JPWO2007148401A1

JPWO2007148401A1 - 整流回路及びそれを用いた無線通信装置

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Publication number: JPWO2007148401A1
Application number: JP2008522213A
Authority: JP
Inventors: 貴史小川; 久美子瀧川; 田中　聡; 聡田中; 俊大島; 芦沢　実; 実芦沢
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2006-06-22
Filing date: 2006-06-22
Publication date: 2009-11-12
Also published as: WO2007148401A1

Abstract

無線タグの多段構成の整流回路の入力に並列に復調回路が接続されていると、整流回路が復調回路のインピーダンスの影響を受けて、所定の電源電圧を生成するための最小入力電力の増大が必要となり、無線タグとリーダライタ装置の通信距離が短くなるという課題があった。本発明は、多段構成の整流回路の途中段に復調回路を接続し、整流回路に対する復調回路のインピーダンスの影響を小さくし、無線タグとリーダライタ装置の通信距離が遠く無線タグへの入力電力が小さくても所定の電源電圧を生成できるようにした。

Description

本発明は、整流回路及びそれを用いた無線通信装置に係り、特に、非接触データ通信を行う無線通信システムの無線タグ回路に関する。

非接触データ通信を行う無線通信システムの無線タグ回路の例としては、例えば特許文献１に示されたものが知られている。この無線タグ回路は、アンテナ、整流回路、変調回路、ハイパスフィルタ、レギュレータ、復調回路、シーケンサ、メモリを備えている。この中で、整流回路は、無線タグのアンテナコイルがリーダライタ内部に有するアンテナコイルと電磁気的に誘導結合して発生した交流電圧をダイオードで整流して直流に変換し電荷をコンデンサに蓄える。

またこのような回路とは別の無線タグの構成例が、非特許文献１に示されている。その図１に示された無線タグは、ant（アンテナ）、demodulator（デモジュレータ）、ボルテージマルチプライヤー（voltage multiplier）、modulator（モジュレータ）、control logic（コントロールロジック）、EEPROM（イーイーピーロム）、charge pump（チャージポンプ）からなる。ボルテージマルチプライヤーは、アンテナがリーダライタ内部に有するアンテナと電磁気的に誘導結合して発生した交流電圧を直流に変換し、デモジュレータ、モジュレータ、コントロールロジックに電源電圧を供給する。デモジュレータはアンテナから入力したパルス幅変調信号（ＰＷＭ：Pulse-Width Modulation）をクロックと信号（コマンド、データ）に復調してコントロールロジックに出力する。コントロールロジックはデモジュレータの信号（コマンド）を解析し、その結果に応じてイーイーピーロムに格納されているデータを読み出したり、イーイーピーロムにデータを書き込む。また、コントロールロジックは信号（コマンド）に対して要求されるデータを生成しモジュレータに供給する。モジュレータはコントロールロジックからの信号に対応してアンテナ対するインピーダンスを変動させて変調を行う。チャージポンプはボルテージマルチプライヤーから供給された電源電圧をイーイーピーロムの書き込みに必要な制御電圧へ昇圧する。

特開２００５-９２３５２号公報 "Fully Integrated Passive UHF RFID Transponder IC With 16.7-μW Minimum RF Input Power"， IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 38, No.10, Oct. 2003

近年、駅自動改札、建物や部屋への入退出管理、展示会などの入場管理、荷物の集荷管理などに非接触型のＩＣカード、無線タグ（以下まとめて無線タグをいう）など、電磁誘導を利用して非接触データ通信を行う無線データ通信システムが普及し始めている。このシステムは無線タグと、その近傍に配置されデータの書き込み読み出しを行うリーダライタ装置から構成されており、両者の通信距離を延ばすことが課題の一つとなっている。また、大量の人、物の管理を行うことを目的としているため、無線タグの低コスト化、小型化も要求されている。

特許文献１に開示されたデータ通信装置は、フィルタ手段の動作を抑制する手段を設けて電力損失を抑制している。

図１６は、特許文献１の図５に示された非接触型のＩＣカードの回路図に相当する。整流回路２３５は、無線タグのANT(アンテナ)２２３内のアンテナコイル２２４が発生した交流電圧を、ダイオード２４２で整流し、電荷をコンデンサ２４４に蓄える。レギュレータ２３６では直流電圧の変動を抑制して安定した電源電圧をシーケンサ２３９に供給する。また復調回路２３８は整流回路２３５のダイオード２４２で包絡線検波した交流信号が入力、ハイパスフィルタF ２３７を介して復調し、シーケンサ２３９に出力する。シーケンサ２３９は復調回路２３８の信号を解析し、その結果に応じてメモリ２４０に格納されているデータを読み出したり、メモリ２４０に書き込む。また、シーケンサ２３９は要求されるデータを生成し変調回路２４１に供給する。変調回路２４１はインピーダンス２４７とFET２４８から成り、FET２４８をシーケンサ２３９からの信号に対応してスイッチングさせ、アンテナコイル２２４に対するインピーダンス２４７の負荷を変動させて変調を行う。

上記特許文献１の無線タグにおいて、整流回路２３５は入力する振幅の大きさに応じた電流が抵抗２４３に流れ、整流回路２３５で電圧低下が生じる。このため整流回路２３５の後段に接続されたレギュレータ２３６から供給される電源出力は低い電圧になる。また、整流回路２３５で損失を受けた低い電圧によってハイパスフィルタF ２３７、及びその後段の復調回路２３８に入力して復調をしなければならず、不安定な動作となる。これを防ぐため、無線タグが所望の電源電圧、信号レベルを得るのに必要な電磁誘導が行われるように、無線タグとリーダライタ装置は極めて短い距離で使われる必要がある。

一方、上記非特許文献１の無線タグは、所望の電源電圧、信号レベルを確保する手法として整流回路のダイオード、コンデンサを多段に接続している。非特許文献１の図２においてボルテージマルチプライヤーはダイオードとコンデンサを多段に積み上げて接続し、高い電源電圧を供給する電圧倍増回路となっている。また、図４においてデモジュレータはボルテージマルチプライヤーと同じ整流回路を前段に設けて受信した信号の包絡線を検波し、後段の回路でパルス幅変調信号（ＰＷＭ：Pulse-Width Modulation）の復調を行っている。

このような構成の無線タグにおいて、アンテナに並列にボルテージマルチプライヤー、デモジュレータ、モジュレータが接続しているためにアンテナの受信電力は全てボルテージマルチプライヤーに入力せず、交流―直流変換効率を低下させている。すなわち、ボルテージマルチプライヤーの出力電圧が各内部回路を動作させるための所望電圧に到達するときのアンテナ最小入力電力を増大させる必要があり、リーダライタ装置と無線タグ装置の通信距離を縮める一因となる。また、ボルテージマルチプライヤーとデモジュレータの一部が同じ回路トポロジーを使った冗長な構成となっており、回路規模が増大し無線タグの小型化や低コスト化を妨げる一因となる。

本発明の解決課題は、整流回路の交流−直流変換効率を改善し、例えば無線タグのアンテナ入力電力が小さくても整流回路の出力が所望電圧に到達でき、無線タグとリーダライタ装置の通信距離を拡大できる整流回路及びそれを用いた無線通信装置を提供することにある。

本発明の代表的なものの一例を示せば以下の通りである。即ち、本発明の無線通信装置用の整流回路、アンテナから受信した高周波信号を整流して電源用の直流電圧を発生する無線通信装置用の整流回路であって、接続端子を介して縦列接続された複数段の検波回路と、該整流回路を構成する各段の検波回路に設けられたアンテナ信号入力用の第一の端子と、該整流回路の第１段の検波回路と最終段の検波回路との間に設けられた復調回路接続用の端子と、該整流回路の最終段の検波回路に設けられた前記電源供給用の直流電圧の出力端子とを備えて成る、ことを特徴とする。

本発明によれば、整流回路の途中段に復調回路が接続されるため、アンテナ受信電力が復調回路に分配されず、整流回路に入力するアンテナ受信電力の低下を防止できる。このため、交流−直流変換効率が改善される。そのため、十分な電源電圧が保持でき、本発明を無線タグに適用した場合、無線タグとリーダライタ装置間の通信距離を延ばすことが出来る。

まず、本発明の基本的な構成例について、図１の回路ブロック図を用いて説明する。図１において、整流回路２０は、同じ回路構成からなる検波回路（２２〜２５）がカスケードに第１段から第Ｎ段までのｎ個接続された多段構成の回路である。２１は復調回路である。整流回路２０のアンテナ端には、各検波回路の端子ＴＮ２が共通に接続され、端子ＴＮ３が後段の検波回路の端子ＴＮ１に接続され、初段の検波端子ＴＮ１は接地された半波整流回路の構成となっている。回路例としては第１の検波回路（２２）の枠内に記載のように、２つのダイオードと２つのコンデンサ（Ｃ０、Ｃ１）が接続された半波整流回路である。検波回路のｎ段目のフローティングコンデンサＣ０には（２n-１）(|Vin｜−Vf)の直流電圧が保持される。Vinは入力信号の振幅値、Vfはダイオードの順方向降下電圧でショットキーバリアダイオードで０.３V程度である。ｎ段目の検波回路の構成要素であるダイオード間の端子ＴＮ０には上記直流電圧にVinが付加され、（２n-１）(|Vin｜−Vf)＋Vinとなる。最終的に電源電圧の出力であるｎ個目の検波回路のコンデンサＣ１には、２ｎ(|Vin｜−Vf)の直流電圧が保持される。リミッタ２８は、アンテナから過大電圧が入力した場合、各回路を過電圧による破壊から保護することを目的に電源電圧を所定のレベルに抑えるために設けられている。

この整流回路２０において、アンテナ端ＴＮ２からアンテナ信号の入力信号を整流回路で受け、整流回路の途中段の出力端子ＴＮＢに復調回路２１の入力を接続する回路構成となっている。復調回路２１は、整流回路２０の整流された信号を入力して包絡線検波を行ったのち所定の信号レベルに増幅し復調信号を出力する。

なお、図１では、ｎ-１段目の検波回路２４とｎ段目の検波回路２５の間の接続点ＴＮＢから復調回路２１に接続しているが、この接続点ＴＮＢは、１段目とｎ段（最終段）目の間で、かつ、得られる端子電圧が復調に必要な論理スレッショルドを越える検波回路の段数の出力端子（あるいは検波回路を構成する２つのダイオードの接続点ＴＮ０）に設定すればよい。

図１の回路ブロック図の構成によれば、復調回路は整流回路の途中段に接続されており、アンテナ受信電力が復調回路には分配されない。そのため、整流回路が復調回路のインピーダンスの影響を受けず、交流−直流変換効率の低下がない。そのため、十分な電源電圧が保持でき、無線タグとリーダライタ装置間の通信距離を延ばすことが出来る。

次に、本発明を適用したより具体的な無線タグの回路の一実施例について、図２ないし図５で説明する。

まず、図３に本発明を適用した無線タグのブロック回路の一例を示す。無線タグはアンテナ１３０、整流回路１３１、復調回路１３２、変調回路１３３、リミッタ１３４、論理制御回路１３５、メモリ１３６を有している。図中の太い線は整流回路で生成された電源電圧の供給ラインを示し、その他は信号線を示す。また、図３において、アンテナを除く破線で示した領域の無線タグの回路１０が、例えばＣＭＯＳ回路として、共通の基板上に形成される。

ここで、本発明の特徴的に関係する部分は、整流回路１３１と復調回路１３２である。整流回路１３１は、図１で示すような検波回路が多段にカスケード接続された構成の整流回路２０であり、その途中段に図１の復調回路２１に相当する復調回路１３２が接続される構成である。

このような構成において、アンテナ１３０がリーダライタ（図示せず）が有するアンテナと電磁気的に結合して発生した交流電圧を整流回路１３１で直流に変換し、この直流電圧を復調回路１３２、変調回路１３３、及び論理制御回路１３５に電源電圧として供給する。それに加え、整流回路１３１は、検波回路の多段接続の途中段から復調回路１３２に整流後の検波信号を出力する。復調回路１３２は、検波信号を増幅してクロックとデータを含んだ信号とに復調し、論理制御回路１３５に出力する。論理制御回路１３５は復調信号に含まれるコマンドを解析し、その結果に応じてメモリ１３６に格納されているデータを読み出したり、書き込みを行う。また、論理制御回路１３５は信号（コマンド）に対して要求されるデータを作成し変調回路１３３に供給する。変調回路１３３は論理制御回路１３５からの制御信号に対応してアンテナ１３０に対するインピーダンスを変動させて変調を行う。リミッタ１３４は電源電圧を所定のレベルに抑え、アンテナ１３０から過大電圧が入力しても無線タグ回路１０を過電圧による破壊から保護するために設けられている。

図２に、上記のような無線タグにおける整流回路１３１と復調回路１３２の第一の実施形態になる回路図を示す。この実施形態の回路は、図１のブロック図の整流回路２０及び復調回路２１の具体的な回路構成を示すものである。整流回路２０は、第１の検波回路２３、第２の検波回路２４、第３の検波回路２５の各検波回路を３段カスケード接続させた構成となっている。各検波回路は、同じ回路構成となっている。アンテナから端子ＴＮ２に入力される信号は変調信号を持つため有信号時と無信号時の信号振差が大きい。このため、コンデンサＣ３は無信号時の電源電圧変動を抑えるためコンデンサＣ１、Ｃ２と比べて大きい容量値を選択する。

有信号時の各検波回路のコンデンサ（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３）による昇圧の様子を概念的に示したのが図４である。図４に示すように、第１の検波回路２３の端子ＴＮ３には、Ｖc１＝２（｜Vin|-Vf）に昇圧された直流電圧がコンデンサＣ１で保持され、第２の検波回路２４の端子ＴＮ３には、Ｖc２＝４（｜Vin|-Vf）に昇圧された直流電圧がコンデンサＣ２で保持され、第３の検波回路２５の端子ＴＮ３には、Ｖc３＝６（｜Vin|-Vf）に昇圧された直流電圧がコンデンサＣ３で保持される。

アンテナ１３０がリーダライタのアンテナと電磁気的に誘導結合して発生した交流電圧は、各検波回路のダイオード（Ｄ２、Ｄ４、Ｄ６）で整流され直流に変換されて、電荷が各検波回路の端子ＴＮ３に接続されたコンデンサ（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３）に蓄えられる。交流電圧は変調された信号であり、振幅に幅がある。交流電圧の振幅が大きいときはコンデンサ（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３）へ電荷がチャージされ、昇圧される。

一方、振幅が小さいときは、ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６が動作しないためオフ状態となりダイオードによる整流動作は行われず、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３はチャージしていた電荷をディスチャージする。この時、コンデンサＣ３は容量値が大きいため時間をかけてディスチャージを行う。コンデンサＣ１もダイオードＤ３などがオフ状態のためコンデンサＣ１から見た負荷インピーダンスは高いため、時間をかけてディスチャージを行う。コンデンサＣ２は抵抗２６やアンプ２７などにより負荷インピーダンスが低いためコンデンサＣ１、Ｃ３よりも早くディスチャージを行い、変調信号に忠実な信号を復調回路２７に入力する。これにより変調信号に対し安定した電源電圧を維持しつつ、忠実な復調が可能となる。アンテナ端子には整流回路２０のみが接続されているので、アンテナ端子に複数の回路が接続されたような従来の回路構成と比べて負荷インピーダンスが高いため高い電源電圧を得ることができ、アンテナ受信電力の低下を抑制できる。

このように、本実施例によれば、各検波回路で昇圧された電圧を復調回路の影響を実質的に受けずに保持して安定した高い電源電圧Ｖddが保持される。すなわち、整流回路２０は、最終段の出力端子ＴＮ３に、６（｜Vin|-Vf）の直流電圧Ｖdd、例えば１．６Ｖの安定した電圧を保持しており、この電源電圧Ｖddが図３に示した整流回路１３１、復調回路１３２、変調回路１３３、論理制御回路１３５等の各回路に供給される。

一方、整流回路２０の２段目の出力であるダイオードＤ４のカソード、換言すると第２の検波回路２４の端子ＴＮ３は、復調回路２１の端子ＴＭ１に接続されている。復調回路２１は、抵抗２６とリミッタアンプ２７から構成されており、受信する信号の電圧レベルＶc２によりコンデンサＣ２の電荷をチャージ、ディスチャージして検波回路の整流作用により包絡線を検波するために設けられている。復調回路２１に入力される電圧レベルＶc２’（＝Ｖc２）は直流電圧Ｖddよりも低い電圧となるが、このＶc２’が復調に必要な論理スレッショルドを越えていれば、復調動作にはなんら支障は無い。検波された包絡線は、復調回路２１のアンプ２７で増幅され、所望のレベルの信号として復調される。リミッタ２８は前述の通り各回路保護のために設けられている。

ここでは整流回路２０を３段構成としたが、実際の段数は必要な電源電圧、許容される回路規模により決められる。復調回路が接続する検波回路の段数は復調に必要な論理スレッショルドを越えるところでかつ、最終段より低い段数を選ぶ。本例では２段目である検波回路２４の出力に接続しているが、論理スレッショルドレベルを超えていれば１段目の出力端子ＴＮ３に接続しでもかまわない。

図５に、図２の回路による電源電圧と復調動作を解析した結果の一例を示す。図５の（Ａ）はアンテナ入力、（Ｂ）はアンテナ入力（Ａ）を拡大して示した図である。（Ｃ）は電源電圧となる整流回路の最終段の出力電圧、（Ｄ）は復調回路の出力信号を示している。

解析の条件として、図５の（Ｂ）に示したように、動作周波数２ＧＨｚ帯の高周波信号に対し、数１０μsecの周期において数μsec幅でLowレベルとなるＡＳＫ変調信号をアンテナに入力し、直流信号に変換されたVDD端子での電源電圧Ｖddの波形と、復調回路の出力端子での波形をグラフ化した。（Ｃ）に示したように、高周波の信号が整流されて直流の電源電圧Ｖddを出力している。電源電圧Ｖddは、アンテナ入力がLowレベルになる区間で若干の変動（低下）がみられるものの、電源電圧Ｖddの絶対値に比べるとの変動はごく小さく、ほぼ一定の電源電圧Ｖddを得ることができる。また、（Ｄ）に示したように、数１０μsec毎に数μsecの間はLowレベル、それ以外ではHighレベルが検出され、入力信号通りに復調され、クロック信号も正確に抽出されている様子がわかる。

本実施例によれば、整流回路２０の途中段に復調回路２１が接続されるため、アンテナに対する負荷インピーダンスを高くでき、整流回路に入力するアンテナ受信電力の低下を防止できる。このため、交流−直流変換効率が改善される。そのため、無線タグの回路１０に対して十分な電源電圧を保持でき、アンテナ入力電力が小さくても整流回路出力が所望電圧に到達でき、無線タグとリーダライタ装置間の通信距離を延ばすことが出来る。

本実施例によれば、さらに、復調の包絡線検波に必要な整流作用は整流回路で行うため、整流回路と復調回路の一部を共通化することが可能となり、回路の小型化、コスト低減に効果がある。

次に、本発明の第二の実施例を図６、図７で説明する。まず、第二の実施例の概念を図６で説明する。図１で示したブロック図に対し、復調回路４３の前にこの復調回路の直流電圧を保持するための復調用検波回路４２を設け、その接続点を検波回路の２つのダイオードの接続点（内部端子）ＴＮ０から取っていることが異なる。この構成により検波回路n-１（４０）のコンデンサＣ３は、各検波回路で昇圧された電圧を復調回路４３の影響を受けずに保持して直流電圧Ｖddを供給することが可能となる。図６ではｎ-１段目の検波回路から復調回路に接続しているが、接続点は復調に必要な論理スレッショルドを越えるところを選べばよい。但し、高い段数の検波回路から（例えばｎ段目）復調回路に接続を行うと、アンテナからの高い電圧が入力した場合、多段の検波回路で昇圧された過電圧が復調回路にかかり回路を破壊する可能性があるので避けるほうが望ましい。リミッタ４６は前述の通り各回路保護のために設けている。

図７に、図６に示すブロック図の具体回路構成の一例を示す。整流回路２０の回路構成は図２で示した回路構成と同じ３段のカスケード接続であり、整流回路２０、復調回路４３の間に復調用検波回路４２を新たに設け、整流回路２０のｎ−１段の検波回路４０のダイオードＤ３とＤ４の接続点（内部端子）ＴＮ０から、復調用検波回路４２へ接続する。復調用検波回路４２は、ダイオード４４、コンデンサ４５からなり、ダイオード４４で検波し、コンデンサ４５で復調回路４３に入力する直流電圧を保持する。復調回路４３は図２で説明した復調回路２１と同じ構成であり、同様の復調作用を行う。リミッタ４６は前述の通り各回路保護のために設けられている。

本実施例でも、整流回路２０の途中段に復調用検波回路４２を介して復調回路４３が接続されるため、アンテナに対する負荷インピーダンスを高くでき、整流回路に入力するアンテナ受信電力の低下を防止できる。また、復調回路４３の影響も受けずに安定した直流電圧Ｖddを供給することができる。

次に、本発明の第三の実施例を図８、図９で説明する。まず、第三の実施例の概念を図８で説明する。図１で示したブロック図に対し、復調回路６３の前に復調用検波回路６２を設け、さらにアンテナ入力の信号を復調用検波回路６２に入力する構成が異なっている。この構成によりアンテナ入力の信号を取り込むことで、復調のための検波電圧レベルを高く保持することが可能となる。図８ではｎ-１段目の検波回路から復調回路に接続しているが、接続点は復調回路が接続する検波回路の段数は復調に必要な論理スレッショルドを越えるところを選べばよい。但し、高い段数の検波回路から（例えばｎ段目）復調回路に接続を行うと、アンテナからの高い電圧が入力した場合、多段の検波回路で昇圧された過電圧が復調回路にかかり回路を破壊する可能性があるので避けるほうが望ましい。リミッタ６８は前述の通り各回路保護のために設けている。

図８に示すブロック図の具体回路構成の一例を図９に示す。整流回路２０、復調回路６３の間に復調用回路６２を新たに設け、整流回路２０のｎ−１段の検波回路６０のダイオードＤ４とＤ５の接続点ＴＮ３に復調用検波回路６２を接続する。

すなわち、整流回路２０を構成する各検波回路６０は、第一のコンデンサＣ０の一端子が送受信アンテナ端子ＴＮ２に接続されて高周波信号Ｖinの入力端子となり、第一のコンデンサＣ０の他の端子が接続点ＴＮ０で第一のダイオードＤ３のカソードと第二のダイオードＤ４のアノードに接続され、第一のダイオードＤ３のアノードは該検波回路の入力端子となり、第二のダイオードＤ４のカソードは第二のコンデンサＣ２の一端子と接続され、かつ該検波回路の出力端子ＴＮ３となり、第二のコンデンサＣ２の他の端子は接地されている。

また、復調用検波回路６２はダイオード６４、６５、コンデンサ６６、６７からなり、ダイオード６４、６５で検波し、コンデンサ６７で復調回路に入力する直流電圧を保持する。すなわち、多段接続された検波回路の途中段に接続する復調用の検波回路６２は、２つのダイオード６４、６５と２つのコンデンサ６６、６７からなり、第一のダイオード６４のアノードは途中段の検波回路の出力端子ＴＮ３と接続され、そのカソードは第二のダイオード６５のアノードと第一のコンデンサ６６の第一の端子と接続されている。第一のコンデンサの第二の端子は送受信アンテナ端端子ＴＮ２と接続され、第二のダイオード６５のカソードは第二のコンデンサ６７の第一の端子と接続され、第二のコンデンサの第二の端子は接地されている。

また、復調回路６３は、図２で説明した復調回路２１と同じ構成であり、同様の復調作用を行う。すなわち、復調回路６３は、抵抗と整流回路が検波した信号を増幅する増幅器からなり、多段接続された検波回路２０とは別の復調用検波回路６２の第二のコンデンサ６７の第一の端子に抵抗の一端子と増幅器の入力端子が接続され、抵抗の他の端子と増幅器の他の端子とが接地されている。リミッタ６８は前述の通り各回路保護のために設けられている。

本実施例によれば、整流回路２０の途中段に復調用検波回路６２を介して復調回路６３が接続されるため、アンテナに対する負荷インピーダンスを高くでき、整流回路に入力するアンテナ受信電力の低下を防止できる。また、アンテナ入力の信号を復調用検波回路６２に取り込むことで、復調のための検波電圧レベルを高く保持することが可能となる。

次に、本発明の第４の実施例を図１０、図１１で説明する。まず、第４の実施例の概念を図１０に示す。図１で示したブロック図は半波整流の検波回路からなる構成であり、正の電圧を供給していたが、第４の実施例では全波整流回路からなる構成で、正と負の電圧を供給することが異なる。図１０において第１の検波回路部８１の中の検波回路７１は図１の検波回路１と同じ構成であり、アンテナから入力した高周波信号の正の振幅のときにダイオードに電流が流れてコンデンサＣ７１に正の電荷をチャージする。一方、検波回路７２は負の振幅のときにダイオードに電流が流れてコンデンサＣ７３に負の電荷をチャージする。

このような検波回路部を多段（８１、８３〜８４）に接続することにより、チャージ電荷が増大してｎ段目検波回路ｎのフローティングコンデンサＣ７２には、（２n-１）(|Vin｜−Vf)の直流電圧が保持され、もう一つのフローティングコンデンサＣ７４では、-（２n-１）(|Vin｜−Vf)の直流電圧が保持される。電源電圧の出力点である検波回路nの端子ＴＮ４では、２n (|Vin｜−Vf)、端子ＴＮ５では-２n (|Vin｜−Vf)の直流電圧が保持され、各回路に供給される。

このような構成からなる整流回路８０の途中段を、復調回路８２に接続する。復調回路８２は整流回路８０で整流された信号を入力して包絡線検波を行った後、所定の信号レベルに増幅し復調信号を出力する。図１０の例ではｎ-１段目の検波回路から復調回路に接続しているが、接続点はこれに限定されない。すなわち、復調回路を接続する検波回路の段数は、復調に必要な論理スレッショルドを越えるところを選べばよい。リミッタ８７は前述と同様に、各回路保護のために設けている。

次に、図１１に、図１０で示すブロック図の具体的な回路例を示す。ここでは整流回路は、２段のカスケード接続からなる構成としており、破線で示す部分８３と８４が１段目の検波回路、及び最終段目の検波回路８４である。

すなわち、１段目の検波回路８３において、第一のコンデンサＣ７２の一端子が送受信アンテナの第一の端子ＴＮ３に接続されて高周波信号Ｖinの入力端子となり、第一のコンデンサＣ７２の他の端子ＴＮ１０が第一のダイオードＤ１のカソードと第二のダイオードＤ２のアノードに接続され、第一のダイオードＤ１のアノードは検波回路の正の入力端子となり、第二のダイオードＤ２のカソードは第二のコンデンサＣ７１の一端子と接続され、かつこの検波回路の正の出力端子ＴＮ４となり、第二のコンデンサＣ７１の他の端子は接地されている（ＴＮ１，ＴＮ２）。また、第三のコンデンサＣ７４の一端子がアンテナの第二の端子に接続されて高周波信号Ｖinの入力端子ＴＮ３となり、第三のコンデンサＣ７４の他の端子が第三のダイオードＤ６のカソードと第四のダイオードＤ５のアノードに接続され、第三のダイオードＤ６のアノードはこの検波回路の負の入力端子ＴＮ５となっており、さらに第四のコンデンサＣ７３の一端子と接続され、かつ、この検波回路の負の出力端子となり、第四のコンデンサＣ７３の他の端子は接地されている。

整流回路８０は前述したように、コンデンサＣ７１で２（｜Vin|-Vf）の直流電圧を、コンデンサＣ７３で-２（｜Vin|-Vf）の直流電圧を保持しており、各回路に電源電圧が供給される。整流回路８０の１段目出力は復調回路８２に入力している。復調回路８２は抵抗８５とリミッタアンプ８６から構成されており、受信する変調信号の電圧レベルによりコンデンサＣ７１、Ｃ７３の電荷をチャージ、ディスチャージして整流回路８０の整流作用から包絡線を検波するために設ける。検波された包絡線は、復調回路８２のリミッタアンプ８６で増幅され所望するレベルの信号として復調される。リミッタ８７は前述と同様に各回路保護のために設けている。

なお、実際の整流回路の段数は、必要な電源電圧、許容される回路規模やコストにより決められる。復調回路が接続される検波回路の段数は、復調に必要な論理スレッショルドを越えるところでかつ、最終段より低い段数を選ぶ。

本実施例の全波整流回路方式においても、既に述べた実施例と同様な効果がある。

次に、本発明の第５の実施例を図１２、図１３で説明する。まず、第５の実施例の概念を図１２で説明する。この実施例は、図１０で示した第４の実施例のブロック図に対し、復調回路１０３の前にこの復調回路の直流電圧を保持するための復調用検波回路１０２を設け、その接続点を検波回路の２つのダイオードの接続点ＴＮ１１から取っていることが異なる。

この構成により検波回路ｎ-１のコンデンサＣ７１は、各検波回路で昇圧された電圧を復調回路の影響を受けずに保持して電源電圧を供給することが可能となる。図１２ではｎ-１段目の検波回路から復調回路に接続しているが、接続点は復調回路が接続する検波回路の段数は復調に必要な論理スレッショルドを越えるところを選べばよい。但し、高い段数の検波回路から（例えばｎ段目）復調回路に接続を行うと、アンテナからの高い電圧が入力した場合、多段の検波回路で昇圧された過電圧が復調回路にかかり回路を破壊する可能性があるので避けるほうが望ましい。リミッタは前述の通り各回路保護のために設けている。

図１３に、図１２に示すブロック図の具体回路構成の一例を示す。整流回路１０１の回路構成は図１１で示した回路構成と同じ２段のカスケード接続であり、整流回路１０１、復調回路１０３の間に復調用検波回路１０２を新たに設け、整流回路１０１のダイオードＤ１とＤ２の接続点から復調用検波回路１０２へ接続する。

すなわち、検波回路１０１において、第一のコンデンサＣ７２の一端子が送受信アンテナの第一の端子ＴＮ３に接続されて高周波信号Ｖinの入力端子となり、第一のコンデンサＣ７２の他の端子ＴＮ１１が第一のダイオードＤ３のカソードと第二のダイオードＤ４のアノードに接続され、第一のダイオードＤ３のアノードは検波回路の正の入力端子となり、第二のダイオードＤ４のカソードは第二のコンデンサＣ７１の一端子と接続され、かつこの検波回路の正の出力端子ＴＮ４となり、第二のコンデンサＣ７１の他の端子は接地されている（ＴＮ１，ＴＮ２）。また、第三のコンデンサＣ７４の一端子がアンテナの第二の端子に接続されて高周波信号Ｖinの入力端子ＴＮ３となり、第三のコンデンサＣ７４の他の端子が第三のダイオードＤ８のカソードと第四のダイオードＤ７のアノードに接続され、第三のダイオードＤ８のアノードはこの検波回路の負の入力端子ＴＮ５となり、第四のダイオードＤ７のカソードは第四のコンデンサＣ７３の一端子と接続され、かつ該検波回路の負の出力端子となり、第四のコンデンサの他の端子は接地されている。

また、復調用検波回路１０２はダイオード１０４、コンデンサ１０５からなり、ダイオード１０４で検波し、コンデンサ１０５で復調回路に入力する直流電圧を保持する。そして、途中段の検波回路の第一のダイオードＤ１と第二のダイオードＤ２の接続端子ＴＮ１０と、多段接続された検波回路とは別に設けた復調用の検波回路のダイオード１０４のアノードとが接続され、そのカソードがコンデンサＣ１０５の第一の端子に接続され、コンデンサの第二の端子は負の端子に接続されている。また、復調回路１０３は、抵抗と整流回路が検波した信号を増幅する増幅回路からなり、該検波回路の正の出力端子に抵抗の一端子と増幅器の入力端子が接続され、抵抗の他の端子と増幅器の他の端子が該検波回路の負の端子に接続されている。

復調回路１０３は、図１１で説明した復調回路８２と同様の復調作用を行う。リミッタ１０６は前述の通り各回路保護のために設けている。

次に本発明の第６の実施例を図１４、図１５で説明する。まず、第６の実施例の概念を図１４で説明する。第６の実施例は、図１０で示した第４の実施例のブロック図に対し、復調回路１２３の前に復調用検波回路１２２を設け、さらにアンテナ入力の信号を復調用検波回路１２２に入力する構成が異なっている。この構成でアンテナ入力の信号を取り込むことで、復調のための検波電圧レベルを高く保持することが可能となる。図１４ではｎ-１段目の検波回路から復調回路に接続しているが、接続点は復調回路が接続する検波回路の段数は復調に必要な論理スレッショルドを越えるところを選べばよい。但し、高い段数の検波回路から（例えばｎ段目）復調回路に接続を行うと、アンテナからの高い電圧が入力した場合、多段の検波回路で昇圧された過電圧が復調回路にかかり回路を破壊する可能性があるので避けるほうが望ましい。リミッタは前述の通り各回路保護のために設けている。

図１５に、図１４に示すブロック図の具体回路構成の一例を示す。整流回路１２１、復調回路１２３の間に復調用回路１２２を新たに設け、整流回路１２１のダイオードＤ２とＤ３の接続点から復調用検波回路１２２を接続する。

すなわち、整流回路１１０において、第一のコンデンサＣ７２の一端子が送受信アンテナの第一の端子ＴＮ３に接続されて高周波信号Ｖinの入力端子となり、第一のコンデンサＣ７２の他の端子ＴＮ１１が第一のダイオードＤ３のカソードと第二のダイオードＤ４のアノードに接続され、第一のダイオードＤ３のアノードは検波回路の正の入力端子となり、第二のダイオードＤ４のカソードは第二のコンデンサＣ７１の一端子と接続され、かつこの検波回路の正の出力端子ＴＮ４となり、第二のコンデンサＣ７１の他の端子は接地されている（ＴＮ１，ＴＮ２）。また、第三のコンデンサＣ７４の一端子がアンテナの第二の端子に接続されて高周波信号Ｖinの入力端子ＴＮ３となり、第三のコンデンサＣ７４の他の端子が第三のダイオードＤ８のカソードと第四のダイオードＤ７のアノードに接続され、第三のダイオードＤ８のアノードはこの検波回路の負の入力端子ＴＮ５となり、第四のダイオードＤ７のカソードは第四のコンデンサＣ３の一端子と接続され、かつ該検波回路の負の出力端子となり、第四のコンデンサの他の端子は接地されている。

また、多段接続された検波回路の途中段に接続された復調用検波回路１２２は、ダイオード１２４、１２５、コンデンサＣ１２６、Ｃ１２７からなり、ダイオード１２４、１２５で検波し、コンデンサＣ１２７で復調回路に入力する直流電圧を保持する。すなわち、途中段の検波回路のダイオードＤ２とＤ３の接続端子ＴＮ１０と、復調用の検波回路１２２のダイオード１２４のアノードとが接続され、カソードがダイオード１２５を介してコンデンサＣ１２７の第一の端子に接続され、コンデンサ１２７の第二の端子は負の端子に接続されている。コンデンサ１２６の一端子はアンテナの第二の端子に接続されて高周波信号Ｖinの入力端子ＴＮ３に接続され、他の端子は２つのダイオード１２４、１２５の間に接続されている。

また、復調回路１２３は、抵抗と整流回路が検波した信号を増幅する増幅回路からなり、該検波回路の正の出力端子に抵抗の一端子と増幅器の入力端子が接続され、抵抗の他の端子と増幅器の他の端子が該検波回路の負の端子に接続されている。この復調回路１２３は、図１３で説明した復調回路１０３と同じ構成であり、同様の復調作用を行う。リミッタ１２８は前述の通り各回路保護のために設けている。

本発明によれば、回路規模を増大させることなく小型で低コスト、かつ通信距離の長い無線タグを供給することが出来る。これにより、建物や部屋への入退出において、従来より距離が離れて通過しても人や物の出入りを管理しやすくなる。また、荷物の集荷管理などのシステムにおいては、リーダライタ装置を配置する間隔を広げることができる。あるいは、通信距離は従来のままとすれば、リーダライタの出力レベルを小さくすることが可能となり、リーダライタ装置の小型化や、低消費電力化が可能となる。いずれの場合も低コストなシステムを提供することができる。

本発明の基本的な構成を示す回路ブロック図である。本発明の第１の実施例を示す具体的な回路構成図である。本発明を適用した無線タグの回路ブロック図である。本発明の第１の実施例の動作説明図である。本発明の第１の実施例による回路の動作解析結果を示す図である。本発明の第２の実施例を示す回路ブロック図である。本発明の第２の実施例を示す具体的な回路構成図である。本発明の第３の実施例を示す回路ブロック図である。本発明の第３の実施例を示す具体的な回路構成図である。本発明の第４の実施例を示す回路ブロック図である。本発明の第４の実施例を示す具体的な回路構成図である。本発明の第５の実施例を示す回路ブロック図である。本発明の第５の実施例を示す具体的な回路構成図である。本発明の第６の実施例を示す回路ブロック図である。本発明の第６の実施例を示す具体的な回路構成図である。従来例になる非接触型のＩＣカードの回路図である。

符号の説明

２０、４１、６１、８１、１０１、１２１…整流回路、２１、４３、６３、８２、１０３、１２３…復調回路、４２、６２、１０２、１２２…復調用検波回路、２２、２３、２４、２５、７１、７２、８３、８４…検波回路、２８、４６、６８、８７、１０６、１２３…リミッタ、１３０…アンテナ、１３１…整流回路、１３２…復調回路、１３３…変調回路、１３４…リミッタ、１３５…論理制御回路、１３６…メモリＴＮ０、ＴＮ１、ＴＮ２、ＴＮ３、ＴＮ４、ＴＮ５、ＴＮ１１…端子。

Claims

アンテナから受信した高周波信号を整流して電源用の直流電圧を発生する無線通信装置用の整流回路であって、
接続端子を介して縦列接続された複数段の検波回路と、
該整流回路を構成する各段の検波回路に設けられたアンテナ信号入力用の第一の端子と、
該整流回路の第１段の検波回路と最終段の検波回路との間に設けられた復調回路接続用の端子と、
該整流回路の最終段の検波回路に設けられた前記電源供給用の直流電圧の出力端子とを備えて成る、ことを特徴とする無線通信装置用の整流回路。
請求項１において、
前記縦列接続された隣接する検波回路間の接続端子に前記復調回路の入力端子を接続したことを特徴とする無線通信装置用の整流回路。
請求項１において、
前記第１段の検波回路と最終段の検波回路との間に縦列接続されたいずれかの検波回路の内部端子を前記復調回路接続用の端子としたことを特徴とする無線通信装置用の整流回路。
アンテナで受信した高周波信号を復調する復調回路と、該復調された信号を処理する論理制御回路と、前記アンテナから受信した前記高周波信号を整流して電源としての直流電圧を発生する整流回路とを含んで成る無線通信装置において、
前記整流回路は、複数段の検波回路を縦列接続して成り、
該整流回路の第１段の検波回路と最終段の検波回路との間の端子を前記復調回路の入力端子に接続したことを特徴とする無線通信装置。
請求項４において、
前記縦列接続された隣接する検波回路間の接続端子に前記復調回路の入力端子を接続したことを特徴とする無線通信装置。
請求項４において、
前記整流回路を構成する各検波回路は第一ないし第三の端子を有する半波整流回路であり、
前記第一の端子は送受信アンテナ端子に接続され、前記第二の端子は前段の前記検波回路の出力端子に接続され、前記第三の端子は次段の前記検波回路の入力端子に接続されて前記検波回路が多段接続されて成り、
前記第１段の検波回路の第二の端子は接地されている、ことを特徴とする無線通信装置。
請求項４において、
前記整流回路の第１段の検波回路と最終段の検波回路との間に縦列接続されたいずれかの検波回路の内部端子を前記復調回路の入力端子に接続したことを特徴とする無線通信装置。
請求項４において、
前記整流回路の第１段の検波回路と最終段の検波回路との間に縦列接続されたいずれかの検波回路間の接続端子と送受信アンテナ端子とを、復調用検波回路の入力に接続し、該復調用検波回路の出力端子を前記復調回路の入力端子に接続したことを特徴とする無線通信装置。
請求項４において、
前記整流回路を構成する各検波回路は第一ないし第三の端子を有する全波整流回路であり、
前記各検波回路の前記第一の端子は送受信アンテナ端子に接続され、
前記第二の端子は前段の前記検波回路の出力端子に接続され、
前記第三の端子は次段の前記検波回路の入力端子に接続され、
前記第一の検波回路の第二の端子は接地されていることを特徴とする無線通信装置。
送受信アンテナと外部から送信され前記アンテナで受信した高周波信号を復調する復調回路と、復調信号が意味する情報を処理する論理制御回路と、記憶回路と、前記処理された信号を前記アンテナで送信するために高周波信号に変調する回路と、前記アンテナから受信した高周波信号を整流して前記各回路に供給する直流電源電圧を発生する整流回路とを含んで成る無線通信装置において、
前記整流回路は複数段の検波回路を縦列接続して構成されて成り、
該整流回路の第１段の検波回路と最終段の検波回路との間の端子を前記復調回路の入力端子に接続し、前記復調回路における復調の包絡線検波に必要な整流作用を該整流回路で行い、該整流回路と前記復調回路の一部を共通化したことを特徴とする無線通信装置。
請求項１０において、
前記整流回路を構成する検波回路は半波整流回路であり、前記各検波回路の第一の端子は送受信アンテナ端子に接続され、第二の端子は前段の検波回路の出力端子に接続され、第三の端子は次段の検波回路の入力端子に接続されて前記検波回路が多段接続されて成り、
前記第一の検波回路の第二の端子は接地され、前記多段に接続された途中段の検波回路間の接続端子に前記復調回路の入力端子が接続されていることを特徴とする無線通信装置。
請求項１０において、
前記整流回路を構成する検波回路は半波整流回路であり、前記各検波回路の第一の端子は送受信アンテナ端子に接続され、前記第二の端子は前段の検波回路の出力端子に接続され、前記第三の端子は次段の検波回路の入力端子に接続されて前記検波回路が多段接続されて成り、
前記第一の検波回路の第二の端子は接地され、前記多段に接続された途中段の検波回路の内部の端子から多段接続された前記検波回路とは別の復調用の検波回路の入力に接続され、該復調用の検波回路の出力端子に前記復調回路の入力端子が接続されることを特徴とする無線通信装置。
請求項１０において、
前記整流回路を構成する検波回路は半波整流回路であり、前記各検波回路の第一の端子は送受信アンテナ端子に接続され、前記第二の端子は前段の検波回路の出力端子に接続され、前記第三の端子は次段の検波回路の入力端子に接続されて前記検波回路が多段接続されて成り、
前記第一の検波回路の第二の端子は接地され、前記多段に接続された途中段の検波回路間の接続端子と前記送受信アンテナ端子が、前記多段接続された検波回路とは別の復調用の検波回路の入力に接続され、該復調用の検波回路の出力端子に前記復調回路の入力端子が接続されることを特徴とする無線通信装置。
請求項１０において、
前記整流回路を構成する検波回路は全波整流回路であり、前期各検波回路の第一の端子は送受信アンテナ端子に接続され、前記第二の端子は前段の検波回路の出力端子に接続され、前記第三の端子は次段の検波回路の入力端子に接続されて前記検波回路が多段接続されて成り、
前記第一の検波回路の第二の端子は接地され、前記多段に接続された途中段の検波回路間の接続端子に前記復調回路の入力端子が接続されることを特徴とする無線通信装置。
請求項１０において、
前記整流回路を構成する検波回路は全波整流回路であり、前記各検波回路の第一の端子は送受信アンテナ端子に接続され、前記第二の端子は前段の検波回路の出力端子に接続されし、前記第三の端子は次段の検波回路の入力端子に接続されて検波回路が多段接続されて成り、
前記第一の検波回路の第二の端子は接地され、前記多段に接続された途中段の検波回路の内部の端子が復調用の検波回路の入力に接続され、該復調用の検波回路の出力端子に前記復調回路の入力端子が接続されることを特徴とする無線通信装置。
請求項１０において、
前記整流回路を構成する検波回路は全波整流回路であり、前記各検波回路の第一の端子は送受信アンテナ端子に接続され、前記第二の端子は前段の検波回路の出力端子に接続され、前記第三の端子は次段の検波回路の入力端子に接続されて前記検波回路が多段接続されて成り、
前記第一の検波回路の第二の端子は接地され、前記多段に接続された途中段の検波回路間の接続端子と前記送受信アンテナ端子が、復調用の検波回路の入力に接続され、該復調用の検波回路の出力端子に前記復調回路の入力端子が接続されることを特徴とする無線通信装置。
請求項１１において、
前記整流回路を構成する検波回路は、第一のコンデンサの一端子が送受信アンテナ端子に接続されて高周波信号の入力端子となり、前記第一のコンデンサの他の端子が第一のダイオードカソードと第二のダイオードのアノードに接続され、前記第一のダイオードのアノードは該検波回路の入力端子となり、前記第二のダイオードのカソードは第二のコンデンサの一端子と接続され、かつ該検波回路の出力端子となり、前記第二のコンデンサの他の端子は接地され、
前記復調回路は抵抗と整流回路が検波した信号を増幅する増幅回路からなり、該検波回路の出力端子に抵抗の一端子と増幅器の入力端子が接続され、前記抵抗の他の端子と前記増幅器の他の端子が接地されていることを特徴とする無線通信装置。
請求項１２において、
前記整流回路を構成する検波回路は、第一のコンデンサの一端子が送受信アンテナ端子に接続され高周波信号の入力端子となり、前記第一のコンデンサの他の端子が第一のダイオードカソードと第二のダイオードのアノードに接続し、前記第一のダイオードのアノードは該検波回路の入力端子となり、前記第二のダイオードのカソードは第二のコンデンサの一端子と接続され、
前記多段接続された検波回路の途中段に接続される復調用の検波回路は、１つのダイオードと１つのコンデンサを有して成り、
前記途中段の検波回路の第一のダイオードと第二のダイオードの接続端子と、前記多段接続された検波回路とは別の復調用の検波回路のダイオードのアノードが接続されカソードが前記コンデンサの第一の端子に接続され、前記コンデンサの第二の端子は接地され、
前記復調回路は、抵抗と整流回路が検波した信号を増幅する増幅回路を有して成り、前記多段接続された検波回路とは別の復調用の検波回路のコンデンサの第一の端子に抵抗の一端子と増幅器の入力端子が接続され、前記抗の他の端子と前記増幅器の他の端子とが接地されていることを特徴とする無線通信装置。
請求項１０において、
前記無線通信装置が、前記アンテナによる電磁誘導を利用して非接触データ通信を行う無線タグであることを特徴とする無線通信装置。
請求項１９において、
前記整流回路から供給される電源電圧を所定のレベルに抑えるリミッタを備えて成り、
前記整流回路、前記復調回路、前記変調回路、前記リミッタ、前記論理制御回路、及びメモリが、ＣＭＯＳ回路として共通の基板上に形成されている、ことを特徴とする無線通信装置。