(57)【要約】【課題】  ２つのキャリア周波数を自動認識して切替使用できること及び複数のキャリア周波数に互換性がある、ＲＦＩＤ通信における２周波通信方式を得る。【解決手段】  ＲＦＩＤチップのフロントエンド部において、９５０ＭＨｚ対応のアンテナ・同調回路と１３．５６ＭＨｚ対応のアンテナ・同調回路の２周波対応のアンテナ・同調回路を２組接続し、９５０ＭＨｚ対応のアンテナ・同調回路の後段にはエンベロープ検出と電力供給のための検波・整流回路と電圧検出回路及び１３．５６ＭＨｚ近傍まで分周するための分周回路を設け、１３．５６ＭＨｚ対応のアンテナ・同調回路の後段にはエンベロープ検出と電力供給のための検波・整流回路と電圧検出回路を設ける。更に、システムクロックを生成するためのクロック生成回路と各アンテナ・同調回路を負荷変調させるための変調回路及びスイッチング素子等を設けて構成する。【選択図】        図１
2005151257.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＲＦＩＤチップ（２１）のフロントエンド部において、９５０ＭＨｚ対応のアンテナ・同調回路（１）と１３．５６ＭＨｚ対応のアンテナ・同調回路（５）の２周波対応のアンテナ・同調回路を２組接続し、９５０ＭＨｚ対応のアンテナ・同調回路（１）の後段には変調波のエンベロープ検出とＲＦＩＤチップ駆動用の電力生成のための検波・整流回路（２）とパワーオン電圧を検出するための電圧検出回路（４）と９５０ＭＨｚを１３．５６ＭＨｚ近傍まで分周するための分周回路（３）を設け、１３．５６ＭＨｚ対応のアンテナ・同調回路（５）の後段には変調波のエンベロープ検出とＲＦＩＤチップ駆動用の電力生成のための検波・整流回路（６）とパワーオン電圧を検出するための電圧検出回路（７）を設け、
更に、該ＲＦＩＤチップ（２１）のシステムクロックを発生させるためのクロック生成回路（１４）と各アンテナ・同調回路（１，５）を負荷変調させるための変調回路（８）及びスイッチング素子（１０，１２）等を設けて構成することを特徴とした、ＲＦＩＤ通信における２周波通信方式。
【請求項２】
質問器（１６）側のオシレータ（１７）を９５０ＭＨｚと１３．５６ＭＨｚの２周波対応とし、使用条件及び環境条件により２周波のうち１周波のみを選択使用したり、セキュリティーを重視したアプリケーションにおいては２周波それぞれのデータ伝送を自動認識して切替使用することによりデータの信頼性を向上させることができることを特徴とした、請求項１に記載のＲＦＩＤ通信における２周波通信方式。
【請求項３】
応答器（２０）からのデータ伝送を、パルスギャップ信号と、複数のキャリア周波数に対応できるよう互換性を有する論理回路とから構成した非同期通信方式とすることにより、リモート操作により任意のキャリア周波数をシステムで使用することができることを特徴とした、請求項１及び請求項２に記載のＲＦＩＤ通信における２周波通信方式。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触ＩＣカードや無線ＩＤタグシステムにおいて質問器と称されるリーダ及び応答器と称されるトランスポンダ間のデータ伝送を行うＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）通信において、２つのキャリア周波数を自動認識して切替使用することができる、ＲＦＩＤ通信における２周波通信方式に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、個体のＩＤ識別による自動認識は、多くのサービス業、製造業、流通業、販売業及び物流などの分野で広範囲に普及している。該ＩＤ識別の手段として、個体に貼付したバーコードラベルの内容をバーコードリーダで読み取り、情報処理を行うバーコードシステムが一般的であった。該バーコードシステムは安価に構築できるものの、情報の記憶容量が低いこと及び情報の書き換えができないという欠点があった。このため、情報の記憶媒体としてシリコンチップによるメモリを備えたＩＣカードが例えば公衆電話用ＩＣカード、クレジットカード、給油カードなど各分野で利用されている。
【０００３】
上記ＩＣカードは、質問器とデータ伝送を行う際に信号端子同士の機械的接触が必要であるため実用性に劣るという欠点があった。このため、データ伝送を磁界又は電磁界の誘導結合によるＲＦＩＤ通信とした非接触方式が注目され、普及しつつある。該非接触方式には通信距離が数ｍｍ程度の密着型（国際標準は、ＩＳＯ／ＩＥＣ１０５３６）と、数ｃｍ〜１０ｃｍ程度の近接型（国際標準は、ＩＳＯ／ＩＥＣ１４４４３）と、５０ｃｍ〜１ｍ程度の近傍型（国際標準は、ＩＳＯ／ＩＥＣ１５６９３）がある。また、キャリア周波数は密着型で４．９１５ＭＨｚ、近接型及び近傍型で１３．５６ＭＨｚ等が一般的に使用されている。なお、通信距離は目安であり標準書では規定されておらず、磁界強度で規定されている。
【０００４】
上記ＲＦＩＤ通信において、通信距離を必要とするアプリケーションの場合には近傍型を使用することになる。１３．５６ＭＨｚのキャリア周波数を使用した近傍型ＲＦＩＤ通信の理論的限界距離は３．５ｍであるが、応答器が認識可能な質問器からの磁界強度は近傍界では距離の３乗に反比例するため、実際の通信距離は理論値には及ばない。また、遠方型として米国の流通分野における無線ＩＤタグシステムではキャリア周波数として９１５ＭＨｚが広く普及しており、通信距離も５ｍ以上のものが実用化されている。日本においても米国の流通分野における普及と歩調を合わせるため、２００４年を目途に８６０ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚ帯のキャリア周波数の使用が認可される方向で法制化が進んでおり、９５０ＭＨｚが有望視されている。
【０００５】
また、米国において９１５ＭＨｚと２．４５ＧＨｚのキャリア周波数の２周波に対応することができるＲＦＩＤチップが使用され始めている。これは、９１５ＭＨｚと２．４５ＧＨｚの各キャリア周波数を使用したアプリケーションに対し１つのＲＦＩＤチップで対応させるためである。
【非特許文献１】ＲＦＩＤハンドブック，Klaus Finkenzeller著、ソフト工学研究所訳、日刊工業新聞社発行
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記９１５ＭＨｚのキャリア周波数を使用した遠方型のＲＦＩＤ通信では通信距離が５ｍ以上あり、２．４５ＧＨｚでも同程度の通信距離があるため、通信距離を必要とするアプリケーションにとっては有用である。しかし、キャリア周波数が高くなるに伴い電磁界の直進性は良くなるものの、個体の材質や大きさにより電磁界の反射又は吸収が顕著になり、対象物によっては利用することができないといった問題点があった。また、普及が見込まれる９５０ＭＨｚは今後認可される予定のものであり、現在近傍型で使用されている１３．５６ＭＨｚ対応のシステムも継続使用されるため、２周波に対応したＲＦＩＤ通信が可能な応答器が必要とされる。更には、使用条件や環境条件により２周波のうち１周波のみを選択使用したり２周波を自動認識して切替使用することにより、データの信頼性を向上させたり通信距離や伝送特性の異なるアプリケーションに対応させることが可能となる。
【０００７】
本発明は以上のような問題点及び必要性を解決するために成されたものであり、非接触ＩＣカードや無線ＩＤタグシステムにおいて質問器及び応答器間のＲＦＩＤ通信のキャリア周波数として９５０ＭＨｚと１３．５６ＭＨｚの２周波に対応させることができる、ＲＦＩＤ通信における２周波通信方式を提供することを目的とする。なお、９５０ＭＨｚは今後認可されるキャリア周波数として有望であるため本明細書中において主として記載しているが、法制化の内容により８６０ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚ帯の周波数範囲を包含するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明のＲＦＩＤ通信における２周波通信方式においては、ＲＦＩＤチップのフロントエンド部において、９５０ＭＨｚ対応のアンテナ・同調回路と１３．５６ＭＨｚ対応のアンテナ・同調回路の２周波対応のアンテナ・同調回路を２組接続し、９５０ＭＨｚ対応のアンテナ・同調回路の後段には変調波のエンベロープ検出とＲＦＩＤチップ駆動用の電力供給のための検波・整流回路とパワーオン電圧を検出するための電圧検出回路と９５０ＭＨｚを１３．５６ＭＨｚ近傍まで分周するための分周回路を設け、１３．５６ＭＨｚ対応のアンテナ・同調回路の後段には変調波のエンベロープ検出とＲＦＩＤチップ駆動用の電力供給のための検波・整流回路とパワーオン電圧を検出するための電圧検出回路を設ける。更に、該ＲＦＩＤチップのシステムクロックを生成するためのクロック生成回路と各アンテナ・同調回路を負荷変調させるための変調回路及びスイッチング素子等を設けて構成する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のＲＦＩＤ通信における２周波通信方式を、ＲＦＩＤチップのフロントエンド部として採用すれば、非接触ＩＣカードや無線ＩＤタグシステムにおいて質問器及び応答器間のＲＦＩＤ通信のキャリア周波数が９５０ＭＨｚと１３．５６ＭＨｚの２周波に対応することができ、各キャリア周波数の長所即ち９５０ＭＨｚの直進性及び通信距離と１３．５６ＭＨｚの透過性等を利用し、使用条件及び環境条件により２周波のうち１周波のみを選択使用したり、セキュリティーを重視したアプリケーションにおいては２周波それぞれのデータ伝送を自動認識して切替使用することによりデータの信頼性を向上させることができるという効果を奏する。また、通信距離や伝送特性の違いを生かしたアプリケーションに対応させることが可能になるという効果も奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明を実施するための最良の形態を図を用いて説明する。図１は本発明のＲＦＩＤ通信における２周波通信方式を実現するための回路ブロック図である。
【００１１】
ＲＦＩＤチップのフロントエンド部において、９５０ＭＨｚ対応のアンテナ・同調回路１と、１３．５６ＭＨｚ対応のアンテナ・同調回路５の２周波対応のアンテナ・同調回路を２組接続する。該アンテナは、使用するキャリア周波数により形状や大きさが異なり、更にループアンテナの場合には巻数も異なるため、ＲＦＩＤチップの外部にて接続するのが好適である。
【００１２】
また、９５０ＭＨｚ対応のアンテナ・同調回路１の後段には変調波のエンベロープ検出とＲＦＩＤチップ駆動用の電力供給のための検波・整流回路２とパワーオン電圧を検出するための電圧検出回路４と９５０ＭＨｚを１３．５６ＭＨｚ近傍まで分周するための分周回路３を設け、１３．５６ＭＨｚ対応のアンテナ・同調回路５の後段には変調波のエンベロープ検出とＲＦＩＤチップ駆動用の電力供給のための検波・整流回路６とパワーオン電圧を検出するための電圧検出回路７を設ける。前記検波・整流回路２，６は、キャリア周波数の交流電圧を順電圧降下の低いショッ時バリアダイオード等による単波又は全波又は倍電圧整流回路と平滑コンデンサ等で構成される。また、電圧検出回路４，７は、動作電圧が供給されたＲＦＩＤチップにリセット信号を入力するため、分圧回路とコンパレータ等で構成される。
【００１３】
更に、該ＲＦＩＤチップのシステムクロックを生成するためのクロック生成回路１４と各アンテナ・同調回路１，５を負荷変調させるための変調回路８及びスイッチング素子１０，１２等を設けて構成する。該変調回路８は、特に限定するものではないが、本願出願人による特願２００３−３８４６０４に記述されているパルスギャップ信号による非同期通信方式によれば、任意のキャリア周波数のシステムでも使用できるため、より好適である。また、スイッチング素子１０，１２は、ＦＥＴが好適である。
【実施例１】
【００１４】
本発明の実施例を図を用いて説明する。まず、図２はＲＦＩＤ通信における通信原理を説明するための構成ブロック図であり、非接触ＩＣカードや無線ＩＤタグシステムにおいて質問器及び応答器間のデータ伝送を行うＲＦＩＤ通信の原理を説明する。
【００１５】
非接触ＩＣカードや無線ＩＤタグシステムにおける質問器１６と応答器２０は、マイクロ波より低い周波数では誘導結合によるデータ伝送が行われている。ここで、応答器２０は受動素子として質問器１６から電力供給を受け、ＲＦＩＤチップ２１を動作させている。該図において、質問器１６に接続されたアンテナ１９から出力された磁界又は電磁界２４が応答器２０に接続されたアンテナ２３のループを突き抜けると、相互誘導によりアンテナ２３に起電力が発生する。この時、質問器１６のアンテナ１９には同調キャパシタ１８が並列接続され、オシレータ１７から出力されるキャリア周波数と一致する共振周波数の共振回路を構成している。また、応答器２０のアンテナ２３には同調キャパシタ２２が並列接続され、質問器１６から出力されたキャリア周波数に共振するように調整された共振回路を構成し、該条件の下で最大効率のＲＦＩＤ通信及び電力供給が行われる。即ち質問器１６と応答器２０による誘導結合は、空間を介したトランスを構成すると考えられる。
【００１６】
次に、図１は本発明のＲＦＩＤ通信における２周波通信方式を実現するための回路ブロック図であり、９５０ＭＨｚのキャリア周波数によるＲＦＩＤ通信と、１３．５６ＭＨｚのキャリア周波数によるＲＦＩＤ通信の２周波による通信方式を説明する。
【００１７】
図２におけるアンテナ２３と同調キャパシタ２２と同様に、ＲＦＩＤチップ２１のフロントエンド部において、９５０ＭＨｚ対応のアンテナ・同調回路１と、１３．５６ＭＨｚ対応のアンテナ・同調回路５の２組のアンテナ・同調回路を接続する。該アンテナは、使用するキャリア周波数により形状や大きさが異なり、更にループアンテナの場合には巻数も異なる。ループアンテナの場合には銅箔やアルミ箔による印刷パターンにより構成することが多いため、ＲＦＩＤチップ２１の外部にて接続するのが一般的である。
【００１８】
次に、９５０ＭＨｚ対応のアンテナ・同調回路１の後段には変調波のエンベロープ検出とＲＦＩＤチップ駆動用の電力供給のための検波・整流回路２とパワーオン電圧を検出するための電圧検出回路４と９５０ＭＨｚを１３．５６ＭＨｚ近傍まで分周するための分周回路３を設け、１３．５６ＭＨｚ対応のアンテナ・同調回路５の後段には変調波のエンベロープ検出とＲＦＩＤチップ駆動用の電力供給のための検波・整流回路６とパワーオン電圧を検出するための電圧検出回路７を設ける。前記分周回路３は、キャリア周波数を９５０ＭＨｚとした場合に１／７０分周することで１３．５７ＭＨｚとなり（９１５ＭＨｚの場合には１／６８分周することで１３．４６ＭＨｚ）、もう一方のキャリア周波数である１３．５６ＭＨｚとほぼ同等となり、ＲＦＩＤチップ内の各回路ブロックを共用することができる。また、前記検波・整流回路２，６は、キャリア周波数の交流電圧を順電圧降下の低いショッ時バリアダイオード等による単波又は全波又は倍電圧整流回路と平滑コンデンサ等で構成される。ＲＦＩＤチップ内に電気的に書き換え可能なメモリが内蔵されている場合、更に高電圧を発生させるための昇圧回路（図示せず）が内蔵される。また、電圧検出回路４，７は、動作電圧が供給されたＲＦＩＤチップにリセット信号を入力するため、分圧回路とコンパレータ等で構成される。ＲＦＩＤチップの電源は誘導起電力によるものであり不安定であるため、動作電圧とリセット電圧の関係は重要となる。図１では２周波に対応するため、ゲート１５を介してリセット信号が後段のロジック回路に出力される。
【００１９】
次に、該ＲＦＩＤチップのシステムクロックを生成するためのクロック生成回路１４と各アンテナ・同調回路１，５を負荷変調させるための変調回路８及びスイッチング素子１０，１２等を設けて構成する。図１では２周波に対応するため、９５０ＭＨｚを１／７０分周した周波数と１３．５６ＭＨｚをゲート１３を介してクロック生成回路１４に入力し、１／１９２分周することによりシステムクロックとしている。また、変調回路８は、サブキャリアを伴うＡＳＫ変調とすると共に２周波に対応するため、９５０ＭＨｚを１／７０分周した周波数を更に１／３２分周した周波数と変調回路８の出力をゲート９を介してスイッチング素子１０に入力して９５０ＭＨｚ対応のアンテナ・同調回路１の負荷変調を行い、１３．５６ＭＨｚを１／３２分周した周波数と変調回路８の出力をゲート１１を介してスイッチング素子１２に入力して１３．５６ＭＨｚ対応のアンテナ・同調回路５の負荷変調を行う。以上に述べた構成により、ＲＦＩＤ通信における２周波通信が可能となる。
【００２０】
２周波の利用形態として、質問器１６側のオシレータ１７を９５０ＭＨｚと１３．５６ＭＨｚの２周波対応とし、使用条件及び環境条件により２周波のうち１周波のみを選択使用したり、セキュリティーを重視したアプリケーションにおいては９５０ＭＨｚと１３．５６ＭＨｚの２周波それぞれのデータ伝送を自動認識して切替使用し、異なる周波数でデータ伝送することによりデータの信頼性を向上させるようにしても良い。また、９５０ＭＨｚの直進性及び通信距離と１３．５６ＭＨｚの透過性等を生かしたアプリケーションに応用すれば、利用範囲が広がることになる。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
以上の説明においては、９５０ＭＨｚと１３．５６ＭＨｚの２周波についての説明を行ったが、ＲＦＩＤ通信で使用する他の周波数例えば１２５ＫＨｚと１３．５６ＭＨｚとの２周波の組合わせなど任意に行って構わない。なお、本願出願人による特願２００３−３８４６０４に記述されているパルスギャップ信号による非同期通信方式対応とすれば、応答器（２０）からのデータ伝送を、パルスギャップ信号と、複数のキャリア周波数に対応できるよう互換性を有する論理回路とから構成した非同期通信方式とすることにより、リモート操作により任意のキャリア周波数をシステムで使用することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明のＲＦＩＤ通信における２周波通信方式を実現するための回路ブロック図である。
【図２】ＲＦＩＤ通信における通信原理を説明するための構成ブロック図である。
【符号の説明】
【００２３】
１  アンテナ・同調回路
２  検波・整流回路
３  分周回路
４  電圧検出回路
５  アンテナ・同調回路
６  検波・整流回路
７  電圧検出回路
８  変調回路
９  ゲート
１０  スイッチング素子
１１  ゲート
１２  スイッチング素子
１３  ゲート
１４  クロック生成回路
１５  ゲート
１６  質問器
１７  オシレータ
１８  同調キャパシタ
１９  アンテナ
２０  応答器
２１  ＲＦＩＤチップ
２２  同調キャパシタ
２３  アンテナ
２４  磁界又は電磁界
【図１】
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【図２】
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