする事を特徴とするデータキャリアシステム。
4. 【請求項４】 送信データに応じて搬送波を変調する変
   調回路と、前記変調回路に接続された送信コイルを備え
   たデータキャリア用送信手段と；受信コイルと、前記受
   信コイルに接続された第１の共振コンデンサと、前記受
   信コイルに接続された整流回路と、前記受信コイルに接
   続された復調回路を含む内部回路を備えたデータキャリ
   ア手段とを有するデータキャリアシステムにおいて、 前記内部回路の等価抵抗に応じた抵抗値を有するダンピ
   ング抵抗を前記データキャリア手段手段の前記受信コイ
   ルと直列に接続した事を特徴とするデータキャリアシス
   テム。