(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波電力信号の給電及び送信データを変調した高周波信号の送信と高周波信号の受信を行うためのコイルを有するリーダライタと、
このリーダライタとは離隔して設けられ、該リーダライタ側のコイルとの電磁誘導によって該リーダライタからの上記高周波電力信号の受電及び上記高周波信号の受信と該リーダライタに対する高周波信号の送信を行うためのコイル、このコイルのインピーダンス整合を行うための整合回路を有するデータキャリアと
を備えた電磁誘導型データキャリアシステムにおいて、
上記データキャリア側の整合回路として、上記リーダライタとの距離に応じた電圧の印加に基づいて容量を変化させてコイルのインピーダンス整合を可変にする可変容量ダイオードを有する可変整合回路を用いると共に、
上記データキャリア側のコイルとして、上記リーダライタからの高周波電力信号の受電を行うための受電用コイルと、上記リーダライタからの高周波信号の受信と該リーダライタに対する高周波信号の送信を行うための通信用コイルとを備え、
上記可変整合回路は、上記受電用コイルに発生した電力を整流することで得られる電位を制御信号とし、上記通信用コイルの上記リーダライタ側コイルとの間のコイル結合によるインピーダンスの変化に応じてインピーダンス整合を可変する
ことを特徴とする電磁誘導型データキャリアシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、リーダライタと、このリーダライタとの電磁誘導によって高周波電力の受電と高周波信号の受信及び送信を行うデータキャリアとを備えた電磁誘導型データキャリアシステムに関するもので、特に、データキャリア側コイルの整合回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６は従来の電磁誘導型データキャリアシステムを示す構成図である。
図６において、１０はリーダライタを示し、このリーダライタ１０には、データキャリア２０への送信データを高周波信号に変換するリーダライタ側変調回路１１、データキャリア２０からの高周波信号を受信データに変換するリーダライタ側復調回路１２、リーダライタ側変調回路１１及びリーダライタ側復調回路１２とリーダライタ側通信用コイル１４とのインピーダンス整合を取るためのリーダライタ側整合回路１３、上記リーダライタ側通信用コイル１４、キャリアから高周波電力を発生して供給するための給電回路１５、及びデータキャリア２０へ該高周波電力信号を供給するための上記給電用コイル１６を備えている。
【０００３】
また、２０はデータキャリアを示し、このデータキャリア２０には、上記リーダライタ１０の給電用コイル１６から供給される高周波電力信号を受けるためのデータキャリア側受電用コイル２１、データキャリア側受電用コイル２１と整流回路２３及びクロック再生回路２４とのインピーダンス整合を取るための受電部整合回路２２、上記受電用コイル２１に発生した高周波電力信号を上記整合回路２２を介して受け整流する整流回路２３、上記受電用コイル２１に発生した高周波電力信号からクロックを再生するクロック再生回路２４、上記整流回路２３で整流した電圧を定電圧化する定電圧化回路２５、データキャリア側通信用コイル２６、データキャリア側通信用コイル２６とデータキャリア側復調回路２８及びデータキャリア側変調回路２９とのインピーダンス整合を取るためのデータキャリア側通信用整合回路２７、リーダライタ１０からの高周波信号を上記通信用コイル２６及び上記整合回路２７を介して受信して受信データに変換する上記データキャリア側復調回路２８、リーダライタ１０への応答データを高周波信号に変換する上記データキャリア側変調回路２９、及び上記定電圧化回路２５から電源供給されると共に上記クロック再生回路２４からのクロックに基づいて動作し、上記復調回路２８からの受信データに基づいて該受信データに応答する応答データを出力するデータ処理回路３０を備えている。
【０００４】
次に、図６に示す電磁誘導型データキャリアシステムの動作について説明する。
リーダライタ１０は、常に、給電回路１５を通じ給電用コイル１６から高周波電力信号を放射している。また、送信データをリーダライタ側変調回路１１、リーダライタ側整合回路１３、リーダライタ側通信用コイル１４を通じて一定間隔で送信している。
【０００５】
このリーダライタ１０に対し、データキャリア２０が接近すると、データキャリア２０は、上記給電用コイル１６から放射している高周波電力信号を、受電用コイル２１、受電部整合回路２２、整流回路２３、定電圧化回路２５を通じて動作電力としてデータ処理回路３０に供給すると共に、受電用コイル２１、受電部整合回路２２、クロック再生回路２４を通じて該クロック再生回路２４で得られるクロックをデータ処理回路３０に供給する。
【０００６】
これにより、データ処理回路３０は、リーダライタ側通信用コイル１４から一定間隔で送信されている高周波信号は、データキャリア側通信用コイル２６、データキャリア側通信用整合回路２７、データキャリア側復調回路２８を通じて受信データとして受信し、リーダライタ１０の送信データであることが認識され、データ処理回路１０より応答データが出力される。この応答データをデータキャリア側変調回路２９、データキャリア側通信用整合回路２７、データキャリア側通信用コイル２６を通じて高周波信号として出力する。
【０００７】
リーダライタ１０は、リーダライタ側通信用コイル１４、リーダライタ側整合回路１３、リーダライタ側復調回路１２を介して受信データとして受信し、データキャリア２０を認識することができる。
この一連の動作をリーダライタ１０からデータキャリア２０が離れたり、リーダライタ１０とデータキャリア２０間を遮断する等によりデータキャリア２０への電力供給が動作レベル以下になるまで繰り返す。
【０００８】
また、図７は他の従来例による電磁誘導型データキャリアシステムを示す構成図である。
図７において、図６に示す構成と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。図７に示す構成では、リーダライタ１０側の構成は図６に示す構成と変わらないが、データキャリア２０側の構成として、図６に示す受電用コイル２１及び受電部整合回路２２が省略されていて、通信用コイル２６及び通信用整合回路２７がデータキャリア側通信兼受電用コイル２６及びデータキャリア側通信兼受電用整合回路２７としてその機能を兼用するようになっている。
【０００９】
次に、図７に示す電磁誘導型データキャリアシステムの動作について説明する。
リーダライタ１０は、常に、給電回路１５を通じ給電用コイル１６から高周波電力信号を出力している。これに一定間隔で送信データをリーダライタ側変調回路１１を通して高周波の電力信号に変調をかけて出力している。
【００１０】
このリーダライタ１０にデータキャリア２０が接近すると、データキャリア２０は、リーダライタ１０側の給電用コイル１６から放射している高周波電力信号を、データキャリア側通信兼受電用コイル２６、データキャリア側通信兼受電用整合回路２７、整流回路２３、定電圧化回路２５を通じて動作電力としてデータ処理回路３０に供給する。また、データキャリア側通信兼受電用コイル２６、データキャリア側通信兼受電用整合回路２７、クロック再生回路２４を通じてデータ処理回路３０にクロックを供給する。
【００１１】
これにより、リーダライタ１０側の給電用コイル１６から高周波電力信号内に一定間隔で変調し送信されている送信データは、データキャリア側通信兼受電用コイル２６、データキャリア側通信兼受電用整合回路２７、データキャリア側復調回路２８を通じて受信データとなり、データ処理回路３０に受信データが入力され、データ処理回路３０にてリーダライタ１０の送信データであることが認識され、データ処理回路３０より応答データが出力される。この応答データをデータキャリア側変調回路２９、データキャリア側通信兼受電用整合回路２７、データキャリア側通信兼受電用コイル２６を通じて高周波信号として出力される。これをリーダライタ側通信用コイル１４、リーダライタ側整合回路１３、リーダライタ側復調回路１２で受信データとして受信し、リーダライタ１０側でデータキャリア２０を認識することができる。
【００１２】
この一連の動作をリーダライタ１０からデータキャリア２０が離れたり、リーダライタ１０とデータキャリア２０間を遮断する等によりデータキャリア２０への電力供給が動作レベル以下になるまで繰り返す。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の電磁誘導型データキャリアシステムにおいて、データキャリア側通信用コイル、受電用コイル、または通信兼受電用コイルの整合回路の部品定数は、製品仕様によってリーダライタ１０とデータキャリア２０との通信距離を決め、その通信距離において通信効率が最大になるようにコイルの整合をとり、部品定数を決定していた。
【００１４】
そのため、従来のコイルの整合回路は、リーダライタ１０側のコイルとデータキャリア２０側のコイルが一定以上の距離に近づくと、コイル同士が結合してコイルのインピーダンスが変化するため、整合が外れ通信効率が落ちるか、最悪の場合、通信ができないという問題点があった。
【００１５】
また、コイル同士が結合してコイルのインピーダンスが変化し、整合が外れた場合、リーダライタ１０側の給電用コイル１６から出力される高周波電力信号の出力レベルが変動したり、データキャリア２０側のコイルに異常な電力が発生し、データキャリアが発熱したり、壊れるなどの問題点があった。
【００１６】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、通信距離に関係無く、常に通信効率を最大にすることができ、また、データキャリア内に発生する過剰な電力の発生を防止できる電磁誘導型データキャリアシステムを得ることを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る電磁誘導型データキャリアシステムは、高周波電力信号の給電及び送信データを変調した高周波信号の送信と高周波信号の受信を行うためのコイルを有するリーダライタと、このリーダライタとは離隔して設けられ、該リーダライタ側のコイルとの電磁誘導によって該リーダライタからの上記高周波電力信号の受電及び上記高周波信号の受信と該リーダライタに対する高周波信号の送信を行うためのコイル、このコイルのインピーダンス整合を行うための整合回路を有するデータキャリアとを備えた電磁誘導型データキャリアシステムにおいて、上記データキャリア側の整合回路として、上記リーダライタとの距離に応じた電圧の印加に基づいて容量を変化させてコイルのインピーダンス整合を可変にする可変容量ダイオードを有する可変整合回路を用いると共に、上記データキャリア側のコイルとして、上記リーダライタからの高周波電力信号の受電を行うための受電用コイルと、上記リーダライタからの高周波信号の受信と該リーダライタに対する高周波信号の送信を行うための通信用コイルとを備え、上記可変整合回路は、上記受電用コイルに発生した電力を整流することで得られる電位を制御信号とし、上記通信用コイルの上記リーダライタ側コイルとの間のコイル結合によるインピーダンスの変化に応じてインピーダンス整合を可変することを特徴とするものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る電磁誘導型データキャリアシステムを示す構成図である。
図１において、図６及び図７に示す従来例と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。新たな符号として、３１はアンプ、３２は抵抗、４０は可変整合回路を示し、この可変整合回路４０は、受電用コイル２１、整合回路２２及び整流回路２３を介して出力される電圧であるリーダライタ１０との距離に応じて変化する電圧を可変制御信号としてアンプ３１及び抵抗３２を介して入力し、その電圧値を内蔵する可変容量ダイオードに印加することで容量を変化させて通信用コイル２６のインピーダンス整合を可変するようにしている。
【００２４】
ここで、上記アンプ３１は、上記整流回路２から出力される可変制御電圧を後述する可変容量ダイオードの制御電圧内にレベルシフトするようになっており、抵抗３２は、通信用コイル２６と復調回路２８との間の信号線に対して上記アンプ３１がハイインピーダンスとなるように設けられており、さらに、上記可変整合回路４０は、通信用コイル２６に直列に接続されてＤＣカット兼整合微調整を行うコンデンサ４０Ａ，４０Ｂと、コンデンサ４０Ａを介して通信用コイル２６に並列接続され、かつ上記抵抗３２に直列接続されて後述する可変容量ダイオードの整合時の容量不足分を補うためのコンデンサ４０ｃと、このコンデンサ４０ｃに並列接続された可変容量ダイオード４０ｄとを備えている。なお、コイル形状によっては可変容量ダイオード４０ｄをデータキャリア側通信用コイル２６に対し直列に挿入する場合もある。
【００２５】
次に動作について説明する。
リーダライタ１０は、常に、給電回路３を通じ給電用コイル１６から高周波の電力信号を放射している。また、送信データをリーダライタ側変調回路１１、リーダライタ側整合回路１３、リーダライタ側通信用コイル１４を通じて一定間隔で送信している。
【００２６】
このリーダライタ１０に対しデータキャリア２０が接近すると、給電用コイル１６から放射している高周波の電力信号を、受電用コイル２１、受電部整合回路２２、整流回路２３、定電圧化回路２５を通じてデータキャリア２０の動作電力としてデータ処理回路３０に供給される。また、受電用コイル２１、受電部整合回路２２、整流回路２３を通して出力される可変制御信号は、リーダライタ１０との距離が近距離では高い電圧であり、逆に遠距離では低い電圧となる。これをアンプ３１及び抵抗３２を介して可変整合回路４０へ入力する。
【００２７】
このように、リーダライタ１０との距離に応じて可変整合回路４０内の可変容量ダイオード４０ｄへの印加電圧が変化し、それによって可変容量ダイオード４０ｄの容量が変化することで、可変整合回路４０全体としてコイルの整合の可変を実現している。
リーダライタ１０とデータキャリア２０との距離が近距離においては、リーダライタ側通信用コイル１４とデータキャリア側通信用コイル２６が結合を起こし、コイルのインピーダンスが変化している。従って、コイルの整合自体も距離により変化する。これを、可変整合回路４０により、コイルの整合の変化量分を可変することでコイル間の結合によるインピーダンスの変化を相殺している。
【００２８】
すなわち、リーダライタ側通信用コイル１４とデータキャリア側通信用コイル２６が結合を起こし場合、データキャリア側通信用コイル２６のインピーダンスの変化量に対し、可変制御信号による可変容量ダイオード４０ｃのインピーダンス変化量が負の変化量となって打ち消すようにしており、これにより、データキャリア側復調回路２８及びデータキャリア側変調回路２９からデータキャリア側通信用コイル２６を見た場合のインピーダンスに変化がないようにしている。
【００２９】
また、リーダライタ１０とデータキャリア２０との距離が近距離において、リーダライタ側通信用コイル１４とデータキャリア側通信用コイル２６が結合を起こした場合、データキャリア側通信コイル２６のインピーダンス変化量と可変制御信号による可変容量ダイオード４０ｃのインピーダンス変化量とを合成することで、データキャリア側復調回路２８及びデータキャリア側変調回路２９からデータキャリア側通信用コイル２６を見た場合のインピーダンスを意図的に可変することも可能である。例えば遠距離の場合に整合が５０Ωであるものを、近距離では１００Ωへとコイルのインピーダンス整合を意図的にコイルの任意の整合条件に可変することもできる。
【００３０】
上述したように、データキャリア２０側の整合回路に、リーダライタ１０との距離に応じた電圧の印加に基づいて容量が変化してコイルのインピーダンス整合を可変にする可変容量ダイオード４０ｄを付加し、受電用コイル２１に発生した電力を整流することで得られる電位を制御信号とし、通信用コイル２６のリーダライタ側コイルとの間のコイル結合によるインピーダンスの変化に応じてインピーダンス整合を可変するようにしたので、通信距離に関係無く、常に通信効率を最大にすることができると共に、データキャリア内に発生する過剰な電力の発生を防止できる。
【００３１】
実施の形態２．
図２はこの発明の実施の形態２に係る電磁誘導型データキャリアシステムを示す構成図である。
図２に示す実施の形態２に係る構成では、上述した実施の形態１でデータキャリア側通信用整合回路２７の代わりに入れた可変整合回路４０を受電部整合回路２２の代わりに入れたものである。
【００３２】
これにより、給電用コイル１６と受電用コイル２１のコイル間の結合によるインピーダンスの変化を可変整合回路４０によりコイルの整合の変化量分を可変することでコイル間の結合によるインピーダンスの変化を相殺している。また、実施の形態１と同様に、可変整合回路４０により距離に応じて意図する整合条件に可変することも可能である。
【００３３】
この実施の形態２によれば、可変整合回路４０により、受電用コイル２１に発生した電力を整流することで得られる電位を制御信号とし、受電用コイル２１の上記リーダライタ側コイルとの間のコイル結合によるインピーダンスの変化に応じてインピーダンス整合を可変することで、通信距離に関係無く、常に通信効率を最大にすることができると共に、データキャリア内に発生する過剰な電力の発生を防止できる。
【００３４】
実施の形態３．
図３はこの発明の実施の形態３に係る電磁誘導型データキャリアシステムを示す構成図である。
図３において、図１に示す実施の形態１と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。新たな符号として、３３と３４はデータキャリア側通信用コイル２６の出力の信号を分配して整流し可変整合回路４０に対する可変制御信号を生成するためのコンデンサと整流回路を示す。
【００３５】
この図３に示す実施の形態３に係る構成では、データキャリア側通信用コイル２６の出力の信号を分配し、整流回路２３とは別に新たに設置した整流回路３３を通し、可変制御信号を生成しアンプ３１及び抵抗３２を介して可変整合回路４０に入力する。リーダライタ側通信用コイル１４とデータキャリア側通信用コイル２６のコイル間の結合によるインピーダンスの変化を可変整合回路４０によりコイルの整合の変化量分を可変することでコイル間の結合によるインピーダンスの変化を相殺している。また、実施の形態１と同様に距離に応じて意図する整合条件に可変することも可能である。
【００３６】
従って、実施の形態３によれば、データキャリア側通信用コイル２６に発生した電力を整流することで得られた電位を制御信号にすることにより、データキャリア側通信用コイル２６のコイル間の結合によるインピーダンスの変化に応じてインピーダンス整合を可変することができ、通信距離に関係無く、常に通信効率を最大にすることができると共に、データキャリア内に発生する過剰な電力の発生を防止できる。
【００３７】
実施の形態４．
図４はこの発明の実施の形態４に係る電磁誘導型データキャリアシステムを示す構成図である。
図４において、図１に示す実施の形態１と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。新たな符号として、３５は受電と通信を兼用するデータキャリア側通信兼受電用コイルである。
【００３８】
図４に示す実施の形態４では、実施の形態１に示すデータキャリア側受電用コイル２１と整合回路２２を省略し、データキャリア側に受電と通信を兼用するデータキャリア側通信兼受電用コイル３５を備え、このデータキャリア側通信兼受電用コイル３５に接続された可変整合回路４０の出力を整流回路２３により整流し、アンプ３１及び抵抗３２を介して出力される可変制御信号を上記可変整合回路４０に入力するようにしている。
【００３９】
従って、実施の形態４によれば、リーダライタ側通信用コイル１４及びリーダライタ側受電用コイル１６とデータキャリア側通信兼受電用コイル３５とのコイル間の結合によるインピーダンスの変化を可変整合回路４０によりコイルの整合の変化量分を可変することでコイル間の結合によるインピーダンスの変化を相殺することができる。また、実施の形態１と同様に距離に応じて意図するコイルの整合条件に可変することもでき、通信距離に関係無く、常に通信効率を最大にすることができると共に、データキャリア内に発生する過剰な電力の発生を防止できる。
【００４０】
実施の形態５．
図５はこの発明の実施の形態５に係る電磁誘導型データキャリアシステムを示す構成図である。
図５において、図４に示す実施の形態４と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。この実施の形態５の構成では、データ処理回路３０より送信時のみハイレベルの送受切替信号を出力し、この送受切替信号を制御信号としてアンプ３１及び抵抗３２を介して可変整合回路４０に入力することで送信時と受信時でコイルの整合条件を変えるようになっている。
【００４１】
すなわち、可変整合回路４０は、受信待機時及び受信時は受信周波数にインピーダンス整合が取れている状態になっており、送信時にはデータ処理回路３０からの制御信号により送信周波数に整合が取れる状態にすることで、データ処理回路３０からの送受切替信号を制御信号とし、送信時と受信時とでコイルの整合条件を可変するようになっており、通信距離に関係無く、常に通信効率を最大にすることができると共に、データキャリア内に発生する過剰な電力の発生を防止できる。
【００４２】
【発明の効果】
以上のように、この発明に係る電磁誘導型データキャリアシステムによれば、高周波電力信号の給電及び送信データを変調した高周波信号の送信と高周波信号の受信を行うためのコイルを有するリーダライタと、このリーダライタとは離隔して設けられ、該リーダライタ側のコイルとの電磁誘導によって該リーダライタからの上記高周波電力信号の受電及び上記高周波信号の受信と該リーダライタに対する高周波信号の送信を行うためのコイル、このコイルのインピーダンス整合を行うための整合回路を有するデータキャリアとを備えた電磁誘導型データキャリアシステムにおいて、上記データキャリア側の整合回路として、上記リーダライタとの距離に応じた電圧の印加に基づいて容量を変化させてコイルのインピーダンス整合を可変にする可変容量ダイオードを有する可変整合回路を用いたので、コイルのインピーダンス整合を可変することができるので、通信距離に関係無く、常に通信効率を最大にすることができ、また、データキャリア内に発生する過剰な電力の発生を防止できる。
【００４３】
また、上記データキャリア側のコイルとして、上記リーダライタからの高周波電力信号の受電を行うための受電用コイルと、上記リーダライタからの高周波信号の受信と該リーダライタに対する高周波信号の送信を行うための通信用コイルとを備え、上記可変整合回路は、上記受電用コイルに発生した電力を整流することで得られる電位を制御信号とし、上記通信用コイルの上記リーダライタ側コイルとの間のコイル結合によるインピーダンスの変化に応じてインピーダンス整合を可変するようにしたので、通信距離に関係無く、常に通信効率を最大にすることができ、また、データキャリア内に発生する過剰な電力の発生を防止できる。
【００４６】
また、上記データキャリア側のコイルとして、上記リーダライタからの高周波電力信号の受電と上記リーダライタからの高周波信号の受信及び該リーダライタに対する高周波信号の送信とを兼用する通信兼受電用コイルを備え、上記可変整合回路は、上記通信兼受電用コイルに発生した電力を整流することで得られる電位を制御信号とし、該通信兼受電用コイルの上記リーダライタ側コイルとの間のコイル結合によるインピーダンスの変化に応じてインピーダンス整合を可変するようにしたので、通信距離に関係無く、常に通信効率を最大にすることができ、また、データキャリア内に発生する過剰な電力の発生を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１を示す電磁誘導型データキャリアシステムの構成図である。
【図２】この発明の実施の形態２を示す電磁誘導型データキャリアシステムの構成図である。
【図３】この発明の実施の形態３を示す電磁誘導型データキャリアシステムの構成図である。
【図４】この発明の実施の形態４を示す電磁誘導型データキャリアシステムの構成図である。
【図５】この発明の実施の形態５を示す電磁誘導型データキャリアシステムの構成図である。
【図６】従来例の電磁誘導型データキャリアシステムを示す構成図である。
【図７】他の従来例の電磁誘導型データキャリアシステムを示す構成図である。
【符号の説明】
１０  リーダライタ、１４  リーダライタ側通信用コイル、１６  リーダライタ側給電用コイル、２０  データキャリア、２１  データキャリア側受電用コイル、２６  データキャリア側通信用コイル、３０  データ処理回路、３５  データキャリア側受電兼通信用コイル、４０  可変整合回路、４０ｄ  可変容量ダイオード。
【図１】
0003621560.tif 000002
【図２】
0003621560.tif 000003
【図３】
0003621560.tif 000004
【図４】
0003621560.tif 000005
【図５】
0003621560.tif 000006
【図６】
0003621560.tif 000007
【図７】
0003621560.tif 000008