WO1999026354A1

WO1999026354A1 - Dispositif de communication d'informations

Info

Publication number: WO1999026354A1
Application number: PCT/JP1998/005138
Authority: WO
Inventors: Shigemi Chimura
Original assignee: Rohm Co., Ltd.
Priority date: 1997-11-13
Filing date: 1998-11-13
Publication date: 1999-05-27
Also published as: EP1026832A4; DE69835161T2; EP1026832B1; US6464145B1; AU747538B2; DE69835161D1; JPH11144007A; AU1053599A; EP1026832A1; JP3554160B2

Description

明細書情報通信装置技術分野

本発明はアンテナからの電波によつて電力を得て信号の処理を行なう非接触夕グゃ非接触 I Cカード等の情報通信装置に関するものである。背景技術

従来より、送信されてくる電波から電力を得て、内部に記憶している情報を送信する非接触タグ（T A G ) が使用されており、スキー場のリフトや鉄道の改札、荷物の仕分け等に利用されている。

この非接触タグは内部に送受信機構を有しているが、バッテリ等の電源は有していない。そして、電力は受信した電波（高周波信号）から得る。このため、ノッテリを内蔵する必要がなく、長期間にわたって情報の交換が行なえる。また、情報のやり取りは電波や磁気誘導によって行なうため、非接触で情報のやり取りができるというメリットがある。

一方、情報を記録したり、逆に情報を提供したりする I Cカードもリーダライ夕一と非接触で（従って、電波や磁気誘導によって）情報のやり取りを行なうものが実用化されているが、このような I Cカードも受信電波から電力を得たり、磁気誘導によって電力を得るようになつている。

図 9において、 9 0はリーダライターであり、その一部である送信アンテナ（コイル L s ) のみを示している。一方、 9 1 は I Cカードであり、 9 2はその同調回路を示し、 9 3 と 9 4はそれぞれ整流ダイォードと平滑コンデンサを示している。同調回路 9 2は受信アンテナ（コイル L _R ) と同調コンデンサ C oとから成つている。リーダライター 9 0側から送信されてきた電波は同調回路で受信される。その受信された高周波信号は整流ダイオード 9 3で整流され、平滑コンデンサ 9 4で平滑されて I Cカード 9 1 の電源となる。

ところで、同調回路 9 2で受信され出力される高周波信号の大きさ（振幅レべル）は、リーダライター 9 0と I Cカード 9 1の距離が近ければ大きく、遠ければ小さくなる如く、距離によって変化する。従って、受信高周波信号を整流して得られる電力の再生効率もリーダライター 9 0と I Cカード間の距離によって変化する。

このため、 I Cカードを正常に動作させるための入力電力の範囲（換言すれば、非接触の距離範囲）が限られる（狭い）という欠点があった。そして、このように入力電圧範囲が狭いと、入力電力が大きく変化するアプリケーシヨンにおいては使用できないという問題が発生していた。そこで、用途に応じて仕様を限定する（近い距離用のものと遠い距離用のものを作る）ということで対処してきた。しカゝし、これはコストもかかり且つ不便でもあった。

また、従来例では、整流手段としてダイオード部品を使用していたため、このダイオード部品が同調容量を兼ねることができず、従って必ず同調回路にコンデンサ部品を設けるか、或いは同調コイルを大きく形成して容量を得るかしかなかつた。発明の開示

本発明は許容の入力電力範囲を大きくとることができるようにした通信装置を提供することを目的とする。

本発明の他の目的は整流手段によつて同調回路の容量を構成するようにした通信装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため本発明では、受信した高周波信号を整流して電力を生成する通信装置において、アンテナに M O S トランジスタを接続し、受信した信号の整流を前記 M O S トランジスタの寄生ダイオードによって行う。この場合、 M O S トランジスタに付随する容量が入力同調周波数に関与する。

また、 M O S トランジスタは複数設けられており、通信装置はその複数のトランジスタを 0 Nさせるか〇 F Fさせるかの制御を行う制御手段を有する。この制御手段が整流出力が所定値になる方向に同調周波数を変えるべく前記 M O S トランジス夕を制御する。通信装置は例えばリ一ダライターから非接触で信号を受ける I Cカードとして構成される。本発明の構成によると、通信装置は受信した高周波信号を整流して電力を生成する。アンテナに接続した M O S トランジスタの寄生ダイオードによって、受信した信号の整流を行なう。 M O S トランジスタに付随する容量が入力同調容量として働く。トランジスタの O N、 0 F Fを選択することによって入力同調コンデンサに加算される容量が変わり、それによつて入力同調周波数が変わり、送信信号の高周波周波数との関係が変化する。それによつて、受信される高周波信号の大きさが変わり、得られる電力も変わる。図面の簡単な説明

図 1 は本発明の第 1実施形態に係る情報通信装置の要部回路図であり、図 2はその入力同調回路を説明するための回路図、図 3は同じく入力同調回路の周波数切換えに関する回路図、図 4は同調周波数切換えに対応する同調回路の選択度特性を示す図、図 5は本発明で使用する M O S トランジスタについての説明図、図 6は本発明の第 2実施形態に係る情報通信装置の要部回路図、図 7はその整流方式を示す等価回路図、図 8は本発明の使用形態を示す図、そして図 9は従来の情報通信装置の要部回路図である。発明を実施するための最良の形態

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図 1 において、 1 はリーダライタ一であり、 2はその信号源を示す。 3 と 4はリーダライターの同調回路を構成するコンデンザとインダクタンスコイルである。インダクタンスコイル 4 はアンテナの役割を成す。

5は I Cカードである。 6はその同調回路であり、インダクタンスコイルとコンデンサ C oとから成っている。インダクタンスコィル Lはアンテナの機能も果たす。 C Aは同調回路 6の一端に接続された平滑コンデンサであり、 7はその出力電圧をレギュレートするレギユレ一夕であり、その出力は図示しない信号処理回路等に供給されるようになっている。

T u T ₂は同調回路 6の他端（換言すればアンテナ Lの他端）にドレインが接続された Νチャンネル型の第 1、第 2 Μ Ο S トランジスタであり、それらのソースはオープン（非接続）である。また、それらのゲートはコントロール回路 9に接続されている。 8は平滑コンデンサ CAの出力電圧（又は電流）を検出する検出器であり、その検出出力をコントロール回路に与える。コントロール回路 9は検出出力に応じてトランジスタ T l、 Τ 2の ON、 OF Fを制御する。

D 1、 D 2は MO S トランジスタ T 1、 T 2に付随する寄生のダイオードであり、これらのダイオードが整流ダイオードの役目をする。 C！、 C₃はトランジス夕 T l、 Τ 2のドレインの接合容量、 C₂、 C₄はソースの接合容量である。図 5 の（ a ) は Nチャンネル M 0 S トランジスタのシンボル図を示し、（ b ) はその構造図と共に前述の接合容量 d、 C₂及び寄生ダイオード D 1を示している。尚、これらの接合容量以外にゲートとドレインとの間の容量も存在するが、説明の便宜のためこの容量は省略している。

ここで、前記 MO S トランジスタに付随する容量を C_Bで表わしたとき、 I C力 — ド 5の入力側のコンデンサは図 2 ( a) に示すような関係になる。ここで、 C Aが C_Bより充分大きな値（Cf》 CB) とすると、図 2 ( a) の回路は等価的に図 2 ( b ) のようになる。従って、同調回路の同調周波数 f は、

となる。

ところで、トランジスタ T 1 と T 2がいずれも O F Fのときは、トランジスタのソース側の容量 C₂、 C₄は働かないので、図 3 (a) に示すように

+ C₃となり、同調周波数 f 1は、

f 1 = 1 / [ 2 π {L (Co+ Ci+ Cs) } ^,/2]

となる。

次に、トランジスタ T 1 と T 2がいずれも O Nのときは容量 C₂、 C 4も働くので、図 3 ( b ) に示すように、

C! + C₂+ C₃+ C₄となり、同調周波数 f 2 は、

f 2 = 1 / [ 2 π {L (Co+ C i + C₂+ C₃+ C₄) } ²] となる。

また、トランジスタ T 1が O Nで、トランジスタ T 2が O F Fのときは、図 3 ( c ) に示すように C_B=Ci + C₂+ C₃であるから、同調周波数 f 3は、 TJP 8/05138 f 3 = 1 / [ 2 π { L ( Co+ C i + C₂+ C₃) } ² ]

となる。尚、トランジスタ T 1が O F Fで、トランジスタ T 2が O Nのときも、この式の C₂が Caに変わるだけで、しかも元々 C₂= C₄であるから、同調周波数は 3である。

前記同調周波数の大小関係は、 f 2 < f 3 < f 1であり、これを同調回路の選択度 Qで表わすと、図 4のようになる。今、リーダライター 1 と I Cカード 5の距離が変化しないとし、且つリーダライター 1側から送信される高周波信号の周波数が f 1であるとすると、 I Cカード 5の同調周波数が f 1 のとき、受信信号の振幅が最も大きいので、最も大きな電力が得られ、： f 2のとき最も小さい電力、そして f 3のとき中間の大きさの電力が得られる。同一の同調周波数下においては、一般にリ一ダライター 1 と I Cカード 5 との距離が離れるに従って得られる電力が小さくなる。

コントロール回路 9は検出器 8によって検出された平滑コンデンサ C Aの出力電圧（又は電流）に基いてトランジスタ T 1、 T 2の O N、 O F Fを制御する。このとき、予め基準値を設けておいて、検出値がその基準値より大きいか、小さいかによつてトランジスタ T 1、 T 2を制御するようにすると良い。

上記の実施形態によると、例えばリーダライター 1 と I Cカード 5の距離が離れていて、充分な電力が得られないときは、同調周波数である f 1 にセットされ、逆にリーダライタ一 1 と I Cカード 5が近接し過ぎていて、得られる電力が大き過ぎるときは、同調周波数から外れた周波数 f 2や f 3にセットされる。

ただし、コントロール回路 9は、リーダライ夕一 1 と I Cカードの離間距離に関係なく、検出電圧（又は電流）が基準値より高いか低いかでトランジスタ T 1、 T 2の O N、 O F Fを制御するようになっているので、リーダライター 1 と I C カード 5が近接していても充分な電力が得られないときは、同調周波数の切換えを行なうことになる。

以上の実施例は半波整流の場合であつたが、全波整流についても本発明を適用できる。図 6はその場合の実施形態を示している。図 6において、インダクタンスコイル Lとコンデンサ Coから成る同調回路 6の両端に MO S トランジスタ群が接続されている。 Q 1〜Q 6は Nチャンネル型の MO S トランジスタであり、 Q 7〜Q 1 2は P チャンネル型の MO S トランジスタである。トランジスタ Q 1〜Q 3は同調回路 6の一端 αにドレインが接続され、サブストレートがグランドに接続される。トランジス夕 Q 4〜Q 6のドレインは同調回路 6の他端 /8 に接続され、サブストレ — トがグランドに接続される。トランジスタ Q 1〜Q 6のゲートはコントロールレジスタ 8 1 に接続されている。

一方、トランジスタ Q 7〜Q 9のドレインは同調回路 6の一端 αに接続され、サブストレートは出力線路 8 3に接続される。トランジスタ Q 1 0〜Q 1 2のドレインは同調回路 6の他端) 3に接続され、サブストレートは出力線路 8 3に接続されている。トランジスタ Q 7〜Q 1 2のゲートはコントロールレジスタ 8 2に接続されている。トランジスタ Q 1〜Q 1 2のソースはいずれもオープンである。

Nチヤンネル型 MO S トランジスタ Q 1 〜Q 6の寄生ダイォ一ドと容量の形成について、トランジスタ Q 6を代表して、 8 4、 8 5、 8 6で示している。 8 4 はトランジスタ Q 6のドレインとサブストレート間に生じる寄生ダイォードであり、 8 5は同じ場所に生じる接合容量、 8 6はソース側の接合容量である。

一方、 Pチヤンネル型 MO S トランジスタ Q 7〜Q 1 2の寄生ダイオードと容量の形成についてトランジスタ Q 1 2を代表して、 8 7、 8 8、 8 9で示している。 8 7はトランジスタ Q 1 2のドレインとサブストレート間に生じる寄生ダイオードであり、 8 8は同じ場所に生じる接合容量、 8 9はソース側の接合容量である。

図 7は図 6の全波整流回路の等価回路であり、整流ダイオード 1 1 とコンデンサ 2 1 はトランジスタ Q 7〜Q 9によって形成される。また、整流ダイオード 1 2 とコンデンサ 2 2はトランジスタ Q 1 0〜Q 1 2によって形成される。同じく、整流ダイオード 1 3 とコンデンサ 2 3はトランジスタ Q 4〜Q 6によって形成され、整流ダイオード 1 4 とコンデンサ 2 4はトランジスタ Q 1〜Q 3によって形成される。ただし、各コンデンサ 2 1、 2 2、 2 3、 2 4の値はトランジスタの O N、 O F Fによって変化する。

検出回路 8 0は出力線路 8 3の電圧（又は電流）が所定値より高いか低いかによってコントロールトランジスタ 8 1、 8 2を制御し、それによつてトランジス夕 Q 1〜Q 1 2の ON、 O F Fをコントロールする。

図 6の回路は全波整流型であるため、図 1の平滑コンデンサ C_Aに相当するものが削除されているが、必要に応じてこれを挿入しても構わない。図 1、図 6の各実施形態において、同調回路 6としてインダクタンスコイル Lを用いた力インダク夕ンスとして成立するものであれば、コイルでなく、単なる導体であってもよい。また、同調用コンデンサ Coとして積極的に設ける必要はなく、コイルしの分布容量で賄うことも可能である。或いは、トランジスタ T 1 ~T 2や Q 1〜Q 1 2の容量のみで賄うこともできる。

図 8は I Cカード 5が電力再生系の入力同調回路 1 0 1 と信号系の入力同調回路 1 02を個別にもっている場合（ a) と、 1つの入力同調回路 1 0 1を共用する場合（b ) とを示している。（a) の場合、送信側から電力再生用の周波数 f Hの連続波と、キャリア周波数 f Lの信号を送ってくる。この場合、電力調整のために入力同調回路 1 0 1の同調周波数を整流回路 1 03の容量の可変によって変化させても、信号用の入力同調回路 1 02の同調周波数には影響を与えない。

(b ) の場合は、キャリア周波数は同一で、電力再生用の信号期間 t 1 と本来の信号期間 t 2がタイムシュアされている。従って、整流回路 1 03の容量可変による入力同調周波数の可変は不能とするようにしてもよい。ただし、入力電力が充分得られないことと、本来の信号レベルが小さ過ぎることが相関している場合は、むしろ整流回路 1 03による入力同調周波数可変を信号期間にも継続させる方がよい。産業上の利用可能性

以上説明したように本発明によれば、 MO S トランジスタという 1種類の素子で整流ダイオードと同調容量を実現できる。しかも、容量の可変（従って同調周波数の可変）をトランジスタの 0N、 OF Fによって簡単に実現できる。また、複数の MO S トランジスタを I C化で容易且つコンパクトに形成できる。更に、情報通信装置は信号処理のだめのデジタル回路を有しているが、このディジタル回路は MO S トランジスタで構成される場合が多いので、本発明の如く前記整流ダイードと同調容量を MO S トランジスタで形成することは、設計、製造、コストの面でも望ましい。このような利点をもっているので、本発明はリーダライタ一から非接触で信号を受ける I Cカード等のように受信した高周波信号を整流して電力を生成する通信装置に利用できる。

Claims

請求の範囲

1. 受信した高周波信号を整流して電力を生成する通信装置において、

アンテナに M O S トランジスタを接続し、受信した信号の整流を前記 MO S トランジス夕の寄生ダイォードによって行うことを特徴とする通信装置。

2. 前記 MO S トランジスタに付随する容量が入力同調周波数に関与することを特徴とする請求項 1 に記載の通信装置。

3. 前記 MO S トランジスタが 1個もしくは複数設けられており、そのトランジスタを ONさせるか OF Fさせるかの制御を行う制御手段を有することを特徴とする請求項 2に記載の通信装置。

4. 前記制御手段は整流出力が所定値になる方向に同調周波数を変えるべく前記 MO S トランジス夕を制御することを特徴とする請求項 3に記載の通信装置。

5. リーダライターから非接触で信号を受ける I Cカードであることを特徴とする請求項 1 に記載の通信装置。