JPWO2012032974A1 - Rfidモジュールおよびrfidデバイス - Google Patents

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Abstract

RFIDモジュール(101)は、RFIC素子(10)、フィルタ回路(20)、整合回路(30)、および放射素子(40)を備えている。このうちフィルタ回路(20)と整合回路(30)とでRFIDデバイス(50)が構成されている。フィルタ回路(20)は第1インダクタンス素子(L1)、第2インダクタンス素子(L2)およびコンデンサ(C1)とで構成されている。第1インダクタンス素子(L1)と第2インダクタンス素子(L2)とはそれぞれのインダクタンスが等しく、両者は磁束を強め合うように互いに磁気的に強く結合している。この構成により、RFIC素子の高調波成分を除去するためのフィルタ回路を備えながらも全体に大型化しないようにしたRFIDモジュールおよびRFIDデバイスを構成する。

Description

本発明は、例えばRFID(Radio Frequency Identification)システムに用いられるRFIDモジュールおよびそれに備えられるRFIDデバイスに関する。
物品の管理システムとして、RFIDタグとリーダライタとが非接触方式で通信し、RFIDタグとリーダライタとの間で情報を伝達するRFIDシステムが知られている。RFIDタグは、ID情報が書き込まれたRFIC素子とRF信号を送受するためのアンテナとで構成されている。
このようなRFIDタグにおいては、例えば特許文献1に開示されているように、RFIC素子とアンテナの間に、RFIC素子にて生じた高調波成分を除去するためのフィルタが設けられることがある。また、RFIC素子とアンテナとの間のインピーダンス整合を図るために、例えば特許文献2や特許文献3に開示されているように、RFIC素子とアンテナとの間にコンデンサやコイルによって構成された整合回路が挿入される。
ここで、特許文献1に開示されているICモジュールの構成を図1に示す。このICモジュール内には、リーダ/ライタ送信回路と、リーダ/ライタ受信回路と、カードIC回路が配設されている。そして、これらの回路モジュールの各入出力端子にアンテナを接続することにより、リーダ/ライタは外部のカードICとの間で非接触通信を行なうように構成されている。そして、リーダ/ライタ送信回路とリーダ/ライタ送受信用アンテナとの間にフィルタが挿入されている。
特開2004−145449号公報 特開2001−188890号公報 特開2009−027291号公報
前述のRFIC素子にて生じた高調波成分を除去するためのフィルタは、コンデンサとインダクタとで組まれたローパスフィルタによって構成されるが、比較的大きなインダクタンス値のインダクタが必要であるため、インダクタ部分が大型化し、RFIDタグの大型化を招いていた。
そこで、この発明の目的は、RFIC素子の高調波成分を除去するためのフィルタ回路を備えながらも全体に大型化しないようにしたRFIDモジュールおよびRFIDデバイスを提供することにある。
(1)本発明のRFIDモジュールは、第1入出力端子および第2入出力端子を有するRFIC素子と、前記第1入出力端子に接続された第1インダクタンス素子、および、前記第2入出力端子に接続されたた第2インダクタンス素子を含んで構成され、前記RFIC素子の高調波成分を除去するためのフィルタ回路と、前記フィルタ回路に接続された放射素子と、を有し、前記第1インダクタンス素子と前記第2インダクタンス素子とは、互いに磁気結合していることを特徴としている。
(2)前記第1インダクタンス素子と前記第2インダクタンス素子との結合係数は小型化の観点から0.7以上であることが望ましい。
(3)前記フィルタ回路と前記放射素子との間には、インダクタンス素子およびキャパシタンス素子、またはインダクタンス素子もしくはキャパシタンス素子を含んで構成される整合回路を備えてもよい。
(4)前記第1インダクタンス素子は、複数のループ状導体が積層された第1の積層型コイル素子で構成され、前記第2インダクタンス素子は、複数のループ状導体が積層された第2の積層型コイル素子で構成され、前記第1の積層型コイル素子のループ状導体の巻回軸および前記第2の積層型コイル素子のループ状導体の巻回軸はほぼ同一直線上に重なっていることが望ましい。この構造により、各ループ状導体の内側を通る磁束の量が最大となるため、結合係数をより高めることができ、フィルタのインダクタをより小型化できる。
(5)前記第1の積層型コイル素子の前記ループ状導体と前記第2の積層型コイル素子の前記ループ状導体とは交互に積層される構造にすれば、結合係数をより高めることができ、フィルタのインダクタをより小型化できる。
(6)前記第1インダクタンス素子および前記第2インダクタンス素子は、複数の磁性体層を積層してなる多層基板に内蔵されていることが望ましい。この構造により、結合係数をより高めることができ、フィルタのインダクタをより小型化できる。
(7)前記整合回路の前記インダクタンス素子または前記キャパシタンス素子は、例えば前記多層基板の表面に搭載される。この構造により、全体に殆ど大型化することなく整合回路を設けることができる。
(8)必要に応じて、前記放射素子に電磁界を介して結合されて無線信号の受信または送信を行うブースター素子をさらに備えることが好ましい。
(9)(8)において、前記放射素子はコイル状導体で構成され、このコイル状導体と前記ブースター素子とは互いに電磁界結合していることが好ましい。
(10)(8)または(9)において、前記放射素子は前記多層基板に内蔵されていることが好ましい。この構造により、全体に殆ど大型化することなく放射素子を設けることができる。
(11)本発明のRFIDデバイスは、第1入出力端子および第2入出力端子を有するRFIC素子と、放射素子との間に設けられ、フィルタ部分の構成を前述のとおりとする。
(12)(11)において、前記フィルタ回路の前記放射素子側に接続され、インダクタンス素子およびキャパシタンス素子、またはインダクタンス素子もしくはキャパシタンス素子を含んで構成される整合回路を備えていることが好ましい。
本発明によれば、RFIC素子の高調波成分を除去するためのフィルタ回路のインダクタを小型化でき、小型のRFIDモジュールおよびRFIDデバイスが構成できる。
図1は特許文献1に開示されているICモジュールの構成を示す図である。 図2は第1の実施形態に係るRFIDモジュール101の回路図である。 図3は、図2に示したフィルタ回路20が、複数の磁性体層を積層してなる多層基板に内蔵された状態を示す図であり、図3(A)は内部導体層を透視した斜視図、図3(B)はそれを厚み方向に拡大表示した斜視図である。 図4は多層基板の各導体層の平面図である。 図5は多層基板の各導体層間を繋ぐビア導体の接続関係を示す図である。 図6(A)は図3に示した第1インダクタンス素子L1と第2インダクタンス素子L2との配置関係を簡略化して表した斜視図、図6(B)はその比較例の図である。 図7(A)は、図2に示したRFIDデバイス50の平面図、図7(B)はその下面図である。 図8は、RFIDデバイス50を用いたRFIDモジュール101の構成図である。 図9はRFIDタグ側の共振周波数と通信限界距離との関係を示す図である。 図10は第2の実施形態に係るRFIDデバイスのフィルタ回路部の構成を示す図であり、図10(A)は内部導体層を透視した斜視図、図10(B)はそれを厚み方向に拡大表示した斜視図である。 図11は、図10に示した第1インダクタンス素子L1と第2インダクタンス素子L2との配置関係を簡略化して表した斜視図である。 図12は第3の実施形態に係るRFIDモジュール103の回路図である。 図13(A)は、図12に示したRFIDデバイス50の平面図、図13(B)はその断面図である。 図14は、RFIDデバイス50を用いたRFIDモジュール103の構成図である。 図15は、結合用放射素子40Cのコイル導体に流れる電流およびブースター素子60のブースター電極62に流れる電流をそれぞれ示す図である。 図16はRFIDタグ側の共振周波数と通信限界距離との関係を示す図である。 図17は第4の実施形態に係るRFIDモジュール104の分解斜視図である。 図18(A)、図18(B)は第5の実施形態に係るRFIDデバイスの二つの構成を示す図である。
《第1の実施形態》
図2は第1の実施形態に係るRFIDモジュール101の回路図である。このRFIDモジュール101は、RFIC素子10、フィルタ回路20、整合回路30、および放射素子40を備えている。また、フィルタ回路20と整合回路30とでRFIDデバイス50を構成している。
なお、第1の実施形態ではフィルタ回路20と整合回路30とでRFIDデバイス50を構成しているが、フィルタ回路20のみでRFIDデバイス50を構成してもよい。
RFIC素子10は半導体集積回路で構成されていて、第1送信端子Tx1、第2送信端子Tx2および受信端子Rxを備えている。第1送信端子Tx1と第2送信端子Tx2とで送信信号を平衡出力する。また、受信端子Rxで受信信号を不平衡入力する。第1送信端子Tx1と第2送信端子Tx2は、特許請求の範囲に記載の「第1入出力端子」と「第2入出力端子」に相当する。
フィルタ回路20は第1インダクタンス素子L1、第2インダクタンス素子L2およびコンデンサC1で構成されている。第1インダクタンス素子L1の第1端はRFIC素子10の第1送信端子Tx1に接続され、第2インダクタンス素子L2の第1端はRFIC素子10の第2送信端子Tx2に接続され、第1インダクタンス素子L1および第2インダクタンス素子L2の第2端がコンデンサC1の両端に接続されている。このフィルタ回路20はRFIC素子10の送信信号に含まれる高調波成分を除去する。
整合回路30はコンデンサC2,C3,C4で構成されている。コンデンサC2の第1端はフィルタ回路20の第1出力端に接続され、コンデンサC3の第1端はフィルタ回路20の第2出力端に接続され、コンデンサC2,C3の第2端がコンデンサC4の両端に接続されている。
放射素子40は例えばループ状コイルアンテナである。
前記第1インダクタンス素子L1と第2インダクタンス素子L2はそれぞれのインダクタンスが等しい。また、第1インダクタンス素子L1と第2インダクタンス素子L2は、磁束を強め合うように互いに磁気的に結合している。ここで、結合していない状態での第1インダクタンス素子L1のインダクタンスをL10、結合していない状態での第2インダクタンス素子L2のインダクタンスをL20、両者の相互インダクタンスをM、結合係数をk、結合している状態での第1のインダクタンス素子L1のインダクタンスをL1、結合している状態での第2のインダクタンス素子L2のインダクタンスをL2で表すと、Tx1,Tx2とコンデンサC1との間に接続されているインダクタの実効インダクタンスLは、
L=L10+L20+2M
=L10+L20+2k×√(L10*L20)
L1=L2=L/2
で表される。
例えば結合係数k=0のときにL1,L2の必要なインダクタンスL10,L20が800nHであるとすると(L1=L2=L10=L20=800nH)、結合係数k=0.85のときにL1,L2を800nHとするのに必要なインダクタンスL10,L20は432nHである。すなわち約0.54倍に小型化できる。また、必要なインダクタンスを得るに要するループ状導体の長さを短縮化でき、その分、直流抵抗を低減できる。
整合回路30は、3つのコンデンサC2,C3,C4によって、フィルタ回路20と放射素子40とをインピーダンス整合させる。
RFIC素子10の受信端子RxとコンデンサC1の一方端とは接続されていて、受信信号が受信端子Rxに入力される。
RFIC素子10は送信端子Tx1,Tx2から13.56MHzの矩形波信号を平衡出力する。これにより、フィルタ回路20および整合回路30を介して放射素子40が駆動され、放射素子40から13.56MHzの磁界が放射される。この放射素子40にRFIDタグが近接していると、そのRFIDタグは前記磁界信号を受けて電力を受電するとともに自身のIDに基づいてRFIDタグ内の無線ICのインピーダンスを変化させ、RFIDタグ側のアンテナ共振回路のインピーダンスを変化させる(ASK変調する)。このことにより、RFIDタグはエネルギーの反射によってIDを応答することになる。
RFIC素子10は前記ASK変調された応答信号を受けてIDを復号化する。RFIC素子10側からデータやコマンドを送信する場合には、前記13.56MHzの駆動電圧(電流)をASK変調する。RFIDタグは受信した搬送波の強度変化を復号化することによりRFIC素子10からのデータやコマンドを受信することになる。
図3は、図2に示したフィルタ回路20が、複数の磁性体層を積層してなる多層基板に内蔵された状態を示す図である。図3(A)は内部導体層を透視した斜視図、図3(B)はそれを厚み方向に拡大表示した斜視図である。また、図4は多層基板の各導体層の平面図、図5は各導体層間を繋ぐビア導体の接続関係を示す図である。
図4、図5において(a)層は最下層、(k)層は最上層である。また、図5においてビア導体を細線の直線で表している。
図3(B)等に表れているように、多層基板MBの内部に、複数のループ状導体が積層されてヘリカル状に巻回された第1の積層型コイル素子で第1インダクタンス素子L1が構成され、複数のループ状導体が積層されてヘリカル状に巻回された第2の積層型コイル素子で第2インダクタンス素子L2が構成されている。
多層基板MBの上面には端子電極P21A,P21B,P22A,P22Bが形成されている。また、多層基板MBの下面には端子電極P11,P12が形成されている。これらの端子電極は図2に示した回路中に同符号で示した箇所にそれぞれ対応している。後に示すように、コンデンサC1に相当するチップコンデンサが端子電極P21B,P22Bに搭載される。また、コンデンサC2,C3に相当するチップコンデンサの一方端が端子電極P21A,P22Aにそれぞれ接続されるように搭載される。端子電極P11,P12にはRFIC素子10が接続される。
図6(A)は図3に示した第1インダクタンス素子L1と第2インダクタンス素子L2との配置関係を簡略化して表した斜視図である。図6(B)はその比較例の図である。本発明では、第1インダクタンス素子L1は、複数のループ状導体が積層された第1の積層型コイル素子で構成され、第2インダクタンス素子L2は、複数のループ状導体が積層された第2の積層型コイル素子で構成され、第1の積層型コイル素子のループ状導体の巻回軸および第2の積層型コイル素子のループ状導体の巻回軸はほぼ同一直線上に重なっている。すなわち同軸関係にある。そのため、平面視したとき、第1の積層型コイル素子の開口面と第2の積層型コイル素子の開口面が重なる。さらに、図3(B)、図6(A)に示した例では、前記第1の積層型コイル素子のループ状導体と前記第2の積層型コイル素子のループ状導体とは交互に積層されている。このようなループ状導体の配置によって、第1インダクタンス素子L1と第2インダクタンス素子L2の結合係数kは約0.85となる。
比較例である図6(B)のように、第1インダクタンス素子L1を構成する第1の積層型コイル素子と、第2インダクタンス素子L2を構成する第2の積層型コイル素子とが横並びで並置されると、第1インダクタンス素子L1と第2インダクタンス素子L2との結合係数kはほぼ0である。
図7(A)は、図2に示したRFIDデバイス50の平面図、図7(B)はその下面図である。図7(A)に表れているように、多層基板MBの上面にチップコンデンサC1,C2,C3,C41,C42、ESD保護素子E1,E2がそれぞれ実装されている。ここでコンデンサC1,C2,C3は図2の図中に同符号で示した素子にそれぞれ対応する。また、コンデンサC41,C42は並列接続されていて、図2におけるコンデンサC4に対応する。ESD保護素子E1,E2は図2に示した放射素子40とグランドとの間に配置される。
図7(B)に表れているように、多層基板MBの下面には、送信端子Tx1,Tx2の接続端子(2)(3)、受信端子Rxの接続端子(4)、放射素子40の接続端子(6)(7)、グランド端子(5)(8)、NC端子(1)が形成されている。
図3に示した第1のインダクタンス素子L1と第2のインダクタンス素子L2は結合係数kが約0.85と、強く結合しているので、必要なインダクタンスを得るに要するサイズを小型化でき、多層基板MBのサイズを小さくでき、RFIDデバイス50のサイズを小さくできる。第1インダクタンス素子L1および第2インダクタンス素子L2をチップインダクタで構成した場合には、15mm×6mm=90mm2程度のサイズを要するが、第1の実施形態によれば、第1、第2のインダクタンス素子を強く結合させることで小型化した上に、第1、第2のインダクタンス素子を多層基板にそれぞれの巻回軸がほぼ同一直線上に重なるように内蔵して第1、第2のインダクタンス素子を強く結合させることで小型化し、さらにチップコンデンサなどの素子を多層基板上に実装したことにより、3.2mm×2.5mm=8mm2となって、面積比が1/10以下となった。
図8は、前記RFIDデバイス50を用いたRFIDモジュール101の構成図である。RFIDデバイス50が小型化されたことにより、これをRFIC素子10に近接配置でき、RFIDモジュール101を小型化できる。
図9はRFIDタグ側の共振周波数と通信限界距離との関係を示す図である。特性曲線A,B,Cとフィルタ回路20および整合回路30の各素子の値との対応関係は次のとおりである。
特性曲線[A]
L1,L2:800nH
C1:65pF
C2,C3:18pF
特性曲線[B]
L1,L2:800nH
C1:65pF
C2,C3:23pF
特性曲線[C]
L1,L2:560nH
C1:90pF
C2,C3:18pF
75mm以内の通信距離範囲で通信することを条件にすると、特性曲線AのRFIDデバイスは、周波数帯域が13MHz〜16.4MHz(周波数帯域3.4MHz)の範囲で通信できる。また、特性曲線BのRFIDデバイスは、周波数帯域が12.7MHz〜16.9MHz(周波数帯域4.2MHz)の範囲で通信できる。比較例である特性曲線CのRFIDデバイスは、周波数帯域が13.6MHz〜16MHz(周波数帯域2.4MHz)の範囲で通信できる。
このように、特性曲線AのRFIDデバイスは帯域幅が比較的狭いが通信限界距離が大きいので、通信距離優先のRFIDデバイスとして用いることができる。また、特性曲線BのRFIDデバイスは通信限界距離が比較的短いが帯域幅が広いので、帯域幅優先のRFIDデバイスとして用いることができる。比較例である特性曲線CのRFIDデバイスに比較して通信距離および帯域幅ともに拡大できることが分かる。特に、前記帯域幅優先のRFIDデバイスの場合、帯域幅は4.2MHz/2.4MHz=1.75倍にも拡大できる。
《第2の実施形態》
図10は第2の実施形態に係るRFIDデバイスのフィルタ回路部の構成を示す図である。図10(A)は内部導体層を透視した斜視図、図10(B)はそれを厚み方向に拡大表示した斜視図である。図10(B)に表れているように、多層基板MBの内部に、複数のループ状導体が積層されてヘリカル状に巻回された第1の積層型コイル素子で第1インダクタンス素子L1が構成され、複数のループ状導体が積層されてヘリカル状に巻回された第2の積層型コイル素子で第2インダクタンス素子L2が構成されている。
多層基板MBの上面には端子電極P21A,P21B,P22A,P22Bが形成されている。また、多層基板MBの下面には端子電極P11,P12が形成されている。これらの端子電極は図2に示した回路中に同符号で示した箇所にそれぞれ対応している。
図11は、図10に示した第1インダクタンス素子L1と第2インダクタンス素子L2との配置関係を簡略化して表した斜視図である。
第1インダクタンス素子L1は、複数のループ状導体が積層された第1の積層型コイル素子で構成され、第2インダクタンス素子L2は、複数のループ状導体が積層された第2の積層型コイル素子で構成され、第1の積層型コイル素子のループ状導体の巻回軸および第2の積層型コイル素子のループ状導体の巻回軸はほぼ同一直線上に重なっている。但し、図3に示した例と異なり、前記第1の積層型コイル素子と第2の積層型コイル素子は個別に巻回した状態で積層されている。
このように、二つの積層型コイル素子を個別に巻回するように積層してもよい。このようなループ状導体の配置によって、第1インダクタンス素子L1と第2インダクタンス素子L2の結合係数kは約0.7となる。
なお、第1、第2のインダクタンス素子同士の結合係数を大きくするためには、
・第1の積層型コイル素子を構成するループ状導体のループ面と第2の積層型コイル素子を構成するループ状導体のループ面の対向面積率を大きくする。
・磁性体層の厚みを薄くする(隣接するループ状導体の間隔を狭くする)。
・透磁率の大きな磁性体層を用いる。
ことが有効である。
《第3の実施形態》
図12は第3の実施形態に係るRFIDモジュール103の回路図である。RFIDモジュール103は、RFIDデバイス50とブースター素子60とで構成されている。RFIDデバイス50にはRFIC素子10が接続される。
RFIDデバイス50は、フィルタ回路20、整合回路30および結合用放射素子40Cを備えている。なお、第3の実施形態ではフィルタ回路20、整合回路30および結合用放射素子40CでRFIDデバイス50を構成しているが、フィルタ回路20と結合用放射素子40CとでRFIDデバイス50を構成してもよい。
RFIC素子10は半導体集積回路で構成されていて、第1送信端子Tx1、第2送信端子Tx2および受信端子Rxを備えている。第1送信端子Tx1と第2送信端子Tx2とで送信信号を平衡出力する。また、受信端子Rxで受信信号を不平衡入力する。第1送信端子Tx1と第2送信端子Tx2は、特許請求の範囲に記載の「第1入出力端子」と「第2入出力端子」に相当する。
フィルタ回路20は第1インダクタンス素子L1、第2インダクタンス素子L2およびコンデンサC1で構成されている。第1インダクタンス素子L1の第1端はRFIC素子10の第1送信端子Tx1に接続され、第2インダクタンス素子L2の第1端はRFIC素子10の第2送信端子Tx2に接続され、第1インダクタンス素子L1および第2インダクタンス素子L2の第2端がコンデンサC1の両端に接続されている。このフィルタ回路20はRFIC素子10の送信信号に含まれる高調波成分を除去する。
整合回路30はコンデンサC2,C3,C4で構成されている。コンデンサC2の第1端はフィルタ回路20の第1出力端に接続され、コンデンサC3の第1端はフィルタ回路20の第2出力端に接続され、コンデンサC2,C3の第2端がコンデンサC4の両端に接続されている。
結合用放射素子40Cは例えばループ状コイル導体である。
前記第1インダクタンス素子L1と第2インダクタンス素子L2はそれぞれのインダクタンスが等しい。また、第1インダクタンス素子L1と第2インダクタンス素子L2は、磁束を強め合うように互いに磁気的に結合している。
結合用放射素子40Cはブースター素子60に磁気的に結合する。ブースター素子60は結合用放射素子40Cと結合して外部に対する放射素子として作用する。
この第3の実施形態は、結合用放射素子40Cおよびブースター素子60を備えた点以外は第1の実施形態のRFIDモジュール101の構成と同じである。
図13(A)は、図12に示したRFIDデバイス50の平面図、図13(B)はその断面図である。但し、図13(B)の断面図は厚み方向を拡大して表している。図13(A)に表れているように、多層基板MBの上面にチップコンデンサC1,C2,C3,C41,C42、ESD保護素子E1,E2がそれぞれ実装されている。ここでコンデンサC1,C2,C3は図12の図中に同符号で示した素子にそれぞれ対応する。また、コンデンサC41,C42は並列接続されていて、図12におけるコンデンサC4に対応する。ESD保護素子E1,E2は図12に示した結合用放射素子40Cとグランドとの間に配置される。
図13(B)に表れているように、結合用放射素子40Cは、フィルタ回路20および整合回路30に対して積層形成されている。
図14は、前記RFIDデバイス50を用いたRFIDモジュール103の分解斜視図である。このRFIDモジュール103は、ブースター素子60にRFIDデバイス50が搭載されることによって構成される。ブースター素子60は、絶縁基材61とその上面に形成されたブースター電極62とで構成されている。ブースター電極62は“C”字型の導体膜であり、RFIDデバイス50内の結合用放射素子と対向配置される。ブースター素子60は、平面視で、結合用放射素子と重なる導体領域、結合用放射素子のコイル開口部と重なる導体開口部(非導体領域)CA、及び導体領域の外縁と導体開口部CAとの間を連接するスリット部SLとを有する。図14中の二点差線はRFIDデバイス50を搭載する領域を示している。
図15は、結合用放射素子40Cのコイル導体に流れる電流およびブースター素子60のブースター電極62に流れる電流をそれぞれ示す図である。但し、これらの電流は、ブースター素子60に結合用放射素子を積層した状態での電流である。
図15に示すように、結合用放射素子40Cのコイル導体に電流EC3が流れると、このコイル導体から生じる磁束がブースター電極62に鎖交しようとするので、その磁束を遮るようにブースター電極62に、結合用放射素子40Cのコイル導体に流れる電流の向きとは反対方向の電流が生じる。導体開口部CAの周囲に流れる電流は、スリット部SLの周囲を通り、ブースター電極62の周囲に沿うように流れる。ブースター電極62の周囲に沿うように電流が流れることで、磁界の放射エリアが広がり、ブースター電極62は、磁界を増幅するブースターとしての役割を果たす。このように、結合用放射素子40Cのコイル導体とブースター電極62とは磁界を主として電磁界結合する。
前記電流EC3と電流EC21〜EC25が放射に寄与する。すなわち、結合用放射素子40Cとブースター素子60がアンテナとして作用する。
図16はRFIDタグ側の共振周波数と通信限界距離との関係を示す図である。特性曲線A,B,Cとフィルタ回路20および整合回路30の各素子の値との対応関係は次のとおりである。
特性曲線[A]
L1,L2:800nH
C1:65pF
C2,C3:18pF
特性曲線[B]
L1,L2:800nH
C1:65pF
C2,C3:23pF
特性曲線[C]
L1,L2:560nH
C1:90pF
C2,C3:18pF
85mm以内の通信距離範囲で通信することを条件にすると、特性曲線AのRFIDデバイスは、周波数帯域が13MHz〜16.4MHz(周波数帯域3.4MHz)の範囲で通信できる。また、特性曲線BのRFIDデバイスは、周波数帯域が12.7MHz〜16.9MHz(周波数帯域4.2MHz)の範囲で通信できる。比較例である特性曲線CのRFIDデバイスは、周波数帯域が13.6MHz〜16MHz(周波数帯域2.4MHz)の範囲で通信できる。
このように、特性曲線AのRFIDデバイスは帯域幅が比較的狭いが通信限界距離が大きいので、通信距離優先のRFIDデバイスとして用いることができる。また、特性曲線BのRFIDデバイスは通信限界距離が比較的短いが帯域幅が広いので、帯域幅優先のRFIDデバイスとして用いることができる。比較例である特性曲線CのRFIDデバイスに比較して通信距離および帯域幅ともに拡大できることが分かる。特に、前記帯域幅優先のRFIDデバイスの場合、帯域幅は4.2MHz/2.4MHz=1.75倍にも拡大できる。
《第4の実施形態》
図17は第4の実施形態に係るRFIDモジュール104の分解斜視図である。このRFIDモジュール104は、ブースター素子70とRFIDデバイス50とで構成されている。ブースター素子70は、絶縁基材71、その上面に形成されたブースターコイルパターン72および下面に形成されたブースターコイルパターン73で構成されている。図17においては、ブースターコイルパターン72,73についても絶縁基材71から分離した状態で図示している。
RFIDデバイス50は第3の実施形態で示したものと同じである。このRFIDデバイス50に内蔵されている結合用放射素子のコイルとブースターコイルパターン72,73とが磁気的に結合するように、RFIDデバイス50は絶縁基材71に搭載される。
このように導体コイルパターンでブースター素子を構成してもよい。
《第5の実施形態》
第5の実施形態では、結合用放射素子40Cの別の構成例を示す。図18(A)、図18(B)は第5の実施形態に係るRFIDデバイスの二つの構成を示す図である。第3の実施形態では、平面視で、多層基板内にフィルタ回路20および整合回路30と重なる位置関係に結合用放射素子40Cを配置した。図18(A)、図18(B)の例では、フィルタ回路20および整合回路30の側方に結合用放射素子40Cを配置している。図18(A)の例では、結合用放射素子40Cのループ面を多層基板の平面に対して平行に配置している。図18(B)の例では、結合用放射素子40Cのコイル軸方向を多層基板の平面に対して平行に配置している。
このように、結合用放射素子40Cをフィルタ回路20および整合回路30の側方に形成してもよい。
《他の実施形態》
以上に示した各実施形態では、複数のループ状導体が平面視で四角形または楕円形(長円形)である例を示したが、複数のループ状導体は平面視で円形や八角形であってもよいし、他の多角形状であってもよい。
また、多層基板の各層は必要に応じて非磁性体の誘電体層であってもよい。
また、図14に示したRFIDモジュール103ではブースター素子60を、図17に示したRFIDモジュール104ではブースター素子70を、それぞれアンテナとして用いたが、これらのブースター素子と電磁界結合する放射導体をさらに設けて、この放射導体をブースター素子とともにアンテナとして作用させてもよい。
さらに、整合回路はキャパシタンス素子だけでなく、必要に応じてインダクタンス素子のみまたはキャパシタンス素子とインダクタンス素子で構成してもよい。
C1,C2,C3,C4…コンデンサ
C41,C42…コンデンサ
CA…導体開口部
E1,E2…ESD保護素子
L1…第1のインダクタンス素子
L2…第2のインダクタンス素子
MB…多層基板
P11,P12…端子電極
P21A,P21B,P22A,P22B…端子電極
Rx…受信端子
SL…スリット部
Tx1,Tx2…送信端子
10…RFIC素子
20…フィルタ回路
30…整合回路
40…放射素子
40C…結合用放射素子
50…RFIDデバイス
60,70…ブースター素子
61,71…絶縁基材
62…ブースター電極
72,73…ブースターコイルパターン
101〜104…RFIDモジュール
(1)本発明のRFIDモジュールは、第1入出力端子および第2入出力端子を有するRFIC素子と、前記第1入出力端子に接続された第1インダクタンス素子、および、前記第2入出力端子に接続されたた第2インダクタンス素子を含んで構成され、前記RFIC素子の高調波成分を除去するためのフィルタ回路と、前記フィルタ回路に接続された放射素子と、を有し、前記第1インダクタンス素子と前記第2インダクタンス素子とは、前記第1入出力端子と前記第2入出力端子とに平衡信号が入出力されるときに、前記第1インダクタンス素子と前記第2インダクタンス素子とは、互いに磁束を強め合うように磁気的に結合するように配置されていることを特徴としている。
(1)本発明のRFIDモジュールは、平衡信号用の第1入出力端子および第2入出力端子を有するRFIC素子と、前記第1入出力端子に接続された第1インダクタンス素子、前記第2入出力端子に接続され第2インダクタンス素子、および前記第1インダクタンス素子と前記第2インダクタンス素子との間に接続されたキャパシタンス素子を含んで構成され、前記RFIC素子から発生する高調波成分を除去するためのフィルタ回路と、前記フィルタ回路に接続された放射素子と、を有し、前記第1インダクタンス素子および前記第2インダクタンス素子は、複数の磁性体層を積層してなる多層基板に内蔵されていて、前記キャパシタンス素子は、前記多層基板上に搭載されており、前記第1インダクタンス素子と前記第2インダクタンス素子とは、前記第1入出力端子と前記第2入出力端子とに平衡信号が入出力されるときに、前記第1インダクタンス素子と前記第2インダクタンス素子とは、互いに磁束を強め合うように磁気的に結合するように配置されていることを特徴としている。
(6)前記整合回路の前記インダクタンス素子または前記キャパシタンス素子は、例えば前記多層基板の表面に搭載される。この構造により、全体に殆ど大型化することなく整合回路を設けることができる。
(7)必要に応じて、前記放射素子に電磁界を介して結合されて無線信号の受信または送信を行うブースター素子をさらに備えることが好ましい。
(8)(7)において、前記放射素子はコイル状導体で構成され、このコイル状導体と前記ブースター素子とは互いに電磁界結合していることが好ましい。
(9)(7)または(8)において、前記放射素子は前記多層基板に内蔵されていることが好ましい。この構造により、全体に殆ど大型化することなく放射素子を設けることができる。
(10)本発明のRFIDデバイスは、第1入出力端子および第2入出力端子を有するRFIC素子と、放射素子との間に設けられ、フィルタ部分の構成を前述のとおりとする。
(11)(10)において、前記フィルタ回路の前記放射素子側に接続され、インダクタンス素子およびキャパシタンス素子、またはインダクタンス素子もしくはキャパシタンス素子を含んで構成される整合回路を備えていることが好ましい。

Claims (12)

  1. 第1入出力端子および第2入出力端子を有するRFIC素子と、
    前記第1入出力端子に接続された第1インダクタンス素子、および、前記第2入出力端子に接続されたた第2インダクタンス素子を含んで構成され、前記RFIC素子の高調波成分を除去するためのフィルタ回路と、
    前記フィルタ回路に接続された放射素子と、を有し、
    前記第1インダクタンス素子と前記第2インダクタンス素子とは、互いに磁気結合していることを特徴とするRFIDモジュール。
  2. 前記第1インダクタンス素子と前記第2インダクタンス素子との結合係数は0.7以上である、請求項1に記載のRFIDモジュール。
  3. 前記フィルタ回路と前記放射素子との間に接続され、インダクタンス素子およびキャパシタンス素子、またはインダクタンス素子もしくはキャパシタンス素子を含んで構成される整合回路を備えた、請求項1または2に記載のRFIDモジュール。
  4. 前記第1インダクタンス素子は、複数のループ状導体が積層された第1の積層型コイル素子で構成され、前記第2インダクタンス素子は、複数のループ状導体が積層された第2の積層型コイル素子で構成され、前記第1の積層型コイル素子のループ状導体の巻回軸および前記第2の積層型コイル素子のループ状導体の巻回軸はほぼ同一直線上に重なっている、請求項1〜3のいずれかに記載のRFIDモジュール。
  5. 前記第1の積層型コイル素子の前記ループ状導体と前記第2の積層型コイル素子の前記ループ状導体とは交互に積層されている、請求項4に記載のRFIDモジュール。
  6. 前記第1インダクタンス素子および前記第2インダクタンス素子は、複数の磁性体層を積層してなる多層基板に内蔵されている、請求項1〜5のいずれかに記載のRFIDモジュール。
  7. 前記整合回路の前記インダクタンス素子または前記キャパシタンス素子は、前記多層基板の表面に搭載されている、請求項6に記載のRFIDモジュール。
  8. 前記放射素子に電磁界を介して結合されて無線信号の受信または送信を行うブースター素子をさらに備えた、請求項1〜7のいずれかに記載のRFIDモジュール。
  9. 前記放射素子はコイル状導体で構成され、このコイル状導体と前記ブースター素子とは互いに電磁界結合している、請求項8に記載のRFIDモジュール。
  10. 前記放射素子は前記多層基板に内蔵されている、請求項8または9に記載のRFIDモジュール。
  11. 第1入出力端子および第2入出力端子を有するRFIC素子と、放射素子との間に設けられるRFIDデバイスであって、
    前記第1入出力端子に接続された第1インダクタンス素子、および、前記第2入出力端子に接続されたた第2インダクタンス素子を含んで構成され、前記RFIC素子の高調波成分を除去するためのフィルタ回路を有し、前記第1インダクタンス素子と前記第2インダクタンス素子とは、互いに磁気結合していることを特徴とするRFIDデバイス。
  12. 前記フィルタ回路の前記放射素子側に接続され、インダクタンス素子およびキャパシタンス素子、またはインダクタンス素子もしくはキャパシタンス素子を含んで構成される整合回路を備えた、請求項11に記載のRFIDデバイス。
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