WO2010104179A1 - 信号処理回路及びアンテナ装置 - Google Patents
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- H01Q9/27—Spiral antennas
Definitions
- the present invention relates to a signal processing circuit and an antenna device used in a wireless IC device such as an RFID that performs non-contact communication using a near electromagnetic field, for example.
- Non-patent document 1 discloses a non-contact type IC card reader used as an RFID.
- An equivalent circuit of the non-contact type IC card reader disclosed in Non-Patent Document 1 is shown in FIG.
- This contactless IC card is a reader that communicates with a contactless IC card in a contactless manner.
- an antenna resonance circuit AR is configured by an antenna coil AL, equivalent resistors R11 and R12 corresponding to the antenna coil Q value, and a capacitor C0.
- Capacitors C1 and C2 and inductors L1 and L2 are provided for impedance matching between the wireless IC 11 and the antenna resonance circuit AR.
- the diode bridge DB is provided as a detection circuit, and the capacitors C31, C32, C41, and C42 are provided as smoothing circuits.
- the resonance frequency of the antenna resonance circuit AR is adjusted by adjusting the capacitor C0 in the antenna resonance circuit AR so as to ensure a good communication state.
- the resonance frequency of the antenna resonance circuit varies due to variations in the inductance of the antenna coil and the capacitance of the capacitor. Further, the resonance frequency of the antenna resonance circuit deviates from the specified value depending on the surrounding environment of the wireless IC device (particularly, the antenna coil) in which it is installed. Therefore, conventionally, it has been necessary to configure the capacitor C0 shown in FIG. 1 by a trimmer capacitor and individually adjust the resonance frequency of the antenna resonance circuit to a specified value for each device.
- the above-mentioned problem is not limited to the one provided with the wireless IC, but also applies to a device provided with a high-frequency circuit having a balanced terminal. The same applies to a device including a high-frequency circuit having a balanced terminal and a resonance circuit as well as a device including an antenna resonance circuit.
- an object of the present invention is to provide a resonance frequency adjustment circuit for a resonance circuit and a signal processing circuit and an antenna device which are not required to be adjusted and which are further miniaturized.
- the signal processing circuit of the present invention is a circuit connected to a high-frequency circuit having two terminals, Two coils connected to two terminals of the high-frequency circuit and magnetically coupled to each other are provided.
- the two coils vary the phase of the signal between the two terminals by, for example, approximately 180 °.
- the two terminals are, for example, balanced terminals that output or input a balanced signal, and the two coils are connected in series to the balanced terminals of the high-frequency circuit.
- the two terminals are, for example, balanced terminals for outputting or inputting a balanced signal
- the two coils are a first coil connected to the balanced terminal of the high-frequency circuit and a magnetic signal to the first coil. And a second coil coupled to.
- the two coils are magnetically coupled so as to reinforce the magnetic flux.
- the two coils have the same coil axis and are arranged side by side in the coil axis direction, the two coils can be reliably magnetically coupled to each other.
- the two coils are formed in a plane and one coil is disposed on the inner peripheral side of the other coil, the two coils can be coupled with a high degree of coupling.
- the inductances of the two coils are equal. As a result, the effect of the combination of the two coils is maximized, and a high gain can be obtained in a wider frequency band.
- the two coils are formed on, for example, a laminated substrate including a magnetic material, the two coils having a predetermined inductance can be configured more compactly. Further, if at least a part of the circuit conducting to the two coils is arranged on the surface or inside of the multilayer substrate, the whole can be reduced in size and thickness.
- the antenna device is configured as follows.
- the high-frequency circuit is a wireless IC used for a wireless IC device that performs wireless communication with an external device.
- the signal processing circuit is a part of an impedance matching circuit connected between an antenna resonance circuit including an antenna coil for transmitting and receiving a signal by wireless communication with the external device and the balanced terminal. .
- FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of a non-contact type IC card reader disclosed in Non-Patent Document 1.
- FIG. 2A is a circuit diagram of the wireless IC device 201A according to the first embodiment.
- FIG. 2B is a circuit diagram of another wireless IC device 201B according to the first embodiment. It is a figure which shows the structure of the two coils L1 and L2 part with which the radio
- the impedance (S parameter S11) of the two coils L1 and L2 viewed from the two transmission terminals TX1 and TX2 of the wireless IC 11 shown in FIG. 2 is shown on the Smith chart.
- FIG. 1 The impedance (S parameter S11) of the two coils L1 and L2 viewed from the two transmission terminals TX1 and TX2 of the wireless IC 11 shown in FIG. 2 is shown on the Smith chart.
- FIG. 1 The impedance (S parameter S11) of the
- FIG. 4A shows characteristics when the coupling coefficient between the two coils L1 and L2 shown in FIG. 2 is 0.9
- FIG. 4B shows characteristics when the coupling coefficient is 0.00001.
- FIG. 7A is a circuit diagram of a wireless IC device 203A according to the third embodiment.
- FIG. 7B is a circuit diagram of another wireless IC device 203B according to the third embodiment. It is a circuit diagram of the radio
- FIG. 2A is a circuit diagram of the wireless IC device 201A according to the first embodiment.
- FIG. 2B is a circuit diagram of another wireless IC device 201B according to the first embodiment.
- the antenna resonance circuit AR is configured by the antenna coil AL and the capacitor C0.
- the wireless IC device 201A includes the antenna resonance circuit AR, the wireless IC 11, a control unit 12, an encryption processing unit 13, and a clock circuit 14. Between the antenna resonance circuit AR and the wireless IC 11, a characteristic stabilizing circuit SM for impedance matching is provided.
- This characteristic stabilizing circuit SM corresponds to a “signal processing circuit” according to the present invention. That is, a series circuit including capacitors C1, C2, and C3 is connected in parallel to the antenna resonance circuit AR.
- the first coil L1 is connected between the first transmission terminal TX1 of the wireless IC 11 and the connection point of the capacitors C1 and C3.
- a second coil L2 is connected between the second transmission terminal TX2 of the wireless IC 11 and the connection point of the capacitors C2 and C3.
- the first coil L1 and the second coil L2 have the same inductance.
- the first coil L1 and the second coil L2 are magnetically coupled to each other so as to strengthen the magnetic flux.
- An impedance element Z1 is connected between the reception terminal RX of the wireless IC 11 and the connection point of the capacitors C1 and C3.
- the impedance element Z1 is a capacitor, for example.
- the impedance matching between the two transmission terminals TX1 and TX2 of the wireless IC 11 and the antenna resonance circuit AR is achieved by the first coil L1, the second coil L2, and the three capacitors C1, C2, and C3.
- impedance matching is achieved between the receiving terminal RX of the wireless IC 11 and the antenna resonance circuit AR by the capacitors C1, C2, C3 and the impedance element Z1.
- the wireless IC 11 receives the ASK modulated reflection signal and decodes the ID.
- the 13.56 MHz drive voltage (current) is ASK modulated.
- the RFID tag receives data and commands from the wireless IC 11 by decoding the received carrier intensity change.
- the control unit 12 inputs / outputs various data and commands for control to the wireless IC 11.
- the clock circuit 14 provides a clock signal to the wireless IC 11, and the encryption processing unit 13 performs processing related to encryption used in the RFID.
- FIG. 2B shows an example in which a transmission signal is output in an unbalanced manner.
- a terminal TX is a transmission signal output terminal
- a terminal GND is a ground terminal.
- Other structures are similar to those shown in FIG. In this way, it can be applied to an unbalanced terminal of a transmission signal.
- FIG. 3 is a diagram showing a configuration of the two coils L1 and L2.
- the two coils L1 and L2 are formed inside a magnetic substrate 21 made of ferrite.
- the coils L1 and L2 have the same coil axis and are arranged side by side in the coil axis direction.
- the coils L1 and L2 are magnetically coupled.
- the port # 1 is connected to the antenna resonance circuit AR side
- the second port # 2 is connected to the wireless IC side.
- FIG. 4A shows on the Smith chart the impedance (S parameter S11) of the two coils L1 and L2 viewed from the two transmission terminals TX1 and TX2 of the wireless IC 11 shown in FIG. is there.
- FIG. 4A shows the characteristics when the coupling coefficient between the two coils L1 and L2 shown in FIG. 2 is 0.9
- FIG. 4B shows the characteristics when the coupling coefficient is 0.00001.
- the impedance locus is the right end of the Smith chart (impedance infinite as shown in FIG. 4B).
- the impedance locus is hardly displaced even when the frequency is swept from 8.56 MHz to 18.56 MHz.
- the phase between the two transmission terminals TX1 and TX2 of the wireless IC 11 is kept approximately 180 degrees different due to the coupling of the coils L1 and L2. That is, it can be seen that balanced characteristics can be obtained in the frequency band from 8.56 MHz to 18.56 MHz. For this reason, impedance matching between the antenna resonance circuit AR and the wireless IC 11 is ensured over a wide frequency band, and a decrease in gain due to a shift in the resonance frequency of the antenna resonance circuit AR is suppressed. Therefore, a circuit for adjusting the resonance frequency of the antenna resonance circuit such as a trimmer capacitor and its adjustment work are not required. For example, it is not necessary to individually adjust the resonance frequency of the antenna resonance circuit to a specified value for each device regardless of the surrounding environment where the wireless IC device (particularly the antenna coil) is incorporated.
- the magnetic flux passing through one coil is doubled, and the equivalent inductance per coil is doubled. Therefore, the number of coil turns required to obtain the required inductance can be halved, and the direct current resistance can be halved. Further, the size can be reduced by halving the number of turns of the coil.
- the two coils are magnetically coupled so as to weaken the magnetic flux, the direction of the current flowing through the coils is reversed, so that the phase can be easily adjusted to about 180 ° without requiring the design of an inductance value. Can be different.
- FIG. 5 is a cross-sectional view of a main part of the wireless IC device 202 according to the second embodiment.
- FIG. 6 is a diagram showing a configuration of two coils L1 and L2 formed inside the wireless IC device 202.
- the circuit configuration of the wireless IC device is the same as that shown in FIG. 2 in the first embodiment.
- the two coils L1 and L2 are respectively formed in a spiral shape, and the first coil L1 is disposed on the inner peripheral side of the second coil L2 on substantially the same plane.
- the port # 1 is connected to the antenna resonance circuit AR side, and the second port # 2 is connected to the wireless IC side.
- the two coils L1 and L2 shown in FIG. 5 are formed in substantially the same plane inside the magnetic substrate 21 made of ferrite.
- chip components CP such as capacitors for impedance matching (capacitors C1, C2, and C3 shown in FIG. 2) and a capacitor C0 for an antenna resonance circuit are mounted.
- a module (RFID module) including a wireless IC chip can be configured, and incorporation into a wireless IC device is facilitated.
- FIG. 7A is a circuit diagram of a wireless IC device 203A according to the third embodiment.
- FIG. 7B is a circuit diagram of another wireless IC device 203B according to the third embodiment.
- the wireless IC device 203A includes an antenna resonant circuit AR, a wireless IC 11, a control unit 12, a cryptographic processing unit 13, a clock circuit 14, and an impedance between the wireless IC 11 and the antenna resonant circuit AR.
- a characteristic stabilizing circuit SM for matching is provided.
- the configuration of the characteristic stabilizing circuit SM is different from that shown in FIG. 2 in the first embodiment.
- Another difference is that the wireless IC 11 includes balanced input receiving terminals RX1 and RX2.
- Both ends of the first coil L11 are connected to the two receiving terminals RX1 and RX2 of the wireless IC 11. Both ends of the second coil L12 are connected to both ends of the capacitor C3. The first coil L11 and the second coil L12 are magnetically coupled.
- the “two coils” of the present invention are applied to the balanced input terminals RX 1 and RX 2 of the wireless IC 11.
- Impedance matching impedance elements Z1 and Z2 are connected between the transmission terminals TX1 and TX2 of the wireless IC 11 and both ends of the capacitor C3, respectively.
- the two impedance elements Z1 and Z2 are, for example, inductors (coils).
- the present invention is not limited to the transmission signal propagating between the wireless IC 11 and the antenna resonance circuit AR, and can be similarly applied to the reception signal.
- two coils L11 and L12 are connected in parallel to a balanced signal line that propagates between the balanced input terminals RX1 and RX2 of the wireless IC 11 and the antenna resonance circuit AR.
- the two coils (L11, L12) according to the present invention may be connected in parallel to the balanced signal line that propagates between the wireless IC and the antenna resonance circuit AR.
- FIG. 7B shows an example in which the received signal is input unbalanced.
- a terminal RX is a reception signal input terminal
- a terminal GND is a ground terminal.
- Other structures are similar to those shown in FIG. In this way, the present invention can be applied to an unbalanced terminal of a received signal.
- FIG. 8 is a circuit diagram of the wireless IC device 204 according to the fourth embodiment.
- two coils L1 and L2 are provided in the characteristic stabilization circuit SM that performs impedance matching between the two transmission terminals (balanced output terminals) TX1 and TX2 of the wireless IC 11 and the antenna resonance circuit AR. It has been.
- two coils L3 and L4 are provided in the impedance matching circuit between the two reception terminals (balanced input terminals) RX1 and RX2 of the wireless IC 11 and the antenna resonance circuit AR.
- the characteristic stabilization circuit is provided in a circuit including an antenna resonance circuit.
- the characteristic stabilization circuit may be applied to a circuit including a high-frequency circuit that outputs or inputs a balanced signal and a resonance circuit. it can. That is, the characteristic stabilization circuit may be provided between the high frequency circuit and the resonance circuit. This allows impedance matching between the resonant circuit and the high-frequency circuit even if the resonant frequency of the resonant circuit slightly deviates from a predetermined value, and a circuit for adjusting the resonant frequency of the resonant circuit such as a trimmer capacitor, and adjustment work thereof Is no longer necessary.
- the characteristic stabilization circuit is provided in a circuit including a wireless IC.
- the characteristic stabilization circuit is provided between a circuit that outputs or inputs a balanced signal and a transmission line. May be. As a result, the number of turns of the coil can be halved, the direct current resistance can be halved and the size can be reduced.
- the signal processing circuit of the present invention has two coils that are magnetically coupled to each other, so that the signal between the two terminals can be varied by approximately 180 °.
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Abstract
共振回路の共振周波数の調整用回路及びその調整作業を不要とし、さらには小型化した信号処理回路及びアンテナ装置を構成する。 アンテナコイル(AL)とコンデンサ(C0)とによってアンテナ共振回路(AR)が構成されている。アンテナ共振回路(AR)と無線IC(11)との間に、コンデンサ(C1,C2,C3)及び第1のコイル(L1),第2のコイル(L2)によるインピーダンス整合用の回路が備えられている。第1のコイル(L1)と第2のコイル(L2)は磁気的に結合している。
Description
この発明は、例えば近接電磁界により非接触で通信を行うRFIDのような無線ICデバイスに用いられる信号処理回路及びアンテナ装置に関するものである。
RFIDとして用いられる非接触型ICカード用リーダが非特許文献1に開示されている。
非特許文献1に開示されている非接触型ICカード用リーダの等価回路を図1に示す。この非接触型ICカードは、非接触型ICカードと非接触で通信するリーダである。無線IC11に対して、アンテナコイルAL、アンテナコイルQ値に対応する等価抵抗R11,R12、コンデンサC0によりアンテナ共振回路ARが構成されている。
非特許文献1に開示されている非接触型ICカード用リーダの等価回路を図1に示す。この非接触型ICカードは、非接触型ICカードと非接触で通信するリーダである。無線IC11に対して、アンテナコイルAL、アンテナコイルQ値に対応する等価抵抗R11,R12、コンデンサC0によりアンテナ共振回路ARが構成されている。
コンデンサC1,C2及びインダクタL1,L2は、無線IC11とアンテナ共振回路ARとのインピーダンス整合をとるために設けられている。ダイオードブリッジDBは検波回路、コンデンサC31,C32,C41,C42は平滑回路として設けられている。
前記アンテナ共振回路AR中のコンデンサC0を調整することによりアンテナ共振回路ARの共振周波数を調整して良好な通信状態を確保するようにしている。
苅部 浩 著、「トコトンやさしい非接触ICカードの本」、日刊工業新聞社 出版、2008年4月20日発行、第89頁
ところが、このような近接電磁界により非接触で通信を行う無線ICデバイスにおいては、アンテナコイルのインダクタンスやコンデンサのキャパシタンスのばらつきによってアンテナ共振回路の共振周波数がばらつく。また、無線ICデバイスの(特にアンテナコイルの)組み込み先の周囲環境によって、アンテナ共振回路の共振周波数が規定値からずれる。そのため、従来は図1に示したコンデンサC0をトリマーコンデンサで構成し、機器毎に個別にアンテナ共振回路の共振周波数を規定値に調整する必要があった。
例えば携帯電話端末に適用する場合、極めて多種多様な機器毎のアンテナ装置または無線ICデバイスを用意しなければならない。しかも、機器毎に調整作業が必要ともなると、作業工数が掛かってコストが嵩む問題があった。
また、無線IC11の平衡端子のそれぞれにインダクタL1,L2が必要である。しかも、この2つのインダクタL1,L2には低い直流抵抗、高い直流重畳特性(直流電流の許容値)のいずれも要求され、このことが小型化の妨げになっている。例えばインダクタL1,L2には瞬間的に数100mA以上の電流が流れる。そのため他の部品に比べて非常に大きなコイルでインダクタL1,L2を構成することなり、このことが小型化の障害になる。
上述の問題は、無線ICを備えたものに限らず、平衡端子を有する高周波回路を備える装置についても同様である。また、アンテナ共振回路を備えたものに限らず、平衡端子を有する高周波回路と共振回路とを備えた装置についても同様である。
そこで、この発明の目的は、共振回路の共振周波数調整用回路及びその調整作業を不要とし、さらには小型化した信号処理回路及びアンテナ装置を提供することにある。
この発明の信号処理回路は、2つの端子を備えた高周波回路に接続される回路であって、
前記高周波回路の2つの端子に接続される、互いに磁気的に結合する2つのコイルが設けられたことを特徴としている。
前記高周波回路の2つの端子に接続される、互いに磁気的に結合する2つのコイルが設けられたことを特徴としている。
前記2つのコイルは、前記2つの端子間の信号の位相を例えば略180°異ならせる。
前記2つの端子は、例えば平衡信号を出力または入力する平衡端子であって、前記2つのコイルは、前記高周波回路の平衡端子に対してそれぞれ直列に接続される。
前記2つの端子は、例えば平衡信号を出力または入力する平衡端子であって、前記2つのコイルは、前記高周波回路の平衡端子に接続される第1のコイルと、この第1のコイルに磁気的に結合する第2のコイルとを備える。
例えば前記2つのコイルは、互いに磁束を強め合うように磁気的に結合している。
例えば前記2つのコイルは、互いに磁束を強め合うように磁気的に結合している。
前記2つのコイルは、それぞれのコイル軸が同一で、且つそのコイル軸方向に並んで配置されていれば、2つのコイル同士は確実に磁気結合させることができる。
また、前記2つのコイルが平面に形成され、一方のコイルが他方のコイルの内周側に配置されていれば、高い結合度で2つのコイル同士を結合させることができる。
前記2つのコイルのインダクタンスは等しいことが望ましい。このことにより、前記2つのコイルの結合による効果が最も高まることになり、より広い周波数帯域で高い利得を得ることができる。
前記2つのコイルは例えば磁性体を含む積層基板に形成されていれば、所定のインダクタンスを有する前記2つのコイルをより小型に構成できる。また、前記積層基板の表面または内部に、前記2つのコイルに導通する回路の少なくとも一部が配置されていれば、全体に小型化・薄型化できる。
この発明のアンテナ装置は、次のように構成したことを特徴としている。
前記高周波回路は、外部機器との間で無線通信が行われる無線ICデバイスに用いられる無線ICである。前記信号処理回路は、前記外部機器との間での無線通信による信号を送受信するためのアンテナコイルを含むアンテナ共振回路と、前記平衡端子との間に接続されたインピーダンス整合回路の一部である。
前記高周波回路は、外部機器との間で無線通信が行われる無線ICデバイスに用いられる無線ICである。前記信号処理回路は、前記外部機器との間での無線通信による信号を送受信するためのアンテナコイルを含むアンテナ共振回路と、前記平衡端子との間に接続されたインピーダンス整合回路の一部である。
前記2つのコイルは前記高周波回路の平衡端子間の信号の位相が広い周波数帯域に亘って略180°異なる状態に保たれるので、広い周波数帯域に亘って高い利得を得ることができる。
また、前記アンテナ共振回路単体での共振周波数が既定値から多少ずれてもアンテナ共振回路と無線ICとのインピーダンス整合をとることができ、トリマーコンデンサ等のアンテナ共振回路の共振周波数の調整用回路、及びその調整作業が不要となる。
《第1の実施形態》
図2(A)は第1の実施形態に係る無線ICデバイス201Aの回路図である。また、図2(B)は第1の実施形態に係るもう一つの無線ICデバイス201Bの回路図である。
図2(A)は第1の実施形態に係る無線ICデバイス201Aの回路図である。また、図2(B)は第1の実施形態に係るもう一つの無線ICデバイス201Bの回路図である。
先ず、図2(A)について説明する。図2(A)に示すように、アンテナコイルALとコンデンサC0とによってアンテナ共振回路ARが構成されている。
無線ICデバイス201Aは、前記アンテナ共振回路AR、無線IC11、制御部12、暗号処理部13、及びクロック回路14を備えている。
前記アンテナ共振回路ARと無線IC11との間には、インピーダンス整合用の特性安定化回路SMが備えられている。この特性安定化回路SMが本発明に係る「信号処理回路」に相当する。すなわち、前記アンテナ共振回路ARに対してコンデンサC1,C2,C3による直列回路が並列接続されている。そして、無線IC11の第1の送信端子TX1と前記コンデンサC1,C3の接続点との間に第1のコイルL1が接続されている。また、無線IC11の第2の送信端子TX2と前記コンデンサC2,C3の接続点との間に第2のコイルL2が接続されている。
前記アンテナ共振回路ARと無線IC11との間には、インピーダンス整合用の特性安定化回路SMが備えられている。この特性安定化回路SMが本発明に係る「信号処理回路」に相当する。すなわち、前記アンテナ共振回路ARに対してコンデンサC1,C2,C3による直列回路が並列接続されている。そして、無線IC11の第1の送信端子TX1と前記コンデンサC1,C3の接続点との間に第1のコイルL1が接続されている。また、無線IC11の第2の送信端子TX2と前記コンデンサC2,C3の接続点との間に第2のコイルL2が接続されている。
前記第1のコイルL1と第2のコイルL2はそれぞれのインダクタンスが等しい。また、前記第1のコイルL1と第2のコイル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。また、無線IC11の受信端子RXと前記コンデンサC1,C3の接続点との間にインピーダンス素子Z1が接続されている。このインピーダンス素子Z1は例えばコンデンサである。
前記第1のコイルL1、第2のコイルL2、3つのコンデンサC1,C2,C3によって、無線IC11の2つの送信端子TX1,TX2とアンテナ共振回路ARとのインピーダンス整合が図られる。
また、無線IC11の受信端子RXと前記アンテナ共振回路ARとの間は前記コンデンサC1,C2,C3及びインピーダンス素子Z1によってインピーダンス整合が図られる。
無線IC11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、前記2つのコイルL1,L2、3つのコンデンサC1,C2,C3を介してアンテナ共振回路ARが駆動され、アンテナコイルALから13.56MHzの磁界が放射される。このアンテナコイルAL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はエネルギーの反射によってIDを応答することになる。
無線IC11は前記ASK変調された前記反射の信号を受けて前記IDを復号化する。無線IC11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無線IC11からのデータやコマンドを受信することになる。
制御部12は無線IC11に対して制御用の各種データやコマンドを入出力する。クロック回路14は無線IC11に対してクロック信号を与え、暗号処理部13はRFIDで用いられる暗号に関する処理を行う。
図2(B)は、送信信号が不平衡出力されるように構成された例である。図2(B)において、端子TXは送信信号出力端子、端子GNDはグランド端子である。その他の構成は図2(A)に示したものと同様である。このように、送信信号の不平衡端子に適用することもできる。
図3は前記2つのコイルL1,L2部分の構成を示す図である。この2つのコイルL1,L2はフェライト製の磁性体基板21の内部に構成されている。コイルL1,L2は、それぞれのコイル軸が同一で、且つそのコイル軸方向に並んで配置されている。また、コイルL1,L2は磁気的に結合する。
図3において、ポート#1はアンテナ共振回路AR側へ接続され、第2のポート#2は無線IC側へ接続される。
図3において、ポート#1はアンテナ共振回路AR側へ接続され、第2のポート#2は無線IC側へ接続される。
図4(A)は、図2に示した無線IC11の2つの送信端子TX1,TX2側から2つのコイルL1,L2側を見たインピーダンス(SパラメータのS11)をスミスチャート上に表したものである。
図4(A)は、図2に示した2つのコイルL1,L2同士の結合係数が0.9の場合、図4(B)はその結合係数が0.00001の場合の特性である。前記2つのコイルL1-L2間の結合係数がほぼ0である時には、周波数を8.56MHzから18.56MHzまでスイープした時、インピーダンス軌跡は図4(B)のようにスミスチャートの右端(インピーダンス無限大)から時計回りに大きく変位するのに対し、前記2つのコイルL1,L2が結合すると、周波数が8.56MHzから18.56MHzまでスイープしてもインピーダンス軌跡はほとんど変位しない。これは、コイルL1,L2の結合により、無線IC11の2つの送信端子TX1,TX2間の位相が略180°異なった状態に保たれるからである。すなわち、この8.56MHzから18.56MHzの周波数帯で平衡特性が得られることが分かる。そのため、広い周波数帯に亘ってアンテナ共振回路ARと無線IC11との間のインピーダンス整合が確保され、アンテナ共振回路ARの共振周波数のずれに対する利得低下が抑えられる。したがって、トリマーコンデンサ等のアンテナ共振回路の共振周波数の調整用回路、及びその調整作業が不要となる。例えば無線ICデバイスの(特にアンテナコイルの)組み込み先の周囲環境によらず、機器毎に個別にアンテナ共振回路の共振周波数を規定値に調整するといった作業が不要となる。
また、2つのコイルが互いに磁束を強め合うように磁気的に結合させることにより、1つのコイルを通過する磁束が倍増し、コイル1つあたりの等価的なインダクタンスが2倍になる。したがって、必要なインダクタンスを得るに要するコイルの巻数を半分にすることができ、直流抵抗を半減できる。また、コイルの巻数を半分にすることにより、小型化を実現できる。
また、2つのコイルが互いに磁束を弱め合うように磁気的に結合させると、コイルに流れる電流の方向が逆になるので、インダクタンス値の設計を必要とすることなく、容易に位相を略180°異ならせることができる。
《第2の実施形態》
図5は第2の実施形態に係る無線ICデバイス202の主要部の断面図である。図6は無線ICデバイス202の内部に形成されている2つのコイルL1,L2の構成を示す図である。無線ICデバイスの回路構成は、第1の実施形態で図2に示したものと同様である。
図5は第2の実施形態に係る無線ICデバイス202の主要部の断面図である。図6は無線ICデバイス202の内部に形成されている2つのコイルL1,L2の構成を示す図である。無線ICデバイスの回路構成は、第1の実施形態で図2に示したものと同様である。
図6に示す例では、2つのコイルL1,L2がそれぞれスパイラル状に形成されるとともに、ほぼ同一平面上で第1のコイルL1が第2のコイルL2の内周側に配置されている。ポート#1はアンテナ共振回路AR側へ接続され、第2のポート#2は無線IC側へ接続される。このように、一方のコイルL1を他方のコイルL2の内周側に配置することで、2つのコイルL1,L2の結合を強くすることができ、確実にインピーダンス整合を確保することができる。
図5に表れているように、フェライトからなる磁性体基板21の内部に、図5に示した2つのコイルL1,L2がほぼ同一平面内に形成されている。また磁性体基板21の上面にはインピーダンス整合用のコンデンサ(図2に示したコンデンサC1,C2,C3)、アンテナ共振回路用のコンデンサC0等のチップ部品CPが搭載されている。
なお、磁性体基板21の上面または内部に、図2に示した無線IC11、制御部12、暗号処理部13、及びクロック回路14等を搭載してもよい。これにより、無線ICチップも含めたモジュール(RFIDモジュール)を構成でき、無線ICデバイスへの組み込みが容易となる。
《第3の実施形態》
図7(A)は第3の実施形態に係る無線ICデバイス203Aの回路図である。また、図7(B)は第3の実施形態に係るもう一つの無線ICデバイス203Bの回路図である。
図7(A)は第3の実施形態に係る無線ICデバイス203Aの回路図である。また、図7(B)は第3の実施形態に係るもう一つの無線ICデバイス203Bの回路図である。
先ず、図7(A)について説明する。図7(A)に示すように、無線ICデバイス203Aは、アンテナ共振回路AR、無線IC11、制御部12、暗号処理部13、クロック回路14、及び無線IC11とアンテナ共振回路ARとの間のインピーダンス整合を行う特性安定化回路SMを備えている。前記特性安定化回路SMの構成が第1の実施形態で図2に示したものと異なる。また、無線IC11が平衡入力の受信端子RX1,RX2を備えている点で異なる。
無線IC11の2つの受信端子RX1,RX2に第1のコイルL11の両端が接続されている。第2のコイルL12の両端がコンデンサC3の両端に接続されている。この第1のコイルL11と第2のコイルL12とは磁気的に結合している。
第3の実施形態は無線IC11の平衡入力端子RX1,RX2に対して本発明の「2つのコイル」を適用したものである。
また、無線IC11の送信端子TX1,TX2とコンデンサC3の両端との間にそれぞれインピーダンス整合用のインピーダンス素子Z1,Z2が接続されている。この2つのインピーダンス素子Z1,Z2はそれぞれ例えばインダクタ(コイル)である。
このように無線IC11とアンテナ共振回路ARとの間を伝搬する送信信号に限らず、受信信号に対しても同様に適用できる。
このように無線IC11とアンテナ共振回路ARとの間を伝搬する送信信号に限らず、受信信号に対しても同様に適用できる。
さらに、図7(A)に示した例では2つのコイルL11,L12が無線IC11の平衡入力端子RX1,RX2とアンテナ共振回路ARとの間を伝搬する平衡信号ラインに対して並列接続されている。
このように、本発明に係る2つのコイル(L11,L12)は、無線ICとアンテナ共振回路ARとの間を伝搬する平衡信号ラインに対して並列に接続されていてもよい。
このように、本発明に係る2つのコイル(L11,L12)は、無線ICとアンテナ共振回路ARとの間を伝搬する平衡信号ラインに対して並列に接続されていてもよい。
2つのコイルを並列接続することによって、アンテナ共振回路からの静電気の影響を除去することができ、無線ICの静電破壊を防止できる。
図7(B)は、受信信号が不平衡入力されるように構成された例である。図7(B)において、端子RXは受信信号入力端子、端子GNDはグランド端子である。その他の構成は図7(A)に示したものと同様である。このように、受信信号の不平衡端子に適用することもできる。
《第4の実施形態》
図8は第4の実施形態に係る無線ICデバイス204の回路図である。この図8に示す例では、無線IC11の2つの送信端子(平衡出力端子)TX1,TX2とアンテナ共振回路ARとの間のインピーダンス整合を行う特性安定化回路SMに2つのコイルL1,L2が設けられている。同様に、無線IC11の2つの受信端子(平衡入力端子)RX1,RX2とアンテナ共振回路ARとの間のインピーダンス整合回路に2つのコイルL3,L4が設けられている。
図8は第4の実施形態に係る無線ICデバイス204の回路図である。この図8に示す例では、無線IC11の2つの送信端子(平衡出力端子)TX1,TX2とアンテナ共振回路ARとの間のインピーダンス整合を行う特性安定化回路SMに2つのコイルL1,L2が設けられている。同様に、無線IC11の2つの受信端子(平衡入力端子)RX1,RX2とアンテナ共振回路ARとの間のインピーダンス整合回路に2つのコイルL3,L4が設けられている。
また、図8に示す例では、アンテナ共振回路ARと無線IC11との間を伝搬する平衡信号の中性点(0ボルトライン)を接地するために、同容量の2つのコンデンサC01,C02の直列回路をアンテナ共振回路ARに設け、コンデンサC01,C02の接続点とアンテナコイルALの中央を接地している。また、インピーダンス整合回路にも、同容量のコンデンサC31,C32の直列回路を設け、これらの2つのコンデンサの接続点を接地している。
このように中性点の電位を安定化させることによって、無線IC11内での平衡信号の0ボルトに対する変位を抑えて動作を安定化させることができる。
このように中性点の電位を安定化させることによって、無線IC11内での平衡信号の0ボルトに対する変位を抑えて動作を安定化させることができる。
なお、以上に示した各実施形態では、アンテナ共振回路を備えた回路に前記特性安定化回路を設けたが、平衡信号を出力または入力する高周波回路と共振回路を備えた回路に適用することもできる。すなわち、前記高周波回路と共振回路との間に前記特性安定化回路を設けても良い。そのことによって、共振回路の共振周波数が既定値から多少ずれても共振回路と高周波回路とのインピーダンス整合をとることができ、トリマーコンデンサ等の共振回路の共振周波数の調整用回路、及びその調整作業が不要となる。
また、以上に示した各実施形態では、無線ICを備えた回路に前記特性安定化回路を設けたが、平衡信号を出力または入力する回路と伝送線路との間に前記特性安定化回路を設けても良い。そのことによって、コイルの巻き数を半分にでき、直流抵抗を半減させるとともに小型化できる。
なお、特に、磁界を放射するアンテナ共振回路を備えた回路では、アンテナ共振回路の共振周波数よりも低周波の信号を入出力する2つの端子に接続されるので、2つの端子間の位相差が例えば120°や160°にずれやすいが、本発明の信号処理回路では、互いに磁気的に結合する2つのコイルを有するので、2つの端子間の信号を略180°異ならせることができる。
11…無線IC
12…制御部
13…暗号処理部
14…クロック回路
21…磁性体基板
201A,201B,203A,203B,204B…無線ICデバイス
AL…アンテナコイル
AR…アンテナ共振回路
C01,C02…コンデンサ
C1,C2,C3…コンデンサ
C0…コンデンサ
CP…チップ部品
DB…ダイオードブリッジ
L1…第1のコイル
L2…第2のコイル
L11,L12…コイル
L3,L4…コイル
Q…アンテナコイル
RX,RX1,RX2…受信端子
SM…特性安定化回路
TX,TX1,TX2…送信端子
Z1,Z2…インピーダンス素子
12…制御部
13…暗号処理部
14…クロック回路
21…磁性体基板
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AL…アンテナコイル
AR…アンテナ共振回路
C01,C02…コンデンサ
C1,C2,C3…コンデンサ
C0…コンデンサ
CP…チップ部品
DB…ダイオードブリッジ
L1…第1のコイル
L2…第2のコイル
L11,L12…コイル
L3,L4…コイル
Q…アンテナコイル
RX,RX1,RX2…受信端子
SM…特性安定化回路
TX,TX1,TX2…送信端子
Z1,Z2…インピーダンス素子
Claims (11)
- 2つの端子を備えた高周波回路に接続される信号処理回路であって、
前記高周波回路の2つの端子に接続される、互いに磁気的に結合する2つのコイルが設けられた信号処理回路。 - 前記2つのコイルは、前記2つの端子間の信号の位相を略180°異ならせる、請求項1に記載の信号処理回路。
- 前記2つの端子は、平衡信号を出力または入力する平衡端子であって、
前記2つのコイルは、前記高周波回路の平衡端子に対してそれぞれ直列に接続された、請求項1または2に記載の信号処理回路。 - 前記2つの端子は、平衡信号を出力または入力する平衡端子であって、
前記2つのコイルは、前記高周波回路の平衡端子に接続される第1のコイルと、この第1のコイルに磁気的に結合する第2のコイルとを備えた、請求項1または2に記載の信号処理回路。 - 前記2つのコイルは、互いに磁束を強め合うように磁気的に結合している請求項1~4のいずれかに記載の信号処理回路。
- 前記2つのコイルは、それぞれのコイル軸が同一で、且つそのコイル軸方向に並んで配置された、請求項1~5のいずれかに記載の信号処理回路。
- 前記2つのコイルは平面に形成され、一方のコイルが他方のコイルの内周側に配置された、請求項1~5のいずれかに記載の信号処理回路。
- 前記2つのコイルのインダクタンスが等しい、請求項1~7のいずれかに記載の信号処理回路。
- 前記2つのコイルは磁性体を含む積層基板に構成された、請求項1~8のいずれかに記載の信号処理回路。
- 前記積層基板の表面または内部に、前記2つのコイルに導通する回路の少なくとも一部が配置された、請求項9に記載の信号処理回路。
- 請求項1~10のいずれかに記載の信号処理回路を備えるアンテナ装置であって、
前記高周波回路を、外部機器との間で無線通信が行われる無線ICデバイスに用いられる無線ICとし、
前記信号処理回路を、前記外部機器との間での無線通信による信号を送受信するためのアンテナコイルを含むアンテナ共振回路と、前記平衡端子との間に接続されたインピーダンス整合回路の一部とした、アンテナ装置。
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