(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部装置との間で差動シリアル通信を行うデータ送受信装置であって、
前記外部装置に対してデータを送信する送信部と、
前記外部装置から送信されるデータを受信する受信部と、
前記外部装置がデータを送信する状態で、前記送信部から前記外部装置に対してデータの送信が行われた場合に、データ送受信の衝突を検知する衝突検知手段と、
前記送信部の信号入力部にデータ送信のための搬送信号を入力し、かつ、前記送信部の電源入力部にデータ信号を入力することによって、前記外部装置にデータを送信し、また、前記差動シリアル通信の信号端子間の抵抗値の変化に応じた信号を前記受信部から受信することによって、前記外部装置から送信されるデータを受信する制御手段と、を有し、
前記制御手段は、前記衝突検知手段によってデータ送受信の衝突を検知した場合に、前記差動シリアル通信の初期化動作を行うことを特徴とするデータ送受信装置。
【請求項２】
前記衝突検知手段は、前記外部装置からデータの送信が行われる場合に、前記送信部の前記電源入力部への電圧を検知し、検知された電圧が規定値より低い場合に前記データ送受信の衝突が発生したことを検知することを特徴とする請求項１に記載のデータ送受信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、データ送受信装置に関し、より詳細には、通信装置や電子機器等におけるシリアルデータ通信に用いられ振幅変調及び復調機能を有し、２つの信号線の差動動作により電力供給が可能であるデータ送受信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、膨大な個体数の製品等に対して個別情報を記憶させ、それらと端末等の間で通信を行い、情報の書き換えを行うことにより、品質や流通等の情報管理が行われている。このようにデータの書き換えが可能な小型の送受信装置(素子)は、将来的には商業製品に限らず、医療や行政における個人のＩＤカードとして、または電子マネーのような有価証券としての利用など様々な応用展開が期待されている。
【０００３】
個体数やそれらが使用される環境等を考慮すると、各個体に付加する装置は、小型化および低コスト化、さらに耐久性の観点からも、内部回路の構成を簡易にすることが望ましい。同様にそれらと通信を行う送受信装置も簡易化することによって、これら情報管理システムの利便性向上につながると予想される。
【０００４】
各個体と送受信装置との通信手段としては、目的用途に合わせて、接触型(有線方式)や非接触型(無線方式)がある。本発明で扱う接触型は、非接触型に用いられる電磁誘導結合装置を必要としないために低コスト化が実現される。また、接触型は通信線の数によって内部回路の構成や通信方式が異なるが、この中でも通信線が２本の場合、最小の本数でシリアルデータ通信を実現し、差動動作により電源を保有しない個体に対しても電力供給が可能となる。
【０００５】
図３は、従来の接触型送受信装置の構成図で、以下は簡単のために、１体１の通信を例にして説明する。もちろん複数台での通信の場合でも、各装置への通信権の割り当てを制御することによって実現可能である。ここで電源を保有し、相手の送受信装置を駆動可能とする接触型送受信装置を駆動装置１７という。一方、その通信相手となる送受信装置を、電源不要な小型チップに集積できることから送受信チップ１６という。
【０００６】
図中符号１，４はコンパレータ、８，９は信号線、１０は差動ドライバ、１１は制御回路、１３は電源回路、１９はスイッチ、２２は整流回路、２３は制御ＩＣ、２４はインバータ、２５はバッファを示している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の接触型送受信装置における駆動装置１７において、送信と受信の状態管理は、駆動装置１７の制御回路１１と送受信チップ１６の制御ＩＣ２３とがデータに先立ち制御コマンドをやりとりすることで行っているが、何らかの原因で両者が同時に送信または受信を行ってしまった場合(以下、送受信の衝突という)、スイッチ１９がオンになると、抵抗１８により、差動ドライバ１０の電源電圧Ｖｃｃや差動ドライバ１０から送信する変調信号の電圧が低下する。これにより送受信チップ１６で“１”レベル信号を受信しても、規定よりも低い電圧であるため、“０”レベル信号として処理してしまうことになる。
【０００８】
一方、駆動装置１７の制御回路１１から“０”レベル信号が送信された場合も、差動ドライバ１０の電源電圧Ｖｃｃが低下するため、送受信チップ１６から駆動装置１７に“１”レベル信号を送信しても、コンパレータ４の基準電圧Ｖ２を下回り、“０”レベル信号として誤って認識されてしまう。このような送受信エラーを防ぐために送受信の衝突を検知し、これをリセットする機能が必要である。これが第１の問題である。
【０００９】
また、従来の駆動装置１７は、データを受信するためにコンパレータ４を用い、抵抗５，６によって分圧生成された基準電圧Ｖ２と、２つの信号線（８又は９）のうち一方から入力を引いているため、コンパレータ４の入力容量により信号線８，９の容量に差が生じ、信号線の環境が同等に保たれておらず、送受信信号はこれを考慮して設計する必要があった。これが第２の問題である。
【００１０】
また、コンパレータ１に送信データ(図２(ａ))と、定電圧Ｖ０を抵抗２と３により分圧した基準電圧Ｖ１を入力すると、Ｖｃｃの波形が図２(ｂ)のような信号となる。これを差動ドライバ１０の電源に入力することによって振幅変調を実現している。しかし、コンパレータ１の応答速度が遅いためにデータの送信速度が制限されてしまう。この対策として、応答速度の速いコンパレータの使用が第１に考えられるが、コストがかかるため避けたい方法である。したがって、高速応答が可能であり、低コストで実現する方法が求められる。これが第３の問題である。
【００１１】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、上述した問題の改善又は機能追加を単純な回路構成で実現し、低コストを保ちながら高機能化を実現するデータ送受信装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、外部装置との間で差動シリアル通信を行うデータ送受信装置であって、前記外部装置に対してデータを送信する送信部と、前記外部装置から送信されるデータを受信する受信部と、前記外部装置がデータを送信する状態で、前記送信部から前記外部装置に対してデータの送信が行われた場合に、データ送受信の衝突を検知する衝突検知手段と、前記送信部の信号入力部にデータ送信のための搬送信号を入力し、かつ、前記送信部の電源入力部にデータ信号を入力することによって、前記外部装置にデータを送信し、また、前記差動シリアル通信の信号端子間の抵抗値の変化に応じた信号を前記受信部から受信することによって、前記外部装置から送信されるデータを受信する制御手段と、を有し、前記制御手段は、前記衝突検知手段によってデータ送受信の衝突を検知した場合に、前記差動シリアル通信の初期化動作を行うことを特徴とする。
【００１５】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記衝突検知手段は、前記外部装置からデータの送信が行われる場合に、前記送信部の前記電源入力部への電圧を検知し、検知された電圧が規定値より低い場合に前記データ送受信の衝突が発生したことを検知することを特徴とする。
【００１９】
つまり、本発明は、第１の問題に対して、新たにコンパレータ１２を追加し、同じ電源回路１３から抵抗１４，１５により基準電圧Ｖ３を設定し、入力として差動ドライバ１０への電源入力を用いる。送受信の衝突が生じるとある一定電圧Ｖ３以下になり、そのときのコンパレータ１２の出力が衝突の検知信号となる。さらに、この検知信号を制御回路１１に入力し、電源回路１３を通して回路内の電圧の初期化を行うことで、エラーデータの送受信を防ぐ機能を有することを特徴とする。
【００２０】
次に、第２の問題に対して、コンパレータ４への入力を従来、信号端子から引いていたため、コンパレータの入力容量が一方の信号線のみに影響を及ぼし、２つの信号線を伝送する波形に差を生じる原因となっていた。それに対し、コンパレータ４への入力を差動ドライバ１０への電源入力から引くことにより、従来の機能を維持しながら、２つの信号線端子の環境を同じに保つことで、従来のように信号線容量の差を考慮して設計を行う必要がなくなり、設計の自由度が高い構成を有することを特徴とする。
【００２１】
次に、第３の問題に対して、コンパレータ１の代わり、トランジスタ７を用いることによって、応答速度の速いコンパレータでは実現できない、低コストを維持しながら送信データの高速通信が可能となることを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
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、本発明の接触型送受信装置の全体構成図である。図３と同じ機能を有する構成については同一の符号を付してある。図３との構成上の相違は、新たにコンパレータ１２を追加した点、コンパレータ４への入力を差動ドライバ１０への電源入力から引くようにした点、それにコンパレータ１の代わりにトランジスタ７を用いた点である。
【００２３】
通信対象となる外部装置として、本実施例では電源を持たない送受信チップ１６を用いているが、当然電源を保有する場合にも適用可能である。この送受信チップ１６と２本の信号線８,９で接続されているのが駆動装置１７である。この駆動装置１７が本発明に主に関わる接触型送受信装置である。また、図２は、本実施の形態における接触型送受信装置における動作信号の一例を示す図である。
【００２４】
図１において、駆動装置１７は制御回路１１によって制御される。駆動装置１７からデータを送信する場合は、データである送信信号(図２(ａ))と搬送波信号(図２(ｃ))を制御回路１１から出力し、それらを差動ドライバ１０に入力することによって変調信号(図２(ｄ),(ｅ))を生成し、２本の信号線を通じてこれを送信する。
【００２５】
この場合、駆動装置１７より送信されたシリアルデータは２本の信号線８,９を介して、送受信チップ１６によって受信、復調される(図２(ｆ))。このとき信号線８，９からは差動信号が来ているため、送受信チップ１６が電源を持たない場合でも、信号線から電力を摂取することで動作可能となる。
【００２６】
一方、送受信チップ１６から送信し、駆動装置１７が受信する場合は、抵抗１８と直列に接続してあるスイッチ１９のオンオフによって送受信チップ１６の入力インピーダンスを２値変化させ、コンパレータ４でそれを電圧変化(図２(ｇ))として読みとる。
【００２７】
以下、送信動作と受信動作及び送受信衝突検知機能について、それぞれ順をおって、従来のものと比較しながら説明する。
（送信信号）
送信するデータは、２値(０,１)のシリアルデータとして制御回路から出力される。図２(ａ)はその信号例であるが、ここでは“０”は０ボルト、“１”はＶ４ボルトに対応する。従来のものでは、図３に示すように、電源回路から供給される定電圧Ｖ０を抵抗２,３で分圧した基準電圧Ｖ１と送信信号をコンパレータ１に入力し、その出力は差動ドライバ１０の電源に入力する。
【００２８】
ここで差動ドライバ１０の電源に入力される電圧は、データが“０”のとき(信号電圧がＶ１よりも小さいとき)は、定電圧Ｖ０を抵抗２０,２１で分圧した値Ｖ５になり、データが“１”のとき(信号電圧がＶ１よりも大きいとき)は定電圧Ｖ０そのままの値となる。ここで、データの通信速度を上げるようとすると、応答速度の速いコンパレータが必要となるが、コストが高くなってしまう。それに対して、本実の形態では、図１に示されるように、トランジスタ７を用いることで、高速なデータ通信にも対応可能となる。
【００２９】
また、コンパレータと比較して、トランジスタは安価であり、種類も豊富であるため、低コストを維持したままで高い自由度の設計が可能である。機能としてもトランジスタ７のベース端子に送信信号を入力し、エミッタ接地でコレクタ端子から出力をとることによって、従来のコンパレータ１の役割を代用することができる。
【００３０】
（差動ドライバ）
図１に示すように、差動ドライバ１０は、１つのインバータ２４と１つのバッファ２５(２個のインバータでの代用も可能)によって構成され、これらは共通の、接地、入力、電源を取る。入力は搬送波信号(図２(ｃ))とし、電源は上述した送信信号から引いているため、搬送波信号によってサンプリングされた、振幅変調信号(図２(ｄ)，(ｅ))を生成することができる。２つの出力は、反転の関係にあって差動動作となるため、２つの信号線の間には常に一定の以上の電圧差が生じることとなり、これが電源を持たない送受信チップ１６への供給電力となる。
【００３１】
差動ドライバ１０によって生成された変調信号(図２(ｄ)，(ｅ))は、送受信チップ１６で受信され、整流回路２２によって振幅成分のみが取り出され、図２(ｆ)のように復調される。また、駆動装置１７との同期は信号線から直接とることができる。
【００３２】
（駆動装置でのデータ受信）
次に、これまでとは逆に、送受信チップ１６から駆動装置１７へのデータの送信を考える。図１に示すように、送受信チップ１６において信号端子間に抵抗１８とスイッチ１９を直列に接続する。制御ＩＣ２３によりスイッチ１９のオンオフが制御され、それに伴い、信号端子間の抵抗値が変化する。
【００３３】
ここで図３に示すように、従来はコンパレータ４に信号線の一方から入力を引き、電源回路からの電圧を抵抗５,６で分圧した基準電圧Ｖ２と比較し、その出力が受信信号(図２(ｈ))となる。そのため、一方の信号線(図３では信号線８)の容量のみが増加し、２つの信号波形に差を生じさせる原因となる。
【００３４】
これに対して、本実施の形態では、図１に示すように、コンパレータ４への入力は差動ドライバ１０への電源入力から引いている。これにより従来の機能を保ちながら、信号線８，９への容量を同等に保つことができ、信号線の環境による差を補償する必要が無くなり、設計の自由度も向上することは明らかである。
【００３５】
駆動装置１７でのデータ受信のとき、コンパレータ１への入力である送信信号は常に“１”レベル(電圧値Ｖ４ボルト)にしておく必要がある。これは後述する送受信の衝突に関係する。これにより差動ドライバ１０の電源電圧Ｖｃｃは、スイッチ１９のオンオフが変化しない限り一定となる。
【００３６】
ここでスイッチ１９がオンの場合、抵抗１８の抵抗値は、送受信チップ１６の入力抵抗に比べて、１０分の１程度に設定してあるため、図２(ｉ)に示すように、電源電圧Ｖｃｃは低下することになり(Ｖ７ボルト)、コンパレータ４はローレベル信号(本実施例では０Ｖ)を出力する。
【００３７】
一方、スイッチ１９をオフにした場合、送受信チップの入力抵抗は抵抗１８の１０倍程度、かつ抵抗２０よりも非常に大きいため、Ｖｃｃは電源回路より供給される電圧Ｖ０とほぼ等しく、このときコンパレータ４はハイレベル信号を出力する。このように送受信チップ１６は、スイッチ１９をオンすると“０”レベル信号、オフすると“１”レベル信号を送信することになる(図２(ｇ))。
【００３８】
（送受信の衝突検知機能）
ここで問題となるのが、送受信が同時に行われてしまった場合である。まず、スイッチ１９がオンしているとき(スイッチ１９がオンするのは送受信チップ１６からデータを送信するときのみ)に、制御回路１１から送信信号が送られたときである。スイッチ１９がオンしていると前述のようにＶｃｃが低下するため、送受信チップ１６では、規定よりも低い電圧値を読むことになり、エラーデータを受信することになる。
【００３９】
一方、駆動装置１７においても制御回路１１から “０”レベルの信号 が送信された場合、コンパレータ４への入力電圧が低下するため(図２(ｉ))、送受信チップ１６から“１”レベルの信号を送信しても、基準電圧Ｖ２を下回り(電圧値でＶ７ボルト)、受信信号として読み出すことができなくなる。
【００４０】
このように送受信の衝突は、迅速に検知して回路の初期化を行う必要がある。まず、送受信の衝突を検知するためには、図３に示すように、コンパレータ１２を新たに追加し、コンパレータ４と同様に差動ドライバ１０への電源電圧Ｖｃｃを入力して電圧変化を監視する。前述したように、スイッチ１９がオンした状態(送受信チップ１６側からの送信状態)のとき、制御回路１１から送信信号が送られ、“０”レベルになったとき、Ｖｃｃは最も低くなるため(図２(ｉ)のＶ７)、この電圧値Ｖ７と、これよりも２番目に低い値である、スイッチ１９がオフで送信信号が"０"レベルのときの電圧値Ｖ６との間に基準電圧Ｖ３を設定することにより、送受信が衝突した場合に、コンパレータ１２から送受信衝突信号が出力される。
【００４１】
制御回路１１は、送受信衝突信号を検知したら電源回路等を初期化し、通信対象である送受信チップ１６に対してもコマンドを送り、初期化又は再送などの指示を与える。このようにデータの送受信の衝突を検知して回路の初期化又は再送により、正確なデータの送受信を行うことが可能となる。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、接触させて使用する機器間におけるデータ送受信において、以下のことが実現される。
まず、差動ドライバの電圧を、コンパレータを用いて監視することによって、通信機器間において、お互いが送信を行ってしまう送受信の衝突を検知し、それに誤ったデータ受信を防ぐため送受信衝突信号を制御回路に送信し、回路の初期化する機能を有する。
【００４３】
また、受信信号検知のためのコンパレータ入力を、信号線からではなく差動ドライバの電源からとることにより、コンパレータの入力容量の影響を受けることなく、２つの信号線を同等の環境に保つことができる。
【００４４】
さらに、高速なデータ送信を行う上で、通信速度の制限要因となるコンパレータに代わり、トランジスタを用いることで高速通信が可能となる。また、低コストを維持したまま、高機能化を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の接触型送受信装置の全体構成図である。
【図２】本実施の形態における接触型送受信装置における動作信号の一例を示す図で、送受信装置内信号及び送受信データの波形及び基準電圧の一例を示す図である。
【図３】従来の接触型送受信装置の全体構成図である。
【符号の説明】
１  コンパレータ
２，３  抵抗
４  コンパレータ
５，６  抵抗
７  トランジスタ
８，９  信号線
１０  差動ドライバ
１１  制御回路
１２  コンパレータ
１３  電源回路
１４，１５  抵抗
１６  送受信チップ
１７  駆動装置
１８  抵抗
１９  スイッチ
２０，２１，２７  抵抗
２２  整流回路
２３  制御ＩＣ
２４  インバータ
２５  バッファ
２６，３０  抵抗
２８，２９，３１  コンデンサ
【図１】
0003833121.tif 000002
【図２】
0003833121.tif 000003
【図３】
0003833121.tif 000004