(57)【要約】【課題】スイッチ素子の寄生容量によって受信感度の低下やインピーダンス整合が困難になることを防止することができるトランスポンダを提供する。【解決手段】本発明のトランスポンダ１は、アンテナ２、インピーダンス整合器４、第１の応答回路３、第２の応答回路６、スイッチ素子５を備える。第１の応答回路３は、ダイオード９、平滑用コンデンサ１０、制御回路１１を内蔵する。スイッチ素子５はダイオード９のカソードとグランド電極１４との開閉を行なう。制御回路１１はスイッチ素子５の開閉制御を行い、ダイオード９はスイッチ素子５の開閉に基づき搬送波をデジタル変調する。スイッチ素子５は平滑用コンデンサ１０と並列接続しているので、その寄生容量５ｃは無視できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電波の送受信を行なうアンテナと、
前記アンテナに接続されている第１の応答回路と、
前記アンテナと前記第１の応答回路とのインピーダンス整合を行なうインピーダンス整合器と、
前記インピーダンス整合器と前記第１の応答回路との間に接続または前記第１の応答回路に内蔵されており、復調器または変調器として機能するダイオードと、
前記第１の応答回路に接続または内蔵されており、前記第１の応答回路が前記電波に含まれる第１の信号を受信した際にその受信に応じて第１の応答信号を出力する制御回路と、
前記第１の応答信号に基づいて前記ダイオードのカソードとグランド電極との開閉を行なうスイッチ素子と
を備えており、
前記ダイオードは、前記スイッチ素子の開閉に基づいて前記電波に含まれる搬送波をデジタル変調し、前記アンテナから送信するデジタル変調波を発生させる
ことを特徴とするトランスポンダ。
【請求項２】
前記スイッチ素子は、電界効果型トランジスタである
ことを特徴とする請求項１に記載のトランスポンダ。
【請求項３】
前記インピーダンス整合器に直列に接続され、かつ、前記第１の応答回路に前記ダイオードを接続した回路または前記ダイオードを内蔵した前記第１の応答回路に並列に接続されている第２の応答回路を備えており、
前記第２の応答回路は、前記電波に含まれる第２の信号に応答して変調された第２の応答信号または変調されていない第２の応答信号を前記ダイオードに出力するように形成されており、
前記ダイオードは、前記第２の応答信号が変調されていない場合、前記変調されていない第２の応答信号に基づいて前記搬送波をアナログ変調し、前記アンテナから送信するアナログ変調波を発生させる
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のトランスポンダ。
【請求項４】
前記第１の応答回路は、受信した前記第１の信号に基づいてＩＤ情報信号を出力して応答するＲＦＩＤ回路であり、
前記第２の応答回路は、タイヤの空気圧を測定するＴＰＭＳ回路である
ことを特徴とする請求項３に記載のトランスポンダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トランスポンダに係り、特に、ＲＦＩＤおよびＴＰＭＳおよびＤＦＩＤに好適に利用できるトランスポンダに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のトランスポンダ１０１は、ＲＦＩＤ（Radio Frequency IDentification）システム、ＴＰＭＳ（タイヤ・プレッシャー・モニタリング・システム）、ＥＴＣ（エレクトロニック・トール・コレクション・システム）車載器などに代表される近距離無線応答装置として用いられるものである。この従来のトランスポンダ１０１は、図５に示すように、アンテナ１０２、インピーダンス整合器１０４、応答回路１０３、スイッチ素子１０５を備えている。
【０００３】
応答回路１０３は図示はしないがＩＣタグなどの制御回路を内蔵しており、アンテナ１０２から受信した信号に応じてＩＤ情報、測定情報、クレジットカード情報などの各種情報を信号化した応答信号を制御回路が出力するように形成されている。スイッチ素子１０５はＯＮ抵抗の低いＦＥＴを用いてインピーダンス整合器１０４と応答回路１０３との間とグランド電極１１４とをスイッチングしており、応答回路１０３の制御回路から出力された応答信号がスイッチ素子１０５のゲートに入力されることによりスイッチ素子１０５の開閉が制御される。インピーダンス整合器１０４は、スイッチ素子１０５が開放した状態においてアンテナ１０２と応答回路１０３とのインピーダンスが整合されるように設定されている。
【０００４】
前述のように形成された従来のトランスポンダ１０１においては、スイッチ素子１０５の開閉を利用することにより、図示しないリーダライタ装置に応答信号を送信する。例えば、スイッチ素子１０５が開放されている状態においては、インピーダンスが整合されているためにアンテナ１０２が受信した信号の搬送波の反射が生じない。それに対し、スイッチ素子１０５が閉鎖されている状態においては、インピーダンスが整合されないためにアンテナ１０２が受信した信号の搬送波の反射が生じ、アンテナ１０２からこの反射搬送波が放射される。つまり、スイッチ素子１０５の開閉により反射搬送波に上記の応答信号をデジタル変調することができるので、従来のトランスポンダ１０１に搬送波生成回路が不要となり、トランスポンダ１０１の大幅な小型化および省電力化に寄与する（特許文献１を参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３１８７７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、スイッチ素子１０５の開放状態においてはスイッチ素子１０５に寄生容量１０５ｃが生じるので、受信した電波がインピーダンス整合器１０４と応答回路１０３との間からグランド電極１１４にリークしてしまうという問題があった。受信電波がリークすると応答回路１０３が受信する信号のエネルギーが小さくなってしまうので、トランスポンダ１０１の受信感度が低下する原因となる。
【０００７】
また、スイッチ素子１０５の寄生容量１０５ｃはインピーダンス整合器１０４の下流において応答回路１０３と並列に接続されている。そのため、他の回路１０６を応答回路１０３と並列接続する際に寄生容量１０５ｃの影響でインピーダンス整合が困難になるので、トランスポンダ１０１の全体の設計が困難になるという問題もあった。
【０００８】
そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、スイッチ素子の寄生容量によって受信感度の低下やインピーダンス整合が困難になることを防止することができるトランスポンダを提供することを本発明の目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前述した目的を達成するため、本発明のトランスポンダは、その第１の態様として、電波の送受信を行なうアンテナと、アンテナに接続されている第１の応答回路と、アンテナと第１の応答回路とのインピーダンス整合を行なうインピーダンス整合器と、インピーダンス整合器と第１の応答回路との間に接続または第１の応答回路に内蔵されており、復調器または変調器として機能するダイオードと、第１の応答回路に接続または内蔵されており、第１の応答回路が電波に含まれる第１の信号を受信した際にその受信に応じて第１の応答信号を出力する制御回路と、第１の応答信号に基づいてダイオードのカソードとグランド電極との開閉を行なうスイッチ素子とを備えており、ダイオードは、スイッチ素子の開閉に基づいて電波に含まれる搬送波をデジタル変調し、アンテナから送信するデジタル変調波を発生させることを特徴としている。
【００１０】
本発明の第１の態様のトランスポンダによれば、スイッチ素子がダイオードのアノードでなくカソードに接続されているので、第１の応答回路に含まれるコンデンサの容量に対してスイッチ素子に生じる寄生容量を並列に合成することができる。
【００１１】
本発明の第２の態様のトランスポンダは、第１の態様のトランスポンダにおいて、スイッチ素子は、電界効果型トランジスタであることを特徴としている。
【００１２】
本発明の第２の態様のトランスポンダによれば、電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）は電圧制御なので、バイポーラトランジスタと比較して省電力性を向上させることができる。
【００１３】
本発明の第３の態様のトランスポンダは、第１または第２の態様のトランスポンダにおいて、インピーダンス整合器に直列に接続され、かつ、第１の応答回路にダイオードを接続した回路またはダイオードを内蔵した第１の応答回路に並列に接続されている第２の応答回路を備えており、第２の応答回路は、電波に含まれる第２の信号に応答して変調された第２の応答信号または変調されていない第２の応答信号をダイオードに出力するように形成されており、ダイオードは、第２の応答信号が変調されていない場合、変調されていない第２の応答信号に基づいて搬送波をアナログ変調し、アンテナから送信するアナログ変調波を発生させることを特徴としている。
【００１４】
本発明の第３の態様のトランスポンダによれば、第２の応答信号が変調されていない場合であっても第１の応答信号をデジタル変調波に変調し、第２の応答信号をアナログ変調波に変調しているので、２種の応答回路を並列に接続することによって得た簡易な回路構成のトランスポンダから２種の応答信号を送信することができる。また、本発明のトランスポンダにおいては、スイッチ素子を開閉してもインピーダンス整合に影響を及ぼさないため、インピーダンス整合が行ないやすくなり、トランスポンダの全体の設計を容易にすることができる。
【００１５】
本発明の第４の態様のトランスポンダは、第３の態様のトランスポンダにおいて、第１の応答回路は、受信した第１の信号に基づいてＩＤ情報信号を出力して応答するＲＦＩＤ回路であり、第２の応答回路は、タイヤの空気圧を測定するＴＰＭＳ回路であることを特徴としている。
【００１６】
本発明の第４の態様のトランスポンダによれば、タイヤの空気圧や温度の測定情報とともにタイヤの型番やシリアル番号などのＩＤ情報を同時に送信することができるので、測定対象のタイヤに対して空気圧や温度が適切な値であるか否かをリーダライタ装置側において容易に判定することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のトランスポンダによれば、スイッチ素子の寄生容量は第１の応答回路の容量と比較して極小容量であり、スイッチ素子の寄生容量および第１の応答回路の容量により生じる並列合成容量に対してスイッチ素子の寄生容量はほとんど影響を及ぼさないので、スイッチ素子の寄生容量によってスイッチ素子の寄生容量によって受信感度の低下やインピーダンス整合が困難になることを防止することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明のトランスポンダをその一実施形態により説明する。
【００１９】
図１は、本実施形態のトランスポンダ１を示している。本実施形態のトランスポンダ１は、タイヤの空気圧および温度などの測定情報にタイヤの製品情報などのＩＤ情報を付加して応答信号を送信することを目的とする小型近距離無線応答装置であり、図１に示すように、アンテナ２、第１の応答回路３、インピーダンス整合器４、スイッチ素子５を備えている。また、本実施形態のトランスポンダ１は、２種の応答信号を送信するため、第２の応答回路６を選択的に備えている。
【００２０】
アンテナ２としては、図示はしないが、ループアンテナが選択されており、トランスポンダ１に用いられる配線基板に印刷形成されている。
【００２１】
インピーダンス整合器４は、図１に示すように、アンテナ２と第１の応答回路３と間に接続されている。このインピーダンス整合器４としては、小型化のためにマイクロストリップ路線が選択されており、アンテナ２と第１の応答回路３とのインピーダンス整合およびアンテナ２と第２の応答回路６とのインピーダンス整合を行なうために最適な定数が設定されている。
【００２２】
第１の応答回路３は、インピーダンス整合器４を介してアンテナ２に接続されている。この第１の応答回路３としては、ＲＦＩＤ回路が選択されている。このＲＦＩＤ回路は、アンテナ２が受信した電波に含まれる第１の信号に基づいてタイヤの製品番号や製品情報などのＩＤ情報信号を応答するように形成されている。本実施形態のトランスポンダ１には電源装置が組み込まれていないため、第１の応答回路３は受信電波を駆動源としている。したがって、第１の応答回路３には駆動源用線路７および信号用線路８が配設されており、それらがインピーダンス整合器４の下流において並列に接続されている。
【００２３】
また、第１の応答回路３は、図１に示すように、ダイオード９および制御回路１１を内蔵している。このダイオード９の下流には、平滑用コンデンサ１０が接続される。なお、ダイオード９は、図２に示すように、インピーダンス整合器４と第１の応答回路３との間にダイオード９Ａとして別個に配置されていてもよい。
【００２４】
制御回路１１としては、図１に示すように、主としてＣＰＵ（セントラル・プロセッシング・ユニット）１２およびメモリ１３が用いられている。第１の応答回路３が電波に含まれる第１の信号を受信した際、制御回路１１のメモリ１３に保存されたＩＤ情報およびプログラムに基づき、制御回路１１のＣＰＵ１２が処理・演算を行ない、その受信に応じた第１の応答信号を出力するように形成されている。
【００２５】
スイッチ素子５は、ダイオード９のカソードとグランド電極１４との間に接続されている。スイッチ素子５の一方の端子はダイオード９のカソードに接続されていればよいので、図２に示すように、ダイオード９Ａが第１の応答回路３の外部に接続されている場合はその外部のダイオード９Ａのカソードに接続されていても良い。また、図３に示すように、信号用線路８に接続されたダイオード９のカソードだけでなく、駆動源用線路７に接続されたダイオード９Ｂのカソードに接続されても良い。ダイオード９、９Ｂの直列個数は１個でなく複数個であっても良い。例えば、駆動源用線路７においては一般的に昇圧回路が形成されるが、その際には、複数のダイオード９Ａ、９Ｃおよびコンデンサ１０、１０Ｂが駆動源用線路７に適宜接続されることになる。
【００２６】
また、図１に示すように、このスイッチ素子５の開閉は制御回路１１によって制御されており、第１の応答信号に基づいてダイオード９のカソードとグランド電極１４との開閉を行なう。スイッチ素子５としては、ＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）が選択されており、そのゲート電極に制御回路１１が接続されている。
【００２７】
第２の応答回路６は、図１に示すように、インピーダンス整合器４に直列に接続されており、かつ、第１の応答回路３に並列に接続されている。図２に示すように、第１の応答回路３の外部にダイオード９Ａが接続されている場合、第２の応答回路６は、第１の応答回路３にダイオード９Ａを接続した回路に対して並列に接続されていれば前述と同様に扱うことができる。
【００２８】
第２の応答回路６としては、タイヤの空気圧を測定するＴＰＭＳ回路が選択されている。第２の応答回路６の具体例を図４に示す。第２の応答回路６は、入力端子Ｐｉｎから第１のカップリングコンデンサ１５、ローパルフィルタ１６、第２のカップリングコンデンサ１７、第１の水晶振動子１８、増幅用コンデンサ１９、第２の水晶振動子２０、容量性圧力センサ２１の順に接続されている。第１の水晶振動子１８および第２の水晶振動子２０はタイヤの空気圧測定用センサであり、容量性圧力センサ２１はタイヤの温度測定用センサである。第１の水晶振動子１８は容量性圧力センサ２１の容量に影響されないものを用いる。第２の水晶振動子２０は容量性圧力センサ２１の容量によってその共振周波数が変化するものを用いる。また、第１の水晶振動子１８および第２の水晶振動子２０には共用水晶片２２が用いられている。共用水晶片２２は周波数温度特性のバラツキを抑制している。
【００２９】
なお、ＴＰＭＳ回路としての第２の応答回路６においては、従来、第１のカップリングコンデンサ１５とローパルフィルタ１６との間において、カソードが接地された変復調器用ダイオード２３のアノードが並列に接続されていた。本実施形態のトランスポンダ１においては、第１の応答回路３に接続または内蔵されたダイオード９が第２の応答回路６の変復調器用ダイオード２３の機能を発揮するため、第２の応答回路６に対して変復調器用ダイオード２３の接続は不要である。もちろん、第２の応答回路６に対して変復調器用ダイオード２３を接続してもよい。
【００３０】
次に、本実施形態のトランスポンダ１の作用を説明する。
【００３１】
図１に示すように、図示しないリーダライタ装置から送信された電波をアンテナ２が受信すると、第１の応答回路３は、インピーダンス整合器４を介して、電波に含まれる第１の信号を受信する。この第１の応答回路３にはダイオード９が内蔵されている。第１の応答回路３に内蔵されたダイオード９のアノードはインピーダンス整合器４に接続され、そのカソードは制御回路１１に接続されているので、このダイオード９は復調器として機能する。
【００３２】
一方、制御回路１１は、第１の応答回路３が電波に含まれる第１の信号を受信した際、そのＣＰＵ１２およびメモリ１３の作用により第１の信号の受信に応じて第１の応答信号を出力する。出力された第１の応答信号はスイッチ素子５の開閉制御に用いられる。このスイッチ素子５は、ダイオード９のカソードとグランド電極１４との開閉を行なうため、スイッチ素子５が第１の応答信号を受信すると、第１の応答信号に基づいてダイオード９のカソードとグランド電極１４との開閉を行なう。そして、ダイオード９は、スイッチ素子５の開閉に基づいて電波に含まれる搬送波をデジタル変調（本実施形態においては振幅偏移変調（ＡＳＫ変調））し、アンテナ２から送信するデジタル変調波を発生させる。つまり、ダイオード９は復調器としてだけでなく、変調器としても機能する。このデジタル変調波は、アンテナ２から送信され、図示しないリーダライタ装置において第１の応答信号として復調される。
【００３３】
ここで、本実施形態のトランスポンダ１においては、従来と異なり、スイッチ素子５がダイオード９のアノードでなくカソードに接続されている。そのため、第１の応答回路３に内蔵されている平滑用コンデンサ１０の容量に対してスイッチ素子５に生じる寄生容量５ｃが並列に接続され、並列合成容量が形成されることになる。並列合成容量は各容量の和であり、スイッチ素子５の寄生容量５ｃの値は極小容量であるため、前述の並列合成容量は平滑用コンデンサ１０の容量とほぼ変わりがない。このことから、スイッチ素子５に寄生容量５ｃが生じてもその寄生容量５ｃの存在を無視することができる。
【００３４】
また、アンテナ２と第１の応答回路３との間にはインピーダンス整合器４が接続されており、このインピーダンス整合器４がアンテナ２と第１の応答回路３とのインピーダンス整合を行なっている。ここで、本実施形態のトランスポンダ１においては、従来と異なり、スイッチ素子５をダイオード９のカソードに接続することによって、インピーダンス変化を招くスイッチ素子５をインピーダンス整合器４と第１の応答回路３との間から排除している。また、ダイオード９のカソードに接続したスイッチ素子５の開閉を行なっても、第１の応答回路３のインピーダンスの変化はほぼ無視できる程度しか生じない。その結果、インピーダンス整合がスイッチ素子５の開閉状態に依存することを排除することができるので、電波の受信および第１の応答信号の送信を常に効率よく行なうことができる。
【００３５】
このスイッチ素子５としてはＦＥＴを選択している。ＦＥＴは電圧制御ができるので、バイポーラトランジスタと比較してスイッチ素子５の省電力性を向上させることができる。また、ＦＥＴは他のトランジスタと比較して容易に小型化することができる。
【００３６】
第２の応答回路６は、インピーダンス整合器４の下流側において第１の応答回路３に並列に接続されており、電波に含まれる第２の信号に応答して第２の応答信号を出力するように形成されている。第２の応答信号は第２の応答回路６の構成によって変調されている場合と変調されていない場合があるが、第２の応答信号が変調されていない場合、第１の応答回路３に内蔵されたダイオード９（ダイオード９Ｂでも可能である。図２の場合はダイオード９Ａである。）が、変調されていない第２の応答信号に基づいて搬送波をアナログ変調（本実施形態においては振幅変調（ＡＭ変調））し、アンテナ２から送信するアナログ変調波を発生する。つまり、このダイオード９は、第１の応答信号に対する復調器としてだけでなく、第２の応答信号に対する復調器としても機能する。ダイオード９によって発生したアナログ変調波は、アンテナ２から送信され、リーダライタ装置において第２の応答信号として復調される。なお、第２の応答信号が変調されている場合は、ダイオード９を介することなくそのままアンテナ２から送信される。
【００３７】
このように、本実施形態のトランスポンダ１においては、第２の応答信号が変調されているか否かを問わず、第１の応答信号をデジタル変調波に変調し、第２の応答信号をアナログ変調波に変調しているので、２種の応答回路を並列に接続することによって得た簡易な回路構成のトランスポンダ１から２種の応答信号を送信することができる。また、本実施形態のトランスポンダ１においては、スイッチ素子５を開閉してもインピーダンス整合に影響を及ぼさないため、アンテナ２と第１の応答回路３との間およびアンテナ２と第２の応答回路６との間のインピーダンス整合が行ないやすくなり、トランスポンダ１の全体の設計を容易にすることができる。
【００３８】
具体的な回路構成として、本実施形態のトランスポンダ１においては、第１の応答回路３をＲＦＩＤ回路とし、第２の応答回路６をＴＰＭＳ回路としている。ＲＦＩＤ回路は第１の信号に基づいてＩＤ情報を第１の応答信号として出力し、ＴＰＭＳ回路は第２の信号に基づいてタイヤの空気圧や温度を測定し、その結果を第２の応答信号として出力する。従来においてはＲＦＩＤ回路のみまたはＴＰＭＳ回路のみにしなければインピーダンス整合の観点から効率よく送受信できなかったが、本実施形態においてはインピーダンス整合の困難性を解決してＲＦＩＤ回路およびＴＰＭＳ回路を同一のトランスポンダ１に内蔵したので、タイヤの空気圧や温度の測定情報とともにタイヤの型番やシリアル番号などのＩＤ情報を同時に効率よく送信することができる。これにより、測定対象のタイヤに対して空気圧や温度が適切な値であるか否かをリーダライタ装置側において容易に判定することができる。
【００３９】
すなわち、本実施形態のトランスポンダ１によれば、スイッチ素子５の寄生容量５ｃが第１の応答回路３の容量と比較して極小容量であり、スイッチ素子５の寄生容量５ｃおよび第１の応答回路３の容量により生じる並列合成容量に対してスイッチ素子５の寄生容量５ｃはほとんど影響を及ぼさないので、スイッチ素子５の寄生容量５ｃによって受信感度の低下やインピーダンス整合が困難になることを防止することができるという作用を生じる。
【００４０】
なお、本発明は、前述した実施形態などに限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。
【００４１】
例えば、本実施形態のトランスポンダ１においては、スイッチ素子５の寄生容量５ｃの並列合成対象として第１の応答回路３に内蔵された平滑用コンデンサ１０を挙げているが、これは一例であって、ダイオード９のカソードに対して並列に接続または形成されたコンデンサであれば、スイッチ素子５の寄生容量５ｃの並列合成対象となる。
【００４２】
また、本実施形態のトランスポンダ１においては第２の応答回路６が接続されているが、他の実施形態において１種の応答信号のみを送信する場合においては、第２の応答回路６が接続されている必要はない。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一実施形態のトランスポンダを示す等価回路図
【図２】本実施形態のトランスポンダにおいてインピーダンス整合器と第１の受信回路との間にダイオードを配置した回路を示す等価回路図
【図３】本実施形態のトランスポンダにおけるスイッチ素子の接続位置を変更した回路を示す等価回路図
【図４】本実施形態の第２の応答回路を示す等価回路図
【図５】従来のトランスポンダの一例を示す等価回路図
【符号の説明】
【００４４】
１  トランスポンダ
２  アンテナ
３  第１の応答回路
４  インピーダンス整合器
５  スイッチ素子
５ｃ  寄生容量
６  第２の応答回路
９、９Ａ、９Ｂ  ダイオード
１０  平滑用コンデンサ
１１  制御回路
１４  グランド電極
【図１】
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【図２】
2009258883.tif 000004
【図３】
2009258883.tif 000005
【図４】
2009258883.tif 000006
【図５】
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