JP4149381B2 - 電力充電回路 - Google Patents
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Description
RFIDタグなどの非接触ICタグは、電力充電回路のコンデンサに蓄積された電荷を電力源として利用し、データである変調信号の復調処理などを実施する。
図1はこの発明の実施の形態1による電力充電回路が搭載されたRFIDタグを示す構成図であり、特に図1(a)はRFIDタグの上面図、(b)はRFIDタグの断面図、(c)はRFIDタグの下面図である。
図において、アンテナ1は例えばリーダ・ライタ装置などの電力供給装置から送信されるパルス信号などの変調信号(以下、RF信号という)を受信するものであり、給電点2がほぼ中央に設けられている。
RFIDタグは誘電体基板3a,3bと地導体4が積層されており、アンテナ1の給電点2から下面に向けてスルーホール5が施されている。電力充電回路7はRFIDタグの下面に実装され、電力充電回路7はアンテナ1の給電点2から、スルーホール5及びマイクロストリップ線路6(例えば、マイクロストリップ線路6の線路抵抗は50Ω)を介して、アンテナ1により受信されたRF信号を入力する。
インピーダンス素子である抵抗15は一端がダイオード12の入力側と接続され、RF信号入力端子11における入力インピーダンスZ0より大きい抵抗値R1を有している。第1のダイオードであるダイオード16は出力側が抵抗15の他端と接続され、ダイオード12,13,19と伴にRF信号を整流する。
第1の短絡用コンデンサである短絡用コンデンサ17はダイオード16の出力側とダイオード12,13の接続点14間に接続されている。
第2の短絡用コンデンサである短絡用コンデンサ20はダイオード19の入力側とダイオード12,13の接続点14間に接続されている。
第2の充電用コンデンサである充電用コンデンサ23はダイオード12の入力側とダイオード16の入力側間に接続され、ダイオード12,13,16,19による整流電流を充電する。
第3の充電用コンデンサである充電用コンデンサ24はダイオード13の出力側とダイオード19の出力側間に接続され、ダイオード12,13,16,19による整流電流を充電する。
出力電圧端子25,26は充電用コンデンサ21〜24の蓄積電圧を出力する端子である。
例えばリーダ・ライタ装置などの電力供給装置がRFIDタグとデータの送受信を実施するに際して、RFIDタグに電力を供給するためにRF信号を送信すると、RFIDタグのアンテナ1がRF信号を受信する。
そのRF信号は、アンテナ1の給電点2からスルーホール5及びマイクロストリップ線路6を介して、電力充電回路7のRF信号入力端子11に入力される。
ただし、この場合、ダイオード16の入力側とダイオード19の出力側が高周波的に接地されている必要がある。
上記実施の形態1では、4個の充電用コンデンサ21〜24が積層されているものについて示したが、2×(N+1)の充電用コンデンサが積層されていればよい。ただし、N=1,2,3,・・・である。
例えば、6個の充電用コンデンサが積層されている場合、図6に示すように、6個の充電用コンデンサの蓄積電圧として出力電圧端子25,26には+3V,−3Vの電圧が印加される。
図7はこの発明の実施の形態3による電力充電回路を示す構成図であり、図において、図2と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
第3の短絡用コンデンサである短絡用コンデンサ41,42は相互に直列に接続され、その接続点27は高周波的にグランドに接続されている。一対の短絡用コンデンサ41,42は一対のダイオード12,13と並列に接続されている。
第4の短絡用コンデンサである短絡用コンデンサ43はダイオード12の入力側とダイオード16の入力側間に接続されている。
第5の短絡用コンデンサである短絡用コンデンサ44はダイオード13の出力側とダイオード19の出力側間に接続されている。
充電用コンデンサ45はダイオード16の入力側とダイオード19の出力側間に接続され、ダイオード12,13,16,19による整流電流を充電する。
例えばリーダ・ライタ装置などの電力供給装置がRFIDタグとデータの送受信を実施するに際して、RFIDタグに電力を供給するためにRF信号を送信すると、RFIDタグのアンテナ1がRF信号を受信する。
そのRF信号は、アンテナ1の給電点2からスルーホール5及びマイクロストリップ線路6を介して、電力充電回路7のRF信号入力端子11に入力される。
この実施の形態3では、短絡用コンデンサ41〜44は充電用ではなく、短絡用のコンデンサであるため、上記実施の形態1における充電用コンデンサ21〜24より小さな容量値のコンデンサを用いればよい。
ただし、この場合、ダイオード16の入力側とダイオード19の出力側が高周波的に接地されている必要がある。
上記実施の形態3では、図2における4個の充電用コンデンサ21〜24の合計容量と同一容量の充電用コンデンサ45が実装されているものについて示したが、2×(N+1)の充電用コンデンサの合計容量と同一容量の充電用コンデンサ45が実装されていてもよい。ただし、N=1,2,3,・・・である。
例えば、6個の充電用コンデンサの合計容量と同一容量の充電用コンデンサ45が実装されている場合、図10に示すように、充電用コンデンサ45の蓄積電圧として出力電圧端子25,26には+3V,−3Vの電圧が印加される。
上記実施の形態3では、特に言及していないが、図11に示すように、充電用コンデンサ45を除く部分をIC化して1つの集積回路8を構成し、その集積回路8に充電用コンデンサ45を外付けするようにしてもよい。
これにより、集積回路8の小型化を図ることができる効果を奏する。
上記実施の形態1〜5では、出力電圧端子25,26から充電用コンデンサの蓄積電圧を出力するものについて示したが、図12及び図13に示すように、出力電圧端子25,26から出力される電圧が基準電圧(例えば、3V)を超えないように、その出力電圧の上昇を制限するリミッタ51を出力電圧端子25と出力電圧端子26間に接続するようにしてもよい。
上記実施の形態6では、出力電圧端子25と出力電圧端子26間にリミッタ51を接続するものについて示したが、図14及び図15に示すように、出力電圧端子25,26から出力される電圧が基準電圧(例えば、3V)を超えないように、その出力電圧の上昇を制限するリミッタ52をダイオード12,13の接続点14に接続するようにしてもよい。
なお、リミッタ51とリミッタ52の双方を実装してもよいことは言うまでもない。
上記実施の形態6では、出力電圧端子25と出力電圧端子26間にリミッタ51を接続するものについて示したが、図16及び図17に示すように、SW制御回路61が出力電圧端子25,26から出力される電圧を監視し、その電圧が基準電圧(例えば、3V)を超えると、スイッチ62を開いてダイオード12,13,16,19と充電用コンデンサ21〜24,45を切り離すようにしてもよい。
これにより、上記実施の形態6と同様に、ダイオードなどのデバイスの破損を防止することができる効果を奏する。
上記実施の形態8では、SW制御回路61が出力電圧端子25,26から出力される電圧を監視し、その電圧が基準電圧(例えば、3V)を超えると、スイッチ62を開いてダイオード12,13,16,19と充電用コンデンサ21〜24,45を切り離すものについて示したが、リミッタ51,52が実装されている場合(図12〜図15を参照)、SW制御回路61がリミッタ51,52に電流が流れているか否かを監視し、リミッタ51,52に電流が流れると、スイッチ62を開いてダイオード12,13,16,19と充電用コンデンサ21〜24,45を切り離すようにしてもよい。
これにより、上記実施の形態8と同様に、ダイオードなどのデバイスの破損を防止することができる効果を奏する。
上記実施の形態1では、給電点2がアンテナ1のほぼ中央に設けられているものについて示したが、図18に示すように、給電点2がアンテナ1の端部に設けられている程、RF信号入力端子11における入力インピーダンスZ0が大きくなる。
RF信号入力端子11における入力インピーダンスZ0が大きい程、ダイオード12,13,16,19による整流電流が多くなるため、RF信号の受信電力が小さい場合でも、充電用コンデンサ21〜24,45の蓄積電圧を高めることができる。
これにより、RF信号を送信する電力供給装置までの距離が長いために、RF信号の受信電力が小さい場合でも、出力電圧端子25,26から大きな電圧を出力することができる効果を奏する。
ただし、この場合、給電点2がアンテナ1の端部に設けられるため、RF信号入力端子11における入力インピーダンスZ0が大きくなり過ぎる場合には、図22に示すように、アンテナ1に切欠き部1aを施して、その切欠き部1aに給電点2を設けるようにすればよい。
上記実施の形態1〜10では、ダイオード12,13,16,19の構成成分については言及していないが、例えば、シリコンと白金から構成されている高障壁電位ダイオードを用いる場合、ダイオード12,13,16,19を流れる整流電流が少なくなり、充電用コンデンサ21〜24,45に対する充電効率が低くなる。
これにより、この実施の形態11によれば、充電用コンデンサ21〜24,45に対する充電効率が向上し、RF信号を送信する電力供給装置までの距離が長いために、RF信号の受信電力が小さい場合でも、出力電圧端子25,26から大きな電圧を出力することができる効果を奏する。
Claims (12)
- 接続点から変調信号が入力されると、その変調信号を整流する一対のダイオードと、上記一対のダイオードの入力側とインピーダンス素子を介して接続され、その変調信号を整流する第1のダイオードと、上記一対のダイオードの出力側とインピーダンス素子を介して接続され、その変調信号を整流する第2のダイオードと、上記第1のダイオードの出力側と上記一対のダイオードの接続点間に接続された第1の短絡用コンデンサと、上記第2のダイオードの入力側と上記一対のダイオードの接続点間に接続された第2の短絡用コンデンサと、上記一対のダイオードと並列に接続され、上記複数のダイオードによる整流電流を充電する第1の充電用コンデンサと、上記一対のダイオードの入力側と上記第1のダイオードの入力側間に接続され、上記複数のダイオードによる整流電流を充電する第2の充電用コンデンサと、上記一対のダイオードの出力側と上記第2のダイオードの出力側間に接続され、上記複数のダイオードによる整流電流を充電する第3の充電用コンデンサとを備えた電力充電回路。
- 第1及び第2のダイオード、第1及び第2の短絡用コンデンサ、第2及び第3の充電用コンデンサが複数段積層されていることを特徴とする請求項1記載の電力充電回路。
- 接続点から変調信号が入力されると、その変調信号を整流する一対のダイオードと、上記一対のダイオードの入力側とインピーダンス素子を介して接続され、その変調信号を整流する第1のダイオードと、上記一対のダイオードの出力側とインピーダンス素子を介して接続され、その変調信号を整流する第2のダイオードと、上記第1のダイオードの出力側と上記一対のダイオードの接続点間に接続された第1の短絡用コンデンサと、上記第2のダイオードの入力側と上記一対のダイオードの接続点間に接続された第2の短絡用コンデンサと、上記一対のダイオードと並列に接続された第3の短絡用コンデンサと、上記一対のダイオードの入力側と上記第1のダイオードの入力側間に接続された第4の短絡用コンデンサと、上記一対のダイオードの出力側と上記第2のダイオードの出力側間に接続された第5の短絡用コンデンサと、上記第1のダイオードの入力側と上記第2のダイオードの出力側間に接続され、上記複数のダイオードによる整流電流を充電する充電用コンデンサとを備えた電力充電回路。
- 第1及び第2のダイオード、第1から第5の短絡用コンデンサが複数段積層されていることを特徴とする請求項3記載の電力充電回路。
- 一対のダイオード、第1及び第2のダイオード、第1から第5の短絡用コンデンサがIC化されて、1つの集積回路を構成していることを特徴とする請求項3記載の電力充電回路。
- 基準電圧を超える充電用コンデンサの出力電圧の上昇を制限するリミッタを第1のダイオードの入力側と第2のダイオードの出力側間に接続したことを特徴とする請求項1から請求項5のうちのいずれか1項記載の電力充電回路。
- 基準電圧を超える充電用コンデンサの出力電圧の上昇を制限するリミッタを一対のダイオードの接続点に接続したことを特徴とする請求項1から請求項5のうちのいずれか1項記載の電力充電回路。
- 充電用コンデンサの出力電圧が基準電圧を超えると、ダイオードと充電用コンデンサを切り離すスイッチを設けたことを特徴とする請求項1から請求項7のうちのいずれか1項記載の電力充電回路。
- リミッタに電流が流れると、ダイオードと充電用コンデンサを切り離すスイッチを設けたことを特徴とする請求項6または請求項7記載の電力充電回路。
- 一対のダイオードは、アンテナの端部近傍に設けられている給電点から変調信号を入力することを特徴とする請求項1から請求項9のうちのいずれか1項記載の電力充電回路。
- ダイオードがシリコンとチタンシリサイド(Titanium Silicide)から構成されていることを特徴とする請求項1から請求項10のうちのいずれか1項記載の電力充電回路。
- インピーダンス素子として、一対のダイオードの接続点における入力インピーダンスより大きいインピーダンスを有する抵抗、または、コイルを用いることを特徴とする請求項1から請求項11のうちのいずれか1項記載の電力充電回路。
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