(57)【要約】【課題】  外部装置側にデータの送信をする無線通信ＩＣからのデータ受信エラーを低減し、動作の安定性を確保することができる無線通信ＩＣおよびこれを用いた無線通信情報記憶媒体を提供することにある。【解決手段】  本発明にかかる無線通信ＩＣ１は、外部装置側から所定のキャリア周波数の電波信号をアンテナ６を介して受信して電力供給を受け、外部装置側との間で情報の授受を行うものである。そして、当該無線通信ＩＣ１は、電力を蓄積するコンデンサ５と、アンテナ６の一端とコンデンサ５との間に設けられ受信された電波信号の半サイクルに応じてコンデンサ５に電波信号の充電電流を供給するダイオードＤ１と、負荷変調回路８を設けている。そして、負荷変調回路８は、コンデンサ５に充電電流を供給する電波信号の半サイクルに対して残りの半サイクルでコンデンサ５から電力供給を受けて駆動するものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部装置側から所定のキャリア周波数の電波信号をアンテナを介して受信して電力供給を受け、前記外部装置側との間で情報の授受を行う無線通信ＩＣにおいて、
電力を蓄積するコンデンサと、
前記アンテナの一端と前記コンデンサとの間に設けられ受信された前記電波信号の半サイクルに応じて前記コンデンサに前記電波信号の充電電流を供給するダイオードと、
負荷変調回路とを備え、
前記負荷変調回路が、電波信号の前記半サイクルに対して残りの半サイクルで前記コンデンサから電力供給を受けて駆動することを特徴とする無線通信ＩＣ。
【請求項２】
外部装置側から所定のキャリア周波数の電波信号をアンテナを介して受信して電力供給を受け、前記外部装置側との間で情報の授受を行う無線通信ＩＣにおいて、
電力を蓄積するコンデンサと、
前記アンテナの一端と前記コンデンサとの間に設けられ受信された前記電波信号の半サイクルに応じて前記コンデンサに前記電波信号の充電電流を供給するダイオードと、
負荷変調回路とを備え、
前記負荷変調回路が前記アンテナに並列に設けられた第１のトランジスタと第１の抵抗の直列回路と、前記アンテナの一端に接続され前記電波信号の半サイクルに対して残りの半サイクルに前記コンデンサから電力供給を受けて前記第１のトランジスタをＯＮ／ＯＦＦ駆動する駆動回路とを有する無線通信ＩＣ。
【請求項３】
前記キャリア信号を数パーセント〜数十パーセント変調するために、前記第１の抵抗の抵抗値と前記第１のトランジスタのＯＮ抵抗とが選択され、前記外部装置と密着型で前記電波信号を受ける請求項２記載の無線通信ＩＣ。
【請求項４】
前記第１のトランジスタは、Ｐチャネルトランジスタであり、前記第１の抵抗は、数百Ωであり、前記駆動回路は、前記ダイオードのカソード側と前記アンテナの一端との間に接続されたＰチャネルトランジスタからなる第２のトランジスタと第２のダイオードと第２の抵抗とからなる直列回路であって、前記第２のダイオードと第２の抵抗との接続点が前記第１のトランジスタのゲートに接続されている請求項３記載の無線通信ＩＣ。
【請求項５】
外部装置から所定のキャリア周波数の電波信号を受信して電力供給を受け、外部装置との間で情報の授受を行う無線通信情報記憶媒体において、
前記外部装置から所定のキャリア周波数の電波信号を受信するアンテナと、
電力を蓄積するコンデンサと、
前記アンテナの一端とコンデンサとの間に設けられ、受信された電波信号の半サイクルに応じてコンデンサに電波信号の充電電流を供給するダイオードと、
負荷変調回路とを備え、
前記負荷変調回路が、前記電波信号の前記半サイクルに対して残りの半サイクルで前記コンデンサから電力供給を受けて駆動することを特徴とする無線通信情報記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、無線通信ＩＣおよび無線通信情報記憶媒体に関し、詳しくは、非接触状態でＩＣカード等の情報媒体とのデータ通信を行うためのＩＣカードリーダ・ライタ（以下リーダ・ライタ）あるいはＩＣタグが取り付けられた商品の在庫管理等を管理する商品確認管理装置、電子キー等の情報媒体が利用される電子商取引などで代表される装置あるいはシステムなどにおいて、コイルを介して外部装置と電磁誘導により結合して電力供給を受け、外部装置とデータの送受信をする無線通信ＩＣにおいて、無線通信ＩＣの動作の安定性を確保するための改良技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、会社やマンション等の建物や各部屋などの入退室の際に鍵としてカードを使用してドアを開閉するシステムが知られている。また、同様に、このようなシステムとして自動改札などを主体としたゲート管理システムなどもある。
【０００３】
これらは、出入口としてのドアに隣接してあるいは改札にリーダ・ライタ機能を有する端末機が設けられている。そして、端末機や端末機に接続されたホストコンピュータ側に記憶された暗証番号や認証コード，使用期間等の情報とカードに記録された暗証番号、認証コード等の情報とを照合して、カードの有効、無効を判定する。このようにして、カード利用者の正当性を確認し、解錠手段を動作させてあるいは閉門を禁止して、鍵を開け、入室を許可し、あるいは改札ゲートを通過させる。
【０００４】
この種のＩＣカードとして最近では非接触型のものが実用化されている。非接触型ＩＣカードは、電磁誘導や電磁結合によりリーダ・ライタとの間で情報の送受信を行う。非接触型ＩＣカードそのものとして、従来は、電池を内蔵するものが用いられていたが、最近では、ＩＣ駆動電力が低減され、電波により電力供給が行われ、送受信するものが実用化されている（特許文献１，２）。
【０００５】
さらに、最近では、電鋳技術等を利用して十数μｍの幅でコイルが絶縁層を介して数mm角のＩＣチップ上に数十ターン形成されたＩＣチップが、ＩＣカードや商品に取り付けるＩＣタグとして利用されている。この種のＩＣチップは、非接触型情報媒体の１つであり、無線通信ＩＣ（あるいはＩＣタグ、その他のＩＣ型非接触情報媒体、以下これらを含めてこの明細書および特許請求の範囲では無線通信ＩＣという。）として実用化されている。
【０００６】
このような無線通信ＩＣによるデータ授受システムは、密着型（非接触形ＩＣカードあるいはＩＣタグに対する距離０〜２ｍｍ程度）あるいは近接型（２ｍｍ以上〜１０ｃｍ程度まで）がある。このデータ授受システムにおける無線通信ＩＣは、リーダ・ライタ（外部装置）に対して密着あるいは近接してデータの送受信を行う。通常、無線通信ＩＣとリーダ・ライタ間では、ＡＳＫ（Amplitude Shift Keying）あるいはＦＳＫ（Frequency Shift Keying）の変調方式によってデータ通信が行われる。無線通信ＩＣに対する電力供給を行う場合は、まず、外部装置から無変調で一定振幅の周波数の電波が一定期間無線通信ＩＣ側に送出される。無線通信ＩＣは、その電力で動作してリーダ・ライタ側に応答する。このとき、無線通信ＩＣは、リーダ・ライタに対する応答のためのデータ送信を負荷変調方式により行なう場合がある。
【０００７】
図３は、負荷変調方式を採用した無線通信ＩＣの回路である。図３において、１０は無線通信ＩＣである。無線通信ＩＣ１０には、コントロール回路３ａとメモリ３ｂ等を有するロジック回路３、負荷変調回路４、ダイオードＤ1、そして電源としてのコンデンサ５とが内蔵されている。また、無線通信ＩＣ１０には、無線通信ＩＣ用アンテナコイル６（以下アンテナコイル６）が接続されている。無線通信ＩＣ１０と当該アンテナコイル６によってコイルＯＮチップ２が形成される。無線通信ＩＣ１０は、アンテナコイル６を介して、リーダ・ライタ等の外部装置側に設けられた外部装置用アンテナコイル７（以下アンテナコイル７）との間で電磁誘導により結合してデータの送受信を行う。
【０００８】
負荷変調回路４は、アンテナコイル６の両端子６ａ，６ｂのシャントインピーダンスを変化させることで、データの送信を行う。そのために端子６ａ，６ｂとの間にＰチャネルＭＯＳトランジスタＴｒと抵抗Ｒ1とがこの順で接続された直列回路４ａが設けられている。
【０００９】
そして、ロジック回路３の出力端子３ｃから送信データに応じたＯＮ／ＯＦＦ信号、すなわち、変調信号（ＭＯＤ）がトランジスタＴｒのゲート端子に加えられる。トランジスタＴｒは、変調信号（ＭＯＤ）に応じてＯＮ／ＯＦＦする。トランジスタＴｒをＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り換えると、インピーダンスは、オン状態のハイインピーダンスからオフ状態の数１００Ω程度に低下する。このようにして、キャリア電波信号には数％〜数十％の振幅変化が加わり、変調が行なわれる。
【００１０】
その結果、その変調信号は、図４のような波形になる。なお、この波形は、キャリア周波数を近接型として標準化された１３．５６ＭＨｚの信号とし、負荷変調の変調周波数を２６．４８ｋｂｐｓとして模式化した例である。
【特許文献１】特開平８−３３０８４０号公報
【特許文献２】特願２０００−１７２７９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
この場合、電力蓄積用のコンデンサ５は、この負荷変調された状態の電流が端子６ａとコンデンサ５との間に挿入されたダイオードＤ1により半波整流されて、この整流電流でＶDDの電圧の電源として充電されることになる。ここで、充電信号波形には図４に示すように変調波形が重畳しているため、電源電圧ＶDDにリップルが加わる。これに伴って、電源電圧ＶDDは不安定な状態となる。
【００１２】
このような負荷変調信号を受信する外部装置側では、負荷変調した信号を電磁誘導によって受けるため、無線通信ＩＣ１０における変調に応じて信号の振幅は数％〜数十％変動するが、外部装置は、数％の振幅変動しか検出できない。そのため、コンデンサ５の電源電圧ＶDDが不安定になると、外部装置は、無線通信ＩＣ１０からデータを正確に受信することができず、データ受信エラーが発生し易いという問題が生じる。
【００１３】
この発明の目的は、このような従来技術の問題点を解決し、無線通信ＩＣから外部装置側に対してのデータ受信エラーを低減し、無線通信ＩＣの動作の安定性を確保することができる無線通信ＩＣおよびこれを用いた無線通信情報記憶媒体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の無線通信ＩＣおよびこれを用いた無線通信情報記憶媒体の特徴は、外部装置側から所定のキャリア周波数の電波信号をアンテナを介して受信して電力供給を受け、外部装置側との間で情報の授受を行う無線通信ＩＣにおいて、電力を蓄積するコンデンサと、アンテナの一端とコンデンサとの間に設けられ受信された電波信号の半サイクルに応じてコンデンサに電波信号の充電電流を供給するダイオードと、負荷変調回路とを備えていて、前記負荷変調回路が、電波信号の前記半サイクルに対して残りの半サイクルで前記コンデンサから電力供給を受けて駆動する点にある。
【００１５】
本発明にかかる無線通信ＩＣおよびこれを用いた無線通信情報記憶媒体では、受信電波信号整流用のダイオードが接続されているアンテナの一端に接続されてコンデンサから電力供給を受けて動作する駆動回路を設け、充電動作とは異なる別の半サイクルの電波信号をアンテナの一端を介して受信したときにこの駆動回路を動作させる。
【００１６】
これにより、コンデンサの充電動作の半サイクルとは別の残りの半サイクルでキャリア電波信号に対して負荷変調を行うことができるので、コンデンサの電圧は、負荷変調のないキャリア信号で行われ、負荷変調には影響されなくなる。その結果、負荷変調があっても電源用のコンデンサの電圧は安定化され、外部装置側とデータの授受をする無線通信ＩＣからのデータ受信エラーを低減することができる。
【発明の効果】
【００１７】
この発明にあっては、受信電波信号整流用のダイオードが接続されているアンテナの一端に接続されてコンデンサから電力供給を受けて動作する駆動回路を設け、充電動作とは異なる別の半サイクルの電波信号をアンテナの一端を介して受信したときにこの駆動回路を動作させる。
【００１８】
これにより、コンデンサの充電動作の半サイクルとは別の残りの半サイクルでキャリア電波信号に対して負荷変調を行うことができるので、コンデンサの電圧は、負荷変調のないキャリア信号で行われ、負荷変調には影響されなくなる。その結果、負荷変調があっても電源用のコンデンサの電圧は安定化され、外部装置側とデータの授受をする無線通信ＩＣからのデータ受信エラーを低減することができる。
【００１９】
また、充電動作とは異なる、従来技術では使わずにいた半サイクルの電波信号で負荷変調を行うので、電源の効率的利用を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１は、この発明の無線通信ＩＣを適用した一実施の形態の回路図であり、図２は、その電力供給タイミングの説明図である。なお、図３と同一の構成要素は、同一の符号で示し、それらの説明を割愛する。
【００２１】
図１において、１は無線通信ＩＣであり、図３の負荷変調回路４に換えて負荷変調回路８を有している。
【００２２】
負荷変調回路８は、アンテナコイル６の両端子６ａと端子６ｂとの間に抵抗Ｒ1とトランジスタＴｒとがこの順で、図３とは逆順の配線で直列接続された直列回路８ａを有し、さらに、ダイオードＤ1のカソードと端子６ａとの間にＰチャネルトランジスタＴｒａとダイオードＤ2、抵抗Ｒ2がこの順で直列接続された駆動回路８ｂが設けられている。
【００２３】
駆動回路８ｂは、コンデンサ５からの電力で動作し、ダイオードＤ2と抵抗Ｒ2の接続点ＮがトランジスタＴｒのゲートに接続され、トランジスタＴｒａのゲートがロジック回路３の出力端子３ｃに接続されている。なお、抵抗Ｒ2は、トランジスタＴｒのバイアス抵抗になっていて、抵抗Ｒ2によって決定される端子電圧でトランジスタＴｒはＯＮになる。
【００２４】
次に、本発明にかかる無線通信ＩＣの回路における電力供給について、図１、図２を用いて説明する。ここで、端子６ａ、６ｂに１３．５６ＭＨｚのキャリア電波信号として正弦波の波形を持つ信号が外部装置側からアンテナコイル７を介して供給されると、図２（ａ）に示すように、これがダイオードＤ1により整流されて正極側の半波（正の半サイクル）でコンデンサ５が充電される。そして、図２（ｂ）に斜線で示すように、負極側の半波（負の半サイクル）においては、端子６ａ側が負極となり、端子６ｂ側が正極となるので、ダイオードＤ1がＯＦＦして、アンテナコイル６を介して負の半サイクルに対応する回路がこのとき形成されて、駆動回路８ｂがコンデンサ５の電圧を受けて動作し、トランジスタＴｒを駆動する。
【００２５】
その結果、図２（ｂ）に示すように、負荷変調は、負側の半サイクル側で行われ、正側の半サイクルは、コンデンサ５の充電サイクルに割当てられる。これにより正側の半サイクルの波形は一定振幅の波形となり、電力供給と負荷変調とがそれぞれ異なる正負サイクルで切り分けられる。これにより、コンデンサ５の電源電圧ＶDDが負荷変調に影響されなくなり、しかも、半サイクル対応で、充電と負荷変調とが交互に行われるので、安定した電圧で負荷変調がなされ、外部装置側で受信するデータのエラーが低減する。
【００２６】
ところで、本実施の形態では、無線通信ＩＣ１からのデータ送信を中心に説明している。ＩＣタグ等ではこのようなデータ送信が主体となるが、無線通信ＩＣ１を内蔵した非接触型ＩＣカードなどでは、送信要求等のコマンドを受けてからデータ送信を行い、相互にデータの授受をする形態を採る。このような場合の無線通信ＩＣ１の外部装置側からのデータ受信については発明に直接関係していないので、図１に示す本実施の形態では省略している。
【００２７】
以上説明してきたが、本実施の形態では、正極側の半サイクルをコンデンサ充電側とし、負極側の半サイクルを負荷変調側に割り当てているが、これは、逆であってもよい。この場合には、コンデンサ５の電力を負電源としてロジック回路３や負荷変調回路８が動作することになる。これに応じてトランジスタをＰチャネルトランジスタからＮチャネルトランジスタ等にすることができる。さらにこれらの各トランジスタは、バイポーラトランジスタを使用することもできる。
【００２８】
なお、本実施の形態においても、ロジック回路３の出力端子３ｃにおける論理を負論理にすれば、動作が逆になるので、例えば、ＰチャネルトランジスタをＮチャネルトランジスタとしてこれらを直列抵抗の下流側に配置することもでき、同様な動作が可能である。したがって、本実施の形態のトランジスタは、Ｐチャネルに限定されるものではない。
【００２９】
また、通信距離に限定されず、密着型あるいは近接型において無線通信ＩＣ１から外部装置側へデータを送信するような回路に適用できる。
【００３０】
さらに、本実施の形態のキャリア周波数は、一例であって、例えば、密着型の標準化周波数である４．９１ＭＨｚが採用されてもよい。
【００３１】
なお、この発明の無線通信ＩＣ１は、非接触型のＩＣカードやＩＣタグのほか、セキュリティシステムにおける電子キー等の媒体に内蔵できることはもちろんであり、無線通信ＩＣ１のアンテナコイルは、チップ上に積層されているコイルオンチップ型や無線通信ＩＣ１の端子に外部アンテナを接続したタイプなど形状に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の無線通信ＩＣを適用した一実施の形態の回路図である。
【図２】本発明の無線通信ＩＣにおける電力供給タイミングの説明図である。
【図３】負荷変調方式の無線通信ＩＣの従来の回路の説明図である。
【図４】密着型無線通信ＩＣの負荷変調方式の変調波形の説明図である。
【符号の説明】
【００３３】
１，１０…無線通信ＩＣ、２…コイルＯＮチップＩＣ、
３…ロジック回路、３ａ…コントロール回路、３ｂ…メモリ、
３ｃ…出力端子、４，８…負荷変調回路、
５…コンデンサ、６…無線通信ＩＣ用アンテナコイル、
７…外部装置用アンテナコイル、６ａ，６ｂ…端子、
８ａ…直列回路、８ｂ…駆動回路、
Ｔｒ，Ｔra…ＰチャネルＭＯＳトランジスタ、
抵抗Ｒ1，Ｒ2…抵抗、Ｄ1，Ｄ2…ダイオード。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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