(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導アンテナ(61)を具備する無線周波数通信デバイスであって、
前記無線周波数通信デバイスは、トランスポンダ交信回路を具備し、
前記トランスポンダ交信回路は、
アンテナ端子の信号に応じて変調されていない参照信号の生成の可能な前記アンテナ端子の信号の処理(621, 622, 623, 624; 637, 638)手段と、
前記変調されていない参照信号を変調可能な変調手段(625, 626, 627; 626, 635, 636; 640, 639, 641)と、
前記アンテナ端子に、前記変調されていない参照信号又は変調された信号をインポーズ可能なアプリケーション手段(621; 642)と、
を具備し、
前記アンテナ(61)は、アンテナの大きさにおいて実質的に均一な変調された磁場を生成する送信器と弱結合を確立可能であるとともにデバイスの近傍に配置されたトランスポンダと強誘導結合を確立可能であることを特徴とする無線周波数通信デバイス。
【請求項２】
相関復調器(632)をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の無線周波数通信デバイス。
【請求項３】
前記アンテナは、
第１巻線と、
第２巻線と、
を具備し(613, 615; 713; 715)、
それぞれ直列に接続されるとともに、反対方向に巻かれていることを特徴とする請求項１または２に記載の無線周波数通信デバイス。
【請求項４】
第２巻線(615; 715)の表面積は、第１巻線(613; 713)の表面積と実質的に等しいことを特徴とする請求項３に記載の無線周波数通信デバイス。
【請求項５】
前記第２巻線は、複数のループからなり、
それぞれの前記表面積は、第１巻線の表面積の約数であることを特徴とする請求項４に記載の無線周波数通信デバイス。
【請求項６】
第１巻線(613)は、ネストされている第２巻線(615)の内側の表面積を定めることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の無線周波数通信デバイス。
【請求項７】
サンプリングおよび処理手段(621, 622, 623, 624)は、アンテナ端子の信号の整流及び平均化手段(621, 622, 623)を具備することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の無線周波数通信デバイス。
【請求項８】
前記整流及び平均化手段(621, 622, 623)は、
アンテナ(61; 71)の端子に接続されている整流器(621)と、
前記整流器(621)の出力に接続されている包絡線検出器(622)と、
前記包絡線検出器(622)の出力に接続されている平均化回路(623)と、
を具備することを特徴とする請求項７に記載の無線周波数通信デバイス。
【請求項９】
前記サンプリングおよび処理手段(621, 622, 623, 624)は、
１より小さい第１所定ゲインと乗算する第１乗算器(624)を具備し、
前記第１乗算器は、前記整流および平均化手段の出力と接続されていることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の無線周波数通信デバイス。
【請求項１０】
変調手段(625, 626, 627)は、
第２所定ゲインと乗算する第２乗算器(625)と、前記サンプリングおよび処理手段(621, 622, 623, 624)の出力と接続されており、
前記サンプリングおよび処理手段(621, 622, 623, 624)とアンテナ(61)との間に設置されている第１制御可能スイッチ(626)と、
前記第２乗算器(625)と前記アンテナ(61)との間に設置されている第２制御可能スイッチ(627)と、
を具備することを特徴とする請求項７から請求項９のいずれか１項に記載の無線周波数通信デバイス。
【請求項１１】
前記変調手段(626, 635, 636)は、
前記サンプリングおよび処理手段(621, 622, 623, 624)とアンテナ(61)との間に設置されている第１制御可能スイッチ(626)と、
第２制御可能スイッチ(636)により前記アンテナ(61)と並列に接続可能なキャパシタ(635)と、
を具備することを特徴とする請求項７から請求項９のいずれか１項に記載の無線周波数通信デバイス。
【請求項１２】
前記処理手段(637, 638)は、
アンテナ端子の信号のギャップを充填する信号を生成可能な充填手段(637, 638)を具備することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の無線周波数通信デバイス。
【請求項１３】
前記充填手段は、
アンテナ(61; 71)に接続された発振器(637)と、
可変ゲインと乗算する第１乗算器(638)と、
乗算器のゲインを制御する回路と、
を具備し、
前記発振器は、アンテナで受信されるキャリアと実質的に等しい周波数の正弦波信号を生成可能であり、後者と同期され、
前記第１乗算器は、前記発振器(637)の出力と接続されており、
前記乗算器のゲインを制御する回路は、アンテナ端子でサンプルされた信号間にギャップがある場合に、このゲインをゼロでない値に調整可能であることを特徴とする請求項１２に記載の無線周波数通信デバイス。
【請求項１４】
前記ゲインを制御する回路は、
アンテナ(61; 71)に接続されている整流器(645)と、
前記整流器(645)の出力に接続されている包絡線検出器(646)と、
前記整流器(645)の出力および減算器(648)に接続されている平均化回路(647)と、
を具備し、
前記検出器(646)の出力は、前記減算器(648)の非逆相端子に接続され、
平均化回路(647)の出力は、前記減算器(648)の逆相端子に接続され、
前記減算器(648)の出力は、乗算器(638)のゲインを制御するために乗算器(638)に接続されていることを特徴とする請求項１３に記載の無線周波数通信デバイス。
【請求項１５】
前記変調手段は、ギャップ充填信号を変調することが可能であり、
前記アプリケーション手段は、アンテナ端子でサンプルされた信号および変調されたギャップ充填信号の和をアンテナ端子に適用可能であることを特徴とする請求項１２から請求項１４のいずれか１項に記載の無線周波数通信デバイス。
【請求項１６】
無線周波数通信システムであって、
無線周波数通信デバイスと、
前記デバイスの誘導アンテナの大きさにおいて実質的に均一である、変調していない搬送波を使用して磁場を生成し、前記デバイスは前記磁場に配置される、無線周波数放射源と、
前記デバイスの近傍かつ前記磁場内に配置される誘導アンテナを備えたトランスポンダと、
を具備し、
前記無線周波数通信デバイスは、
アンテナの大きさにおいて実質的に均一な磁場と弱結合を確立可能であるとともに、デバイスの近傍に配置された誘導アンテナと強誘導結合を確立可能な誘導アンテナ(61)と、
トランスポンダ交信回路と、
を具備し、
前記トランスポンダ交信回路は、
アンテナ端子の信号に応じて変調されていない参照信号を生成可能な、前記アンテナ端子の信号の処理手段(621, 622, 623, 624, 637, 638)と、
前記変調されていない参照信号を変調可能な変調手段(625, 626, 627; 626, 635, 636; 640, 639, 641)と、
前記アンテナ端子に、前記変調されていない参照信号又は変調された信号を適応可能なアプリケーション手段(621; 642)と、
と具備し、
前記デバイスが前記トランスポンダにコマンドを送信しない場合、または前記トランスポンダからのデータを待たない場合には、前記トランスポンダ交信回路は、前記変調されていない参照信号を前記デバイスの前記アンテナにインポーズし、
前記デバイスが前記トランスポンダにコマンドを送信する場合には、前記トランスポンダ交信回路は、前記変調された参照信号を前記デバイスの前記アンテナにインポーズすることを特徴とする無線周波数通信システム。
【請求項１７】
前記無線周波数通信デバイスが、請求項２から１５のいずれか１項に記載の無線周波数通信デバイスであることを特徴とする請求項１６に記載の無線周波数通信システム。
【請求項１８】
デバイスがトランスポンダからのデータを待っている場合、トランスポンダ交信回路は、変調されていない参照信号も、変調された参照信号も双方ともインポーズしないことを特徴とする無線周波数通信システム。
【請求項１９】
請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載の前記デバイスに従う、トランスポンダと通信するように設計された無線周波数通信デバイスからのコマンドを転送するための方法であって、
前記デバイスのアンテナの規模の実質的に均一な無線周波数磁場に前記トランスポンダおよび前記デバイスを置くステップと、
前記デバイスおよび前記トランスポンダ間で強誘導結合が確立されるように前記デバイスを前記トランスポンダの近くに置くステップと、
前記デバイスがコマンドを前記トランスポンダに送信する場合に、前記トランスポンダ交信回路を制御し変調された参照信号を前記デバイスのアンテナにインポーズするステップと、
デバイスがトランスポンダからのデータを待っている場合、変調されていない参照信号も、変調された参照信号も双方ともインポーズしないようにトランスポンダ交信回路を制御するステップと、
を具備することを特徴とする方法。
【請求項２０】
前記デバイスが前記トランスポンダにコマンドを送信しないか、前記トランスポンダからのデータを待っていない場合、前記トランスポンダ交信回路を制御し変調されていない参照信号を前記デバイスのアンテナにインポーズするステップを具備することを特徴とする請求項１９に記載のコマンドを送信する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触式無線通信に関する。より詳しくは、誘導結合による無線通信に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ISO 14443，ISO 1593，またはISO 18000-X規格により定められるような非接触式通信デバイスは、通常１または２以上の巻線形状の誘電体により成形された誘導アンテナを具備し、集積回路に接続されている。これはアンテナ端子に渡り電圧および／または負荷(load)が振幅変調または位相変調磁場を発生させるために変化する原因となる。アンテナ間で起電力が発生するため第１デバイスの通信距離内に位置するこのタイプの他のデバイスと通信(communication)が確立可能である。
【０００３】
例えば携帯電話，スマートフォンまたは携帯情報端末などといった携帯デバイスに非接触式通信技術を組み込むことにより、例えば、"非接触式カード"(支払い，コンピュータによる切符販売，クーポン，入出管理，など)または"非接触式カードリーダ"(街中に、製品上に、または他の場所に配置されたRFIDラベルに含まれている情報を読み出す)といった他の目的にデバイスを使用できるようになる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、非接触式リーディングには、ISO 14443規格またはISO 15693規格に対応する非接触式カードまたはISO 18000-X規格に適合するRFIDラベルを使用した13.56 MHzの周波数帯域における通信に最低でも通常2Wが必要である。
【０００５】
その電力が必要となることから、そのような機能を携帯デバイスに組み込む場合に問題となる。実際、実装においては、携帯デバイスのバッテリー寿命を減少させるか、非接触式リーダ機能に関係する超過電力消費を補うためにデバイスのエネルギー源の巨大化をまねく。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の目的は、そのような機能に関する超過電力消費問題を克服した内蔵型非接触式リード機能を有する携帯デバイスを提案することである。
【０００７】
これを達成するために、本発明の目的は、誘導アンテナを具備する無線周波数通信デバイスである。
【０００８】
本発明によると、前記アンテナは、送信器と弱結合(weak coupling)の確立が可能である。それは、アンテナの規模において実質的に均一(substantially homogeneous)な磁場を生成する。また前記アンテナは、デバイスの近傍に設置されたトランスポンダとの強誘導結合の確立も可能である。デバイスは、トランスポンダ交信回路を具備し、前記トランスポンダ交信回路は、
アンテナ端子の信号に応じて参照信号を生成可能なアンテナ端子の信号のサンプリングおよび処理手段と、
参照信号を変調可能な変調手段と、
変調された信号をアンテナ端子に適応可能なアプリケーション手段と、を具備する。
【０００９】
言い換えると、非接触式リード機能に電力供給のために外部エネルギー源を使用するという思想である。さらに詳しくは、本発明に従うバイスと前記カードが交信される場合の電力操作である。
【００１０】
非接触式カードは、内部エネルギー源を備えていないことが知られている。エネルギーを得るために、前記カードは通常、そのアンテナに接続されている整流器と、平均化フィルタと、を具備する。したがって、前記カードが非接触式リーダなどの磁場内にさらされると、例えば、カードのアンテナの端子にわたり電圧が生成される。そしてその後この電圧は、カード上の種々の電子回路へ電力供給のために、整流されるとともに続いてフィルタされる。従って前記カードは、非接触式リーダにより生成される磁場に代表される(represent)外部エネルギー源により遠隔的に電力供給される。
【００１１】
それゆえ携帯デバイスの内蔵型非接触式リーダの回路に遠隔的に電力供給するために同じ原理が使用されることが予想可能である。例えば、既にいくつかの店において、RFIDラベルの読取に使用されている多くの非接触式リーダがある。したがって、買い物客が、そのようなラベルを有する商品の価格を調べることを可能にしている。買い物客は、これらのラベルを読取可能であり、非接触式リーダ機能を備えた彼らの携帯電話を使用することにより、リーダの近傍に配置された非接触式カードに含まれている販売促進活動オファーからの利益も得ることが可能である。
【００１２】
しかし、従来のリーダ部品が携帯デバイスに組み込まれている場合には、他の従来型の非接触式リーダから遠隔的にそれに電力供給するとともに非接触式カードと通信することは難しい。実際、非接触式リーダが外部エネルギー源として使用しているフィールドは、カードと通信するために生成された磁場上で重畳される。そのような理由で、リーダの磁場は、非接触式カードの磁場と干渉する。
【００１３】
リーダにより生成される磁場は、アンテナのごく近傍においては後者の大きさにおいて実質的に均質であることが知られている。
【００１４】
本発明によるデバイスに合致する携帯デバイスの設計により、そのアンテナの端子上の信号成分は、リーダのフィールドと比較して減少しているかまたは全くゼロである。したがって、非接触式カードの近傍に携帯デバイスが置かれた場合、前記デバイスは、リーダの磁場をほとんど見えないまたは、実質的にまったく見えない。そして前記デバイスは、リーダから干渉を直接受けない。
【００１５】
携帯デバイスを非接触式カードのそばにおくと、それらの間で、強誘導結合が生じる。なぜならカードが、リーダの場にさらされると、前記リーダの場は、カードのアンテナに起電力を生じるからである。カードと強く結合しているため、この起電力によりデバイスのアンテナに起電力を生じる。
【００１６】
逆に、携帯デバイスのアンテナ端子上の変調された参照信号を与えることにより、誘導結合を介して実質的に比例した信号をカードのアンテナに適用可能となる。この方法は、カードのレベルにおいて、リーダにより生成されるいかなる磁場の変調も除去可能である局所的な磁場相当を生成する。
【００１７】
本発明における携帯デバイスは、カードを介してリーダのフィールドから事実上得られる、携帯デバイスの非接触式リード機能を操作するのに使用されるエネルギーとともに少ないエネルギーでコマンドを出力可能である。実際に、前記携帯デバイスは、アンテナ端子の信号をサンプルし、受動素子を使用することによりサンプルされたその信号に応じて、参照信号を生成するとともに変調し、その変調された信号をアンテナに送り戻す。このフィードバックループは、磁場を増幅するとともに放射するのに他の電力要素を必要としない。要素を切り替えるとともに、カードからのメッセージを復号するまたは転送されるコマンドを符号化する論理回路のための超過消費だけが必要となる。この超過消費は、大電流を必要とする従来型の非接触式リーダによる磁場の放射を伴うものよりずっと少ない。
【００１８】
本発明における携帯デバイスは、リーダが他の非接触式カードと通信するのを防ぐわけではないことに注意する必要がある。
【００１９】
一実施例において、アンテナは、直列に接続されるとともに反対方向に巻かれている第１巻線及び第２巻線を具備する。
【００２０】
言い換えると、２つのアンテナ巻線は、直列に接続されており、反対方向に巻かれているということは、もし２つの巻線の表面積が等しければリーダにより誘起された起電力は、減算されるかまたは相殺されるということである。
【００２１】
本発明の一実施例において、第２巻線の表面積は第１巻線の表面積と実質的に等しい。さらに詳しくは、第２巻線は、複数のループからなり、それぞれの表面積は、第１巻線の表面積の約数である。
【００２２】
言い換えると、均一のフィールドにより誘起されたデバイスのアンテナの起電力は、相殺される。さらに、第１巻線は大きい表面積の形状であり、非接触式カードのフィールドを事実上みる(see)のに対し、第２巻線は、リーダのフィールドを事実上みる。また、第１巻線の中央にかつ範囲内においていくつかの小さい表面積のループを使用することは、リーダのフィールドをキャンセルしている間において、その均一性から、カードに関する信号成分の減算を減少させる。
【００２３】
一構成において、サンプリングおよび処理手段は、アンテナ端子上の信号の整流手段及び平均化手段を具備する。さらに詳しくは、整流及び平均化手段は、アンテナ端子に接続されている整流器と、前記整流器の出力に接続されている包絡線検出器と、前期包絡線検出器の出力に接続されている平均化回路と、を具備する。
【００２４】
言い換えると、アンテナによりみられるフィールドは通常変調された搬送波であるため、参照(reference)はこの方法により得られるとともに、カードにコマンドを送信する場合の変調の土台として使用されている。
【００２５】
都合のよいことに、サンプリング及び処理手段は、１より小さい第１所定ゲインで乗算する第１乗算器を具備し、整流及び平均化手段の出力と接続されている。この方法は、得られた参照信号は、アンテナ上で受信された搬送波の変調の低レベルよりも小さい。これは、参照信号のギャップを防ぐとともに干渉への減少された感度を確実にする。
【００２６】
有利であるのは、変調手段は、第２所定ゲインで乗算する第２乗算器を具備し、サンプリングおよび処理手段とアンテナの間に設置されている第１制御可能スイッチと第２乗算器とアンテナの間に設置されている第２制御可能スイッチとともに、サンプリング及び処理回路と接続されている。
【００２７】
言い換えるとサンプリングおよび処理回路の出力信号は、高変調レベル(high modulation level)の形状(form)であり、第２乗算器の出力信号は、低変調レベルの形状である。第１および第２スイッチの開閉は、変調目的のためのこれらのレベルの選択を可能にする。このタイプのデバイスは、ISO 14443規格に従うタイプＢカードとタイプＢリーダとの通信に特に適している。
【００２８】
それとは別に、変調手段は、サンプリングおよび処理手段とアンテナとの間に設置されている第１制御可能スイッチと、制御可能スイッチを介しアンテナと並列に接続可能なキャパシタと、を具備する。
【００２９】
言い換えると、サンプリングおよび処理回路の出力信号は、高変調レベルの形状であり、キャパシタをアンテナ端子と接続することにより低変調レベルが得られ、アンテナを離調(detune)する。このタイプのデバイスは、ISO 14443規格に従うタイプＡカードとタイプＢリーダとの通信に特に適している。
【００３０】
本発明における一構成において、前記サンプリングおよび処理手段は、アンテナ端子上でサンプルされた信号のギャップを充填する信号を生成可能な充填手段を具備する。さらに詳しくは、前記充填手段は、アンテナに接続されている発振器と、前記発信機の出力と接続されている可変ゲインにより乗算する第１乗算器と、乗算器のゲインを制御するための回路と、を具備し、前記充填手段は、アンテナ上で受信された搬送波の周波数と実質的に同一の周波数を有する正弦波信号を生成可能であり、後者と同期され、前記回路は、アンテナ端子上でサンプルされた信号にギャップがある場合に、このゲインをゼロでない値に調整可能である。
【００３１】
言い換えると、本発明におけるデバイスは、例えば、もしリーダが100％変調インデックスを使用する規格 14443に従うタイプＡリーダである場合において、アンテナ端子上に信号がない場合に信号を生成することが可能である。この方法は、本発明におけるデバイスの通信は、瞬間的なアンテナ端子上の信号の不存在により中断されない。
【００３２】
都合のよいことに、前記制御回路は、アンテナと接続されている整流器と、前記整流器の出力と接続されている包絡線検出器と、前記整流器および減算器と接続されている平均化回路と、を具備し、前記検出器の出力は、非反転入力と接続され、平均化回路の出力は、反転出力と接続され、前記出力は、乗算器のゲインを制御するために乗算器と接続されている。
【００３３】
アンテナ端子上の信号のギャップは、この方法により自動的に検出される。
【００３４】
有利なのは、前記変調手段は、ギャップ充填信号を変調可能である。アプリケーション手段は、アンテナ端子上でサンプルされた信号の和と変調された充填信号をアンテナ端子に適用可能である。
【００３５】
たとえリーダがタイプＡリーダであっても、タイプＡカードとの通信のための変調信号は、単純にこの方法により得られる。
【００３６】
本発明の目的は、搬送波を使用した無線周波数放射源と、トランスポンダと、上述したタイプのデバイスとを具備する無線周波数通信システムでもある。
【００３７】
本発明の目的は、トランスポンダと上述したタイプの前記デバイスが通信するように設計されている無線周波数通信デバイスからコマンドを送信するための方法でもある。前記方法は、トランスポンダおよびデバイスを、デバイスのアンテナの規模において実質的に均一の無線周波数磁場に置くステップと、デバイスとトランスポンダとの間で強誘導結合が確立できるように前記トランスポンダの近くにデバイスを置くステップと、デバイスがコマンドをトランスポンダに送信する場合に、デバイスのサンプリングおよび処理手段、変調手段、およびアプリケーション手段を起動するステップと、を具備する。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
本発明は、単に例示として与えられる以下の説明とともに関連する図面により容易に理解できる。
【００３９】
【図１】従来型の非接触式リーダの概略図の一部である。
【図２】従来型のトランスポンダの概略図の一部である。
【図３】従来型の非接触式カードの上面概略図である。
【図４】本発明におけるデバイスの上面概略図である。
【図５】図４に示すデバイスの一部である通信回路の第１実施形態の概略図である。
【図６】図４に示すデバイスの一部である通信回路の第２実施形態の概略図である。
【図７】図４に示すデバイスの一部である通信回路の第３実施形態の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
図１および図２は、例えば非接触式カードといった従来型の非接触式リーダ１およびトランスポンダ２の実施形態の概略図の一部である。
【００４１】
図１において、リーダ１は、増幅器の出力端子１２またはアンテナカプラ１３と、グランドなどの参照電位である端子１４に接続されたアンテナＬ１に基づく発信回路を有している。
【００４２】
増幅器１３は、変調器１５により送信された信号であるＴｘを受信する。主に変調器１５は、転送されたデータ信号Ｄと搬送周波数ｆｃを受信する。信号Ｔｘに基づき生成されたフィールドが、トランスポンダ２のためのエネルギー源として使用される限り、信号Ｔｘは、データＤがあるかないかを問わず転送される(図２)。転送される前記データＤは、通常例えばマイクロプロセサ(図示せず)などのデジタルモジュールが発生源である(originate)。
【００４３】
リーダ１は、復調器１６を具備する。前記復調器は、トランスポンダ２から受信した任意のデータを検出するのに使用される。例えば、復調器１６は、アンテナＬ１端子上でサンプルされた電圧(信号Ｒｘ)を受信し、前記復調器は、受信データ信号Ｒを供給する。
【００４４】
図２において、トランスポンダ２は、発信回路を具備する。前記発信回路は、リーダ１の発信回路により生成されるフィールドに反応するように設計されたアンテナＬ２を備える。この実施形態において、アンテナＬ２の端子２１，２２は、信号分析集積回路２３に接続されている。回路２３は、具体的には、復調器２４を備える。前記復調器は、端子により転送された信号を復調するのに使用される。復調器２４から得られた信号は、リーダ１から受信したデータ信号Ｄ’を構成するとともに、回路２３の処理モジュール（図示せず）へ送られる。前記処理モジュールは、例えば、マイクロコントローラまたは固定配線論理回路と、前記発信回路の端子上の信号から抽出されたオペレーティングクロックと、を具備する。
【００４５】
リーダ１にデータを送信するために、トランスポンダ２は、その発信回路上の電子回路により形成された負荷の変更が可能である、可変インピーダンス要素２５を具備する。
【００４６】
トランスポンダ２がリーダ１のフィールドに位置するとき、高周波数電圧が、その発信回路の端子にわたり生成される。回路２３により整流されるとともにフィルタされたこの電圧は、トランスポンダ２の種々の電子回路に電力供給電圧を提供する。
【００４７】
リーダ１への通信方向におけるトランスポンダ２において、転送されるデータの変調は、通常"レトロ変調(retromodulation)"と呼ばれ、リーダ１の発信回路で励磁(excite)に使用する周波数fcより低い周波数で実施される。例えば、ISO 1443およびISO 15693規格における非接触式カードは、13.56 MHzの周波数の搬送波を変調することによりコマンドを受信するとともに、ISO 1443およびISO 15693規格における847.5 KHzの周波数の副搬送波をレトロ変調することにより返信する。
【００４８】
レトロ変調回路として参照される回路２５が、リーダ１の発信回路上のトランスポンダ２の負荷を増加させる場合には、トランスポンダ２の前記発信回路は、他の回路により構成される負荷と比べて追加的なダンピング(damping)にさらされる。これは、トランスポンダ２が大量の高周波数フィールドのエネルギーをサンプルする原因となる。リーダ１側において、増幅器１３は、高周波数ドライバ信号の振幅を一定に保つかまたは振幅変調による２つの固定状態間で維持すると想定すると、このエネルギーの変化は、アンテナＬ１の電流の変異の原因となる。
【００４９】
トランスポンダが非接触式カードである、カードリーダ通信システムにおいて、フィールドは、リーダ１およびトランスポンダ２のそれぞれに起因する２つの成分に分解することができる。リーダ１のアンテナＬ１の巻線により生成される"１次(primary)"フィールドと呼ぶ(arbitrarily)フィールド)と、カードのアンテナＬ２の巻線により生成される"２次"フィールドと呼ぶフィールドとの区別が可能である。その後前記１次フィールドは、リーダからカード方向に対し通信中変調される。２次フィールドは、レトロ変調中に変調される(カードがリーダに送信する)。
【００５０】
リーダにより生成されるとともにカードに適用される第１フィールドは、近距離を含むシステムにおいて、カードの巻線全体にわたり実質的に均一であるとみることが可能である。一方で、第２フィールドは、カード近傍において実質的に均一にはできない。
【００５１】
図３は、非接触式カードの上面図を示している。前記非接触式カードは、通常スマートカードと同一フォーマットであるとともに、例えばプラスティックでできているメディア２６を具備する。前記メディア２６上または内部に集積回路２３が組み込まれている。アンテナＬ２の終端は、例えば長方形の導体(rectangular conductor)の１または２巻以上の平形導線(flat conductor)により形成され、集積回路２３に接続されている。
【００５２】
図４は、本発明の第１実施形態におけるデバイス６０の上面図を示している。例えば、携帯電話または携帯情報端末に取り付けられた非接触式リーダである。
【００５３】
例えばプリント回路ウェーハ上に形成されたデバイス６０は、第１ループ６１３および第１ループ６１３の内部にネストされた第２ループ６１５のような形状の１つの導体からなるアンテナ６１を具備する。前記ループ６１３および６１５は、反対方向のフロー(flow)を有する。
【００５４】
デバイス６０は、アンテナ６１の端子に接続された集積回路６２も具備する。前記集積回路６２は、以下に詳細に説明するように、アンテナ６１によるデータの送信および受信を担当する。
【００５５】
アンテナ６１が均一の磁場にさらされる場合に、ループ６１３および６１５に誘導される起電力が相殺するようにループ６１３および６１５の表面積は、実質的に等しいのが好ましい。均一の磁場へのアンテナ６１の感度(sensitivity)は、それゆえ最小化される。
【００５６】
また、アンテナ６１の大きさは、前記アンテナが、接触せずにデバイス６０と通信するように設計されたカードのアンテナＬ２の平均ループ(average loop)の内側に適合(fitting)できるように好適に選択される。したがって、カード２のアンテナＬ２の平面と並列にアンテナ６１を位置決めすることで、図４に示すように、外側ループ６１３は、中央ループ６１５よりもアンテナＬ２に近くなる。カード２により外側ループ６１３に誘起される起電力は、それゆえ、中央ループ６１５により誘起される起電力より大きい。したがって、２つの起電力が相殺するのを防ぐ。その上、均一(homogeneous)磁場によりループ６１３および６１５に誘起される起電力は、実質的に等しい表面積のために相殺し続ける。
【００５７】
代わりに、それらのフローの方向が反対であれば、１つおよび／または他のループを備えるいくつかのサブループであってもよい。
【００５８】
特に、本発明におけるデバイスのアンテナは、反対方向に巻かれたいくつかの中央サブループを内側にネストされている大きい外側ループ(peripheral loop)を好適に備える。前記サブループの表面積は実質的に等しく、これらの表面積の和は実質的に大きい外側ループと等しい。いくつかのサブループを使用することは、小さな表面積を有するいくつかのサブループを大きいループの真ん中で使用することが、カードに関連する信号成分の小さな減算(less subtraction)の原因となる限りにおいて、非接触式カードとのカップリングを改善することが可能である。
【００５９】
ISO 14443規格、ISO 15693規格およびISO 18000-X規格においていくつかの変調タイプあることが知られている。さらに詳しくは、通常１０％のオーダーである変調指数が低いタイプＢ変調と、変調指数が100%に等しいタイプＡ変調とが区別されている。非接触式デバイスがタイプＡ変調を使用するならば、"タイプＡ"リーダまたはカードと呼ばれ、タイプＢ変調が使用される場合には、"タイプＢ"リーダまたはカードと呼ばれる。
【００６０】
非接触式リーダおよびカードの特定のタイプと本発明によるデバイスの操作(operates)に従う集積回路６２のいくつもの実施形態が以下に説明される。
【００６１】
図５は、非接触式リーダおよびカードの両方がタイプＢデバイスである場合に特に適した集積回路６２の第１実施形態の概略図である。
【００６２】
非接触式カードと交信するために、回路６２は、アンテナ６１の端子に接続されている整流器６２１を具備する。キャパシタ６１１もその端子間に接続されており、発振回路の形状である。
【００６３】
ＲＣタイプのローパスフィルタといった包絡線検出器６２２も、整流器６２１の出力に接続されており、それゆえアンテナ端子の信号の包絡線を供給する。これにより信号の搬送波変調の検出を可能にする。
【００６４】
回路６２は、例えば、検出器６２２よりも低いカットオフ周波数のＲＣフィルタの形状の平均化回路６２３のほかに、例えばゲインは0.92である所定のゲインＧで乗算される２つの乗算器６２４，６２５を具備する。前記乗算器６２４，６２５は、前記平均化回路６２３に直列に接続されており、それぞれ高電圧レベル及び低電圧レベルを定める(define)。これらのレベルは、デバイスが非接触式カードを制御している場合の変調中に使用される。
【００６５】
これを実現する(achieve)ために、乗算器６２４および６２５の出力は、例えばGraetzブリッジ(ダイオードブリッジ)である整流器６２１の出力に制御可能スイッチ６２６,６２７を介しそれぞれ接続されている。それゆえ、スイッチ６２６をクローズするとともに、スイッチ６２７をオープン状態にすることで、アンテナ６１の端子に高電圧レベルが設定される。同様に、スイッチ６２７をクローズするとともにスイッチ６２６をオープン状態にすることで、アンテナ６１の端子に低電圧レベルが設定される。
【００６６】
第１乗算器６２４の出力信号は、それゆえ、第２乗算器および制御可能スイッチ６２６、６２７により変調される高レベル参照信号を提供する。
【００６７】
回路６２は、コマンドをカードに送信するために、スイッチ６２６、６２７を制御する搬送波変調器６２８を具備する。変調器６２８は、シーケンサ６３０により制御されている第１データ処理モジュール６２９からの変調命令を受信する。
【００６８】
非接触式カードからデータを受信するために、回路６２は、アンテナ６１の端子に接続されている差動増幅器６３１を具備する。したがって、前記差動増幅器６３１はアンテナ端子の変調された信号をサンプルする。増幅器６３１に接続されている相関復調器(correlation demodulator)６３２は、非接触式カードによるレトロ変調により生成された副搬送波変調に含まれるデータを決定(determine)する。これを実現するために、本発明におけるデバイスがカードを受信(listening)している場合にはスイッチ６２６および６２７はオープンである。
【００６９】
回路６２は、非接触式カードから受信したデータの適切な処理を実行する第２モジュール６３３も具備する。前記第２モジュール６３３は、シーケンサ６３０により制御されている。
【００７０】
最後に、回路６２は、差動増幅器６３１の出力と接続されている、固定されたリーダの搬送波から得られるクロックをリカバーするのに使用されるクロックリカバリモジュール６３４を具備する。リカバーされたクロックは、回路６２のデジタルセクションを順番付ける(sequences)。本発明におけるデバイスのアンテナは、実質的にカードのフィールドだけを見る(see)ことに注意する必要がある。なぜならカードは、本発明におけるデバイスのようにリーダのフィールドをみるからである。それゆえ、これは、リーダにより転送された搬送波のクロックのリカバーを可能にする。
【００７１】
図６は、非接触式リーダがタイプＢであるとともに非接触式カードがタイプＡである場合に特に適した回路６２の第２実施形態を概略的に示している。
【００７２】
非接触式カードと交信するために、第２実施形態は、図５に関する説明とは異なる。アンテナチューニングを変えるために、第２乗算器６２５および関連する第２スイッチ６２７の変わりに、第２キャパシタ６３５が、スイッチ６３６を介しアンテナ６１の端子に接続されている。それによりタイプＡ搬送波振幅変調を生成する。
【００７３】
従って、乗算器６２４の出力信号は、第２キャパシタ６３５および制御可能なスイッチにより変調されている高レベル参照信号を提供する。
【００７４】
図７は、非接触式カードタイプに関係なく非接触式リーダがタイプＡである場合に特に適した回路６２の第３実施形態を概略的に示している。
【００７５】
この第３実施形態において、非接触式カードと交信するために、回路６２は、固定リーダの搬送波と実質的に等しい周波数を有する正弦波信号を生成する発信機６３７を具備し、例えば位相ロックループ(図示せず)によって搬送波と同期する。
【００７６】
第１可変ゲイン乗算器６３８および第２乗算器６３９は、直列に発振器６３７に接続されている。前記第２乗算器６３９は、第１スイッチ６４０を介して接続されている。第１および第２乗算器６３８，６３９の出力は、それぞれ第１減算器６４１の非反転端子および反転端子に接続されている。
【００７７】
加算器６４２は、反転端子を介し、第１減算器６４１の出力に接続されている。第２減算器６４２の出力は、第２スイッチ６４３を介してアンテナ６１の端子とその非反転端子で接続されている。前記アンテナ６１の端子は、アンテナ信号の和を適用することによりアンテナ６１の起電力を制御するために発振器６３７と接続されている。この信号の変調ギャップは、減算器６４１の出力上に生成される信号により充填される。
【００７８】
第１乗算器６３８のゲインを調整するゲイン調整モジュール６４４は、アンテナ６１と接続されている整流器６４５と、整流器６４５の出力と接続されている包絡検出器６４６と、検出器６４６の出力と接続されている平均化回路６４７と、例えば0.5のゲインなど１より小さいゲインと乗算する第２乗算器６６０と、第３減算器６４８と、を具備し、第３減算器６４８の非反転端子および反転端子はそれぞれ検出器６４６および平均化回路６４７と接続されている。前記第３減算器６４８の出力は、第１乗算器６３８に接続されるとともに後者のゲインを調整する。
【００７９】
モジュール６４４は自動的にアンテナ端子上の信号のギャップを検出するとともに対応する時間間隔の間はゼロでないゲインを適用し、その他の時間はゼロのゲインを適用するのは明白である。減算器６４１の出力上の信号とアンテナ端子上の信号とを加算することで搬送波変調を生成する。
【００８０】
回路６２は、第１スイッチ６４０を制御するとともに第１データ処理モジュール６２９からの変調命令を受信する搬送波変調器６４９も具備する。前記第１データ処理モジュールは、シーケンサ６３０により制御されている。
【００８１】
それゆえ、第１可変ゲイン乗算器６３８の出力信号は、高レベル参照信号を提供する。前記参照信号は、スイッチ６４０，乗算器６３９，および減算器６４１により変調されている。
【００８２】
非接触式カードからデータを受信するために、回路６２は、差動増幅器６３１と、相関復調器６３２と、第２データ処理モジュール６３３と、固定リーダの搬送波からのクロックをリカバーするのに使用されるクロックリカバリモジュール６３４と、を具備する。これらの構成要素は、図５および図６で示した実施形態と類似している。
【００８３】
したがって、回路６２を備える本発明におけるデバイスは、非接触式リーダがISO 14443規格に従うタイプＡリーダであるとともに例えば100％といった超高変調インデックスを使用する場合には、コマンドを送信するために操作可能である。100％変調インデックスを使用するこのタイプの変調では、リーダが信号を送信しない期間がある。実際に、そのような期間の間は、本発明における非接触式カードまたはデバイスのどちらも遠隔的な電源供給(remotely powered)がされない。さらに、リーダが信号を送信しないために、本発明におけるデバイスと、非接触式カードとの間の通信を確立するために使用可能な土台がない。
【００８４】
この問題に打ち勝つために、図７に関する回路６２は、リーダがサイレントの期間は信号を生成しなおす。第２スイッチ６４３は、カードのコマンドフェーズの間はクローズされている。調整可能なゲインは、発振器６３７により生成される信号に適用される。したがって、前記信号は増幅され、減算器６４２によりサンプルされたアンテナ信号から減算される。第１スイッチ６４０がオープンの場合には、結果信号(resulting signal)は、一定の振幅を有し、リーダの信号のギャップは、その期間(duration)および振幅にかかわらず充填される。
【００８５】
ゲイン調整モジュール６４４により、第１乗算器６３８のゲインの調整は、アンテナ端子の信号の包絡線の変位をモニタリングすることにより行なわれる(obtained)。このモジュール６４４は、この包絡線の変位をその平均に対し実際に測定する。第２減算器６４２の出力上に生成される信号は、この平均になる傾向がある。
【００８６】
非接触式カードのための制御信号の変調は、第１スイッチ６４０の開閉により達成される。このスイッチをクローズすると、アンテナ７１の端子上の信号の振幅がドロップする原因となり、これは低変調レベルに対応する。
【００８７】
最後に、非接触式カードを受信(listening)しているフェーズの間、第２スイッチ６４３は、アンテナ７１の端子上の信号と干渉しないようにオープンされている。
【００８８】
明らかに、他の実施形態も可能である。特に、アンテナ端子上の信号のサンプリング及び処理の後で得られる前記参照信号は、例えば、電流であってもよい。
【符号の説明】
【００８９】
６０      デバイス
６１      アンテナ
６２      集積回路
Ｌ２      カードのアンテナ
６１１      キャパシタ
６１３      第１ループ
６１５      第２ループ
６２１      整流器
６２２      包絡線検出器
６２３      平均化回路
６２４      第１乗算器
６２５      第２乗算器
６２６,６２７      制御可能スイッチ
６２９      第１データ処理モジュール
６３０      シーケンサ
６３１      差動増幅器
６３２      相関復調器
６３４      クロックリカバリモジュール
【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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