JPWO2013132546A1 - 通信装置 - Google Patents

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Abstract

RFIDタグ(1)は、近接無線通信により信号を送受信するアンテナコイル(111)と、アンテナコイル(111)によって送受信される信号を処理する信号処理回路(121)と、アンテナコイル(111)と信号処理回路(121)との間に直列に配置された容量性素子(112)と、容量性素子(112)の容量値を制御する制御部(122)とを備え、制御部(122)は、外部電源から電圧が印加されているか否かに応じて、容量性素子(112)の容量値を変化させる。

Description

本発明は、近接無線通信を利用して通信する通信装置に関するものである。
従来、RFID(Radio Frequency IDentification)などを用いて機器間で近接無線通信を行う技術が提案されている。このような近接無線通信において、リーダ/ライタとRFIDタグとの通信距離は、近接無線通信の通信規格によって異なる。近接無線通信の通信規格は、現在、Type A、Type B及びType Fの3種類があり、各通信規格で変調方式などが異なるため、最適なアンテナの整合条件が異なっている。
通常、リーダ/ライタとRFIDタグとのアンテナの整合条件は予め固定されている。そのため、複数の通信規格に対応したリーダ/ライタとRFIDタグとが通信する場合、1つの通信規格に整合条件を合わせると、他の通信規格においては通信距離が充分に確保できないおそれがある。
また、リーダ/ライタとRFIDタグとの通信距離は、外部電源から電圧を印加するか否かによっても異なる。さらに、リーダ/ライタのアンテナの種類によっては、RFIDタグのアンテナと整合条件が異なる場合がある。さらにまた、RFIDタグには、製造バラツキが存在し、この製造バラツキによって共振周波数が変化し、通信距離に影響を与える。
例えば、特許文献1には、アンテナコイルの電流と電圧との少なくとも一方を検出し、検出に基づいてアンテナコイルの共振インピーダンスを変えるために、共振回路同調システムの可変の容量性素子を調整することが開示されている。
特許文献1では、アンテナコイルの電圧値を利用して容量性素子を調整している。しかしながら、通信規格によっては搬送波の周波数とデータ変調信号の周波数とは大きく異なっており、RFIDタグが外部電源から電圧を印加されて動作する場合はRFIDタグがリーダ/ライタからの搬送波のエネルギーで動作しない。そのため、RFIDタグのアンテナの整合調整を、アンテナコイルの電圧値が最大になる搬送波の周波数ではなく、データ変調信号の周波数で共振するように調整することによって、通信距離がより増大する場合が多い。
特表2009−543442号公報
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、最適な通信距離に調整することができる通信装置を提供することを目的とするものである。
本発明の一局面に係る通信装置は、近接無線通信により信号を送受信するアンテナと、前記アンテナによって送受信される信号を処理する信号処理回路と、前記アンテナと前記信号処理回路との間に直列に配置された容量性素子と、前記容量性素子の容量値を制御する制御部とを備え、前記制御部は、外部電源から電圧が印加されているか否かに応じて、前記容量性素子の容量値を変化させる。
この構成によれば、アンテナは、近接無線通信により信号を送受信する。信号処理回路は、アンテナによって送受信される信号を処理する。容量性素子は、アンテナと信号処理回路との間に直列に配置される。制御部は、容量性素子の容量値を制御する。そして、制御部は、外部電源から電圧が印加されているか否かに応じて、容量性素子の容量値を変化させる。
本発明によれば、外部電源から電圧が印加されているか否かに応じて、容量性素子の容量値が変化されるので、外部電源から電圧が印加されている場合と外部電源から電圧が印加されていない場合とで最適な通信距離に調整することができる。
本発明の目的、特徴及び利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
本発明の実施の形態における通信システムの全体構成を示す図である。 図1に示す送信受信部の詳細な構成を示す図である。 本実施の形態の変形例における送信受信部の詳細な構成を示す図である。 図1に示す送信受信部及び信号処理部の入力等価抵抗を表す図である。 図1に示す送信受信部の共振特性を示す図である。 通信規格が“Type F”である場合のスペクトルを示す図である。 通信規格が“Type B”である場合のスペクトルを示す図である。 通信規格が“Type F”であり、容量値を変化させる場合の共振特性について説明するための図である。 通信規格が“Type F”であり、容量値及びインダクタンスを変化させる場合の共振特性について説明するための図である。 外部電源から電圧が印加される場合の通信距離のアンテナ依存特性について説明するための図である。 外部電源から電圧が印加されない場合の通信距離のアンテナ依存特性について説明するための図である。 本実施の形態における通信システムの動作について説明するためのシーケンス図である。 メモリに記憶されている参照テーブルの一例を示す図である。 容量性素子の容量値のサーチ処理の一例を示すフローチャートである。
以下添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
図1は、本発明の実施の形態における通信システムの全体構成を示す図であり、図2は、図1に示す送信受信部の詳細な構成を示す図である。図1に示す通信システムは、RFIDタグ1と、リーダ/ライタ2とを備える。なお、リーダ/ライタ2はイニシエータ、RFIDタグ1はターゲットといわれる場合もある。
RFIDタグ1と、リーダ/ライタ2とは、近接無線通信により互いに信号を送受信する。
RFIDタグ1は、送信受信部11、信号処理部12及び外部電源端子13を備える。RFIDタグ1及びリーダ/ライタ2の互いのアンテナコイルが磁束結合されることにより、信号が伝達される。
送信受信部11は、リーダ/ライタ2へ信号を送信するとともに、リーダ/ライタ2から信号を受信する。なお、送信信号は、信号処理部12から送信受信部11へ出力され、受信信号は、送信受信部11から信号処理部12へ出力される。
図2に示すように、送信受信部11は、アンテナコイル111、容量性素子112及びスイッチ113を備える。アンテナコイル111は、第1のアンテナコイル111a及び第2のアンテナコイル111bを含む。
第2のアンテナコイル111bは、第1のアンテナコイル111aとはインダクタンスが異なる。本実施の形態では、近接無線通信として、13.56MHz帯を用いるHF(High Frequency)帯域のRFIDを用いる。アンテナコイル111(第1のアンテナコイル111a又は第2のアンテナコイル111b)は、リーダ/ライタ2から送信された信号を受信する。
容量性素子112は、例えば可変コンデンサであり、アンテナコイル111(第1のアンテナコイル111a及び第2のアンテナコイル111b)と信号処理回路121との間に直列に配置される。容量性素子112は、制御部122からの制御信号に応じて容量値を変化させることが可能である。
スイッチ113は、制御部122からの制御信号に応じて第1のアンテナコイル111a及び第2のアンテナコイル111bのいずれかに切り替え、第1のアンテナコイル111a及び第2のアンテナコイル111bのいずれかと、信号処理回路121とを接続する。
信号処理部12は、信号処理回路121、制御部122、メモリ123及び電圧モニタ部124を備える。外部電源端子13は、外部電源からの電圧の供給を受け付ける端子である。
電圧モニタ部124は、外部電源端子13に外部から電圧が印加されているか否かをモニタする。電圧モニタ部124は、外部電源端子13に外部から電圧が印加されているか否かを表す動作モード情報を作成し、制御部122へ出力する。電圧モニタ部124は、外部電源端子13から信号処理回路121へ供給される電圧をモニタする。電圧モニタ部124は、制御部122からの動作モード読み出し命令を受け取るとともに、受け取った動作モード読み出し命令に応じて動作モード情報を制御部122へ出力する。電圧モニタ部124は、電圧が検知された場合、外部電源からの電圧供給により動作する動作モードであると判断し、電圧が検知されない場合、外部電源からの電圧供給ではなく、磁界信号を受けた送信受信部11からの磁界エネルギーにより動作する動作モードであると判断する。
信号処理回路121は、送信受信部11によって送受信される信号を処理する。信号処理回路121は、送信受信部11からの受信信号をアナログ/デジタル変換するとともに、送信受信部11への送信信号をデジタル/アナログ変換する。信号処理回路121は、外部電源からの電圧供給により動作する動作モードと、磁界信号を受けた送信受信部11からの磁界エネルギーにより動作する動作モードとのいずれかの動作モードにより動作する。
メモリ123は、外部電源から電圧が印加されているか否かと複数の通信規格とに容量値及びアンテナコイルを対応付けた参照テーブルを記憶する。
なお、本実施の形態では、メモリ123は、外部電源から電圧が印加されているか否かと複数の通信規格に容量値及びアンテナコイルを対応付けた参照テーブルを記憶しているが、本発明は特にこれに限定されない。RFIDタグ1が1つの通信規格にのみ対応している場合、メモリ123は、外部電源から電圧が印加されているか否かに容量値及びアンテナコイルを対応付けた参照テーブルを記憶してもよい。また、メモリ123は、外部電源から電圧が印加されているか否かに容量値を対応付けた参照テーブルを記憶してもよく、さらに、メモリ123は、外部電源から電圧が印加されているか否かにアンテナコイルを対応付けた参照テーブルを記憶してもよい。
制御部122は、容量性素子112の容量値を制御するための制御信号を送信受信部11へ出力する。また、制御部122は、互いにインダクタンスの異なる第1及び第2のアンテナコイル111a,111bを切り替えるための制御信号を送信受信部11へ出力する。制御部122は、外部電源から電圧が印加されているか否かに応じて、容量性素子112の容量値を変化させる。制御部122は、外部電源から電圧が印加されているか否かに応じて、複数のアンテナコイル(第1のアンテナコイル111a及び第2のアンテナコイル111b)のいずれかに切り替えるようスイッチ113を制御する。
制御部122は、外部電源から電圧が印加されている場合、外部電源から電圧が印加されていない場合よりも通信距離が長くなるように、容量性素子112の容量値を変化させる。また、制御部122は、外部電源から電圧が印加されている場合、外部電源から電圧が印加されていない場合よりも通信距離が長くなるように、複数のアンテナコイルのいずれかに切り替えるようスイッチ113を制御する。
制御部122は、受信された信号に含まれる通信規格情報と、電圧モニタ部124によって出力された動作モード情報とに対応する容量値及びアンテナコイルを参照テーブルから読み出し、容量性素子112の現在の容量値を、読み出した容量値に変化させるとともに、現在のアンテナコイルを、読み出したアンテナコイルに切り替える。
なお、制御部122は、電圧モニタ部124によって出力された動作モード情報に対応する容量値を参照テーブルから読み出し、容量性素子112の現在の容量値を、読み出した容量値に変化させてもよい。また、制御部122は、受信された信号に含まれる通信規格情報と、電圧モニタ部124によって出力された動作モード情報とに対応する容量値を参照テーブルから読み出し、容量性素子112の現在の容量値を、読み出した容量値に変化させてもよい。さらに、制御部122は、電圧モニタ部124によって出力された動作モード情報に対応する容量値及びアンテナコイルを参照テーブルから読み出し、容量性素子112の現在の容量値を、読み出した容量値に変化させるとともに、現在のアンテナコイルを、読み出したアンテナコイルに切り替えてもよい。
さらに、データ通信途中に通信が途切れた場合、またはポーリング通信が成功したにもかかわらずデータ通信がスタートしない場合において、制御部122が容量値を変化させながら、信号処理回路121がデータ信号の受信動作を実施し、制御部122は、データ信号が受信された時点における容量値で容量性素子112を制御する。
リーダ/ライタ2は、送信受信部21、信号処理部22及び外部電源端子23を備える。なお、送信受信部21、信号処理部22及び外部電源端子23の構成は、RFIDタグ1の送信受信部11、信号処理部12及び外部電源端子13と同じであるので説明を省略する。
なお、図2に示す送信受信部11は、第1及び第2のアンテナコイル111a,111bと、容量性素子112と、スイッチ113とを備えているが、本発明は特にこれに限定されない。送信受信部11は、1つのアンテナコイル111と、容量性素子112とを備えてもよい。図3は、本実施の形態の変形例における送信受信部の詳細な構成を示す図である。
図3に示すように、本実施の形態の変形例における送信受信部11’は、アンテナコイル111と、容量性素子112とを備える。本実施の形態の変形例における送信受信部11’は、容量性素子112の容量値を変更することは可能であるが、アンテナコイルを切り替えることはできない。
本実施の形態の変形例における送信受信部11’の構成は、アンテナコイルを切り替えないこと以外は、図2に示す送信受信部11と同じ構成であるので、説明を省略する。
また、本実施の形態の送信受信部11は、2つのアンテナコイルを備えているが、本発明は特にこれに限定されず、3つ以上のアンテナコイルを備えてもよい。
なお、本実施の形態において、RFIDタグ1及びリーダ/ライタ2が通信装置の一例に相当し、アンテナコイル111がアンテナの一例に相当し、信号処理回路121が信号処理回路の一例に相当し、容量性素子112が容量性素子の一例に相当し、制御部122が制御部の一例に相当し、第1のアンテナコイル111a及び第2のアンテナコイル111bが複数のアンテナコイルの一例に相当し、スイッチ113がスイッチの一例に相当し、メモリ123が記憶部の一例に相当し、電圧モニタ部124が電圧モニタ部の一例に相当する。
次に、図1に示す送信受信部11の共振特性について説明する。図4は、図1に示す送信受信部及び信号処理部の入力等価抵抗を表す図であり、図5は、図1に示す送信受信部の共振特性を示す図である。なお、図5において、縦軸は電流値Iを表し、横軸は周波数を表している。また、図4に示す構成図は、説明を簡単にするため、アンテナコイルが1つの場合について示している。
図4に示すように、送信受信部11は、回路で表すと、インダクタ(インダクタンスL)と、抵抗(抵抗値R)と、容量性素子(容量C)とで構成され、信号処理部12は、回路で表すと、負荷抵抗(抵抗値RL)で構成される。
この場合、選択度Q値は、RL(L/C)0.5であり、共振周波数ωは、1/(LC)0.5である。図5に示すように、インダクタンスLが大きくなると、共振特性は急峻になり、電流値ピークIは大きくなる。一方、インダクタンスLが小さくなると、共振特性はなだらかになり、電流値ピークIは小さくなる。
通常、外部電源から電圧が印加されておらず、アンテナコイルの磁界エネルギーにより動作する場合、外部電源から電圧が印加されていない場合と比較して、通信距離は短くなる。このように、外部電源からの電圧の有無によって通信距離は変化し、外部電源から電圧が印加されている否かに応じて、容量性素子の容量値及びアンテナコイルのインダクタンスを変化させることによって通信距離を増大することが可能である。
さらに、現在、近接無線通信には、“Type A”、“Type B”及び“Type F”の3種類の通信規格が存在している。これらの3つの通信規格は、それぞれアンテナの整合条件が異なっている。そのため、3つの通信規格のうちのいずれの通信規格の近接無線通信により通信が行われるかに応じて、容量性素子の容量値及びアンテナコイルのインダクタンスを変化させることによって通信距離を増大することが可能である。
図6は、通信規格が“Type F”である場合のスペクトルを示す図であり、図7は、通信規格が“Type B”である場合のスペクトルを示す図である。なお、図6及び図7の横軸は周波数を表している。
図6に示すように、通信規格が“Type F”である場合、13.56MHzの搬送波の近傍に変調信号が存在する。また、図7に示すように、通信規格が“Type B”である場合、13.56MHzの搬送波の2つの副搬送波の近傍に変調信号が存在する。
このように、通信規格によって変調信号の位置は異なる。
図8は、通信規格が“Type F”であり、容量値を変化させる場合の共振特性について説明するための図であり、図9は、通信規格が“Type F”であり、容量値及びインダクタンスを変化させる場合の共振特性について説明するための図である。
図8に示す共振特性201は、外部電源から電圧が印加されない場合の共振特性を表し、共振特性202は、外部電源から電圧が印加される場合の共振特性の例を表している。また、図9に示す共振特性203は、外部電源から電圧が印加されない場合の共振特性を表し、共振特性204は、外部電源から電圧が印加される場合の共振特性の例を表している。
図8では、外部電源から電圧が印加されない場合、制御部122は、共振特性201が搬送波の周波数で最大となるように、容量性素子112の容量値を設定し、外部電源から電圧が印加される場合、制御部122は、共振特性202が搬送波の近傍の変調信号の周波数で最大となるように、容量性素子112の容量値を設定することによって通信距離を増大することが可能である。
また、図9に示すように、外部電源から電圧が印加されない場合、制御部122は、共振特性201が搬送波の周波数で最大かつ急峻となるように、容量性素子112の容量値及びアンテナコイルのインダクタンスを設定する。また、外部電源から電圧が印加される場合、制御部122は、共振特性202が搬送波の近傍の変調信号の周波数で最大かつなだらかとなるように、容量性素子112の容量値及びアンテナコイルのインダクタンスを設定する。
続いて、通信距離のアンテナ依存性について説明する。図10は、外部電源から電圧が印加される場合の通信距離のアンテナ依存特性について説明するための図であり、図11は、外部電源から電圧が印加されない場合の通信距離のアンテナ依存特性について説明するための図である。なお、図10及び図11において、縦軸は通信距離(mm)を表し、横軸は共振周波数(MHz)を表す。
図10において、アンテナ依存特性301は、巻き数が1ターンであるアンテナコイルのアンテナ依存特性を示し、アンテナ依存特性302は、巻き数が2ターンであるアンテナコイルのアンテナ依存特性を示し、アンテナ依存特性303は、巻き数が3ターンであるアンテナコイルのアンテナ依存特性を示している。
また、図11において、アンテナ依存特性311は、巻き数が1ターンであるアンテナコイルのアンテナ依存特性を示し、アンテナ依存特性312は、巻き数が2ターンであるアンテナコイルのアンテナ依存特性を示している。
図10に示すように、外部電源から電圧が印加される場合、巻き数が1ターンであるアンテナコイルの通信距離、巻き数が2ターンであるアンテナコイルの通信距離及び巻き数が3ターンであるアンテナコイルの通信距離は、いずれも共振周波数が13.36MHz近傍である場合に最大となっている。また、巻き数が1ターンであるアンテナコイルの通信距離は、巻き数が2ターンであるアンテナコイルの通信距離及び巻き数が3ターンであるアンテナコイルの通信距離よりも短くなっている。さらに、巻き数が3ターンであるアンテナコイルのアンテナ依存特性303は、巻き数が1ターンであるアンテナコイルのアンテナ依存特性301及び巻き数が2ターンであるアンテナコイルのアンテナ依存特性302よりもなだらかになっている。
一方、図11に示すように、外部電源から電圧が印加されない場合、巻き数が1ターンであるアンテナコイルの通信距離及び巻き数が2ターンであるアンテナコイルの通信距離は、いずれも共振周波数が13.56MHz近傍である場合に最大となっている。また、巻き数が1ターンであるアンテナコイルの通信距離は、巻き数が2ターンであるアンテナコイルの通信距離よりも長くなっている。さらに、巻き数が2ターンであるアンテナコイルのアンテナ依存特性312は、巻き数が1ターンであるアンテナコイルのアンテナ依存特性311よりもなだらかになっている。
このように、アンテナコイルの巻き数によって、通信距離は異なっており、通信距離は、アンテナコイルの巻き数、すなわち、アンテナコイルのインダクタンスに影響されることがわかる。また、通信距離は、外部電源から電圧が印加されているか否かによっても大きく異なることがわかる。
次に、本実施の形態における通信システムの動作について説明する。図12は、本実施の形態における通信システムの動作について説明するためのシーケンス図である。
まず、ステップS1において、リーダ/ライタ2の送信受信部21は、データを送信することを要求するための送信許可要求をRFIDタグ1へ送信する。なお、送信許可要求には、複数の通信規格のうちのどの通信規格で送信するかを表す規格情報が含まれる。
リーダ/ライタ2が複数の通信規格に対応している場合、送信受信部21は、送信許可応答を受信するまで、各通信規格に対応した通信方式で送信許可要求を順次送信する。すなわち、送信受信部21は、例えば“Type A”の通信規格に対応した通信方式で送信許可要求を送信し、送信許可応答を受信すれば、以降、“Type A”の通信規格に対応した通信方式でデータを送信する。一方、送信許可応答を受信しなければ、“Type B”の通信規格に対応した通信方式で送信許可要求を送信する。
次に、RFIDタグ1の送信受信部11は、送信受信部21によって送信された送信許可要求を受信する。送信受信部11は、受信した送信許可要求を信号処理回路121へ出力する。信号処理回路121は、送信受信部11によって受信された送信許可要求に所定の信号処理を施す。次に、信号処理回路121は、受信した送信許可要求に含まれる通信規格情報を制御部122へ出力する。
次に、ステップS2において、制御部122は、容量性素子112の容量値の変更処理及びアンテナコイルの切り替え処理を行う。
ここで、容量性素子112の容量値の変更処理及びアンテナコイルの切り替え処理について説明する。
まず、制御部122は、動作モード情報を要求するための動作モード読み出し命令を電圧モニタ部124に出力する。電圧モニタ部124は、制御部122からの動作モード読み出し命令を受け取ると、外部電源から電圧が印加されているか否かを表す動作モード情報を制御部122へ出力する。
次に、制御部122は、電圧モニタ部124から動作モード情報を取得する。次に、制御部122は、メモリ123に記憶されている参照テーブルを参照し、信号処理回路121から取得した通信規格情報と、電圧モニタ部124から取得した動作モード情報とに対応する容量値及びアンテナコイルを読み出す。
図13は、メモリ123に記憶されている参照テーブルの一例を示す図である。
図13に示すように、参照テーブルは、複数の通信規格と外部電源から電圧が印加されているか否かとに、容量値及びインダクタ(アンテナコイル)を対応付けている。例えば、通信規格“Type A”及び外部電源“印加あり”には、容量値C1及びインダクタL1が対応付けられており、通信規格“Type B”及び外部電源“印加あり”には、容量値C2及びインダクタL2が対応付けられており、通信規格“Type F”及び外部電源“印加あり”には、容量値C3及びインダクタL3が対応付けられており、通信規格“Type A”及び外部電源“印加なし”には、容量値C4及びインダクタL4が対応付けられており、通信規格“Type B”及び外部電源“印加なし”には、容量値C5及びインダクタL5が対応付けられており、通信規格“Type F”及び外部電源“印加なし”には、容量値C6及びインダクタL6が対応付けられている。
容量値C1〜C6は、それぞれ異なる値である。また、インダクタ(アンテナコイル)が固定されている場合、容量値C1は、容量値C4より大きく、容量値C2は、容量値C5より大きく、容量値C3は、容量値C6より大きい場合が多い。つまり、外部電源からの電圧が印加されない場合、外部電源からの電圧が印加される場合に比べて、共振周波数を高くしたほうがよい。そのため、f=1/{2π(LC)0.5}から、容量値C4が容量値C1より小さくなるように設定する。これにより、共振周波数を高くすることができる。
また、インダクタL1〜L6は、それぞれ異なるインダクタを表している。制御部122は、インダクタL1〜L6に対応するアンテナコイルを選択する。インダクタL1〜L6のインダクタンスは、上記の容量性素子112の容量値と同様の関係を有している。すなわち、容量性素子112の容量値が固定されている場合、インダクタL1のインダクタンスは、インダクタL4のインダクタンスより大きく、インダクタL2のインダクタンスは、インダクタL5のインダクタンスより大きく、インダクタL3のインダクタンスは、インダクタL6のインダクタンスより大きいことが好ましい。
なお、図13の参照テーブルでは、6つのインダクタL1〜L6が対応付けられているが、本発明は特にこれに限定されない。例えば、図2に示すように送信受信部11が2つのアンテナコイルを備える場合、2つのインダクタが、複数の通信規格と外部電源から電圧が印加されているか否かとに対応付けられる。
また、図13の参照テーブルでは、3つの通信規格と外部電源から電圧が印加されているか否かとに容量値及びインダクタを対応付けているが、本発明は特にこれに限定されない。例えば、RFIDタグ1が1つの通信規格にのみ対応している場合、外部電源から電圧が印加されているか否かのみに容量値及びインダクタを対応付けてもよい。また、図13の参照テーブルでは、複数の通信規格と外部電源から電圧が印加されているか否かとに容量値及びインダクタを対応付けているが、本発明は特にこれに限定されない。例えば、インダクタ(アンテナコイル)の切り替えができない場合、複数の通信規格と外部電源から電圧が印加されているか否かとに容量値のみを対応付けてもよい。
次に、制御部122は、読み出した容量値に容量性素子112の容量値を変更するための制御信号を送信受信部11へ出力するとともに、読み出したアンテナコイルに切り替えるための制御信号を送信受信部11へ出力する。
次に、送信受信部11の容量性素子112は、制御部122から出力された制御信号に基づいて容量値を変更する。次に、送信受信部11のスイッチ113は、制御部122から出力された制御信号に基づいてアンテナコイルを切り替える。
以上のようにして、容量性素子112の容量値の変更処理及びアンテナコイルの切り替え処理が行われる。
続いて、ステップS3において、制御部122は、送信許可要求に対する応答信号である送信許可応答をリーダ/ライタ2へ送信するための制御信号を信号処理回路121へ出力する。次に、信号処理回路121は、制御部122から出力された制御信号に基づいて送信許可応答を送信受信部11へ出力する。次に、送信受信部11は、信号処理回路121から出力された送信許可応答をリーダ/ライタ2へ送信する。次に、リーダ/ライタ2の送信受信部21は、RFIDタグ1の送信受信部11によって送信された送信許可応答を受信する。次に、送信受信部21は、受信した送信許可応答を信号処理部22へ出力する。
次に、ステップS4において、信号処理部22は、送信許可応答を受信すると、送信許可要求を送信した際の通信規格でデータ通信を開始する。
すなわち、信号処理部22は、RFIDタグ1へ送信すべきデータを送信受信部21へ出力し、送信受信部21は、信号処理部22から出力されたデータをRFIDタグ1へ送信する。RFIDタグ1の送信受信部11は、リーダ/ライタ2の送信受信部21によって送信されたデータを受信し、受信したデータを信号処理回路121へ出力する。信号処理回路121は、送信受信部11によって受信されたデータに所定の信号処理を施す。次に、信号処理回路121は、受信したデータを制御部122へ出力する。制御部122は、信号処理回路121から出力されたデータに基づいて、リーダ/ライタ2へ送信すべきデータを作成し、信号処理回路121へ出力する。信号処理回路121は、制御部122から出力されたデータを送信受信部11へ出力する。送信受信部11は、信号処理回路121から出力されたデータをリーダ/ライタ2へ送信する。
以上のように、リーダ/ライタ2とRFIDタグ1とのデータ通信が行われる。
ここで、リーダ/ライタ2とRFIDタグ1とのデータ通信中に何らかの原因で通信が途切れた場合、リーダ/ライタ2の送信受信部21は、ステップS5において、再度データ通信を行うためのリトライ要求をRFIDタグ1へ送信する。例えば、リーダ/ライタ2の信号処理部22の制御部は、所定の時間が経過してもRFIDタグ1からの応答がない場合、通信が途切れたと判断し、リトライ要求を送信するよう送信受信部21に指示する。
次に、RFIDタグ1の送信受信部11は、送信受信部21によって送信されたリトライ要求を受信する。送信受信部11は、受信したリトライ要求を信号処理回路121へ出力する。信号処理回路121は、送信受信部11によって受信されたリトライ要求に所定の信号処理を施す。次に、信号処理回路121は、受信したリトライ要求に応じて制御信号を制御部122へ出力する。
次に、ステップS6において、制御部122は、容量性素子112の容量値のサーチ処理を行う。図14は、容量性素子の容量値のサーチ処理の一例を示すフローチャートである。
まず、ステップS11において、制御部122は、変数nを0に設定する。
次に、ステップS12において、制御部122は、変数nをインクリメントする。
次に、ステップS13において、制御部122は、負の係数−a(aは整数)と、変数nと、容量値の変化量ΔCとを乗算し、その値を現在の容量値の設定値に加算して制御値を算出する。
次に、ステップS14において、制御部122は、算出した容量値に容量性素子112の容量値を変更する。すなわち、制御部122は、算出した容量値に容量性素子112の容量値を変更するための制御信号を送信受信部11へ出力する。送信受信部11の容量性素子112は、制御部122から出力された制御信号に基づいて容量値を変更する。
次に、ステップS15において、制御部122は、データ通信を再開する。すなわち、制御部122は、リーダ/ライタ2へ送信できなかったデータを信号処理回路121へ出力する。信号処理回路121は、制御部122から出力されたデータを送信受信部11へ出力する。送信受信部11は、信号処理回路121から出力されたデータをリーダ/ライタ2へ送信する。
次に、ステップS16において、制御部122は、データ通信可能であるか否かを判断する。すなわち、制御部122は、データを送信した後、リーダ/ライタ2によって送信されたデータを受信したか否かを判断することにより、データ通信可能であるか否かを判断する。制御部122は、リーダ/ライタ2からのデータが受信されれば、データ通信可能であると判断する。また、制御部122は、リーダ/ライタ2からのデータが受信されず、所定の時間が経過した場合、データ通信可能ではないと判断する。
ここで、データ通信可能であると判断された場合(ステップS16でYES)、制御部122は、リーダ/ライタ2とのデータ通信を継続し、容量性素子の容量値のサーチ処理を終了する。
一方、データ通信可能ではないと判断された場合(ステップS16でNO)、ステップS17において、制御部122は、変数nをインクリメントする。
次に、ステップS18において、制御部122は、正の係数+a(aは整数)と、変数nと、容量値の変化量ΔCとを乗算し、その値を現在の容量値の設定値に加算して制御値を算出する。
次に、ステップS19において、制御部122は、算出した容量値に容量性素子112の容量値を変更する。すなわち、制御部122は、算出した容量値に容量性素子112の容量値を変更するための制御信号を送信受信部11へ出力する。送信受信部11の容量性素子112は、制御部122から出力された制御信号に基づいて容量値を変更する。
次に、ステップS20において、制御部122は、データ通信を再開する。すなわち、制御部122は、リーダ/ライタ2へ送信できなかったデータを信号処理回路121へ出力する。信号処理回路121は、制御部122から出力されたデータを送信受信部11へ出力する。送信受信部11は、信号処理回路121から出力されたデータをリーダ/ライタ2へ送信する。
次に、ステップS21において、制御部122は、データ通信可能であるか否かを判断する。すなわち、制御部122は、データを送信した後、リーダ/ライタ2によって送信されたデータを受信したか否かを判断することにより、データ通信可能であるか否かを判断する。制御部122は、リーダ/ライタ2からのデータが受信されれば、データ通信可能であると判断する。また、制御部122は、リーダ/ライタ2からのデータが受信されず、所定の時間が経過した場合、データ通信可能ではないと判断する。
ここで、データ通信可能であると判断された場合(ステップS21でYES)、制御部122は、リーダ/ライタ2とのデータ通信を継続し、容量性素子の容量値のサーチ処理を終了する。
一方、データ通信可能ではないと判断された場合(ステップS21でNO)、制御部122は、ステップS12の処理へ戻り、変数nをインクリメントする。
以上のようにして、容量性素子の容量値のサーチ処理が行われる。上記のように、負の係数−a(aは整数)と、変数nと、容量値の変化量ΔCとを乗算し、乗算した値を現在の容量値に加算することにより、基準となる搬送波の周波数に対して、周波数が減少する方向へ共振周波数を移動させることができる。また、正の係数+a(aは整数)と、変数nと、容量値の変化量ΔCとを乗算し、乗算した値を現在の容量値に加算することにより、基準となる搬送波の周波数に対して、周波数が増加する方向へ共振周波数を移動させることができる。そのため、容量値を変化させることにより、最適な通信距離に調整することができる。
なお、図14では、容量性素子の容量値のサーチ処理のみが行われているが、アンテナコイルのサーチ処理をさらに行ってもよい。アンテナコイルのサーチ処理を行う場合、制御部122は、図14のステップS13又はS14の後、複数のアンテナコイルの中から1つのアンテナコイルを選択し、選択したアンテナコイルに切り替えるようにスイッチ113へ制御信号を出力する。スイッチ113は、制御部122からの制御信号に基づいてアンテナコイルを切り替える。そして、ステップS15において、制御部122は、データ通信を再開する。同様に、アンテナコイルのサーチ処理を行う場合、制御部122は、図14のステップS18又はS19の後、複数のアンテナコイルの中から1つのアンテナコイルを選択し、選択したアンテナコイルに切り替えるようにスイッチ113へ制御信号を出力する。
なお、容量値の変更とアンテナコイルの切り替えとはともに行われてもよいが、いずれか一方のみが行われてもよい。例えば、制御部122は、容量値のみを順次変更し、容量値の変更ができなくなった場合に、アンテナコイルを切り替え、再度容量値を順次変更する。これを繰り返すことにより、容量値の変更とアンテナコイルの切り替えとが行われる。
また、ステップS16又はS21において、通信可能であると判断された場合、制御部122は、変更された現在の容量値を、外部電源から電圧が印加されているか否かと通信規格とに対応付けて参照テーブルに記憶してもよい。
図12に戻って、ステップS7において、リーダ/ライタ2の送信受信部21は、RFIDタグ1の送信受信部11によって送信されたデータを受信し、受信したデータを信号処理部22へ出力する。信号処理部22は、RFIDタグ1からデータを受信すると、データ通信を再開する。
なお、リーダ/ライタ2においても、図12のステップS2の容量値の変更処理及びアンテナコイルの切り替え処理と同じ処理が行われてもよい。すなわち、図12のステップS8において、リーダ/ライタ2の信号処理部22の制御部は、容量性素子の容量値の変更処理及びアンテナコイルの切り替え処理を行う。リーダ/ライタ2における容量性素子の容量値の変更処理及びアンテナコイルの切り替え処理は、RFIDタグ1における容量性素子の容量値の変更処理及びアンテナコイルの切り替え処理と同じであるので説明を省略する。
また、リーダ/ライタ2においても、図12のステップS6の容量値のサーチ処理(及びアンテナコイルのサーチ処理)と同じ処理が行われる。すなわち、図12のステップS9において、リーダ/ライタ2の信号処理部22の制御部は、容量値のサーチ処理(及びアンテナコイルのサーチ処理)を行う。リーダ/ライタ2における容量値のサーチ処理(及びアンテナコイルのサーチ処理)は、RFIDタグ1における容量値のサーチ処理(及びアンテナコイルのサーチ処理)と同じであるので説明を省略する。
このように、本実施の形態では、外部電源から電圧が印加されているか否かに応じて、容量性素子112の容量値が変化されるので、外部電源から電圧が印加されている場合と外部電源から電圧が印加されていない場合とで最適な通信距離に調整することができる。
なお、本実施の形態におけるRFIDタグ1は、第1及び第2のアンテナコイル111a,111bと信号処理回路121との間に直列に配置された容量性素子112と、第1及び第2のアンテナコイル111a,111bのいずれかに切り替えるスイッチ113とを備えているが、本発明は特にこれに限定されない。容量性素子は、第1のアンテナコイル111aと信号処理回路121との間に直列に配置された第1の容量性素子と、第1の容量性素子とは容量値が異なり、第2のアンテナコイル111bと信号処理回路121との間に直列に配置された第2の容量性素子とを含み、RFIDタグ1は、第1及び第2の容量性素子のいずれかに切り替えるスイッチをさらに備えてもよい。この場合、第1及び第2のアンテナコイル111a,111bのインダクタンスは、互いに同じであっても、互いに異なっていてもよい。
このように、RFIDタグ1は、可変の容量性素子を備えるのではなく、複数のアンテナコイルと信号処理回路との間に直列にそれぞれ配置された、容量値が互いに異なる複数の容量性素子を備えてもよい。制御部122は、外部電源から電圧が印加されているか否かに応じて、複数の容量性素子を切り替えることにより、容量性素子の容量値を変化させてもよい。
なお、上述した具体的実施形態には以下の構成を有する発明が主に含まれている。
本発明の一局面に係る通信装置は、近接無線通信により信号を送受信するアンテナと、前記アンテナによって送受信される信号を処理する信号処理回路と、前記アンテナと前記信号処理回路との間に直列に配置された容量性素子と、前記容量性素子の容量値を制御する制御部とを備え、前記制御部は、外部電源から電圧が印加されているか否かに応じて、前記容量性素子の容量値を変化させる。
この構成によれば、アンテナは、近接無線通信により信号を送受信する。信号処理回路は、アンテナによって送受信される信号を処理する。容量性素子は、アンテナと信号処理回路との間に直列に配置される。制御部は、容量性素子の容量値を制御する。そして、制御部は、外部電源から電圧が印加されているか否かに応じて、容量性素子の容量値を変化させる。
したがって、外部電源から電圧が印加されているか否かに応じて、容量性素子の容量値が変化されるので、外部電源から電圧が印加されている場合と外部電源から電圧が印加されていない場合とで最適な通信距離に調整することができる。
また、上記の通信装置において、前記アンテナは、それぞれインダクタンスが異なる複数のアンテナコイルを含み、前記複数のアンテナコイルのいずれかに切り替えるスイッチをさらに備え、前記制御部は、外部電源から電圧が印加されているか否かに応じて、前記複数のアンテナコイルのいずれかに切り替えるよう前記スイッチを制御することが好ましい。
この構成によれば、アンテナは、それぞれインダクタンスが異なる複数のアンテナコイルを含む。スイッチは、複数のアンテナコイルのいずれかに切り替える。制御部は、外部電源から電圧が印加されているか否かに応じて、複数のアンテナコイルのいずれかに切り替えるようスイッチを制御する。
したがって、外部電源から電圧が印加されているか否かに応じて、それぞれインダクタンスが異なる複数のアンテナコイルのいずれかに切り替えられるので、さらに通信距離を精度よく調整することができる。
また、上記の通信装置において、外部電源から電圧が印加されているか否かに前記容量値を対応付けた参照テーブルを記憶する記憶部と、外部電源から電圧が印加されているか否かをモニタし、外部電源から電圧が印加されているか否かを表す動作モード情報を出力する電圧モニタ部とをさらに備え、前記制御部は、前記電圧モニタ部によって出力された前記動作モード情報に対応する容量値を前記参照テーブルから読み出し、前記容量性素子の現在の容量値を、前記読み出した容量値に変化させることが好ましい。
この構成によれば、記憶部は、外部電源から電圧が印加されているか否かに容量値を対応付けた参照テーブルを記憶する。電圧モニタ部は、外部電源から電圧が印加されているか否かをモニタし、外部電源から電圧が印加されているか否かを表す動作モード情報を出力する。制御部は、電圧モニタ部によって出力された動作モード情報に対応する容量値を参照テーブルから読み出し、容量性素子の現在の容量値を、読み出した容量値に変化させる。
したがって、電圧モニタ部によって出力された動作モード情報に対応する容量値が参照テーブルから読み出され、容量性素子の現在の容量値が、読み出された容量値に変化されるので、容易に容量値を変更することができる。
また、上記の通信装置において、前記通信装置は、複数の通信規格により通信を行い、前記参照テーブルは、外部電源から電圧が印加されているか否かと前記複数の通信規格とに前記容量値を対応付け、前記アンテナは、通信規格を特定するための通信規格情報を含む、他の通信装置から送信された信号を受信し、前記制御部は、受信された前記信号に含まれる前記通信規格情報と、前記電圧モニタ部によって出力された前記動作モード情報とに対応する容量値を前記参照テーブルから読み出し、前記容量性素子の現在の容量値を、前記読み出した容量値に変化させるが好ましい。
この構成によれば、通信装置は、複数の通信規格により通信を行う。参照テーブルは、外部電源から電圧が印加されているか否かと複数の通信規格とに容量値を対応付けている。アンテナは、通信規格を特定するための通信規格情報を含む、他の通信装置から送信された信号を受信する。そして、制御部は、受信された信号に含まれる通信規格情報と、電圧モニタ部によって出力された動作モード情報とに対応する容量値を参照テーブルから読み出し、容量性素子の現在の容量値を、読み出した容量値に変化させる。
したがって、外部電源から電圧が印加されているか否かと、近接無線通信がどのような通信規格であるかとに応じて、容量値を変更することができ、より最適な通信距離に調整することができる。
また、上記の通信装置において、外部電源から電圧が印加されているか否かに前記容量値及び前記アンテナコイルを対応付けた参照テーブルを記憶する記憶部と、外部電源から電圧が印加されているか否かをモニタし、外部電源から電圧が印加されているか否かを表す動作モード情報を出力する電圧モニタ部とをさらに備え、前記制御部は、前記電圧モニタ部によって出力された前記動作モード情報に対応する容量値及びアンテナコイルを前記参照テーブルから読み出し、前記容量性素子の現在の容量値を、前記読み出した容量値に変化させるとともに、現在のアンテナコイルを、前記読み出したアンテナコイルに切り替えることが好ましい。
この構成によれば、記憶部は、外部電源から電圧が印加されているか否かに容量値及びアンテナコイルを対応付けた参照テーブルを記憶する。電圧モニタ部は、外部電源から電圧が印加されているか否かをモニタし、外部電源から電圧が印加されているか否かを表す動作モード情報を出力する。そして、制御部は、電圧モニタ部によって出力された動作モード情報に対応する容量値及びアンテナコイルを参照テーブルから読み出し、容量性素子の現在の容量値を、読み出した容量値に変化させるとともに、現在のアンテナコイルを、読み出したアンテナコイルに切り替える。
したがって、電圧モニタ部によって出力された動作モード情報に対応する容量値及びアンテナコイルが参照テーブルから読み出され、容量性素子の現在の容量値が、読み出した容量値に変化されるとともに、現在のアンテナコイルが、読み出したアンテナコイルに切り替えられるので、容易に容量値を変更することができ、容易にアンテナコイルを切り替えることができる。
また、上記の通信装置において、前記通信装置は、複数の通信規格により通信を行い、前記参照テーブルは、外部電源から電圧が印加されているか否かと前記複数の通信規格とに前記容量値及び前記アンテナコイルを対応付け、前記アンテナは、通信規格を特定するための通信規格情報を含む、他の通信装置から送信された信号を受信し、前記制御部は、受信された前記信号に含まれる前記通信規格情報と、前記電圧モニタ部によって出力された前記動作モード情報とに対応する容量値及びアンテナコイルを前記参照テーブルから読み出し、前記容量性素子の現在の容量値を、前記読み出した容量値に変化させるとともに、現在のアンテナコイルを、前記読み出したアンテナコイルに切り替えることが好ましい。
この構成によれば、通信装置は、複数の通信規格により通信を行う。参照テーブルは、外部電源から電圧が印加されているか否かと複数の通信規格とに容量値及びアンテナコイルを対応付けている。アンテナは、通信規格を特定するための通信規格情報を含む、他の通信装置から送信された信号を受信する。そして、制御部は、受信された前記信号に含まれる通信規格情報と、電圧モニタ部によって出力された動作モード情報とに対応する容量値及びアンテナコイルを参照テーブルから読み出し、容量性素子の現在の容量値を、読み出した容量値に変化させるとともに、現在のアンテナコイルを、読み出したアンテナコイルに切り替える。
したがって、外部電源から電圧が印加されているか否かと、近接無線通信がどのような通信規格であるかとに応じて、容量値を変更することができるとともに、アンテナコイルを切り替えることができ、より最適な通信距離に調整することができる。
また、上記の通信装置において、データ通信途中に通信が途切れた場合、またはポーリング通信が成功したにもかかわらずデータ通信がスタートしない場合において、前記制御部が前記容量値を変化させながら、前記信号処理回路がデータ信号の受信動作を実施し、前記制御部は、前記データ信号が受信された時点における前記容量値で前記容量性素子を制御することが好ましい。
この構成によれば、データ通信途中に通信が途切れた場合、またはポーリング通信が成功したにもかかわらずデータ通信がスタートしない場合において、制御部が容量値を変化させながら、信号処理回路がデータ信号の受信動作を実施する。制御部は、データ信号が受信された時点における容量値で容量性素子を制御する。
したがって、データ通信途中に通信が途切れた場合、またはポーリング通信が成功したにもかかわらずデータ通信がスタートしない場合であっても、容量性素子の容量値を再度変化させることにより、最適な通信距離に変更し、データ通信を再開させることができる。
なお、発明を実施するための形態の項においてなされた具体的な実施態様または実施例は、あくまでも、本発明の技術内容を明らかにするものであって、そのような具体例にのみ限定して狭義に解釈されるべきものではなく、本発明の精神と特許請求事項との範囲内で、種々変更して実施することができるものである。
本発明に係る通信装置は、最適な通信距離に調整することができ、近接無線通信を利用して通信する通信装置に有用である。

Claims (7)

  1. 近接無線通信により信号を送受信するアンテナと、
    前記アンテナによって送受信される信号を処理する信号処理回路と、
    前記アンテナと前記信号処理回路との間に直列に配置された容量性素子と、
    前記容量性素子の容量値を制御する制御部とを備え、
    前記制御部は、外部電源から電圧が印加されているか否かに応じて、前記容量性素子の容量値を変化させることを特徴とする通信装置。
  2. 前記アンテナは、それぞれインダクタンスが異なる複数のアンテナコイルを含み、
    前記複数のアンテナコイルのいずれかに切り替えるスイッチをさらに備え、
    前記制御部は、外部電源から電圧が印加されているか否かに応じて、前記複数のアンテナコイルのいずれかに切り替えるよう前記スイッチを制御することを特徴とする請求項1記載の通信装置。
  3. 外部電源から電圧が印加されているか否かに前記容量値を対応付けた参照テーブルを記憶する記憶部と、
    外部電源から電圧が印加されているか否かをモニタし、外部電源から電圧が印加されているか否かを表す動作モード情報を出力する電圧モニタ部とをさらに備え、
    前記制御部は、前記電圧モニタ部によって出力された前記動作モード情報に対応する容量値を前記参照テーブルから読み出し、前記容量性素子の現在の容量値を、前記読み出した容量値に変化させることを特徴とする請求項1記載の通信装置。
  4. 前記通信装置は、複数の通信規格により通信を行い、
    前記参照テーブルは、外部電源から電圧が印加されているか否かと前記複数の通信規格とに前記容量値を対応付け、
    前記アンテナは、通信規格を特定するための通信規格情報を含む、他の通信装置から送信された信号を受信し、
    前記制御部は、受信された前記信号に含まれる前記通信規格情報と、前記電圧モニタ部によって出力された前記動作モード情報とに対応する容量値を前記参照テーブルから読み出し、前記容量性素子の現在の容量値を、前記読み出した容量値に変化させることを特徴とする請求項3記載の通信装置。
  5. 外部電源から電圧が印加されているか否かに前記容量値及び前記アンテナコイルを対応付けた参照テーブルを記憶する記憶部と、
    外部電源から電圧が印加されているか否かをモニタし、外部電源から電圧が印加されているか否かを表す動作モード情報を出力する電圧モニタ部とをさらに備え、
    前記制御部は、前記電圧モニタ部によって出力された前記動作モード情報に対応する容量値及びアンテナコイルを前記参照テーブルから読み出し、前記容量性素子の現在の容量値を、前記読み出した容量値に変化させるとともに、現在のアンテナコイルを、前記読み出したアンテナコイルに切り替えることを特徴とする請求項2記載の通信装置。
  6. 前記通信装置は、複数の通信規格により通信を行い、
    前記参照テーブルは、外部電源から電圧が印加されているか否かと前記複数の通信規格とに前記容量値及び前記アンテナコイルを対応付け、
    前記アンテナは、通信規格を特定するための通信規格情報を含む、他の通信装置から送信された信号を受信し、
    前記制御部は、受信された前記信号に含まれる前記通信規格情報と、前記電圧モニタ部によって出力された前記動作モード情報とに対応する容量値及びアンテナコイルを前記参照テーブルから読み出し、前記容量性素子の現在の容量値を、前記読み出した容量値に変化させるとともに、現在のアンテナコイルを、前記読み出したアンテナコイルに切り替えることを特徴とする請求項5記載の通信装置。
  7. データ通信途中に通信が途切れた場合、またはポーリング通信が成功したにもかかわらずデータ通信がスタートしない場合において、前記制御部が前記容量値を変化させながら、前記信号処理回路がデータ信号の受信動作を実施し、前記制御部は、前記データ信号が受信された時点における前記容量値で前記容量性素子を制御することを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の通信装置。
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