(57)【要約】【課題】回路規模を大きくすることなく、共振周波数が異なるメディアとの通信においてもヌル点が発生することなく安定した通信を実現する。【解決手段】移相器１１、遅延回路１３により、受信信号Sin(t)の位相を90°シフトした信号S1(t)、受信信号を搬送波の1周期分だけ遅れさせた信号S2(t)を生成する。また、リーダライタ内で生成している搬送波周波数（ω1）から逓倍器１５にて、例えば搬送波周波数の2倍の周波数（ω2）の信号を生成した後、互いに位相が90°ずれた信号（fc1 (t)、fc2 (t)）を生成する。そして、乗算器１２、乗算器１４にてそれぞれ、S1(t)とfc1 (t)、S2(t)とfc2 (t)とを乗算し、これら乗算結果を加算器１７で加算後、ＬＰＦ１８にて(ω1＋ω2)の周波数成分を除去する。【選択図】図１
2009159170.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＣチップを内蔵したメディアに対して負荷変調方式により非接触通信を行うリーダライタにおける復調装置であって、
受信信号の位相を90°シフトした第1の信号を生成する移相手段と、
受信信号を搬送波の１周期分遅延した第２の信号を生成する遅延手段と、
前記搬送波を入力してその周波数を逓倍した逓倍信号を出力する逓倍手段と、
該逓倍信号と前記第1の信号とを乗算する第１の乗算手段と、
該逓倍信号の位相を90°シフトした信号と前記第２の信号とを乗算する第２の乗算手段と、
前記第１、第２の乗算手段からの出力を加算する加算手段と、
該加算手段からの出力から特定の周波数成分を取り出すフィルタ手段とを有し、
該フィルタ手段の出力に基づいて、受信信号における電流の振幅変化又は位相変化を検出することを特徴とするリーダライタの復調装置。
【請求項２】
前記フィルタ手段は、前記搬送波周波数をω１、前記逓倍信号の周波数をω２とすると、（ω１＋ω２）の周波数成分を除去することで、（ω１−ω２）の周波数成分を取り出すことを特徴とする請求項１記載のリーダライタの復調装置。
【請求項３】
ＩＣチップを内蔵したメディアに対して負荷変調方式により非接触通信を行うリーダライタの復調装置における振幅・位相変化検出装置であって、
受信信号の位相を90°シフトした第1の信号を生成する移相手段と、
受信信号を搬送波の１周期分遅延した第２の信号を生成する遅延手段と、
前記搬送波を入力してその周波数を逓倍した逓倍信号を出力する逓倍手段と、
該逓倍信号と前記第1の信号とを乗算する第１の乗算手段と、
該逓倍信号の位相を90°シフトした信号と前記第２の信号とを乗算する第２の乗算手段と、
前記第１、第２の乗算手段からの出力を加算する加算手段と、
該加算手段からの出力から特定の周波数成分を取り出すフィルタ手段と、
を有することを特徴とする振幅・位相変化検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触型ＩＣカード等のメディアに対するリーダライタに係り、特にその復調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ICを内蔵した情報記憶媒体（ＩＣカード、ＩＣカード機能内蔵の携帯端末等であり、特に非接触型；以降、メディアと称す）と、このメディアに対するデータの読取／書込み装置（以降、リーダライタと称す）との間で無線により通信する非接触通信システムが多く利用されている。この様な非接触通信システムにおけるリーダライタ−メディア間のデータ通信は、負荷変調方式により行われている。従来の負荷変調方式では、例えば特許文献１，２に記載のように、電流の振幅変化を検出し、この検出結果に基づいて伝送データを復調するものである。そして、特許文献１，２に記載のように、メディアによっては、リーダライタアンテナの共振周波数とは異なる共振周波数のアンテナを有するカードや携帯端末も使われている（例えばアンチコリジョン対応のメディア等）。
【０００３】
しかし、共振周波数の異なるメディアとの通信において、メディアとリーダライタとが通信可能領域内にある（メディア内のICを駆動するためにリーダライタから必要な電力が供給されている）にも関わらず、両者の距離が近接すると通信不能となる領域（ヌル点）が発生することがある。
【０００４】
これは、メディアからの受信信号の振幅変化を利用した復調装置において、メディアとリーダライタ間の距離が近づいたときのリーダライタアンテナのインピーダンス変化により、リーダライタアンテナの電流の振幅変化が現われなくなり、復調できなくなることによるものである。
【０００５】
これに対し、リーダライタアンテナの電流における振幅変化に加え、負荷変調のオン/オフによる電流の位相変化を検出し、いずれかの検出結果をもとに受信信号を復調することで、ヌル点を生じることなく通信を可能とする従来技術が知られている（特許文献１、特許文献２）。
【０００６】
一般的なリーダライタ５０の構成は、図４に示すように、上位のサーバ６０に対し情報を送受信する通信Ｉ／Ｆ部５４と、メディア７０に対し送受信する信号を制御する制御部５３と、メディア７０に対して信号を送信するための送信部５２と、メディア７０との通信を行うアンテナ部５１と、メディア７０からの応答信号を受信するための受信部５５とから構成されている。
【０００７】
ここで、メディア７０からの応答をヌル点の発生なく復調するための従来の受信部５５の構成を図５に示す。
図５に示す受信部５５は、負荷変調信号の振幅変化を検出するための振幅変化検出回路８１、負荷変調信号の位相変化を検出するための位相変化検出回路８２、及びこれら２つの検出回路８１、８２から出力される両検出結果のいずれかを選択して復調するための選択復調回路８３によって構成されている。また、振幅変化と位相変化のいずれも検出できる回路を用いた検出方法もある。
【特許文献１】特開２００５−３１８３８５号公報
【特許文献２】特開２００５−３１８３８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし上記従来の方法では、選択復調回路８３において振幅変化検出回路８１及び位相変化検出回路８２より得られた情報に対する個別の処理（Ａ／Ｄ変換、伝送路符号検出等）と、これらの処理出力からいずれか一方の検出結果を選択する処理が必要となり、回路規模が大きくなる。
【０００９】
本発明の課題は、ＩＣカード等のメディアとの間で負荷変調方式により非接触のデータ通信を行うリーダライタに係り、振幅、位相の変化を一つの情報として出力する構成とすることで、回路規模を大きくすることなく、リーダライタのアンテナの共振周波数とは異なる共振周波数のアンテナを有するメディアとの通信においてもヌル点が発生することなく安定した通信を実現できるリーダライタの復調装置、その振幅・位相変化検出装置等を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のリーダライタの復調装置は、ＩＣチップを内蔵したメディアに対して負荷変調方式により非接触通信を行うリーダライタにおける復調装置であって、受信信号の位相を90°シフトした第1の信号を生成する移相手段と、受信信号を搬送波の１周期分遅延した第２の信号を生成する遅延手段と、前記搬送波を入力してその周波数を逓倍した逓倍信号を出力する逓倍手段と、該逓倍信号と前記第1の信号とを乗算する第１の乗算手段と、該逓倍信号の位相を90°シフトした信号と前記第２の信号とを乗算する第２の乗算手段と、前記第１、第２の乗算手段からの出力を加算する加算手段と、該加算手段からの出力から特定の周波数成分を取り出すフィルタ手段とを有し、該フィルタ手段の出力に基づいて、受信信号における電流の振幅変化又は位相変化を検出する。
【００１１】
上記構成では、特に上記加算手段とフィルタ手段とにより振幅、位相の変化を一つの情報として出力する構成とすることで、選択器等は必要なくなり、回路規模が大きくなることはない。
【００１２】
そして、例えば、前記フィルタ手段は、前記搬送波周波数をω１、前記逓倍信号の周波数をω２とすると、（ω１＋ω２）の周波数成分を除去することで、（ω１−ω２）の周波数成分を取り出す。
【００１３】
上記構成の復調装置では、振幅もしくは位相のいずれかに変化があるときには、（ω１＋ω２）の周波数成分の他に(ω1−ω2)の周波数成分が発生することになる。これより、（ω１＋ω２）の周波数成分を除去して（ω１−ω２）の周波数成分を取り出すことで、振幅もしくは位相の変化を検出する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のリーダライタの復調装置、その振幅・位相変化検出装置等によれば、ＩＣカード等のメディアとの間で負荷変調方式により非接触のデータ通信を行うリーダライタに係り、振幅、位相の変化を一つの情報として出力する構成とすることで、回路規模を大きくすることなく、リーダライタのアンテナの共振周波数とは異なる共振周波数のアンテナを有するメディアとの通信においてもヌル点が発生することなく安定した通信を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本例のリーダライタにおける受信部（復調装置）の構成ブロック図である。
尚、本例のリーダライタ全体の構成は、上記図４と同じであってよいので、特に図示しないものとする。図１は、図４における受信部５５の構成と考えても良い。尚、本例のリ
ーダライタも、上記従来と同様、例えば非接触型ＩＣカードのリーダ／ライタ装置等のように、ICを内蔵した情報記憶媒体（上記メディア７０）に対して無線により非接触でデータの読取／書込みを行う装置である。
【００１６】
また、上記の通り、メディア７０の共振周波数が、本例のリーダライタの搬送波周波数（キャリア周波数）と異なる場合もあるものとする。また、リーダライタ−メディア７０間のデータ通信は、負荷変調方式により行われている。
【００１７】
図１に示す受信部（復調装置）１０は、振幅及び位相変化検出部１０と、符号検出部２１及び同期検出部２２とから成る。この振幅及び位相変化検出部１０では、直交変調の要領で演算処理を行う。
【００１８】
振幅及び位相変化検出部１０は、移相器１１、乗算器１２、遅延回路１３、乗算器１４、逓倍器１５、移相器１６、加算器１７、及びＬＰＦ（ローパスフィルタ）１８から成る。
【００１９】
移相器１１は、不図示の受信アンテナにて受信した入力信号Sin(t)を入力して、この入力信号Sin(t)の位相を90°シフトした信号S1(t)を、乗算器１２へ出力する。また、逓倍器１５は、リーダライタ内の不図示の構成で生成している搬送波（信号S1(t)の搬送波、つまり入力信号Sin(t)の搬送波）を入力して逓倍する。ここでは、この搬送波周波数（ω1=13.56MHz）の２倍の周波数（ω2）の信号fc1 (t)を生成する。
【００２０】
この信号fc1 (t)は、上記乗算器１２と移相器１６に入力される。これより、乗算器１２は、上記信号S1(t)と信号fc1 (t)とを入力してこれらの乗算結果を加算器１７へ出力する。
【００２１】
一方、もう１つの乗算器である乗算器１４には、遅延回路１３の出力と移相器１６の出力とが入力している。遅延回路１３は、上記入力信号Sin(t)を入力して、この入力信号Sin(t)を上記搬送波の1周期分だけ遅延させた信号S2(t)を、乗算器１４へ出力する。また、移相器１６は、上記逓倍器１５からの出力信号fc1(t)の位相を90°シフトした信号fc2 (t)を、乗算器１４へ出力する。これより、乗算器１４は、上記信号S2(t)と信号fc2 (t)との乗算結果を加算器１７へ出力する。
【００２２】
加算器１７は、上記乗算器１２，１４の出力の加算結果をＬＰＦ１８へ出力する。ＬＰＦ１８は、加算器１７の出力信号から(ω1＋ω2)の周波数成分を除去するフィルタである。これによって、詳しくは後述するように、振幅もしくは位相のいずれかに変化があるときには、ＬＰＦ１８の出力信号（Sout(t)）として(ω1-ω2)の周波数成分のみを検出することができる。ＬＰＦ１８の出力信号（Sout(t)）は、符号検出部２１へ入力される。
【００２３】
上述したように、本例の振幅及び位相変化検出部１０では、まず、不図示の受信アンテナにて受信した入力信号Sin(t)を、直交する２成分にて表す。尚、ここでは２成分のいずれか一方は受信信号の位相を移相器１１で90°シフトした信号（S1(t)）を用い、他方は遅延回路１３を通すことで、受信信号を上記搬送波の1周期分だけ遅れさせた信号（S2(t)）を用いる。また、リーダライタ内で生成している搬送波周波数（ω1=13.56MHz）から逓倍器１５にて、例えば搬送波周波数の2倍の周波数（ω2）の信号を生成した後、互いに位相が90°ずれた信号（fc1 (t)、fc2 (t)）を生成する。その後、乗算器１２、乗算器１４にて上述した演算を行う。
【００２４】
ここで、乗算器１２の出力をM1_out、乗算器１４の出力をM2_out、入力信号をSin(t1)とし、
S1(t1)=A(t1)cos{ω1t1 +θ(t1)}、S2(t2)=A(t2)sin{ω1t2 +θ(t2)}、
fc1(t1)=cosω2t1 、fc2 (t1)=-sinω2t1として式で表すと以下の通りとなる。
【００２５】
尚、遅延回路での遅れ時間よりt2=t1-2π/ω1とする。
M1_out= S1(t1) × fc1 (t1) = A(t1)cos{ω1t1 +θ(t1)} × cosω2t1
＝A(t1)/2[cos{(ω1＋ω2) t1+θ(t1)} + cos{(ω1−ω2) t1+θ(t1)}]
M2_out= S2(t2) × fc2 (t1) = A(t2)sin{ω1t2 +θ(t2)} × (-sinω2t1)
＝A(t2)/2[cos{(ω1t2＋ω2t1) +θ(t2)} - cos{(ω1t2−ω2t1) +θ(t2)}]
＝A(t2)/2[cos{(ω1＋ω2) t1 +θ(t2)} - cos{(ω1−ω2) t1 +θ(t2)}]
この結果、A(t1)＝A(t2)、且つ θ(t1)＝θ(t2)のとき、加算器１７の出力は以下となる。
【００２６】
M1_out＋M2_out= A(t1)[cos{(ω1＋ω2) t1+2θ(t1)}]
しかし、A(t1)≠A(t2)、もしくは θ(t1)≠θ(t2)のときには、加算器１７の出力は上記の周波数成分(ω1＋ω2)の他に、(ω1-ω2)の周波数成分を含んだ信号となる。従って、受信信号が搬送波の1周期遅れた信号に対し振幅もしくは位相のいずれかに変化があるとき、(ω1-ω2)の周波数成分が発生することになる。このため、加算器１７の出力信号からLPF１８により(ω1＋ω2)の周波数成分を取除くことで、Sout(t)として(ω1-ω2)の周波数成分のみを検出することができる。
【００２７】
このときの各乗算器12,14への入力信号（S1(t)、S2(t)）、及びLPF１８の出力信号（Sout(t)）の波形は、振幅変化については図２（ａ）、（ｂ）に示すように、図２（ａ）に示す入力に対し、図２(ｂ)に示すような出力を得る。ここでは、S1(t)の振幅変化の発生と共にSout(t)の値が変化しており、Sout(t)にてS1(t)における振幅の変化を検出できることを示している。
【００２８】
また、位相変化については図３（ａ）、(ｂ)に示すように、図３（ａ）に示す入力に対し、図３(ｂ)に示すような出力を得る。ここでは、S1(t)の位相変化の発生と共にSout(t)の値が変化しており、Sout(t)にてS1(t)における位相の変化を検出できることを示している。
【００２９】
上記振幅及び位相変化検出部１０によって得られたSout(t)をもとに、符号検出部２１にて受信信号を符号化する。その後、符号化された信号から、同期検出部２２にて同期を検出し伝送データを再生する。この際、Sout(t)は振幅変化および位相変化を検出するが検出結果によっては、極性が逆相となる場合も想定される。これについては、伝送データのシンクコード等により同期検出部２２にて補正する。
【００３０】
以上説明したように、本例の図１に示す受信部（復調装置）によれば、リーダライタアンテナの共振周波数とは異なる共振周波数のアンテナを有するメディアとリーダライタ間において、ヌル点が発生することなく安定した通信を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本例のリーダライタにおける受信部の構成ブロック図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）は振幅変化における信号波形例を示す図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は位相変化における信号波形例を示す図である。
【図４】従来の一般的なリーダライタシステムの構成図である。
【図５】従来の受信部の構成図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０      振幅及び位相変化検出部
１１      移相器
１２      乗算器
１３      遅延回路
１４      乗算器
１５      逓倍器
１６      移相器
１７      加算器
１８      ＬＰＦ（ローパスフィルタ）
２１      符号検出部
２２      同期検出部
【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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