TWI232410B - Electromagnetic coupling characteristic adjustment method in non-contact power supply system, power supply device, and non-contact power supply system - Google Patents

Description

1232410 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於具有IC卡等半導體裝置、㈣與該半導體 裝置電磁耦合將電力非接觸地供應至前述半導體裝置之 供電裝置之非接觸型供電系統及其所使用之供電裝置、以 及該非接觸型供電系…统半導體裝置之電磁-合特性調整 方法。 【先前技術】 近年來，在塑膠製卡片中植入非揮發性記憶體及cpu (Central Processing Unit:中央處理裝置）等構成之…晶片 等之1C卡逐漸普及。前述IC卡與目前廣被利用之磁卡相 比，具有可處理更大量之資料、安全性較優異等之優點， 作為新一代之卡片備受注目。 又，1C卡不僅可實現現有磁卡所執行之各種應用程式而 且也可廣泛應用於因技術性的限制導致無法利用作為磁 卡之機能之應用程式，因此，急速獲得普及。另外，更期 待1張卡片能利用作為可搭載多數應用程式之多目的ic 卡。 對1C卡之電力供應與資訊之讀寫需利用讀寫裝置予以 執订。1C卡及讀寫裝置可依照兩者之介面分成接觸型與非 接觸型二類。 接觸型之情形，在IC卡及讀寫裝置分別設有金屬製之連 接端子。使1C卡之連接端子接觸於讀寫裝置之連接端子 時’讀寫裝置可對1C卡供應電力，並收發資料。 89174.doc 1232410 另一方面，非接觸型之情形，在IC卡及讀寫裝置分別設 有天線線圈。讀寫裝置之天線線圈會產生變動磁場，當ic 卡之天線線圈進入到所產生之變動磁場時，讀寫裝置可藉 電磁感應技術對ic卡供應電力，並收發資料。 非接觸型1C卡利用二極體橋整流天線線圈產生之感應 電壓後，供應至各機能區塊。又，作為由非接觸型讀寫裝 置之天線線圈傳輸至非接觸型IC卡之天線線圈之電磁 波例如有載波頻率數MHz(百萬赫）〜數十MHz程度之電 波。 非接觸型1C卡由於不具有與外部裝置之連接端子，不必 擔心發生連接端子之接點部之破損#，且只要接近於非接 觸型讀寫裝置，即可對供應電力，並收發資料。因此，非 接觸型1C卡具有維護成本之降低、操作之容易性、處理之 南速性等之優點。 又，非接觸型讀寫裝置大致上可分為具有固定非接觸型 1C卡之構造與不具有固^非接觸型1(：卡之構造。前者稱為 密閉型（closed type)，後者稱為開放型（〇pen type)。 在閉型項寫裝置與ic卡之通信距離約5 mm以下，以約i 顏頻繁地被利用著。如此，由於密閉型讀寫裝置與ic卡之 通信距離非常短’故在重視資訊之安全之金融領域之利用 -直受到注目。因此’以往’密閉型比開放型更頻繁地被 利用。 近年來（W著非接觸型1(：卡之利用於交通領域及門禁管 理系統，已逐漸由密閉型轉移至方便性高之開放型。例 89174.doc 1232410 如，可考慮採用將1C卡適用於鐵公路等車票，並在剪票口 配置開放型讀寫裝置，將IC卡插入剪票口而施行資料:理 (插入處理)或使其瞬間接觸剪票口而施行資料處理(接觸 即可通行處理）之利用方法。 但’開放型之情形’由於讀寫裝置與聯之通信距離不 固定’而可能引起在由讀寫裝置對IC卡之電力供應之點上 叙生問題。圖8係表示來自開放型讀寫裝置之輸電電力一 疋時由開放型讀寫裝置至IC卡之通信距離、與〗匸卡之受電 電力之關係、。參照同圖可以瞭解··通信距離0時，受電電 力取大，IW著通^距離之延長，受電電力會逐漸減少。 因此，在假想欲利用之通信距離之範圍内，存在於近距 離之1C卡之叉電電力會大於存在於遠距離之π卡。由於此 包力差會變換成熱’故Ic卡長時間放置於近距離時，會有 發熱之問題。 又，如前所述’雖期待利用作為多目的IC卡，但在多目 卡中必須内建1 MB(百萬位元組）以上之非揮發性記 憶體’此時’耗電力會增大。因此，多目的1C卡之可工作 之最低電壓會比以往之1C卡增加，故有必要增加來自讀寫 裝置之受電電力。 圖9係表示增加前诚於+ ^ 义輸电電力時之前述通信距離與前述 受電電力之關係。來昭同 ^ 、、π圖可瞭解：通信距離相同而欲增 加受電電力時，只要^Α从 要曰加輪電電力即可。 1 一，增加輸電電力時，不同之通信 、 ^ p鬥炙通信距離之受電電力：ί 力差也曰增加’且過度增加輪電電力日夺，對其他機器4 89174.doc 1232410 造成不良影響之虞。因此’為了利用多目的IC卡，受電電 力之電力差所引起之發熱也要求必須予以減輕。 另外’近日守，為了謀求更進一步之方便性，要求能夠延 長1C卡之可工作之通信距離。但’為了延長通信距離，如 圖9所示，有必要增加輸電電力，而會發生與上述同樣之 問題。 對於則述發熱之問題，有依照由讀寫裝置至以之通信 距離，調整來自讀寫裝置之輸電電力之方法，例如，揭示 於日本國公開特許公報「特開平11-338983號公報」（公開 日：1999年12月Π)日）。圖7係表示前述公報所揭示之讀寫 裝置及ic卡之構成例。由圖中之虛、線，左側為讀寫裝置1〇〇 之構成例，右側為1C卡101之構成例。 讀寫裝置100係由振盪器110、電力控制電路m、放大器 112、匹配電路in、電壓檢知電路114、讀寫用比^、調 諧電容器116、及天線線圈117所構成。由振盪器11〇輸出之 同頻被放大器11 2放大，經匹配電路i丨3被供應至天線線圈 117。為了提高傳輸速率，將調諳電容器116直接連接至天 線線圈11 7。又，在圖7之電路圖中，天線線圈丨丨7係分成電 感成分L1與電阻成分R1被描繪。 又’ IC卡10 1係由天線線圈12 0、調請電容器12 1、整流 電路部122、及1C卡邏輯部123所構成。與讀寫裝置1〇〇同 樣地’在天線線圈120也並聯連接著調f皆電容器121，可與 天線線圈120之自電感L2譜振而提高傳輸效率。ic卡ιοί之 天線線圈120與讀寫裝置1〇〇之天線線圈117電磁輕合時，會 89l74.doc -10- 1232410 產生感應電壓，產生之感應電壓被整流電路部ι22整流，-並被調整於特定之電壓，供應至1(：卡邏輯部123。 上述構成之讀寫裝置100之特徵在於具有控制對天線線 圈117之供應電力之電力控制電路ln、檢出對本身裝置之 天線線圈117之輸入電壓用之電壓檢知電路丨丨々、 寫用KM15之第1表及第2表。 。L於’ 在此，第1表係用於由來自電力控制電路lu之輸出電壓

Vs、與電錄知電路114所檢知之對天線線圈之輸人電μ 導出耦合係數k之表。此係依據關係式v=Vs· f(k)(f為某 函數）。 ' 又，第2表係用於由前述耦合係數k與最適之受電電力p 導出對耦合係數k之最適（不產生多餘之熱）之電壓％之 表。此係依據關係式P=g(Vs，k)(g為某函數）。 在上述之構成中，電壓檢知電路114在某控制時間檢出放 大器12之輸出電壓v(對本身裝置之天線線圈ιΐ7之輸入電 壓）。檢出之輸出電壓v之值被發送至讀寫用IC 115。又， 碩寫用1C 115因控制電力控制電路lu之輸出電壓Vs，故已 取得該輸出電壓Vs。 人瀆寫用1C 115利用放大器12之輸出電壓v與電力控 制電路111之輸出電壓Vs，利用參照第丨表取得耗合係數k。 八_人，項寫用IC 115利用取得之耦合係數]^與IC卡受電最適 當之受電電力P，利用參照第2表取得對耦合係數k之最適 (不產生多餘之熱）之電力控制電路111之輸出電壓Vs。 而後，α貝寫用1C 115以輸出所取得之輸出電壓Vs方式控制 89174.doc 1232410 電力控制電路ηι。藉此，可消除多餘之電力供應，防止電 力差引起之發熱。 但，上述構成之1C卡101及讀寫裝置1〇〇雖在受電電力之 電力差引起之發熱防止上具有效果，但因讀寫裝置⑽必須 設置電力控制電路m及電壓檢知電路114，故可能擴大带 路規模，增大耗電力。 -¾ 再者，1C卡101及讀寫裝置100為了延長通信距離，依然 需要增加輸電電力。為此，依然殘留著輸電電力之增㈣ 其他機器之不良影響之問題。 【發明内容】 ”本發明係為解決上述問題而研發者，其目的係在於利用 簡便之構成提供可減輕受電電力之電力差引起之發敎之非 接觸型供mx’本發明係之另—目的係在於提供不 =增加輪電電力，即可延長半導體裝置與可執行動作之供 電裝置之距離之非接觸型供電系統。 為了達成上述目的，本發明之非接觸型供電系統之電磁 搞合特性調整方法係在利用電磁輕合設於供電裝置之輸電 用天線線圈、與設於丰導許姑 … 又於牛V體裝置之受電用天線線圈，由前 裝置非接觸地對前述半導體裝置供應電力之非接觸 ::糸統中，用於調整前述供電裝置與前述半導體裝置 耗°特14之方法’其特徵在於：前述供電裝置係 進二步包含串聯連接於前述輸電用天線線圈之第丄調整用 阻抗元件及並聯連接於前 運接於引述輸電用天線線圈之第2調整用 件；且包含下列步驟：利用由前述輸電用天線線圈 89174.doc 1232410 至刖述又電用天線線圈之距離之輸電距離在大於〇之特定 值時，使前述半導體裝置接收之受電電力為最大之方式決 疋岫述第1 ,周整用阻抗元件及前述第2調整用阻抗元件之阻 抗。

在此，輸電距離之特定值最好為假想欲利用之輸電距離 之附近 <列如，在半導體裝置為1c卡，供電裝置為讀寫裝 置之非接觸型通^系統之情形，依照卡與讀寫裝置之通 乜距離，分類為密貼型、近接型及附近型，已分別在ISO 10536、IS0/IEC 丨4443、及 IS0/IEC 15693 中進行標準化之 制定。在密貼型、近接型及附近型巾，假想欲制之通信 離刀另J為、力1 mm(^米）、約1〇〇 mm、及約7〇〇 mm。因此， 在非接觸型通㈣統之情形，前述輸電距離之特定值以在 山、聖、、勺1 mm，在近接型約100 mm，在附近型約700 mm 六為心又别述輸電距離之特定值以近接型I c卡最常 使用之通仏距離之30 mm附近，具體而言，2〇〜如mm之範 圍内最為理想。 依據上述之方法，在輸電距離之特定值中，以受電電力 為最大之方式決定供電裝置之第1及第2調整用阻抗元件之 阻抗。而，在—般之函數y=f(x)中，在極大或極小附近，應 隻數y之k化I較小。又，中間夾著極大或極小時，應變數 y因有增加及減少之雙方同時存在，故應變數y之差會變 P 般在特疋範圍内，與單調地增加或單調地減少 之函數相比’存在有極大或極小之函數之應變數之範圍較 為狹窄。 89l74.doc -13- 1232410 因此’本發明之非接觸型供電系統之電磁耦合特性調整 方法與輸電距離在〇時之受電電力最大，而隨著輸電距離之 延長’受電電力會單調地減少之以往之情形相&，可縮小 不同輸電距離之受電電力之電力I。其結果，只要利用設 置第1及第2調整用阻抗元件之簡便構成，即可減輕受電電 力之電力差引起之發熱。 又’欲延長半導體裝置與可執行動作之供電裝置之輸電 距離時，所延長之輸電距離與受電電力最大之輸電距離之 差比以往小，故可使所延長之輸電距離之受電電力大於以 往’因此，不必增加輸電電力，即可延長前述輸電距離。 又，本發明之非接觸型供電系統之電磁耦合特性調整方 法係在利用電磁耗合設於供電裝置之輸電用天、線線圈、與 設於半導體裝置之受電用天線線圈，由前述供電裝置非接 觸地對前述半導體裝置供應電力之非接觸型供電系統中， 用於調整前述供電裝置與前料導體裝置間之電磁耦合特 性之方法；其特徵在於：前述供電裝置係進一步包含串聯 連接於前述輪電用天線線圈之第丨調整用阻抗元件及並聯 連接於前述輸電用天線線圈之第2調整用阻抗元件；且包含 下列步驟：利用由前述輸電用天線線圈至前述受電用天線 線圈之距離之輸電距離在特定範圍内時，使前述半導體裝 置可執行動作之最低電力超過前述受電電;力之方式決定前 述第1调整用阻抗元件及第2調整用阻抗元件之阻抗。 依據上述之方法，利用在輸電距離處於特定範圍内時， 使最低電力超過受電電力之方式決定供電裝置之第1及第2 89174.doc 14 1232410 調整用阻抗元件之阻抗。此時也如前所述，與以往之情形 相比，可縮小不同輸電距離之受電電力之電力差，故只要 利用认置第1及第2調整用阻抗元件之簡便構成，即可減輕 受電電力之電力差引起之發熱。 又，本發明之供電裝置係在利用備置與設於半導體裝置 之文電用天線線圈電磁耦合之輪電用天線線圈，非接觸地 對W述半導體裝置供應電力之供電裝置中，其特徵在於： 進一步包含串聯連接於前述輸電用天線線圈之第丨調整用 阻抗7G件及並聯連接於前述輸電用天線線圈之第2調整用 阻抗元件；前述第i調整用阻抗元件及第2調整用阻抗元件 係具有在由前述輸電用天線線圈至前述受電用天線線圈之 距離之輸電距離中，前述半導體裝置接收之受電電力最大 之輸電距離之下限大於0之特定範圍内之阻抗。 依據上述之構成，可藉第1及第2調整用阻抗元件，使^ 電電力最大之輸電距離大於0,因此，如前所述，與以往二 情形相比，可縮小不同輸電距離之受電電力之電力差，私 可利用設置第i及第2調整用阻抗元件之簡便構成，減輕受 電電力之電力差引起之發熱。 穴j矾仃勳作之供電裝置之輸； 距離時，所延長之輸電距離與受電電力最大之輸電距離』 差比以往小，故可使所延長之輸電距離之受電電力大於 往，因此，不必增加輸電電力，即可延長前述輸電距離。 又，本發明之非接觸型供電系統之特徵在於包含： 構成之供電裝置、與半導體裝置，其係包含與該供電裝置 89i74.doc 15 1232410 之輸電用天線線圈電磁耗合之受電用天線線圈者。 上述構成之非接觸型供電系統因包含上述構成之供電裝 置，故可獲得與前述同樣之效果。 、 本發明之更進一步之其他目的、特徵及優點可由以下所 示之記載獲得充分之瞭解，且本發明之利點可由參照附圖 之下列§兄明獲付更明確之瞭解。 β 【實施方式】 茲依據圖1至圖6說明有關本發明之一實施形態如下。圖 3係表示使用於本實施形態之非接觸型…卡系統之電路構 成例。圖中之虛線部之左側為讀寫裝置丨（供電裝置）之構成 例’右側為1C卡2(半導體裝置）之構成例。 讀寫裝置1係由振盪器（電力供應部）1〇、放大器（電力供 應部）u、調整用電容器12、13、及天線線圈14所構成。由 振盛器10輸出之高頻被放大器u放大，供應至天線線圈 14。在本實施形態中，在讀寫裝置丨配備有串聯連接於天 線線圈14之調整用電容器（第！調整用阻抗元件）12、與並聯 連接於天線線圈14之調整用電容器（第2調整用阻抗元 件）13 〇 另方面，IC卡2係由天線線圈2 〇、調譜電容器2 1、整流 電路部22、及1C卡邏輯部23所構成。在天線線圈2〇並聯連 接者調諧電容器21，可與天線線圈2〇之自電感以諳振以提 尚傳輸效率。1(：卡2之天線線圈2〇與讀寫裝置！之天線線圈 14電磁耦合時，會產生感應電壓，產生之感應電壓被整流 電路部22整流，並被調整於特定之電壓，供應至1C卡邏輯 89174.doc -16- 1232410 部23 ° 本貫k形悲之非接觸型1C卡系統係通信距離〇 mm〜5 〇 mm之近接型。以下，說明在前述通信距離内，計算讀寫裝 置1之天線線圈14與1C卡2之天線線圈20之電磁耦合特性之 方法。又’由於電磁耦合特性會因天線線圈丨4、2〇之形狀 而變化，故在以下，假定天線線圈14、2〇之形狀係保持固 定。 在本實施形態中，依照以下之步驟，使通信距離由〇 mm 擴大至5 0 mm。 (1) 求對應於通信距離之耦合係數k。 (2) 以使受電輸出呈現最大之通信距離存在於特定之通 信距離之方式，求出調整用電容器12、13之電容Ca、CB。 (3) 以使受黾輸出可在特定之通信距離内經常供應π卡 動作最小耗電力之方式，決定讀寫裝置之輸出電壓V〇。 如前所述，耦合係數k係決定於天線線圈14、2〇彼此之幾 何學的配置，故可利用模擬等加以計算，且因天線線圈14、 20保持固定形狀，故耦合係數k依存於通信距離卜 耦合係數k與通信距離1之關係如圖6所示。參照同圖，耦 合係數k係對通信距離丨呈現單調地減少之函數，可瞭解係 一個意義地決定於通信距離1。即，決定好通信距離丨之範 圍時，即可一個意義地決定出耦合係數k之範圍。 在同圖之情形，假定通信距離^〇mm〜5〇mm時，耦合 係數k為0.05〜0.27。以在此輕合係數k之·内使受電輸出 呈現最大之方式，求出調整用電容器12、13之電容ca、cb。 89174.doc -17- 1232410 在—出N·係、利用如圖4所示對應於本系統構成之電磁輕 合等效電路。 圖4及圖5係表示讀耷驻罢彳 貝冩裝置1與1C卡2之電磁耦合等效電 路。以下，說明電路之久错士、一 ^ 峪之各構成兀件。電阻RL係設於ic卡2 之半導體裝置之最大倉截兩阳 _ , ^ u 取入貝戰私阻，可由利用於1(：卡2之半導體 裝置之動作屯流值算出。施加至電阻rl之兩端之電壓Μ 係由與讀寫裝置1之電磁耦合所供應之受電電力所產生。 電容C2係並聯連接於天線線圈2〇之調譜電容器2 ^之電 容，電容C3係内建於晶片之電容器之電容。又，電容〇也 有未内建之情形。在本實施形態中，料2之天線線圈2〇 之線圈常數並未特別加以變更，故在電容C2，可由安裝於 1C卡2之線圈常數設定於適當之值。 電阻R2係天線線圈2〇之損耗電阻，電感L2係天線線圈 之自電感。電阻R2及電感L2_m係基於與上述同樣之理由， 由線圈常數固定其值。 、20之相互電感，一般而言，耦合 ’可成立下式之關係式： …(a) 電感Μ係天線線圈14 係數k與相互電感Μ之間 k=M/(LlxL2)1/2，----- 即，M=k(Ll*L2)1/2， 電感L1係讀寫裝置1之天線線圈14之自電感，電阻旧係 天線線圈14之損耗電阻，電阻R1及電感U-M係基於與上述 同樣之理由，由線圈常數固定其值。 因此，在本實施形態中，對供應至電阻{1]1之電力pB，即 1C卡2之受電電力PB之變動參數為調整用電容器I]、η之 89174.doc . ig. 1232410 電容CA、CB及耦合係數k。 又，讀寫裝置1之放大器11之輸出電阻R0係設定於50 Ω。但，即使在輸出電阻R0具有虛數成分之電感（R+jX)， 也可同樣地加以計算。 在圖5中，簡略圖以下列方式表示。將電路區塊分為A 點、G點、E點、C點、B點，將由各點觀察1C卡側之電感分 別設定為 ZA、ZG、ZE、ZC、ZB。 由A點所觀察之1C卡側電感ZA若已事先決定線圈常數 (LI、L2、Rl、R2、C2)、1C卡側常數RL、C3，則如下式 所示，可作為以CA、CB、k為變數（參數）之函數。 ZA=fA(CA、CB、k)------(式 0) 因此，將某數值代入線圈常數（LI、L2、Rl、R2、C2)、 1C卡側常數RL、C3，即可求出函數fA。又，顯然ZB、ZC 為常數，ZE為以k為變數之函數，ZG為以CB、k為變數之 函數。 其次，在A點之電位VA成為以R 0及ZA分割電動勢V 0之 電壓，故如下式所示： VA=V0(ZA/(R0+ZA))---(式 1) 其次，在G點（F點）之電位VG成為以CA之阻抗及ZG分割A 點之電位VA之電壓，故如下式所示： VG=VA(ZG/((l/jwCA)+ZG))(式 2) 其次，在E點之電壓VE成為以Rl、（Ll-Μ)之阻抗及ZE分 割G點（F點）之電壓VG之電壓，故如下式所示： VE = VG(ZE/Rl+jw(Ll-M)+ZE)式 3) 89174.doc -19- 1232410 其次，在C點之電壓VC成為以R2、（L2-M)及ZC分割E點 (D點）之電壓VE之電壓，故如下式所示： VC = VE(ZC/R2+jw(L2-M) + ZC)…(式 4) 其次，在B點之電壓VB成為以C3之阻抗（l/jwC3)與RL分 割在C點之電壓VC之電壓，故如下式所示： VB=VC(RL/((l/jwC3)+RL))—-(式 5) 而，在B點之電力PB成為如下式所示： PB=VB2/RL —(式 6) 又’在此雖省略詳細之說明，但採用線圈常數（L1、L2、 R1、R2、C2)、卡片側常數RL、C3，利用改變（式〇)〜（式 6)及（a’）之型式，即可使（式6)如下式所示，成為以CA、cB、 k為變數之函數f2 : PB=f2(CA、CB、k)…(式 7) 利用以上之調整，讀寫裝置側及IC卡側線圈常數事先設 定於某數值時之通信距離與受電電力之關係即成如圖i所 示。同圖中，縱軸表示10卡2之受電電力，受電電力八丨表 不1C卡用之半導體裝置所消耗之電力。即，受電電力八1表 示非接觸型1C卡可執行動作之最低電壓，受電電力少於^ 時，1C卡2即不執行動作。 又，橫軸表示耦合係數k。如上所述，耦合係數k係對通 信距離1呈現單調地減少之函數，故隨著耦合係數k之增 加，通信距離丨會減少。例如，在某種天線形狀下，k=0.05 夺5〇 mm矛玉度’ k-0.1 〇時，i=3〇 mm程度，让=〇 27時’ 1 = 0 mm程度。 89174.doc -20- 1232410 在圖1中’曲線a表示以往之受電電力特性。在曲線a中， 係構成通信距離1 = 0 mm時，受電電力最大，隨著通信距離 1之變長，受電電力會逐漸變小，在通信距離15❿㈤時，便 ‘低於半導體裝置所消耗之電力。因此，通信距離之最大 值為15 mm程度。 欲使通信距離之最大值成為50 mm程度時，只要顯著地 增加輸電電力即可，但因會顯著地增大通信距離1 = 〇 mm時 之最大受電電力與受電電力A1之差，故會發生如前所述之 發熱問題。 其次，變更變數CA、CB而描繪其受電電力特性，利用重 覆施行此操作，以求出最適之受電電力特性。其結果，電 谷CA 10pF(皮法、微微法）、電容cB = 6〇pF時之受電電力 特性如圖1之曲線b所示。 在曲線b中，k=0.i〇，即，通信距離1=3〇 mm程度時，受 電電力最大。因此，在通信距離3〇 mm附近，使用ic卡之 頻度最多。此時，多餘之電力（A2-A1)雖可能引起發熱，但 此發熱量在可執行動作之範圍内，不致於使1(：卡2發生故 障。 又，如上所述，變更讀寫裝置丨之輸出電壓V 〇時，受電 電力特性會向縱方向發生化。故在圖丨之曲線b之設定中， 設定讀寫裝置1之輸出電壓V0,俾在通信距離〇mm&5〇mm 中確保受電電力A1。即，在通信距離〇咖至5〇 _之範圍 内時’將由振盈器1〇及放大器⑴共應至天線線圈14之輸電 電力設定於使受電電力超過1(：卡2可執行動作之最低電壓。 89I74.doc -21- 1232410 利用本調整，即使在通信距離卜〇 mm之密貼狀態下，也 可使1C卡2執行其動作，此表示可適用於前述之密閉型讀寫 裝置。 又，通信距離1=0 mm之受電電力由於係設計於稍微超過 1C卡之半導體裝置之耗電量，故具有可防止多餘之電力引 起之發熱、及因發熱所產生之不利現象之效果。 另外，在通信距離1=30 mm附近，受電電力達到八2程度， 由於此時之動作電力已確保充分之容許範圍，故可利用作 為使用頻度較多之通信距離。 又，超過通信距離=50 mm附近時，已低於最低動作電 壓，因此，此距離為此調整條件之最大通信距離。 如此，在追求增大1C卡2之受電電力，擴大通信距離之效 果之非接觸型卡片系統中，在近接型1C卡最常使用之通信 距離（約30 mm)中，受電電力最大，且已經確立在非接觸型 «買寫裝置1及1C卡2禮、貼狀態（通信距離卜❽）下，可產生超過 1C卡2之最低動作電壓之程度之受電電力之阻抗之調整方 法，藉此可解決通信距離之擴大即發熱之問題。 另外，不保證在岔貼狀態之1C卡2之動作時，如圖i中曲 線c所示之受電電力特性所示，可藉調整阻抗，實現具有特 定通信距離之1C卡規格。 此時，在通信距離1=0中，將受電電力設定於低於受電電 力A1，其通信距離之上限約45 mm。 另外’在圖2中，係表示將電容CA固定於某數值，而將 電容 CB分別變更為 CB1、CB2、及 CB3(CB1 : CB2 : CB3 = 8 : 89174.doc -22- 1232410 13 : 9)時之受電電力特性。 參圖2可以瞭解··受電電力最大時之耦合係數k，即通 信距離1會因電容CB而變化。 設定於CB = CB1時，在k=0.15可取得平緩之最大值。此特 性雖為較良好之特性，但因未能確保電力的容許範圍，故 有可能會形成抗拒雜訊等外來干擾能力較弱之系統。 設定於CB = CB2時，在k=0.25(通信距離1 = 10 mm附近） 時，受電電力最大，但在此特性下，1(：卡2在讀寫裝置i附 近可獲得受電電力之最大值之特性，雖可謀求相當程度之 通#距離之擴大，但其通信距離之擴大仍屬有限。 設定於CB = CB3時，在k=〇.〇8(通信距離1=40 mm附近） 日7，文電電力最大。在此特性下，在通信距離5 〇 附近， 可確保執行動作時充分之電力，且在1(：：卡2之最多使用距離 中，其受電電力最大，而被調整於良好之特性。 如以上所述，透過CA、CB之設定，可提供對應於各種動 作通信距離規格之Ic卡。 又’本發明並非限定於上述之實施形態，可在申請專利 範圍之項中所示之範圍内施行種種之變更。 例如’如圖1及圖2所示之受電電力特性之峰值之設定等 可利用使用於1C卡2之半導體裝置之消耗電流之規格與非 接觸型1C卡系統之通信距離規格加以決定。 又’在圖2之情形，係利用固定調整用電容器12之電容 C A而變更調整用電容器丨3之電容，以施行阻抗之調整， 但阻抗之調整既可利用固定電容而變更電容c A加以執 89174.doc -23 - 1232410 行’亦可利用變更電容CA、CB雙方加以執行。 又，也可考慮採用設置自動調整電容CA、CB之電路，利 用非接觸通信之初期響應時之資訊自動調整阻抗等之鹿用 方式。利用此等之自動調整，也可容易地應付使用模式不 同之1C卡。 又，在上述實施形態中，係就使用具有調整用電容器^ 及調整用電容器U之讀寫裝置丨之非接觸型IC卡系統二以 說明，但本發明也可適用於使用具有其他阻抗元件，例如 線圈等以取代調整用電容器12及調整用電容器13之讀寫裝 置1之非接觸型1C卡系統。 、.衣 又，在上述實施形態中，係就使用具有1C卡2與讀寫裝置 1之非接觸型1C卡系統加以說明，但本發明也可利用於非接 觸標記等利用電磁感應之RF通信全體。 接收電力之1C卡之間進行通信，令 供電裝置對半導體裝置進行供電， 又，在上述實施形態中，係在供應電力之讀寫裝置、與 ，但本發明也可適用於僅由

89174.doc -24- l23241〇 因此’與以往之情形相比，可縮小不同輸電距離之受電 電力之差’故具有可利用設置調整用阻抗元件之簡便之構 成’即可減輕受電電力差引起之發熱之效果。又，欲延長 半導體裝置與可執行動作之供電裝置之輸電距離時，所延 長之輸電距離之受電電力大於以往，因此，可發揮不必增 加輸電電力’即可延長前述輸電距離之效果。 另外’本發明之非接觸型供電系統之電磁耦合特性調整 上所述在上述之方法中，前述阻抗之決定係利用 下列方式加以決定：決定前述輸電用天線線圈及前述受電 用天線線圈之電磁耦合係數與前述輸電距離之對應關係， 並在對應於4述輸電距離之特定值之電磁耦合係數中，以 丽述受t電力最大之方式決定前述調整用阻抗元件之阻 抗。 私磁耦合係數係決定於天線線圈彼此之幾何學的配置， 故可使輸電距離對應於電絲合係數。又，電軸合係數 與文電電力之關係可由等效電路圖容易加以求出。 因此’依據上述之方法’求出輸電距離與電縣合係數 之對應關㈣，即可容易地決定調整隸抗元件之阻抗。 另外本毛月之非接觸型供電系統之電磁耗合特性調整 方法如上所述，在上诚夕f、、JL rb ju 述之方法中，在前述輸電距離在特定 範圍内時，以使前述半導體裝置可執行動作之最低電力超 過前述受電電力之方式法令 式决疋由則逑供電裝置供電之輸電電 力。 在此’輸電距離之特定範圍内最好為假想欲利用之輸電 89174.doc -25- 1232410 距離之特定範 置為讀寫裝置 約5 mm以下、 以下。 圍内。例如，在半導體裝置為冗卡，供電裝 之非接觸型通信系統中，最好為：在密貼型 在近接型約1〇〇 mm以下、在附近型約7〇〇 以往，輸電距離之下限固定(〇)，故即使增加輸電電力， 也僅增加輸電距離之範圍之上限而已。相對地，在本發明 由於又包电力最大之輸電距離大於0 ,故增加輸電電 力輸私距離之範圍之上限會增加，同時下限會減少。因 此:依據上述方法時，輸電電力僅稍微增加而已，故可比 、往更進步擴大輸電距離之範圍，因此，可容易地在輪 電距離之特定範圍内，決定出可使最低電力超過受電電力 之輸電電力。 又，本發明之非接觸型供電系統之電磁耦合特性調整方 法如上所述，前述供電裝置係進一步包含串聯連接及並聯 連接於前述輸電用天線線圈之調整用阻抗元件；且利用由 刖述輸電用天線線圈至前述受電用天線線圈之距離之輸電 距離在特定範圍内時，使前述半導體裝置可執行動作之最 低電力超過前述受電電力之方式決定前述調整用阻抗元件 之阻抗。 因此，與以往之情形相比，可縮小不同輸電距離之受電 電力之電力差，故只要利用設置調整用阻抗元件之簡便構 成，即可減輕受電電力之電力差引起之發熱。 另外，本發明之非接觸型供電系統之電磁耦合特性調整 方法如上所述，在上述之方法中，前述阻抗之決定係利用 89174.doc •26· 1232410 下列方式加以決定：決定前述輸電用天線線圈及前述受電 用天線線圈之電磁耦合係數與前述輸電距離之對應關係， 並在對應於前述輸電距離之特定範圍之電磁耦合係數中， 以使前述半導體裝置可執行動作之最低電力超過前述受電 電力之方式決定前述調整用阻抗元件之阻抗。 依據上述方法時，如前所述，可利用求出輸電距離與電 磁耦合係數之對應關係，容易地決定調整用阻抗元件之阻 抗。 又’前述調整用阻抗元件最好為電容器。 又，本發明之供電裝置如上所述，係包含串聯連接及並 聯連接於輸電用天線線圈之調整用阻抗元件；前述調整用 阻抗元件係構成具有前述半導體裝置接收之受電電力最大 之輸電距離之下限大於0之特定範圍内之阻抗。 因此，與以往之情形相比，可縮小不同輸電距離之受電 電力之差，故具有可利用設置調整用阻抗元件之簡便之構 成，即可減輕受電電力差引起之發熱之效果。又，欲延長 半導體裝置與可執行動作之供電裝置之輸電距離時，所延 長之輸電距離之受電電力大於以往，因此，可發揮不必增 加輸電電力，即可延長前述輸電距離之效果。 另外，本發明之供電裝置如上所述，在上述構成中，構 成在前述輸電距離在前述特定範圍内時，將前述半導體裝 置可執行動作之最低電力超過前述受電電力之輸電電力供 應至前述輸電天線線圈。 依據上述之構成時，輸電電力僅稍微增加而已，故可比 89174.doc -27- 1232410 以往更進一步擴大輸電距離之範圍，因此，可容易地在輸 電距離之特定範圍内，決定出可使最低電力超過受電電力 之輸電電力。 又，前述調整用阻抗元件最好為電容器。 又，本發明之非接觸型供電系統如上所述，係構成包含 上述構成之供電裝置、與半導體裝置，其係包含與該供電 裝置之輸電用天線線圈電磁耦合之受電用天線線圈者。 因此，在上述構成之非接觸型供電系統中，也可發揮與 岫述同樣之效果。 在貫施方式之項中所述之具體的實施形態或實施例畢竟 係在於敘述本發明之技術内容，本發明並不應僅限定於該 等具體例而作狹義之解釋，在不脫離本發明之精神與後述 申請專利範圍項中所載之範圍内，可作種種變更而予以實 施0 【圖式簡單說明】 圖1係表示非接觸型供電系統之IC卡之受電電力特性之 曲線圖，曲線a係以比較例表示以往之受電電力特性，曲線 b係表示本發明之實施形態之非接觸型通信系統之受電電 力特性，曲線c係表示不保證在密貼狀態之IC卡之動作時之 受電電力特性。 圖2係表示在本實施形態之讀寫裝置中，固定串聯連接於 天線線圈之調整用電容器之電容(capacitance)，而將並聯達 接於天線線圈之調整用電容器之電容分別變更為、 CB2、及 CB3(CB1 : CB2: CB3 = 8: 13: 9)時之受電電: 89174.doc •28- 1232410 性之曲線圖。 圖3係表示本實施形態之非接觸型 之區塊圖。 通信系統之概略構成 圖4係圖3所示之非接觸型通信之 圖5係與圖4相同之等效電路圖， 至各地點之阻抗。 等效電路圖。 表示由1C卡之内部電阻 圖6係表示在圖3所示之非接觸型供電系統中 與通信距離之對應關係之曲線圖。 輕合係數 圖7係表示以往之非接觸型通信系 圖 統之概略構成之區塊 圖8係表示在圖7所示之非接觸型供電系統中，受電電力 與通信距離之關係之曲線圖。 a 圖9係與圖8所示之曲線圖相同之曲線圖，表示增加輸電 電力時之受電電力與通信距離之關係之曲線圖。 別屯 【圖式代表符號說明】 1 讀寫裝置（供電裝置） 2 1C卡（半導體裝置） 10 振盪器（電力供應部） 11 放大器（電力供應部） 12 調整用電容器（第1調整用阻抗元件） 13 調整用電容器（第2調整用阻抗元件） 14 天線線圈（輸電用天線線圈） 20 天線線圈（受電用天線線圈） k 電磁耦合係數 89174.doc -29- 1232410 i 通信距離（輸電距離） AI 可執行動作之最低電力 89174.doc 30-

Claims (1)

1. A^24l〇 拾、申請專利範圍： 種非接觸型供 A P 扒電糸統之電磁耦合特性調整方法，其侍 在利用設於佴雷壯 于、 “裝置之輸電用天線線圈與設於半導體穿 罝之受雷用 ^ & 、，、線圈電磁耦合，由前述供電裝置非接觸 犯對厨述丰遂雜 _ ^ _凌置供應電力之非接觸型供電系統中， 本· 、裝置與丽述半導體裝置間之電磁耦合特性 考'，且 :述供電裝置係進一步包含串聯連接於前述輸電用天 線圈之第1調整用阻抗元件及並聯連接於前述輸電用 天線線圈之第2調整用阻抗元件； 匕3下列步驟：以由前述輸電用天線線圈至前述受電 用天線線圈之距離之輪電距離為比〇大之特定值時，前述 半導體裝置接收之受電電力為最大之方式決定前述第i 調整用阻抗元件及第2調整用阻抗元件之阻抗者。 2·如申請專利範圍^項之非接觸型供電系統之電磁耗合 特性調整方法，其中 決定前述阻抗之步驟係包含·· 决疋則述輸電用天線線圈及前述受電用天線線圈之電 磁麵合係數與前述輸電距離之對應關係之步驟，·及 在對應於前述輸電距離之特定值之電磁麵合係數中， 以前述受電電力為最大之方式決定前述第!調整用阻抗 元件及第2調整用阻抗元件之阻抗之步驟者。 3.如申請專利範圍第1項之非接觸型供電系統之電磁輕合 特性調整方法，其令進—步包含下列步驟：在前述輸； 89174.doc 1232410 距離為特定範圍内時乂 裝置可動作之最低二:二二電:超過前述半導體 之輸電電力者。力之方式決疋由則述供電裝置供給 4.:申請專利範圍第丨項之非接觸型供 特性調整方法’其中前述第!調整用阻抗元件及第：: 用阻抗元件係電容器者。 千及弟2δ周整 如申咕專利祀圍第4項之非接觸型供電 特性調整方法，1中 耦合 電用天線線圏至前述= = —前述輸 為比0大之特定信0士 t 離之輸電距離 ,、t、述半導體裝置接收之受電電力為 二 =決定前述第1調整用阻抗元件及第2調整用阻 抗70件之電容之步驟者。 申請專利範圍第1項之非接觸型供電系統之電磁耗人 二性調整方法，其中前述特定值係2。〜一二 8. 7^ Μ料㈣第1項之非接觸型供電系統之電磁搞合 特性5周整方法，其中前述半導體裝置係ic卡者。 -種非接觸型供電系統之電絲合特性調整方法，盆传 在利用設於供電裝置之輸電用天線線圈與設 :之！電用天線線圈電磁麵合，由前述供電裝置非接： i對别述+導體裝置供應電力之非接觸型供電系統令， 述供電裝置與前述半導體裝置間之電磁輕合特性 月IJ述供電裝置係進一步包含串聯連接於前述輪電用天 89174.doc 1232410 線線圈之第1調整用阻抗元件及並聯連接於前述輪電用 天線線圈之第2調整用阻抗元件； 包含下列步驟：由前述輸電用天線線圈至前述受電用 天線線圈之距離之輸電距離為特定範圍内時，以前述受 電電力超過前述半導體裝置可動作之最低電力之方式 定前述第1調整用阻抗元件及第2調整用阻抗元件之阻抗 者。 9·如申請專利範圍第8項之非接觸型供電系統之電磁耦合 特性調整方法，其中 決定前述阻抗之步驟係包含·· 決定前述輸電用天線線圈及前述受電用天線線圈之電 磁耦合係數與前述輸電距離之對應關係之步驟，·及 在對應於前述輸電距離之特定範圍之電磁耦合係數 中，以前述受電電力超過前述半導體裝置可動作之最低 電力之方式決定前述調整用阻抗元件之阻抗之步驟者。 如申請專利範圍第8項之非接觸型供電系統之電磁耦合 特性調整方法，其中前述第i調整用阻抗元件及第2調整 用阻抗元件係電容器者。 11.如申請專利範圍第10項之非接觸型供電系統之電磁麵合 特性調整方法，其中決定前述阻抗之步驟係以由前述輸 電用^線線圈至前述受電用天線線圈之距離之輸電距離 為特定範圍内時，前述受電電力超過前述半導體裝置可 動作之最低電力之方式決定前述第i調整用阻抗元件及 第2調整用阻抗元件之電容之步驟者。 89174.doc 1232410 12 13. 14. 15. 16. 17. 18. .如申岣專利乾圍第8項 ^ 貝之非接觸型供電系統之電磁耦合 特性調整方法，苴中二 一 T則迷特定範圍之下限係0者。 如申請專利範圍第8 _ 員之非接觸型供電系統之電磁耦合 特性調整方法，其中舒 、Τ則述特定範圍之下限係比〇大者。 如申請專利範圍第8 @ 項之非接觸型供電系統之電磁耦合 特性調整方法，農φ么 ”中則述半導體裝置係1C卡者。 一種供電裝置，复# /、係和用備置與設於半導體裝置之受電 用天線線圈電磁輕合之輸電用天線線圈，非接觸地對前 述半導體裝置供應電力者；且進―步包含： 串聯連接於前述輪電用天線線圈之第1調整用阻抗元 件及並聯連接於前述輪電用天線線圈之第2調整用阻抗 元件； 則述第“周整用阻抗S件及第2調整錄抗it件係包含 關於由别述輸電用天線線圈至前述受電用天線線圈之距 離之輸電距離’於前述半導體裝置接收之受電電力為最 大之輸電距離在於下限比。大之特定範圍内t類的阻抗 者0 如申請專利範圍第15項之供電裝置，其中進一步包含電 力供應部，其係在前述輸電距離為前述特定範圍内時， 將如述叉電電力超過前述半導體裝置可動作之最低電 力之類的輸電電力供應至前述輸電用天線線圈者。 如申明專利範圍第15項之供電裝置，其中前述第丨調整用 阻抗元件及第2調整用阻抗元件係電容器者。 如申請專利範圍第17項之供電裝置，其中第丨調整用阻抗 89174.doc 1232410 元件及第2調整用阻抗元件係包含關於由前述輪電用天 線線圈至前述受電用天線線圈之距離之輸電距離 述半導體裝置接收之受電電力為最大之輸電距離在^ 限比0大之特定範圍内之類的電容者。 19· 一種非接觸型供電系統’其係包含供電裝置、具備與該 供電裝置之輸電用天線線圈電磁耦合之受電用天線線圏 之半導體裝置，前述供電裝韻前述半導體裝置非接觸 地供應電力者；且 則述供電裝置進-步包含··串聯連接於前述輸電用天 線線圈之第1㈣用阻抗元件及並聯連接於前述輸電用 天線線圈之第2調整用阻抗元件； 前述第1調整用阻抗元件及第2調整用阻抗元件係包含 關於由前述輸電用天線線圈至前述受電用天線線圈之距 離之輸電距離，於前述半導體裝置接收之受電電力為最 大之輸電距離在於下限比〇大之特定範圍内之類的阻抗 者0 20·如申請專利範圍第19項之非接觸型供電系統，其中前述 第1調整用阻抗元件及第2調整用阻抗元件係電容器者。 21.如申請專利範圍第2〇項之非接觸型供電系統，其中第1 調整用阻抗元件及第2調整用阻抗元件係包含關於由前 述輸電用天線線圈至前述受電用天線線圈之距離之輸電 距離’於前述半導體裝置接收之受電電力為最大之輸電 距離在於下限比〇大之特定範圍内之類的電容者。 22·如申請專利範圍第19項之非接觸型供電系統，其中前述 半導體裝置係1C卡者。 89174.doc