JP4380275B2

JP4380275B2 - データ通信装置

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Publication number: JP4380275B2
Application number: JP2003322061A
Authority: JP
Inventors: 淳一澤田; 章浩菊地; 啓秋保; 正人石垣
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2003-09-12
Filing date: 2003-09-12
Publication date: 2009-12-09
Anticipated expiration: 2023-09-12
Also published as: JP2005092352A

Description

本発明は、電磁誘導を利用した非接触データ通信を行うデータ通信装置に関する。

近年、鉄道の自動改札機や、建物への入退出におけるセキュリティシステム、電子マネーシステム等の分野では、非接触式のＩＣカードや無線タグ等（以下、まとめて非接触ＩＣカードという。）を用いた、いわゆるＲＦＩＤ(Radio Frequency IDentification)システムが導入され始めている。

このＲＦＩＤシステムは、非接触式ＩＣカードと、このＩＣカードに対してデータの書き込みや読み出しを行うリーダライタとから構成されている（例えば、特許文献１を参照。）。このＲＦシステムでは、電磁誘導の原理に基づいて、リーダライタ側のアンテナコイルとＩＣカード側のアンテナコイルとが誘導結合によって磁気的に結合し、ＩＣカードとリーダライタとの間で非接触データ通信が行われる。

このようなＲＦＩＤシステムでは、従来の接触型ＩＣカードシステムのようなリーダライタに対してＩＣカードを装填したり、金属接点を接触させたりする手間が省けるため、簡易且つ高速にデータのやり取りを行うことができる。また、非接触ＩＣカードは、リーダライタ側のアンテナコイルに励起される交流磁界を受けて電力が供給されるため、内部に電池等の電源を持つ必要がなく、また、メンテナンス性に優れ、動作信頼性が高く、且つ低価格である。

ところで、上述したＲＦＩＤシステムでは、例えば携帯電話機やＰＤＡ(Personal Digital Assistants)といった携帯可能な電子機器に、上述した非接触ＩＣカード機能とリーダライタ機能とを実装させて、この電子機器自体を上述したサービスが受けられる非接触データ通信装置として利用することが検討されている。

しかしながら、非接触ＩＣカード回路とリーダライタ回路とを同時に実装したデータ通信装置では、非接触ＩＣカードとして使用した場合に、外部のリーダライタから送信された電磁波が、互いに近接するＩＣカード側のアンテナコイルとリーダライタ側のアンテナコイルとの両方に受信されるために、リーダライタ側のアンテナや回路等の影響によって損失が発生し、外部のリーダライタとの通信距離が大幅に低下してしまうといった問題があった。

具体的に、従来の回路構成では、図１０に示すように、リーダライタ側のアンテナコイル２０１とＩＣカード側のアンテナコイル２０２とが同一面内に近接して配置されている。ＩＣカード側のアンテナコイル２０１は、コンデンサ２０３と並列共振回路を構成すると共に、一対の接続端子Ｓ１’，Ｓ２’を介して非接触ＩＣカード回路（図示せず。）と電気的に接続されている。

一方、リーダライタ側のアンテナコイル２０２は、一対の接続端子Ｓ３’，Ｓ４’を介してリーダライタ回路（図示せず。）と電気的に接続されている。また、このアンテナコイル２０２とリーダライタ回路との間には、ローパスフィルタ２０４が挿入されている。このローパスフィルタ２０４は、アンテナコイル２０２の両極に一対配置されており、それぞれリーダライタ回路２０４とアンテナコイル２０２との間の伝送線路に直列に接続された一対のコイル２０５，２０６と、これら一対のコイル２０５，２０６の間に一端が接続され、他端が接地されたコンデンサ２０７とからなる。

このローパスフィルタ２０４は、リーダライタ回路から送信される送信波が矩形波となるため、この矩形波をそのままアンテナコイル２０２に供給することができないことから、通信品質を確保するために挿入されたものである。また、微弱無線局の規格を満足するためには、送信波の高調波（スプリアス）を低減するフィルタが必須となっている。

ここで、外部のリーダライタから送信された電磁波をＩＣカード側のアンテナコイル２０１が受けて、このアンテナコイル２０１に誘導される電力により接触ＩＣカード回路が動作されるとき、リーダライタから送信された電磁波によって、ＩＣカード側のアンテナコイル２０１とリーダライタ側のアンテナコイル２０２との両方に電力が誘導されるため、リーダライタ側のアンテナコイル２０１に誘導された電流Ｉ’がローパスフィルタ２０４のコイル２０５及びコンデンサ２０７を通って接地へと流れ込むことになる。

すなわち、非接触ＩＣカード回路が動作されるとき、ローパスフィルタ２０４は、リーダライタ側のアンテナコイル２０２側から見て負荷となっている。このとき、このアンテナコイル２０２側から見た負荷インピーダンスは、コイル２０５のインピーダンスＺ_１とコンデンサ２０７のインピーダンスＺ_２とが直列になっているのと等価である。したがって、リーダライタ回路が非動作時にハイインピーダンスであると仮定すると、アンテナコイル２０２側から見た総合インピーダンスＺは、Ｚ_１＋Ｚ_２となる。そして、この総合インピーダンスＺは、リーダライタ側のアンテナコイル２０２に誘導された電力を消費することから、ＩＣカード側のアンテナコイル２０１に誘導される電力の低下を招くことになる。

このように、従来のデータ通信装置では、非接触ＩＣカード回路を動作させるとき、外部のリーダライタから送信された電磁波が、互いに近接するＩＣカード側のアンテナコイル２０１とリーダライタ側のアンテナコイル２０２との両方に受信されることによって、上述した電力ロスが生じてしまい、その結果、外部のリーダライタとの通信距離が大幅に低下してしまうといった問題が生じていた。

特開２００２−２４７７８号公報

そこで、本発明は、このような従来の事情に鑑みて提案されてものであり、非接触ＩＣカード側のアンテナコイルとリーダライタ側のアンテナコイルとを近接して配置した場合であっても、リーダライタ側のアンテナコイルに誘導される電力損失を抑制し、非接触ＩＣカード側のアンテナコイルの大型化を招くことなく、外部のリーダライタとの十分な通信距離を確保することを可能としたデータ通信装置を提供することを目的とする。

この目的を達成するために、本発明に係るデータ通信装置は、第１のアンテナコイルと、第１のアンテナコイルに近接して配置された第２のアンテナコイルと、第１のアンテナコイルを介して電磁結合される外部のリーダライタによってデータの書き込み又は読み出しが行われる非接触ＩＣカード手段と、第２のアンテナコイルを介して電磁結合される外部の非接触ＩＣカードに対してデータ書き込み又は読み出しを行うリーダライタ手段と、リーダライタ手段によって駆動されて第２のアンテナコイルから放出される信号を所定の信号レベルに抑制するフィルタ手段と、フィルタ手段の動作を抑制する動作抑制手段とを備え、動作抑制手段は、外部のリーダライタと非接触ＩＣカード手段との通信が行われるとき、第２のアンテナコイル側から見たフィルタ手段の負荷インピーダンスが非動作時よりも大きくなるように切り換える切換スイッチであり、切換スイッチは、フィルタ手段に配置されていることを特徴としている。

以上のように、本発明に係るデータ通信装置では、フィルタ手段の動作を抑制する動作抑制手段を備えることから、少なくとも外部のリーダライタと非接触ＩＣカード手段との通信が行われるとき、この動作抑制手段がフィルタ手段の動作を抑制することによって、第１のアンテナコイルと第２のアンテナコイルとを近接して配置した場合であっても、第２のアンテナコイルに誘導される電力損失を抑制し、外部のリーダライタと非接触ＩＣカード手段との通信距離が低下するのを防ぐことができる。

したがって、本発明に係るデータ通信装置では、第１のアンテナコイルの大型化を招くことなく、外部のリーダライタとの十分な通信距離を確保することが可能なことから、装置全体の更なる小型化が可能である。

以下、本発明を適用したデータ通信装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。

本発明を適用したデータ通信装置は、例えば図１に示すように、通常の電話機能等に加えて非接触ＩＣカード機能とリーダライタ機能とを有する携帯電話機１である。具体的に、この携帯電話機１は、本体部２に対してパネル部３が開閉可能に取り付けられた構造を有している。本体部２のパネル部３に臨む側の主面には、テンキーや、通話ボタン、電源ボタン等の各種の操作ボタンからなる入力部４と、音声を入力するマイクロフォン５とが設けられている。また、この本体部２の背面側には、内部電源となるバッテリ（図示せず。）が着脱可能に取り付けられている。一方、パネル部３の本体部２に臨む側の主面には、液晶表示パネル(ＬＣＤ：LiquidCrystal Display)からなる表示部６と、音声が出力されるスピーカ７とが設けられている。また、パネル部３には、通信アンテナ８が設けられている。

この携帯電話機１は、図２に示すように、上記通信アンテナ８と接続された送信部９及び受信部１０と、これら送信部９及び受信部１０と接続されたＤＳＰ(Digital Signal Processor)１１と、このＤＳＰ１１と接続された音声処理部１２及びＣＰＵ(Central Processing Unit)１３とを備えている。

送信部９は、ＤＳＰ１１から供給された音声情報に対して、デジタルアナログ変換処理及び周波数変換処理等を施し、その結果得られた音声信号を、通信アンテナ８を介して基地局に送信する。受信部１０は、例えば通信アンテナ８で受信されたＲＦ信号を増幅して周波数変換及びアナログデジタル変換処理等を施し、その結果得られた音声情報をＤＳＰ１１に出力する。なお、送信部９及び受信部１０においては、例えばＰＤＣ(Personal Digital Cellular)方式、又はＩＭＴ−２０００、ＤＳ−ＣＤＭＡＳｙｓｔｅｍに準拠した通信が行われる。

ＤＳＰ１１は、受信部１０から供給された音声情報に対して、例えばスペクトラム逆拡散処理を施し、その結果得られたデータを音声情報に出力する。また、ＤＳＰ１１は、音声処理部１２から供給された音声情報に対してスペクトラム拡散処理を施し、その結果得られたデータを送信部９に出力する。

音声処理部１２は、マイクロフォン５により集音されたユーザの音声を音声情報に変換し、それをＤＳＰ１１に出力する。また、音声処理部１２は、ＤＳＰ１１から供給された音声情報をアナログ音声信号に変換し、スピーカ７から出力する。

ＣＰＵ１３は、ＲＯＭ(Read Only Memory)１４に格納されている制御プログラムをＲＡＭ(Random Access Memory)１５に展開し、その制御プログラムに従って各部の制御を行う。なお、入力部４は、各種の操作ボタンに対する入力に応じた信号をＣＰＵ１３に出力し、表示部６は、ＣＰＵ１３から供給された情報に対する画面の表示を行う。

また、この携帯電話機１は、ＣＰＵ１３と接続されたＲＦＩＤ回路部２０を備え、このＲＦＩＤ回路部２０は、外部のリーダライタによってデータの書き込み又は読み出しが行われる非接触ＩＣカード回路２１と、外部の非接触ＩＣカードに対してデータの書き込み又は読み出しを行うリーダライタ回路２２とを有しており、これらが１つの半導体集積回路（ＩＣチップ）に集積された構造を有している。

また、非接触ＩＣカード回路２１には、一対の接続端子Ｓ１，Ｓ２を介してアンテナ回路２３が電気的に接続されている。このアンテナ回路２３は、平面状に導線が巻線された第１のアンテナコイル２４と、この第１のアンテナコイル２４と並列に接続されたコンデンサ２５とを有し、これらが並列共振回路を構成すると共に、後述する外部のリーダライタ１００のアンテナコイル１０１と第１のアンテナコイル２４とが誘導結合によって磁気的に結合することで、データを送受信するようになされている。

一方、リーダライタ回路２２には、一対の接続端子Ｓ３，Ｓ４を介してアンテナ回路２６が電気的に接続されている。このアンテナ回路２６は、平面状に導線が巻線された第２のアンテナコイル２７を有し、後述する外部の非接触ＩＣカード１０２のアンテナコイル１０３と第２のアンテナコイル２７とが誘導結合によって磁気的に結合することで、データを送受信するようになされている。なお、第２のアンテナコイル２７には、リーダライタ回路２２のアンテナ駆動回路方式に応じて、共振用のコンデンサが並列或いは直列に接続される場合もある。

ここで、第１のアンテナコイル２４及び第２のアンテナコイル２７は、図３に示すようなアンテナモジュール２８を構成しており、このアンテナモジュール２８は、図１に示すように、本体部２の筐体内において背面側に臨むように配置されている。

具体的に、このアンテナモジュール２８は、図３に示すように、例えばポリイミドやマイカ等の可撓性を有する絶縁フィルム又は絶縁基板２９に形成された電解銅等の導体金属箔膜をエッチングするなどして、内側に第２のアンテナコイル２７と、その外側に第１のアンテナコイル２４とが同心円状に巻回された巻回パターンとしてパターン形成された構造を有している。なお、これらアンテナコイル２４，２７を作製する際は、上記方法に限定されず、例えば銀ペースト等の導体ペーストを用いて巻回パターンを印刷形成する方法や、金属ターゲットを基板上にスパッタして巻回パターンを形成する方法等を用いることができる。このように、第１のアンテナコイル２４及び第２のアンテナコイル２７は、同一面内に近接して配置されている。

また、リーダライタ回路２２とアンテナ回路２６との間には、リーダライタ回路２２によって駆動されて第２のアンテナコイル２７から放出される信号を所定の信号レベルに抑制するフィルタ回路３０が配置されている。このフィルタ回路３０は、上述した通信品質を確保すると共に、各国の電波法に準拠するために送信波のスプリアス、いわゆる不要輻射を低減するため、必要に応じて挿入されるローパスフィルタやバンドパスフィルタを有している。

具体的に、このフィルタ回路３０は、図４に示すように、リーダライタ回路２２とアンテナ回路２６との間の伝送線路に一対のローパスフィルタを有しており、これら一対のローパスフィルタは、一対のコイル３１，３２及びコンデンサ３３からなる、いわゆるＴ型３次ローパスフィルタである。すなわち、一方の伝送線路には、一方のコイル３１の一端が第２のアンテナコイル２７の一端と接続され、一方のコイル３１の他端が他方のコイル３２の一端と接続され、他方のコイル３２の他端が接続端子Ｓ３と接続され、コンデンサ３３の一端が一対のコイル３１，３２の間に接続され、コンデンサ３３の他端が接地されたローパスフィルタが挿入されている。また、もう一方の伝送線路にも同様に、一方のコイル３１の一端が第２のアンテナコイル２７の他端と接続され、一方のコイル３１の他端が他方のコイル３２の一端と接続され、他方のコイル３２の他端が接続端子Ｓ４と接続され、コンデンサ３３の一端が一対のコイル３１，３２の間に接続され、コンデンサ３３の他端が接地されたローパスフィルタが挿入されている。

また、フィルタ回路３０には、外部のリーダライタ１００と非接触ＩＣカード回路２１との通信が行われるとき、このフィルタ回路３０の動作を抑制するための動作抑制手段として、ＭＯＳ(Complementary-Metal Oxide Semiconductor)型のＦＥＴ(Field Effect Transistor)からなる切換スイッチ３４が配置されている。この切換スイッチ３４は、ゲートが後述する切換制御回路５３の出力端子Ｓ５と接続され、ドレインがコンデンサ３３の他端と接続され、ソースが接地点と接続されている。

非接触ＩＣカード回路２１は、図５に示すように、第１のアンテナコイル２４から供給された電気信号を整流平滑する整流回路３５と、整流回路３５から供給された電気信号を直流電力に変換するレギュレータ３６と、整流回路３５から供給された電気信号の高域成分を抽出するＨＰＦ(High Pass-Filter)３７と、ＨＰＦ３７から入力された高周波成分の信号を復調する復調回路３８と、この復調回路３８から供給されるデータに対応してデータの書き込み及び読み出しを制御するシーケンサ３９と、復調回路３８から供給されるデータを記憶するメモリ４０と、第１のアンテナコイル２４により送信するデータを変調する変調回路４１とを有している。

整流回路３５は、ダイオード４２、抵抗４３及びコンデンサ４４から構成されている。このうち、ダイオード４２のアノード端子が第１のアンテナコイル２４及びコンデンサ２５の一端に接続され、ダイオード４２のカソード端子が抵抗４３及びコンデンサ４４の一端に接続され、抵抗４３及びコンデンサ４４の他端が第１のアンテナコイル２４及びコンデンサ２５の他端に接続されている。そして、この整流回路３５は、第１のアンテナコイル２４から供給された電気信号を整流平滑した電気信号をレギュレータ３６及びＨＰＦ３７に出力する。

レギュレータ３６は、上述した整流回路３５のダイオード４２のカソード端子、抵抗４３及びコンデンサ４４の一端と接続されている。そして、このレギュレータ３６は、整流回路３５から供給された電気信号の電圧変動（データ成分）を抑制し、安定化した後、直流電力としてシーケンサ３９に供給する。これにより、シーケンサ３９等の誤動作の原因となる、例えば携帯電話機１の位置が動くことにより発生する電圧変動、並びに非接触ＩＣカード回路２１内の消費電力の変化により発生する電圧変動が抑制される。

ＨＰＦ３７は、コンデンサ４５及び抵抗４６により構成されており、上述した整流回路３５から供給された電気信号の高域成分を抽出し、復調回路３８に出力する。

復調回路３８は、上述したＨＰＦ３７のコンデンサ４５の他端及び抵抗４６の一端と接続されており、このＨＰＦ３７から入力された高周波成分の信号を復調し、シーケンサ３９に出力する。

シーケンサ３９は、ＲＯＭ(Read Only Memory)やＲＡＭ(Random Access Memory)を内部に有しており、上述した復調回路３８と接続されている。そして、このシーケンサ３９は、復調回路３８から入力された信号（コマンド）をＲＡＭに記憶させ、ＲＯＭに内蔵されているプログラムにしたがってこれを解析し、解析された結果に基づいて、必要に応じてメモリ４０に格納されているデータを読み出す。或いはメモリ４０に復調回路３８から供給されるデータを書き込む。また、このシーケンサ３９は、コマンドに対応するレスポンスを返すために、レスポンス信号を生成し、変調回路４１に供給する。

メモリ４０は、データの保持に電力を必要としないＥＥＰＲＯＭ(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)等の不揮発性メモリからなり、上述したシーケンサ３９と接続されている。そして、このメモリ４０は、シーケンサ３９の解析結果に基づいて、復調回路３８から供給されるデータを記憶する。

変調回路４１は、インピーダンス４７とＦＥＴ(Field Effect Transistor)４８との直列回路から構成されており、このうち、インピーダンス４７の一端が上述した整流回路３５のダイオード４２のカソード端子に接続され、インピーダンス４７の他端がＦＥＴ４８のドレイン端子と接続され、ＦＥＴ４８のソース端子が接地点に接続され、ＦＥＴ４８のゲート端子がシーケンサ３９と接続されている。また、この変調回路４１は、上述した共振回路を構成する第１のアンテナコイル２４と並列に接続されており、ＦＥＴ４８をシーケンサ３９からの信号に対応してスイッチング動作させ、第１のアンテナコイル２４に対するインピーダンス４７の負荷を変動させる、いわゆる付加変調方式を採用している。

リーダライタ回路２２は、図６に示すように、データの変調を行う変調回路４９と、データの復調を行う復調回路５０と、送受信するデータの制御を行う制御回路５１とを有している。

変調回路４９は、制御回路５１から入力された送信データを発信器が変調し、この変調した信号をアンテナ回路２６に供給する。

復調回路５０は、アンテナ回路２６からの変調波を復調し、この復調したデータを制御回路５１に供給する。また、この復調回路５０とフィルタ回路３０との間には、大信号が入力された場合にこれを低減するための保護回路５２が設けられている。

制御回路５１は、例えば外部からの指令や内蔵するプログラムにしたがって、各種制御用のコントロール信号を生成し、変調回路４９及び復調回路５０を制御すると共に、指令に対応した送信データを生成し、変調回路４９に供給する。また、制御回路５１は、復調回路５０からの応答データに基づいて再生データを生成し、外部に出力している。

ＣＰＵ１３は、上述した非接触ＩＣカード回路２１とリーダライタ回路２２とを選択的に動作させるための切換制御を行う。具体的には、電源無しの環境で非接触ＩＣカード回路２１を動作させるスリープモードと、ＲＦＩＤ回路部２０を起動して非接触ＩＣカード回路２１を動作させるＩＣカードモードと、ＲＦＩＤ回路部２０を起動してリーダライタ回路２２を動作させるＲ／Ｗモードとの切換制御を行う。

また、ＣＰＵ１３とフィルタ回路３０との間には、フィルタ回路３０内に挿入された切換スイッチ３４のオン・オフを切り換える切換制御回路５３が設けられている。この切換制御回路５３は、ＣＰＵ１３からＲＦＩＤ回路部２０に供給される制御信号に基づいて、フィルタ回路３０内に挿入された切換スイッチ３４のオン・オフを下記表１に示すように切り換える。

なお、表１中に示すＥＮは、ＣＰＵ１３からのＲＦＩＤ回路部２０を活性化させるための信号であり、lowは、スリープモードの状態であり、highは、起動（待機）状態である。また、Ｐ_ＯＮは、ＣＰＵ１３からの無線カードモードとＲ／Ｗモードとを切り換えるモード切換信号であり、lowは、無線カードモードの状態であり、highは、Ｒ／Ｗモードの状態である。また、表１中に示すＬＰＦ-ＳＷは、これらＣＰＵ１３からの制御信号ＥＮ，Ｐ_ＯＮに基づいて、切換制御回路５３から切換スイッチ３４のゲート端子と接続された出力端子Ｓ５に出力される信号（電圧）であり、lowは、切換スイッチ３４がオフの状態であり、highは、切換スイッチ３４がオンの状態である。

したがって、表１に示すように、スリープモード及びＩＣカードモードのとき、切換スイッチ３４は、オフ状態となり、Ｒ／Ｗモードのとき、切換スイッチ３４は、オン状態となる。

この携帯電話機１を非接触ＩＣカードとして使用する場合には、図７に示すように、上述したスリープモード及びＩＣカードモードの状態で、本体部２の背面側を外部のリーダライタ１００に近接させる。このとき、リーダライタ１００側のアンテナコイル１０１と、第１のアンテナコイル２４とが誘導結合によって磁気的に結合し、リーダライタ１００によって非接触ＩＣカード回路２１に対するデータの書き込み又は読み出しが行われる。

具体的に、非接触ＩＣカード回路２１では、外部のリーダライタ１００から送信された質問信号としての電磁波が第１のアンテナコイル２４を介して受信されると、受信された電磁波に対応する電気信号が整流回路３５に供給される。なお、アンテナ回路２３の共振周波数は、リーダライタ１００からの発振周波数（キャリア周波数）に対応する値、例えば１３．５６ＭＨｚに設定されている。

整流回路３５は、第１のアンテナコイル２４から供給されてきた電気信号を整流平滑すると共に、正のレベルの電圧をレギュレータ３６及びＨＰＦ３７に供給する。レギュレータ３６に供給された整流回路３５からの正のレベルの電圧は、そこで安定化されて、所定のレベルの直流電圧に変換された後、内部回路を駆動する電力として各部に供給される。

また、ＨＰＦ３７は、整流回路３５から供給された正のレベルの電圧から、高域成分を排除して、復調回路３８に供給する。復調回路３８は、ＨＰＦ３７から供給された信号を復調し、その結果得られた信号をシーケンサ３９に供給する。シーケンサ３９は、復調回路３８から入力された信号（コマンド）をＲＡＭに記憶させ、ＲＯＭに内蔵されているプログラムにしたがってこれを解析し、解析して得た結果に基づいて、復調回路３８から入力された信号（コマンド）が読み出し指令である場合に、その指令に基づいて復調回路３８から供給された書き込みデータをメモリ４０に書き込む。

一方、シーケンサ３９は、復調回路３８から入力された信号（コマンド）が読み出し指令である場合に、その指令に対応する読み出しデータをメモリ４０から読み出す。そして、この読み出しデータに基づいて、変調回路４１のＦＥＴ４８がスイッチング動作される。すなわち、この変調回路４１では、ＦＥＴ４８がオンされるとインピーダンス４７と第１のアンテナコイル２４とが並列に接続され、ＦＥＴ４８がオフされるとインピーダンス４７と第１のアンテナコイル２４との並列接続が解除される。これにより、読み出しデータに応じて、第１のアンテナコイル２４と磁気的に結合しているリーダライタ１００側のアンテナコイル１０１のインピーダンスを変化させることができる。このように、非接触ＩＣカード回路２１では、送信するデータに応じて、リーダライタ１００のアンテナコイル１０１の負荷を変化させながら、振幅変調を行い、応答信号を第１のアンテナコイル２４を介して外部のリーダライタに送信する。

以上のようにして、この携帯電話機１では、外部のリーダライタ１００によるデータの書き込み又は読み出しが行われる。

一方、この携帯電話機１をリーダライタとして使用する場合には、図８に示すように、上述したＲ／Ｗモードの状態で、本体部２の背面側に外部の非接触ＩＣカード１０２を近接させる。このとき、リーダライタ回路２２側の第２のアンテナコイル２７と、非接触ＩＣカード１０２のアンテナコイル１０３とが誘導結合によって磁気的に結合し、外部の非接触ＩＣカード回路２１に対してリーダライタ回路２２によるデータの書き込み又は読み出しが行われる。

具体的に、リーダライタ回路２２では、ＣＰＵ１３から外部の非接触ＩＣカード１０２に対する書き込みが指令されると、この指令に基づいて、制御回路５１が書き込みのためのコマンド信号を生成すると共に、指令に対応した送信データ（書き込みデータ）を生成し、変調回路４９に供給する。変調回路４９は、所定の周波数の搬送波をＡＳＫ(Amplitude Shift Keying)変調し、第２のアンテナコイル２７に供給する。第２のアンテナコイル２７は、入力された変調信号に対応する電磁波を放射する。また、リーダライタ回路２２は、外部の非接触ＩＣカード１０２からの応答信号が第２のアンテナコイル２７を介して受信されたとき、それを復調回路５０が復調し、読み出しデータを取得し、これをＣＰＵ１３に出力する。

以上のようにして、この携帯電話機１では、外部の非接触ＩＣカード１０２に対してデータの書き込み又は読み出しを行う。

ところで、この携帯電話機１を非接触ＩＣカードとして使用した際には、図４に示すように、外部のリーダライタ１００から送信された電磁波を第１のアンテナコイル２４が受けて、この第１のアンテナコイル２４に誘導される電力により非接触ＩＣカード回路２１が動作されることになる。

このとき、外部のリーダライタ１００から送信された電磁波によって、非接触ＩＣカード回路２１側の第１のアンテナコイル２４とリーダライタ回路２２側の第２のアンテナコイル２７との両方に電力が誘導されるため、第２のアンテナコイル２７に誘導された電流Ｉは、フィルタ回路３０のコイル３１及びコンデンサ３３を通るものの、オフ状態された切換スイッチ３４で遮断されることになる。

すなわち、この携帯電話機１では、外部のリーダライタ１００と非接触ＩＣカード回路２１との通信が行われるとき、フィルタ回路３０内に挿入された切換スイッチ３４をオフ状態とし、コンデンサ３３のインピーダンスを無限大（実際には、ＭＯＳ型ＦＥＴの寄生ダイオードによるＣ成分やＲ成分が残留することになる。）とすることで、第１のアンテナコイル２４側から見た総合インピーダンスを大きくし、フィルタ回路３０が負荷とならないようにする。

これにより、携帯電話機１では、外部のリーダライタ１００と非接触ＩＣカード回路２１との通信が行われ、非接触ＩＣカード回路２１が動作されるとき、外部のリーダライタ１００から送信された電磁波によって第２のアンテナコイル２７に誘導した電力が、フィルタ回路３０のコイル３１及びコンデンサ３２を通って接地へと流れ込むのを防ぐことができる。すなわち、この携帯電話機１では、第２のアンテナコイル２７に誘導される電力は消費されずに、外部のリーダライタ１００から送信された電磁波によって誘導された電力を非接触ＩＣカード回路２１において略々全て使用することが可能となる。

したがって、この携帯電話機１では、電力ロスを生じさせることなく、外部のリーダライタ１００との十分な通信距離を確保することが可能であり、非接触ＩＣカード側の第１のアンテナコイル２４の大型化を招くことなく、装置全体を更に小型化することが可能である。

ここで、フィルタ回路３０内に上記切換スイッチ３４を挿入した場合と、挿入しなかった場合との通信距離の違いについて測定した。以下、測定結果を表２に示す。なお、本測定には、リーダライタとして、ソニー社製のＲＣ−Ｓ４４０／Ｃ（強磁界）を使用した。

表２に示すように、フィルタ回路３０内に切換スイッチ３４を挿入した場合には、挿入しなかった場合に比べて、通信距離が長くなることがわかる。

なお、本発明では、少なくとも外部のリーダライタ１００と非接触ＩＣカード回路２１との通信が行われるとき、フィルタ回路３０の動作を抑制するための動作抑制手段として、第２のアンテナコイル２７側から見たフィルタ回路３０の負荷インピーダンスが、リーダライタ回路２２を動作させるときよりも大きくなるように切り換える切換スイッチ３４を配置することを特徴としている。特に、このような切換スイッチ３４をフィルタ回路３０内に挿入することで、上述した第２のアンテナコイル２７における電力損失を回避することが可能である。

一方、リーダライタ回路２２を動作させるとき、すなわち外部の非接触ＩＣカード１０２とリーダライタ回路２２との通信が行われるときには、フィルタ回路３０内に挿入された切換スイッチ３４をオン状態とする。このとき、スイッチオン抵抗の十分小さいデバイスを選択することで、フィルタ回路３０の特性をそのまま確保することが可能である。また、この場合、切換スイッチ３４を直接信号線路に挿入しないため、この切換スイッチ３４を通過する際の波形の悪化や電力ロスの発生を防ぐことが可能である。なお、このような信号線路に直列挿入しない切換スイッチ３４としては、上記ＭＯＳ型ＦＥＴの他にも、接合型ＦＥＴ、トランジスタ等の半導体スイッチを使用することが可能である。なお、本発明は、例えば電磁リレー等のメカニカルスイッチを切換スイッチ３４として使用することを妨げるものではない。

次に、本発明の別の構成例として、図９に示す回路構成について説明する。

この回路構成では、上述した図４に示すフィルタ回路３０内に挿入された切換スイッチ３４に代わる動作抑制手段として、第２のアンテナコイル２７とフィルタ回路３０との間に切換スイッチ５４が配置されている。

この切換スイッチ５４は、第２のアンテナコイル２７とフィルタ回路３０との間の伝送線路に挿入された一対の電磁リレーからなり、第２のアンテナコイル２７側の接点とフィルタ回路３０側の接点との間の接続を物理的に切り換えることによって、第２のアンテナコイル２７とフィルタ回路３０との間の電気的な接続を切り替える。また、この切換スイッチ５４は、上述したＣＰＵ１３からの制御信号ＥＮ，Ｐ_ＯＮに基づいて、切換制御回路５３によるオン・オフの切換制御が行われる。すなわち、スリープモード及びＩＣカードモードのとき、切換スイッチ５４は、切換制御回路５３によりオフ状態とされ、Ｒ／Ｗモードのとき、切換スイッチ５４は、切換制御回路５３によりオン状態とされる。

したがって、外部のリーダライタ１００と非接触ＩＣカード回路２１との通信が行われるとき、外部のリーダライタ１００から送信された電磁波によって第２のアンテナコイル２７に誘導された電流Ｉは、オフ状態とされた切換スイッチ５４で遮断されることになる。

これにより、携帯電話機１では、外部のリーダライタ１００から送信された電磁波によって誘導された電力を非接触ＩＣカード回路２１において略々全て使用することが可能となる。したがって、この携帯電話機１では、電力ロスを生じさせることなく、外部のリーダライタ１００との十分な通信距離を確保することが可能であり、第１のアンテナコイル２４の大型化を招くことなく、装置全体を更に小型化することが可能である。

なお、この回路構成では、第２のアンテナコイル２７とフィルタ回路３０との間の線路を完全に遮断する必要があることから、切換スイッチ５４としては、上記電磁リレー５４のように、第２のアンテナコイル２７とフィルタ回路３０との間の電気的な接続を切り替えるメカニカルスイッチを使用することが望ましい。
なお、本発明を適用したデータ通信装置は、上記携帯電話機１に限定されるものではなく、上述した非接触ＩＣカード機能及びリーダライタ機能を搭載する携帯可能な電子機器に対して広く適用可能である。

本発明を適用した携帯電話機の外観を示す斜視図である。上記携帯電話機の回路構成を示すブロック図である。アンテナモジュールの構成を示す平面図である。フィルタ回路の構成を示す回路図である。非接触ＩＣカード回路の構成を示す回路図である。リーダライタ回路の構成を示す回路図である。上記携帯電話機を非接触ＩＣカードとして使用する場合を示す模式図である。上記携帯電話機をリーダライタとして使用する場合を示す模式図である。第２のアンテナコイルとフィルタ回路との間に切換スイッチが配置された構成を示す回路図である。従来の回路構成による非接触ＩＣカード回路を動作させた際のローパスフィルタにおける電力損失を説明するための回路図である。

符号の説明

１携帯電話機、２本体部、３パネル部、２０ＲＦＩＤ回路部、２１非接触ＩＣカード回路、２２リーダライタ回路、２４第１のアンテナコイル、２７第２のアンテナコイル、３０フィルタ回路、３４切換スイッチ（半導体スイッチ）、５３切換制御回路、５４切換スイッチ（メカニカルスイッチ）

Claims

第１のアンテナコイルと、
上記第１のアンテナコイルに近接して配置された第２のアンテナコイルと、
上記第１のアンテナコイルを介して電磁結合される外部のリーダライタによってデータの書き込み又は読み出しが行われる非接触ＩＣカード手段と、
上記第２のアンテナコイルを介して電磁結合される外部の非接触ＩＣカードに対してデータ書き込み又は読み出しを行うリーダライタ手段と、
上記リーダライタ手段によって駆動されて上記第２のアンテナコイルから放出される信号を所定の信号レベルに抑制するフィルタ手段と、
上記フィルタ手段の動作を抑制する動作抑制手段とを備え、
上記動作抑制手段は、上記外部のリーダライタと上記非接触ＩＣカード手段との通信が行われるとき、上記第２のアンテナコイル側から見た上記フィルタ手段の負荷インピーダンスが非動作時よりも大きくなるように切り換える切換スイッチであり、
上記切換スイッチは、上記フィルタ手段に配置されているデータ通信装置。
上記切換スイッチは、半導体スイッチであることを特徴とする請求項１記載のデータ通信装置。