JP2007060075A

JP2007060075A - Antenna circuit

Info

Publication number: JP2007060075A
Application number: JP2005240792A
Authority: JP
Inventors: Kazutoshi Higuchi; 和俊樋口
Original assignee: Casio Hitachi Mobile Communications Co Ltd
Current assignee: Casio Hitachi Mobile Communications Co Ltd
Priority date: 2005-08-23
Filing date: 2005-08-23
Publication date: 2007-03-08

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To realize an antenna circuit that is less likely to be influenced by stray capacitance. <P>SOLUTION: The antenna circuit 100 has a structure as an antenna coil L formed by winding a rectangular conductive pattern on a flexible board FB, for example, a resonance capacitor C1 is provided being connected in parallel with the antenna coil L, and an IC chip 20 is connected via intermediate taps TP1 and TP2 provided at predetermined positions in the rectangular conductive pattern forming the antenna coil L. Impedance with respect to the ground potential across the antenna coil L is made to balance, to some extent, by connecting the IC chip 20 via the intermediate taps TP1 and TP2, and the effect due to the suspension capacitor between the antenna coil L and the surrounding structure is suppressed to be a minimum. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、非接触ＩＣカード等のウェアラブル情報通信機器に用いて好適なアンテナ回路に関する。 The present invention relates to an antenna circuit suitable for use in a wearable information communication device such as a non-contact IC card.

近年、電子マネーや電子乗車券等の機能を備えるデータキャリアとして非接触ＩＣカードが実用化されている。リーダ・ライタ装置と電磁結合方式でデータ授受する非接触ＩＣカードは、図６に図示するように、アンテナコイルＬおよび共振用コンデンサＣを並列接続した並列共振回路のアンテナ回路１０を備え、これよりリーダ・ライタ装置からのキャリア電波（磁界）に同調して誘起電圧を発生し、それをＩＣチップ２０の電源として供給する。こうした技術については、例えば特許文献１に開示されている。 In recent years, contactless IC cards have been put to practical use as data carriers having functions such as electronic money and electronic tickets. As shown in FIG. 6, a non-contact IC card that exchanges data with a reader / writer device by an electromagnetic coupling system includes an antenna circuit 10 of a parallel resonance circuit in which an antenna coil L and a resonance capacitor C are connected in parallel. An induced voltage is generated in synchronization with the carrier wave (magnetic field) from the reader / writer device, and is supplied as a power source for the IC chip 20. Such a technique is disclosed in Patent Document 1, for example.

特開２００１−１８８８９０号公報JP 2001-188890 A

ところで、図６に図示したように、従来のアンテナ回路１０では、アンテナコイルＬの一端を接地して負荷側のＩＣチップ２０と電気的に整合させるが、そのようにすると、接地されていない他端側のインピーダンスが非常に高くなる。その結果、接地電位にある静電シールド等の周囲の構造物との間に生じる浮遊容量の影響によりアンテナ回路１０の共振周波数が変化するという問題がある。 As shown in FIG. 6, in the conventional antenna circuit 10, one end of the antenna coil L is grounded to be electrically aligned with the load-side IC chip 20. The impedance on the end side becomes very high. As a result, there is a problem that the resonance frequency of the antenna circuit 10 changes due to the influence of stray capacitance generated between the ground shield and other surrounding structures such as an electrostatic shield.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、浮遊容量の影響を受け難いアンテナ回路を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide an antenna circuit that is not easily affected by stray capacitance.

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、アンテナコイルおよび共振用コンデンサが並列接続されたアンテナ回路において、前記アンテナコイルに少なくとも２つの中間タップを設け、これら中間タップを介して負荷回路を接続する構成を具備することを特徴とする。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, in the antenna circuit in which the antenna coil and the resonance capacitor are connected in parallel, the antenna coil is provided with at least two intermediate taps, and the load is passed through these intermediate taps. A structure for connecting circuits is provided.

上記請求項１に従属する請求項２に記載の発明では、前記負荷回路の負荷抵抗を等分割し、その各一端同士を接続した中点を接地電位とし、各他端をそれぞれ前記アンテナコイルに設けた２つの中間タップに平衡接続することを特徴とする。 In the invention according to claim 2 subordinate to claim 1, the load resistance of the load circuit is equally divided, the midpoint connecting the one ends thereof is set to the ground potential, and the other ends are respectively connected to the antenna coil. It is characterized in that balanced connection is made to two provided intermediate taps.

請求項３に記載の発明では、基板上に導電パターンを巻回してアンテナコイルを形成すると共に、そのアンテナコイルに並列接続される共振用コンデンサを設け、当該アンテナコイルを形成する導電パターン中の所定箇所に設けた少なくとも２つの中間タップを介して負荷回路を接続する構造を有することを特徴とする。 In the invention according to claim 3, an antenna coil is formed by winding a conductive pattern on a substrate, a resonance capacitor connected in parallel to the antenna coil is provided, and a predetermined in the conductive pattern forming the antenna coil is provided. It has a structure in which a load circuit is connected through at least two intermediate taps provided at a location.

上記請求項３に従属する請求項４に記載の発明では、前記アンテナコイルを形成するよう巻回される導電パターン中の所定箇所に設けた第１の中間タップと第２の中間タップとの間のパターン幅を狭くする一方、第１の中間タップから共振用コンデンサを経て第２の中間タップに至る経路のパターン幅を広くすることを特徴とする。 In the invention according to claim 4, which is dependent on claim 3, the gap between the first intermediate tap and the second intermediate tap provided at a predetermined position in the conductive pattern wound so as to form the antenna coil. The pattern width of the path from the first intermediate tap to the second intermediate tap through the resonance capacitor is increased.

請求項１に記載の発明によれば、アンテナコイルに設けた少なくとも２つの中間タップを介して負荷回路を接続するので、アンテナコイル両端の接地電位に対するインピーダンスをある程度バランスさせ、アンテナコイルと接地電位にある周囲の構造物との浮遊容量による影響を最小限にすることができる。 According to the first aspect of the present invention, since the load circuit is connected via at least two intermediate taps provided in the antenna coil, the impedance with respect to the ground potential at both ends of the antenna coil is balanced to some extent, so that the antenna coil and the ground potential can be balanced. The effect of stray capacitance with certain surrounding structures can be minimized.

請求項２に記載の発明によれば、負荷回路の負荷抵抗を等分割し、その各一端同士を接続した中点を接地電位とし、各他端をそれぞれアンテナコイルに設けた２つの中間タップに平衡接続する為、アンテナ回路と負荷回路とのマッチングが向上してより浮遊容量の影響を受け難くすることができる。 According to the second aspect of the present invention, the load resistance of the load circuit is equally divided, the midpoint connecting the one ends thereof is set to the ground potential, and the other ends are respectively connected to the two intermediate taps provided in the antenna coil. Since balanced connection is made, matching between the antenna circuit and the load circuit is improved, and the influence of stray capacitance can be made less likely.

請求項３に記載の発明によれば、基板上に導電パターンを巻回してアンテナコイルを形成すると共に、そのアンテナコイルに並列接続される共振用コンデンサを設け、当該アンテナコイルを形成する導電パターン中の所定箇所に設けた少なくとも２つの中間タップを介して負荷回路を接続するので、アンテナコイル両端の接地電位に対するインピーダンスをある程度バランスさせ、アンテナコイルと接地電位にある周囲の構造物との浮遊容量による影響を最小限にすることができる。 According to a third aspect of the present invention, an antenna coil is formed by winding a conductive pattern on a substrate, a resonance capacitor connected in parallel to the antenna coil is provided, and the antenna coil is formed in the conductive pattern. Since the load circuit is connected through at least two intermediate taps provided at predetermined locations, the impedance to the ground potential at both ends of the antenna coil is balanced to some extent, and the stray capacitance between the antenna coil and the surrounding structure at the ground potential is The impact can be minimized.

請求項４に記載の発明によれば、アンテナコイルを形成するよう巻回される導電パターン中の所定箇所に設けた第１の中間タップと第２の中間タップとの間のパターン幅を狭くする一方、第１の中間タップから共振用コンデンサを経て第２の中間タップに至る経路のパターン幅を広くするので、アンテナコイルを形成する導電パターンの全てを等路幅とした場合に比して導電パターンの占有面積を小さくすることができる。 According to invention of Claim 4, the pattern width between the 1st intermediate | middle tap provided in the predetermined location in the electrically conductive pattern wound so that an antenna coil may be formed, and a 2nd intermediate | middle tap is narrowed. On the other hand, since the pattern width of the path from the first intermediate tap to the second intermediate tap through the resonance capacitor is increased, the conductive pattern is more conductive than when all of the conductive patterns forming the antenna coil have the equal path width. The area occupied by the pattern can be reduced.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、実施の一形態によるアンテナ回路１００の構成を示す回路図である。この図に示すアンテナ回路１００が図６に図示した従来例のアンテナ回路１０と相違する点は、アンテナコイルＬに２つの中間タップＴＰ１，ＴＰ２を設け、この中間タップＴＰ１，ＴＰ２を介してＩＣチップ２０を接続する構成としたことにある。このような構成によれば、アンテナコイルＬ両端の接地電位に対するインピーダンスをある程度バランスさせ、アンテナコイルＬと接地電位にある周囲の構造物との浮遊容量による影響を最小限にすることができる。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of an antenna circuit 100 according to an embodiment. The antenna circuit 100 shown in this figure is different from the conventional antenna circuit 10 shown in FIG. 6 in that the antenna coil L is provided with two intermediate taps TP1 and TP2, and an IC chip is provided via the intermediate taps TP1 and TP2. 20 is connected. According to such a configuration, the impedance with respect to the ground potential at both ends of the antenna coil L can be balanced to some extent, and the influence of stray capacitance between the antenna coil L and the surrounding structure at the ground potential can be minimized.

次に、図２〜図３を参照して上記構成によるアンテナ回路１００と、図６に図示した従来例のアンテナ回路１０との各周波数特性を対比説明する。図２（ａ）は、図６に図示した従来例のアンテナ回路１０の周波数特性をシミュレートする為の等価回路である。図２（ｂ）は図１に図示したアンテナ回路１００の周波数特性をシミュレートする為の等価回路である。これら等価回路において、トランスＴ１は電磁結合するリーダ・ライタ１側のアンテナコイルＬ１と非接触ＩＣカード２のアンテナコイルＬ２とに相当する。つまり、トランスＴ１の１次側コイルがリーダ・ライタ１のアンテナコイルＬ１に、２次側コイルが非接触ＩＣカード２のアンテナコイルＬ２にそれぞれ相当する。 Next, frequency characteristics of the antenna circuit 100 having the above-described configuration and the conventional antenna circuit 10 shown in FIG. 6 will be described with reference to FIGS. FIG. 2A is an equivalent circuit for simulating the frequency characteristics of the conventional antenna circuit 10 shown in FIG. FIG. 2B is an equivalent circuit for simulating the frequency characteristics of the antenna circuit 100 shown in FIG. In these equivalent circuits, the transformer T1 corresponds to the antenna coil L1 on the reader / writer 1 side to be electromagnetically coupled and the antenna coil L2 of the non-contact IC card 2. That is, the primary coil of the transformer T1 corresponds to the antenna coil L1 of the reader / writer 1, and the secondary coil corresponds to the antenna coil L2 of the non-contact IC card 2.

リーダ・ライタ１は、１３．５６ＭＨｚのキャリア信号を発生する電源Ｖｉｎ、負荷抵抗Ｒ１、トランスＴ１の１次側コイル（アンテナコイルＬ１）に並列接続される共振用コンデンサＣ１および浮遊容量Ｃｓから構成される。非接触ＩＣカード２は、トランスＴ１の２次側コイル（アンテナコイルＬ２）に接続される負荷抵抗Ｒ２（ＩＣチップ２０に相当）から構成される。なお、トランスＴ１を用いてリーダ・ライタ１側のアンテナコイルＬ１と非接触ＩＣカード２のアンテナコイルＬ２とを電磁結合させる為、非接触ＩＣカード２側の共振用コンデンサＣは省略している。 The reader / writer 1 includes a power source Vin for generating a 13.56 MHz carrier signal, a load resistor R1, a resonance capacitor C1 connected in parallel to the primary coil (antenna coil L1) of the transformer T1, and a stray capacitance Cs. The The non-contact IC card 2 includes a load resistor R2 (corresponding to the IC chip 20) connected to the secondary coil (antenna coil L2) of the transformer T1. Note that the resonance capacitor C on the non-contact IC card 2 side is omitted in order to electromagnetically couple the antenna coil L1 on the reader / writer 1 side and the antenna coil L2 of the non-contact IC card 2 using the transformer T1.

こうした等価回路を用い、浮遊容量Ｃｓを異ならせて非接触ＩＣカード２側の共振特性（負荷抵抗Ｒ２に生じる電圧の周波数特性）をシミュレートすると、先ず浮遊容量Ｃｓが０．１ｐＦ程度の微小容量であれば、図２（ａ），（ｂ）に図示した各等価回路では共に非接触ＩＣカード２側がほぼ１３．５６ＭＨｚで共振し、浮遊容量Ｃｓの影響を受けない。次に、浮遊容量Ｃｓを５ｐＦした場合のシミュレート結果を図３に図示する。この図に示すように、図２（ａ）に図示する等価回路では、共振周波数ｆ０（１３．５６ＭＨｚ）から約７３０ＫＨｚ低下した共振点ｆ１となるのに対し、図２（ｂ）に図示する等価回路では、共振周波数ｆ０（１３．５６ＭＨｚ）から約６００ＫＨｚ低下した共振点ｆ２となる。このことからも、本発明によるアンテナ回路１００は浮遊容量Ｃｓの影響を受け難いことが判る。 Using such an equivalent circuit and simulating the resonance characteristics (frequency characteristics of the voltage generated in the load resistance R2) on the non-contact IC card 2 side by varying the stray capacitance Cs, the stray capacitance Cs is first a very small capacitance of about 0.1 pF Then, in each equivalent circuit shown in FIGS. 2A and 2B, the non-contact IC card 2 side resonates at about 13.56 MHz and is not affected by the stray capacitance Cs. Next, a simulation result when the stray capacitance Cs is 5 pF is shown in FIG. As shown in this figure, in the equivalent circuit shown in FIG. 2A, the resonance point f1 is lowered by about 730 KHz from the resonance frequency f0 (13.56 MHz), whereas the equivalent circuit shown in FIG. In the circuit, the resonance point f2 is about 600 KHz lower than the resonance frequency f0 (13.56 MHz). This also shows that the antenna circuit 100 according to the present invention is hardly affected by the stray capacitance Cs.

次に、図４を参照して本発明によるアンテナ回路１００の概略構造および適用例を説明する。図４（ａ）は、アンテナ回路１００の概略構造を示す平面図である。この図に示すように、アンテナ回路１００は、フレキシブル基板ＦＢ上に矩形状の導電パターンを巻回してアンテナコイルＬを形成すると共に、そのアンテナコイルＬに並列接続される共振用コンデンサＣ１を設け、アンテナコイルＬを形成する矩形状の導電パターン中の所定箇所に設けた中間タップＴＰ１，ＴＰ２を介してＩＣチップ２０を接続する構造を有する。 Next, a schematic structure and an application example of the antenna circuit 100 according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4A is a plan view showing a schematic structure of the antenna circuit 100. FIG. As shown in this figure, the antenna circuit 100 forms an antenna coil L by winding a rectangular conductive pattern on a flexible substrate FB, and includes a resonance capacitor C1 connected in parallel to the antenna coil L. The IC chip 20 is connected through intermediate taps TP1 and TP2 provided at predetermined positions in a rectangular conductive pattern forming the antenna coil L.

上記構造において、アンテナコイルＬを形成するように巻回される矩形状の導電パターンの内、中間タップＴＰ１、ＴＰ２間では電流が相殺されるため、そのパターン幅（もしくは段面積）を狭くし、一方、電流が多く流れるパターン部分、すなわち図４（ａ）に図示する通り、中間タップＴＰ１から共振用コンデンサＣ１を経て中間タップＴＰ２に至る経路のパターン幅（もしくは段面積）を広くすれば、アンテナコイルＬを形成する導電パターンの全てを等路幅とした場合に比して導電パターンの占有面積を小さくすることができる。 In the above structure, among the rectangular conductive patterns wound so as to form the antenna coil L, the current is canceled between the intermediate taps TP1, TP2, so that the pattern width (or step area) is narrowed, On the other hand, if the pattern width (or step area) of the path from the intermediate tap TP1 through the resonance capacitor C1 to the intermediate tap TP2 is increased as shown in FIG. The occupied area of the conductive pattern can be reduced as compared with the case where all the conductive patterns forming the coil L have equal path widths.

そうした構造のアンテナ回路１００は、非接触ＩＣカード２に限らず、例えば非接触ＩＣカード機能を備える携帯電話にも適用可能である。例えば図４（ｂ）に図示するように、携帯電話２００の背面側に上記構造のアンテナ回路１００を設ける。この場合、図示していないが、アンテナ回路１００はバッテリ近傍に配置されることになるが、上述したように、アンテナ回路１００は接地電位にある周囲の構造物との間に生じる浮遊容量の影響を受け難く共振周波数の変化を抑えることができる為、好適となる。 The antenna circuit 100 having such a structure is not limited to the non-contact IC card 2 but can be applied to, for example, a mobile phone having a non-contact IC card function. For example, as illustrated in FIG. 4B, the antenna circuit 100 having the above structure is provided on the back side of the mobile phone 200. In this case, although not shown, the antenna circuit 100 is disposed in the vicinity of the battery. However, as described above, the antenna circuit 100 is affected by the stray capacitance generated between the antenna circuit 100 and the surrounding structure at the ground potential. This is preferable because the change in the resonance frequency can be suppressed.

以上説明したように、本発明では、アンテナコイルＬに２つの中間タップＴＰ１，ＴＰ２を設け、この中間タップＴＰ１，ＴＰ２を介してＩＣチップ２０を接続する構成としたので、アンテナコイルＬ両端の接地電位に対するインピーダンスをある程度バランスさせ、アンテナコイルＬと接地電位にある周囲の構造物との浮遊容量による影響を最小限にして共振周波数の変化を抑えることができる。
なお、上述した実施形態では、負荷回路（ＩＣチップ２０）が接地電位に対して不平衡接続されているが、図５に図示するように、負荷回路（ＩＣチップ２０）が有する負荷抵抗分をＲＬ１，ＲＬ２に等分割し、その中点を接地電位としてアンテナ回路１００に平衡接続すれば、アンテナ回路１００と負荷回路とのマッチングが向上してより浮遊容量の影響を受け難くなる効果を奏する。 As described above, in the present invention, the antenna coil L is provided with the two intermediate taps TP1 and TP2, and the IC chip 20 is connected via the intermediate taps TP1 and TP2. The impedance with respect to the potential is balanced to some extent, and the influence of the stray capacitance between the antenna coil L and the surrounding structure at the ground potential can be minimized to suppress the change in the resonance frequency.
In the embodiment described above, the load circuit (IC chip 20) is unbalanced with respect to the ground potential. However, as shown in FIG. 5, the load resistance component of the load circuit (IC chip 20) is reduced. If the RL1 and RL2 are equally divided and the midpoint thereof is grounded and connected to the antenna circuit 100 in a balanced manner, the matching between the antenna circuit 100 and the load circuit is improved, and the effect of being less susceptible to stray capacitance is obtained.

本発明による実施の一形態の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of one Embodiment by this invention. 従来例によるアンテナ回路１０の周波数特性をシミュレートする等価回路および本発明によるアンテナ回路１００の周波数特性をシミュレートする等価回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the equivalent circuit which simulates the frequency characteristic of the antenna circuit 10 by a prior art example, and the equivalent circuit which simulates the frequency characteristic of the antenna circuit 100 by this invention. アンテナ回路１０およびアンテナ回路１００の周波数特性を示す図である。3 is a diagram illustrating frequency characteristics of the antenna circuit 10 and the antenna circuit 100. FIG. アンテナ回路１００の概略構造および適用例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the schematic structure and application example of the antenna circuit. 変形例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows a modification. 従来例のアンテナ回路１０の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the antenna circuit 10 of a prior art example.

符号の説明Explanation of symbols

１０アンテナ回路
２０非接触ＩＣカード
１００アンテナ回路
Ｌアンテナコイル
Ｃ共振用コンデンサ
ＴＰ１，ＴＰ２タップ
10 antenna circuit 20 contactless IC card 100 antenna circuit L antenna coil C resonance capacitor TP1, TP2 tap

Claims

アンテナコイルおよび共振用コンデンサが並列接続されたアンテナ回路において、
前記アンテナコイルに少なくとも２つの中間タップを設け、これら中間タップを介して負荷回路を接続する構成を具備することを特徴とするアンテナ回路。 In an antenna circuit in which an antenna coil and a resonance capacitor are connected in parallel,
An antenna circuit comprising a configuration in which at least two intermediate taps are provided on the antenna coil, and a load circuit is connected via the intermediate taps.

前記負荷回路の負荷抵抗を等分割し、その各一端同士を接続した中点を接地電位とし、各他端をそれぞれ前記アンテナコイルに設けた２つの中間タップに平衡接続することを特徴とする請求項１記載のアンテナ回路。 The load resistance of the load circuit is equally divided, a midpoint where the one ends thereof are connected is a ground potential, and each other end is balancedly connected to two intermediate taps provided in the antenna coil. Item 10. The antenna circuit according to Item 1.

基板上に導電パターンを巻回してアンテナコイルを形成すると共に、そのアンテナコイルに並列接続される共振用コンデンサを設け、当該アンテナコイルを形成する導電パターン中の所定箇所に設けた少なくとも２つの中間タップを介して負荷回路を接続する構造を有することを特徴とするアンテナ回路。 A conductive pattern is wound on a substrate to form an antenna coil, a resonance capacitor connected in parallel to the antenna coil is provided, and at least two intermediate taps provided at predetermined locations in the conductive pattern forming the antenna coil An antenna circuit having a structure in which a load circuit is connected via a cable.

前記アンテナコイルを形成するよう巻回される導電パターン中の所定箇所に設けた第１の中間タップと第２の中間タップとの間のパターン幅を狭くする一方、第１の中間タップから共振用コンデンサを経て第２の中間タップに至る経路のパターン幅を広くすることを特徴とする請求項３に記載のアンテナ回路。
While narrowing the pattern width between the first intermediate tap and the second intermediate tap provided at a predetermined position in the conductive pattern wound to form the antenna coil, the first intermediate tap is used for resonance. 4. The antenna circuit according to claim 3, wherein a pattern width of a path that passes through the capacitor and reaches the second intermediate tap is widened.