WO2010104179A1 - 信号処理回路及びアンテナ装置 - Google Patents

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谷口勝己
加藤登
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株式会社村田製作所
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/16—Resonant antennas with feed intermediate between the extremities of the antenna, e.g. centre-fed dipole
    • H01Q9/26—Resonant antennas with feed intermediate between the extremities of the antenna, e.g. centre-fed dipole with folded element or elements, the folded parts being spaced apart a small fraction of operating wavelength
    • 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 °.

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

信号処理回路及びアンテナ装置
　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。
　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。
　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。
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。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。 第１の実施形態に係る無線ＩＣデバイス２０１に備える２つのコイルＬ１，Ｌ２部分の構成を示す図である。 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。 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。 第２の実施形態に係る無線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。 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。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。 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。
　《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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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

Claims (11)

  1. 　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。
  2. 　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。
  3. 　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。
  4. 　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。
  5. 　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。
  6. 　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。
  7. 　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。
  8. 　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。
  9. 　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。
  10. 　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。
  11. 　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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