(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
変調された搬送波を電力増幅部で増幅してアンテナ回路に供給し、前記アンテナ回路と電磁結合した非接触ＩＣカードへ電力及びデータを送信すると共に、前記非接触ＩＣカードからの受信信号を前記アンテナ回路で受信し、復調回路によりデータを復調するように構成された非接触ＩＣカード用リーダ／ライタ装置において、
前記アンテナ回路は巻線を備えると共に、前記電力増幅部の出力と、前記復調回路の入力にはそれぞれ巻線が接続され、
前記電力増幅部の出力に接続された巻線のもう一方の側と、前記復調回路の入力に接続された巻線のもう一方の側が、共通の抵抗を介して接地され、
前記アンテナ回路の巻線と、前記電力増幅部の出力に接続された巻線と、前記復調回路の入力に接続された巻線はマッチングトランスとして結合されることを特徴とする非接触ＩＣカード用リーダ／ライタ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非接触でリーダ／ライタ装置からＩＣカードへの電力伝送及びリーダ／ライタ装置とＩＣカードとの間のデータ伝送を行うリーダ／ライタ装置用アンテナ部とリーダ／ライタ装置の送信部及び受信部との結合において、送信から受信への廻り込みを軽減した非接触ＩＣカード用リーダ／ライタ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
非接触ＩＣカードシステムは、非接触ＩＣカードとリーダ／ライタ装置の双方にループアンテナを設けて構成される。例えば、リーダ／ライタ装置から電力あるいは電力とデータを非接触ＩＣカードへ伝送する場合、数十ｋＨｚ〜十数ＭＨｚ程度の交流信号をリーダ／ライタ装置のループアンテナに流して電磁波を励起し、これを近接してかざされた、または近傍に位置する非接触ＩＣカードのループアンテナで検出する。すなわち、非接触ＩＣカード及びリーダ／ライタ装置のループアンテナは電力及びデータを伝送するためのアンテナとして機能する。
【０００３】
図２は従来の非接触ＩＣカードシステムの非接触ＩＣカードとリーダ／ライタ装置の結合に関する部分を示すブロック図である。この非接触ＩＣカードシステムは、発振器３１、変調回路３２、電力増幅部３３、マッチング回路３４、ループアンテナ３５、復調回路３６を有するリーダ／ライタ装置３０と、ループアンテナ４１、コンデンサ４２、ダイオードブリッジ４３、変調回路４４を有する非接触ＩＣカード４０とで構成されている。
【０００４】
以下に、図２に示された非接触ＩＣカードシステムの動作について説明する。リーダ／ライタ装置３０から非接触ＩＣカード４０へのデータ伝送時の場合、リーダ／ライタ装置３０に設けられた発振器３１は、数十ｋＨｚ〜十数ＭＨｚの発振周波数ｆｃを持った搬送波を変調回路３２へ出力する。変調回路３２は、入力された搬送波をＤＡＴＡａにより変調する。電力増幅器３３は、変調された搬送波を必要な送信電力まで増幅し、ループアンテナ３５とのマッチング回路３４を介してループアンテナ３５から送信する。電力伝送のみの場合は、発振器３１からの搬送波を無変調のまま送信する。リーダ／ライタ装置３０から非接触ＩＣカード４０へのデータ伝送及び電力伝送は、ループアンテナ３５が生成する磁束と非接触ＩＣカード４０のループアンテナ４１が鎖交し、誘起電圧を励起することにより行われる。
【０００５】
非接触ＩＣカード４０では、ループアンテナ４１の誘起電圧をコンデンサ４２とダイオードブリッジ４３で整流して非接触ＩＣカード４０内の各回路の電源として用いる。また、非接触ＩＣカード４０の出力を用いてリーダ／ライタ装置３０からの受信データを復調できる。コンデンサ４２は、ループアンテナ４１とコンデンサ４２からなる並列共振アンテナで、リーダ／ライタ装置３０からのデータ伝送及び電力伝送の伝送効率向上のために設けられている。
【０００６】
次に、非接触ＩＣカード４０からリーダ／ライタ装置３０へのデータ伝送について説明する。リーダ／ライタ装置３０は、無変調の搬送波を送信し、非接触ＩＣカード４０へ電力供給のみを行っている。非接触ＩＣカード４０では、送信するＤＡＴＡｂを変調回路４４へ入力し、変調回路４４のインピーダンスを変化させる。これによりループアンテナ４１のインピーダンスが変化し、リーダ／ライタ装置３０側の送信搬送波を変動させる。リーダ／ライタ装置３０の点Ａにおける電圧／電流は、非接触ＩＣカード４０の送信データであるＤＡＴＡｂに応じて変化する。これらはロードスイッチ変調（負荷変調）と言われているものである。復調回路３６は、点Ａにおける電圧／電流の変化を復調し、非接触ＩＣカード４０からの受信データであるＤＡＴＡｂを取り出す。
【０００７】
図３は、図２の電力増幅部、復調回路の周辺を詳細に示すブロック図である。図３において、図２と同一符号は図２に示された対象と同一または相当物を示しており、ここでの説明を省略する。抵抗器３７はループアンテナ３５の接地側に接続され、インピーダンス４５は、図２におけるダイオードブリッジ４３と変調回路４４等をまとめて一つの負荷とみなしたものである。前述のように非接触ＩＣカード４０からデータを送信するときは、送信データのＤＡＴＡｂによりインピーダンス４５が変化する。インピーダンス４５の変化により、リーダ／ライタ装置３０のマッチング回路３４の出力電流Ｉが変化する。出力電流Ｉは抵抗器３７に流れ、そこで生じる電圧Ｖｓは復調回路３６へ入力される。復調回路３６は、この電圧Ｖｓの電圧変化を検出して非接触ＩＣカード４０からの受信データであるＤＡＴＡｂを復調する。
【０００８】
特開平１０−２８３４３８号公報には、リーダ／ライタ装置側のループアンテナと並列または直列にコンデンサを接続して、搬送波周波数またはその近傍で共振するようにして、非接触ＩＣカードへの電力伝送効率を改善した装置が提供されている。
【０００９】
図４は、並列共振によって電力伝送効率を向上させた場合の電力増幅部、復調回路の周辺を詳細に示すブロック図である。図４において、図３と同一符号は図３に示された対象と同一または相当物を示しており、ここでの説明を省略する。さらに、マッチング回路３４と復調回路３６を抵抗３８で接続し、コンデンサ３９をループアンテナ３５と並列に接続する。
【００１０】
図５は、直列共振によって電力伝送効率を向上させた場合の電力増幅部、復調回路の周辺を詳細に示すブロック図である。図５において、図３と同一符号は図３に示された対象と同一または相当物を示しており、ここでの説明を省略する。さらに、マッチング回路３４とループアンテナ３５の間にコンデンサ３９’を挿入する。
【００１１】
図６は、特開平１１−２０３４２４号公報に示されている電力増幅部、復調回路の周辺を詳細に示すブロック図である。リーダ／ライタ装置側のループアンテナ３５とコンデンサ３９を並列に接続して、ループアンテナ３５とコンデンサ３９をアンテナ回路２とする。また、電力増幅部３３の出力を巻線１１に接続し、巻線１１のもう一方の側を接地Ｇ１へ接続し、アンテナ回路２へ巻線１２を接続し、復調回路３６の入力部分へ巻線１３を接続し、巻線１３のもう一方の側を接地Ｇ２へ接続し、巻線１１、巻線１２、巻線１３をマッチングトランス１とする。
【００１２】
図７は、特開平１１−２０３４２４号公報に示されている電力増幅部、復調回路の周辺を詳細に示すブロック図である。図７において、図６と同一符号は図６に示された対象と同一または相当物を示しており、ここでの説明を省略する。さらに、コンデンサ３は巻線１３と並列に接続されている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術において、電力増幅部３３と復調回路３６は接続されているか、トランスにより結合されているため、送信の搬送波のスプリアス成分が復調回路３６に廻り込むことになる。このスプリアス成分は微妙であるが抵抗器に電圧を誘起する。搬送波に比べ８０〜１００ｄＢ程度低いスプリアス成分であっても非接触ＩＣカードの負荷変調波を復調するとき、妨害波（干渉波）となることがある。特に、リーダ／ライタ装置と非接触ＩＣカードの間の距離が離れている場合は、電圧Ｖｓの変化が少ないためスプリアス成分の影響が大きくなる。
【００１４】
本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、リーダ／ライタ装置内において、電力増幅部からの搬送波とスプリアス成分が復調回路へ廻り込むことを軽減し、非接触ＩＣカードからの負荷変調波を、リーダ／ライタ装置と非接触ＩＣカードの距離が離れている場合等、負荷変調波の信号成分が弱いときでも安定した復調ができる非接触ＩＣカード用リーダ／ライタ装置を提供することを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明に係る非接触ＩＣカード用リーダ／ライタ装置は、変調された搬送波をアンテナ回路に供給し、前記アンテナ回路と電磁結合した非接触ＩＣカードへ電力及びデータを送信すると共に、前記非接触ＩＣカードからの受信信号を前記アンテナ回路で受信し、復調回路によりデータを復調するように構成された非接触ＩＣカード用リーダ／ライタ装置において、前記アンテナ回路と、前記復調回路の間をトランスと抵抗で結合したことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る非接触ＩＣカード用リーダ／ライタ装置において、前記復調回路に接続されるトランスにコンデンサを並列に接続し、前記トランスと前記コンデンサからなる並列共振回路の共振周波数が、前記受信信号の周波数帯域内となるように前記コンデンサの容量を設定したことを特徴とする。
【００１７】
以上のような非接触ＩＣカード用リーダ／ライタ装置によれば、リーダ／ライタ装置内において電力増幅部からの搬送波とスプリアス成分が復調回路へ廻り込むことを軽減し、安定した復調ができる非接触ＩＣカード用リーダ／ライタ装置を提供することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
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。
実施の形態１．
図１は実施の形態１に係る非接触ＩＣカード用リーダ／ライタ装置の電力増幅部、復調回路の周辺を詳細に示すブロック図である。図１において図６と同一符合は図６に示された対象と同一または相当物を示しており、ここでの説明を省略する。本実施の形態では、抵抗４の片側を巻線１１と巻線１３に接続し、抵抗４のもう一方の側を接地Ｇ１に接続する。
【００１９】
ここで、巻線１１の巻数をｎ１、巻線１２の巻数をｎ２、巻線１３の巻数をｎ３、電力増幅部３３から見た巻線１１のインピーダンスをＺ１、アンテナ回路２から見た巻線１２のインピーダンスをＺ２、復調回路３６から見た巻線１３のインピーダンスをＺ３、搬送波電流をｉｔとする。巻線１１に流れ込む電流をｉｔとすると、電力増幅部３３の出力電圧と電流の関係は以下のようになる。
【００２０】
Ｖ＝ｉｔ×Ｚ１＋ｉｔ×Ｒ＝Ｖ１＋Ｖ２（式１）
【００２１】
ここで、電圧Ｖ１はトランス１１にかかる電圧であり、電圧Ｖ２は抵抗４にかかる電圧である。このとき、トランス１３にかかる電圧Ｖ３は、巻線に比例した電圧が誘起され、以下のようになる。
【００２２】
Ｖ３＝（ｎ３／ｎ１）×Ｖ１（式２）
【００２３】
従って、復調回路３６の入力電圧は、電圧Ｖ３に電圧Ｖ２が加わった値となる。ここで、電圧Ｖ２と電圧Ｖ３は、図１より明らかなように、巻線１１と巻線１３を同相に巻いてあるので電圧の向きが逆である。従って、復調回路３６の入力電圧ＶＤは式１と式２より以下のようになる。なお、図中３箇所に設けられている「・」は、巻線の巻き始めを示している。
【００２４】
ＶＤ＝Ｖ２−Ｖ３＝(ｉｔ・Ｒ)−（（ｎ３／ｎ１）・Ｖ１）
＝ｉｔ・Ｒ−（ｎ３／ｎ１）・ｉｔ・Ｚ１
＝ｉｔ（Ｒ―（ｎ３／ｎ１）・Ｚ１）
ここで、ｎ１，ｎ２，ｎ３は各巻線の数（巻数）
Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３は各巻線のインピーダンス
Ｖ1，Ｖ2，Ｖ3は各巻線に印加される電圧
ｉｔは搬送波電流
である。
【００２５】
上記の式より明らかなように、Ｒ＝（ｎ３／ｎ１）×Ｚ１の関係にあるＲをマッチングトランス１に付けることにより、電力増幅部３３からの搬送波のスプリアス成分を復調回路３６に廻り込ませないようにすることが可能である。
【００２６】
【発明の効果】
以上に詳述したように本発明に係る非接触ＩＣカード用リーダ／ライタ装置によれば、非接触ＩＣカードから送信されたデータの復調に際し、自らの送信波及びそのスプリアス成分により妨害されることなく復調することができ、データの信頼性をより高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態１を示すブロック図である。
【図２】従来の非接触ＩＣカードシステムの構成例を示すブロック図である。
【図３】従来の非接触ＩＣカードシステムにおける復調回路の周辺を示すブロック図である。
【図４】特開平１０−２８３４３８号公報における並列共振を用いた復調回路の周辺を示すブロック図である。
【図５】特開平１０−２８３４３８号公報における直列共振を用いた復調回路の周辺を示すブロック図である。
【図６】特開平１１−２０３４２４号公報における復調回路の周辺を示す回路図である。
【図７】特開平１１−２０３４２４号公報における並列共振を用いた復調回路の周辺を示した回路図である。
【符号の説明】
１  マッチングトランス、２  アンテナ回路、４  抵抗、１１，１２，１３  巻線、３３  電力増幅部、３５  ループアンテナ、３６  復調回路、３９  コンデンサ。
【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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