(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質問装置からのキャリア波を受信すると共に前記質問装置への応答波を送信するアンテナ回路と、このアンテナ回路で受信した前記キャリア波から自装置の駆動用電力を得る整流回路と、前記キャリア波から自装置に対する質問データを取得したとき、この質問データに対する応答データを生成して、前記アンテナ回路から応答波として送信させる内部ロジック回路とを備え、電磁誘導を用いて非接触状態で前記質問装置から電力供給を受けると共に前記質問装置との間でデータ通信を行う非接触応答装置において、
前記質問装置から見た自装置のインピーダンスを変化させるインピーダンス制御回路を有し、
このインピーダンス制御回路は、自装置が前記質問装置からの質問データを待つ待機状態になったとき、前記質問装置からの受信電力量が前記質問データの認識に最低限必要な電力量ＰＬとなるよう前記アンテナ回路の受電効率を低下させ、自装置に対する前記質問データを受信したとき、前記受信電力量が前記応答波の生成・送信に最低限必要な電力量ＰＨ（ＰＬ＜ＰＨ）となるよう前記受電効率を増大させるものであり、前記受信電力量をＰＬ又はＰＨにするとき、前記整流回路の出力電圧を検出して、この出力電圧が前記ＰＬ又はＰＨに対応する電圧設定値ＶＬ又はＶＨ（ＶＬ＜ＶＨ）となるよう前記自装置のインピーダンス制御を行い、前記受信電力量を制御することを特徴とする非接触応答装置。
【請求項２】
質問装置からのキャリア波を受信すると共に前記質問装置への応答波を送信するアンテナ回路と、このアンテナ回路で受信した前記キャリア波から自装置の駆動用電力を得る整流回路と、前記キャリア波から自装置に対する質問データを取得したとき、この質問データに対する応答データを生成して、前記アンテナ回路から応答波として送信させる内部ロジック回路とを備え、電磁誘導を用いて非接触状態で前記質問装置から電力供給を受けると共に前記質問装置との間でデータ通信を行う非接触応答装置において、
前記質問装置から見た自装置のインピーダンスを変化させるインピーダンス制御回路を有し、
このインピーダンス制御回路は、自装置が前記質問装置からの質問データを待つ待機状態になったとき、前記質問装置からの受信電力量が前記質問データの認識に最低限必要な電力量ＰＬとなるよう前記アンテナ回路の受電効率を低下させ、自装置に対する前記質問データを受信したとき、前記受信電力量が前記応答波の生成・送信に最低限必要な電力量ＰＨ（ＰＬ＜ＰＨ）となるよう前記受電効率を増大させ、自装置が前記質問装置の送信電磁界領域内に入って前記質問装置からの電力供給を受け始めたとき、前記内部ロジック回路による初期化処理の前に、前記質問装置からの受信電力量が前記初期化処理に最低限必要な電力量ＰＨ２（ＰＬ＜ＰＨ２≦ＰＨ）となるよう前記アンテナ回路の受電効率を増大させるものであり、前記受信電力量をＰＬ，ＰＨ又はＰＨ２にするとき、前記整流回路の出力電圧を検出して、この出力電圧が前記ＰＬ，ＰＨ又はＰＨ２に対応する電圧設定値ＶＬ，ＶＨ又はＶＨ２（ＶＬ＜ＶＨ２≦ＶＨ）となるよう前記自装置のインピーダンス制御を行い、前記受信電力量を制御することを特徴とする非接触応答装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の非接触応答装置において、
前記インピーダンス制御回路は、
容量素子と電子スイッチとを直列に接続した容量切替回路を前記アンテナ回路と並列に複数個配置した容量調整回路と、
前記整流回路の出力電圧を検出する受信電力検出回路と、
前記整流回路の出力電圧が所望の前記電圧設定値になるように、前記容量調整回路の各電子スイッチの状態を決定するプログラム回路と、
このプログラム回路の決定に従って前記容量調整回路の各電子スイッチのオン／オフを制御するスイッチ制御回路とを含むことを特徴とする非接触応答装置。
【請求項４】
請求項３記載の非接触応答装置において、
前記インピーダンス制御回路は、前記電子スイッチのスイッチングクロックを生成するスイッチングクロック生成回路を含み、
前記プログラム回路による前記電子スイッチの状態決定と、前記スイッチ制御回路による前記電子スイッチの制御と、前記受信電力検出回路による前記整流回路の出力電圧検出とを１スイッチングクロック毎に繰り返し行うことにより、前記インピーダンスを段階的に変化させて、前記整流回路の出力電圧を所望の前記電圧設定値に漸近させることを特徴とする非接触応答装置。
【請求項５】
請求項３記載の非接触応答装置において、
前記プログラム回路は、前記整流回路の出力電圧が所望の前記電圧設定値になったときに、前記電子スイッチの状態を固定し、前記インピーダンス制御を停止したことを示すステータスを前記内部ロジック回路に出力することを特徴とする非接触応答装置。
【請求項６】
請求項３記載の非接触応答装置において、
前記内部ロジック回路は、前記初期化処理が終了したことを示す通信ステータス、前記待機状態になったことを示す通信ステータス又は自装置に対する前記質問データを受信したことを示す通信ステータスを前記プログラム回路に出力することを特徴とする非接触応答装置。
【請求項７】
請求項３記載の非接触応答装置において、
前記容量切替回路の個数は、３個以上１００個以下であることを特徴とする非接触応答装置。
【請求項８】
請求項４記載の非接触応答装置において、
前記スイッチングクロックの周波数は、１ｋＨｚ以上１ＭＨｚ以下であることを特徴とする非接触応答装置。
【請求項９】
請求項１又は２記載の非接触応答装置において、
前記整流回路の後段に、シャント型レギュレータからなる定電圧回路を有することを特徴とする非接触応答装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁誘導を用いて非接触状態で電力供給とデータ通信を行う質問装置と非接触応答装置とからなる非接触通信システムに係り、特に通信状態に応じて内部回路の特性を動的に変化させることにより、電力伝送の効率を向上させることができる非接触応答装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＩＣカード、ＲＦタグ、データキャリア等の携帯可搬電子データ担体を非接触応答装置として使用し、０．１ＭＨｚ〜数１０ＭＨｚ程度のキャリア周波数を用いた電磁誘導を利用して、非接触で非接触応答装置へ電力を供給するとともに、キャリア波に変調をかけることによりデータを重畳してデータ通信を行う、非接触通信システムが盛んに検討され、商用化がすすみつつある。このような非接触通信システムには、１つの質問装置の電磁界によって複数の非接触応答装置が同時に給電を受け、各非接触応答装置が動作可能なアクティブ状態をとることができ、質問装置は各非接触応答装置と通信が可能であるという特徴がある。
【０００３】
しかし、このような非接触通信システムでは、その電磁界の出力特性が電波法等の法規により制限を受け、また例えば、情報処理装置等電波障害自主規制協議会、通称ＶＣＣＩと呼ばれる協議会によって制定された「情報処理装置および電子事務機器等から発生する妨害波の自主規制運用規程」などの自主規制運用規程によっても、種々の制限を受けている。このような制限により、質問装置の送信出力を低く設定する結果、非接触応答装置が受信可能な電力も低く設定せざるを得なくなり、非接触応答装置のデータ処理機能を抑える必要が生じる。また、質問装置の送信出力を抑えなければならないため、非接触通信システムの特徴である、質問装置と複数の非接触応答装置との通信機能を損なう結果となっているのが実情である。
【０００４】
このような問題の背景にある技術的問題の１つが、非接触応答装置の電力消費の特性である。電磁誘導によって質問装置から給電を受けつつ安定したデータ通信の変復調を行うために、通常、非接触応答装置内の電源回路は定電力設計がなされており、回路全体の動作による内部信号ノイズを抑えるように設計されている。非接触応答装置の内部の処理が簡単で消費電力が小さい場合、電源回路は、余剰電力を抵抗成分で熱に変化させる。その結果、非接触応答装置は、内部処理の状態に関わらず、一定の電力を消費することになる。
【０００５】
このような非接触応答装置の複数個が質問装置の送信電磁界の中に入ってアクティブ状態をとれば、質問装置との通信状態や内部の処理状態に関わらず、各々が一定の受信電力を確保しようとする。非接触通信システムの電力消費の観点から見ると、ある時間においては、質問装置と応答を行う装置は一つであって、他の非接触応答装置は質問を待機する状態にしかすぎないため、エネルギー効率上、待機状態の非接触応答装置の多大な電力消費は問題であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、従来の非接触通信システムでは、質問装置の送信電磁界内に入った全ての非接触応答装置が、質問装置との通信状態や内部の処理状態に関わらず、一定の電力を消費してしまうという問題点があった。
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、質問装置からの受信電力量の効率的な制御を実現し、非接触通信システムにおける電力消費の効率を向上させることができる非接触応答装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の非接触応答装置は、質問装置からのキャリア波を受信すると共に、前記質問装置への応答波を送信するアンテナ回路（２０，２１）と、このアンテナ回路で受信した前記キャリア波から自装置の駆動用電力を得る整流回路（２２）と、前記キャリア波から自装置に対する質問データを取得したとき、この質問データに対する応答データを生成して、前記アンテナ回路から応答波として送信させる内部ロジック回路（２５）と、前記質問装置から見た自装置のインピーダンスを変化させるインピーダンス制御回路（３３）とを有し、このインピーダンス制御回路は、自装置が前記質問装置からの質問データを待つ待機状態になったとき、前記質問装置からの受信電力量が前記質問データの認識に最低限必要な電力量ＰＬとなるよう前記アンテナ回路の受電効率を低下させ、自装置に対する前記質問データを受信したとき、前記受信電力量が前記応答波の生成・送信に最低限必要な電力量ＰＨ（ＰＬ＜ＰＨ）となるよう前記アンテナ回路の受電効率を増大させるものであり、前記受信電力量をＰＬ又はＰＨにするとき、前記整流回路の出力電圧を検出して、この出力電圧が前記ＰＬ又はＰＨに対応する電圧設定値ＶＬ又はＶＨ（ＶＬ＜ＶＨ）となるよう前記自装置のインピーダンス制御を行い、前記受信電力量を制御するようにしたものである。このように、本発明では、非接触応答装置が質問装置から電力供給を受けつつ質問装置と通信する状態において、非接触応答装置が待機状態になったとき、質問装置から見た自装置のインピーダンスを変化させて受電効率を低下させ、質問装置からの受信電力量をＰＬとし、非接触応答装置が質問装置からの質問データを受信してコマンド処理状態になるとき、質問装置から見た自装置のインピーダンスを変化させて受電効率を増大させ、質問装置からの受信電力量をＰＨとするので、待機状態における非接触応答装置の電力消費量を低減することができる。
【０００８】
また、本発明の非接触応答装置は、質問装置からのキャリア波を受信すると共に、前記質問装置への応答波を送信するアンテナ回路と、このアンテナ回路で受信した前記キャリア波から自装置の駆動用電力を得る整流回路と、前記キャリア波から自装置に対する質問データを取得したとき、この質問データに対する応答データを生成して、前記アンテナ回路から応答波として送信させる内部ロジック回路と、前記質問装置から見た自装置のインピーダンスを変化させるインピーダンス制御回路とを有し、このインピーダンス制御回路は、自装置が前記質問装置からの質問データを待つ待機状態になったとき、前記質問装置からの受信電力量が前記質問データの認識に最低限必要な電力量ＰＬとなるよう前記アンテナ回路の受電効率を低下させ、自装置に対する前記質問データを受信したとき、前記受信電力量が前記応答波の生成・送信に最低限必要な電力量ＰＨ（ＰＬ＜ＰＨ）となるよう前記アンテナ回路の受電効率を増大させ、自装置が前記質問装置の送信電磁界領域内に入って前記質問装置からの電力供給を受け始めたとき、前記内部ロジック回路による初期化処理の前に、前記質問装置からの受信電力量が前記初期化処理に最低限必要な電力量ＰＨ２（ＰＬ＜ＰＨ２≦ＰＨ）となるよう前記アンテナ回路の受電効率を増大させるものであり、前記受信電力量をＰＬ，ＰＨ又はＰＨ２にするとき、前記整流回路の出力電圧を検出して、この出力電圧が前記ＰＬ，ＰＨ又はＰＨ２に対応する電圧設定値ＶＬ，ＶＨ又はＶＨ２（ＶＬ＜ＶＨ２≦ＶＨ）となるよう前記自装置のインピーダンス制御を行い、前記受信電力量を制御するようにしたものである。このように、本発明では、非接触応答装置の初期化処理において、質問装置から見た自装置のインピーダンスを変化させて受電効率を増大させ、質問装置からの受信電力量を電力量ＰＨ２とするので、初期化処理の際の電力消費量を適切な量に設定することができる。また、本発明では、整流回路の出力電圧に基づいて質問装置からの受信電力量を容易に制御することができる。
【０００９】
また、本発明の非接触応答装置の１構成例として、前記インピーダンス制御回路は、容量素子（Ｃｖ１〜Ｃｖｉ）と電子スイッチ（Ｓ１〜Ｓｉ）とを直列に接続した容量切替回路を前記アンテナ回路と並列に複数個配置した容量調整回路（３１）と、整流回路の出力電圧を検出する受信電力検出回路（２９）と、前記整流回路の出力電圧が所望の前記電圧設定値になるように、前記容量調整回路の各電子スイッチの状態を決定するプログラム回路（３０）と、このプログラム回路の決定に従って前記容量調整回路の各電子スイッチのオン／オフを制御するスイッチ制御回路（３２）とを含むものである。容量調整回路を設けることにより、質問装置から見た自装置のインピーダンスを容易に変化させることができる。
また、本発明の非接触応答装置の１構成例として、前記インピーダンス制御回路は、前記電子スイッチのスイッチングクロックを生成するスイッチングクロック生成回路（２８）を含み、前記プログラム回路による前記電子スイッチの状態決定と、前記スイッチ制御回路による前記電子スイッチの制御と、前記受信電力検出回路による前記整流回路の出力電圧検出とを１スイッチングクロック毎に繰り返し行うことにより、前記インピーダンスを段階的に変化させて、前記整流回路の出力電圧を所望の前記電圧設定値に漸近させるものである。
【００１０】
また、本発明の非接触応答装置の１構成例として、前記プログラム回路は、前記整流回路の出力電圧が所望の前記電圧設定値になったときに、前記電子スイッチの状態を固定し、前記インピーダンス制御を停止したことを示すステータスを前記内部ロジック回路に出力するものである。
また、本発明の非接触応答装置の１構成例として、前記内部ロジック回路は、前記初期化処理が終了したことを示す通信ステータス、前記待機状態になったことを示す通信ステータス又は自装置に対する前記質問データを受信したことを示す通信ステータスを前記プログラム回路に出力するものである。
また、本発明の非接触応答装置の１構成例において、前記容量切替回路の個数は、３個以上１００個以下である。
また、本発明の非接触応答装置の１構成例において、前記スイッチングクロックの周波数は、１ｋＨｚ以上１ＭＨｚ以下である。
また、本発明の非接触応答装置の１構成例として、前記整流回路の後段に、シャント型レギュレータからなる定電圧回路を有するものである。
また、本発明の非接触応答装置の１構成例において、前記非接触応答装置は、ＩＣカードである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明は、インピーダンス制御回路を搭載した非接触応答装置を用いて、伝送状態においてインピーダンス制御を動的に行い、非接触応答装置の電力消費量を制御することを特徴とする。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の実施の形態となる非接触通信システムの構成を示すブロック図である。
【００１２】
図１の非接触通信システムは、質問装置１と非接触応答装置２とから構成される。質問装置１は、非接触応答装置２への電力供給のためにデータ送信時以外のときにも無変調のキャリア波を送信している。そして、質問装置１と非接触応答装置２は、データを送信するとき、キャリア波を変調してデータを重畳する。
【００１３】
質問装置１は、無変調のキャリア波を発生するキャリア波発生回路１０と、キャリア波発生回路１０から出力された無変調のキャリア波または変調されたキャリア波を送信したり、非接触応答装置２から送信された応答波を受信したりするためのアンテナ１１と、アンテナ１１の共振状態を得るための共振回路１２とを有している。なお、図１では、データの送信時にキャリア波を変調する変調回路、非接触応答装置２からの応答波を受信して復調する復調回路、非接触応答装置２へのデータを生成したり、復調回路で復調されたデータを処理したりする制御回路等の回路については記載を省略している。アンテナ１１と共振回路１２はアンテナ回路を構成している。
【００１４】
非接触応答装置２は、質問装置１から送信されたキャリア波を受信したり、応答波を送信したりするためのアンテナ２０と、アンテナ２０の共振状態を得るための共振回路２１と、アンテナ回路２０，２１で受信されたキャリア波を整流して非接触応答装置２の各回路駆動用の電力を得る整流回路２２と、整流回路２２の出力電圧を定電圧化する定電圧回路２３と、アンテナ回路２０，２１で受信された変調されたキャリア波を復調する復調回路２４と、キャリア波から自装置に対する質問データを取得したとき、この質問データに対する応答データを生成して、アンテナ回路２０，２１から応答波として送信させる内部ロジック回路２５と、内部ロジック回路２５から出力された応答データでキャリア波を変調する変調回路２６と、アンテナ回路２０，２１で受信されたキャリア波からクロック成分を抽出してクロック信号を生成するクロック生成回路２７と、クロック生成回路２７によって生成されたクロック信号を基にスイッチングクロック信号を生成するスイッチングクロック生成回路２８と、整流回路２２の出力電圧を検出することにより非接触応答装置２の受信電力量を検出する受信電力検出回路２９と、受信電力検出回路２９の検出結果と所定のインピーダンス制御アルゴリズムに従って、質問装置１から見た自装置のインピーダンスを変化させるインピーダンス制御を行い、非接触応答装置２の受信電力量を制御するプログラム回路３０と、容量素子と電子スイッチとを直列に接続した容量切替回路をアンテナ回路２０，２１と並列に複数個配置した容量調整回路３１と、プログラム回路３０の出力に応じて容量調整回路３１の電子スイッチを制御するスイッチ制御回路３２とを有している。アンテナ２０と共振回路２１はアンテナ回路を構成している。
【００１５】
内部ロジック回路２５は、ＣＰＵ２５ａと、ＲＯＭ２５ｂと、ＲＡＭ２５ｃと、不揮発メモリ２５ｄとを有している。
スイッチングクロック生成回路２８、受信電力検出回路２９、プログラム回路３０、容量調整回路３１及びスイッチ制御回路３２は、インピーダンス制御回路３３を構成している。
【００１６】
図２はインピーダンス制御回路３３の詳細な構成を示すブロック図である。
スイッチングクロック生成回路２８は、クロック生成回路２７によって生成されたクロック信号を分周してスイッチングクロック信号を生成する分周回路２８ａからなる。
受信電力検出回路２９は、１スイッチングクロック毎に整流回路２２の出力電圧の変動を検出して、検出結果をプログラム回路３０に出力する受信電力変動検出部２９ａと、整流回路２２の出力電圧を所定のしきい値と比較して比較結果をプログラム回路３０に出力する受信電力比較部２９ｂとから構成される。
【００１７】
受信電力変動検出部２９ａは、プログラム回路３０から出力されるスイッチングクロック信号に同期して整流回路２２の出力電圧をサンプルホールドするサンプルホールド回路２９ａ−１と、サンプルホールド回路２９ａ−１によって保持された１サンプル前の整流回路２２の出力電圧と現在の整流回路２２の出力電圧とを比較して、この比較結果をプログラム回路３０に出力するコンパレータ２９ａ−２とを有している。
【００１８】
受信電力比較部２９ｂは、第１のシュミットトリガ２９ｂ−１と、この第１のシュミットトリガ２９ｂ−１としきい値が異なる第２のシュミットトリガ２９ｂ−２と、この第２のシュミットトリガ２９ｂ−２の出力を論理反転させるインバータ２９ｂ−３と、シュミットトリガ２９ｂ−１の出力とインバータ２９ｂ−３の出力の論理和をとるＯＲ回路２９ｂ−４とを有している。
【００１９】
質問装置１から非接触応答装置２へ供給される電力は、両者のインピーダンスの整合状態の関数となり、整合すると高効率で給電が行われ、整合がミスマッチになると、電力が反射されるために、非接触応答装置２が受ける電力は低下する。通常、アンテナ回路２０，２１のインピーダンスの制御は、受信電力を高めるためのインピーダンス整合に用いるが、本発明においては、非接触応答装置２の余分な消費電力を削減するために、逆にインピーダンス整合をミスマッチさせる制御にも用いることを特徴とする。
【００２０】
質問装置１と複数の非接触応答装置２との通信の例として、非接触応答装置２が３つある場合を例にとって本発明を説明する。図３は、質問装置１からの質問と非接触応答装置２からの応答のタイミング、及びその際の非接触応答装置２の受信電力量を時系列的に表したタイミングチャート図である。
【００２１】
非接触応答装置２の受信電力量は、インピーダンス制御回路３３によって制御される。図３のＰＨは非接触応答装置２が質問装置１からのコマンドを処理するのに最低限必要な電力レベル、ＰＬは非接触応答装置２が質問装置１からコマンドを正常に受信してコマンドを認識するのに最低限必要な電力量に適当なマージンを付加した電力レベルとする。
【００２２】
質問装置１から非接触応答装置２への質問は、一般的には識別番号（以下、ＩＤと略する）を用いて、質問のコマンドフレームにＩＤを付加することにより、非接触応答装置２を一意に指定して行われる。非接触応答装置２のＩＤは、質問装置１が非接触応答装置２を認識する初期応答の手順に際して非接触応答装置２に付与されるか、あるいは予め非接触応答装置２に付与されている固有のＩＤであることが多いが、本発明はＩＤの付与方法にはこだわらない。ここでは、非接触応答装置２−１，２−２，２−３に対して、それぞれＩＤ１，ＩＤ２，ＩＤ３が対応するものとする。
【００２３】
アンテナ回路２０，２１が質問装置１からの無変調のキャリア波を受信した場合、各非接触応答装置２−１〜２−３の整流回路２２は、このキャリア波を全波整流し、定電圧回路２３は、整流回路２２から出力された電圧を定電圧化する。また、クロック生成回路２７は、キャリア波からクロック成分を抽出してクロック信号を生成する。そして、復調回路２４は、キャリア波を復調する。ただし、ここでは無変調のキャリア波を復調しているので、復調で得られるデータはない。
【００２４】
各非接触応答装置２−１〜２−３の内部ロジック回路２５は、定電圧回路２３から電力供給を受け、クロック生成回路２７から出力されたクロック信号に同期して動作する。そして、インピーダンス制御回路３３は、質問装置１からの質問を受信する前段階（無変調のキャリア波を受信している待機状態）では、インピーダンス整合をミスマッチ状態にさせている。これにより、各非接触応答装置２−１〜２−３は、ＰＬレベルの消費電力で待機状態となっている。
【００２５】
次に、図３に示すように、質問装置１から質問Ｑ−１，Ｑ−２，Ｑ−３が順に発せられ、それに付加されるＩＤがそれぞれＩＤ１，ＩＤ３，ＩＤ２であるとすると、質問Ｑ−１，Ｑ−２，Ｑ−３に対して、それぞれ非接触応答装置２−１、非接触応答装置２−３、非接触応答装置２−２が反応する。
すなわち、質問装置１の図示しない変調回路は、キャリア波発生回路１０から出力された無変調のキャリア波をＩＤが付加されたコマンドで変調する。これにより、変調されたキャリア波（質問波）が質問装置１のアンテナ回路１１から送信される。
【００２６】
各非接触応答装置２−１〜２−３の内部ロジック回路２５のＣＰＵ２５ａは、復調回路２４によって復調されたコマンドからＩＤを抽出して、抽出したＩＤと不揮発メモリ２５ｄに予め記憶された自装置のＩＤとを比較し、抽出したＩＤが自装置のＩＤであるかどうかを判定する。ＣＰＵ２５ａは、抽出したＩＤが自装置のＩＤである場合、復調装置２４によって復調されたコマンドが自装置への質問であると認識する。質問装置１からの質問を受信した場合、インピーダンス制御回路３３は、インピーダンス整合を整合状態にさせる。これにより、ＩＤで指定された非接触応答装置２は、ＰＨレベルの消費電力となり、コマンド処理状態となる。
【００２７】
また、ＣＰＵ２５ａは、抽出したＩＤが自装置のＩＤである場合、質問装置１から送信された質問（コマンド）に対する内部演算処理を行う。質問に対する内部演算処理としては、ＣＰＵ２５ａもしくは図示しないコプロセッサによる演算、不揮発メモリ２５ｄからのデータ読み出し、不揮発メモリ２５ｄへのデータ書き込みもしくは消去、応答データの生成などがある。
【００２８】
そして、ＣＰＵ２５ａは、生成した応答データを変調回路２６に出力する。変調回路２６は、キャリア波を応答データで変調する。これにより、変調されたキャリア波（応答波）が非接触応答装置２のアンテナ回路２０，２１から送信される。
応答の返送後、インピーダンス制御回路３３は、インピーダンス整合をミスマッチ状態にさせ、非接触応答装置２の消費電力をＰＨレベルからＰＬレベルへと遷移させる。
【００２９】
以上のような質問と応答のシーケンスにおいて、質問装置１は、質問Ｑ−１，Ｑ−２，Ｑ−３を時系列的に発する。そして、質問装置１は、各々の質問Ｑ−１〜Ｑ−３に対する応答を受信するまでは、他の非接触応答装置２への質問を発しないものとする。これにより、各非接触応答装置２−１〜２−３において、ある瞬間に質問を受信して消費電力がＰＨレベルになるのは１つしかなく、他の非接触応答装置２はＰＬレベルの待機状態のままとなる。
【００３０】
これに対して、従来は、質問装置からのキャリア波を受信してアクティブ状態にある全ての非接触応答装置がＰＨレベルの状態を保持しようとしていた点が本発明と異なる。したがって、本発明は、システム全体で見た電力の分配効率を従来よりも向上させることができる。
また、質問装置１から複数の非接触応答装置２に対して質問を同時に発するようにすれば、従来よりも多くの非接触応答装置２をコマンド処理状態にすることができる。これは、質問装置１の送信出力が規制値で制限されている場合に、特に有効である。
【００３１】
なお、図３の例では、非接触応答装置２の個数を３としたが、これに限るものではなく、本発明の原理上、他の個数でも差し支えないことは明白である。
また、電力消費量のＰＨレベル、ＰＬレベルは、非接触応答装置２内の内部回路の電力消費特性によって予め設定できる性質の値である。ここで、整流回路２２から見た定電圧回路以降の回路全体の負荷が基本的には内部ロジック回路２５の動作状態に関わらず一定となるような、シャントレギュレータなどの回路を定電圧回路２３に用いると、整流回路２２の出力電圧をもって電力消費量を評価することができ、ＰＨレベル、ＰＬレベルの制御が容易に可能となる。
【００３２】
また、定電圧回路２３にシリーズレギュレータを用いても本発明を適用することは可能である。ただし、内部ロジック回路２５の動作に伴って整流回路２２の出力電圧が変化するため、電圧設定値ＶＨ（電力消費量がＰＨレベルのときの整流回路２２の出力電圧）、及び電圧設定値ＶＬ（ＰＬレベルのときの整流回路２２の出力電圧）を、整流回路２２の出力電圧変化分を考慮して設定しなければならず、制御が難しくなる。
【００３３】
いずれにしろ、非接触応答装置２の電力消費量（質問装置１からの受信電力量）をそのまま評価検出するよりも、電圧制御の方が容易なため、本実施の形態においては、受信電力量を制御する具体的方法として、整流回路２２の出力電圧の制御を行うものとする。すなわち、受信電力検出回路２９で整流回路２２の出力電圧を検出して、この検出結果を基に受信電力量を制御する。
【００３４】
非接触応答装置２が質問装置１から電力供給を受けつつ質問装置１と通信する状態においては、図３に示すようなシーケンスの非接触通信システムが有用であるが、最初に非接触応答装置２が質問装置１の送信電磁界内に入って初期化され、質問装置１と初期応答を行う場合には、受信電力が０の状態から開始されるため、必ずしも図３と同じ方法をとれるわけではない。
【００３５】
そこで、インピーダンス制御回路３３は、非接触応答装置２が質問装置１の送信電磁界内に入って質問装置１からの電力供給を受け始めたとき、内部ロジック回路２５による初期化処理の前に、インピーダンス制御により、質問装置１からの受信電力量が初期化処理に最低限必要な電力量ＰＨ２となるよう受電効率を増大させる。
【００３６】
以下、非接触応答装置２の活性化プロセスを典型的な例を用いて順に説明する。非接触応答装置２が質問装置１からのキャリア波を受けて給電を受け、整流回路２２の内部の平滑容量素子（不図示）が充電され、整流回路２２の出力電圧が所定のしきい値を超えると、内部ロジック回路２５のリセットが働く。リセットされた内部ロジック回路２５のＣＰＵ２５ａは、不揮発メモリ２５ｄより所定のデータ読み出しを行って、非接触応答装置２の初期化処理を行う。
【００３７】
この初期化処理では、非接触応答装置２の内部回路の多くが動作するものの、例えば暗号処理などの電力を消費するプロセスを実行するわけでは無く、また所定のルーチンが動作するだけのため電力マージンも少なくて済むので、必ずしもＰＨレベルと同じ受信電力量が必要とは限らない。このため、初期化処理に必要な電力レベルＰＨ２をＰＨと同等にする必要は無く、通常はＰＨ以下に設定可能である。
【００３８】
したがって、図４に示すように、受信電力量が０の段階で質問装置１からの給電を受けたとき、インピーダンス制御回路３３内のプログラム回路３０は、内部ロジック回路２５による初期化処理が実行される前に、受信電力量をＰＨ２レベルにする。図４は初期化モードにおける非接触応答装置の受信電力量を時系列的に表したタイミングチャート図である。
【００３９】
初期化処理が終了した後、ＣＰＵ２５ａは、質問装置１から初期応答のための質問コマンドを受信して、初期応答処理を実行する。通常、質問装置１と非接触応答装置２との間の初期応答処理は、複数の非接触応答装置２の存在を想定して、衝突防止のためのプロセスを含むことが多いので、その迅速な処理速度を満たすためには、初期化処理の完了時点から初期応答処理の開始時点までの区間で受信電力量を下げることなく、ＰＨ２レベルのまま保持、あるいはＰＨレベルへ変化させてもよい。
【００４０】
しかしながら、ポーリングと通常呼ばれる送信方法で非接触応答装置検出用のコマンドが送信される時間間隔は、特に他の伝送通信の処理がある場合は、長くならざるを得ないため、初期化処理の完了時点から初期応答処理の開始時点までの時間も、長くならざるを得ない。
【００４１】
そこで、初期化処理が終了した時点で、図４に示すように、いったん受信電力量をＰＨ２レベルからＰＬレベルまで落とした方がより好ましい。初期化応答処理は図３で説明した通常の伝送モードと同様であるので、初期化応答処理における受信電力量はＰＨレベルで差し支えない。本発明において、これらを実際に制御するには、前述の説明と同様、ＰＨ２レベルの制御を整流回路２２の出力電圧ＶＨ２によって行う。
【００４２】
次に、インピーダンス制御回路３３の動作をより詳細に説明する。図５は容量調整回路３１の構成を示す回路図である。容量調整回路３１は、容量素子Ｃｖ（Ｃｖ１〜Ｃｖｉ）と例えばトランジスタ等からなる電子スイッチＳ（Ｓ１〜Ｓｉ）とを直列に接続した容量切替回路をアンテナ回路２０，２１と並列に複数個配置したものである。
【００４３】
プログラム回路３０は、所定のインピーダンス制御アルゴリズムに従って容量調整回路３１の各電子スイッチＳのオン／オフ状態を決定する。スイッチ制御回路３２は、プログラム回路３０の決定を受けて、容量調整回路３１の電子スイッチＳをオン／オフさせるための制御信号ＣＴＬをスイッチングクロック生成回路２８からのスイッチングクロック信号に同期して出力する。
容量調整回路３１の電子スイッチＳは、制御信号ＣＴＬに応じてオンまたはオフ状態となる。電子スイッチＳがオン／オフすることにより、アンテナ回路２０，２１と並列に挿入される容量値が変化するので、これによりインピーダンス整合の状態が変化する。
【００４４】
そして、本実施の形態にかかる非接触応答装置２は、プログラム回路３０による電子スイッチＳの状態決定と、スイッチ制御回路３２による電子スイッチＳの制御と、受信電力検出回路２９による整流回路２２の出力電圧検出とを１スイッチングクロック毎に繰り返し行うことにより、アンテナ回路２０，２１のインピーダンスを段階的に変化させて、整流回路２２の出力電圧を所望の電圧設定値に漸近させることを特徴とする。
【００４５】
共振回路２１には、アンテナ２０と並列に容量素子Ｃ１が配置され、アンテナ２０と直列に容量素子Ｃ２が配置されている。素子数を減らすために、容量素子Ｃ１もしくはＣ２の１つを取り除いて、この容量素子を取り除いた箇所に容量調整回路３１を挿入することも可能であるが、アンテナ回路２０，２１に近づくに従って、電子スイッチＳに印加される電圧が高くなり、電子スイッチＳの耐圧を上回る可能性が高くなる。したがって、容量調整回路３１は、共振回路２１の後段に配することが好ましい。
【００４６】
図６は、プログラム回路３０及びスイッチ制御回路３２による容量調整回路３１のスイッチ制御（インピーダンス制御）と整流回路２２の出力電圧との関係の１例を示す図である。ここでは、図５に示す容量調整回路３１において、容量素子Ｃｖと電子スイッチＳとからなる容量切替回路の数を１０個と仮定し、容量素子ＣｖにＣｖ１〜Ｃｖ１０、容量素子Ｃｖ１〜Ｃｖ１０と接続された電子スイッチＳにそれぞれＳ１〜Ｓ１０の符号を付与するものとする。
【００４７】
また、プログラム回路３０は、自装置に対する質問データを受信したことを示す、内部ロジック回路２５からの通信ステータスを受けて、整流回路２２の出力電圧をＶＬからＶＨに漸近させるプログラムを実行させるものとする。さらに、図６の時刻ｔ０において、電子スイッチＳはＳ１〜Ｓ３がオン状態になっていて、整流回路２２の出力電圧は電圧設定値ＶＬの近傍で安定している状態と仮定する。また、図６に示す時刻ｔ０，ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４，ｔ５の間隔は、スイッチングクロック信号の周期と等しい。
【００４８】
ここで、時刻ｔ１において、プログラム回路３０がプログラムに従って動作を開始すると、まず受信電力検出回路２９が整流回路２２の出力電圧を検出して、その検出結果をプログラム回路３０に出力する。
プログラム回路３０は、まず時刻ｔ１において容量調整回路３１の電子スイッチＳ４をオンさせるようスイッチ制御回路３２に指示を出す。この指示に応じて、スイッチ制御回路３２は、電子スイッチＳ４をオンさせる制御信号ＣＴＬを出力する。
【００４９】
電子スイッチＳ４がオン状態になると、アンテナ回路２０，２１と並列に容量素子Ｃｖ４が付加されてインピーダンスが変化し、図６のように整流回路２２の出力電圧が上昇して、ある時間を経過した後に出力電圧がほぼ安定化する。
時刻ｔ２において、受信電力検出回路２９は、整流回路２２の出力電圧を検出し、出力電圧が上昇して電圧設定値ＶＨに近づいたことをプログラム回路３０に知らせる。
【００５０】
この通知を受けて、プログラム回路３０は、電子スイッチＳ４をオン状態に固定し、次の電子スイッチＳ５をオンさせるようスイッチ制御回路３２に指示を出し、スイッチ制御回路３２は、電子スイッチＳ５をオンさせる。
時刻ｔ３において、受信電力検出回路２９は、整流回路２２の出力電圧が上昇して電圧設定値ＶＨに近づいたことをプログラム回路３０に知らせる。
【００５１】
この通知を受けて、プログラム回路３０は、電子スイッチＳ５をオン状態に固定し、次の電子スイッチＳ６をオンさせるようスイッチ制御回路３２に指示を出す。以下、同様にして、受信電力検出回路２９による整流回路２２の出力電圧検出とプログラム回路３０による電子スイッチ制御とを繰り返し、時刻ｔ５において、整流回路２２の出力電圧が電圧設定値ＶＨを超えると、プログラム回路３０は、ここで電子スイッチＳ１〜Ｓ１０の状態を現在の状態に固定し、インピーダンス制御を停止する。
【００５２】
インピーダンス制御の停止時、内部ロジック回路２５に通知しなくても差し支えないが、インピーダンス制御を停止したことを示すステータスを内部ロジック回路２５に出力する方がより好ましい。このステータスを受けることにより、内部ロジック回路２５は、十分な電力供給を受けていると判断でき、動作不良を起こすことなく、処理を行うことができる。
【００５３】
なお、容量調整回路３１の各電子スイッチＳの初期状態はノーマリーオフが好ましいのものの、ノーマリーオンであっても差し支えない。この場合には、電子スイッチＳのオン／オフが、オフを優先して評価していくことになる。
また、容量調整回路３１の各容量素子Ｃｖの値は共振回路２１の容量素子Ｃ１，Ｃ２の値の設定によっても影響を受けるが、通常は容量調整回路３１全体として数ｐＦ〜数１００ｐＦの容量値を変化させることができれば、機能上十分である。
【００５４】
図７は、インピーダンス制御と整流回路２２の出力電圧との関係の他の例を示す図である。図７の例は、図６と逆に、整流回路２２の出力電圧を電圧設定値ＶＨからＶＬに変化させる場合である。ここでは、時刻ｔ０において、電子スイッチＳ１〜Ｓ７がオン状態になっていると仮定する。
図７の時刻ｔ１において、まず受信電力検出回路２９が整流回路２２の出力電圧を検出して、その検出結果をプログラム回路３０に出力する。
【００５５】
プログラム回路３０は、時刻ｔ１において容量調整回路３１の電子スイッチＳ７をオフさせるようスイッチ制御回路３２に指示を出し、スイッチ制御回路３２は、電子スイッチＳ７をオフさせる制御信号ＣＴＬを出力する。
電子スイッチＳ７がオフ状態になると、アンテナ回路２０，２１と並列に付加されていた容量素子Ｃｖ７が外されてインピーダンスが変化し、図７のように整流回路２２の出力電圧が低下する。
【００５６】
時刻ｔ２において、受信電力検出回路２９は、整流回路２２の出力電圧が低下して電圧設定値ＶＬに近づいたことをプログラム回路３０に知らせる。
この通知を受けて、プログラム回路３０は、次の電子スイッチＳ６をオフさせるようスイッチ制御回路３２に指示を出し、スイッチ制御回路３２は、電子スイッチＳ６をオフさせる。
【００５７】
以下、同様にして、受信電力検出回路２９による整流回路２２の出力電圧検出とプログラム回路３０による電子スイッチ制御とを繰り返し、時刻ｔ６において整流回路２２の出力電圧が電圧設定値ＶＬを下回ったとき、プログラム回路３０は、直前にオフした電子スイッチＳ３をオン状態に戻す。そして、プログラム回路３０は、次の時刻ｔ７で整流回路２２の出力電圧が電圧設定値ＶＬを超えたことを確認した上で、インピーダンス制御を停止する。
【００５８】
ただし、電圧設定値ＶＬの設定の方法と容量調整回路３１内の容量切替回路の個数にもよるが、電圧設定値ＶＬを非接触応答装置２内の内部回路の動作限界近傍に設定すると、電圧設定値ＶＬを下回った段階で動作不良を起こす可能性がある。そこで、電圧設定値ＶＬを下回るステップを含む制御を行うよりも、より好ましくは、次に評価する電子スイッチＳのオン／オフによる整流回路２２の出力電圧低下分を予想して電圧設定値ＶＬを下回らない段階でインピーダンス制御を停止するか、あるいは本来の電圧設定値ＶＬに１つの電子スイッチ変化による出力電圧低下分以上のマージンを加えたＶＬ’という値を電圧設定値として、この電圧設定値ＶＬ’を下回ったらインピーダンス制御を停止させるようにした方がよい。
【００５９】
また、インピーダンス制御の停止時には、インピーダンス制御を停止したことを示すステータスを内部ロジック回路２５に出力する方がより好ましい。このステータスを受けることにより、内部ロジック回路２５は、いわゆるスリープモードに入ったことを認識でき、質問装置１から次に質問を受信したときに、インピーダンス制御を要求する通信ステータスをプログラム回路３０に確実に出力することができる。
【００６０】
図８はインピーダンス制御と整流回路２２の出力電圧との関係の他の例を示す図である。図８の例は、質問装置１と非接触応答装置２との距離が大きい等の理由により、非接触応答装置２がインピーダンス制御を行っても受信電力量が十分に得られない場合を示している。受信電力量が十分でなく、整流回路２２の出力電圧が電圧設定値ＶＨを下回る場合、図８に示すように、インピーダンス制御によって整流回路２２の出力電圧を最大化した後に、周回動作を行うことになる。
【００６１】
周回動作が行われるのは、容量調整回路３１の電子スイッチＳを順次オンしていったとき、容量値が最適値を超えて整流回路２２の出力電圧が逆に低下したとき、受信電力検出回路２９が整流回路２２の出力電圧低下をステータスとしてプログラム回路３０に通知し、このステータスを受けてプログラム回路３０が直前にオンした電子スイッチＳ（図８の例では時刻ｔ５でオンした電子スイッチＳ）をオフにするためである。
【００６２】
この場合、電子スイッチＳをオフにしても、整流回路２２の出力電圧は電圧設定値ＶＨに達しないので、プログラム回路３０は、オフにした電子スイッチＳを再びオンにする。したがって、上記周回動作が繰り返されることになる。このような周回動作をそのまま継続させても差し支えないが、質問装置１への通信や内部ロジック回路２５の処理を辛うじて行える場合もあるため、周回動作を停止させて電源変動を抑えるほうがより好ましい。
【００６３】
そこで、下限値ＶＬ及び上限値ＶＨの電圧許容範囲をあらかじめ設定し、整流回路２２の出力電圧がこの電圧許容範囲内である場合に制御を停止する動作停止手段をプログラム回路３０に設けることで、周回動作を停止させることができる。ただし、制御の停止後に、質問装置１と非接触応答装置２との間の距離や角度が変化したり、非接触応答装置２の内部回路の駆動に必要な電力量が変化したりして、整流回路２２の出力電圧が変動する場合がある。よって、プログラム回路３０は、制御の停止後も、整流回路２２の出力電圧の変動を検知して、整流回路２２の出力電圧が前記電圧許容範囲を外れたときは、制御を再開するのがよい。
【００６４】
また、質問装置１がキャリア波を振幅変調して信号を送信するなどして、送信電力が時間経過に伴って等価的に変動する場合には、この変動に合わせて整流回路２２の出力電圧も変動する。したがって、プログラム回路３０に動作停止手段を設けたとき、整流回路２２の出力電圧がＶＨまたはＶＬの近傍にある場合には、送信電力の変動に伴って、制御動作の停止と再開とが繰り返され、通信エラーを起こす可能性がある。
【００６５】
そこで、インピーダンス制御回路３１が制御動作を停止するときのしきい値と制御動作を再開するときのしきい値とを変えることで、通信エラーを防ぐことができる。このような通信エラーの防止には、前述の受信電力比較部２９ｂを用いる。第１のシュミットトリガ２９ｂ−１の２つのしきい値としては、整流回路２２の出力電圧が低下するときのしきい値としてＶＬ−ΔＶ２が設定され、整流回路２２の出力電圧が上昇するときのしきい値としてＶＬが設定される。また、第２のシュミットトリガ２９ｂ−２の２つのしきい値としては、整流回路２２の出力電圧が低下するときのしきい値としてＶＨが設定され、整流回路の出力電圧が上昇するときのしきい値としてＶＨ＋ΔＶ１が設定される。
【００６６】
図９は、シュミットトリガ２９ｂ−１の出力Ｘ、シュミットトリガ２９ｂ−２の出力Ｙ、インバータ２９ｂ−３の出力Ｚ及びＯＲ回路２９ｂ−４の出力ＯＵＴと整流回路２２の出力電圧との関係を示す図である。図２のような回路構成とすることで、整流回路２２の出力電圧が下限値ＶＬ及び上限値ＶＨの第１の電圧許容範囲内に入った場合（ＶＬ＜整流回路の出力電圧＜ＶＨ）、受信電力比較部２９ｂ（ＯＲ回路２９ｂ−４）の出力ＯＵＴは「Ｈ」レベルから「Ｌ」レベルに変わり、整流回路２２の出力電圧が下限値ＶＬ−ΔＶ２及び上限値ＶＨ＋ΔＶ１の第２の電圧許容範囲から外れた場合（整流回路２２の出力電圧＞ＶＨ＋ΔＶ１または整流回路２２の出力電圧＜ＶＬ−ΔＶ２）、受信電力比較部２９ｂの出力ＯＵＴは「Ｌ」レベルから「Ｈ」レベルに変わる。
【００６７】
プログラム回路３０は、制御動作中に受信電力比較部２９ｂの出力ＯＵＴが「Ｌ」レベルに変わったとき、制御動作を停止し、動作停止後に出力電圧比較部２９ｂの出力ＯＵＴが「Ｈ」レベルに変わったとき、制御動作を再開する。上記ΔＶ１およびΔＶ２を、質問装置１が振幅変調することで変動する整流回路２２の出力電圧の変動幅より大きくなるように適切に設定することで、整流回路２２の出力電圧がＶＨまたはＶＬの近傍で変動しても、制御動作の停止と再開とが繰り返されることがなくなる。
【００６８】
本発明は、容量調整回路３１の電子スイッチＳを高速にオンまたはオフし、その結果の整流回路２２の出力電圧を評価してアンテナ回路２０，２１のインピーダンス（質問装置１から見た非接触応答装置２のインピーダンス）を高速に調整することが特徴である。電子スイッチＳのスイッチング周期を指定するスイッチングクロック信号は、スイッチングクロック生成回路２８によって生成される。スイッチングクロック信号は、独立した自立発振回路によって生成されるクロック信号でもよいし、プログラム回路３０に別途クロックが供給されて、それからカウンタ等によって生成されるクロック信号であっても差し支えない。
【００６９】
しかし、通常の非接触通信システムの非接触応答装置２では、クロック生成回路２７で生成される内部クロック信号は、キャリア周波数を抽出し、場合によっては分周することで生成される。したがって、このクロック信号を入力とし、分周してスイッチングクロック信号を生成する方が簡便でより好ましい。本実施の形態では、図２に示すように、スイッチングクロック生成回路２８内の分周回路２８ａによってクロック信号を分周してスイッチングクロック信号を生成している。
【００７０】
プログラム回路３０は、受信電力検出回路２９による出力電圧検出の結果を踏まえて電子スイッチＳの制御を行うため、スイッチングクロック信号と同期して動作することが望ましい。スイッチングクロック信号の上限は、整流回路２２に含まれる平滑容量素子の充電に要する時間によって制限される。平滑容量素子が充電に要する時間は、主として容量の値によって左右されるので一概に言えないものの、概略１μｓ程度である。
【００７１】
したがって、スイッチングクロック信号の周波数が１ＭＨｚを超えると、整流回路２２内の平滑容量素子が十分に充電しないうちに、受信電力検出回路２９及びプログラム回路３０による出力電圧評価のプロセスが始まることになるため、インピーダンス制御が不正確になって好ましくない。また、逆にスイッチングクロック信号が低速になると、インピーダンス制御に要する時間が長くなって、応答のオーバーヘッドが長くなる。
【００７２】
非接触通信システムの通信速度は、例えば近接型ＩＣカードの場合で１０６〜２１２ｋｂｐｓ、近傍型ＩＣカードの場合で６〜２６ｋｂｐｓである。応答に対するオーバーヘッドは相対的なものであるため、システムの通信速度に応じてスイッチングクロック信号の周波数の下限を決めればよいが、このような通信速度と比較して著しく遅くなることは好ましくない。
【００７３】
電子スイッチＳのスイッチング動作が所定の電圧状態になるまで繰り返し行われることも考慮すると、スイッチングクロック信号の周波数は１ｋＨｚ以上であることが望ましい。そして、整流回路２２内の平滑容量素子の充電が終了したときに直ちに整流回路２２の出力電圧を評価することが好ましく、したがって１００ｋＨｚ以上、５００ｋＨｚ以下がより好ましい。
【００７４】
また、容量調整回路３１内の容量切替回路の個数は、あまり少ないと、１つの電子スイッチＳの状態変化による整流回路２２の出力電圧変化が大きくなって動作が不安定になるという理由と、整流回路２２の出力電圧を電圧設定値ＶＨに低下させるときにオーバーシュートが生じて出力電圧が非接触応答装置２の各構成回路の最低必要電圧を下回って動作不良を起こす危険性があるという理由と、図８のような周回動作を考慮すると３個以上がよいという理由から、３個以上がよい。
【００７５】
また、容量切替回路の個数が、あまり多くなると、１つの電子スイッチＳによる整流回路２２の出力電圧変化がノイズと同等レベルになって、最適化が困難になるため、最大１００個以下がよい。より好ましくは５個以上、３０個以下である。
【００７６】
本発明は、非接触で通信を行う携帯可搬の電子非接触応答装置なら、どのようなものであっても差し支えなく、ＲＦタグ、携帯情報端末などにも利用できる。しかし、より有用な適用領域はＩＣカードであり、その中でも近接型ＩＣカードおよび近傍型ＩＣカードはもっとも有用である。そこで、以降は、質問装置１をＩＳＯ／ＩＥＣ１４４４３に記述されているタイプＢのリーダーライタとし、非接触応答装置２を同タイプＢの近接型ＩＣカードとして、本実施の形態の非接触通信システムをより詳細に説明する。
【００７７】
図１０はプログラム回路３０の制御アルゴリズムを示すフローチャート図、図１１はインピーダンス制御回路３３によるインピーダンス制御の動作を示すフローチャート図である。ここでは、容量調整回路３１内の容量切替回路の個数を２０個とする。また、定電圧回路２３の出力電圧を２Ｖとし、電圧設定値ＶＨ２を６Ｖ、ＶＨを７Ｖ、ＶＬを４Ｖとし、スイッチングクロック信号の周波数を３３３ｋＨｚとする。
【００７８】
質問装置（リーダーライタ）１には非接触応答装置（カード）２を固定するスロットがあり、そこに非接触応答装置２を挿入することで、質問装置１と非接触応答装置２の相対的な位置関係が固定される。
このような非接触通信システムを用いると、非接触応答装置２を質問装置１のスロットに挿入したとき、受信電力量が０の段階で質問装置１からの給電を受けることになるので、プログラム回路３０は、初期化状態と認識して（図１０ステップ１０１）、インピーダンス制御を開始し（ステップ１０２）、受信電力量をＰＨ２レベルにする。
【００７９】
このときのインピーダンス制御を図１１を用いて説明すると、プログラム回路３０は、ターゲットとする電圧設定値ＶｓをＶＨ２とし（図１１ステップ２０１）、現在の容量調整回路３１の電子スイッチＳの状態を認識して（ステップ２０２）、スイッチングクロック信号の周期分待機する（ステップ２０３）。以上の動作は、図４で説明したキャリア波受信時の動作に相当する。
【００８０】
次に、受信電力検出回路２９は、整流回路２２の出力電圧Ｖ（ｉ）を検出する（ステップ２０４）。プログラム回路３０は、スイッチングクロックの周期分待機した後、受信電力検出回路２９の検出結果に基づいて、出力電圧Ｖ（ｉ）が電圧設定値Ｖｓ以上で、かつ電圧設定値Ｖｓに電圧制御マージンαを加えた電圧以下かどうかを判定する（ステップ２０５）。
【００８１】
ステップ２０５で判定ＹＥＳの場合、プログラム回路３０は、インピーダンス制御を停止したことを示すステータスを内部ロジック回路２５に出力し（ステップ２１６）、容量調整回路３１の現在の電子スイッチＳの状態を固定して（ステップ２１７）、インピーダンス制御を停止する。
【００８２】
一方、ステップ２０５で判定ＮＯの場合、プログラム回路３０は、次に制御する電子スイッチＳを選択して（ステップ２０６）、選択した電子スイッチＳをオンさせるようスイッチ制御回路３２に指示を出す。この指示に応じて、スイッチ制御回路３２は、選択された電子スイッチＳをオンさせる制御信号ＣＴＬを容量調整回路３１に出力する（ステップ２０７）。そして、プログラム回路３０は、スイッチングクロックの周期分待機する（ステップ２０８）。
【００８３】
次に、受信電力検出回路２９は、整流回路２２の出力電圧Ｖ（ｉ＋ｎ）を検出し（ステップ２０９）、スイッチングクロックの周期分待機したプログラム回路３０は、受信電力検出回路２９の検出結果に基づいて、現在の出力電圧Ｖ（ｉ＋ｎ）から１スイッチングクロック前の出力電圧Ｖ（ｉ）を引いた値が０以上かどうかを判定する（ステップ２１０）。
【００８４】
ステップ２１０において判定ＹＥＳの場合、プログラム回路３０は、電圧設定値Ｖｓから出力電圧Ｖ（ｉ＋ｎ）を引いた値が０以上かどうかを判定する（ステップ２１１）。ステップ２１１において判定ＹＥＳの場合、プログラム回路３０は、ステップ２０５に戻る。すなわち、整流回路２２の出力電圧が１スイッチングクロック前よりも上昇して、かつ出力電圧が電圧設定値Ｖｓ＝ＶＨ２に達していない場合には、ステップ２０５〜２１２の処理が繰り返されることになる。
【００８５】
一方、ステップ２１０において判定ＮＯの場合、プログラム回路３０は、電圧設定値Ｖｓから出力電圧Ｖ（ｉ＋ｎ）を引いた値が０以上かどうかを判定する（ステップ２１３）。ステップ２１３においてＮＯの場合、プログラム回路３０は、ステップ２１２に進む。
【００８６】
また、ステップ２１３において判定ＹＥＳの場合、プログラム回路３０は、ステップ２１５でｎ＝ｎ×（−１）を実行した後に、ステップ２０５に戻る。ステップ２１５は、直前にオンした電子スイッチＳをステップ２０６でオフにするための処理であり、図８における時刻ｔ６の処理を実行するためのものである。
【００８７】
以上のインピーダンス制御により、整流回路２２の出力電圧が電圧設定値Ｖｓ＝ＶＨ２＝６Ｖ以上になると（図１０ステップ１０３、図１１ステップ２０５）、プログラム回路３０は、インピーダンス制御を停止して、容量調整回路３１の現在の電子スイッチＳの状態を固定し（図１０ステップ１０４、図１１ステップ２１７）、インピーダンス制御を停止したことを示すステータスを内部ロジック回路２５に出力する（ステップ１０５）。
【００８８】
そして、プログラム回路３０は、内部ロジック回路２５のＣＰＵ２５ａからの通信ステータスを待つ待機状態となる（ステップ１０６）。
整流回路２２の出力電圧が０の状態から、６Ｖになるまでに本実施の形態では２００μｓ要した。
【００８９】
次に、プログラム回路３０からのステータスを受けたＣＰＵ２５ａは、衝突防止プロトコルに対応するために、不揮発メモリ２５ｄの所定のアドレスから、必要なデータを読み出して、所定のレジスタに格納して、初期化処理を実行する。ＣＰＵ２５ａは、初期化処理の終了後、初期化処理が終了したことを示す通信ステータスをプログラム回路３０に出力し、以後はアイドル状態となって、質問装置１からの質問を待つ待機状態となる（ステップ１０７）。
【００９０】
ＣＰＵ２５ａからの通信ステータスを受けたプログラム回路３０は、インピーダンス制御を開始し（ステップ１０８）、受信電力量をＰＬレベルにする。すなわち、プログラム回路３０は、整流回路２２の出力電圧が低下するように容量調整回路３１の電子スイッチＳを制御し、出力電圧が電圧設定値Ｖｓ＝ＶＬ＝４Ｖを下回らない範囲で設定値Ｖｓ付近になったとき（ステップ１０９）、インピーダンス制御を停止して、容量調整回路３１の現在の電子スイッチＳの状態を固定し（ステップ１１０）、インピーダンス制御を停止したことを示すステータスを内部ロジック回路２５に出力する（ステップ１１１）。
【００９１】
そして、プログラム回路３０は、内部ロジック回路２５からのステータスを待つ待機状態となる（ステップ１１２）。
整流回路２２の出力電圧が６Ｖから４Ｖに低下するまでに、本実施の形態では１００μｓを要しなかった。
【００９２】
次に、内部ロジック回路２５のＣＰＵ２５ａは、復調回路２４によって復調されたコマンドから抽出したＩＤが自装置のＩＤである場合、前記コマンドが自装置への質問であると認識して、質問に対する内部演算処理を開始する前に、自装置への質問を受信したことを示す通信ステータスをプログラム回路３０に出力する（ステップ１１３）。
【００９３】
ＣＰＵ２５ａからの通信ステータスを受けたプログラム回路３０は、インピーダンス制御を開始し（ステップ１１４）、受信電力量をＰＨレベルにする。すなわち、プログラム回路３０は、整流回路２２の出力電圧が上昇するように容量調整回路３０の電子スイッチＳを制御し、出力電圧が電圧設定値Ｖｓ＝ＶＨ＝７Ｖ以上、Ｖｓ＋α以下の範囲で設定値Ｖｓ付近になったとき（ステップ１１５）、インピーダンス制御を停止して、容量調整回路３１の現在の電子スイッチＳの状態を固定し（ステップ１１６）、インピーダンス制御を停止したことを示すステータスを内部ロジック回路２５に出力する（ステップ１１７）。
【００９４】
そして、プログラム回路３０は、内部ロジック回路２５からのステータスを待つ待機状態となる（ステップ１１８）。
整流回路２２の出力電圧が４Ｖから７Ｖに上昇するのに要した時間は、１００μｓ以内であった。
プログラム回路３０からのステータスを受けたＣＰＵ２５ａは、質問に対する内部演算処理を開始して、応答波を質問装置１に送信した後、応答処理が終了して待機状態になったことを示す通信ステータスをプログラム回路３０に出力する（ステップ１１９）。
【００９５】
ＣＰＵ２５ａからのステータスを受けたプログラム回路３０は、インピーダンス制御を開始し（ステップ１２０）、整流回路２２の出力電圧が低下するように容量調整回路３１の電子スイッチＳを制御し、出力電圧が電圧設定値Ｖｓ＝ＶＬを下回らない範囲で設定値Ｖｓ付近になったとき（ステップ１２１）、インピーダンス制御を停止して、容量調整回路３１の現在の電子スイッチＳの状態を固定し（ステップ１２２）、インピーダンス制御を停止したことを示すステータスを内部ロジック回路２５に出力する（ステップ１２３）。そして、プログラム回路３０は待機状態となる（ステップ１２４）。
以後、ステップ１１３〜１２４の処理が繰り返される。
【００９６】
質問装置１との初期応答処理においては、アトリビュートコマンドにより質問装置１からＩＤが付与される。ＩＤが付与された後は、通常の伝送モードとなる。ＩＣカードでは、アトリビュートを完了して、カードがアクティブになってからを伝送モードと呼ぶが、応答の高速性が要求されるのは、リクエスト信号に対する応答の部分だけであり、アトリビュートコマンドに対する応答の時間的制限は、伝送モードと同等になるので、本発明の電力制御の観点からは、アトリビュート以降においては伝送モードと同様な制御を行うことで差し支えない。
【００９７】
【発明の効果】
本発明によれば、質問装置から見た自装置のインピーダンスを変化させるインピーダンス制御回路を設け、このインピーダンス制御回路が、自装置が質問装置からの質問データを待つ待機状態になったとき、質問装置からの受信電力量が質問データの認識に最低限必要な電力量ＰＬとなるようアンテナ回路の受電効率を低下させ、自装置に対する質問データを受信したとき、受信電力量が応答波の生成・送信に最低限必要な電力量ＰＨ（ＰＬ＜ＰＨ）となるようアンテナ回路の受電効率を増大させることにより、非接触応答装置の伝送モードにおける電力消費量を適切な量に設定することができ、待機状態における非接触応答装置の電力消費量を低減することができるので、非接触通信システムにおける電力消費の効率を向上させることができる。また、待機状態における非接触応答装置の電力消費量を低減させる結果、非接触応答装置の発熱を抑制することができる。また、電力の分配を効率良く行えることから、質問装置から複数の非接触応答装置に対して質問を同時に発するようにすれば、従来よりも多くの非接触応答装置をコマンド処理状態にすることができる。
【００９８】
また、自装置が質問装置からの電力供給を受け始めたとき、インピーダンス制御回路が、内部ロジック回路による初期化処理の前に、質問装置からの受信電力量が初期化処理に最低限必要な電力量ＰＨ２（ＰＬ＜ＰＨ２≦ＰＨ）となるようアンテナ回路の受電効率を増大させることにより、非接触応答装置の初期化処理の際の電力消費量を適切な量に設定することができ、非接触通信システムにおける電力消費の効率を向上させることができる。
【００９９】
また、インピーダンス制御回路が、受信電力量をＰＬ，ＰＨ又はＰＨ２にするとき、整流回路の出力電圧を検出して、この出力電圧がＰＬ，ＰＨ又はＰＨ２に対応する電圧設定値ＶＬ，ＶＨ又はＶＨ２（ＶＬ＜ＶＨ２≦ＶＨ）となるよう自装置のインピーダンス制御を行うことにより、整流回路の出力電圧に基づいて質問装置からの受信電力量を検出することができ、インピーダンス制御回路による受信電力量の制御を容易に実現することができる。
【０１００】
また、インピーダンス制御回路を、容量素子と電子スイッチとを直列に接続した容量切替回路をアンテナ回路と並列に複数個配置した容量調整回路と、整流回路の出力電圧を検出する受信電力検出回路と、整流回路の出力電圧が所望の電圧設定値になるように、容量調整回路の各電子スイッチの状態を決定するプログラム回路と、このプログラム回路の決定に従って容量調整回路の各電子スイッチのオン／オフを制御するスイッチ制御回路とから構成することにより、質問装置から見た自装置のインピーダンスを容易に変化させることができ、インピーダンス制御を動的に行って、質問装置からの受信電力量を制御するインピーダンス制御回路を容易に実現することができる。
【０１０１】
また、電子スイッチのスイッチングクロックを生成するスイッチングクロック生成回路をインピーダンス制御回路に設け、プログラム回路による電子スイッチの状態決定と、スイッチ制御回路による電子スイッチの制御と、受信電力検出回路による整流回路の出力電圧検出とを１スイッチングクロック毎に繰り返し行うことにより、インピーダンスを段階的に変化させて、整流回路の出力電圧を所望の電圧設定値に漸近させることにより、整流回路の出力電圧を所望の電圧設定値に正確、かつ容易に設定することができる。
【０１０２】
また、プログラム回路が、整流回路の出力電圧が所望の電圧設定値になったときに、電子スイッチの状態を固定し、インピーダンス制御を停止したことを示すステータスを内部ロジック回路に出力することにより、内部ロジック回路は、受信電力量が現在の状態に必要な電力量になったことを認識することができる。
【０１０３】
また、内部ロジック回路が通信ステータスをプログラム回路に出力することにより、プログラム回路は、整流回路の出力電圧が通信ステータスに応じた電圧設定値となるようインピーダンス制御を行うことができる。すなわち、内部ロジック回路が、初期化処理が終了したことを示す通信ステータス又は待機状態になったことを示す通信ステータスを出力することにより、プログラム回路は、整流回路の出力電圧が初期化処理の終了時点または待機状態にとって望ましい電圧設定値ＶＬとなるようインピーダンス制御を行うことができる。また、内部ロジック回路が、自装置に対する質問データを受信したことを示す通信ステータスを出力することにより、プログラム回路は、整流回路の出力電圧が応答波の生成・送信にとって望ましい電圧設定値ＶＨとなるようインピーダンス制御を行うことができる。
【０１０４】
また、容量切替回路の個数を３個以上１００個以下とすることにより、１つの電子スイッチの状態変化による整流回路の出力電圧変化を適切な量にすることができ、整流回路の出力電圧を低下させるときに出力電圧が非接触応答装置の各回路の最低必要電圧を下回って動作不良を起こすという危険性を回避することができる。
【０１０５】
また、スイッチングクロックの周波数を１ｋＨｚ以上１ＭＨｚ以下とすることにより、質問装置から見た自装置のインピーダンスを変化させるインピーダンス制御とこれに付随する整流回路の出力電圧検出とを正確に実行でき、かつインピーダンス制御に要する時間を短くして、質問装置に応答を返すまでの時間を短くすることができる。
【０１０６】
また、シャント型レギュレータからなる定電圧回路を整流回路の後段に設けることにより、整流回路から見た定電圧回路以降の回路全体の負荷が内部ロジック回路の動作状態に関わらず一定となるので、整流回路の出力電圧に基づいて質問装置からの受信電力量を検出することができ、インピーダンス制御回路による受信電力量の制御が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態となる非接触通信システムの構成を示すブロック図である。
【図２】  本発明の実施の形態における非接触応答装置のインピーダンス制御回路の詳細な構成を示すブロック図である。
【図３】  伝送モードにおける質問装置と非接触応答装置との通信及び非接触応答装置の受信電力量を時系列的に表したタイミングチャート図である。
【図４】  初期化モードにおける非接触応答装置の受信電力量を時系列的に表したタイミングチャート図である。
【図５】  本発明の実施の形態における非接触応答装置の容量調整回路の構成を示す回路図である。
【図６】  プログラム回路及びスイッチ制御回路による容量調整回路のスイッチ制御と整流回路の出力電圧との関係の１例を示す図である。
【図７】  プログラム回路及びスイッチ制御回路による容量調整回路のスイッチ制御と整流回路の出力電圧との関係の他の例を示す図である。
【図８】  プログラム回路及びスイッチ制御回路による容量調整回路のスイッチ制御と整流回路の出力電圧との関係の他の例を示す図である。
【図９】  受信電力検出回路の受信電力比較部内の各回路の出力と整流回路の出力電圧との関係を示す図である。
【図１０】  プログラム回路の制御アルゴリズムを示すフローチャート図である。
【図１１】  インピーダンス制御回路によるインピーダンス制御の動作を示すフローチャート図である。
【符号の説明】
１…質問装置、２…非接触応答装置、１０…キャリア波発生回路、１１…アンテナ、１２…共振回路、２０…アンテナ、２１…共振回路、２２…整流回路、２３…定電圧回路、２４…復調回路、２５…内部ロジック回路、２６…変調回路、２７…クロック生成回路、２８…スイッチングクロック生成回路、２９…受信電力検出回路、３０…プログラム回路、３１…容量調整回路、３２…スイッチ制御回路、３３…インピーダンス制御回路、２５ａ…ＣＰＵ、２５ｂ…ＲＯＭ、２５ｃ…ＲＡＭ、２５ｄ…不揮発メモリ、２８ａ…分周回路、２９ａ…受信電力変動検出部、２９ｂ…受信電力比較部、２９ａ−１…サンプルホールド回路、２９ａ−２…コンパレータ、２９ｂ−１、２９ｂ−２…シュミットトリガ、２９ｂ−３…インバータ、２９ｂ−４…ＯＲ回路、Ｃ１、Ｃ２、Ｃｖ１〜Ｃｖｉ…容量素子、Ｓ…電子スイッチ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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