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技術 非接触ICカード通信システムにおける応答器

出願人 ローム株式会社
発明者 生藤義弘千村茂美吉岡哲
出願日 1996年12月27日 (25年0ヶ月経過) 出願番号 1996-349700
公開日 1998年7月21日 (23年5ヶ月経過) 公開番号 1998-187916
状態 拒絶査定
技術分野 デジタルマーク記録担体 電磁波による給配電方式 伝送の細部、特殊媒体伝送方式
主要キーワード 動作電力供給 書込読出装置 初期バラツキ 電磁的作用 基準電圧発生源 自己電源 変調用トランジスタ パルス位相変調
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1998年7月21日)のものです。
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図面 (15)

課題

共振周波数を自動的に調整して、効率よく電源供給を受けることのできる応答器を提供する。

解決手段

切換手段48は、共振回路40の共振周波数を順次切り換えていく。基準電圧発生手段50は、共振回路40からの出力を受けてこれを直流電圧に変換する。共振周波数の切り換えにより、変換される直流電圧の大きさが変化するが、基準電圧発生手段50はこの変動に拘わらず、一定の基準電圧を出力する。出力値計測手段52は、この基準電圧を基準として、各共振周波数における共振回路40の出力値を計測する。態様決定手段56は、出力値記憶手段54の制御に記憶された出力値の中から最も大きなものを選択し、これに対応する切換態様を好ましい切換態様(好適切換態様)と決定する。このようにして、最も効率よく電力供給を受けることのできる共振周波数を得る好適切換態様を得る。

概要

背景

カードに埋め込まれたICの電極を通じて、データのやりとりを行うICカードが用いられている。このような接触型のICカードは、データやりとりのために、当該カードを書込読出装置に挿入しなければならず、取り扱いが煩雑であった。そこで、電磁波を用いて、電源供給データ交換を行う非接触式のICカードが登場している。このような非接触カードは、改札スキー場リフト用改札等に用いられている。

図14に、非接触式ICカードを用いた通信ステムの構成を示す。このシステムは、質問器2(たとえば、スキー場のリフトのゲート内に搭載される)と非接触ICカード20によって構成される。質問器2は、制御部8の制御により、発振回路10からの高周波搬送波アンテナ4から送り出している。質問器2に対して非接触ICカード20が接近すると、この高周波搬送波は、非接触ICカード20のアンテナ24に受信される。電源生成回路28は、受信した高周波直流電力に変換して、他の回路部分に供給する。このようにして、質問器2に近づくと、非接触ICカード20が動作可能となる。なお、電源生成回路28、変復調回路30、制御部32、不揮発性メモリ34は、小型化のためICチップ36とされている。

質問器2から非接触ICカード20に対する情報送信は、制御部8の制御により、高周波搬送波を変復調回路6において変調することにより行う。非接触ICカード20は、変調された高周波搬送波を変復調回路30において復調する。制御部32は、復調された情報を得て、不揮発性メモリ34の内容の書き換えや情報返信等の必要な処理を行う。

上記と逆に、非接触ICカード20から質問器2に対しての情報送信も行われる。ここで、非接触ICカード20側には、発振回路が設けられていない。したがって、質問器2の側から無変調の高周波搬送波を送り出しておき、非接触ICカード20側にて、変復調回路30により、共振回路22のインピーダンスを変化させるようにしている。質問器2は、このインピーダンス変化を、自己側の共振回路12のインピーダンス変化として、変復調回路6により検出して復調を行う。制御部8は、復調された情報を得て、必要な処理を行う。

非接触ICカード20が質問器2から遠ざかると、電力供給が無くなるので、カード20の動作は停止する。しかし、不揮発性メモリ34を用いているので、電力供給が無くなっても、記憶された情報は保持される。

以上のようにして、非接触ICカード20を用いた通信システムは動作する。

概要

共振周波数を自動的に調整して、効率よく電源供給を受けることのできる応答器を提供する。

切換手段48は、共振回路40の共振周波数を順次切り換えていく。基準電圧発生手段50は、共振回路40からの出力を受けてこれを直流電圧に変換する。共振周波数の切り換えにより、変換される直流電圧の大きさが変化するが、基準電圧発生手段50はこの変動に拘わらず、一定の基準電圧を出力する。出力値計測手段52は、この基準電圧を基準として、各共振周波数における共振回路40の出力値を計測する。態様決定手段56は、出力値記憶手段54の制御に記憶された出力値の中から最も大きなものを選択し、これに対応する切換態様を好ましい切換態様(好適切換態様)と決定する。このようにして、最も効率よく電力供給を受けることのできる共振周波数を得る好適切換態様を得る。

目的

この発明は、上記のICカード20等のように、他の装置から非接触にて電力の供給を受けたり、他の装置と非接触にて通信を行うような装置において、その共振回路の共振周波数を適正に調整できる構成を備えた装置を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
6件
牽制数
20件

この技術が所属する分野

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請求項1

質問器との間で電磁波により通信を行う応答器において、(a)質問器からの電磁波を受けるアンテナを含む共振回路であって、スイッチ手段によって共振周波数が切換可能である共振回路と、(b)スイッチ手段を用いて共振回路の共振周波数を切り換えつつ、各切換態様における共振回路からの出力信号を受けて、所望の出力信号が得られるように前記スイッチ手段の切換態様を固定する手段と、を備えた非接触ICカード通信ステムにおける応答器。

請求項2

請求項1の非接触ICカード通信システムにおける応答器において、前記スイッチ手段の切換態様を固定する手段は、

技術分野

0001

この発明は、電磁波を利用することにより、他の装置との間で電気的に非接触な状態で通信等の動作を行う装置に関するものであり、特にその、共振周波数の調整に関するものである。

背景技術

0002

カードに埋め込まれたICの電極を通じて、データのやりとりを行うICカードが用いられている。このような接触型のICカードは、データやりとりのために、当該カードを書込読出装置に挿入しなければならず、取り扱いが煩雑であった。そこで、電磁波を用いて、電源供給データ交換を行う非接触式のICカードが登場している。このような非接触カードは、改札スキー場リフト用改札等に用いられている。

0003

図14に、非接触式ICカードを用いた通信システムの構成を示す。このシステムは、質問器2(たとえば、スキー場のリフトのゲート内に搭載される)と非接触ICカード20によって構成される。質問器2は、制御部8の制御により、発振回路10からの高周波搬送波アンテナ4から送り出している。質問器2に対して非接触ICカード20が接近すると、この高周波搬送波は、非接触ICカード20のアンテナ24に受信される。電源生成回路28は、受信した高周波直流電力に変換して、他の回路部分に供給する。このようにして、質問器2に近づくと、非接触ICカード20が動作可能となる。なお、電源生成回路28、変復調回路30、制御部32、不揮発性メモリ34は、小型化のためICチップ36とされている。

0004

質問器2から非接触ICカード20に対する情報送信は、制御部8の制御により、高周波搬送波を変復調回路6において変調することにより行う。非接触ICカード20は、変調された高周波搬送波を変復調回路30において復調する。制御部32は、復調された情報を得て、不揮発性メモリ34の内容の書き換えや情報返信等の必要な処理を行う。

0005

上記と逆に、非接触ICカード20から質問器2に対しての情報送信も行われる。ここで、非接触ICカード20側には、発振回路が設けられていない。したがって、質問器2の側から無変調の高周波搬送波を送り出しておき、非接触ICカード20側にて、変復調回路30により、共振回路22のインピーダンスを変化させるようにしている。質問器2は、このインピーダンス変化を、自己側の共振回路12のインピーダンス変化として、変復調回路6により検出して復調を行う。制御部8は、復調された情報を得て、必要な処理を行う。

0006

非接触ICカード20が質問器2から遠ざかると、電力供給が無くなるので、カード20の動作は停止する。しかし、不揮発性メモリ34を用いているので、電力供給が無くなっても、記憶された情報は保持される。

0007

以上のようにして、非接触ICカード20を用いた通信システムは動作する。

発明が解決しようとする課題

0008

しかしながら、上記のような従来の技術においては、部品定数のばらつき等により、ICカード20側の共振回路22の共振周波数が設計値からずれ、ICカード20が十分な電力の供給を受けることができないという問題があった。このため、ICカード20と質問器2との通信可能距離が低下したり、著しい場合には、動作不能となるおそれもあった。

0009

この発明は、上記のICカード20等のように、他の装置から非接触にて電力の供給を受けたり、他の装置と非接触にて通信を行うような装置において、その共振回路の共振周波数を適正に調整できる構成を備えた装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0010

請求項1の非接触ICカード通信システムにおける応答器は、(a)質問器からの電磁波を受けるアンテナを含む共振回路であって、スイッチ手段によって共振周波数が切換可能である共振回路と、(b)スイッチ手段を用いて共振回路の共振周波数を切り換えつつ、各切換態様における共振回路からの出力信号を受けて、所望の出力信号が得られるように前記スイッチ手段の切換態様を固定する手段とを備えている。

0011

請求項2の非接触ICカード通信システムにおける応答器は、スイッチ手段の切換態様を固定する手段が、(b1)共振回路のスイッチ手段を順次切り換えるとともに、各切換態様における共振回路にあらわれる電圧または電流を得て、所望の電圧または電流が得られるスイッチ手段の好適切換態様を得る判定手段と、(b2)判定手段によって得られた好適切換態様を記憶する切換態様記憶手段とを備えている。

0012

請求項3の非接触ICカード通信システムにおける応答器は、当該応答器が、質問器から受信した電磁波を電力源とするように構成されており、判定手段が、(b11)共振回路にあらわれる電圧の変動に拘わらず一定の基準電圧を得る基準電圧発生手段と、(b12)基準電圧発生手段からの基準電圧を基準として、各切換態様における共振回路の出力の大きさを計測する出力値計測手段と、(b13)出力値計測手段によって得られた出力の大きさに基づいて好適切換態様を決定する態様決定手段とを備えていることを特徴としている。

0013

請求項4の非接触ICカード通信システムにおける応答器は、判定手段が、さらに、スイッチ手段の各切換態様に応じた共振回路の出力値を、各切換態様に対応づけて、それぞれ記憶する出力値記憶手段を備えており、態様決定手段が、出力値記憶手段に記憶された出力値に基づいて好適切換態様を決定するものであることを特徴としている。

0014

請求項5の非接触ICカード通信システムにおける応答器は、最も大きな出力値に対応する切換態様を好適切換態様とすることを特徴としている。

0015

請求項6の非接触ICカード通信システムにおける応答器は、切換態様を順次切り換えるごとに出力値を得て、所定のしきい値を越える出力値が得られると、当該切換態様を好適切換態様とすることを特徴としている。

0016

請求項7の非接触ICカード通信システムにおける応答器は、共振回路が、アンテナに対して接続するコンデンサの容量を、スイッチ手段によって選択可能に構成されている。

0017

請求項8の非接触ICカード通信システムにおける応答器は、共振回路が、コンデンサに接続するアンテナのインダクタンスを、スイッチ手段によって選択可能に構成されている。

0018

請求項9の非接触ICカード通信システムにおける応答器は、スイッチ手段を複数のトランジスタによって構成するとともに、切換態様記憶手段が、何れのトランジスタをオンにするかを記憶するものであることを特徴としている。

0019

請求項10の非接触ICカード通信システムにおける応答器は、共振回路が少なくとも動作電力供給のために用いられるものであることを特徴としている。

0020

請求項11の非接触ICカード通信システムにおける応答器は、共振回路が少なくとも情報通信のために用いられるものであることを特徴としている。

0021

請求項12の非接触ICカード通信システムにおける応答器は、判定手段による好適切換態様の判定は、当該応答器製造時に行われるものであることを特徴としている。

0022

請求項13の非接触ICカード通信システムにおける応答器は、判定手段による好適切換態様の判定は、所定時期ごとに行われるものであることを特徴としている。

0023

請求項14の非接触ICカード通信システムにおける応答器は、所定時期が、前回判定の日時から所定の日時を経過した時点であることを特徴としている。

0024

請求項15の非接触ICカード通信システムにおける応答器は、所定時期が、当該応答器の所定の使用回数ごとに決定されることを特徴としている。

0025

請求項16の非接触ICカード通信システムにおける応答器は、共振回路および前記スイッチ手段の切換態様を固定する手段を集積回路チップとして構成したことを特徴としている。

0026

請求項17の集積回路チップは、質問器からの電磁波を受けるアンテナを含む共振回路であって、スイッチ手段によって共振周波数が切換可能である共振回路と、前記共振回路のスイッチ手段を順次切り換え、各切換態様における前記共振回路の出力を得て、所望の出力が得られるスイッチ手段の好適切換態様を得る判定手段と、判定手段によって得られた好適切換態様を記憶する切換態様記憶手段と、を備えたことを特徴としている。

0027

請求項18の集積回路チップは、外部の共振回路を接続するための接続端子と、外部の共振回路の共振周波数を切り換えるスイッチ手段に信号を与えるための接続端子とを有し、外部の共振回路のスイッチ手段を順次切り換え、各切換態様における外部の共振回路の出力を得て、所望の出力が得られるスイッチ手段の好適切換態様を得る判定手段と、判定手段によって得られた好適切換態様を記憶する切換態様記憶手段と、を備えたことを特徴としている。

0028

請求項19の集積回路チップは、外部のアンテナを接続するための接続端子であって、それぞれ異なるリアクタンスのアンテナが接続される複数の接続端子と、前記アンテナとともに共振回路を構成するコンデンサと、前記コンデンサを前記いずれの接続端子に接続するかを切り換えるスイッチ手段と、前記スイッチ手段を順次切り換え、各切換態様における共振回路の出力を得て、所望の出力が得られるスイッチ手段の好適切換態様を得る判定手段と、判定手段によって得られた好適切換態様を記憶する切換態様記憶手段と、を備えたことを特徴としている。

0029

請求項20の集積回路チップは、外部のアンテナを接続するための接続端子と、前記アンテナとともに共振回路を構成する容量の異なる複数のコンデンサと、前記複数のコンデンサのいずれを接続端子に接続するかを切り換えるスイッチ手段と、前記スイッチ手段を順次切り換え、各切換態様における共振回路の出力を得て、所望の出力が得られるスイッチ手段の好適切換態様を得る判定手段と、判定手段によって得られた好適切換態様を記憶する切換態様記憶手段と、を備えたことを特徴としている。

0030

請求項21の非接触ICカードは、(a)質問器からの電磁波を受けるアンテナとコンデンサとを含む共振回路であって、当該共振回路を実質的に構成するアンテナのインダクタンスとコンデンサのキャパシタンスを複数のトランジスタのオン・オフによって選択可能に構成された共振回路と、(b)共振回路にあらわれる電圧の変動に拘わらず一定の基準電圧を得る基準電圧発生手段と、(c)共振回路の各トランジスタのオン・オフを順次切り換える順次切換手段、(d)基準電圧発生手段からの基準電圧を基準として、順次切換手段によるトランジスタの各切換態様における共振回路の出力の大きさを計測する出力値計測手段と、(e)出力値計測手段によって得られた出力の大きさを、各切換態様に対応づけて、それぞれ記憶する出力値記憶手段と、(f)出力値記憶手段に記憶された各切換態様の出力のうち、最も大きい出力に対応する切換態様を、好適切換態様として決定する態様決定手段と、(g)態様決定手段によって得られた好適切換態様を記憶する切換態様記憶手段と、(h)当該切換態様記憶手段に記憶された好適切換態様にしたがって、共振回路のトランジスタのオン・オフを制御する切換手段とを備えている。

0031

請求項22の自己電源不要型装置は、切換信号によって共振周波数を変更可能とした共振回路の当該共振周波数を順次変更し、受信した電磁波に基づいて得られた電圧を受けて、当該電圧の変動に拘わらず一定の基準電圧を得る基準電圧発生源を設け、順次変更される各共振周波数に対応した共振回路の各出力を、基準電圧を基準として比較し、最も大きい出力の得られた共振周波数となるよう切換信号を共振回路に与え、効率よく電力を得るようにしたことを特徴としている。

0032

請求項23の自己電源不要型装置の調整方法は、切換信号によって共振周波数を変更可能とした共振回路の当該共振周波数を順次変更し、受信した電磁波に基づいて得られた電圧を受けて、当該電圧の変動に拘わらず一定の電圧を得る基準電圧発生源の出力を基準電圧とし、順次変更される各共振周波数に対応した共振回路の各出力を、基準電圧を基準として比較し、最も大きい出力の得られた共振周波数となるよう切換信号を共振回路に与え、効率よく電力を得るようにしたことを特徴としている。

0033

この発明において、「電磁波による通信」とは、電磁的作用を利用した無線通信をいい、電波を用いる通信の他、電磁結合による通信も含む概念である。

0034

「スイッチ手段」とは、回路結線状態、定数等を切り換えることのできる手段をいい、機械的構造であると電気的構造であるとを問わない。また、ディジタル的にオン・オフの切り換えを行うものだけでなく、アナログ的に抵抗値等の定数を連続的に切り換えるものも含む概念である。実施態様においては、図2図10図11のトランジスタSQ1〜SQn、図11のトランジスタTQ1〜TQnがこれに該当する。

0035

「トランジスタ」とは、ゲートベース等に印加する制御電圧(電流)により、オンまたはオフを制御可能な素子をいう。

0036

「アンテナ」とは、その外形的形状、形成方法等を問わず、所望の電磁波を受けるために必要なインダクタンス成分を有する要素をいう。実施形態においては、図4図9Bのように導線コイル状に巻いたものや、図9AのようにICチップ表面に印刷したものや、ICチップ内アルミ配線層として形成したものが該当する。

0037

「コンデンサ」とは、その外形的形状、形成方法等を問わず、前記アンテナとともに共振回路を構成するに必要な静電容量を有する要素をいう。実施形態においては、図2のコンデンサC1〜Cnや、図11のコンデンサTC1〜TCnが該当する。場合によっては、アンテナの有する浮遊容量をコンデンサとして用いてもよい。

発明の効果

0038

この発明によれば、非接触ICカード通信システムにおいて、共振周波数を自動調整できる応答器を得ることができ、特に、共振回路のアンテナやコンデンサの初期バラツキによる共振周波数のずれを自動的に調整することができる応答器を得ることができる。

0039

請求項1の応答器は、共振回路の共振周波数を切り換えつつ、共振回路からの出力を受けて、所望の出力が得られる共振周波数となるようにスイッチ手段の切換態様を決定するようにしている。したがって、適切な共振周波数を自動的に選択するよう調整して、通信を行うことができる。

0040

請求項2の応答器は、スイッチ手段の好ましい切換態様を記憶するようにしている。したがって、一度切換態様の記憶を行えば、共振周波数を順次切り換えて調整を行う必要がなく、迅速に好ましい共振周波数による動作を行うことができる。

0041

請求項3の応答器は、印加された電圧の変動に拘わらず一定の基準電圧を得る基準電圧発生手段を設け、当該基準電圧に基づいて、各切換態様における共振回路の出力の大きさを比較するようにしている。したがって、電源を持たない応答器において、正確な共振周波数の調整を行うことができる。

0042

請求項4の応答器は、各切換態様における共振回路の出力を、各切換態様に対応づけて記憶し、当該記憶内容基づいて好適切換態様を決定するようにしている。したがって、より正確に、好適切換態様を決定することができる。

0043

請求項5の応答器は、最も大きな出力値に対応する切換態様を好適切換態様とするようにしている。したがって、共振回路を最も効率のよい共振周波数に調整することができる。

0044

請求項6の応答器は、切換態様を順次切り換えるごとに出力値を得て、所定のしきい値を越える出力値が得られると、当該切換態様を好適切換態様とするようにしている。したがって、共振周波数の自動調整を迅速に行うことができる。

0045

請求項9の応答器は、スイッチ手段を複数のトランジスタによって構成している。したがって、切換態様を容易に電気的に制御でき、記憶することができる。

0046

請求項10の応答器は、共振回路によって動作電力の供給を受けるようにしている。したがって、効率的な電力の供給を確保することができる。

0047

請求項11の応答器は、共振回路によって情報通信を行うようにしている。したがって、効率的な通信状態を確保することができる。

0048

請求項12の応答器は、好適切換態様の判定を、当該応答器製造時に行うようにしている。したがって、部品定数のばらつき等によって、共振周波数が設計値から変動しても、所望の共振周波数を有する応答器を容易に製造することができる。

0049

請求項13〜15の応答器は、好適切換態様の判定を、所定時期ごとに行うようにしている。したがって、経年変化周囲温度変化等によって、共振周波数が変化した場合であっても、所望の共振周波数に戻すように自動調整することができる。

0050

請求項17〜20の自己電源不要型装置に用いうる集積回路チップは、共振回路の共振周波数を切り換えつつ、共振回路からの出力を受けて、所望の出力が得られる共振周波数となるようにスイッチ手段の切換態様を決定して記憶するようにしている。したがって、適切な共振周波数を自動的に選択して、効率よく電源の供給を受け得るように調整することができる。

0051

請求項21の非接触ICカードは、共振回路の共振周波数を切り換えつつ、共振回路からの出力を受けて、所望の出力が得られる共振周波数となるようにスイッチ手段の切換態様を決定して、記憶するようにしている。したがって、適切な共振周波数となる切換態様を自動的に得て記憶することができる。また、一度記憶すれば、共振周波数を順次切り換えて調整を行う必要がなく、迅速に好ましい共振周波数による動作を行うことができる。さらに、印加された電圧の変動に拘わらず一定の基準電圧を得る基準電圧発生手段を設け、当該基準電圧に基づいて、各切換態様における共振回路の出力の大きさを比較するようにしている。したがって、電源を持たない非接触ICカードにおいて、正確な共振周波数の調整を行うことができる。請求項22の自己電源不要型装置および請求項23の自己電源不要型装置の調整方法は、共振回路の共振周波数を切り換えつつ、共振回路からの出力を受けて、最も大きい出力が得られる共振周波数をとなるよう切換信号を共振回路に与えるようにしている。したがって、適切な共振周波数を自動的に選択して、効率よく電源の供給を受け得るように調整することができる。

発明を実施するための最良の形態

0052

図1に、この発明の一実施形態による応答器の構成を示す。この実施形態では、質問器から電力の受けて動作可能となる応答器について説明する。共振回路40は、切換手段48によりスイッチ手段の切換を行うことにより、その共振周波数が切換可能となっている。切換手段48は、共振回路40の共振周波数を順次切り換えていく。基準電圧発生手段50は、共振回路40からの出力を受けてこれを直流電圧に変換する。なお、共振周波数の切り換えにより、変換される直流電圧の大きさが変化するが、基準電圧発生手段50はこの変動に拘わらず、一定の基準電圧を得る。

0053

出力値計測手段52は、この基準電圧を基準として、各共振周波数における共振回路40の出力値を計測する。計測した出力値は、各共振周波数(つまり各切換態様)に対応づけて、出力値記憶手段54に記憶される。

0054

態様決定手段56は、出力値記憶手段54に記憶された出力値の中から最も大きなものを選択し、これに対応する切換態様を好ましい切換態様(好適切換態様)と決定する。このようにして、最も効率よく電力供給を受けることのできる共振周波数を得る好適切換態様が得られる。この好適切換態様は、切換態様記憶手段46に記憶される。

0055

以上のようにして、共振周波数の調整が完了した後は、切換手段48は、切換態様記憶手段46に記憶された好適切換態様にしたがって、共振回路40の共振周波数を決定する。つまり、応答器の動作ごとに、毎回、共振周波数の調整動作を行う必要はない。なお、この実施形態では、切換態様記憶手段46は、電源が供給されなくとも内容を保持することのできるものを用いている。

0056

図4Aに、図1の実施形態による応答器を、非接触ICカードとして具体化した実施形態を示す。この非接触ICカード80は、2点鎖線で示すカード状の基材の中に、アンテナ60、複数のコンデンサC、ICチップ82を収納して構成される。

0057

図2に、この非接触ICカード80の回路ブロック図を示す。この実施形態では、アンテナ60、コンデンサC1、C2・・・Cnを除いた他の要素は、ICチップ82として構成されている。整流回路62は、受信した高周波搬送波を整流し、レギュレータ64に与える。レギュレータ64は、これを安定化し、各部に電源として供給する。復調回路66は、変調された高周波搬送波を検波して復調し、データに再生する。このデータは、CPU68に与えられ、所定の処理が行われる。

0058

質問器に向けてデータを送る場合には、質問器が無変調の高周波搬送波を出力している時に、CPU68が変調用トランジスタMQをオン・オフして、抵抗RMの接続をオン・オフすることにより行う。これにより、質問器から見たインピーダンスを変化させて搬送波振幅を変化させ、質問器においてデータを復元することができる。なお、CPU68の動作プログラムは、不揮発性メモリ70に記憶されている。

0059

この実施形態では、アンテナ60、コンデンサC1、C2・・・Cn、スイッチ手段であるトランジスタSQ1、SQ2・・・SQnによって、共振回路が構成されている。コンデンサCn/2の静電容量は、当該コンデンサCn/2によって形成される共振回路の共振周波数fn/2が、質問器から送られてくる高周波搬送波の周波数合致するように設計されている。他のコンデンサによる共振周波数は、この共振周波数fn/2を中心として、わずかずつ異なったものとなるように、その静電容量が設定されている。この実施例では、コンデンサC1による共振周波数f1が最も低く、コンデンサCnによる共振周波数がfnが最も高くなるように、隣接するコンデンサの共振周波数の間隔が等しく形成されている。

0060

レギュレータ64の出力は、基準電圧発生手段である基準電圧発生回路72、出力値計測手段である出力値計測回路74に与えられる。基準電圧発生回路72、出力値計測回路74の詳細を図3に示す。この実施形態では、基準電圧発生回路72として、バンドギャップ電圧発生回路76を用いている。バンドギャップ電圧発生回路76は、レギュレータ64から与えられる電圧が変動しても、その出力電圧を一定に保つ。したがって、この出力電圧を基準電圧Vrefとして用いるようにしている。

0061

基準電圧Vrefを抵抗R1〜R4によって分圧し、しきい値Va、Vb、Vcを得る。このしきい値Va、Vb、Vcとレギュレータ64からの出力(抵抗R5、R6による分圧値)を、比較器78a、78b、78cによって比較することにより、出力のレベルを得ている。つまり、搬送波の受信強度が大きくレギュレータ64からの出力がVaよりも大きい場合には、比較器78a(レベルA)、比較器78b(レベルB)、比較器78c(レベルC)の全てから出力が得られる。出力がVaよりも小さく、Vbよりも大きい場合には、比較器78b(レベルB)、比較器78c(レベルC)から出力が得られる。同様に、出力がVbよりも小さく、Vcよりも大きい場合には、比較器78c(レベルC)からのみ出力が得られる。なお、出力がVcよりも小さい場合には、何れの比較器からも出力は得られない。比較器78a、78b、78cの出力は、それぞれ、CPU68に与えられる。

0062

図2に戻って、不揮発性メモリ70には、通信のためのプログラムの他、共振周波数の自動調整のためプログラムも記憶されている。自動調整のプログラムのフローチャートを、図5に示す。以下、図5のフローチャート、図2ブロック図を参照しつつ、共振周波数の自動調整処理を説明する。

0063

自動調整のモードに入ると、CPU68は、まず切換態様を示す変数jを1にセットする(ステップS1)。次に、トランジスタSQjをオンにし、他のトランジスタをオフとするよう制御する(ステップS2)。今、j=1であるから、トランジスタSQ1のみがオンとなる。したがって、コンデンサC1が接続され、最も低い共振周波数となる。この場合の共振回路の周波数特性図7のCASE1に示す。なお、縦軸図3の点αにおける電圧である。ここで、図7に示すように、質問器の高周波搬送波の周波数がf0であったとすると、CASE1の場合には、何れの比較器78a、78b、78cからも出力が得られない。CPU68は、各比較器78a、78b、78cの出力A、B、Cを、切換態様jに対応づけて、不揮発メモリ70に記憶する(ステップS3、図8参照)。ここでは、A=0、B=0、C=0を記憶する。なお、この実施形態においては、不揮発性メモリ70の図8に示す部分が、出力値記憶手段および切換態様記憶手段に対応している。

0064

次に、ステップS4において、切換態様jが最大値nに達したか否かを判断する。達していなければ、切換態様jをインクリメントし、j=2とする(ステップS5)。次に、ステップS2に戻って、2番目の切換態様について、上記と同様の処理を行う。つまり、トランジスタSQ2をオンにして、他のトランジスタをオフにし、コンデンサC2を接続する。これにより、共振回路の周波数特性は、図7のCASE2に示すようになる。したがって、f0の高周波搬送波に対しては、比較器78cのみより出力が得られる。CPU68は、この出力を受けて、図8に示すように、j=2に対応づけて、A=0、B=0、C=1を不揮発性メモリ70に記憶する。

0065

切換態様jがnになるまで、上記の処理を繰り返し、次に、ステップS6に進む。j=nまで処理を行うと、不揮発性メモリ70には、図8に示すように各切換態様における出力レベルが記憶される。ステップS6においては、記憶された出力値のうちから最大のものを選び出す。ここでは、切換態様j=4、5、6の場合が最も大きい出力値である。これらのうち、中心にある切換態様j=5を好適切換態様として選択する。切換態様j=5が好ましいことは、図7よりも明らかである。次に、CPU68は、この好適切換態様j=5に対し、好適フラグを立てて記憶する(ステップS7)。以上のように、この実施形態では、ステップS6が態様決定手段に対応している。

0066

上記のようにして好適切換態様を決定すると、CPU68は、次に、当該好適共振周波数にて動作を行う。この処理のフローチャートを図6に示す。まず、ステップS10において、不揮発性メモリ70より、好適フラグの記憶された切換態様jを得る。次に、この切換態様jにより指定されたトランジスタSQjをオンにする(ステップS11)。これにより、質問器からの高周波搬送波による電力供給を最も効率のよい状態で得ることができる。以後は、定められた通信処理を行う(ステップS12)。上記のように、この実施形態では、ステップS10、S11が切換手段に対応している。

0067

以上のように、質問器からの電力供給を最大にするよう、共振回路の共振周波数を自動的に調整することができる。したがって、製造時に、部品定数のばらつき等に起因して生じる共振回路の共振周波数のずれを、容易に調整することができる。また、一度調整すれば、実際の使用時には、図6に示す動作を行うだけで好適共振周波数を得られるので、動作速度を損なうこともない。

0068

なお、上記実施態様では、好適切換態様を得るために、全ての切換態様について検討を行うようにしている。しかし、所定のしきい値を越える出力が得られた時点で以後の切換態様についての検討を止め、当該しきい値を越える切換態様を好適切換態様としてもよい。これにより、迅速な自動調整を行うことができる。

0069

また、出力値が所定のしきい値を越え、かつ、前回の切換態様よりも出力値が下がった時点で以後の切換態様についての検討を止め、この時点での最大値に対応する切換態様を好適切換態様としてもよい。これにより、迅速にかつ最適な切換態様を得ることができる。

0070

また、上記実施形態では、図4Aに示すように、アンテナ60とコンデンサ以外の部分をICチップ82としている。しかし、コンデンサもICチップとして一体化してもよい。このようにすれば、ICチップから外部へのコンタクトを減らすことができる。また、図9Aに示すように、アンテナ60をICチップ82の上面に印刷によって設けてもよい。さらに、図9Bに示すように、ICチップ82の周りにアンテナ60を巻回してもよい。さらにまた、図4Bに示すように、アンテナ60をICチップ82内のアルミ配線層によって構成し、全てをICチップ82内に収めてもよい。ただし、これらの場合には、アンテナ60の大きさを大きくすることができないので、効率が悪くなるおそれがある。したがって、本発明による自動調整を用いて、効率のよい電力供給を可能とすることが、特に好ましい。

0071

上記実施形態においては、電力供給と情報通信を同じ搬送波にて行う非接触ICカードについて説明したが、電力供給と情報通信をそれぞれ異なる周波数の搬送波にて行うものにも適用することができる。このような実施形態の構成を図10に示す。質問器からの電力の供給は無変調の搬送波f0にて受け、質問器との情報通信は搬送波fLによって行う。

0072

情報通信のための共振回路は、アンテナ63とコンデンサCIによって構成されている。復調回路66は、変調された搬送波からデータを復調し、CPU68に与える。質問器に向けてデータを送る場合には、機が無変調の搬送波fLを出力している時に、CPU68が変調用トランジスタMQをオン・オフして、抵抗RMの接続をオン・オフすることにより行う。これにより、質問器から見たインピーダンスを変化させて搬送波fLの振幅を変化させ、質問器においてデータを復元することができる。

0073

電力供給を受けるための共振回路は、アンテナ61、コンデンサC1〜Cn、トランジスタSQ1〜SQnによって構成されている。CPU68が、レギュレータ64の出力に基づいて、トランジスタSQ1〜SQnの好適切換態様を決定し、不揮発性メモリ70に記憶する点は、上記の実施形態と同じである。

0074

図11に、さらに他の実施形態を示す。この実施形態においては、電力供給のための共振回路だけでなく、情報通信のための共振回路においても、共振周波数の自動調整を行うように構成している。このため、情報通信のための共振回路においても、コンデンサTC1〜TCnをトランジスタTQ1〜TQnによって切り換えるようにしている。また、復調回路66の出力を基準電圧と比較して、好ましい切換態様を判定するようにしている。なお、基準電圧発生回路73の構成は基準電圧発生回路72と同様であり、出力値計測回路75の構成は出力値計測回路74と同様である。

0075

この実施形態によれば、情報通信のための共振周波数も自動調整することができる。また、この実施形態では、質問器への情報通信のための変調回路図10のトランジスタMQ、抵抗RMに該当する回路)を別途設けていない。CPU68の制御により、好適切換態様とそれ以外の切換態様とをデータに応じて切り換えることにより、質問器から見たインピーダンスを変化させるようにしているからである。

0076

上記各実施形態においては、コンデンサC1〜Cn(TC1〜TCn)のうち、いずれか1つのコンデンサをアンテナ60(61、63)に接続するようにしている。しかしながら、同時に複数のコンデンサをアンテナに接続するような切換態様を設けてもよい。このようにすれば、少ないコンデンサの数で多くの切換態様を得ることができる。

0077

図12に、共振回路の他の構成例を示す。図12Aは、アンテナ60(61、62)の実効インダクタンスを切り換えるものである。図12Bは、直列に接続したコンデンサC1、C2、C3を切り換えるものである。図12Cは、並列に接続したアンテナ60a、60b、60cを切り換えるものである。なお、これらを任意に組み合わせて共振回路を構成してもよい。共振回路の構成をいずれのようにするかは、各素子の形成のしやすさ、ICチップ化の範囲に伴う接続点の数等を考慮して決定すればよい。

0078

上記の各実施形態では、非接触ICカードの使用時に、CPU68が不揮発性メモリ70から好適フラグの付された好適切換態様を読み出し、これに基づいてトランジスタSQ1〜SQnの何れかをオンにしている。しかしながら、図13に示すように、強誘電体層FLを有する不揮発性メモリFQ1、FQ2・・・によって、好適フラグの記憶素子とトランジスタを共用するようにしてもよい。この不揮発性メモリFQは、ゲートGとメモリゲートG間に印加する電圧の方向により、強誘電体層FLの分極方向を変えることができるようになっている。この分極方向に応じて、ソースSとドレインD間がオン・オフする。この実施形態によれば、CPU68は、好適切換態様においてオンとすべき不揮発性メモリの強誘電体層FLをオン方向に分極しておく。これにより、当該不揮発性メモリは自動的にオンとなるので、実際の使用時には、CPU68が図6のステップS10,S11の処理を行うことなく、好適な共振周波数を得るようにコンデンサを選択でき、動作速度を向上することができる。

0079

上記各実施形態では、製造時に共振周波数の自動調整を行うようにしている。しかしながら、経年変化や周囲温度変化による共振周波数の変化を補正するため、所定時期ごとに自動調整を行うようにしてもよい。たとえば、所定の日時になった場合に自動調整を行ったり、前回調整時から所定期間経過した後に自動調整を行ったり、所定の使用回数ごとに自動調整を行ったりするようにしてもよい。これらの場合、日時の計測、使用回数の計測は、質問器の側で行っても良く、応答器の側で行ってもよい。また、両者が共同して行ってもよい。

0080

さらにまた、処理速度に問題がなければ、応答器の使用ごとに、自動調整を行うようにしてもよい。

0081

上記各実施形態においては、情報通信のために、搬送波をパルス振幅変調している。しかしながら、パルス周波数変調パルス位相変調、アナログ振幅変調、アナログ周波数変調アナログ位相変調等、いずれの変調方式においても適用することができる。

0082

上記各実施形態では、通信処理を行う応答器について説明したが、外部から搬送波によって電源供給を受ける機器であれば、通信以外の処理を行う機器についても適用することができる。

0083

また、上記各実施形態では、外部から搬送波によって電源供給を受ける機器について説明したが、共振周波数の自動調整は、たとえば図11のように電源供給以外の部分にも適用することができる。

0084

さらに、上記各実施形態では、応答器としてICカードを例にとって説明したが、箱形ノートブック状等その形態によらず適用することができる。

図面の簡単な説明

0085

図1この発明の一実施形態による応答器の構成を示す図である。
図2この発明の一実施形態による非接触ICカードの構成を示す図である。
図3基準電圧発生回路72,出力値計測回路74の詳細を示す図である。
図4非接触ICカードの外観を示す図である。
図5自動調整処理のフローチャートである。
図6好適共振周波数による動作処理を示す図である。
図7各切換態様における共振回路の周波数特性と質問器の搬送周波数f0との関係を示す図である。
図8自動調整処理において不揮発性メモリ70に記憶される内容を示す図である。
図9アンテナ60の実装例を示す図である。
図10他の実施形態を示す図である。
図11他の実施形態を示す図である。
図12共振回路の他の例を示す図である。
図13スイッチ手段であるトランジスタと、好適フラグの記憶手段とを一つの素子によって形成した例を示す図である。
図14従来の非接触通信システムの構成を示す図である。

--

0086

40・・・共振回路
42・・・スイッチ手段の切換態様を固定する手段
46・・・切換態様記憶手段
48・・・切換手段
50・・・基準電圧発生手段
52・・・出力値計測手段
54・・・出力値記憶手段
56・・・態様決定手段

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