(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線周波数信号の送受信により非接触でデータ伝送を行うＲＦデバイスであって、
高周波信号を受信するアンテナと、
前記アンテナにより受信した高周波信号を電力分配する電力分配回路と、
前記電力分配回路で電力分配した一方の高周波信号を受信信号として処理する制御回路と、
電池を備え、前記電池の起電圧と、前記電力分配回路で電力分配した他方の高周波信号を整流して変換した直流電源電圧と、の加算電圧を前記制御回路に対する電源電圧として出力する電源回路と、
を備え、
前記制御回路が、前記電池の起電圧では動作せず、前記加算電圧で動作することを特徴とするＲＦデバイス。
【請求項２】
前記高周波信号は、周波数変調信号、位相変調信号または振幅変調信号を時間軸上で断続的に発生させたディジタル変調信号である請求項１に記載のＲＦデバイス。
【請求項３】
前記電力分配回路はウィルキンソン型分配回路である請求項１または２に記載のＲＦデバイス。
【請求項４】
送信すべきデータを持つＲＦデバイスとリーダとの間で無線信号により非接触でデータ伝送を行うＲＦデータ伝送方法において、
前記リーダによって、周波数変調信号、位相変調信号または振幅変調信号を時間軸上で断続的に発生させた無線信号を送信させ、
前記ＲＦデバイスによって、前記無線信号の前記時間軸上で存在する区間で、当該無線信号を電力に変換させて直流電源電圧を発生させ、当該ＲＦデバイスの備える電池の起電圧と、前記無線信号からの変換による直流電源電圧との加算電圧を電源電圧として、前記無線信号を受信させるとともに前記データを送信する制御回路を起動させるようにし、前記制御回路を前記電池の起電圧では動作せず、前記加算電圧で動作するようにしたことを特徴とするＲＦデータ伝送方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、無線周波数信号の送受信により非接触でデータ伝送を行うＲＦデバイスおよびそれを用いたＲＦデータ伝送方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＲＦＩＤ（RadioFrequency Identification）において、質問器（リーダ，基地局等）と応答器（カード，荷札，ラベル，センサユニット等）との間で無線周波数信号を用いてデータ伝送が行われている。
【０００３】
従来の一般的なＲＦＩＤにおいて、無線タグ側の動作モードには、送信モード、受信モード、および起動信号（ウェクアップ信号）受信モードがある。無線タグは無線周波数信号を一定時間以上受信しない時に起動信号受信モードとなって起動信号を待ち、この起動信号を受信した後は一定時間だけ受信モードで待機する。この受信モードでリーダ等から何らかのコマンドがあれば、無線タグは送信モードとなって所定の応答信号を送信することになる。
【０００４】
また特に無線タグに電池を内蔵しない無線タグを用いるＲＦＩＤにおいては、無線タグはリーダ等から送信される搬送波を利用して整流回路にて直流電力として取り出し、内部回路の動作電源としている。（特許文献１参照）
ここで、特許文献１に示されている無線タグに内蔵される半導体チップの回路構成を、図１を基に説明する。
【０００５】
図１はタグ７に内蔵される半導体チップの回路ブロック図である。タグ受信アンテナコイル８はリーダより送出される第１および第２のリーダ搬送波を受信する。整流回路９は上記タグ受信アンテナコイルより得られる信号を整流し、タグに内蔵される不揮発性メモリを含む全ての回路部に直流電力を供給する。フィルタ１０はタグ受信アンテナコイル８より得られる信号から第２のリーダ搬送波を取り出すためのハイパスフィルタである。増幅・整形回路１１はフィルタ１０の出力信号を増幅・整形する。第１分周回路１２は増幅・整形回路１１の出力信号を受け、周波数を分周するものであり、第２のリーダ搬送波からタグ搬送波１７を作り出す。第２分周回路１３は上記第１分周回路の出力信号を受けメモリ読出クロック１６を作り出す。不揮発性メモリ１４はＥＰＲＯＭ，ＥＥＰＲＯＭなどで実現され、第２分周回路１３より得られるメモリ読出クロックによりあらかじめ記録されている識別符号が読み出される。変調回路１５は例えば排他的ＯＲ回路などで構成され、第１分周回路１２で作り出されたタグ搬送波１７を不揮発性メモリ読出信号で位相変調する。タグ送信アンテナコイル１８は変調回路１５の出力信号をリーダに伝送する。
【０００６】
このようにして周波数の異なる２つの搬送波を受信し、一方の搬送波を半導体回路の直流電源を作りだすために使用し、他方の搬送波を半導体不揮発性メモリの読み出しのために用いるように構成されている。
【特許文献１】特開平７−１５４３１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来のＲＦＩＤでは、そもそも一定時間内の信号待ち受け時に受信モードにして制御回路を起動させておく必要があるため電池の消耗が大きい。また、アンテナを含む起動信号の受信回路が必要になる。また、例えば自動車のキーレスエントリーシステムでは、起動信号用に１２５ｋＨｚのＬＦ帯信号が使用されているが、ＬＦ帯信号の受信アンテナはそれ自体が大きく、モジュールの小型化の弊害となっていた。
【０００８】
また、特許文献１の構成では、無線タグ内で送信アンテナと受信アンテナとの距離が近いと、自分が送信した信号を自分で受信してしまい、信号処理回路が飽和して正常に動作しないおそれがある。さらに、受信アンテナで送信を兼ねると、送信信号が電源回路側に流れてしまい、必要な送信電力が得られないという問題が生じる。
【０００９】
また、無線タグの電源に用いる無線信号と、無線タグ−リーダ間でのデータのやりとりを行う無線信号とに異なる２つの周波数を用いると、その２つの周波数信号を分離するためにフィルタが必要になり、無線タグが構造的に大きくなるとともにコストが嵩むという問題がある。
【００１０】
また、送信用のアンテナと受信用のアンテナのアンテナコイルがそれぞれ必要であり、その分、小型化を阻害する要因となる。
【００１１】
また、電池を内蔵しない無線タグを用いるＲＦＩＤ等の無線周波数信号の送受信によるデータ伝送システムでは、リーダは無線タグが所定距離に近接した時にその無線タグとの間でデータ伝送を行えるように電力供給用の搬送波を送信しているが、データ伝送を行わない待機時にも常に搬送波が送信されるので低消費電力化の点で問題となる。
【００１２】
上述の問題は狭義のＲＦＩＤに限らず、非接触により無線周波数信号でデータを送受信するＲＦデバイスおよびＲＦデータ伝送方法一般に生じるものである。
【００１３】
そこで、この発明の目的は、上述の問題を解消し、全体に小型化・低消費電力化が可能なＲＦデバイスおよびそれを用いたＲＦデータ伝送方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この発明のＲＦデバイスは、無線周波数信号（電波）の送受信により非接触でデータ伝送を行うものであって、高周波信号を受信するアンテナと、このアンテナにより受信した高周波信号を電力分配する電力分配回路と、この電力分配回路で電力分配した一方の高周波信号を受信信号として処理する制御回路と、電池を備え、前記電池の起電圧と、前記電力分配回路で電力分配した他方の高周波信号を整流して変換した直流電源電圧と、の加算電圧を前記制御回路に対する電源電圧として出力する電源回路と、を備え、前記制御回路が前記電池の起電圧では動作せず、前記加算電圧で動作することを特徴としている。
【００１５】
また、前記高周波信号は、例えば周波数変調（ＦＳＫ）信号、位相変調（ＰＳＫ、ＱＰＳＫ）信号または振幅変調（ＱＡＭ）信号を時間軸上で断続的に発生させたディジタル変調信号とする。
【００１６】
また、電力分配回路としては例えばウィルキンソン型分配回路とする。
【００１７】
また、例えば前記電源回路は電池を備え、前記高周波信号の整流により変換された直流電源電圧と前記電池の起電圧との加算電圧を前記制御回路に対する電源電圧として出力するものとし、前記制御回路は前記電池の起電圧では動作せず、前記加算電圧で動作するものとする。
【００１８】
この発明のＲＦデータ伝送方法は、送信すべきデータを持つＲＦデバイスとリーダとの間で無線信号により非接触でデータ伝送を行うものにおいて、前記リーダによって、周波数変調（ＦＳＫ）信号、位相変調（ＰＳＫ、ＱＰＳＫ）信号または振幅変調（ＱＡＭ）信号を時間軸上で断続的に発生させた無線信号を送信させ、前記ＲＦデバイスによって、前記無線信号の前記時間軸上で存在する区間で、当該無線信号を電力に変換させて直流電源電圧を発生させ、当該ＲＦデバイスの備える電池の起電圧と、前記無線信号からの変換による直流電源電圧との加算電圧を電源電圧として、前記無線信号を受信させるとともに前記データを送信する制御回路を起動させるようにし、前記制御回路を前記電池の起電圧では動作せず、前記加算電圧で動作するようにしたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１９】
（１）アンテナにより受信した高周波信号を電力分配し、その一方の高周波信号を受信信号として処理し、他方の高周波信号を整流して直流電源電圧に変換するので、アンテナには高周波用の小型アンテナのみを用いるだけでよく、小型且つ低コストのＲＦデバイスが構成できる。
【００２０】
（２）前記高周波信号をＦＳＫ等の周波数変調信号、ＰＳＫ，ＱＰＳＫ等の位相変調信号、またはＱＡＭ等の振幅変調信号を時間軸上で断続的に発生するディジタル変調信号とすることにより、これらの搬送波が存在している時にのみ前記受信信号としての処理を行うので、ＲＦデバイスに内蔵する電池で前記制御回路を動作させる場合に、全体に低消費電力化でき、電池寿命を延ばすことかできる。また、リーダ等の前記無線周波数信号を送信する側の装置についても、ＲＦデバイスに対して質問コマンドを送信する時にのみ無線周波数信号を送信することになるので低消費電力化が図れる。
【００２１】
（３）前記電力分配回路としてウィルキンソン型分配回路を用いることによって、受信信号として処理する制御回路から応答信号を返す場合（アクティブに送信する場合にもパッシブに送信する場合にも）、その送信信号が電源回路側へ回り込まない（戻らない）ので）、受信側と送信側を独立して動作させることができ、損失が無く必要な送信電力が得られる。また送受の切り替えを行うスイッチ回路が不要となる。
【００２２】
（４）また、電源回路に電池を備え、高周波信号の整流により変換された直流電源電圧と電池の起電圧との加算電圧を制御回路に対する電源電圧として出力するようにし、制御回路が電池の起電圧では動作せず、前記加算電圧で動作するように構成することによって、信号待ち受け時に受信モードにして制御回路を起動させておく必要が無く、電池を内蔵する場合に、その消費電力を抑えることができ、電池の長寿命化が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
《第１の実施形態》
第１の実施形態に係るＲＦデバイスについて図２〜図５を参照して説明する。
図２は第１の実施形態に係るＲＦデバイスの構成を示すブロック図である。図２においてＲＦデバイス１００とリーダ２００とによってＲＦデータ伝送システムを構成している。ＲＦデバイス１００においてアンテナ２１はリーダ２００のアンテナ３１との間で近接電磁界または放射電磁界で無線周波数信号の送受信を行う。信号送受信回路２２はアンテナ２１からの受信信号を電力分配回路２３へ出力し、また送信回路２８からの送信信号をアンテナ２１へ出力する。
【００２４】
電力分配回路２３は受信信号を２つの高周波信号として電力分配し、一方を起動回路２４へ出力し、他方を復調回路２６へ出力する。起動回路２４は電力分配回路２３から出力された高周波信号を整流して直流電圧を生成し、これを電源２５へ出力する。電源２５は例えば電池を含む回路であり、起動回路２４からの出力電圧と電池の起電圧との加算電圧を制御回路２９へ電源電圧として供給する。この起動回路２４の構成は後述する。
【００２５】
制御回路２９はＣ−ＭＯＳ半導体チップによる回路であり、上記電池の起電圧では動作せず停止したままである。すなわち、このとき電力消費は殆ど無い。起動回路２４からの出力電圧と電池の起電圧との加算電圧が制御回路２９の起動に要する電圧に達したとき、制御回路は動作を開始する。
【００２６】
復調回路２６は電力分配回路２３からの高周波信号を受信信号として入力し、ディジタルデータ列に変換する。受信回路２７はそのディジタルデータ列を入力し、所定の処理を行う。例えばリーダ２００からの所定の質問コマンドを解読し、それに応答するために送信回路２８を起動する。これにより送信回路２８は、予め設定されている識別符号等を送信する。
【００２７】
図３は上記起動回路２４の構成例を示す回路図である。この回路はいわゆる１段のコッククロフト・ウォルトン回路に電池を付加した回路である。このような構成によって、電力分配回路２３からの出力電圧と電池の起電圧との加算電圧が起動回路２４から出力される。
【００２８】
図４は図２の各部の波形図である。入力信号（ａ）は図２におけるアンテナ２１が受ける入力信号である。この例ではＦＳＫ信号であり、且つ搬送波の存在する区間と存在しない区間がある。搬送波が存在すると前記制御回路２９に印加される電源電圧が制御回路２９の動作に要する電圧を超える。したがって、（ｂ）に示すように搬送波が存在する期間だけ制御回路２９が動作する。
また、（ｃ）に示すように復調信号は上記ＦＳＫ信号を復調し、受信回路２７は（ｄ）に示すようなディジタルデータを読み取る。
【００２９】
なお、この例では説明上、１つのバースト内でのビット数を敢えて少なくして表している。
【００３０】
図５は特に送信タイミングと受信タイミングとについて示すタイミングチャートである。既に述べたとおり、（ａ）（ｂ）に示すように、リーダから送信される無線周波数信号の搬送波が存在する期間ｔ０−ｔ５の期間にＲＦデバイス１００の電源がオンする。
【００３１】
無線タグは電源起動直後、リーダからの質問コマンドの受信待ち状態となる。（ｃ）に示すようにＲＦデバイスの電源がオンした後、ｔ１−ｔ２の期間にリーダからの質問コマンドを受信する。質問コマンドを受信すれば、それに応じた処理を行い、（ｄ）に示すようにｔ３−ｔ４の期間に所定のデータを送信する。リーダはこのＲＦデバイスからのデータを受信すれば、一連の処理を終了してｔ５のタイミングで送信を終了する（搬送波を遮断する）。
【００３２】
この第１の実施形態によれば次のような効果を奏する。
アンテナにより受信した高周波信号を電力分配し、その一方の高周波信号を受信信号として処理し、他方の高周波信号を整流して直流電源電圧に変換するので、アンテナには高周波用の小型アンテナのみを用いるだけでよく、小型且つ低コストのＲＦデバイスが構成できる。
【００３３】
また、搬送波が存在している時にのみ受信信号としての処理を行うので、全体に低消費電力化でき、ＲＦデバイスに内蔵する電池の寿命を延ばすことかできる。また、リーダ等の前記無線周波数信号を送信する側の装置についても、ＲＦデバイスに対して質問コマンドを送信する時にのみ無線周波数信号を送信することになるので低消費電力化が図れる。
【００３４】
なお、図４に示した例では周波数変調（ＦＳＫ）によりデータの送受信を行うようにしたが、その他にＰＳＫ、ＱＰＳＫ等の位相変調やＱＡＭ等の振幅変調を利用してもよい。振幅変調を利用する場合、その振幅によって起動回路２４の出力電圧が変化するが、ＱＡＭ等においてデータ値が最も低い電圧レベルのときでも制御回路２９が起動するように回路や使用条件を定めておけばよい。
【００３５】
《第２の実施形態》
次に、第２の実施形態に係るＲＦデバイスについて図６を参照して説明する。
この第２の実施形態では、図２に示した信号送受信回路２２および電力分配回路２３に相当する部分を具体的に示している。また、制御回路の構成は第１の実施形態として示したものと異なる。
【００３６】
図６においてＲＦデバイス１０１内のアンテナ４１は、リーダ２００のアンテナ３１と近接電磁界結合するか、または放射電磁界の送受信を行う。フィルタ４２はこのＲＦデータ伝送システムで用いる周波数帯以外の周波数帯域を遮断して、妨害波やスプリアスの影響を抑制する。電力分配回路４３はインダクタＬ１，Ｌ２、抵抗Ｒ、コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ０によってウィルキンソン型分配回路を構成している。
【００３７】
整流回路・電圧増幅回路４４は電力分配回路４３で分配された一方の高周波信号を整流するとともに電圧増幅する。この整流回路・電圧増幅回路４４は、図２における起動回路２４に相当する回路であり、電源回路４５に含まれる電池の起電圧に、上記電圧増幅された電圧を加算した電圧が所定値を上回ったときに制御回路５０が起動するように電圧増幅する。
【００３８】
制御回路５０内の復調回路４６は電力分配回路４３で分配された他方の高周波信号を復調する。受信回路４７はその復調信号から、リーダ２００が送信した質問コマンドを解読し、送信回路４８を起動する。
【００３９】
制御回路５０にはセンサ４９を備えている。例えばこのＲＦデータ伝送システムをＴＰＭＳ（Tire Pressure Monitoring System：直接式タイヤ空気圧警報システム）に用いる場合に、センサ４９は自動車タイヤの空気圧、温度、角速度をそれぞれ検出する。送信回路４８は受信回路４７によって起動されるとセンサ４９の検出信号をディジタルデータに変換するとともに送信する。
【００４０】
この第２の実施形態によれば、電力分配回路４３としてウィルキンソン型分配回路を用いたことによって、送信信号が電力分配回路４３を介して整流回路・電圧増幅回路４４および電源回路４５側へ回り込まないので、受信側と送信側を独立して動作させることができ、損失が無く必要な送信電力が得られる。また、送受の切り替えを行うスイッチ回路が不要となる。
【００４１】
《第３の実施形態》
次に、第３の実施形態に係るＲＦデバイスについて図７を参照して説明する。
図７はこの第３の実施形態に係るＲＦデバイスの構成を示すブロック図である。図２に示したＲＦデバイスと異なるのは、ＲＦデバイス１０２側に電池を内蔵していないことである。すなわち電力変換回路３３は電力分配回路２３で分配された一方の高周波信号を整流・平滑することによって、制御回路２９に対する電源電圧を直接生成して与える。
【００４２】
この電力変換回路３３に例えばコンデンサによる充電回路を備える場合には、リーダ２００から送信される無線周波数信号の搬送波を電力として充電し、送信時にその電力を利用する。またコンデンサ等による充電回路を備えない場合には、リーダ２００からの無線周波数信号の無変調搬送波を受信しつつ、リーダ２００のアンテナ３１から見た負荷を変調するいわゆるミラーサブキャリア方式で送信する。すなわち送信回路２８はアンテナ２１の終端／開放の状態切替によって、アンテナ２１からの反射量や位相を変化させることによってデータ伝送を行う。
【００４３】
なお、以上に示した第１〜第３のいずれの実施形態においても、ＲＦデバイスがリーダに対してアクティブに送信する場合、リーダとＲＦデバイスとの間で同じ周波数帯域を用いて送受信するが、その周波数帯域内で送信信号の帯域と受信信号の帯域とを分けてデータ伝送を行うようにしてもよい。この場合には例えば図２・図７に示した信号送受信回路２２はデュプレクサで構成する。
【００４４】
また、同一の周波数帯域を用いてリーダとＲＦデバイス間で送受を行う場合には、信号送受信回路２２として送受切替スイッチを用い、送信と受信を時分割で行うようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】特許文献１に示されている半導体チップのブロック図である。
【図２】第１の実施形態に係るＲＦデバイスの構成を示すブロック図である。
【図３】図２中の起動回路の構成例を示すブロック図である。
【図４】無線周波数信号の変復調の関係を示す波形図である。
【図５】送受信タイミングの例を示すタイミングチャートである。
【図６】第２の実施形態に係るＲＦデバイスの構成を示すブロック図である。
【図７】第３の実施形態に係るＲＦデバイスの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４６】
２１，３１，４１−アンテナ
２９，５０−制御回路
３０−リーダ側送受信回路
４３−電力分配回路
１００〜１０２−ＲＦデバイス
２００−リーダ
【図１】
0004605076.tif 000002
【図２】
0004605076.tif 000003
【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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